فولادهای نیتروژن دهی شده

<p>فولاد را می توان در بخش های مختلف صنعت به کار گرفت. از کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر سرما دارد تا کارهایی که دائما در معرض ضربه و سایش قرار دارند. مشخص است که در هر کدام از این موارد فولاد باید مشخصاتی متفاوت برای عملکرد بهتر داشته باشد. به عنوان مثال نمی توان از فولادی که برای ساخت بدنه خودرو طراحی شده است برای ریل راه آهن و یا بالعکس استفاده کرد. همین مساله است که باعث شده امروز بیش از ۳۰۰۰ نوع فولاد با ویژگی های متفاوت و منحصر به فرد تولید شود.</p> <p style="text-align: center;"><img class="content-image" title="فولاد نیتریده" src="https://api.modiranparts.com/uploads/images/imgid1658170551399-steel.jpg" alt="فولاد نیتریده، فولادی با نیتروژن" /></p> <p style="text-align: center;">تصویر شماره ۱ - فولاد نیتریده&nbsp;</p> <p>در بسیاری از کاربردهای صنعتی به فولادی نیاز است که دارای سطحی سخت بوده و در عین حال از مقاومت بالا نسبت به ضربه برخوردار باشد. به عنوان نمونه قطعاتی مانند میل لنگ خودرو، میل بادامک و چرخ دنده ها که دائما در تماس با سایر قطعات هستند باید از مقاومت سطحی بالایی در برابر سایش برخوردار باشند ضمن اینکه استحکام مکانیکی آن ها نیز می بایست در حد قابل قبولی باشد و در برابر ضربه های وارد شده حین کار از خود ضعف نشان ندهند و دچار شکست نشوند.</p> <p>بسیاری از خواصی که در بالا به آن ها اشاره شد را یم توان به وسیله ی عملیات حرارتی و بدون تغییر درصد ترکیبات شیمیایی فولاد به وجود آرود.</p> <p><strong>آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:</strong></p> <ul> <li>روش های سخت کردن سطح فولاد با عملیات حرارتی</li> <li>فولاد نیتروره چیست؟</li> <li>قابلیت نیتروره شدن فولادهای غیر آلیاژي</li> <li>نیتروژن دهی فولادهای ساختمانی</li> <li>چگونگی نیتروژن دهی به فولاد</li> <li>عوامل موثر در نیتروژن دهی فولاد</li> </ul> <h2>روش های سخت کردن سطح فولاد با عملیات حرارتی</h2> <p>سخت کردن سطح فولاد به وسیله ی عملیات حرارتی به روش های گوناگونی انجام می شود که می توان آن ها را به سه دسته ی کلی تقسیم بندی کرد:</p> <p>روش اول: عملیات حرارتی &ndash; شیمیایی</p> <p>در این روشد ترکیب شیمیایی سطح فولاد با نفوذ یک عنصر بین نیشین یا جانشین به داخل قطعه مانند کربن دهی، نیتروژن دهی، کربن-نیتروژن دهی، بور دهی و ... تغییر داده می شود.</p> <p>روش دوم: عملیات حرارتی موضعی</p> <p>بدون اینکه در ساختار شیمیایی فولاد تغییری ایجاد شود تنها با مجموعه ای از عملیات های حرارتی موضعی مانند سخت کردن القایی و شعله ای استفاده می شود.</p> <p>روش سوم: سایر روش های سخت کردن</p> <p>این روش ها می تواند شامل مواردی مانند سخت کردن لیزری،&zwnj; پلاسمایی، پرتو الکترونی، عملیات حرارتی سطحی به روش القا یا کاشت یون و ... باشد.</p> <h2>فولاد نیتروره چیست؟</h2> <p>فولاد نیتروره یا فولاد نیتراته،&zwnj; فولاد نیتریده، فولاد نیتروژن دهی شده یا نیتروراسیون به مجموعه فولادهایی گفته می شود که کم آلیاژ بوده و مقدار کربن متوسطی دارند. این فولادها با وارد کردن نتروژن اتمی در سطح از مقاومت خوبی نسبت به سایش برخوردار شده اند. همچنین استحکام استاتیکی، مقاومت به خستگی و مقاومت به خوردگی در آن ها به صورت قابل قبولی بهبود بخشیده شده است.</p> <p>سختی فولادها با جذب تیتروژن افزایش می یابد و این کار برای ایجاد سختی در فولادهای غیر آلیاژي مورد استفاده قرار می گیرد. نیتروژن دهی در بسیاری از فولادها زمانی می تواند مورد استفاده قرار بگیرد که فولاد از نظر عناصری مانند آلومینیوم، وانادیم، کروم، تنگستن، تیتانیوم، منگنز و مولیبدن در حد قابل قبولی باشد. در این شرایط فولاد به محض تماس با نیتروژن اتمی با آن ترکیب می شود و نیتریدهای پایداری مانند نیترید کروم، نیترید آلومینیوم و نیترید تیتانیوم تشکیل می شود که باعث افزایش سختی فولاد می گردد.