اکسیداسیون در عملیات حرارتی کربونیتروره

اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
١
بسمھ تعالي
نهآ مارگاید رد– ) تینتسآ زاف هس نبرک γ ( ) تیرف و α ییامد لداعت طیارش تحت مادک ره هک دوش یم هدید تیلرپ و (- ،دنوش یم داجیا ینامز يلااب ًادودح يامد ات دلاوف ندرک مرگ سکبریگ تاعطق گنیدیارتیانوبرک یترارح تایلمع زا فده840 ینتسآ) دارگیتناس هجرد دلاوف ندادرارق و (ندرک هت يواح رفسمتا کی ردCH4 وNH3 و گازهاي حامل ( ایندو گاز ) و سپس سرد کردن فولاد تا دماهاي پایین با سرعتهاي خنک کنندگی متفاوت و
ایجاد ساختارهاي متفاوت می باشد و روي سختی قطعات به مقاصد گوناگون مثل مقاومت به سایش و مقاومت به خستگی اثر گذار است ساختارهایی که
ممکن است در اثر اختلاف در سرعتهاي سرد کردن در قطعات فولادي ایجاد شوند عبارتند از :
1. فریت
2. پرلیت
3. بینیت
4. مارتنزیت
5. آستنیت باقیمانده
6. تروستیت
uf071 تیرف Ferrite
) راد زکرم یبعکم یلاتسیرک هکبش اب نهآ رد نبرک ینیشن نیب دماج لولحم تیرفBody center cubic=B.C.C ) است و حداکثر حلالیت کربن در فریت در دماي 727 درجه
0 است که با کاهش دما تا دماي محیط به طور ممتد این حلالیت کم / سانتیگراد حدوداً % 02
شده و تا دماي اتاق به مقدار ناچیزي خواهد رسید. فریت یک ساختار بسیار نرم تعادلی با
سختی بسیار پایین و تافنس بالاست که اگر هدف داشتن زمینه اي نرم باشد این ساختار
مناسب خواهد بود.
uf071 تینتسآAustunite
رادزکرم هوجو یلاتسیرک هکبش اب نهآ رد نبرک ینیشن نیب دماج لولحم تینتسآ )Face center cubic=F.C.C ) است. کربن با وارد شدن در شبکه کریستالی آهن آستینیتی منطقه
تشکیل و پایداري آن را در فولادها وسیع می کنند با اضافه کردن کربن منطقه پایداري
آستنیت از 912 درجه سانتیگراد تا 1394 درجه سانتیگراد که دامنه تشکیل و پایداري آهن
آستنیتی است به دامنه وسیعی از درجه حرارت و ترکیب شیمیایی افزایش می یابد حداکثر
2 می رسد. / حلالیت کربن در آستنیت در 1148 درجه سانتیگراد به % 06
uf071 تیلرپ Perlite
در دماي 727 درجه سانتیگراد در دیاگرام آهن - کربن در شرایط تعادلی فاز آستنیت به دو
محصول فریت و سمانتیت تجزیه می شود سمانتیت یک ساختار غیر فلزي می باشد و در صورتی ایجاد می شود که کربن موجود در ساختار بیشتر از حد
حلالیت کربن در فریت می باشد، سمانتیت یک ساختار بسیار سخت با سختی حدودا 800 برینل است و نقطه ذوبش 1250 درجه سانتیگراد و داراي شبکه
کریستالی اورتورمبیک می باشد که داراي سه اتم آهن و یک اتم کربن است پرلیت محصول دگرگونی یوتکتویید در فولادهاست که از لایه هاي متناوب
فریت و سمانتیت تشکیل شده و مشابه اثر انگشت روي کاغذ است و بر حسب اندازه دانه هاي آستنیت اولیه پرلیت ریز یا خشن تشکیل می شود ک ه اگر
پرلیت ریز تشکیل شود استحکام بالاتر و تافنس فولاد بیشتر می شود و برعکس اگر لایه هاي پرلیتی خشن باشند فولاد ترد خواهد شد در مجموع تشکیل
پرلیت از آستنیت مستلزم جوانه زنی و رشد است و یک فرآیند کاملا نفوذي است سرعت تشکیل پرلیت متاثر از آرایش مجدد یا جابجایی مقدار زیادي
کربن جهت انجام دگرگونی تبدیل آستنیت به فریت کم کربن و سمانتیت پر کربن است.
