عملیات حرارتی تحت خلأ

1. پیش‌گرم و افزایش پله‌ای دما تا ۱۰۳۰ درجه سانتی‌گراد، تا کل قطعه یکنواخت آستنیته شود.
2. کاهش نرخ گرمایش در دو مرحله، تا دمای سطح و مغز به هم برسد و تنش حرارتی ناخواسته ایجاد نشود.
3. کوئنچ در گاز نیتروژن با فشار کنترل‌شده، برای رسیدن به نرخ سرد شدن مناسب.
4. سه مرحله تمپر با پایش ترموکوپل‌های تماسی، برای کاهش تنش‌های باقی‌مانده و تثبیت خواص مکانیکی.

عملیات حرارتی طبق استاندارد ASTM B637 انجام شد.

عملیات انحلالی: قطعات در کوره خلأ تا دمای بالا گرم شدند تا فاز رسوبی γ′ در زمینه حل شود و آلیاژ پیش از پیرسختی ساختار یکنواختی پیدا کند.

پیرسختی: سپس قطعات مدت طولانی در دمای میانی نگه داشته شدند تا فاز γ′ به‌صورت ذرات ریز و پراکنده رسوب کند. همین رسوبات سختی، مقاومت خزشی و پایداری آلیاژ را در دمای بالا تأمین می‌کنند.

قالب‌هایی که ضخامتشان در برابر طول و عرض کم است مستعد تاب‌برداشتن‌اند. برای رسیدن به ابعاد دقیق با کمترین تابیدگی، بهتر است چنین قالبی پس از خشن‌تراشی در ۶۰۰ تا ۶۵۰ درجه سانتی‌گراد تنش‌گیری شود؛ این قالب هم تنش‌گیری شد.

برای کنترل تابیدگی و کم کردن احتمال ترک، گرمایش با توقف‌های پله‌ای در ۶۵۰ و ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد انجام شد و زمان نگهداری در پله ۶۵۰ درجه نزدیک به دو برابر حالت معمول در نظر گرفته شد. دمای آستنیته در مناسب‌ترین محدوده انتخاب شد و قالب ۳۰ دقیقه در این دما ماند؛ در تمام این مدت دمای سطح و مغز آن پایش می‌شد.

نکته مهم بعدی کنترل نرخ کوئنچ با توجه به دمای شروع تشکیل مارتنزیت (Ms) بود که کوره خلأ اشمتز امکان پایش آن را فراهم می‌کند.

قالب دو بار، هر بار ۳ ساعت، در ۵۲۵ و ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد تمپر شد و با سختی ۴۸ تا ۵۰ HRC تحویل شد.

این قالب‌ها از فولاد ابزار گرم‌کار 1.2344 و سردکار 1.2379 در کوره خلأ اشمتز عملیات حرارتی شدند. قالب فرم حساسیت ابعادی بسیار بالایی دارد؛ به همین دلیل ترموکوپل‌های انعطاف‌پذیر با دقت روی قطعات نصب شد تا دمای واقعی قطعه در گرمایش و سرمایش ثبت شود و مطابقت سیکل اجراشده با سیکل طراحی‌شده تأیید شود.

گرمایش به‌صورت پله‌ای با توقف در ۶۰۰ و ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد انجام شد تا تغییرات ریزساختار به‌تدریج و یکنواخت رخ دهد و تنش حرارتی به حداقل برسد. پس از نگهداری در دمای آستنیته ۱۰۳۰ درجه سانتی‌گراد، قطعات با تزریق گاز نیتروژن کوئنچ شدند.

کوره اشمتز می‌تواند گاز سردکننده را از دو جهت به بار برساند و کوئنچ را در جهت دلخواه و به‌صورت کنترل‌شده انجام دهد. برای کنترل دقیق‌تر ابعاد، شدت کوئنچ در دماهای بحرانی، مطابق نمودار CCT این فولادها، تغییر داده شد.

پس از سختکاری، قالب‌های گرم‌کار در ۵۲۵ درجه سانتی‌گراد تمپر شدند و قالب سردکار پس از یک تمپر ملایم برای عملیات زیر صفر در دمای منفی ۸۰ درجه سانتی‌گراد آماده شد. در مجموع، قالب‌های گرم‌کار سه مرحله تمپر شدند و قالب سردکار سه مرحله تمپر به‌همراه عملیات زیر صفر را پشت سر گذاشت.

فولاد 1.2379 یک فولاد ابزار سردکار پرکروم است که پس از عملیات حرارتی سختی بالا و مقاومت به سایش بسیار خوبی دارد. مراحل عملیات حرارتی این قطعات در کوره خلأ:

1. پیش‌گرم کردن قطعات
2. آستنیته کردن در خلأ، در محدوده معمول ۱۰۲۰ تا ۱۰۴۰ درجه سانتی‌گراد
3. کوئنچ سریع با گاز نیتروژن، برای رسیدن به ساختار مارتنزیتی
4. عملیات زیر صفر (کرایوژنیک) برای تبدیل آستنیت باقی‌مانده
5. تمپر چندمرحله‌ای (معمولاً سه مرحله) تا رسیدن به سختی درخواستی

این قالب‌ها طبق روش‌های استاندارد عملیات حرارتی در کوره خلأ سختکاری شدند. گرمایش با توقف‌های پله‌ای در ۶۵۰ و ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد تا دمای آستنیته ۱۰۳۰ درجه سانتی‌گراد ادامه یافت و پس از زمان نگهداری کافی، قطعات با گاز نیتروژن کوئنچ شدند تا تبدیل به مارتنزیت تا حد ممکن کامل شود.

سپس قالب‌ها طبق سیکل طراحی‌شده دو مرحله در ۵۲۵ و ۶۱۰ درجه سانتی‌گراد تمپر شدند. دمای سطح و مغز قطعات با ترموکوپل پایش می‌شد تا در صورت نیاز سیکل اصلاح شود.

فولاد این قالب‌ها را هم خود ما تأمین کرده بودیم.

گرمایش پله‌ای با توقف در ۶۵۰ و ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد، نگهداری در دمای آستنیته ۱۰۳۰ درجه سانتی‌گراد، کوئنچ با گاز نیتروژن و دو مرحله تمپر در ۵۲۵ و ۶۱۰ درجه سانتی‌گراد؛ در تمام مراحل، دمای سطح و مغز قطعات با ترموکوپل پایش می‌شد.

فولاد این قالب‌ها را هم خود ما تأمین کرده بودیم.

این سیلندرها همراه با قطعات دیگری از همین فولاد در کوره خلأ سختکاری شدند، با آستنیته کردن در حدود ۱۰۳۰ درجه سانتی‌گراد و سپس تمپر. ترموکوپل‌های متصل به قطعات در تمام مراحل سختکاری و تمپر، دمای واقعی قطعه را پایش می‌کردند.