</p> <h2>قابلیت نیتروره شدن فولادهای غیر آلیاژي</h2> <p>فولادهای کربنی مانند Ck 45 از قابلیت بسیار خوبی برای نیتروژن دهی شدن برخوردار هستند. عمق نفوذ نیترژون در این فولادها بالاست اما مشکلی که وجود دارد این است که در چنین فولادهایی نیتروژن اتمی با آهن واکنش میدهد و فازهای مختلفی از نیترید آهن ایجاد می کند که سختی بالایی ندارند و ترد و شکننده هستند و در عمق نسبتا زیادی از قطعه نیز نفوذ می کنند. به همین دلیل فولادهای کربن متوسط دارای عناصر آلیاژي مانند آلومینیوم، وانادیم، کروم و مولیبدن برای ترکیب با نیتروژن مناسب تر هستند. در این فولادها عناصر آلیاژي از نفوذ نیتروژن به داخل قطعه جلوگیری می کنند و نهایتا یک لایه با ضخامت ۱ میلیمتر ولی سخت و پایدار روی سطح قطعه تشکیل می شود. با افزایش درصد آلیاژهای موجود در فولاد سختی سطح نیتروژن داده شده افزایش می یابد اما ضخامت لایه سخت سطحی نیز کم می شود.</p> <p>مهمترین عنصر آلیاژی نیترید زا آلومینیوم است. بنابراین فولاهایی که بین ۰.۸۵ تا ۱.۵ درصد آلومینیوم دارند عملکرد بهتری بین سایر فولادها برای نیتروژن دهی از خود نشان می دهند.</p> <h2>نیتروژن دهی فولادهای ساختمانی</h2> <p>باید به این نکته نیز اشاره کرد که چدن و فولادهای کربنی ساختمانی را نیز می توان نیتروژن دهی کرد. نیتروژن دهی فولادهای ابزار و فولادهای زنگ نزن هم در صنعت کاربرد بسیار زیادی دارد. البته لازم به ذکر است که تنها تعداد محدودی فولاد کربن متوسط کم آلیاژ یا آلیاژ متوسط حاوی عناصری مانند آلومینیوم، کروم، مولیبدن و گاه وانادیم و نیکل شرایط بهتری از نظر سختی سطح، عمق سختی و خواص فولاد نیتروژن دهی شده دارا هستند.</p> <h2>چگونگی نیتروژن دهی به فولاد</h2> <p>نیتروژن دهی یک عملیات ترموشیمیایی ست. بر خلاف کربن دهی، نیتروژن هم در فولاد آلفا و هم گاما می تواند نفوذ کند به همین دلیل برای نیتروژن دهی نیازی به تغییر شکل آستنیتی فولاد و حرارت دادن آن نیست و در دماهای پایین تر نیز ( حدود ۵۹۱ درجه سانتیگراد) عملیات نیتروژن دهی می تواند انجام شود. در این دما ساختار فولادهای نتیروره شامل فریت می باشد. حد پایین دمای نیتروژن دهی ۴۸۰ درجه و حد بالای آن نیز ۶۱۰ درجه سانتیگراد می باشد. هر چه دمای نیتروژن دهی بیشتر باشد عمق نفوذ نیتروژن نیز بیشتر شده و سختی که حاصل می شود کمتر است.</p> <p>هنگامی که در دمای مشخص فولاد در معرض مواد نیتروژن دار قرار بگیرد نیتروژن اتمی به سطح فولاد جذب می شود و به داخل آن نفوذ می کند. عمق لایه نیتروژن دهی شده نیز معمولا از ۱ میلیمتر کمتر است.</p> <h2>عوامل موثر در نیتروژن دهی فولاد</h2> <p>عواملی که بر نیتروژن دهی تاثیر دارند عبارتند از:</p> <p><strong>دمای نیترژون دهی</strong></p> <p>با افزایش دمای نیتروژن دهی مقدار نفوذ نیتروژن به داخل فولاد بیشتر می شود و عمق لایه نیتروره بیشتر و سختی آن کمتر می شود.</p> <p><strong>زمان نیتروژن دهی</strong></p> <p>عمق نفوذ نیتروژن با گذشت زمان بیشتر می شود اما به تدریج از سرعت آن کم می شود و پس از یک زمان مشخص سرعت نفوذ به اندازه ای کم می شود که صرف زمان بیشتر بی تاثیر است و از نظر اقتصادی نیز به صرفه نیست.</p> <p><strong>عناصر آلیاژي</strong></p> <p>وجود عناصر الیاژی مانند کروم، وانادیم، آلومینیوم، مولیبدن و تنگستن باعث می شود تا سختی لایه نیتروره بیشتر شود اما در عین حال نفوذ نیتروژن نیز دشوارتر می شود عمق سختی کاهش می یابد.</p> <p>&nbsp;</p>