روغن های عملیات حرارتی

مقدمه:

عملیات حرارتی، یکی از مهمترین و پر کاربرد ترین فرآیندهای صنعتی است که علاوه بر استفاده در صنایع فلزی، در فرآیند ساخت قطعاتی از جنس مواد غیر فلزی نیز، مانند شیشه، سرامیک و… کاربرد دارد.

از نقطه نظر مباحث رشته متالوژی، فلزات در واقع از عوامل ساختاری بسیار ریزی به نام دانه (Grain) یا کریستالیت ساخته شده اند و مهم ترین عاملی که خواص مکانیکی یک فلز را تعیین می کند، طبیعت این دانه ها از نظر اندازه و نحوی چیدمان آن ها می باشد.

عملیات حرارتی، در واقع به عنوان یک فرآیند یا ترکیبی از چند فرایند، شناخته می شود که شامل گرم کردن و خنک نمودن کنترل شده قطعات است و با هدف ایجاد یک ساختار متالوژیک مناسب و با خواصی ویژه در قطعات انجام می گردد. با استفاده از عملیات حرارتی، می توان قابلیت هایی از قبیل استحکام، مقاومت به سایش، مقاومت به خوردگی و قابلیت ماشین کاری را به نحو مطلوبی در قطعات فلزی تغییر داد ولازم به ذکر است که این تغییرات در ساختار ملکولی و کریستالیت های فلزات روی میدهد و تغییر خاصی در شکل کلی قطعات فلزی ایجاد نمی گردد.

برخی از مهمترین عملیات حرارتی مورد استفاده در صنایع فلزی عبارتند از:

• نرمالیزاسیون (نرماله نمودن)
• سخت کاری
• آنیل کاری یا باز پخت
• کوئینچینگ
• تمپر کاری

در ادامه این مقاله، جهت روشن تر شدن اصطلاحات و مفاهیم مرتبط با عملیات حرارتی، بدون آنکه وارد جزئیات پیچیده فنی مربوط به این عملیات برروی فلزات مختلف گردیم.

در مورد هر یک از این عملیات حرارتی، به اختصار و بصورت کلی توضیحات بیشتری ارائه می گردد:

عملیات نرمالیزاسیون

هدف از انجام عملیات نرمال‌ سازی یا نرمالیزاسیون، حذف هرگونه تنش داخلی ناشی از عملیات روی قطعات فلزی شامل ماشین‌ کاری، آهنگری، شکل‌ دهی، جوشکاری یا ریخته‌گری است. در طی عملیات مختلفی که روی قطعات فلزی انجام می شود، پدیده ایی به نام پدیده شکست می تواند روی قطعه رخ دهد که ناشی از تنش کنترل نشده می باشد، بنابراین با انجام عملیات نرمال سازی قبل از سخت شدن قطعات فلزی، می‌توان از بی عیب بودن و عاری بودن بدنه قطعه فلزی از ترک، اطمینان حاصل نمود.

در واقع از فرآیند نرمالیزاسیون به منظور یکنواخت سازی ترکیب و اندازه دانه های تشکیل دهنده ساختار متالوژیک فلزات استفاده می شود. در این عملیات فلز تا دمای مشخصی حرارت داده شده و سپس خنک می گردد و بدین ترتیب، پس از نرمالیزاسیون، ساختار نهایی فلز از نظر ملکولی، عاری از هرگونه عوامل و ساختارهای نامطلوب خواهد شد و در نتیجه قطعات فلزی پس از انجام این عملیات دارای استحکام و سختی بیشتری می گردند.

معمولا فرآیند نرمال سازی برروی آن دسته از قطعات فلزی انجام می شود که قرار است بعدا بر روی آنها عملیات ماشین کاری انجام شود و به این ترتیب انجام فرآیند نرمالیزاسیون، موجب افزایش راندمان عملیات ماشین کاری نیز می شود.

عملیات آنیل کاری یا باز پخت

هدف از انجام عملیات آنیل کاری یا باز پخت قطعات فلزی، دقیقا برعکس عملیات سخت کاری است، این عملیات جهت تنش زدایی، نرم سازی، افزایش شکل پذیری و بهبود ساختار دانه های کریستالی تشکیل دهنده فلزات انجام می‌شود. اساساً تنظیم مجدد ساختار دانه های کریستالی، بازیابی صفحات لغزنده در ساختار کریستالین فلزات و ایجاد قابلیت نرمش (با هدف ایجاد امکان شکل دادن به قطعه فلزی) بدون نیاز به نیروی اضافی است.

