سخت شدن رسوبی چیست؟ مزایا و موارد دیگر

سخت شدن رسوبی چیست؟ مزایا و موارد دیگر
11 تیر 1403
useradmin
2189

سخت شدن رسوبی چیست؟

سخت شدن رسوبی، همچنین به عنوان سخت شدن ذرات یا سخت شدن سن شناخته می شود، یک روش عملیات حرارتی است که برای افزایش مقاومت تسلیم بسیاری از فلزات مختلف، از جمله اکثر آلیاژهای ساختاری استفاده می شود.

این فرآیند در ابتدا توسط آلفرد ویلم کشف شد که هدفش تقویت آلیاژهای آلومینیوم بود. او تصمیم گرفت تا روش کوئنچ مورد استفاده برای فولادهای کربنی را برای آلیاژهای آلومینیوم به کار گیرد. فرآیند سخت شدن سن آلومینیوم توسط او در سال 1906 ثبت اختراع شد. تحقیقات او همچنین منجر به کشف اولیه ترین انواع آلیاژ آلومینیوم-مس قابل سخت شدن با سن، Duraluminium شد.

از آن زمان، سخت شدن برای فولادهای کربنی و سایر آلیاژهای فلزی برای افزایش استحکام، سختی، مقاومت در برابر خوردگی و سایر خواص مکانیکی آنها مورد استفاده قرار گرفت. شرکت صنعت واشر اصفهان یکی از بزرگترین شرکت های صنعتی در زمینه تولید انواع فرآورده های نسوز از جمله پتو نسوز است.

سخت شدن رسوبی چیست؟

سخت شدن رسوبی نوعی فرآیند عملیات حرارتی است که برای افزایش تسلیم و استحکام کششی آلیاژهای فلزی استفاده می شود. که در آن سختی مواد به عنوان تابعی از زمان بهبود می یابد. 

این فرآیند از ناخالصی های محلول برای بهبود خواص مکانیکی یک ماده استفاده می کند. این کار با جداسازی اجزای خاصی که مخلوط را به هم متصل می کند و حرکت نسبی را مهار می کند، کار می کند.

مکانیزم تا حدودی شبیه بتن مسلح شده با فولاد است. افزودن میله های فولادی به مخلوط بتن، استحکام کششی بتن را افزایش می دهد. هنگامی که ستون بتنی با بار کششی مواجه می شود، تیرهای فولادی با جذب تنش کششی انبساط بتن را محدود می کنند. ناخالصی های موجود در فرآیند سخت شدن رسوبی، استحکام کلی آلیاژ را به طور مشابه بهبود می بخشد.

سخت شدن سن می تواند منجر به بهبود قابل توجهی در استحکام تسلیم و سختی آلیاژها شود. به عنوان مثال، استحکام تسلیم فولاد کربنی 0.3 درصد هنگام بازپخت حدود 300 مگاپاسکال است. همان فولاد، زمانی که کار سخت شود، دارای مقاومت تسلیم حدود 600 مگاپاسکال است. هنگامی که رسوب سخت می شود، قدرت تسلیم به 1500 مگاپاسکال افزایش می یابد. بنابراین، سخت شدن رسوبی باعث افزایش پنج برابری در استحکام تسلیم در این مورد می شود. 

مطالب مرتبط:  انواع مهره در صنعت کدامند؟

تفاوت بین تمپرینگ و سخت‌شدن رسوبی چیست؟

هر دو فرآیند تمپرینگ و سخت‌شدن رسوبی شامل گرم کردن آلیاژها به محدوده دمایی خاص، نگه داشتن آنها در آن دما، و سپس خنک کردن، و مجدداً گرم کردن در دمای زیر دمای بحرانی هستند. با وجود شباهت‌های ظاهری، این فرآیندها از نظر ترمودینامیکی متفاوت هستند، روی فلزات مختلف انجام می‌شوند و ویژگی‌های متفاوتی را بسته به زمان و دمای انجام آنها ایجاد می‌کنند.

