دانلود تحقیق آزمایشگاه متالوژی

در طی دوره ای که کارآموزی خود را در آزمایشگاه متالوژی شرکت سایپا گذراندم از تجربیات عملی و دانسته های علمی افراد زیر بهره مند شدم .

تشکر و قدردانی فراوان را از زحمات : دکتر سلمانی مهندس طالبی مهندس بهمن پور مهندس میرکمالی مهندس دمیرچی که در این مدت تمام تلاش خود را در جهت ارتقاء سطح علمی و افزایش تجربیات عملی اینجانب انجام داده اند ، می نمایم .

در دوره کارآموزی در شرکت سایپا واحد آزمایشگاه متالوژی علاوه بر کارهای عملی و تجربی انجام شده در این بخش ، برای هر کار آموز یک پروژه تحقیقاتی که مرتبط با کاربرد متالوژی در صنعت خودروسازی می باشد تعریف شد ، تا کارآموز در کنار کارهای عملی با انجام کارهای تحقیقاتی نیز آشنا شود.

پروژه اینجانب سخت کاری سطحی روشهای آن ، بویژه نیتراسیون پلاسمایی و کاربرد آن در صنعت خودرو می باشد که با راهنمایی و مساعدت دکتر سلمانی انجام گرفت .

سخت کاری سطحی ( موضعی ) فولاد دو روش کاملاً متفاوت برای سختکاری سطحی یعنی فرآیندی که در آن سطح قطعات سخت شده و در مقابل سایش مقاوم باشند ولی در عین حال مغز آنها همچنان نرم و چقرمه باقی بماند وجود دارد .

یکی اینکه فولادی را انتخاب کنیم که کربن کافی داشته و با گرم و سرد کردن سخت شود .

در این فولاد ما می توان قسمتهای مورد نیاز را با گرم و سرد کردن سریع سخت کنیم .

دوم اینکه فولادی را انتخاب کنیم که ذاتاً قادر نیست تا حد بالایی سخت شود .

ولی با تغییر دادن ترکیبات شیمیایی لایه سطحی می توان لایه مذبور را سخت کرد .

دسته بندی روشهای سخت کاری سطحی : روشهای سخت کاری سطحی از نقطه نظر عملی به چهار گروه عمده شامل : 1 کربن دهی ( کربو رایزینگ ) 2 کربن و ازت دهی ( کربو نیترایدینگ ) 3 ازت دهی ( نیترایدینگ ) 4 ازت دهی و کربن دهی ( نیتروکربورایزینگ ) تقسیم می شوند .

سمانتاسیون با کربن دهی سطحی فولادها : برای تعداد زیادی از محصولات صنعتی ، نظیر چرخ دهنده ها .

خار پیستون ، محورهای انتقال و امثال اینها ، لازم است که سطح قطعه سخت بوده و در عین حال قسمت مرکزی آن ، چکش خواری خود را حفظ کرده و مقاومت به ضربه بالایی داشته باشد ، تا بتواند در مقابل نیروهای دینامیک مقاومت نماید .

برای این منظور سطح قطعه را با کربن سمانته می کنند .

هدف از سمانتاسیون اشباع سطح قطعه فولادی از کربن می باشد .

برای سمانتاسیون می توان از سه نوع سمان استفاده کرد .

به عبارت دیگر در سمان یا محیط کربن ده ، می توان قطعات را به سه روش مختلف مورد سمانتاسیون با کربن قرار داد : 1 سمانتاسیون با عناصر جامد کربن ده .

2 سمانتاسیون گازی ( یا کربن دهی گازی ) 3 سمانتاسیون مایع .

هدف از سمانتاسیون به دست آوردن یک سطح سخت و مقاومت در برابر فرسایش می باشد که با پر کردن سطح قطعه تا حدود 0.8 الی 1.1 درصد و سپس آب دادن آن حاصل می شود .

این عمل نیز حد خستگی را بالا می برد .

سمانتاسیون ، عموماً بر روی فولادهای کم کربن ، یا فولادهایی با 18/0 1/0 درصد انجام می گیرد .

برای قطعات بزرگ می توان فولادهایی با کربن کمی بیشتر ( 0.2 – 0.3 درصد ) به کار برد.

فولادهایی که عمق نفوذ آب گیری در آنها کم است ، برای سمانتاسیون مناسب است .

زیرا با سمانتاسیون این فولاد ها ، قشرهای مجاور زیر قشر سطحی و نیز قسمت مرکزی قطعه ، از کربن محیط سمانتاسیون اشباع نشده و چکش خواری خود را ، بعد از آب دادن سطح قطعه ، حفظ می کنند .

در موارد متعددی لازم است که فقط قسمتهای معینی از یک قطعه سمانته شود.