در این روش ابتدا قطعات فلزی را به صورت کنترل شده، تا دمای مناسبی حرارت داده و سپس اجازه می دهند این قطعات به آرامی در دمای محیط خنک شوند. مدت زمانی که اجازه داده می شود تا قطعه فلزی در دمای مشخص شده نگهداری شود، به نوع و جرم آن بستگی دارد. به عنوان مثال اگر قطعه فلزی از جنس فولاد کم کربن باشد، به بالاترین دمای آنیل ممکن نیاز می باشد و با افزایش میزان کربن در فولاد، دمای عملیات آنیل کاری کاهش می‌یابد.

با اعمال عملیات آنیل کاری، خواص شیمیایی و مکانیکی قطعات فلزی تغییر یافته و شکل دهی، قالب گیری و برش قطعات فلزی آسانتر می شود، همچنین تنش های داخلی که می‌تواند در طی فرآیندهایی مانند آهنگری سرد، جوشکاری و یا ریخته‌گری در قطعه ایجاد شده باشد از بین برده می شود، به علاوه این عملیات مشکلات ناشی از کرنش های داخلی (مانند تاب برداشتن قطعات) را هم کاهش می دهد. لازم به ذکر است، این عملیات بر روی ورق های فلزی باعث می شود سختی ورق ها کاهش یافته و قابلیت رسانایی الکتریکی قطعات فلزی کلا افزایش یابد.

عملیات سخت کاری

در عملیات سخت کاری، ابتدا در کوره های خاصی و در دمای بالا، حرارت کافی به قطعات فلزی داده می شود تا میزان کربن موجود در ساختار ملکولی فلز به اندازه کافی کاهش یابد و اصطلاحا فلز آبدیده شود و سپس قطعه فلزی به سرعت درون آب و یا یک سیال خنک کننده قرارداده می شود. این فرآیند موجب تولید آلیاژی با استحکام بالا در برابر سایش می شود و البته لازم به ذکر است که اعمال این عملیات حرارتی می تواند منجر به افزایش قابلیت شکنندگی فلزنیز گردد لذا این عملیات باید بصورت کاملا کنترل شده و دقیق انجام شود.

هدف از انجام عملیات سخت کاری قطعات فلزی فقط سخت شدن نیست، بلکه مستحکم تر کردن قطعات فلزی نیز می‌باشد. هر چند که عملیات سخت کاری باعث افزایش استحکام قطعات فلزی می‌شود، ولی از طرف دیگر، این عملیات باعث کاهش قابلیت شکل پذیری قطعه فلزی نیز می گردد و فلز را اصطلاحا شکننده تر می‌کند به همین جهت پس از انجام عملیات سخت کاری، ممکن است لازم باشد، بر روی قطعات فلزی، عملیات تمپر کاری نیز صورت گیرد تا قابلیت ترد شوندگی آن از بین برود.

سخت کاری فلزات بدین صورت انجام می گیرد که پس از حرارت دادن قطعات فلزی، با فرو بردن سریع آنها در آب، روغن یا آب نمک به سرعت خنک شوند. لازم به ذکر است، بسته به میزان عناصر آلیاژی که به فولاد ها اضافه می‌شوند، سرعت و شیب خنک سازی مناسب برای سخت شدن فولادها کاهش می‌یابد. با انجام عملیات خنک کاری با سرعت کندتر، خطر ایجاد پدیده هایی از قبیل ترک خوردن یا اعوجاج در قطعات فلزی کاهش می‌یابد.

در فولادها، سختی فولاد کربنی به میزان کربن آن بستگی دارد. میزان کربن مورد نیاز برای دست یابی به بالاترین سطح سختی در فولادهای آلیاژی (در مقایسه با فولادهای کربنی ساده) کمتر است. در نتیجه، فولادهای آلیاژی معمولاً عملکرد بهتری نسبت به فولادهای کربنی ساده دارند. لازم به ذکر است، هنگامی که قطعه فولاد کربنی سخت می شود، این قطعه باید در کمتر از یک ثانیه تا دمای زیر 50 0 درجه سانتیگراد خنک شود.

