در مورد فولاد سمانتاسیون (Cementation Steels) چه می دانید؟

 

نوعی سمانتاسیون

 

برای بررسی واژه سمانتاسیون (فولاد سمانتاسیون Case Hardening Steels))، در ابتدا با واژه سخت کاری سطحی آشنا می شویم:

در بسیاری از کاربردهای صنعتی نیاز به قطعات فولادی است که دارای سطحی سخت بوده و در عین حال از مقاومت به ضربه خوبی نیز برخوردار باشند. برای مثال قطعاتی مانند میل لنگ، میل بادامک و چرخ دنده باید سطحی بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش داشته باشند، ضمن آنکه دارای استحکام مکانیکی خوبی هم بوده و بسیار چقرمه و مقاوم در برابر ضربه های وارده در حین کار باشند. این خواص را در برخی قطعات فولادی می توان با عملیات حرارتی سخت کردن سطحی به وجود آورد.

در حال حاضر روش های مختلف عملیات حرارتی به منظور سخت کردن سطح قطعات به سه دسته تقسیم می شود:

تعدادی سمانتاسیون

 

  •  عملیات حرارتی – شیمیایی یا نفوذی که منجر به تغییر ترکیب شیمیایی سطح فولاد و یا نفوذ یک عنصر بین نشین یا جانشین به داخل قطعه می شود مانند کربن دهی، نیتروژن دهی، کربن نیتروژن دهی، بور دهی و غیره
  •  عملیات حرارتی موضعی بدون تغییر ترکیب شیمیایی سطح مانند سخت کردن القایی و شعله ای
  •  سایر روش های سخت کردن سطحی مانند سخت کردن لیزری، پلاسمایی و پرتو الکترونی، عملیات حرارتی سطحی به روش القا یا کاشت یون

سمانتاسیون شامل مقادیر بیشتر کربن در سطوح فولادی با محتوای کربن کم است و درصد کربن فولاد سمانتاسیون پایین و حداکثر ۳/۰ است. پس برای فولاد خفیف یا فولاد آلیاژی نشان داده می شود. فولادهای سمانتاسیون، علاوه بر کربن دارای عناصر آلیاژی دیگری مانند منگنز، کروم، مولیبدن، سیلیسیم و نیکل هستند و تحت عملیات حرارتی کربن دهی تولید می شوند. سمانتاسیون این سطح (برای فولاد آلیاژی که درصد کربن پایین و به مقدار ۰.۰۷ تا ۰.۲۵ درصد است) را تا مقادیر ۱% افزایش می دهد که موجب سطوح سخت و هسته سخت تر می شود و بطور کلی، اگر سطح فولاد با عملیات کربن دهی پرکربن شود سختی سطح بالا می رود.

 

از انواع سمانتاسیون

 

ترک خوردگی در قطعات ساخته شده از فولاد با درصد متوسط یا زیاد کربن که عملیات خمش متعددی را متحمل می شوند، ایجاد می گردد. به دلیل درصد پایین کربن بعد از عملیات حرارتی سخت کاری، سختی بالایی نخواهند داشت. مقدار پایین کربن در این فولادها باعث می شود تا نتوان با سریع سرد کردن این فولادها از ناحیه آستنیتی شاهد تشکیل ریز ساختار سخت مارتنزیت در سطح آن ها بود. در نتیجه با کربن دهی به سطح این فولادها کاری می کنند تا کربن سطحی به مقداری افزایش یابد که این فولادها قابلیت آب دادن پیدا کنند و شاهد تشکیل مارتنزیت سخت پر کربن در لایه سطحی آن بود.

این کربن دهی در هنگام خرید فولاد سمانتاسیون انجام نمی شود و بعد از خرید کربن دهی می شود و به شکل مورد نیاز در می آید. حداکثر نفوذ کربن در این نوع فولاد ۲ میلیمتر زیر سطح است. فولادهای سمانتاسیون سطحی سخت و مقاومت نسبت به سایش بالایی خواهند داشت و در عین حال مقاومت این نوع فولاد در برابر ضربه مقاومت بالایی خواهد بود. همچنین بدلیل عناصر تشکیل دهنده فولاد سمانته و درصد کربن کم آن، جوشکاری فولاد سمانته بسیار راحت است.