در این صورت بخشهایی را که نباید سمانته شوند را می توان از یک رسوب الکترولیتیک مسی ( به ضخامت 04/0 تا 03/0 ) و یا لفافهای مخصوص پوشانید .

این لفانها معمولاً از مخلوطی از تالک با رس سفید ( کائولن ) که کاملاً نرم شده و با شیشه محلول ( چسب شیشه یا سیلیکات سدیم ) خمیر گردیده است ، تشکیل شده اند .

چون در هنگام سمانتاسیون این خمیرها به راحتی ترک برمی دارند ، لذا نمی توانند کاملاً در مقابل نفوذ کربن مؤثر باشند .

روش مطمئن پوشش دادن با الکترولیت مس است .

عمق نفوذ کربن یا ضخامت قشر سمانته ، طبق تعریف ، فاصله از سطح سمانته تا صفحه‌ای است که سختی آن به 550 ویکرز برسد .

( استاندارد SIS 11700 8 ) .

غلظت کربن در قشر سطحی فولادهای کربنی باید به حدود 0.8 الی 1.1 درصد برسد .

اگر درصد کربن در قشر سطحی ، از مقدار فوق تجاوز نماید .

سمانتیت آزاد و درشت در سطح تشکیل شده و کیفیت سطح فولاد را پایین می آورد .

در فولادهای کربنی عملاً تشکیل کربور، در فاز آستنیت در اثر دیفوزیون ، غیر ممکن است در حالی که در مورد فولادهای حاوی عناصر آلیاژی نظیر V,MO,Mn,CN .

بر عکس ، در موقع سمانتاسیون تشکیل قشر دو فازه آستنیت + کربور ، به وفور دیده می شود در این حالت ، کربورهای رسوب یافته عموماً یک شکل کروی دارند .

سمانتاسیون فولاد هایکه کرم ، مولیبدن با منگنز در خود دارند ، می تواند غلظت کربن در سطح تا حدود 2 8/1 درصد برساند .

سمانتاسیون فولادهایکه کرم ، مولیبدن با منگنز در خود دارند ، می تواند غلظت کربن در سطح تا حدود 2 ـ 8/1 درصد برساند .

در جدول زیر نوع و ترکیب شیمیایی چند نوع فولاد مورد مصرف برای سمانتاسیون آمده است : فولادی که به اندازه کافی اکسید زدایی نشده است ، قابل آبدهی بعد از سمانتاسیون نیست .

کربن دهی معمولاً در محدوده حرارتی انجام می گیرد .

ولی دمای حدود و یا نیز به کار رفته است .

سرعت کربن دهی در دمای بالا حدود زیاد است ، ولی دمای بالا روی طول عمر متعلقات کوره اثر منفی دارد .

این مسأله محدودیتی برای کربن دهی در دمائی بالا است .

کربن دهی گازی منبع کربن در کربن دهی گازی معمولاً همراه با گاز حاصل که فاقد خاصیت کربن دهی بوده و یا خاصیت کربن دهی بسیار ضعیفی دارد وارد کوره می شود .

عموماً کربن دهی گازی نسبت به دو روش دیگر راندمان بالاتری دارد .

در این روش کربن بیشتری جذب سطح شده و عمق نفوذ بیشتری بدست می آید : کربن دهی گازی نسبت به دو روش دیگر برای تولید انبوه اقتصادیتر بوده و می توان فرآیند را مکانیزه نمود اقتصادی بودن روش به این دلیل است که عمق نفوذ معین در مدت زمان کوتاهتری بدست می آید .

گازهای کربن دهی : عمدتاً گاز متان است که با درصد کمی گاز حامل ( گاز غیر کربن دهی ) مخلوط می شود .

کوره ها : علاوه بر کوره های خلاء انواع کوره های رایج شامل کوره های گودالی ، گردان ، تک شارژ و مداوم برای کربن دهی به کار می رود .

انتخاب کوره به شکل و ابعاد قطعات ، حجم تولید برنامه تولید و فرآیندهای عملیات حرارتی بستگی دارد .

عمق نفوذ مؤثر و عمق نفوذ کل : عمق نفوذ کل به آخرین نقطه لایه کربورایز شده مربوط می شود .

در صنعت عمق نفوذ مؤثر مطرح است .

عمق نفوذ مؤثر ضخامت لایه است که سختی آخرین نقطه آن پایین تر از 50HRC باشد .

کربن دهی مایع کربن دهی مایع را نباید با کربن دهی قطره ای اشتباه گرفت .

کربن دهی مایع نوعی سختکاری سطحی فلزات آهنی است که در آن قطعات در حمام نمکی در دمای بالاتر از دمای استحاله فازی به مدت زمان معینی نگه داشته می شوند .