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
٢
uf071 تیزنترام Martensite
نبرک ياهمتا تیلرپ فلاخ رب اجنیا رد دیآ یم دوجو هب تینتسآ ندرک درس عیرس زا تیزنترام اهدلاوف ًاصوصخم و نبرک و نهآ ياه ژایلآ رد زاف ود نیبود نهآ ) دنوش یم سوبحم نهآ یلاتسیرک نامتخاس رد دوجوم یلاخ ياه اضف رد هکلب دنوش یمن عیزوت تیتنامس و تیرف یهجو تشه یلاخ ياضف عون هکبش نبرک تیزنترام لیکشت اب ( دراد لاردهارتت ای یهجو راهچ و لاردهاتکا ایB.C.C راتخاس نبرک دصرد شیازفا اب و هتفای شیازفا يدایز رادقم هبB.C.C تمس هب)B.C.T=Body center tetragonal ) میل می کند. از آنجایی که در تشکیل مارتنزیت نفوذ انجام نمی شود و استحاله یک استحاله
کاملا برشی است مارتنزیت فازي ناپایدار بوده و اگر آن را حرارت دهیم که اتمهاي کربن قدرت تحرك کافی جهت نفوذ را پیدا کنند از جاهاي خالی خارج
شده و تشکیل کاربیدهاي انتقالی و در نهایت سمنتیت را می دهند در استحاله برشی مارتنزیت اتمهاي زیادي باهم و به طور همزمان جابجا می شوند این
جابجایی گروهی کاملاً از جابجایی انفرادي (نفوذ) و حرکت در فصل مشترك متمایز می باشد از مشخصه هاي دگرگونی برشی مارتنزیت این است که این
مکانیزم با تغییر فرم پلاستیک در آستنیت مادر همراه است و باعث دفرمگی در فولاد می شود تنها عامل محرك براي برش و تشکیل مارتنزیت مادون تبرید
است یعنی آستنیته کردن و سپس کوئنچ (سریع سرد کردن) قطعات درآب یا روغن یا ...
ای تراتسا تیزنترام ار تیزنترام هلاحتسا عورش ترارح هجردMS ار تیزنترام لیکشت نایاپ ترارح هجرد وMF می نامند. سه نو ع مارتنزیت بر
حسب مقادیر مختلف کربن موجود در ساختار عبارتنداز:
0 معروف به مارتنزیت سوزنی / 1. کربن کمتر از% 6
2. کربن بالاي % 1 معروف به مارتنزیت بشقابی
0 و % 1 معروف به مارتنزیت مخلوط / 3. کربن بین % 6
که هر کدام خواص مکانیکی خاص خود را دارند.
uf071 تیانیب Bainite
وشیم لیکشت دیآ یم دوجوب تیزنترام هک ییامد نیرتلاابو دوشیم فقوتم تیلرپ هک یترارح هجرد نیرت نییاپ نیب ییامد رد اهدلاوف رد تینیب تینیب. د اه تیتنامس و تیرف تینیب رد دوشیم هدهاشم نآ رد ذوفن هب زاین سپ تسا تیتنامس و تیرف زاف ود زا یطولخم تیلرپ دننامه تیلرپ زا رتزیر رایسب .دراد ار يذوفن هلاحتسا تاصخشم زا یمین و یتیزنترام هلاحتسا تاصخشم زا یمین تینیب عومجم رد .دنتسین هیلا هیلا تروصب رگید و دنتسه تیتنامس وف ياه ینولوک نیب رد و هیلوا تینتسآ ياه هناد زرم رد ای دنک دشر ینزوس تروص هب دناوت یم اه تیرف نایم رد کی اهدلاوف مامت يارب دوش زکرمتم یتیر هب موسوم رادومنT.T.T )Time,Temperature,Transformation ) وجود دارد که ساختار فولاد بعداز سخت کردن بستگی به فاصله دماغه و نوع
شکل دماغه تعادلی دارد. همچنین عناصر آلیاژي گوناگون می تواند روي شکل دماغه و فاصله دماغه از محور دما تاثیر گذارد.
در منحنی سرد کردن سرعت سرد کنندگی و مناطق مختلفی که منحنی سرد کنندگی از آنها می گذرد تا به دماي محیط برسد ساختار فولاد را تعیین می
کند.
PerliteBainiteTimeTemperatureM sM fFerrite
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
٣
در مجموع ساختار مورد نظر ما در عملیات حرارتی کربونایترایدینگ تشکیل مارتنزیت در سطح به منظور افزایش مقاومت به سایش و افزایش حد
خستگی فولادهاي عملیات حرارتی شونده است و هر عاملی که باعث عدم تشکیل مارتنزیت در سطح و لایه هاي زیرین سطح شود و ایجاد ساختارها ي
تعادلی و نفوذي را ترغیب کند مانعی در جهت تامین خواسته ماست که باید از آن جلوگیري کرد.
uf071 رت تیتسوTroostit
تروستیت ساختاري است شبیه سوربیت و بینیت پایینی یعنی ساختاري بین پایین ترین جایی که می تواند در دماغه بینیت تشکیل شود و بالاتر ین جایی
که می تواند مارتنزیت تشکیل شود از این رو این ساختار در طبقه بندي ساختارهاي متالوگرافی یک ساختار نفوذي است با سختی بسیارکمتر از مارتنزیت
که ترجیحاً در مرز دانه هاي آستنیت اولیه و بین صفحات مارتنزیتی تشکیل می شود و همیشه در ادامه لایه اکسید سطحی بوجود می آیند و تا مغز قطعه
رشد می کننددر مجموع تشکیل تروستیت مستلزم جوانه زنی و رشد می باشد و اگر فرصت لازم براي جوانه زنی و رشد در اختیار اتمهاي کربن قرار
گیرد حضور ریشه هاي تروستیت در قطعه نیز اجتناب ناپذیر است.
