Transcript عملیات حرارتی

‫عملیات حرارتی‬
‫فهرست مطالب کلی ‪:‬‬
‫منابع ‪:‬‬
‫•‬
‫مقدمه‬
‫‪ -1‬آصول عملیات حرآرتی فوالدها و چدنها آز دک تر محمد علی گلعذآر‬
‫•‬
‫یادآوری‬
‫‪ -2‬عملیات حرآرتی و مهندسی سطح آز دک تر محمد علی گلعذآر‬
‫•‬
‫عملیات حرآرتی فوالدها‬
‫•‬
‫عملیات حرآرتی تعادلی‬
‫‪Metals Hand Book, Heat treatment, Vol.3, Ed. 9, -3‬‬
‫‪ASM‬‬
‫•‬
‫عملیات حرآرتی غیر تعادلی‬
‫•‬
‫سخت کردن سطحی‬
‫•‬
‫عملیات حرآرتی چدنها‬
‫•‬
‫عملیات حرآرتی آلیاژهای غیر آهنی‬
‫ارزیابی ‪:‬‬
Processing
Performance
Microstructure
Properties
Metal Alloys
Ferrous
Steels
Steels
<1.4wt%C
<1.4wt%C
Cast Irons
Cast
Irons
3-4.5wt%C
3-4.5wt%C
Nonferrous
Cu
A
Mg
Ti
‫چدن‬
‫فوالد‬
FCC ( or Austenite) Iron can
hold up to 2.14% Carbon!
BCC ( or
Ferrite) Iron
has a low
solubility limit
(0.022%)
P 2.14
E
4.30
L + Fe3C
F
G
x
M
O
N
H
0.76
0.022
Pearlite P
C
x’
Cementite Fe3C
6.70
(a) Fine pearlite (b) coarse pearlite. 3000X
‫عملیات حرآرتی تعادلی و غیر تعادلی‬
‫)‪ (BCC‬‬
‫‪+ Fe3C‬‬
‫)‪ (BCT‬‬
‫)‪ (FCC‬‬
‫عملیات حرآرتی تعادلی و غیر تعادلی‬
Austenite
(, FCC)
slow
cooling
Coarse pearlite+
proeutectoid phase
moderate
cooling
fast
cooling
Fine pearlite +
proeutectic phase
Bainite
rapid
quenching
Matensite
(BCT)
reheating
Castings
Cold worked
Tempered
martensite
(Equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی تعادلی‬
9
10
(Equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی تعادلی‬
Homogenizing
‫همگن کردن‬
‫‪11‬‬
‫عملیات حرآرتی تعادلی )‪(Equilibrium treatment‬‬
‫آنیل (تابکاری) کردن‬
‫‪Annealing‬‬
(Equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی تعادلی‬
Isothermal Annealing
12
)‫آنیل همدما(ایزوترمال‬
(Equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی تعادلی‬
Partial Annealing
‫آنیل جزیی‬
13
(Equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی تعادلی‬
Partial Annealing
14
‫آنیل جزیی‬
(Equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی تعادلی‬
Normalizing
‫نرماله کردن‬
15
16
(Equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی تعادلی‬
Normalizing
‫نرماله کردن‬
17
(Equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی تعادلی‬
Normalizing
‫نرماله کردن‬
‫‪18‬‬
‫عملیات حرآرتی تعادلی )‪(Equilibrium treatment‬‬
‫مقایسه عملیات حرارتی‬
(Equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی تعادلی‬
:‫مقایسه خواص مکانیکی‬
The effect of carbon and heat treatment on the
properties of plain-carbon steels
19
20
(Equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی تعادلی‬
Spheroidizing
The microstructure of spheroidite, with Fe3C
particles dispersed in a ferrite matrix ( 850).