با تجزیه نمک کربن آزاد شده و داخل قطعه نفوذ می کند .

گاهی ممکن است که ازت نیز به داخل قطعه نفوذ کند .

این عمل باعث می شود تا بعد از کونچ سختی تا حد زیادی افزایش یابد .

این حالت در حمامهای سیانیدی رخ می دهد .

نوع جدیدی از حمامهای سیانوری توسعه یافته است که بسیار مورد توجه قرار گرفته اند این حمامها تنها حامل عامل کربنی بوده و در آنها فقط کربن داخل قطعه نفوذ می کند .

مزایا و محدودیتهای کربن دهی مایع: دو مزیت اصلی این نوع کربن دهی کاملاً مشهود است : 1 ـ کربن دهی موضعی بدون توقف روند عملیات است .

2 ـ کربن دهی قطعات مختلف بطور همزمان امکانپذیر است .

یکی از معایب کربن دهی مایع ضرورت شستشوی بعد از کونچ است .

دیگر اینکه نمک چسبنده به قطعات گرم موجب آلودگی حمام کوئنچ می شود .

برای قطعاتی که دارای سوراخهای کوچک و شیارهای کوچک هستند به دلیل مشکلاتی که در تمیز کرن آنها وجود دارد این روی توصیه نمی شود .

کربن دهی جامد کربن دهی جامد فرآیندی است که در آن CO ناشی از ترکیبات جامد در سطح فلز به C و CO2 تجزیه می شود .

کربن اتمی جذب سطح فلز شده و داخل آن نفوذ می نماید .

CO2 حاصله بلافاصله با ترکیبات کربن برای تولید CO وارد واکنش می شود .

این واکنش در حضور مواد کاتالیست Nuzno3 , Bao3 تقویت می شود .

زمان عملیات : کربن دهی جامد معمولاً در دمای (815-955) انجام می گیرد ولی ممکن است در مواردی دما (1095) شود .

سرعت کربن دهی در ابتدای سیکل زیاد است ، ولی همانند کربن دهی گازی در اینجا نیز با پیشرفت سیکل بتدریج از سرعت آن کاسته می شود .

محدویتها : محدودیت اصلی کربن دهی جامد در مقایسه با روشهای دیگر در این است که در این روش مصرف انرژی زیاد است ، زیرا که تمام مواد نیاز به گرم شدن دارند .

روشهای اندازه گیری عمق نفوذ در قشر سمانته : روشهای مختلفی برای اندازه گیر عمق نفوذ در قشر سمانته متداول است .

موقعی که طرح یک قطعه طوری است که احتیاج به سمانتاسیون قطعه تا عمق معینی باشد ، مشخص کردن روش اندازه گیری عمق قشر سمانته مهم است .

روشهای اندازه گیری عمق نفوذ سمانتاسیون شامل روشهای شیمیایی ، مکانیکی و متالوگرافی است .

در روشهای شیمیایی معمولاً عمق نفوذ را تا غلظت 4/0 درصد کربن در نظر می گیرند و در روش مکانیکی ، سختی میکروسکوپی را از سطح تا عمقی که سختی آن حداقل 50HRC باشد تعیین می کنند .

عمق نفوذ به طریق متالوگرانی ، پس از صیقل کاری و حکاکی نمونه در زیر میکروسکوپ ، یا به طور چشمی ارزیابی می شود .

برای انجام سمانتاسیون اصولاً فولادهای ذاتاً دانه ریز و یا فولادهای مخصوص ( فولادهای حاوی نیکل و کروم ) مورد استفاده قرار می گیرند .

نمودار تأثیر زمان و دما روی کربن دهی مایع فولاد 1020 .

کربن دهی در دمای کربن دهی در دمای سمانتاسیون به روش پلاسمایی برای افزایش سرعت سمانتاسیون، پژوهش هایی در جهت رفع محدودیتهای دیفوزیون کربن در فولاد انجام گرفته است .

یکی از روشهای بکار گرفته شده برای افزایش سرعت سمانتاسیون ، استفاده از سمانتاسیون پلاسمایی است .

با استفاده از روش سمانتاسیون پلاسمایی ، سرعت کربن دهی بالا می رود .

زیرا با استفاده از این فرآیند ، چندین مرحله اولیه که در روشهای دیگر برای ایجاد کربن اتمی انجام می شد حذف می شود .

امتیاز دیگر این روش ، امکان استفاده از دمای بالاتر ، در انجام این عملیات می باشد ، زیرا این فرایند در محیط خلاء و در غیاب اکسیژن انجام می شود .

در مقایسه با روش سمانتاسیون در خلاء دارای برتری است با توجه به اینکه سمانتاسیون در خلاء تحت فشار بسیار کمی صورت می گیرد و سرعت جریان گاز کربن ده در داخل کوره خلاء خیلی کم است .

