عملیات سختکاری سطحی چیست؟

سختکاری سطحی یکی از مهم‌ترین عملیات حرارتی است که برای بهبود خواص مکانیکی قطعات فلزی، به ویژه افزایش سختی و مقاومت در برابر سایش سطح، انجام می‌شود. در این فرآیند، سطح خارجی قطعه به طور انتخابی سخت‌تر از هسته داخلی آن می‌شود. این امر باعث می‌شود تا قطعه بتواند در شرایط کاری سخت و تحت بارهای ساینده، عملکرد بهتری داشته باشد.

در ادامه می خواهیم بیشتر به عملیات سختکاری سطحی بپردازیم و انواع روش های آن را به شما بگوییم .

سختکاری سطحی چیست؟

با توجه به اینکه سطوح فلزات بیشتر در معرض فرسایش و سایش قرار دارد؛ به همین دلیل سطح روی آن باید سختی بالایی داشته باشد که در نتیجه مقاومت آن در برابر شرایط دمایی، سایش و فرسایش نیز افزایش پیدا می‌کند؛ بنابراین برای افزایش دادن مقاوت سطوح قطعات باید عملیاتی روی سطوح انجام گیرد تا سختی آن چندین برابر شود.

سخت کاری سطحی را در واقع می‌توان یک عملیات حرارتی دانست که در طی فرآیندهای آن خواص مکانیکی سطوح نیز تقویت می‌شود بدون اینکه ترکیب شیمیایی به کار رفته در آن دچار تغییر شود. بعد از انجام عملیات سختکاری مقاومت سطوح به سایش در عین چقرمگی مناسب داخلی افزایش پیدا خواهد کرد. با انجام عملیات سختکاری سطوح نسبت به قسمت‌های داخلی قطعه مقاوم‌تر خواهد شد. این در حالی که سطح سخت و قسمت‌های داخلی قطعه نیز نرم و انعطاف پذیر است.

عملیات سختکاری سطحی چیست؟

با توجه به اهمیت سختکاری سطح می‌توان انجام سختکاری سطحی را به عنوان یکی از فرایندهای نهایی تولید به حساب آورد. البته بکار بردن این روش در فرآیندهای تولید بستگی به بهبود سختی سطح به کمک عملیات حرارتی دارد و ممکن است قبل از کربورایزینگ، کربونیتراسیون و سختکاری سطحی القایی یا پس از فرآیند ماشین کاری و پرداخت (نیتراسیون) انجام شود. البته زمان انجام آن به مواردی همچون نوع قطعه، ترکیب آلیاژهای به کار رفته و کاربرد هر کدام بستگی دارد.

روش‌های سختکاری سطحی

روش‌های نفوذ ترموشیمیایی

روش‌های نفوذ ترمو شیمیایی یکی از روش‌های سختکاری سطح است. در این روش ترکیب شیمیایی سطح قطعه با عناصر سخت کننده همچون نیتروژن، بور و کربن دستخوش تغییر می‌شود. نفوذ عناصر شیمیایی در سطوح قطعه موجب افزایش سختی آن می‌شود.

سختکاری سطحی با اعمال انرژی

در سخت کاری سطحی با اعمال انرژی برعکس روش قبلی هیچگونه تغییری در ترکیب شیمیایی سطح فولاد ایجاد نمی‌شود. در این روش طی فرآیندهای عملیاتی ابتدا به کمک اعمال انرژی دمای سطح افزایش می‌یابد و در ادامه نیز با استفاده از کوئدنچ ماهیت متالورژیکی سطح تحت استحاله فاز تغییر کرده و در ادامه نیز وارد فاز مارتنزیت می‌شود. ناگفته نماند که سختکاری با اعمل انرژی نیز به نام اعمال انرژی تحت عنوان عملیات حرارتی موضعی نیز شناخته می‌شود.