هر گاه سرعت خنک کاري به هر علتی کم شود به نحوي که منحنی خنک شدن قطعه دماغه تعادلی را قطع کند احتمال حضور تروستیت در قطعه قوت
می یابد ماهیت تروستیت متشکل از فریت و سمانتیتهاي بسیار ریز است و معایب زیادي را می تواند براي فولاد ایجاد کند.
نمودار سرد شدن آهسته و در نتیجه حضور تروستیت در قطعه
نمودار سرد شدن سریع و در نتیجه ساختار کاملاً مارتنزیتی
PerliteBainiteTimeTemperatureM sM fFerrite
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
٤
معایب حضور تروستیت در قطعات
1. Miss Match (عدم یک نواختی شبکه کریستالی)
تیزنترام یلاتسیرک هکبشB.C.T تیتسورت یلاتسیرک هکبش و تساB.C.C است و این عدم همخوانی شبکه هاي کریستالی در مرز اتصال دو شبکه
باعث ایجاد تعداد زیادي نابجایی هاي پیچی و لبه اي و در نتیجه تمرکز تنش خواهد شد و چون تروستیت هم در مرز دانه ها رشد می کند این تنشها به
همراه تنش هاي موجود در مرز دانه ها می تواند مقدمه ایجاد ترك در قطعات را فراهم کند.
2. تاثیر به روي خواص مکانیکی
از معایب حضور تروستیت در قطعه کاهش سختی به دلیل عدم حضور مارتنزیت در سطح و جایگزینی یک ساختار نرم تعادلی است که باعث کاهش
مقاومت به سایش و کاهش مقاومت به خستگی قطعات گیربکس که تحت تنشهاي شدید سیکلی هستند می شوند و ترکهایی که در اثر عدم همخوانی
شبکه کریستالی ایجاد شده اند در مرحله بعد مقدمات شکست قطعات را فراهم می کنند.
علل ایجاد تروستیت
1. اتمسفر کوره
2. ) يراک کنخ متسیس و نغورQuench (
• هروک رفسمتا
يریذپ یتخس میناد یم و دنک بذج ار یمک نبرک زین هدش یترارح تایلمع هعطق دوش یم ثعاب رفسمتا ندوب نبرک مک)Hardenability ) یعنی فاصله
دماغه از محور دما با درصد کربن رابطه مستقیم دارد:
(0/ (کربن کوره % 1 و کربن جذب شده توسط قطعه % 7
CoolingRate 20úc/SECPerliteBainiteTimeTemperatureM sM fFerrite
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
٥
(0/ 0 و کربن جذب شده توسط قطعه % 55 / (کربن کوره % 8
ایمیش زیلانآ اب دلاوف ود يارب ناسکی يراک کنخ تعرس ود قوف لاکشا رد) نبرک مک رفسمتا اب يا هروک رد یکی هک میراد ناسکی یی C %8/0 هتشاد رارق (% و5/0 ) نبرک رپ رفسمتا اب يا هروک رد يرگید و تسا هدرک بذج نبرک C 0 کربن جذب کرده است. به راحتی قابل تشخیص است که / 1% ) بوده و % 7
بدون تغییر سرعت خنک کاري و تنها با بالا بردن کربن اتمسفر می توان به ساختاري بدون تروستیت دست یافت ( شکل ب)
زفا ار دلاوف يریذپ یتخس لامتحا و دنک یم دایز ار يریذپ یتخس تلابک زج هب دلاوف رد يژایلآ رصانع مامت ًابیرقت هک تسا رکذت هب مزلا و دهد یم شیاق یترارح تایلمع رد یلو ،دهد یم شهاک ار هعطق رد تیتسورت دوجو لامتحا زیلانآ اب صاخ دلاوف عون کی زا ًامومع وژپ سکبریگ ياه هدند تاعط) ناسکی و صخشم ییایمیش2 7 CD 4 ) استفاده می شود و بحث پیرامون آنالیزهاي شیمیایی مختلف کاملا منتفی است.