  • تمپرینگ:
    • هدف: افزایش چقرمگی و انعطاف‌پذیری در حالی که سختی به میزان کمی کاهش می‌یابد.
    • مکانیزم: شامل کشیده شدن شبکه کریستالی ساختار چهارگوش مرکز بدنه (BCT) است که اجازه می‌دهد کربن پخش شود و تنش‌های داخلی کاهش یابد.
    • کاربرد: مخصوص فولادهای آلیاژی، وابسته به تشکیل فاز مارتنزیت.
    • دمای انجام: معمولاً در دماهای بالاتر نسبت به پیرسازی انجام می‌شود.
    • اثر بر خواص: چقرمگی و انعطاف‌پذیری را بهبود می‌بخشد، سختی را به میزان کمی کاهش می‌دهد.
  • سخت‌شدن رسوبی (پیرسازی):
    • هدف: افزایش سختی و مقاومت، که باعث شکنندگی بیشتر فلز می‌شود.
    • مکانیزم: ایجاد یک فاز رسوبی ریز درون ماتریس آلیاژ، که موجب مسدود شدن نابجایی‌ها در شبکه کریستالی می‌شود.
    • کاربرد: عمدتاً برای آلیاژهای آلومینیوم، نیکل و فولادهای زنگ‌نزن استفاده می‌شود.
    • دمای انجام: معمولاً در دماهای پایین‌تر نسبت به تمپرینگ انجام می‌شود.
    • اثر بر خواص: سختی و مقاومت را افزایش می‌دهد، شکنندگی را نیز افزایش می‌دهد.

فرآیند سخت‌شدن رسوبی چگونه کار می‌کند؟

یک فرآیند معمولی سخت‌شدن رسوبی از سه مرحله تشکیل شده است: عملیات محلول‌دهی، کوئنچینگ (سرد کردن سریع)، و پیرسازی.

  1. عملیات محلول‌دهی در مرحله عملیات محلول‌دهی یا محلول‌سازی، یکنواختی مخلوط جامد با فلز اصلی بهبود می‌یابد. این فلز ممکن است بریلیوم در مس یا مس در آلومینیوم باشد.محلول تا بالاتر از دمای سولوس (solvus) گرم می‌شود تا اطمینان حاصل شود که حداکثر میزان رسوب در آلیاژ حل می‌شود. مخلوط در این دما برای مدت معینی نگه داشته می‌شود که به این مرحله “خیساندن” نیز گفته می‌شود.برای درک بهتر این مرحله، فرض کنید می‌خواهید شکر را در آب حل کنید. افزایش دمای آب امکان حل کردن مقدار بیشتری شکر را فراهم می‌کند. از سوی دیگر، اگر دمای آب را کاهش دهید، مقداری از آن شکر که قبلاً حل شده بود، ممکن است از محلول خارج شود.دمای سولوس حداکثر دمایی است که در آن می‌توانید بیشترین مقدار یک جامد را در یک محلول حل کنید. بنابراین، با نگه داشتن آلیاژ در دمای بالاتر از دمای سولوس، می‌توان اطمینان حاصل کرد که حداکثر مقدار حل‌شونده به‌طور یکنواخت در محلول جامد حل شده است. این محلول به عنوان یک محلول جامد فوق‌اشباع نیز شناخته می‌شود.
  2. کوئنچینگ پس از اینکه حداکثر حل‌شدن ناخالصی صورت گرفت، آلیاژ به سرعت تا دمای اتاق سرد می‌شود. این مرحله به نام کوئنچینگ شناخته می‌شود. کوئنچینگ امکان تثبیت محلول فوق‌اشباع به عنوان یک فاز نیمه‌پایدار را فراهم می‌کند.یک فاز نیمه‌پایدار یک حالت انرژی میانی است که نباید در دماهای پایین‌تر وجود داشته باشد. با این حال، با سرد کردن سریع ماده، می‌توانیم این فاز را در دماهای پایین‌تر منجمد کنیم.کوئنچینگ این کار را با جلوگیری از انتشار سایت‌های هسته‌زایی انجام می‌دهد. سرد کردن سریع مانع از رسوب‌دهی حل‌شونده از محلول می‌شود که معمولاً در فرآیندهای سرد کردن آهسته رخ می‌دهد. موادی که تازه کوئنچ شده‌اند، محلول‌های جامد نرمی با استحکام کم هستند.
  3. پیرسازی در مرحله پیرسازی، محلول دوباره گرم می‌شود. با این حال، دما پایین‌تر از مرحله عملیات محلول‌دهی است و به دمای سولوس نمی‌رسد. دمای بالا تشکیل رسوبات را آغاز می‌کند اما در محدوده‌های بسیار کوتاه. رسوبات ریزی در محلول شکل می‌گیرند. این رسوبات میدان‌های کرنش بزرگی ایجاد کرده و استحکام و سختی محصول نهایی را افزایش می‌دهند.پیرسازی می‌تواند در دمای اتاق برای برخی آلیاژها رخ دهد. این به عنوان پیرسازی طبیعی شناخته می‌شود، در حالی که پیرسازی در دمای بالاتر از اتاق به عنوان پیرسازی مصنوعی شناخته می‌شود.باید به یاد داشته باشیم که پیرسازی تابعی از زمان است. با گذشت زمان، سختی ماده افزایش یافته و به یک مقدار اوج می‌رسد. در این مرحله، ماده به‌طور بهینه پیر شده و بالاترین استحکام را نشان می‌دهد. این به این دلیل است که ماده بهینه پیرشده بیشترین تداخل را با حرکت اتمی دارد.اگر ماده را بیشتر گرم کنید، از نقطه اوج استحکام عبور کرده و استحکام دوباره کاهش می‌یابد. این به عنوان پیرسازی بیش از حد شناخته می‌شود. مواد بیش از حد پیرشده به اندازه مواد بهینه پیرشده سخت نیستند.
مطالب مرتبط:  واشر لاستیک منجید دار