اصطلاح سمانته یا سمانتاسیون به معنی سختکاری سطحی می باشد که در واقع نوعی عملیات حرارتی است که سطح نمونه سخت می گردد و مغز نمونه بدون تأثیر سختی می ماند که در واقع می گوییم سطح سخت و مغز نرم است. کربن دهی یا سمانتاسیون، فرآیند اضافه کردن کربن به سطح فولاد کم کربن است که معمولاً در محدوده دمایی ۹۵۰-۸۵۰ درجه سانتیگراد انجام می شود.

در این محدوده دمایی، ساختار فولاد شامل آستنیت است که حد حلالیت زیادی نسبت به کربن دارد. هنگامی که فولاد در این محدوده دمایی برای مدت زمان مشخص در تماس با مواد کربن ده قرار می گیرد، کربن اتمی از مواد کربن ده آزاد شده، جذب سطح فولاد می شود و سپس به داخل آن نفوذ کند. به این ترتیب سطح قطعه را فولاد پر کربن و مغز آن را فولاد کم کربن تشکیل می دهد.

کربن دهی به فولاد معمولاً با روش های زیر انجام می شود:

کارخانه ساخت سمانتاسیون

  • کربن دهی جامد یا پودری (Pack Carburizing)
  • کربن دهی مایع یا کربن دهی در حمام نمک (Liquid or Salt Bath Carburizing)
  • کربن دهی گازی (Gas Carburizing)
  • کربن دهی در خلاء (Vacuum Carburizing)
  • کربن دهی پلاسما (Plasma Carburizing)

در بین این روش ها، روش های متداول در صنعت ایران سه روش کربن دهی جامد، مایع و گازی است. این دسته بندی بر اساس محیط کربن دهی و مواد کربن ده مورد استفاده در آن است. بر این اساس از سه گروه مواد جامد، مایع و گاز برای کربن دهی استفاده می شود. از میان این روشها روش کربن دهی مایع یا کربن دهی در حمام نمک به گونه ای است که در این گروه حمامها، سیانید عامل تأمین کربن اتمی است و به کمک انواع فعال کننده‌ها میزان سیانید به حداقل رسیده است.

حضور فعال کننده‌ها باعث افزایش عمق نفوذ کربن در زمان کوتاه می‌شود. این امر موجب گردیده است که این گروه حمامها از نظر اقتصادی در موقعیت برتری قرار گیرند. از نظر اقتصادی بهترین دما برای انجام سمانتاسیون ۹۳۰ درجه است.

فولاد های سمانته یا سمانتاسیون به دو دسته تقسیم می شوند: سمانته های نیکل دار و سمانته های غیر نیکل دار، که فولاد ۱.۷۱۳۱ جزء دسته فولاد های سمانته غیر نیکل دار است. این فولاد با ترکیب شیمیایی ۱۶ MnCR5 که در دمای ۸۸۰-۹۸۰ درجه سانتی گراد کربن دهی می گردد که در دمای ۷۸۰-۸۲۰ سطح آن سخت می شود و در دمای ۱۵۰-۲۰۰ درجه ی سانتی گراد، تمپر می شود و سطح آن ماکزیمم (البته سایز های ریز) به ۴۷HRC می رسد که از موارد کاربرد آن می توان به چرخ های دندانه دار و اجزاء فرمان اشاره نمود.

در فولاد سمانته ۱٫۷۱۳۱ به دلیل درصد پایین کربن، بعد از عملیات سخت کاری، به میزان بالایی از سختی دست نمی یابیم. اگر سطح فولاد ۱٫۷۱۳۱ با عملیات کربن دهی پرکربن شود، سختی سطحی فولاد بالا می رود. حداکثر درصد کربن C در فولادهای سمانته ۰٫۳ درصد است.

امیدوارم این مطلب برای شما مفید بوده. شما می توانید برای مطلع شدن از قیمت روز آهن و  سمانتاسیون با مشاوران ما تماس بگیرید.