فولادهای نیترویده

سخت کردن فولاد با عملیات حرارتی

به منظور سخت کردن فولاد با عملیات حرارتی روش های گوناگونی وجود دارد. روش اول عملیات حرارتی-شیمیایی است. در این روش ترکیبات شیمیایی سطح فولاد با نفوذ یک عنصر بین نیشتن یا جانشین به داخل قطعه مانند کربن دهی، نیتروژن دهی، کربن-نیتروژن دهی و بوردهی و … تغییر داده میشود.

روش دوم، عملیات حرارتی موضعی است که بدون تغییر در ساختار شیمیایی فولاد تغییری ایجاد گردد، تنها با عملیات حرارتی موضعی مانند سخت کردن القایی و شعله ای، سخت کردن فولاد انجام میگیرد.

روش های دیگر سخت کردن فولاد شامل سخت کردن لیزری، سخت کردن پلاسمایی، پرتو الکتریکی، عملیات حرارتی سطحی به روش القا یا کاشت یون و … می باشد.

فولاد نیتروره

فولاد نیتروره یا فولاد نیتراته (فولاد نیتروژن دهی شده یا نیتراسیون) مجموعه فولادهایی است که کم آلیاژ بوده و میزان کربن متوسطی دارند. این نوع فولاد با وارد کردن نیتروژن در سطح از مقاومت خوبی نسبت به سایش برخوردار خواهند شد. علاوه بر این استحکام استاتیکی، مقاومت به خستگی و مقاومت در برابر خوردگی به صورت قابل قبولی بهتر از سایر انواع فولاد خواهد بود.

سختی فولاد با جذب نیتروژن افزایش خواهد یافت و این کار با ایجاد سختی در فولادهای غیر آلیاژی انجام میگیرد. نیتروژن دهی در بسیاری از فولادها میتواند کاربرد داشته باشد و فولاد از نظر عناصری همچون آلومینیوم، وانادیم، کروم، تنگستن، تیتانیوم، منگنز و مولیبدن در حد قابل قبول باشد. در چنین شرایط فولاد در تماس با نیتروژن اتمی با آن ترکیب میشود و نیتریدهای پایداری مانند نیترید کروم، نیترید آلومینیوم و نیترید تیتانیوم تشکیل میشوند که این مسئله سختی فولاد را افزایش میدهد.

قابلیت نیتروره شدن فولادهای غیر آلیاژی

فولادهای کربنی همچون Ck45 از قابلیت خوبی برای نیتروژن دهی برخوردار هستند. عمق نفوذ نیتروژن در این نوع فولاد بالاست و نیتروژن اتمی با آهن واکنش نشان میدهد. به این ترتیب فازهای مختلفی از نیترید آهن ایجاد میشود که سختی بالایی ندارند و ترد و شکننده خواهند بود و همچنین در عمق نسبتا زیادی از قطعه نفوذ میکنند. به این ترتیب فولادهای کربن متوسط با آلیاژ آلومینیوم، وانادیم، کروم و مولیبدن برای ترکیب با نیتروژن بهترند. در این نوع از فولادها، عناصر آلیاژی از نفوذ نیتروژن به داخل قطعه جلوگیری میگردد.

در نهایت یک لایه ضخیم 1 میلیمتری محکم و پایدار روی سطح قطعه تشکیل میشود. با افزایش درصد آلیاژهای موجود در سطح فولاد سختی نیتروژن بیشتر میشود، اما ضخامت لایه سخت سطحی کمتر خواهد شد. مهمترین آلیاژ نیتریدزا، آلومینیوم است که فولادهایی بین 0.85 تا 1.5 درصد آلومینیوم دارند. این فولاد ها عملکرد بهترین بین سایر انواع فولاد برای نیتروژن دهی نشان میدهند.

نیتروژن دهی فولادهای ساختمانی

چدن و فولادهای کربنی ساختمانی را نیز میتوان نیتروژن دهی کرد. نیتروژن دهی فولادهای ابزار و فولادهای ضدزنگ در صنعت پرکاربرد هستند و تنها تعداد محدودی فولاد کربن متوسط کم آلیاژ یا آلیاژ متوسط حاوی عناصر مانند آلومینیوم، کروم، مولیبدن و گاه وانادیم و نیکل شرایط بهتری از نظر سختی سطح، عمق سختی و خواص فولاد نیتروژن دهی شده دارا می باشند.

نیتروژن دهی به فولاد

نیتروژن دهی یک عملیات ترموشیمیایی است که برخلاف کربن دهی، میتواند در فولاد آلفا و گاما نفوذ نماید. برای نیتروژن دهی نیازی به تغییر شکل آستینی فولاد و حرارت دادن نیست. در دماهای پایین تر نیز عملیات نیتروژن دهی را میتوان انجام داد. در این دما ساختار فولادهای نیتروره شامل فریت هستند. حد پایین نیتروژن دهی 480 درجه و حد بالای آن 610 درجه می باشد. هرچه دمای نیتروژن پایین تر باشد، عمق نفوذ آن بالاتر خواهد بود و سختی آن کمتر است.

وقتی دمای مشخص فولاد در معرض مواد نیتروژن دار قرار میگیرد، نیتروژن اتمی به سطح جذب شده و به داخل آن نفوذ مینماید. عمق لایه نیتروژن دهی شده نیز معمولا کمتر از 1 میلیمتر است.

عوامل موثر در نیتروژن دهی فولاد

1) دمای نیتروژن دهی

در صورت افزایش دمای نیتروژن دهی، مقدار نفوذ نیتروژن به داخل فولاد بیشتر شده و عمق لایه نیتروره بیشتر و سختی آن کمتر میگردد.

2) زمان نیتروژن دهی

عمق نفوذ نیتروژن با گذشت زمان بیشتر می شود اما به مرور سرعت آن کم می شود. 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 این مسئله به صرفه نیست.

3) عناصر آلیاژی

وجود عناصر آلیاژی 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.