عملیات کوئینچینگ

عملیات کوئینچینگ، به فرآیندی اطلاق میگردد که درآن قطعه فلزی پس از گرم شدن در یک دمای معین و در یک زمان مشخص و با سرعتی کنترل شده، خنک می شود که با توجه به خواص مکانیکی مورد نظر، این عملیات خنک کاری میتواند درفاز مایع یا گاز و در آب و روغن و یا در گازهای مختلف و منجمله هوا، صورت پذیرد.

از مزایای انجام عملیات کوئینچ میتوان به این مورد اشاره نمود که با انجام عملیات کوئینچ، میزان سایش بین سطوح قطعات فلزی و سایر سطوح کاهش میابد و همچنین میزان تنش‌های باقیمانده در این قطعات پایین‌ تر خواهد آمد و در نتیجه این قطعات عمر و دوام و مقاومت کششی بیشتری خواهند داشت.

به عنوان مثال، کوئینچینگ در درعملیات حرارتی فولادها، پروسه ایی است که در طی آن قطعات فولادی به سرعت از دمای سخت کاری (دمای آستنیته شدن) تا دمای محیط یا دمای خاص دیگری خنک می‌گردد و روغنی که در این عملیات استفاده می گردد را روغن کوئینچ می نامند.

عملیات کوئینچ بر روی فولادهای کربنی، بطور معمول با استفاده از آب نمک یا آب انجام می شود، در حالی که عملیات کوئینچ فولادهای آلیاژی در محیط روغن انجام می‌شود. در مجموع می توان گفت، زمانی که یک قطعه فلزی در معرض عملیات کوئینچ قرار می گیرد، سختی خوبی پیدا می کند ولی این احتمال وجود دارد که بعد از عملیات کوئینچ، قطعه فلزی ترد و شکننده شود.

لازم به ذکر است، در برخی از منابع فارسی در مباحث مربوط به عملیات حرارتی فلزات از کلمه خاموش کردن فلز به عنوان ترجمه کلمه کوئینچ و به جای این کلمه استفاده شده است.

عملیات تمپر کاری (برگشت دادن)

عملیات تمپرکاری نیز یکی دیگر از مراحل عملیات حرارتی است که خواص فیزیکی و شیمیایی فلزات را تغییر می دهد. از عملیات تمپر کاری، بیشتر زمانی استفاده می شود که نرمی و تورق پذیری آلیاز های فولادی حائز اهمیت است. به عنوان مثال، فولاد تمپر نشده، سخت و محکم، ولی شکننده است و این فولاد برای استفاده در برخی از موارد کاربردی، عملا نا مناسب خواهد بود.

زمانی که یک قطعه درمعرض عملیات کوئینچ قرار می گیرد، اصطلاحا سختی بسیار خوبی پیدا می کند ولی این احتمال وجود دارد که بعد از انجام عملیات کوئینچ، تنش داخلی نسبتا زیادی در توده فلز ایجاد ‌گردد. و اصطلاحا، قطعه فلزی ترد و شکننده شود.

در واقع می توان گفت که عملیات تمپرکاری برای مواردی است که احتمال دارد قطعه فلزی در معرض ترک خوردن و شروع شکست باشد. معمولا، عملیات تمپر کاری بر روی فولادهایی که میزان کربن آنها کم یا متوسط باشد، انجام نمی‌ شود چون در این عملیات، بخشی از کربن فولاد گرفته می شود.

توضیحات تکمیلی در خصوص تفاوت بین عملیات آنیل کاری و نرمال سازی  

در واقع عملیات نرمال سازی بیشتر برای فلزات آهنی مانند فولاد ها اعمال می‌شود، هنگام عملیات نرمال سازی، پس از اینکه قطعه فلزی درکوره و در دمای بالا، حرارت لازم را دریافت نمود، از کوره خارج شده و با هوا خنک می‌شود. فولاد نرمال سازی شده مستحکم تر از فولاد آنیل شده است. به عبارت دیگر فولاد نرمال سازی شده با استحکام و شکل پذیری بالا، چقرمه تر از فولاد آنیل شده است.