از مقایسه نتایج حاصله از سمانتاسیون پلاسمایی یک فولاد ، ASI1020 با سمانتاسیون گازی همان فولاد در 900 درجه سانتیگراد مشاهده گردید که زمان لازم برای رسیدن به غلظت معین در سمانتاسیون پلاسمایی .

نصف زمان با سمانتاسیون گازی است .

یکنواختی عمق نفوذ در سمانتاسیون پلاسمایی خیلی بهتر از سایر روشها است .

سمانتاسیون پلاسمایی به تغییرات ترکیب شیمیایی حساسیت ندارد .

سمانتاسیون پلاسمایی به تغییرات نوع گاز کربوره حساس نیست .

از نظر حفظ محیط زیست نیز استفاده از روش سمانتاسیون پلاسمایی بسیار تمیزتر و ایمن تر ای روش سمانتاسیون گازی بوده و خطر آتش سوزی یا تولید CO را ندارد .

اگر دمای عملیات از 900 درجه به حدود 1040 درجه افزایش یابد قابلیت انحلال کربن در آستنیت از 2/1 درصد وزنی به 6/1 درصد وزنی افزایش می یابد در حوالی 6/1 درصد کربن ، به دو برابر مقدار آن برای انحلال 1 درصد کربن می رسد .

نیتراسیون فرآیند نیتراسیون از جمله عملیات ترموشیمی است که روی قطعات مختلف نظیر چرخ دنده ها ، محور ها برای افزایش مقاومت به سایش و فرسودگی انجام می شود .

به طور کلی نیتراسیون عبارتست از اشباع سطح فولاد از ازت .

عمل نیتراسیون بر روی فولادهای آلیاژی و معمولاً در دمائی بین 495 تا 565 صورت می گیرد .

در فرآیند نیتراسیون علاوه بر افزایش مقاومت به سایش و فرسودگی ، سختی ، حد خستگی و مقاومت به خوردگی نیز افزایش می یابد .

در حالی که سختی یک قشر سمانته تا دمای حدود 200-220 درجه سانتیگراد حفظ می شود سختی قشر نیتروژه تا دماهای بالاتر یعنی حدود 650-600 ثابت می ماند .

عمل نیتراسیون در مقیاس وسیعی بر روی محور ماشین ها ، ابزارهای اندازه گیری سیلندرهای موتورهای قوی ، رینگ و پیستون ، میل لنگ و امثال آنها انجام می شود .

امکان نیتروژن دهی بسیاری از فولادها وجود دارد ، اما تنها هنگامی می توان سختی بالایی در سطح بدست آورد که قطعه مورد نظر از جنس فولادهای مخصوص شامل عناصر آلیاژی نظیر V,CN,AL Ti باشد .

این عناصر در سطح قطعه نیتریدهای آلیاژی پایداری تشکیل می دهند که سختی سطح را تا حدود VHN 1150 بالا می برد .

اگر فولادهای ساده کربنی نیتروژن دهی شوند .

سختی سطح در حد متوسط ( حدود 400 تا 500 ویکرز ) افزایش می یابد .

جدول زیر فولادهای مخصوص نیتراسیون را نشان می دهد که این فولادها پس از سخت کاری و تمیز نیتریده می شوند .

فولادهای مخصوص نیتراسیون : باید گفت که نیتراسیون فولادهای معمولی که دارای عناصر آلیاژی نباشند مضر است، به این دلیل نیتراسیون را بر روی فولادهای آلیاژی با کربن متوسط انجام می دهند که سختی و مقاومت به فرسایش زیادی به قطعه می دهد .

سختی ، به ویژه با وجود WCR , Mo , AL بالا می رود .

ولی عمق نفوذ با بالا رفتن عیار آلیاژ کم می شود، چنانچه عملیات نیتراسیون فولادهای مخصوص در دماهای بالا انجام گیرد این عمل موجب می شود تا نیترورهای عناصر آلیاژی با یکدیگر تجمع کرده و بلورهای درشت تشکیل دهند .

در نتیجه سختی فولاد را پایین می آورند .

در حالی که اگر عمل نیتراسیون در دمای پایین ( حدود 500 ) انجام گیرد توزیع نیترو دما در تمام سطح فولاد صورت گرفته و سختی قطعه بالا می رود .

در این حالت چنانچه فولادها را بعداً گرم کنیم تجمع نیترورهای آلیاژی رخ نخواهد داد .

با توجه به اینکه فازهای نیترید آهن ، و نیتریدهای آلیاژی دیگر نظیر نیترید کروم (cr2N , crN) و نیترید آلومینیم ( ALN ) در دماهای حدود 500 به بالا تشکیل می‌شوند عملیات نیتراسیون را می توان در دماهای پایداری فریت (650 - 550 ) انجام داد که در مقایسه با عملیات کربن دهی (925 – 875 ) بسیار پایین تر است .

