عملیات حرارتی كوئینچ
عمليات حرارتی کوئینچ یا سختکاری، فرايندی است که جهت افزایش مقاومت قطعات و آلیاژهای فلزی در برابر سایش و بالابردن استحکام آنها صورت می گیرد.
این فرایند به وسیله گرم و سرد کردن کنترل شده قطعات بدون تغییر شکل در آنها انجام می شود.
تقریبا اکثر فلزات و آلیاژها قابلیت انجام عملیات حرارتی را دارند ولی عکس العمل آنها در برابر این پروسه متفاوت می باشد و با توجه به نوع فلز و آلیاژ فرق می کند. می توان گفت تقریبا هر فلز و آلیاژی را می توان با عملیات حرارتی نرم کرد ولی آلیاژهایی که با عملیات حرارتی سخت شوند، محدود می باشند.
برای انجام سختكاری، پس از قرار دادن قطعات در كورهای كه دمای آن، دمای سختكاری است، زمان كافی برای انجام كامل پروسه به آن میدهند. سپس، آن را به سرعت در مایع كوئینچ، سرد میكنند.
برای یک سختکاری خوب باید به این نكته توجه كرد كه قطعات، بر روی هم در كوره قرار نگیرند و به صورت مرتب چیده شوند تا در حین فرایند سختکاری، جریان هوا در لابهلای قطعات به صورت یكنواخت پخش شود تا از غیریكنواختی سختی پس از عملیات حرارتی جلوگیری شود.
اگر فاصله زمانی خروج قطعات از كوره و كوئینچ آنها طولانی شود، دمای قطعات پایین آمده و قطعات دارای غیریكنواختی در سختی خواهند بود.
مایع كوئینچ برای عملیات حرارتی قطعات معمولاً روغنهای معدنی هستند كه از نظر سرعت سردكنندگی به دستههای مختلفی تقسیم میشوند.
محصولات عملیات حرارتی کوئینچ بهزیست ملاحظه نمایید:
یک روغن کوئینچ مناسب در دمای بالا دارای تبخیر کمی است، دود نمیکند و نقطه اشتعال بالایی دارد.
خنككنندگی روغن در ابتدای كوئینچ قطعات، زیاد بوده و پس از مدت كمی، کاهش مییابد. علت این امر، تشكیل بخار در اطراف قطعات است كه سبب كاهش انتقال حرارت میشود. به همین علت باید حجم روغن آنقدر زیاد باشد كه در نتیجه كوئینچ تغییرات دمایی آن به حداقل برسد.
روغن باید در حین كوئینچ، هم زده شود تا باعث کم شدن بخار در اطراف قطعات شده و انتقال حرارت افزایش یابد.
کوئینچ یک فرآیند عملیات حرارتی است که برای خنک کردن سریع یک ماده)معمولاً یک فلز یا آلیاژ( از دمای بالا ، برای دستیابی به خواص و ویژگی های خاص انجام میگیرد.
این فرایند شامل حرارت دادن مواد به دمای از پیش تعیین شده است (که به عنوان دمای آستنیته شناخته می شود) و به دنبال آن سرد شدن سریع آن فلز یا آلیاژ که اغلب در یک محیط مانند آب، روغن یا هوا انجام میگیرد.
هدف از کوئینچ، دستیابی به خواص مکانیکی مطلوب مانند افزایش سختی و استحکام، با تغییر ریزساختار مواد است.
مایعات کوئینچ که به عنوان روغن کوئینچ شناخته می شوند، موادی هستند که در فرایند کوئینچ استفاده می شوند. این مایعات نقش مهمی در کنترل فرآیند خنک کردن سریع یک ماده در طول این عملیات حرارتی را دارند.
سرعت خنک شدن و به دست آوردن خواص مواد مورد نظر به انواع مختلف مایعات کوئینچ بستگی دارد که هر کدام دارای ویژگی های خاص و مناسب برای کاربردهای مختلف هستند.
برخی از انواع رایج این مایعات عبارتند از :
آب: آب به دلیل سرعت خنک کنندگی بالا یکی از پر مصرف ترین مواد کوئینچ است. همچنین آب یک خنک کننده سریع و مقرون به صرفه است. با این حال، آب می تواند شیب حرارتی بالایی ایجاد کند و ممکن است منجر به اعوجاج یا ترک خوردگی، به ویژه برای مواد با سختی بالا شود. از آب اغلب برای کوئینچ فولادهای کم آلیاژ و فلزات غیر آهنی استفاده می شود.
روغن: روغن های کوئینچ به طور گسترده برای مواد مختلفی از جمله فولادهای کربنی، فولادهای آلیاژی،
و برخی فلزات غیر آهنی مورد استفاده قرار میگیرد. روغن ها در مقایسه با آب، سرعت خنکسازی کندتری را ارائه میدهد و در نتیجه باعث کاهش اعوجاج و به حداقل رساندن خطر ترک خوردگی میگردند.
روغنهای معدنی، روغنهای حاوی پلیمر و … برای کاربردهای خاص در دسترس هستند.