اگرنیاز باشد، چقرمگی و مقاومت در برابر تنش‌های خارجی و مقاومت به ضربه یک قطعه فلزی افزایش یابد، معمولاً توصیه می‌شود به جای عملیات آنیل کاری، عملیات نرمالیزاسیون انجام شود. در عملیات نرمال سازی، قطعات نازکتر، سریعتر در هوا خنک می‌شوند و در نتیجه نسبت به قطعات ضخیم تر، سخت تر می‌شوند. اما، با انجام عملیات آنیل کاری، سختی هر دو قسمت ضخیم و نازک قطعه فلزی مشابه خواهد بود.

توضیحات تکمیلی در مورد عملیات خنک سازی، خاموش کردن فلز یا کوئینچ

با توجه به اینکه در برخی از عملیات خنک سازی یا کوئینج از روغنی با نام روغن کوئینچ استفاده می گردد، در ادامه توضیحات بیشتری در مورد این عملیات و نقش روغن یا سیال کوئینچ ارائه خواهد شد.

در واقع در مرحله خنک‌ سازی، هدف رساندن دمای فلز حرارت دیده، به دمای محیط است اما بسته به جنس فلز و ساختار متالوژیک آن، از محیط های مختلفی برای انجام این کار میتوان استفاده نمود و ممکن است در این مرحله از یک محیط خنک کننده با فاز گازی، مایع، جامد و یا ترکیبی از همه آنها استفاده شود تا بهترین نتیجه حاصل گردد.

منظور از کوئنیچ در عملیات حرارتی، روشی است که قطعه فلزی حرارت دیده با سرعتی مشخص در هوا، روغن، آب، آب نمک یا یک محیط دیگر خنک ‌شود و در این عملیات، نرخ خنک کاری، بستگی زیادی به جنس فلز و نوع محیط خنک کننده دارد.

معمولا قطعات فلزی که قرار است سخت ‌شوند، با انجام عملیات کوئنیچ، پس از خروج از کوره، به سرعت خنک می شوند و معمولاً کوئنیچ با سخت شدن بافت فلزی همراه است، اما در عین حال، نمیتوان گفت که عملیات کوئینچ قطعات فلزی همیشه هم منجر به سخت شدن این قطعات می گردد. لازم به ذکر است که همه فلزات نباید کوئینچ شوند زیرا عملیات کوئینچ می‌تواند باعث ایجاد ترک و یا اعوجاج در توده برخی از فلزات گردد.

به طور کلی، آب نمک یا آب می تواند به سرعت قطعات فلزی را خنک کند، در حالی که اگر از محیط روغنی استفاده گردد، شیب پروسه خنک سازی کندتر خواهد بود. طبق یک دستورالعمل کلی در عملیات حرارتی، از آب برای سخت کاری فولادهای کربنی و کوئینچ کردن فلزات غیر آهنی استفاده می شود و از روغن برای سخت کاری فولادهای آلیاژی استفاده می گردد. بصورت کلی، در بحث عملیات حرارتی فلزات، این موضوع یک اصل است که همواره سرعت ومحیط خنک ‌کننده‌ای که انتخاب می‌شود، باید متناسب با نوع فلز باشد.

برای انجام عملیات خنک سازی یا کوئینچ قطعات فلزی، می توان از محیط های متنوعی استفاده نمود که هر محیط ویژگی های مخصوص به خود را دارد و انتخاب مناسبترین محیط خنک سازی به سرعت خنک کاری، چالش های زیست محیطی و قیمت آن بستگی دارد.

گازها (شامل هوا، هلیوم، آرگون و نیتروژن) آب، روغن و آب نمک و محلول های پلیمری از مهمترین محیط های خنک کاری رایج در صنایع فلزی به شمار می روند که در ادامه توضیحات بیشتری در مورد هر یک از این محیط های خنک کاری و مزایا و معایب استفاده از آنها ارائه می گردد.