به علاوه پس از نیتروژن دهی نیازی به سریع سرد کردن قطعه نیست ، از این رو پیچیدگی و اعوجاج قطعات به حداقل می رسد .این امر برای قطعاتی که تولرانس ابعادی در آنها بحرانی است و از کیفیت سطحی خاصی برخوردار باشند اهمیت خاصی دارد .

مکانیزم تشکیل قشر نیتروره آلیاژهای آهن ـ ازت فازهای زیر را تشکیل می دهند : 1 ـ محلول جامد ازت در آهن درصد قابل حل در فاز ، در دمای اتوکتوئید ( در 591 ) برابر 52% است .

با کاهش دما درصد ازت محلول کم شده و در 20 مقدار آن به 15/0 درصد می رسد .

2 ـ فاز Y که محلول جامدی بر مبنای ( دارای 6/5 تا 95/5 درصد ازت ) می‌باشد.

3 ـ فاز که محلول جامدی بر مبنای ( دارای 8 تا 2/11 درصد ازت می باشد .

در دمای بالای دمای اتکتوئید ( 591 ) فاز Y که محلول جامد ازت در آهن Y می باشد باشد ، پایدار است .

در 591 ازت با آهن اتوکتوئیدی به نام برونیت می دهد که دارای 35/2 درصد ازت است .

اتوکتوئید نیتروره را می توان با پرلیت مقایسه کرد ، با این تفاوت که در این حالت سازنده های آن و Y می باشند .

موقعی که ازت به حالت اتمی نباشد ، به مقدار کافی در آهن قابل جذب نیست .

به این دلیل است که عمل نیتراسیون در یک محیط آمونیاکی که در اثر حرارت مطابق واکنش زیر تجزیه می شود انجام می گیرد : ازت اتمی که بدین صورت به دست می آید جذب سطح قطعه شده و سپس به طرف داخل آن نفوذ می کند .

اگر نیتراسیون در دمایی زیر دمای اتوکتوئید انجام شود در ابتدای اشباع سطح قطعه ، یک فاز بر روی سطح فولاد ایجاد می گردد .

در این دما وقتی فاز مذکور به حد اشباع خود از ازت رسید یک فاز جدید Y ظاهر می شود و پس از اشباع فاز اخیر فاز شروع به تشکیل می کند .

با کاهش دما فازهای و با رسوب فاز Y تجزیه می شوند .

به این ترتیب در دمای محیط ( 20 ) فازهای موجود از سطح به طرف مرکز قطعه به ترتیب به صورت زیر می باشند : مرکز قطعه از خواص دیگری که پس از نیتراسیون حاصل می شود ، مقاومت خوب در برابر با پخت و عدم تغییر سختی در دماهای نسبتاً بالا ( 500 ) ، پایداری ابعاد در ضمن علمیات نیتراسیون و عدم نیاز به ماشین کاری نمایی قطعات است .

جدول زیر تأثیر نیتراروسیون را بر خواص فولادهای مختلف نشان می دهد .

بهبود هر یک از این خواص به ضخامت و سختی لایه نیتروره شده بستگی دارد .

مهمترین پارامترهایی که سختی و ضخامت لایه نیتروژن دهی شده را کنترل می کنند عـبارتند : از دمای نیتروژن دهی ، ترکیب شیمیایی ، و ساختار اولیه فولاد ، اکتیویته نیتروژن محیط و زمان عملیات .

تأثیر نیتراسیون بر خواص مختلف فولاد ها پس از عملیات نیتراسیون معمولاً دو ناحیه مجزا در سطح و زیر آن تشکیل می شود : لایه مرکب ( یا لایه سفید ) که از نیتریدهای آهن تشکیل شده است و ضخامت آن حداکثر به 0.05 میلیمتر می رسد .

تصویر میکروسکوپی این لایه روشن است ، سختی بالایی دارد ولی چون شکننده است در برخی کاربردها پوسته شدن و سایش قطعه را در حین کار به همراه خواهد داشت .

به همین دلیل برای برداشتن آن از روش سنگ زنی سطح قطعه پس از نیتراسیون استفاده می شود .

ناحیه دیگر لایه نفوذی است که شامل نیتریدهای آلیاژهای کروم ، آلومینیم و آهن به صورت ذرات ریز و پراکنده در زمینه فولاد است .

استحکام بالا و تشتهای فشاری باقیمانده در این منطقه سبب بهبود مقاومت خستگی در قطعه می شود افزایش حد خستگی در فولادهای نیتروره گاهی تا 100% می رسد و از این نظر علمیات نیتراسیون ( به خصوص نیتراسیون پلاسمایی ) برای محورها و قطعاتی که سخت خستگی هستند مفید است .