در این روش بدون اینکه تغییری در ترکیب شیمایی سطح به وجود بیاید یا اینکه عناصر سختی همچون کربن به آن اضافه شود یک سطح سخت به وسیله کوئنچ به سطوح وارد خواهد شد. از جمله روش‌هایی سختکاری با اعمال انرژی می‌توان به سختکاری سطح القایی و سختکای با شعله اشاره کرد. سخت کاری القایی سطح یکنواختی را روی سطوح قطعه ایجاد می‌کند.

روش سختکاری پوشش دهی یا اصلاح سطح

در روش سختکاری پوشش دهی یا اصلاح سطح به منظور افزایش دادن سختی سطح قطعه بر روی سطح یک لایه جدیدی اضافه می‌شود. در طی فرآیندهای انجام شده این روش ترکیبات شیمیایی به کار رفته در قطعه هیچگونه تغییری نمی‌کند بلکه تنها یک لایه جدیدی روی سطح مورد نظر ایجاد می‌شود. از جمله روش‌های بهبود سختی سطح در سختکاری پوشش دهی می‌توان به سختکاری با جوش، پوشش کروم سخت، پاشش حرارتی، پوشش نیکل الکترولس، لایه نشانی با بخار فیزیکی، لایه نشانی با بخار شیمیایی و القاء یونی اشاره کرد.

مزایای سختکاری سطحی

صرف جویی در مصرف انرژی و به حداقل رساندن سر و صدا

سختکاری سطحی فلز و مزایای استفاده از آن موجب کاهش سرو صدا می‌شود. در صورتی که در عملیات سختکاری از مواد مناسبی استفاده شود، سر و صدای تولید شده از جعبه دنده نیز کاهش پیدا می‌کند و علاوه بر این در زمان کار کردن توربین‌ها نیز انرژی زیادی صرفه جویی می‌شود.

ایجاد تنش های فشاری پسماند در سطح و عمق

تنش‌های پسماند، تنش‌های خمشی را خنثی و مانع از ایجاد ترک بر روی سطوح می‌شود. در واقع سختکاری سطحی چرخ دنده‌ها موجب ایجاد تنش‌های فشاری پسماند در عمق و سطح فلز می‌شود.

ایجاد مقاومت بالا در برابر شکست فوق‌العاده در یاتاقان‌ها

اگر از عملیات سختکاری برای ساخت یاتاقان‌ها استفاده شود این مساله موجب بالا بردن مقاومت آن‌ها در برابر هر گونه ضربه و خرابی ناشی از فاجعه بلبرینگ می‌شود.

افزایش دوام و ماندگاری و عمر قطعات فولادی

با اعمال عملیات سختکاری، سطح فلز حالت سختی به خود می‌گیرد که این امر موجب افزایش مقاومت آن در برابر سایش و فرسودگی می‌شود و دوام و ماندگاری قطعات نیز افزایش می‌یابد.

بهبود قابلیت جوشکاری فولاد

بهبود قابلیت جوشکاری فولاد در سختکاری سطحی فلز و مزایای استفاده از آن بسیار مورد توجه است و به همین دلیل گزینه مناسبی در برخی از کاربردهای مهندسی به حساب می‌آید.

صرفه جویی در انرژی و کنترل هزینه‌ها

از مزیت‌های بکار بردن سختکاری سطحی می‌توان به بهبود مقاومت در برابر خستگی چرخ دنده‌ها اشاره کرد. در واقع سختکاری چرخ دنده موجب کنترل سختی و مقاومت در برابر خستگی و افزایش مقاومت خمشی و فشاری می‌شود کهبدین شکل در کنترل هزینه‌ها و انرژی نیز صرفه جویی می‌شود.

امکان استفاده از فولاد در کاربردهای سنگین

آلیاژهایی که قابلیت ماشین کاری کمی دارند در کاربردهای سنگین به کار می‌رود. بنابراین به منظور افزایش دادن قابلیت ماشینکاری می‌توان از عملیات سختکاری استفاده کرد.