هوا و گازهای بی اثری از قبیل هلیوم، آرگون ونیتروژن

هوا، یکی از رایج ترین محیط های، خنک کاری قطعات فلزی می باشد. اصلی ترین مزیت استفاده از هوا برای پروسه خنک کاری، دسترسی سریع و راحت و هزینه پایین این روش خنک سازی می باشد، چرا که هوا به راحتی در همه جا در دسترس است. اگر سرعت بخشیدن به عملیات خنک سازی با هوا مهم باشد، به جای استفاده از هوای ساکن، میتوان از هوای فشرده و پر فشار استفاده نمود. البته در مورد برخی از فلزات، به هر حال حتی هوای فشرده نیز نمی تواند عملیات خنک سازی قطعه فلزی را با سرعت کافی انجام دهد و در این روش عملا قطعه به کندی خنک میگردد. لازم به ذکر است، در برخی موارد خاص، به جای هوا از گازهای خنثی دیگری از قبیل هلیوم، آرگون و نیتروژن استفاده می گردد.

روغن کوئینچ

تاریخچه استفاده از روغن ها برای عملیات کوئینچ، به قبل از کشف نفت خام بر می گردد. قبل از کشف نفت، روغن های گیاهی و حیوانی برای عملیات کوئینچ مورد استفاده قرار می گرفته اند ولی پس از کشف نفت خام و پالایش آن و از سال 1880 روغن های استخراج شده از نفت، به عنوان محیط خنک کاری، پا به عرصه عملیات حرارتی گذاشتند واز آن زمان تا کنون، پیشرفت های زیادی در تهیه و تولید انواع روغنهای عملیات حرارتی برای کاربردهای متنوع صورت پذیرفته است.

با استفاده از روغن به جای هوا، سرعت خنک سازی قطعات فلزی، در مقایسه با هوا افزایش می یابد و برای این منظور قطعه حرارت دیده را در محفظه حاوی روغن فرو برده و یا روغن را روی قطعه مورد نظر می باشند. در عملیات حرارتی رایج در صنایع فلزی از روغن های با خواص و قابلیتهای متفاوتی استفاده می شود و چون سرعت خنک سازی هر نوع از روغن ها متفاوت است و نوع روغن مناسب باید بر اساس اطلاعات فنی بدست آمده از علوم متالوژی و بصورت کارشناسی شده انتخاب گردد.

• آب

یکی دیگر از روش های متداول در پروسه خنک کردن فلزات حرارت دیده، استفاده از آب است. آب در مقایسه با روغن قادر است فلزات را با سرعت بیشتری خنک نماید.

عملیات خنک سازی با استفاده آب نیز مشابه روغن می تواند با روش غوطه وری قطعات فلزی حرارت دیده در محفظه ایی پر از آب و یا به روش پاشیدن اب بروی قطعات فلزی انجام گردد و مهمترین مزایای استفاده از آب به جای روغن عبارتند از:

• ارزان و در دسترس بودن آب
• عدم وجود خطرات ایمنی و آتش سوزی، بدلیل غیر آتش زا بودن آب
• عدم وجود خطر تهدید سلامتی کارکنان، بدلیل غیر سمی بودن آب
• عدم نیاز به تمیزکاری قطعات قبل از انجام عملیات بعد از کوئیچینگ با آب
• پمپاژ و فیلتراسیون و تمیزکاری آسان آب درون مخزن کوئینچینگ
• کنترل آسان دمای مخزن آب با استفاده از تجهیزات کنترل دما

با وجود مزایای استفاده از محیط آبی که در بالا به آنها اشاره گردید، استفاده از آب در عملیات کوئینچ معایبی نیز به همراه دارد که کاربرد آن را محدود می نماید و در این خصوص، به عنوان مثال می توان به موارد زیر اشاره نمود:

1.  استفاده از آب همراه خواهد بود با زنگ زدگی و خوردگی تجهیزات و فیکسچرهای اطراف مخزن آب
2.  بعد از مدتی محیط آبی میتواند دچار آلودگی های میکرو بیولوژیک گردد

• آب نمک

چنانچه لازم باشد در عملیات خنک سازی، سرعت خنک سازی قطعه فلزی نسبت به زمان استفاده ازآب، باز هم بیشتر شود، می توان از محلول آب نمک به جای آب برای خنک سازی استفاده نمود. با استفاده از محلول آب نمک از شکل گیری حباب های بخار درزمان تماس آب نمک با سطوح فلزی حرارت دیده، جلوگیری شده و نمک محلول در آب نمک باعث شکسته شدن حباب های بخار می گردد و این موضوع بدان معنی است که سطح بیشتری از فلز در معرض تماس مستقیم با محیط آب نمک قرارمی گیرد و در نتیجه خنک سازی با سرعت بیشتری انجام می شود.