• يراک کنخ متسیس و نغور
نغور هتیزوکسیو هچ رهQuench کمتر باشد قدرت گردش روغن بیشتر بوده پس قدرت خنک کاري روغن نیز بیشتر می شود و در ضمن سرعت
همزن هم می تواند نقش مهمی در خنک کاري داشته باشد.همزنها در دورهاي پایین قدرت خنک کاري بالایی ندارند و در دورهاي خیلی بالا به نظر
میرسد که در اثر تلاطم زیاد همزن مقادیر زیادي هوا وارد روغن می شود و این حبابهاي هوا با قرارگرفتن بین قطعه و روغن اجازه خنک کاري را به
روغن نمی دهند و باعث ایجاد تروستیت در ریشه دنده ها (یعنی راحتترین جایی که تروستیت می تواندحضور داشته باشد) می شود حضور تروستیت در
ریشه دنده ها می تواند به این علت باشد که اولا بدلیل گودي ریشه دنده گردش روغن در این منطقه بسیار کندتر از نوك دنده است ثانیا جذب کربن و
نیتروژن در این ناحیه کمتر از نوك دنده است و میدانیم حضور عناصر الیاژي باعث افزایش سختی پذیري و در نتیجه کم شدن سرعت جوانه زنی و رشد
ساختارهاي تعادلی نظیر تروستیت میشود.
روغنهاي عملیات حرارتی 3 دسته می باشند:
1. Fast Quench 30 درجه سانتیگراد - با دماي کاربردي 80
2. Medium Quench 80 درجه سانتیگراد - با دماي کاربردي 140
3. Hot Quench 120 درجه سانتیگراد - با دماي کاربردي 200
CoolingRate 20úc/SECPerliteBainiteTimeTemperatureM sM fFerrite
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
٦
روغن مناسب براي عملیات حرارتی قطعات گیربکس که دفرمگی و تغییرات ابعادي در آنها نقش بسزایی را دارد باید اولا دماي کاربردي بالایی را داشته
باشد تا شوك حرارتی کمتري به قطعه وارد شود ثانیا در دماي کاري بیشترین قدرت انتقال حرارت و کمترین ویسکوزیته را داشته باشد تا ب تواند شیب
خنک کاري مناسبی را ایجاد کند. براي دو قطعه یکسان از لحاظ آنالیز شیمیایی و شرایط یکسان عملیات حرارتی نمودارهاي زیر را میتوان ترسیم کرد:
Cooling Rate 35 úc/SECBainiteTimeTemperatureM sM fFerriteüüüüüüüüPerliteCooling Rate 50 úc/SECPerliteBainiteTimeTemperatureM sM fFerriteüüüüüüüü
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
٧
در دو نمودار فوق فاصله دماغه دما بدلیل آنالیز شیمیایی و شرایط عملیات حرارتی مشابه یکسان است و تنها عامل تعیین کننده براي حضور یا عدم
حضور تروستیت در مرز دانه ها تنها روغن و سیستم خنک کاري است.
اب ار نغور يراک کنخ عورش نآ رد هک دراد دوجو امد ره رد يراک کنخ تردق و يراک کنخ يامد يارب يرادومن اهنغور یمامت ياربθ 1 نایاپ و اب ار يراک کنخθ 2 نشان می دهند.
تخم ياهرتماراپ دیاب فلتخم ینامز ياهدویرپ رد) لاعتشا هطقن ریظن نغور فلF lash point ؛ تبوطر ؛ (θ1 ؛θ2 :Δθ (محدوده خنک کاري روغن
) ؛ ویسکوزیتی و اسیدیته روغن چک شود تا میزان کارایی روغن مشخص شود و در صورت پایان عمر روغن به تعویض آن اقدام شود.
050100150200250300350400450500700600500400300200100005101520253035404550Cooling rate ú C/STemperature ú
Cθ 1θ2Max cooling rate
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
٨
اکسیداسیون سطحی و علل ایجاد آن
ریذپان بانتجا تاعطق حطس رد دیسکا زا كزان رایسب هیلا کی روضح دریگ ماجنا مک راشف اب ییاه طیحم ای ءلاخ طیحم رد یترارح تایلمع رگا تماخض تسا ياه هروک زا هدافتسا ياج هب رگا یلو ،دشاب یم نورکیم کی ًادودح دیسکا هیلا نیاLow pressure از کوره هاي عملیات حرارتی با فشار بالاتر استفاده شود
این لایه اکسید از 3 میکرون شروع می شود و می تواند تا 20 میکرومتر نیز افزایش یابد. در صورتی که این لایه اکسید ضخامتی بیش از 25 میکرومتر داشته باشد
معایب زیادي را در ساختار فولاد ایجاد می کند. زیرا:
1. تحار هب دیسکا هیلا دیدش یکیمانید ياهشنت لامعا تروص رد دراد يدایز يدرت هک تسا لااب رایسب یتخس اب یکیمارس راتخاس کی ياراد دیسکا یم كرت ی دیسکا هیلا نیا روضح هکنیا نمض دنک مهارف ار تسکش همدقم دناوت یم هعطق قمع رد اهکرت نیا هعاشا و (یپوکسورکیم ياهکرت) دروخDuctility
فولاد را بشدت کاهش می دهد.