فرآیندهای مخلتف نیتراسیون شامل روش های زیر می باشد .

1 ـ معمول گازی 2 ـ حمام نمک 3 ـ جامد 4 ـ روش نوین پلاسمایی روش حمام نمک به دلیل مسایل زیست محیطی و سمی بودن نمک ها ، کمتر استفاده می شود ، علاوه بر آن تمیزکاری سوراخ ها و شیارها از نمک نیز مشکل است .

جدول صفحه بعد روشهای حمام نمک ، گازی و پلاسما را با هم مقایسه می کند : روشهای مختلف عملیات نیتراسیون مشخصات لایه نیتروره نسبت به لایه کربوره : سختی لایه نیتروره نسبت به کربورایز بیشتر است ، ولی ضخامت آن نازک بوده و شیب تغییرات سختی بر حسب فاصله از سطح در مقایسه با لایه کربورایز کاملاً متفاوت است .

همین طور در مقایسه لایه کربورایز لایه نیتروره در مقابل نرم شدن حرارتی در دمای بالا مقاومتر است .

مزایا و معایب نیتراسیون در مقایسه با سایر روشها 1 ) سختی حاصله در اثر نیتراسیون بالا است ( تا حدود 1200 ویکرز ) در صورتی که در روشهای دیگر سخت کردن سطحی میزان سختی به ندرت از حدود 800 ویکرز تجاوز می کند .

2 ) مقاومت به فرسایش قطعات نیتروره بیشتر است .

3 ) قشر نیتروره سختی خود را در دماهای بالا یعنی حدود 675 ـ 600 درجه سانتیگراد حفظ می کند ، در حالی که سختی قشر سمانته تنها تا دمای 225 – 200 درجه سانتیگراد حفظ می شود و سپس به سرعت کم شود و در 450 درجه عملاً سختی آن از بین می رود .

4 ) مقاومت قطعات نیتروره در مقابل خوردگی مخصوصاً در آب و بخار آب ، عالی است و در آب شیرین و هوای مرطوب زنگ نمی زنند .

5 ) چون عملیات نیتراسیون در دمای پایین و در حدود 50 انجام می شود لذا از این نظر تغییر شکل مهمی در جسم و قعطه بوجود نمی آید ولی باید توجه داشت که در اثر نیتراسیون اضافه حجمی در قطعه بوجود می آید .

6 ) بعد از نیتراسیون ، احتیاجی به عملیات حرارتی بعدی نیست ، در حالی که در روشهای دیگر سخت کردن سطحی علمیات حرارتی بعدی ضروری است .

7 ) پس از نیتراسیون ، سطح قطعه کاملاً پاک و درخشان می ماند و لزومی به صیقل دادن و پاک کردن بعدی نیست .

8 ) قطعات نیتروره علاوه بر سختی ، دارای مقاومت به خستگی زیادتری نسبت به فولادهای دیگر بوده و در عین حال شکنندگی شان کمتر است .

معایب نیتراسیون 1 ) مدت زمان عمل نیتراسیون زیاد می باشد ( حدود 100 – 50 ساعت ) لذا بهای تمام شده قعطه بیشتر خواهد بود .

2 ) فولادهای نیتراسیون فولادهای مخصوص بوده و گران هستند .

3 ) قبل از نیتراسیون عموماً باید عملیات حرارتی مخصوصی ، برای ریز کردن دانه های فولاد انجام گیرد .

4 ) ضخامت قشر نیتروره بسیار نازک و اکثراً از حدود 0.3 میلیمتر تجاوز نمی کند .

پلاسما عبارتست از مخلوط گازی که با تخلیه الکتریکی تولید شده و حاوی ذرات مثبت ، منفی و خنثی است .

در سال 1960 از پلاسما برای عملیات ترموشیمی استفاده شد .

بمباران سطح در ابتدای عملیات سبب پراکنش ، ایجاد نقص در شبکه اتمی ، تغییر مورفولوژی سطح ، ورود اتمهای گاز به ساختار کریستالی ، افزایش درجه حرارت ، و تغییر ترکیب شیمیایی در سطح و لایه های نزدیک به آن می شود .

کاربرد نیتراسیون پلاسما : قطعات مختلف صنعتی از فولاد و چدن ، شامل چرخ دنده ، میل لنگ ، رینگ پیستون مثالهایی از کاربرد عملیات نیتراسیون هستند .

چره دنده ها و قطعات ساخته شده از متالورژی پودر نیز برای بهبود خواص مکانیکی تحت نیتراسیون یونی قرار می گیرند .

