کروی کردن فولاد

عوامل موثر بر کروی کردن فولاد

ساختار سمنتیت کروی با نگه داشتن فولاد در یک زمان مشخص و گستره دمایی خاص ایجاد می شود. کروي کردن فولاد فرآیندی بر پایه نفوذ است، بنابراین بایستی دما به گونه ای انتخاب شود که نفوذ سرعت بالایی داشته باشد و فرآیند در مدت زمان کمی پایان یابد. ریزساختار اولیه فولاد نیز عامل موثری در سرعت انجام اسفرودایزینگ فولاد است. پرلیت بین ریزساختار های متفاوت کم ترین سرعت کروی شدن را دارد. فاصله بین لایه ای پرلیت نیز بر سرعت فرآیند نفوذ تاثیر دارد. به طوری که کوچک شدن فاصله بین لایه پرلیت موجب افزایش سرعت نفوذ و سرعت اسفرودایزینگ فولاد می شود.

فرآیند کروی کردن فولاد به این شکل انجام می شود که لایه های سمنتیت ابتدا شکسته می شوند و به ذرات ریز بدل می شود. این ذرات ریز سمنتیت نیز به هم پیوسته و تبدیل به سمنتیت کروی می شود. بنابراین هر چه لایه های سمنتیت اولیه درشت تر باشند این فرآیند بیشتر به طول می انجامد. حتی ممکن است نیاز باشد که فولاد صد ها ساعت در محدوده دمایی A₁ نگه داری شود تا ساختار پرلیتی به ساختاری کاملا کروی تبدیل شود. این زمان در ساختار بینیتی که متشکل از ذرات ریز و مجزای سمنتیت است با سرعت بیشتری انجام می شود.

در ساختارهای مارتنزیتی فرآیند کروی شدن فولاد با سرعت بسیار بالایی انجام می شود؛ به این دلیل که در این ساختار نیازی به شکسته شدن سمنتیت نیست. در عملیات کروی کردن فولاد دارای ریزساختار مارتنزیتی در ابتدا سمنتیت به صورت کروی از شبکه فوق اشباع مارتنزیتی رسوب می کند.

روشهای کروی کردن فولاد

عملیات حرارتی کروی کردن فولاد معمولا به این سه روش انجام می شود.

1- حرارت دادن فولاد تا زیر دمای A_C1 و سپس نگهداری آن به مدت کافی جهت پایان فرآیند کروی شدن لایه های سمنتیت و سپس سردکردن در هوا

2-  برای کروی کردن فولاد های هیپویوتکتوئید وهایپر یوتکتوئید ابتدا به منظور آستنیته کردن جزئی ، فولاد تا محدوده دمایی A_C3-A_C1 یا A_CM-A_C حرارت داده شده و سپس تا زیر دمای A_r1 به آهستگی سرد می شود. در این دمای به منظور کروی شدن نگه داری شده و در آخر در معرض هوا سرد می شود.

3- به منظور کروی کردن فولاد ، تا بالای دمای آستنیته حرارت داده شده تا بخشی از ریزساختار به آستنیت تبدیل شود. سپس به آهستگی سرد شده و در حدود 30 دقیقه در دمایی زیر دمای A_r1 نگه داشته می شود. این عملیات یک بار دیگر نیز اتفاق می افتد تا تمام ساختار از سمنتیت کروی تشکیل شود. سپس در معرض هوا سرد می شود.

سرعت سرمایش در پایان چرخه عملیات حرارتی تاثیر قالب توجهی روی ریزساختار ندارد. با این وجود به دلیل جلوگیری از ایجاد تنش های حرارتی ترجیح داده می شود که سرمایش به آهستگی صورت بگیرد.

مقایسه بین روش های کروی کردن

در فرآیند دوم و سوم به دلیل آستنیته شدن جزئی فولاد، تشکیل سمنتیت کروی از طریق شکست لایه های اولیه سمنتیت کروی با سرعت بیشتری انجام می شود. در نتیجه فرآیند کروی کردن فولاد توسط روش های دوم و سوم سرعت بیشتری دارد. همچنین در فرآیند سوم به دلیل تناوب عملیات حرارتی آستنیته ، اسفرودایزینگ فولاد با سرعت بیشتری صورت می گیرد. از این رو که در هر سیکل گرمایش تا بالای دمای آستنیته ، لایه های سمنتیت حل شده و پس از سرمایش، سمنتیت کروی آسان تر تشکیل می شود. بنابراین بین این سه فرآیند، روش سوم بیشترین سرعت ایجاد سمنتیت کروی را دارد.

 همچنین انرژی آزاد سطحی سمنتیت لایه لایه بیشتر از انرژی آزاد سطحی سمنتیت کروی است. بنابراین در سیکل گرمایش فرآیند کروی کردن فولاد تمایل به حل شدن سمنتیت لایه لایه و رسوب کردن سمنتیت کروی بسیار بالا بوده و سمنتیت کروی پایدار تر تشکیل می شود. به طوری که ذرات شکسته شده سمنتیت لایه لایه خود به محلی برای جوانه زنی سمنتیت کروی بدل خواهند شد.

در روش های دوم و سوم، دمای آستنیته کردن بایستی به گونه ای انتخاب شود که تمام ذرات سمنتیت شکسته شده در آستنیت حل نشوند و آستنیت تشکیل شده همگن نباشد. همانطور که گفته شد، ذرات سمنتیت شکسته شده حل نشده می توانند به محل جوانه زنی سمنتیت کروی بدل شده و سرعت انجام فرآیند کروی کردن فولاد را افزایش بدهند. چنانچه دمای آستنیته شدن بالا بوده، ذرات سمنتیت در زمینه آستنیت حل شوند و آستنیت همگن تشکیل شود، تشکیل سمنتیت کروی سخت تر شده و زمینه برای به وجود آمدن پرلیت مناسب تر خواهد شد.

تاثیر عناصر آلیاژی بر فرآیند کروی کردن فولاد

فرآیند کروی کردن فولاد در فولادهایی که دارای عناصر آلیاژی به خصوص عناصر آلیاژی کاربید ساز هستند، با سرعت کمتری انجام می شود. از آنجایی که این فرآیند بر پایه حل شدن سمنتیت لایه لایه و رسوب کردن آن به شکل سمنتیت کروی انجام می شود، وابستگی زیادی به آهنگ نفوذ کربن در فریت دارد. عناصر آلیاژی نفوذ کربن را با مشکل مواجه می کنند و باعث کند شدن اسفرودایزینگ فولاد می شوند.

قیمت کروی کردن فولاد

کروی کردن فولاد یکی از مراحل ضروری برای تولید قطعات در صنایع مختلف است. لزوم انجام عملیات حرارتی کروی کردن روی قطعاتی که بایستی ماشین کاری یا نورد سرد شوند، موجب ضرورت پرداخت قیمت کروی کردن فولاد می شود. با این حال بسته به ابعاد قطعه و ترکیب آلیاژی فولاد ممکن است نیاز به کوره ای بزرگ تر یا سیکل عملیات حرارتی پیچیده تری باشد که در آن صورت قیمت کروی کردن فولاد بالا خواهد رفت.