۵۰۰ 
کوئنچینگ
برای قرن ها، آهنگران متوجه شده بودند که به کمک عملیات کوئنچینگ می توانند عملکرد ابزار و سلاح هایی که می ساختند را بهبود بخشند. هر چند جزئیات متالورژیکی این فرایندها در آن دوره برای آن ها ناشناخته بود اما به تجربه دریافته بودند که استحکام و سختی فلزی مانند آهن به شدت تحت تاثیر گرمادهی و خنک سازی پس از آن قرار دارد.
در زمان حاضر از کوئنچینگ برای ساخت انواع مختلفی از فولادها از فولادهای ساختمانی گرفته تا چاقوهای استنلس استیل استفاده می شود.
تصویر شماره ۱ - فرایند خنک سازی با آب
عملیات حرارتی (Heat Treatment) از جمله راه هایی ست که برای بهبود مشخصات مکانیکی فلزات به کار می رود. اینکه بتوان بدون تغییر ساختار شیمیایی یک فلز مشخصات مورد نیاز مانند چقرمگی، سختی و استحکام را در آن به وجود آورد مزیت بزرگی ست. امروزه راه های مختلفی برای عملیات حرارتی پیشنهاد شده است که یکی از محبوب ترین آنها به نام کوئنچینگ (Quenching) شناخته می شود. در فارسی معادل هایی مانند فرونشانی، خنک کردن سریع یا سردایش نیز برای کوئنچینگ به کار برده می شود.
آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:
کوئنچینگ چیست؟
کوئنچنیگ یک فرایند عملیات حرارتی ست که شامل خنک سازی سریع یک فلز برای تنظیم مشخصات مکانیکی آن است. برای انجام کوئنچینگ، فلز تا دمایی بالاتر از شرایط نرم گرم می شود. معمولا این دما بالاتر از دمای تبلور مجدد (Recrystallization Temperature) و کمتر از دمای ذوب در نظر گرفته می شود. فلز ممکن است برای مدتی در این دما نگه داشته شود. سپس به وسیله ی یک مدیوم دمای فلز به سرعت پایین آورده می شود تا به دمای محیط برسد. البته ممکن است فلز برای مدت زمان زیادی تحت فرونشانی قرار بگیرد تا سرمای ناشی از آن به تمام قسمت های فلز منتقل شود.
فلزی مانند فولاد از ساختار مولکولی منحصر به فردی برخوردار است. فولاد زمانی که گرم شده و به دنبال آن سرد می شود بسته به نرخ و شدت گرم کردن و سرد شدن، مولکول های آن می توانند ساختارهایی را تشکیل دهند که از نظر استحکام، چکش خواری، دوام و سایر ویژگی ها متفاوت باشند.
عملیات کوئنچینگ ممکن است در نگاه اول ساده به نظر برسد. یک فلز را حرارت داده تا گرم شود و سپس آن را خنک می کنیم. هر چند کلیت فرایند همین است اما فرایندهای متالورژیکی که انجام می شوند می توانند بسیار پیچیده‌تر باشند.
اتم های فلزات در سطح ملکولی یک ساختار شبکه ی کریستالی را تشکیل می دهند. از طرف دیگر فلزات بسته به مقدار فشار و گرمایی که به آن ها اعمال می شود می توانند اشکال کریستالی مختلفی را به دست آورند. هر شکل کریستالی نیز ویژگی های خاص خود را دارد.
کانال‌های کوئنچینگ
کانال ها و محیط های مختلفی وجود دارند که از آن ها می توان برای عملیات کوئنچینگ استفاده کرد. هر کدام از این کانال ها ویژگی های مخصوص خود را دارند. ملاحظاتی که برای انتخاب کانال سردایش در نظر گرفته می شود شامل مواردی مثل سرعت سرد کردن، محیط سردایش و جابجایی محیط کوئنچینگ است. بر همین اساس 4 کانال مختلف برای انجام عملیات کوئنچینگ تعریف می شود.
- هوا
- آب
- روغن
- آب نمک
هوا
هوا یکی از محبوب ترین و پراستفاده ترین کانال هایی ست که برای خنک سازی فولاد استفاده می شود. هزینه کم یکی از بزرگترین مزایای این روش به شمار می‌آید. در این روش فولاد گداخته شده و سپس در محیط و در مجاورت هوا به آرامی سرد می شود. پس می توان گفت هر فلزی که حرارت دیده و به وسیله هوا خنک می شود تحت عملیات خنک سازی با هوا یا Air Quenching قرار گرفته است.
ممکن است برای انجام عملیات کوئنچینگ با هوا، هوای اطراف فلز را فشرده کنند چرا که در این حالت عملیات خنک سازی سریعتر انجام می شود. هر چند باز هم خنک سازی با هوا یکی از روش های کند برای تغییر مشخصات فولاد به شمار می آید.
روغن
روغن می تواند فلزات گداخته شده را بسیار سریعتر از هوا خنک کند. برای خنک سازی با روغن، قطعه فلز را درون تانک روغن فرو می‌برند. البته روغن می تواند روی قطعه نیز پاشیده شود. انواع مختلفی از روغن برای انجام عملیات کوئنچینگ به کار برده می شود که به پارامترهای مختلفی مانند نرخ خنک سازی بستگی دارد.
تصویر شماره - کوئنچینگ در روغن
آب
آب نیز یکی دیگر از موادی ست که برای خنک سازی فلزات به کار برده می شود و می تواند به سرعت فولاد گداخته شده را خنک سازد. مانند خنک سازی با روغن در این روش نیز یک حوضچه از آب تهیه شده و فلز گرم شده درون آن فرو برده می‌شود. یکی از مزایایی استفاده از آب این است که قابلیت اشتعال آن دیگر مطرح نیست.
آب نمک
آب نمک که ترکیبی از آب و نمک است یکی دیگر از کانال‌هایی ست که برای خنک سازی فلزات در کنار آب، روغن و هوا به کار می رود و البته سرعت خنک شدن آن نیز بالاتر است. دلیل این مساله هم آن است که مخلوط آب و نمک از تشکیل حباب های هوا در تماس با فلز داغ جلوگیری میکند و به این ترتیب سطح وسیع تری از فلز با مایع خنک‌کننده پوشیده می شود.
بیشتر مطالعه کنید: مواد خام مورد استفاده در فولاد سازی
فولاد سخت شده به وسیله عملیات خنک سازی
زمانی که در مورد فرایند کوئنچینگ صحبت می شود باید به طور خاص از فولاد نام برد چرا که مشخصات مکانیکی آن بسیار به عملیات خنک سازی حساس است. در طول عملیات کوئنچینگ که به سختی سازی با کوئنچ (Quench Hardening) گفته می شود فولاد تا دمای تبلور مجدد بالا برده می شود و سپس به سرعت به وسیله کانال خنک‌کننده سرد می شود. خنک شدن سریع باعث می شود تا ساختار کریستالی فولاد در مقایسه با خنک شدن آهسته تغییر کند. بسته به میزان کربن و آلیاژهای موجود، فولاد خروجی از عملیات کوئنچینگ می تواند سختر و شکننده تر باشد مانند فولادهای مارتنزیت یا بینیت. این میکروساختارها استحکام و سختی بالاتری نیز به دست می آورند. هر چند فولاد نسبت به ترک آسیب پذیر می شود و چکش خواری آن نیز کم می شود. به همین دلیل برخی از فولادها تحت عملیات آنیلینگ یا نرمال سازی نیز قرار می گیرند تا مشخصات آن بهبود یابد.