مایعات و سیالات سینتتیک و پلیمری مورد استفاده به عنوان سیال کوئینچ  

طی ۵۰ سال اخیر بهره برداری و استفاده از مواد پلیمری محلول در آب در صنایع مختلف با افزایش چشم گیری همراه بوده است. در سیالات سینتتیک کوئینچ، افزودن پلیمرها به آب این امکان را فراهم می نماید تا شدت خنک کنندگی در محلول پلیمری نسبت به آب متفاوت گردد، در واقع بدلیل آنکه آب از شدت خنک کنندگی بالایی برخوردار است، این شرایط برای تولید برخی از انواع فولادها و آلیاژ های فلزی مناسب نیستند و باعث ایجاد تنش هایی در توده فلزی می گردد که عامل تابیدگی و ترک قطعات فلزی است.

استفاده از روغن ها به عنوان سیال عملیات کوئینچ، هر چند که داکتیلیتی (انعطاف پذیری) قابل قبولی برای قطعات فلزی به ارمغان می آورند ولی انتخاب مناسبی برای عملیات خنک سازی برخی از فولادهای آلیاژی نیست چرا که علی رغم سرعت کمتر پروسه خنک کنندگی، باعث میگردند قطعات پس از این عملیات از سختی کافی برخوردار نباشند و به علاوه استفاده از روغن ها، خطراتی همچون حریق و آتش سوزی را نیز به همراه دارد. با توجه با توضیحات فوق استفاده از محلول های پلیمری، میتوانند برای عملیات کوئینچ برخی از قطعات فلزی، بهترین گزینه جایگزین باشند. یکی از ترکیبات پلیمری رایجی که جهت انجام اینگونه عملیات استفاده می گردد، ترکیبات پلی گلایکول اترها است.

با توجه به توضیحات فوق میتوان گفت، محیط های پلیمری با غلظت های مختلفی از پلیمر محلول در آب، محیط های مناسبی برای رسیدن به ساختارهای متالورژیکی مطلوب، تحت شرایط مدیریت شده هستند.

این محیط ها دارای ویژگی های منحصر بفردی هستند که آنها را از سایر محیط های خنک کاری قطعات فلزی متمایز می نماید و برخی از مهمترین این ویژگی ها عبارتند از:

• حذف خطر آتش سوزی به دلیل غیر قابل احتراق بودن محلول پلیمری و ایجاد محیط کاری تمیز و ایمن.
• امکان ایجاد دامنه وسیعی از شدت و سرعت خنک کنندگی و در نتیجه مدیریت بهتر و سهولت بیشتر در دستیابی به خواص مکانیکی مورد نظر.
• عدم تشکیل دود و ضایعات نامطلوب در حین فرآیند خنک سازی و سازگاری با محیط زیست.
• کاهش هزینه های عملیات حرارتی تا %۵0 در مقایسه با روغن.
• محلول های پلیمری، در مقایسه با روغن های کوئینچ، کاهش کیفیت کمتری در طول زمان بهره برداری دارند.
• در مقایسه با روغن های کوئینچ، شیب افزایش دمای مخزن محلول های پلیمری، به مراتب کمتر از شیب افزایش دمای روغنها می باشد.

همچنین، لازم به ذکر است، شدت و سرعت خنک کنندگی محیط های پلیمری در عملیات کوئینچینگ از اهمیت زیادی برخوردار است و به فاکتورهایی به شرح زیر بستگی دارد:

