عملیات حرارتی فولادهای هادفیلد

عملیات حرارتی فولادهای هادفیلد

فولاد هادفیلد که با نام‌های فولاد منگنزی یا فولاد منگنزی هدفیلد نیز شناخته می‌شود، نوع تخصصی فولاد آلیاژی است که به دلیل چقرمگی استثنایی و مقاومت بالا در برابر سایش مشهور است. نام خود را از مخترع آن، سر رابرت هادفیلد، متالورژیست انگلیسی که در اواخر قرن نوزدهم این ماده را توسعه داد، گرفته شده است.

ویژگی کلیدی فولاد هادفیلد میزان بالای منگنز آن است که معمولاً بین 11 تا 14 درصد متغیر است. این محتوای منگنز بالا، همراه با وجود کربن، خواص قابل توجهی را به فولاد می دهد و آن را برای کاربردهایی که در آن به مقاومت در برابر ضربه و سایش بالا نیاز است، مناسب می کند. ترکیب شیمایی این آلیاژ در جدول زیر آورده شده است.

Element	Composition Range (%)
Carbon (C)	1.00 – 1.45
Manganese (Mn)	11.00 – 14.00
Silicon (Si)	0.30 – 1.00
Phosphorus (P)	≤ 0.060
Sulfur (S)	≤ 0.050

فولاد هادفیلد ترکیبی منحصر به فرد از سختی و شکل پذیری را نشان می دهد که آن را برای استفاده در صنایعی مانند معدن، ساخت و ساز و تولید ایده آل می کند. معمولاً در تولید فک های سنگ شکن، خطوط راه آهن، سطل های بیل مکانیکی و سایر اجزایی که در معرض نیروهای سایش و ضربه شدید قرار دارند، استفاده می شود.

یکی از ویژگی های بارز فولاد هادفیلد، توانایی آن در کار سخت شدن تحت ضربه است، به این معنی که سختی آن با ضربه یا فشار مکرر افزایش می یابد. این ویژگی به دوام و ماندگاری استثنایی آن در شرایط عملیاتی سخت کمک می کند.

به طور کلی، فولاد هادفیلد به دلیل چقرمگی، مقاومت در برابر سایش، و توانایی مقاومت در برابر شرایط سخت، ارزشمند است که آن را به یک ماده با ارزش در کاربردهای مختلف صنعتی تبدیل می کند.

چرخه سخت شدن فولاد هادفیلد معمولاً شامل یک سری مراحل عملیات حرارتی با هدف افزایش خواص مکانیکی آن، به ویژه سختی و مقاومت در برابر سایش است. چرخه سخت شدن خاص ممکن است بسته به ویژگی های مورد نظر و نیازهای کاربردی خاص متفاوت باشد. با این حال، یک چرخه سخت شدن معمولی برای فولاد هادفیلد ممکن است شامل مراحل زیر باشد:

۴. تمپرینگ

فولاد کوئنچ شده مجدداً تا دمایی کمتر از نقطه بحرانی، معمولاً بین 150-600°C، بسته به سختی و چقرمگی مورد نظر، گرم می شود. تمپر کردن به کاهش تنش های داخلی، بهبود شکل پذیری و تنظیم سختی فولاد در حد مطلوب کمک می کند. مدت زمان تمپر و دما به دقت کنترل می شوند تا به تعادل مطلوبی از خواص برسند. پس از تمپر کردن، به فولاد اجازه داده می شود تا به تدریج تا دمای اتاق در هوای آزاد یا با وسایل کنترل شده خنک شود تا از اعوجاج و ترک خوردن جلوگیری شود.

۳. کوئنچ

پس از مرحله آستنیته شدن، فولاد با غوطه ور شدن در یک محیط سرد کننده مانند آب، نمک مذاب، روغن یا محلول پلیمری به سرعت سرد می شود. کوئنچ باعث تبدیل آستنیت به فاز سخت و ناپایدار مارتنزیت می شود که به افزایش سختی و استحکام فولاد کمک می کند.

۲. آستنیته‌کردن

فولاد هادفیلد از قبل گرم شده تا دمایی در محدوده آستنیتی گرم می شود، معمولاً حدود 1000 درجه سانتی گراد تا 1100 درجه سانتی گراد (1832 درجه فارنهایت تا 2012 درجه فارنهایت)، بسته به ترکیب فولاد و خواص مورد نظر این مرحله به فولاد اجازه می دهد تا ریزساختار خود را به آستنیت تبدیل کند. فولاد برای یک دوره مشخص در دمای آستنیته نگه داشته می شود تا از تغییر شکل کامل ریزساختار و توزیع یکنواخت کربن و عناصر آلیاژی در سراسر ماده اطمینان حاصل شود. زمان نگهداری بسته به ضخامت فولاد و عوامل دیگر ممکن است متفاوت باشد.

۱. پیش گرم

فولاد به طور یکنواخت تا محدوده دمایی خاصی گرم می شود تا برای مراحل بعدی عملیات حرارتی آماده شود. پیش گرم کردن به اطمینان از یکنواختی فرآیند گرمایش کمک می کند و خطر شوک حرارتی را در حین خاموش کردن به حداقل می رساند.

چرخه سخت شدن فولاد هادفیلد برای بهینه سازی خواص مکانیکی آن و اطمینان از مناسب بودن آن برای کاربردهای سخت، مانند معدن، ساخت و ساز و ساخت، که در آن مقاومت سایشی و چقرمگی بالا ضروری است، بسیار مهم است.

فرایند سختکاری این فولاد در عملیات حرارتی سایا انجام می گیرد.