2. یلداعت ياهراتخاس دشر و ینز هناوج يارب یبسانم ناکم دناوت یم یکیمانیدومرت لداعت مدع و لااب رایسب دازآ يژرنا لیلد هب يدیسکا هیلا ،تیلرپ ریظن.دشاب تیتسورت و تیبروس ،تینیب
üüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüü……..……..90-1802641200.878üüüüüüüü……..……..50-130200210.864üüüüüüü……..……..140-200>300441.70.904üüüüü……..……..150-220>3004800.897üüüüüü……..……..90-140235740.897üüüü……..……..50-130215460.869üüüüüüü430630120-170270128……..üüüüüü36058050-140>22047885üüüüüüü375>52550-100>20024-30880üüüüüüü335-365640-67030-80>20027-31875üüüüüüü350-380505-53550-110>19019-26880-890üüüüüüüü325-365655-69550-100>20028-33875üüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüüü
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
٩
ترارح تایلمع تاعطق یپوکسورکیم ياهراتخاس هب رگا .تسا هتفای همادا حطس رد یحطس دیسکا هیلا همادا رد اهتیتسورت هک تسا دوهشم ًلاماک مینک هاگن هدش ی ) وژپ درادناتسا ردPSA ) مرز مشخصی براي اکسید و تروستیت مشخص نشده است و این نشان از این دارد که حضور اکسید زمینه ساز حضور تروستیت در
قطعه می باشد و عملاً لایه هاي اکسید سطحی و تروستیت بهم متصل است ضخامت لایه تروستیت می تواند گاهی حتی به بالاي 100 میکرومتر نیز برسد. در
مجموع ساختار زیر میکروسکوپ متشکل از یک لایه اکسید سطحی به ضخامت 5 تا 10 میکرومتر و در ادامه تروستیت هایی که به دنبال لایه اکسیدي به
صورت ریشه ریشه در مرز دانه هاي آستنیت مادر رشد کرده و در عمق قطعه پیش رفته اند.
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
١٠
تظلغ و راشف ،امد یترارح تایلمع رد هدننک نییعت لماوع میهد رارق یسررب دروم یکیمانید ومرت ظاحل زا ار هروک رفسمتا رگاCO ،CO2 می باشد و در
کنار این موارد کربن اتمی حاصل از تجزیه متان نیز نقش بسزایی دارد واکنش هایی که ممکن است در اتمسفر کوره ایجاد شود عبارتنداز:
1. C(atm)+O2=CO2
ΔG=-394100-084T+RT ln 0.5
2. 2C+O2=2CO
ΔG=-223400-175.3T+2RT ln 0.5
3. 2CO+O2=2CO2
4. C+CO2=2CO
از روابط و واکنشهاي فوق به راحتی استنتاج می شود که:
1. اتمسفر پر کربن با عث جذب اکسیژن موجود در کوره شده و اکسیژن را که عامل اکسیداسیون سطحی می شود از دور خارج می کند.
2. روضحCO با درصدهاي 20 تا 23 درصد در اتمسفر باعث حذف اکسیژن محیط شده و در ضمن پتانسیل کربنی مورد نظر را نیز تامین می کند.
ΔG متسیس دازآ يژرنا فرعم هاگ ره تسا قوف ياهشنکاو ماجنا ياربΔG یم شیپ تسار هب پچ زا شنکاو هک تسا هتکن نیا فرعم دشاب یفنم شنکاو کی و یکیمانیدومرت لماع ات دورStability .دوش رارقرب متسیس
ریداقم روضح يدایزCO و پر کربن بودن اتمسفر علاوه بر حذف اکسیژن محیط و کاهش اکسیداسیون سطحی روي سختی پذیري نیز تاثیر بسزایی دارد و
جلو رشد و افزایش تروستیت را خواهد گرفت.
تظلغ و مجح لرتنک رد يرثوم رایسب لماع زین امدCO یمتا نبرک تظلغ رد هدننک نییعت لماع دراودوب رادومن هب هجوت اب دشاب یم هروک رفسمتا رد.соP.
است که تابعی از دماست.
T°с
1893
1470
1185
979
820
674
526
406
317
Pсо
10
10
1000
100
10
1
1/10
1/100
1/1000
طولخم ییامد ره رد تشاد هجوت یتسیابCO/CO2 در تعادل با کربن داراي یک فشار اکسیژن تعادلی خواهد بود که از طریق تعادل واکنش زیر تعیین می
شود.