‫کروی کردن‬
21
(Equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی تعادلی‬
Spheroidizing
‫کروی کردن‬
22
(Equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی تعادلی‬
Stress relieving
‫تنش گیری‬
‫‪23‬‬
‫عملیات حرآرتی تعادلی )‪(Equilibrium treatment‬‬
‫خواص مکانیکی ساختارهای تعادلی‬
‫‪24‬‬
‫عملیات حرآرتی ‪ -‬خواص مکانیکی‬
‫‪Brittle‬‬
‫رفتار شکست فلرات و آلیاژها‬
‫‪Ductile‬‬
‫‪Strain‬‬
25
‫ خواص مکانیکی‬- ‫عملیات حرآرتی‬
Charpy Toughness (Jol)
‫رفتار شکست فلرات و آلیاژها‬
Ductile
Behavior
Brittle
Behavior
Transition
Temperature
(DBTT)
Temperature (°C)
(Time Temperature Transformation ( TTT ‫دیاگرآم‬
TTT ‫نحوه رسم دیاگرام‬
26
(Time Temperature Transformation ( TTT ‫دیاگرآم‬
Austenite to Pearlite Transformation
TTT ‫نحوه رسم دیاگرام‬
27
(Time Temperature Transformation ( TTT ‫دیاگرآم‬
28
(Time Temperature Transformation ( TTT ‫دیاگرآم‬
29
TTT ‫انواع دیاگرام‬
(Time Temperature Transformation ( TTT ‫دیاگرآم‬

Cooling
 + Fe3C
Heating
Q 
D = Doexp  -
  RT  
Microstructure of pearlite in 1080 steel, formed
from austenite of eutectoid composition: 2500X
30
(Time Temperature Transformation ( TTT ‫دیاگرآم‬
‫نحوه تشکیل پرلیت‬
31
(Time Temperature Transformation ( TTT ‫دیاگرآم‬
‫نحوه تشکیل پرلیت‬
Growth and structure of
pearlite: (a) redistribution
of carbon and iron, and (b)
photomicrograph of the
pearlite lamellae (2000)
32
(Time Temperature Transformation ( TTT ‫دیاگرآم‬
 (FCC)
 (BCC)
‫تغییر حالت آستنیت‬
+ Fe3C
 (BCT)
33
(Time Temperature Transformation ( TTT ‫دیاگرآم‬
Martensite
34
‫مارتنزیت‬
(Time Temperature Transformation ( TTT ‫دیاگرآم‬
35
(Time Temperature Transformation ( TTT ‫دیاگرآم‬
(a) Lath martensite in low-carbon steel ( 80). (b) Plate martensite
in high-carbon steel ( 400).
36
(Time Temperature Transformation ( TTT ‫دیاگرآم‬
Bainite
‫بینیت‬
37
(Time Temperature Transformation ( TTT ‫دیاگرآم‬
Bainite
‫بینیت‬
‫انواع بینیت‬
38
‫‪39‬‬
‫عملیات حرآرتی غیرتعادلی )‪(Non equilibrium treatment‬‬
‫سختی وسختی پذیری‬
‫‪40‬‬
‫عملیات حرآرتی غیرتعادلی )‪(Non equilibrium treatment‬‬
‫سختی وسختی پذیری‬
‫‪41‬‬
‫عملیات حرآرتی غیرتعادلی )‪(Non equilibrium treatment‬‬
‫سختی وسختی پذیری‬
‫‪42‬‬
‫عملیات حرآرتی غیرتعادلی )‪(Non equilibrium treatment‬‬
‫سختی وسختی پذیری‬
‫‪43‬‬
‫عملیات حرآرتی غیرتعادلی )‪(Non equilibrium treatment‬‬
‫تعیین سختی پذیری‬
‫‪44‬‬
‫عملیات حرآرتی غیرتعادلی )‪(Non equilibrium treatment‬‬
‫تعیین سختی پذیری‬
‫‪8750H Steel‬‬
(Non equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی غیرتعادلی‬
Hardening
:‫سخت کردن‬
45
(Non equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی غیرتعادلی‬
Severity of the quench
:)H(‫شدت سردکنندگی‬
46
‫‪47‬‬
‫عملیات حرآرتی غیرتعادلی )‪(Non equilibrium treatment‬‬
‫مطالعه فصل تمپر کردن از ک تاب دک تر گلعذار‬
(Non equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی غیرتعادلی‬
‫تنشهای حاصل از سخت کردن‬
Formation of quench cracks caused by residual stresses
produced during quenching
48
‫‪49‬‬
‫عملیات حرآرتی غیرتعادلی )‪(Non equilibrium treatment‬‬