*مایعات کوئینچ پلیمری: این مایعات پلیمری، مانند پلی آلکیلن گلیکول ها (PAGs) ، محلول در آب هستند. و پلیمرها، نرخ خنک سازی کنترل شده و یکنواختی همچنین سطح مطلوب ، کاهش اعوجاج و حداقل خطر ترک خوردگی را ارائه می دهند . کوئینچ پلیمری اغلب برای اجزای حیاتی، از جمله قطعات هوافضا و خودرو استفاده می شود.
*حمام نمک: حمام نمک از مخلوط نمک مذاب به عنوان خاموش کننده استفاده می کند.
هدایت حرارتی بالا و نرخ های خنک کننده کنترل شده حمام نمک آنها را برای کاربردهای خاصی مانند فولادهای ابزار و آلیاژهای ویژه مناسب هستند. همچنین حمام نمک کنترل دقیقی بر اطفاء می دهد و می توان از طریق این مایع کوئینچ به سختی یکنواخت دست یافت.
*کوئینچ از طریق گاز: کوئینچ گاز شامل استفاده از گازهای بی اثر مانند نیتروژن یا هلیوم است. این روش کنترل دقیق دما را ارائه می دهد و امکان سرعت خنک سازی سریع را فراهم می کند و کوئینچ گاز معمولاً در کوره های خلاء و حرارت تخصصی و در فرآیندهای تصفیه برای موادی مانند فولادهای ضد زنگ و سوپرآلیاژها استفاده می شود.
*انتخاب مایع کوئنچ مناسب به عوامل مختلفی از جمله مواد بستگی دارد:
رفتار مواد و فرایند، خواص مواد مورد نظر، تجهیزات کوئینچ ، و ملاحظات ایمنی.
پیروی از توصیه ها و دستورالعمل های سازنده هنگام انتخاب و استفاده از سیالات کوئینچ برای اطمینان از فرآیندهای عملیات حرارتی موثر و ایمن بسیار مهم است.
*خواص مایعات کوئینچ
خواص مایعات کوئینچ که به عنوان مایعات کوئینچ یا روغن کوئینچ نیز شناخته می شوند، نقش مهمی در این فرآیند در طول عملیات حرارتی دارد و خواص سیالات کوئینچ میتواند به طور مستقیم بر روی سرعت سرد شدن، تبدیل مواد، و خواص مکانیکی حاصل از پروسه تاثیرگذار باشد.
در اینجا برخی از خواص کلیدی مایعات کوئینچ آورده شده است:
سرعت خنکسازی: سرعت خنکسازی یکی از ویژگیهای مهم سیالات کوئینچ است و تعیین می کند که مواد در طی فرآیند کوئینچ چقدر سریع سرد می شوند. مایعات و روغن های کوئینچ مختلف سرعت خنک کنندگی متفاوتی دارند و از سریع ترین مواد (مثلاً آب) تا کندترین آن (مثلاً روغن) روی ریزساختار، سختی و خواص مکانیکی کلی مواد تأثیر می گذارد.
نقطه اشتعال: ایمنی در مقابله با بخارات قابل اشتعال که هنگام قرار گرفتن در معرض شعله باز یا جرقه می توانند مشتعل شوند، نکته بسیار مهمی است.
توجه در طول عملیات سرد کردن، سیالات کوئینچ با نقطه اشتعال بالاتر عموماً ایمن تر هستند و سعی کنید از این مواد استفاده کنید، زیرا خطر اشتعال کمتری دارند.
ویسکوزیته: ویسکوزیته به ضخامت یا مقاومت در برابر جریان سیال کوئینچ اشاره دارد. ویسکوزیته، بر توانایی سیال برای نفوذ و جریان در سراسر سطح ماده در هنگام کوئینچ تاثیر می گذارد. سیالات ویسکوزیته بالا تمایل به روانکاری بهتری دارند و می توانند خطر اعوجاج یا ترک خوردگی را در حین فرایند کاهش دهند.
توانایی مرطوب کنندگی: توانایی مرطوب کنندگی سیال کوئینچ به توانایی آن در تماس مستقیم با سطح مواد و ایجاد تماس نزدیک اشاره دارد، قابلیت مرطوب کنندگی خوب، گرمای کارآمد ، همچنین انتقال و خنک سازی یکنواخت در سراسر مواد را تضمین می کند. این نکته به جلوگیری از تشکیل موانع بخار کمک می کند و اثربخشی فرآیند خاموش کردن را بهبود می بخشد.
پایداری: سیالات کوئینچ باید پایداری حرارتی خوبی از خود نشان دهند تا خواص خود را حفظ کنند. باتوجه به عملکرد این مواد در چندین چرخه کوئینچ، سیالات پایدار در برابر تخریب، اکسیداسیون و شکست حرارتی باعث تضمین نرخ خنک کننده ثابت و نتایج قابل اعتماد از فرایند هستند و همچنین سیالات کوئینچ با خواص پایدار باعث کاهش نیاز به تعویض مکرر مایعات و کمک به حفظ کنترل فرآیند میگردد.