Pсо2
Pсо2
5
4
80604020020040060080010001200100CO2 StabilityTemperature ú CCO Stability% CO2
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
١١
دراودوب شنکاوBodward
2CO+O2=2CO2
ΔG=-564800+173.62T=-RT ln [ ]=2RT ln [Pco/Pco2]
Ln Po2= + +2 ln [Pco2/Pco]
.دشاب هروک رفسمتا رد نژیسکا روضح رادقم نییعت يارب يا هدننک نییعت لماع دناوت یم یلداعت نژیسکا راشف هک
پچ تمس هیحان يرادیاپ رادومنCO2 لماک يرادیاپ امد شیازفا لیلد هب تسار تمس هیحان رد و دهد یم ناشن ار تباث راشف تحتCO رد تسا رگنایب ار ینحنم يورS ياهزاگ نیب یلداعت فلتخم ياهامد رد لکشCO وCO2 نیب ییامد هدودحم رد سپ دوش یم هدهاشم400 ات900 اب دارگیتناس هجردان شیازفا تظلغ امد زیچC O به طور بسیار سریعی زیاد می شود و همان طور که گفته شد این امر تاثیر بسیار مثبتی در حذف تروستیت خواهد داشت.
اقدامات انجام شده در عملیات حرارتی جهت رفع مشکل اکسیداسیون و
تروستیت
در واحد عملیات حرارتی 4 دسته اقدام اصلاحی جهت حل این مشکل اتخاذ شد که به تفصیل به شرح آنها می پردازیم.
-1 پروسه
1-1- یلصا هروک يامد شیازفا )Heating up zone , Carburizing zone , Hardening zone ( تظلغ شیازفا فده ابCO و در نتیجه افزایش پتانسیل کربنی که باعث افزایش سختی پذیري و درضمن حذف اکسیژن اتمسفر کوره می شود.
Hardening zone
Carburizing zone
Heating up zone
860
880
880
Old temperature
870
900
900
New temperature
1-2- يامد کی ندرک ادیپ و هتیزوکسیو شهاک و يراک کنخ تعرس شیازفا فده اب نغور يامد رییغتOptimum که در آن دما ماکزیمم انتقال
حرارت در کنار مینیمم ویسکوزیته را داشته باشد
5
4
3
2
1
Test NO
155
150
145
140
140
Old temperature
160
155
150
145
135
New temperature
نغور يدربراک يامد نیرتهب هدش ماجنا ياهتست قبطMarquench 3500E دماي 150 درجه سانتیگراد می باشد که در پروسه لحاظ شد.
Pсо²2
Pсо² Pо2
-564800
8.3144T
8.3144
173.62
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
١٢
1-3- رد نبرک شیازفاSet point کوره
Hardening zone
Carburizing zone
%0.65
%0.85
Old CP set point
%0.8
%1.05
New CP set point
1-4- شیازفاCycle time و دش ماجنا يریذپ یتخس شیازفا و هعطق رد يذوفن نبرک رادقم شیازفا فده ابcycle time ياه16 ات20 هقیقد نیرتهب و دش تستCycle time از لحاظ عمق نفوذ و سختی سطح مناسب و نفوذ مقدار مناسب کربن در سطح قطعه 20 دقیقه بود.
-5-1 تست برنامه هاي سیرکوله روغن براي بهبود سیستم خنک کاري به شرح ذیل می باشد:
أ . دنک هلوکریس– حمام روغن ساکن
ب . دنت هلوکریس– حمام روغن ساکن
ت . دنت هلوکریس– حمام روغن متحرك با تلاطم
ث . دنک هلوکریس– حمام روغن متحرك با تلاطم
که بهترین برنامه از لحاظ سرعت خنک کاري بیشتر برنامه (پ) بود.
-6-1 کاهش دماي پیشگرم از 400 به 200 درجه سانتیگراد زیرا در دماي بالا احتمال اکسیداسیون بیشتر است که به نظر می رسید با کاهش دماي
پیشگرم این احتمال کاهش یابد ولی این امر در بهبود وضعیت اکسیداسیون تاثیري چندانی نداشت.
-2 اتمسفر
2-1- ینبرک لیسناتپ هب ندیسر و نبرک زا رفسمتا ندش عابشا رتدوز تهج ناتم زاگ یبد شیازفا Set point مامتا زا لبقCycle time کوره:
3
2
1
Test NO
1.7
1.5
1
Old Debby (m³/h)
1.9
1.7
1.5
New Debby (m³/h)
بد هجیتن رد يور ناتم زاگ ی1.9 m³/h تنظیم شد.
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
١٣
2-2- هظفحم رد هک فده نیا اب کیمرتودنیا زاگ یبد رییغتCarburizing zone هیحان نیا رد يرتشیب زاگودنیا مجح و دور لااب کیمرتودنیا زاگراشف زا يرت ینغ رفسمتا هجیتن رد و دشاب هتشاد دوجوCo را داشته باشیم.البته این تغییر در حذف تروستیت تاثیري نداشت.