‫سخت کردن فوالدهای پر کربن و آلیاژی‬
‫دیگر روشهای سخت کردن‪:‬‬
‫‪Others Hardening Methods‬‬
(Non equilibrium treatment) ‫عملیات حرآرتی غیرتعادلی‬
Others Hardening Methods
The austempering and isothermal anneal heat
treatments in a 1080 steel
:‫دیگر روشهای سخت کردن‬
50
(Case-Hardening Process ) ‫سخت کردن سطحی‬
Carburizing
51
‫کربوره کردن‬
Cementation
‫ در حالت جامد‬-
Cyaniding
‫ در حالت مایع‬-
Gas Carburizing
‫ در حالت گاز‬-
(Case-Hardening Process ) ‫سخت کردن سطحی‬
Carburizing
52
‫کربوره کردن جامد‬
(Case-Hardening Process ) ‫سخت کردن سطحی‬
Carburizing
53
‫کربوره کردن جامد‬
(Case-Hardening Process ) ‫سخت کردن سطحی‬
54
Carburizing
‫کربوره کردن جامد‬
Cyaniding
‫کربوره کردن مایع‬
(Case-Hardening Process ) ‫سخت کردن سطحی‬
Suitable Temperature
•Between 495 and 565°C (for Steels)
2
(Case-Hardening Process ) ‫سخت کردن سطحی‬
‫نفوذ در حالت جامد‬
• Fick’s second law
Error function
56
Self diffusion [m2 /s]
activation energy
  Q [J/mol],[Kcal/mol]

• Diffusion coefficient D = D exp  - d
o
  RT  
[8.31J/mol-K]
gas constant
[0.987kcal/mol-K]
• Diffusion depth
‫سخت کردن سطحی ) ‪(Case-Hardening Process‬‬
‫‪57‬‬
‫جدول رآهنمای تابع خطا‬
‫‪Y‬‬
‫‪Erf‬‬
‫‪0‬‬
‫‪0‬‬
‫‪0.22‬‬
‫‪0.2‬‬
‫‪0.43‬‬
‫‪0.4‬‬
‫‪0.6‬‬
‫‪0.6‬‬
‫‪0.78‬‬
‫‪0.8‬‬
‫‪0.85‬‬
‫‪1‬‬
‫‪ x ‬‬
‫‬‫ = ‪C(x, t) Co‬‬‫‪1 erf  ‬‬
‫‪‬‬
‫‪‬‬
‫‬‫‪2 Dt‬‬
‫‪Cs Co‬‬
‫‪=Y‬‬
‫‪x‬‬
‫‪2 Dt‬‬
‫مسئله‪ :‬یک قطعه فوالدی حاوی ‪ 0.1%C‬رآ می خوآهیم در کربوره کنیم بطوریکه در عمق ‪ 0.5mm‬غلظت به‬
‫حدآقل‪ 0.45%C‬برسد محیط کربن ده غلظت سطحی برآبر با ‪ 1%‬فرآهم می کند‪ .‬مطلوب آست موآرد زیر رآ محاسبه کنید؟‬
‫آلف‪ -‬زمان الزم‪D=1.4*10-7‬‬
‫ب – آگر عمق نفوذ دو برآبر شود زمان الزم‬
‫‪if‬‬
(Case-Hardening Process ) ‫سخت کردن سطحی‬
Flame Hardening
58
‫سخت کردن شعله ای‬
(Case-Hardening Process ) ‫سخت کردن سطحی‬
Flame Hardening
59
‫سخت کردن شعله ای‬
(Case-Hardening Process ) ‫سخت کردن سطحی‬
Induction Hardening
60
‫سخت کردن القایی‬
(Case-Hardening Process ) ‫سخت کردن سطحی‬
61
)Precipitation/Age Hardening (‫عملیات حرآرتی آلیاژهای غیر آهنی‬
2
‫انواع روشهای مستحکم کردن فلزات و‬
:‫الیاژها‬
:‫الیاژهای مهم‬
2024(Al-4.5%Cu; CuAl2), Ann=30, Age=70, Wr+Age=75KSi
7075(Al-5.6%Zn, 1.6%Cu, 2.5%Mg;AlMgCu),Ann=33, Age=80, Wr+Age=83KSi
)Precipitation/Age Hardening (‫عملیات حرآرتی آلیاژهای غیر آهنی‬
:‫مرحل عملیات حرارتی سختی رسوبی‬
(a) Phase diagram for the aluminum-copper alloy system. (b) Various
micro- structures obtained during the age-hardening process
2
)Precipitation/Age Hardening (‫عملیات حرآرتی آلیاژهای غیر آهنی‬
The effect of aging temperature and time on the yield
strength of an Al-4% Cu alloy
2
Plasma Hardening
What is Plasma?
65
Plasma Hardening
Plasma torch in operation
66
Plasma Hardening
67
In a plasma arc torch, the plasma gas serves as a resistive heating
element to convert electricity into heat. Because it is a gas and cannot
melt, temperatures in excess of 7000°C can be produced.
Plasma Hardening
Plasma hardening die steel
68
Thermal Spray Coating
Definition
6
Thermal Spray Coating
7