مزایای سخت‌شدن رسوبی

سخت‌شدن رسوبی مزایای زیر را فراهم می‌کند:

  • بهبود استحکام: برای بسیاری از مواد، استحکام می‌تواند تا چهار یا پنج برابر افزایش یابد. این مزایای زیادی را فراهم می‌کند، از جمله قطعات کوچکتر، هزینه‌های کمتر، وزن کمتر و عملیات ایمن‌تر.
  • بهبود سختی: سخت‌شدن ذرات باعث می‌شود فلزات بادوام‌تر شوند و به راحتی فرسایش نیابند.
  • بهبود مقاومت به خوردگی: بسته به آلیاژ، سخت‌شدن رسوبی می‌تواند مقاومت به خوردگی را بهبود بخشد. این خصوصاً در قطعاتی که به‌طور مداوم در معرض ترکیبات خورنده مانند مواد شیمیایی و آب دریا هستند، مطلوب است.
  • بهبود انعطاف‌پذیری: سخت‌شدن رسوبی می‌تواند انعطاف‌پذیری محصول را نیز بهبود بخشد. این باعث افزایش مقاومت و جلوگیری از ترک خوردن و شکست می‌شود.

نتیجه‌گیری

سخت‌شدن رسوبی یک فرآیند گسترده استفاده شده برای بهبود استحکام بسیاری از انواع فلزات و آلیاژها است. با این حال، دو محدودیت اصلی وجود دارد: هزینه و پتانسیل انحراف. این فرآیند نسبت به بسیاری از روش‌های دیگر عملیات حرارتی هزینه‌برتر است زیرا نیاز به گرم کردن اضافی پس از کوئنچینگ دارد. این ممکن است چند ساعت تا چند روز در برخی موارد طول بکشد. انحراف ماده در مرحله کوئنچینگ با برخی آلیاژها یک خطر است.

با این حال، مزایای منحصر به فردی که سخت‌شدن رسوبی ارائه می‌دهد، آن را به یک انتخاب جذاب تبدیل می‌کند. این فرآیند تضمین می‌کند که فلز سخت‌تر و قوی‌تر می‌شود و این به‌ویژه برای فلزات نرم مانند آلومینیوم مفید است.

مقالات مرتبط

انواع فلز – فلزات خالص، آلیاژها و کاربردهای آنها 13 آبان 1403
اسید شویی، تعریف، فرآیند و موارد دیگر 27 مرداد 1403
پوشش پودری – انتخاب براق و بافت 1 شهریور 1403

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

LOGO3

صنعت واشر اصفهان در زمينه مشاوره، طراحي و تولید انواع واشر آلات، فنر و قطعات صنعتی در صنایع نفــت، گاز و پتروشيمي، آب و فاضلاب، ساختمان، معادن ، برق و خودرو سازی تاسیس شد.

ما برآنیم که کیفیت زندگی ایرانیان و جایگاه رقابتی شرکت مان را  به سطح بالاتری ارتقاء دهیم.

 

ارتباط با ما

طراحی و توسعه توسط طراحی سایت اصفهان و سئو سایت اصفهان – آیسو دیزاین

 

قوانین سایت_____حفظ حریم خصوصی