Test 3
Test 2
Test 1
New Debby
Old Debby
New Debby
Old Debby
New Debby
Old Debby
6 (m³/h)
6 (m³/h)
6 (m³/h)
5 (m³/h)
5 (m³/h)
6 (m³/h)
Heating up zone
8 (m³/h)
10 (m³/h)
10 (m³/h)
10 (m³/h)
10 (m³/h)
8 (m³/h)
Carburizing zone
6 (m³/h)
4 (m³/h)
4 (m³/h)
5 (m³/h)
5 (m³/h)
6 (m³/h)
Hardening zone
2-3- ياهزاگرادقم قیقد يریگ هزادنا ياتسار رد رزیلاانآ هاگتسد کی دیرخCo, Co2, CH4 در اتمسفر کوره براي کالیبراسیون کنترل کننده هاي کربن
و کنترل گاز خروجی از ژنراتور گاز ایندوترمیک
نمونه اندازه گیري شده آنالیز گاز خروجی در ژنراتور ایندوگاز به وسیله آنالایزر با نقطه شبنم صفر و گاز مصرفی متان به شرح ذیل است:
H2O %
H2 %
CO2 %
CO %
0.61
39.65
0.186
19.95
نییاپ دصرد بوخ زاگودنیا کی تاصخشم زاCO2 وH2O دصرد هک یبیترت هب دشاب یمCO2 وH2O در مجموع زیر یک درصد باشد که ایندوگاز
خروجی از ژنراتور کوره ایپسن این ویژگی را دارا بود.
2-4- منبش هطقن شهاکDew point ) ) ژنراتور گاز ایندوترمیک از 3 به صفر:
زا دناوت یم منبش هطقن سنارلت20- ات20 تظلغ یمک هناشن منبش هطقن ندوب لااب هک دشاب +CO تظلغ ندوب دایز وH2O وCO2 می باشد و حاکی از
افزایش رطوبت و کاهش قدرت کربن دهی در گاز ایندوترمیک است.
رادقم روضح و رفسمتا يور رتشیب لرتنک روظنم هب رییغت نیاCO بیشتر در اتمسفر به منظور افزایش پتانسیل کربنی ایندوگاز انجام شد.
2-5- اینومآ رادقم شهاکو هروک هب يدورو ياهزاگ شمد لرتنک یم كاینومآ یحطس نویسادیسکا رد مهم لماوع زا یکی هک لیلد نیا هب هروک هب يدورو ك ناسانشراک و دشابPSA نیز تاکید زیادي به کاهش مقدار آمونیاك ورودي به کوره داشتند.
Test 5
Test 4
Test 3
Test 2
Test 1
400
500
600
800
1000
Old Debby (lit/h)
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
١٤
350
400
500
600
800
New Debby (lit/h)
در ضمن بدلیل افزایش دماي کوره اصلی اثر بخشی حضور آمونیاك در اتمسفر به منظور افزایش سختی کم رنگتر می شد زیرا می دانیم تاثیر آمونیاك
براي افزایش سختی تا دماهاي زیر 870 درجه سانتیگراد بسیار چشمگیر است اما با افزایش دما این تاثیر کمتر خواهد شد.
-3 کوره
-1-3 تعویض فلومترهاي آمونیاك و متان به منظور هماهنگ کردن فلومترها با فشار گاز ورودي به کوره و کنترل دقیق گازهاي ورودي
-2-3 بازدید آب بندي تمام دربها و مطمئن شدن از آب بندي دربهاي کوره
-3-3 بازدید تمام رادیان تیوب هاي کوره
در صورت سوراخ بودن رادیان تیوب اتمسفر کوره کاملاً به هم می ریزد و شرایط کاملا غیر یکنواخت خواهد شد و زیاد شدن مقدار اکسیژن در کوره اجتناب
ناپذیر است.
-4-3 تعویض ترموکوپلهاي کوره و کالیبراسیون آنها به منظور کنترل دقیق دما
3-5- و برد رد زاگ ياهلزان ضیوعت و یلصا هروک برد ود ره رد شتآ هراوید زاگ مجح شیازفا) یلصا هروک هب يدورEntry door یجورخ برد و () هروک زاExit door ) به منظور جلوگیري ورود اکسیژن در هنگام باز شدن دربها
3-6- نامز شیازفاPurging time تمسق ود ره ردEntry door وExit door لماک روظنم هبRefresh شدن اتمسفر کوره و خروج کامل
اکسیژن موجود درکوره
New Purging time
Old Purging time
45 sec
15 sec
Entry door
180 sec
120 sec
Exit door
-7-3 تغییر دور فنها به منظور خارج نمودن اکسیژن در هنگام باز شدن درب کوره.