سازگاری: سازگاری، به تعامل بین مایع کوئینچ و ماده اشاره دارد. در حین فرایند مایعات کوئینچ باید با مواد سازگار باشد تا از مضرات، واکنش ها یا آلودگی سطحی و ملاحظات سازگاری شامل متالورژی مواد، جلوگیری شود.
از الزامات سیالات در حین عملیات حرارتی، عدم واکنش های مایع یا واکنش با هر نوع پوشش های روی مواد میباشد.
اثرات زیست محیطی: سیالات کوئینچ باید از نظر اثرات زیست محیطی مورد ارزیابی قرار گیرند. بسیاری از صنایع در حال تغییر به سمت گزینه های سازگار با محیط زیست هستند که زیست تخریب پذیر، غیر سمی هستند و حداقل خطرات زیست محیطی را دارند. در نظر گرفتن دفع و بازیافت این مواد ضروری است.
استفاده از مایع کوئینچ
سیالات کوئینچ که به عنوان مایعات کوئینچ یا روغن کوئینچ نیز شناخته می شوند، به طور گسترده در صنایع مختلف برای فرآیندهای عملیات حرارتی استفاده میشوند. همچنین استفاده از سیالات کوئینچ در دستیابی به مواد مورد نظر بسیار مهم است.
کاربرد مایعات کوئینچ:
عملیات حرارتی فولاد: سیالات کوئینچ نقش حیاتی در عملیات حرارتی فولاد از جمله فرآیندهایی مانند : سخت شدن، نرم کردن را دارند. و در این فرایندها از انواع مختلفی از کوئینچ ها با توجه به ترکیب فولاد و سختی، استحکام و ریزساختار مورد نظر، استفاده می شود. سیالات کوئینچ روغنی و پلیمر معمولاً در فرآیندهای عملیات حرارتی فولاد استفاده می شوند.
عملیات حرارتی آلومینیوم: سیالات کوئینچ در عملیات حرارتی آلومینیوم و آلیاژهای آلومینیوم برای دستیابی به خواص مکانیکی خاص استفاده میشوند. آلیاژهای آلومینیوم اغلب به سرعت نیاز دارند و خنک سازی برای دستیابی به استحکام و سختی ، مورد نظر استفاده میشوند. در عملیات حرارتی آلومینیوم برای ارائه خنک کننده کنترل شده و کارآمد معمولاً از آب و کوئینچ پلیمری استفاده می شود.
فلزات غیر آهنی: سیالات کوئینچ نیز در عملیات حرارتی انواع فلزات غیر آهنی مانند مس، برنج، برنز و آلیاژهای تیتانیوم استفاده می شوند. معمولاً برای عملیات حرارتی فلزات غیر آهنی برای به حداقل رساندن اعوجاج و رسیدن به یکنواخت از کوئینچ های روغنی و پلیمری استفاده می شود
اجزای خودرو و هوافضا: در زمینه قطعات خودرو و هوافضا، از جمله چرخ دنده، شفت، فنر و قطعات حیاتی موتور به سختی، استحکام و ثبات ابعادی خاصی نیاز دارند. ماده کوئینچ با نرخ خنک کننده کنترل شده و خواص مرطوب کنندگی برتر و عملیات حرارتی دقیق و دستیابی به خواص مواد مورد نظر. برای اطمینان استفاده می شوند.
فولادهای ابزار و قالب: سیالات کوئینچ در عملیات حرارتی فولادهای ابزار و قالب به منظور دستیابی به سختی بالا، مقاومت در برابر سایش و ثبات ابعادی ضروری هستند. این فولادها معمولاً در ساخت ابزارهای برش، قالب ها معمولاً برای دستیابی به سختی و عملکرد لازم استفاده می شوند. در این فرایند سیال کوئینج با سرعت خنک کننده سریع، مانند آب یا سیالات پلیمری استفاده میشود.
مواد و کاربردها :
انتخاب مایع کوئینچ مناسب برای یک کاربرد خاص ضروری است و بستگی به عواملی مانند ترکیب مواد، خواص مواد مورد نیاز، سرعت سرد شدن، قابلیت های تجهیزات، ملاحظات ایمنی، و مقررات زیست محیطی ، مایع خاموش کننده مناسب، تکنیک های انتخاب و کاربرد برای دستیابی به نتایج عملیات حرارتی مورد نظر بسیار مهم هستند.
اصالت یک کالا به ویژه محصولات پر طرفدار همواره اهمیت زیادی داشته است . بنابراین هنگام خرید علاوه بر در نظر گرفتن ویژگی های برآورده کننده ی نیاز باید به اصل بودن روغن نیز دقت شود و خرید از مراکز معتبر یک راه آسان برای دسترسی به اجناس با کیفیت است. بهزیست با داشتن تجربه و سابقه ی بسیار یکی از تولید کنندگان برتر محصولات شیمیایی است که روغن های کوئینچ را با کیفیت و قیمت مناسب به بازار عرضه می کند. مشتریان معتبر و دائمی بهزیست همواره نشان از کیفیت بالای محصولات بهزیست است.