پس از عملیات حرارتی آنیل، نرماله کردن، کوئنچ کردن، تمپر کردن و اصلاح سطح، آهنگری ممکن است باعث اعوجاج عملیات حرارتی شود.
علت ریشه ای اعوجاج، تنش داخلی آهنگری در حین عملیات حرارتی است، یعنی تنش داخلی آهنگری پس از عملیات حرارتی به دلیل اختلاف دما بین داخل و خارج و اختلاف در تغییر شکل ساختار، باقی می ماند.
وقتی این تنش در یک لحظه خاص در طول عملیات حرارتی از نقطه تسلیم فولاد بیشتر شود، باعث اعوجاج قطعه آهنگری خواهد شد.
تنش داخلی تولید شده در فرآیند عملیات حرارتی شامل تنش حرارتی و تنش تغییر فاز است.
۱. تنش حرارتی
وقتی آهنگری گرم و سرد می‌شود، با پدیده انبساط حرارتی و انقباض سرد همراه است. وقتی سطح و هسته آهنگری با سرعت‌های مختلف گرم یا سرد می‌شوند و در نتیجه اختلاف دما ایجاد می‌شود، انبساط یا انقباض حجم نیز با انبساط یا انقباض سطح و هسته متفاوت است. تنش داخلی ناشی از تغییرات حجم متفاوت به دلیل اختلاف دما، تنش حرارتی نامیده می‌شود.
در فرآیند عملیات حرارتی، تنش حرارتی آهنگری عمدتاً به این صورت آشکار می‌شود: وقتی آهنگری گرم می‌شود، دمای سطح سریعتر از هسته افزایش می‌یابد، دمای سطح بالا است و منبسط می‌شود، دمای هسته پایین است و منبسط نمی‌شود، در این زمان تنش فشاری سطح و تنش کششی هسته وجود دارد.
پس از دیاترمی، دمای هسته افزایش می‌یابد و قطعه آهنگری منبسط می‌شود. در این مرحله، قطعه آهنگری انبساط حجمی نشان می‌دهد.
خنک شدن قطعه کار، خنک شدن سطح سریعتر از هسته، انقباض سطح، دمای بالای قلب برای جلوگیری از انقباض، تنش کششی روی سطح، قلب تنش فشاری ایجاد می‌کند، هنگامی که تا دمای خاصی خنک می‌شود، سطح دیگر منقبض نمی‌شود و خنک شدن هسته به دلیل انقباض مداوم رخ می‌دهد، سطح تنش فشاری دارد، در حالی که تنش کششی قلب، تنش در پایان خنک شدن هنوز در قطعات آهنگری وجود دارد و به عنوان تنش پسماند شناخته می‌شود.
۲. تنش تغییر فاز
در فرآیند عملیات حرارتی، جرم و حجم قطعات آهنگری شده باید تغییر کند زیرا جرم و حجم سازه‌های مختلف متفاوت است.
به دلیل اختلاف دما بین سطح و هسته آهنگری، تبدیل بافت بین سطح و هسته به موقع انجام نمی‌شود، بنابراین تنش داخلی زمانی ایجاد می‌شود که تغییر جرم و حجم داخلی و خارجی متفاوت باشد.
این نوع تنش داخلی ناشی از تفاوت در تبدیل بافت، تنش تغییر فاز نامیده می‌شود.
حجم جرمی ساختارهای اساسی در فولاد به ترتیب آستنیتی، پرلیتی، سوستنیتی، تروستیت، هیپوبینیت، مارتنزیت تمپر شده و مارتنزیت افزایش می‌یابد.
برای مثال، وقتی قطعه آهنگری کوئنچ و سریع سرد می‌شود، لایه سطحی از آستنیت به مارتنزیت تبدیل شده و حجم آن منبسط می‌شود، اما قلب قطعه آهنگری هنوز در حالت آستنیت قرار دارد و از انبساط لایه سطحی جلوگیری می‌کند. در نتیجه، قلب قطعه آهنگری تحت تنش کششی قرار می‌گیرد، در حالی که لایه سطحی تحت تنش فشاری قرار می‌گیرد.
وقتی به سرد شدن ادامه می‌دهد، دمای سطح پایین می‌آید و دیگر منبسط نمی‌شود، اما حجم قلب همچنان با تغییر به مارتنزیت متورم می‌شود، بنابراین توسط سطح جلوگیری می‌شود، بنابراین قلب تحت تنش فشاری قرار می‌گیرد و سطح تحت تنش کششی قرار می‌گیرد.
پس از خنک شدن گره، این تنش در داخل قطعه آهنگری باقی می‌ماند و به تنش پسماند تبدیل می‌شود.
بنابراین، در طول فرآیند کوئنچ و خنک کاری، تنش حرارتی و تنش تغییر فاز در جهت مخالف یکدیگر هستند و دو تنشی که در آهنگری باقی می مانند نیز در جهت مخالف یکدیگرند.
تنش ترکیبی حاصل از تنش حرارتی و تنش تغییر فاز، تنش داخلی کوئنچینگ نامیده می‌شود.
وقتی تنش داخلی پسماند در آهنگری از نقطه تسلیم فولاد بیشتر شود، قطعه کار تغییر شکل پلاستیک ایجاد می‌کند و در نتیجه اعوجاج آهنگری ایجاد می‌شود.
(از: ۱۶۸ قطعه آهنگری خالص)
زمان ارسال: ۲۹ مه ۲۰۲۰