A: B:C:Fan 3Fan 2Fan 1Fan 3Fan 2Fan 1Fan 3Fan 2Fan 1
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
١٥
تلاح اهنف رود شیارآ نیرت بسانمC هقطنم هس نیب یضرف هدرپ کی هک هدوبHeating up zone وcarburizing zone وhardening zone یم داجیا مه رگا نمض رد تسا هدوب رثوم رایسب اهنآ نایم رد برد روضح نودب فلتخم ياهامد هب هروک فلتخم ياه هظفحم ندیسر يارب رما نیا هک .درک زاب رثا رد قطانم رد برد ندشHeating up zone وhardening zone ا رثا رد دش یم هروک دراو نژیسکا هقطنم هب ار نژیسکا دورو هزاجا اهنف رود تهج فلاتخCarburizing نمی داد و نیز باعث خروج اکسیژن از کوره می شد.
3-8- لاطم اب روظنم نیا هب دنکن داجیا ار يدایز يداعبا تارییغت مه دشاب هتشاد ینییاپ هتیزوکسیو مه هک نسپیا هروک يارب دیدج نغور باختنا و هع یسانشراک ياه یسررب ،نارهب لیبق زا نغور هدنزاس ياهتکرش اب هبتاکم و فلتخم ياهنغور Shell ،Castrol ،Petrofer وMotul ماجنارس نغورThermic-100 تکرش زاMotul براي کوره ایپسن انتخاب شد.
-9-3 تعویض تمام اکسیژن پرابهاي کوره به منظور اندازه گیري دقیق پتانسیل کربن
-4 فعالیتهاي متفرقه در فرآیندعملیات حرارتی
4-1- دحاو هب تاعطق هنومن لاسرا و نسپیا تکرش اب هبتاکمR&D این شرکت
4-2- ياهنغور لاسراMarquench 3500-E وPetrofer 722 ياه هروکBatch وCantinious براي اندازه گیري پارامترهاي مختلف دخیل در
کیفیت روغن براي شرکت پتروفر و بهران و موتول
-3-4 مطالعه کتب و کاتالوگها و مقالات در زمینه اکسیداسیون سطحی و تروستیت و عیوب عملیات حرارتی
-5 اصلاح روش متالوگرافی
-1-5 اصلاح روش برش نمونه ها:
روش برش قطعات تغییر کرد و برش در سطحی عمود بر دنده ها صورت گرفت که به شرح تاثیرات این روش می پردازیم.
لکش هزادنا هب هک تسا نیا هدنهد ناشن لاابL 1-L 2 عمق نفوذ کمتر می شود به همین اندازه زاویه دید تروستیت کمتر خواهد شد یعنی بطور مثال اگر
تروستیت مشاهده شده در روش قدیم متالوگرافی 50 میکرومتر بود پس از برش به روش جدید حدود 45 میکرومتر تروستیت دیده می شد.
L2= عمق نفوذ جديد L1= عمق نفوذ قديميمیدق شرب ھیوازدیدج شرب ھیوازL2
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
١٦
-2-5 اضافه شدن یک مرحله پولیش نهایی روي نمد حاوي اکسید آلومینیوم به منظور بهبود کیفیت سطحی قطعات و مشاهده هر چه بهتر ساختار داخلی.
سرانجام پس از انجام اقدامات اصلاحی میزان اکسیداسیون سطحی از 15 میکرومتر در ساختار به زیر 5 میکرومتر و میزان تروستیت از 35 تا 40 میکرومت ر به
صفر کاهش پیدا کرد.لازم به ذکر است میزان اکسیداسیون سطحی و تروستیت مجاز در ساختار در استاندارد پژو 25 میکرومتر ذکر شده است.
ًادودح ) راتخاس رد تیتسورتو یحطس نویسادیسکا روضح60 ماجنا زا لبق ( رتمورکیمModification
وضح نودب يراتخاس دودح اب هارمه تیتسورت ر3 زا سپ یحطس نویسادیسکا رتمورکیمModification
نتیجه گیري:
جهت جلوگیري از تشکیل اکسیداسیون سطحی و تروستیت در عملیات حرارتی بطور کلی هر عاملی که در راستاي تبدیل مکانیزم استحاله به شرایط تعادلی و
دیفوزیونی موثر باشد می بایست حذف شود که از آن جمله می توان عوامل ذیل را نام برد:
1- ورود اکسیژن به اتمسفر کوره
2- ورود بیش از حد امونیاك به اتمسفر کوره
3- کم بودن پتانسیل و غلظت کربن در کوره
4- گردش نا مناسب همزن در وان روغن
5- عدم استفاده از روغن با ویسکوزیتی مناسب
6- انتخاب نادرست دماي حمام روغن
7- انتخاب روش نادرست برش قطعات جهت بررسی ساختار
8- انتخاب نادرست دماي عملیات کربونایترایدینگ
9- عدم کالیبراسیون دقیق کنترلرهاي کوره
مهمترين پارامترهاي موثر در تشكيل تروستيت عدم استفاده از روغن با شرايط مناسب و عدم كنترل صحيح روي اتمسفر مي باشد..
اكسیداسیون و تروستیت در عملیات حرارتی کربونیتروره
١٧