بهبود خواص فلزات ، دلايل بهبود بخشيدن خواص فلزات

خانه » مقالات آموزشی » بهبود خواص فلزات ، دلايل بهبود بخشيدن خواص فلزات

بهبود خواص فلزات و همچنین کلی خواص مواد، از جمله فلزات علاوه بر ترکيب شيميايی (نوع اتمهای تشکيلدهنده) به نوع پيوند بين اتمها، نحوه آرايش يا قرار گرفتن اتمها در کنار يکديگر (ساختارشبکه کريستالی) و ريزساختار آن بستگی دارد .

بطوریکه ممکن است با تغيير هر کدام از عوامل مذکور خواص فيزيکی، مکانيکی و تکنولوژيکی فلز مثل: سختی، استحکام، شکلپذيری، هدايت الکتريسيته، ماشينکاری و جوشکاری تغيير نمايد .

بنابراين مهم وضروری است برای رسيدن به فلزاتی با خواص برتر بهبود خواص فلزات و کارايی بهتر با روشهای مختلف ايجاد تغيير در خواص فلزات آشنا شويم.

عمليات حرارتی

در حالت کلی گرم کردن و سرد کردن زمانبندی شده فلزات و آلياژهای آنها (در حالت جامد) را به منظور به دست آوردن خواص فيزيکی و مکانيکی مطلوب و عمليات حرارتی می گويند .

لازم به ذکراست عمليات حرارتی برای موادغيرفلزی مثل سراميک ها نيز به کار می رود.

پارامترها يا فاکتورهای مهم در بهبود خواص فلزات

پارامترها يا فاکتورهای مهم در اجرای عمليات حرارتی و بهبود خواص فلزات عبارتنداز:
١ــ سرعت گرم کردن قطعه
٢ــ دمای عمليات حرارتی
٣ــ زمان توقف يا نگهداری قطعه در دمای فوق
٤ــ سرعت سرد کردن

برای رسيدن به خواص مورد نظردر قطعه ممکن است لازم باشد اجرای عمليات حرارتی درچند سيکل مختلف صورت پذيرد يعنی قطعه در چند مرحله با شرايط و برنامه زمانبندی متفاوتی گرم و سرد شود.

اهداف عمليات حرارتی ( بهبود خواص فلزات )

به طور معمول عمليات حرارتی به منظور افزايش سختی و استحکام قطعات فلزی و آلياژهای آنها صورت میگيرد ولی گاهی به دلايل ديگر مثل: کاهش سختی، افزايش قابليت شکل پذيری، بهبود خواص هدايت الکتريکی وحرارتی يا بهبود خواص مغناطيسی ازعمليات حرارتی استفاده میشود.

به طور کلی هدف های مورد نظر از انجام عمليات حرارتی را میتوان به سه دسته تقسيم کرد
١ــ افزايش سختی و استحکام
٢ــ نرم شدن و افزايش قابليت شکل پذيری
٣ــ برگشت و يکنواختی ساختار قطعه (حذف تغييرات ايجاد گردیده در ساختار قطعه فلزی
حين عمليات ساخت يا شرايط کاری مثل جوشکاری ، نورد ، ماشينکاری وغيره)

تنش زدايی (حذف تنش های ايجاد شده و باقيمانده در ساختار سازه فلزی)

در طی فرآيند ساخت سازه های فلزی در اثر عملياتی نظير: نورد، خمکاری، جوشکاری، ماشينکاری وغيره بخشی از تنشها با نيروهای اعمال شده به قطعه درساختار داخلی آن باقی می مانند که به طور کلی تنشهای باقيمانده ناميده می شوند .

اين تنشها در صورتیکه حذف يا کاهش پيدا نکنند باعث کاهش استحکام و طول عمر سازه فلزی می شوند . مقدار و نوع اين تنشها علاوه بر جهش قطعه به نوع و مقدار عملياتی بستگی دارد که روی آن صورت میگيرد .

در انتهای فرآيند ساخت قطعات و سازههای فلزی جهت حذف يا کاهش مقدار تنشهای باقيمانده و ايجاد ساختاريکنواخت، سازه فلزی را برای مدت معينی در درمای از پيش تعيين شده قرار میدهند و سپس آنرا به آرامی سرد می کنند .

افزايش سختی و استحکام ( بهبود خواص فلزات )

چنانچه آلياژی ازفولادبا ترکيب0/4 درصدکربن،0/8 درصد منگنز، ١ درصد کروم، 0/2 درصد موليبدن را اگر به مدت کافی تا ٨٤٠ درجه سانتيگراد حرارت دهيم و سپس آن را به سرعت در روغن سرد کنيم، سختی آن حدود ٥ برابر افزايش می يابد.

چرخدنده ها قطعاتی هستند که در شرايط کاری به شدت تحت سايش، ضربه و خوردگی قرارمی گيرند . بنابراين مطلوب است سطح آنها به شدت سخت باشد تا کمتر دچار سايش و خوردگی شوند . از طرف ديگر دوست داريم قسمتهای داخلی آن (مغز قطعه) به منظور تحمل ضربات مکانيکی نرم ترباشد.

کارمکانيکی

يکی از ويژگیهای فلزات قابليت کارمکانيکی بر روی آنهاست. يعنی، فلزات را میتوان بر اثر اعمال نيرو تغيير شکل داد و آنها را به ورق، مفتول يا شکلهای ديگرتبديل کرد . هنگامیکه در دمای محيط بر روی يک فلز کار مکانيکی انجام گردد ، به دليل تغيير شکل و فشرده شدن دانه های فلز و باقی ماندن بخشی ازتنش اعمال شده در ساختارداخلی ماده استحکام و سختی فلز افزايش می يابد. و از قابليت شکل پذيری آن کاسته می شود. انجام اين کار در مورد فلزات غيرآهنی هم صدق می کند .

آلياژ سازی ( بهبود خواص فلزات )

به طور کلی فلزات در حالت خالص از درجه سختی و استحکام کمتری برخوردار می باشند . لذا يکی از راه کارهای متداول و معمول برای افزايش خواص مکانيکی فلزات با آلياژها اضافه کردن عناصر آلياژی ديگر به ساختار آنها می باشد .

فلزات در حالت جامد دارای ساختارهای بلوری می باشند . اکثر فلزات صنعتی پرکاربرد دارای سه نوع شبکه کريستالی (BCC يا مکعبی مرکز پر، FCC يا مکعبی با وجوه مرکز پر وHCP يا منشور شش وجهی فشرده) می باشند . بنابراين طی فرآيند استحکام بخشی از طريق اضافه کردن يک يا چندعنصر به شبکه اتمی فلز مورد نظر در حالت کلی اتفاق می افتد .

بنابراين در حالت کلی نتيجه اين مکانيزم استحکام بخشی را روی خواص فلزات به صورت زيرمیتوان خلاصه کرد :

١ــ استحکام و سختی آلياژها نسبت به فلز پايه در حالت خالص بيشتر است .
٢ــ انعطاف پذيری يا شکل پذيری آلياژها نسبت به فلز پايه در حالت خالص کمتر است .
٣ــ جوش پذيری آلياژها نسبت به فلز پايه در حالت خالص کمتر است .
٤ــ هدايت الکتريکی و حرارتی آلياژها نسبت به فلز پايه در حالت خالص بسيار کمتر است .
٥ ــ نقطه ذوب آلياژها نسبت به فلز پايه در حالت خالص کمتر است .