فراوری این قطعات به روش های دیگر به دلیل وجود حفره ها و نفوذ نیتروژن سبب ترد شدن مغز می شود .

اما در روش پلاسما با کنترل دانسیته جریان می توان سطح قطعات را بدون خطر شکنندگی سخت کار می شود .

میل لنگ ها : به دلیل شکل خاصی که دارند مستعد پیچیدگی و تاب برداشتن در دمای عملیات ترموشیمی گازی هستند ، دمای کمتر عملیات نیتراسیون پلاسمایی نسبت به روش گازی سبب کاهش اعوجاج و پیچیدگی این قطعات می شود .

لذا هزینه ماشین کاری نهایی کاهش می یابد .

انواع چرخ دنده ها : که در صنایعی نظیر هوا فضا ، دریایی و خودرو استفاده می شود هم تحت نیتراسیون پلاسمایی قرار می گیرد .

قطعات مختلف جعبه دنده از آلیاژهای گوناگون مانند AISI440C و 15-PH و 722M24 و 817M40 و 655M13 نیتریده می شود .

سهولت امکان پوشاندن قسمت هایی که نباید نیتریده شوند و نیر عمق نفوذ مناسب تا حدود 0.1mm از علل مهم استفاده از نیتراسیون پلاسمایی بـرای سخت کاری چرخ دنده‌هاست.

نیتراسیون پلاسمایی اخیراً برای افزایش سختی سطح ، استحکام خستگی ، و مقاومت خوردگی و سایش در بسیاری از قطعات کاربرد یافته است .

زمان عملیات کمتر از دمای تمیز فولاد است .

لذا تغییر فازی اتفاق نمی افتد و تغییر ابعادی نیز بسیار اندک است .

هم نوع لایه و هم ضخامت لایه با توجه به خصوصیات مورد نظر در قطعه انتخاب می شود .

با فرایند نیتراسیون پلاسمایی می توان لایه ترکیبی را حذف کرد یا لایه حاوی Fe4N Fe2-3N و یا مخلوطی از چند لایه با ضخامت های مختلف ایجاد نمود .

ضخامت لایه ترکیبی از صفر الی 20 میکرون است .

ولی منطقه نفوذی از چند میکرون تا چند میلیمتر ضخامت دارد .

مقایسه اقتصادی روشهای گازی و پلاسمایی : مقایسه قیمت این دو روش به طور کلی مشکل است زیرا بخش قیمت دقیق فقط می تواند برای قطعات جداگانه در شرایط یکسان میسر باشد .

علاوه بر این عوامل جانبی مهمی وجود دارد که باید مد نظر گرفته شود .

پیش عملیاتی از قبیل تمیز کاری و عملیات تکمیلی مانند ماشین کاری ، احتمال انجام نیتراسیون موضعی ( یعنی ماسک کردن قسمتهایی از قطعه ) و عمر مؤثر قطعات از جمله این عوامل هستند .

تکنولوژی بالای واحدهای نیتراسیون پلاسمایی و همچنین تخصصی لازم برای اداره کردن چنین واحدهایی به این معناست که فرآیند نیاز به سرمایه گذاری بیشتری داشته باشد .

مزیت های روش گازی عملیات حرارتی کل قطعه امکان پذیراست .

دسترسی به تکنولوژی آسان تر است .

امکان تیتراسیون سوراخ های عمیق با قطر کوچک وجود دارد .

مزیت های روش نیتراسیون پلاسمایی سختی سطح بالاتری بدست می آید .

نیتراسیون موضعی قطعه آسان تر است .

تشکیل لایه سفید قابل کنترل است .

نیتراسیون زیر 500 امکان پذیر است .

چربی زدایی قلیایی به تنهایی برای تمیز کردن کافی است .

« یافته های عملی » فولادهای زنگ نزن : فولادهای زنگ نزن به دلیل کروم زیاد ، مقاومت به خوردگی بالایی دارند .

برای تولید این نوع فولادهای بایست در حدود 12% کروم اضافه نمود .

کروم سطح فلز را با تشکیل یک فیلم پسیواکسیدی مقاوم به خوردگی می نماید .

برای تولید فیلم اکسیدی نیاز به محیط اکسیدی داریم .

اضافه کردن نیکل به فولاد زنگ نزن مقاومت به خوردگی را در محیط طبیعی یا اکسیدی ضعیب بهبود بخشیده و موجب افزایش قیمت آن می شود نیکل انعطاف پذیری و چکش خواری را نیز بهبود می بخشد و ساختار CC F آستنیت را در دمای محیط پایدار می کند .

مولیبدن ، هنگامی که به فولاد زنگ نزن اضافه می شود ، مقاومت به خوردگی را در حضور یونهای کلرید ، بهبودی بخشد ، در حالی که آلومینیم مقاومت را در دماهای بالا بهبود می دهد .

گروههای مهم فولاد زنگ نزن عبارتند از : آلیاژهای آهن کروم آلیاژهای نیکل ـ کروم ـ کربن آلیاژهای آهن کروم ـ کربن محلول اچ فولادهای زنگ نزن که از روی کتاب : An Introductiory to Metullurgical Labaratory techniques.

استخراج شده عبارتست از : 3 Parts Concentraded hydroclorich acid.

1 Parts Concentraded hy hydronitric acid.

6-8 Parts glycring .

علائم DIN برای نامگذاری فولاها علائم مقدم بر حروف مقدار کربن تقسیم بر 100 .

حروف نشاندهنده علائم اختصاری عناصر آلیاژی .

اعداد بعد از حروف نشان دهنده مقدار متوسط عناصر آلیاژی است ، که به شرح زیر محاسبه می شود اعداد در فولادهای آلیاژی نشان دهنده مقادیر واقعی است.

اعداد بکار برده شده در 4 ضرب می شوند : کم آلیاژ اگر مقادیر آلومینیم از 0.1% ، مس از 0.25% ، منگنز از 0.8% سیلیم از 0.5% و تیتانیم از 0.1% تجاوز نکند نوع فولاد ساده است .

فولادهای کم آلیاژی دارای حداکثر 5% عنصر آلیاژی هستند .

در حالی که فولادهای پرآلیاژ دارای عناصر آلیاژی بیش از 5% می باشند .

موقعیکه عنصر آلیاژی فولاد بیش از 5% باشد از علامت X قبل از عدد شناسایی کربن استفاده می شود ، و اعداد بعد از حروف نشان دهنده مقدار واقعی عنصر آلیاژی است .

نقشه خوانی قطعات در طی دوره کارآموزی در شرکت سایپا ، همچنین با نحوه نقشه خوانی ، و چگونگی بدست آوردن اطلاعات از روی نقشه آشنا شدیم .

برای بدست آوردن نقشه یک قطعه ، ابتدا با توجه به کاربرد قطعه در درون خودرو از روی کتاب (Parts catalog) .

موقعیت قطعه را در کتاب پیدا می کنیم ، و در این کتاب هر قطعه دارای یک شماره فنی است که شبیه به همان شماره نقشه قطعه است .

سپس با توجه به این شماره نقشه ، و مراجعه به واحد مهندس مشخصات قطعه شرکت سایپا ، نقشه مورد نظر را تهیه کردیم و برای نمونه اطلاعات متالوژیکی زیر که مربوط به چرخ دنده ها می باشد بدست آمد : نام قطعه : GEAR – FINAL PINION شماره فنی : MB50517305 جنس : TSCM815HZ or 820HZ GEAR ACCURACY : TES CLASS4 CASE DEPTH ( 0.25-55 ) mm HARDNESS : ( 58-65 ) HRC CARB & HDN ALL OVER SHOT PENNING SHALL BE DONE SHOT HARDNESS 52-56 HRC IS ACCEPTE BLE نام قطعه : GEAR – PRIMARY 4T’H شماره فنی : MB501 17 211B جنس : SCR 420 HJ or SCR 420 HX سختی : ( 58 –65 ) HRC عمق نفوذ : ( 0.25 – 0.55 ) mm دمای تمپر: Holding TIME : 11H, 150 MIN CASE DEPTH IS up to point of 550 Hv IN TOOTH surface PHOS PHATING Shall be Applied Except on 6.30’ cone .

CARB &8 HAD all Over .

همچنین با مراجعه به کلید فولاد ترکیب شیمیایی فولاد SCR4240H که در چرخ دنده فوق بکار رفته شده به صورت زیر است : اطلاعات بدست آمده از روی نقشه در مورد فیلتر بنزین filter materials = Buxuscar filtet Jnner = MFZn T2-C filter outer = Black painting ( TB1 – co5 ) pipe , Balt , Bracket = zinc ( MFZN T2-B) جنس گیره ( براکت ) : -SPC or SPHC –P برای تعیین جنس و آنالیز این فولاد به استاندارد JIS مراجعه می نماییم .

در استاندارد SPHC شامل دو Grade ، P و S است که در اینجا گرید P استفاده شده است در این گرید ، P ماکزیمم تا 0.050% و S تا 0.050% وجود دارد می‌توان خواص مکانیکی را هم از روی JIS پیدا کرد که چون SPC فولاد ساده کربنی است به این خصوصیات نیازی پیدا نخواهیم کرد.

بنابراین این فولاد جزء Hot – rolled mild plates and sheets است با شماره استاندارد JIS G 3131 جنس بدنه : DSPSD-SD or SPCE – SD