1. غلظت محلول پلیمری: اولین و مهمترین فاکتور برای تنظیم شدت و سرعت خنک کنندگی مطلوب غلظت محلول پلیمری می باشد و این پارامتر، عملا با شدت و سرعت پروسه خنک کنندگی نسبت عکس دارد، به عبارت دیگر، هرچه غلظت پلیمر در محلول پلیمری افزایش یابد، شدت و سرعت خنک کنندگی این محیط کاهش می یابد و میتوان با تنظیم غلظت پلیمر در محلول فرآیند خنک سازی را به نحو مطلوبتری مدیریت نمود.
2. دمای محلول پلیمری: دمای محلول پلیمری دومین فاکتور مهم بعد از فاکتور بسیار مهم غلظت پلیمر محلول بوده و معمولا دمای مخزن محلول پلیمری بین دمای محیط تا دمای ۶۰ درجه سانتی گراد کنترل می گردد. همانند دیگر محیط های خنک کاری، در محیط محلول پلیمری نیز دما با شدت و سرعت خنک کنندگی نسبت عکس دارد، بدان معنی که با افزایش دما شدت و سرعت خنک کنندگی کاهش می یابد. مهمترین نکته بعد از انتخاب دمای مخزن خنک کاری، تثبیت و کنترل تغییرات دمای مخزن در یک محدوده دمایی ماکزیمم تا ۱۰ درجه سانتیگراد است که اینکار با استفاده از سیستم های مبرد قوی و مناسب، انجام می گردد.
3. وجود تلاطم در مخزن محلول پلیمری: یکی دیگر از عوامل مهم و تاثیر گذار در پروسه خنک گنندگی، میزان تلاطم در مخزن محلول پلیمری میباشد و عملکرد صحیح محیط های پلیمری بدون تلاطم تقریبا امکان پذیر نیست. تلاطم آهسته تا متوسط جهت اطمینان از جایگزینی لایه فیلم پلیمر اولیه که قطعه داغ را احاطه کرده با لایه های جدید بعدی و ایجاد انتقال حرارتی یکنواخت از قطعه داغ به محیط ضروری است. معمولا تلاطم شدید برای فولادهایی با قابلیت سختی پذیری کم مورد استفاده قرار می گیرد و سرعت مطلوب جریان محلول پلیمری که در اطراف قطعه حرکت می کند، معمولا بین ۱۰ تا ۴۰ سانتیمتر بر ثانیه توصیه می گردد.

 

اهمیت کنترل دمای عملیات کوئینچ

کنترل دمای مخزن سیال کوئینچ که می تواند روغن کوئینچ باشد در عملیات کوئینچ بسیار مهم است. زیرا مستقیما بر روی عوامل مهمی شامل موارد زیر تاثیرگذار است:

• عمر سیال
• شدت خنک کنندگی سیال
• تغییرات ویسکوزیته سیال که به شدت بر روی پروسه خنک کاری و همچنین میزان هدررفت سیال کوئینچ تاثیر گزار است
• میزان تابیدگی قطعات

با توجه به توضیحات فوق لازم است با استفاده از تجهیزات کنترلی مناسب، بصورت مستمر دمای سیال درون مخزن کوئینچ کنترل گردد.

از نقطه نظر تاثیر دمای عملیات کوئینچینگ، روغنهای کوئینچ را میتوان به دو دسته تقسیم کرد:

1- روغن های کوئینچ سرد با ماکزیمم دمای کارکرد 80 درجه سانتیگراد که قطعات فلزی را با سرعت خنک می کنند و از آنها برای تولید فولاد کم کربن و آلیاژهای با سختی کم استفاده میشود و عمدتا برای سخت کاری قطعات معمولی و همچنین قطعاتی که بحث تابیدگی در آنها از اهمیت خاصی برخوردار نیست، مورد استفاده قرار می گیرند.

2- روغن های کوئینچ گرم با ماکزیمم دمای کارکرد 200 درجه سانتیگراد که برای سخت کاری قطعاتی که بحث تابیدگی در آنها در حین فرآیند کوئنچ از اهمیت خاصی برخوردار است، مورد استفاده قرار می گیرند.

و از نقطه نظر شدت خنک کنندگی در عملیات کوئینچ میتوان روغنهای کوئینچ را به سه دسته تقسیم نمود:

• روغن های کوئینچ با شدت خنک کنندگی معمولی که در این موارد شدت خنک کنندگی نسبتا آهسته است و کاربرد آنها در مورد فولادهایی است که سختی پذیری بسیار بالایی دارند. مانند فولادهای ابزارگرمکار و سردکار
• روغن های کوئینچ با شدت خنک کنندگی متوسط که به طور وسیع در سخت کاری فولادهای آلیاژ متوسط، کاربرد دارند.
• روغن های کوئینچ با شدت خنک کنندگی بالا که برای سخت کاری فولادهای کم آلیاژ و قطعات کربوره و نیترو کربوره و همچنین برای سخت کاری فولادهای آلیاژ متوسط با ضخامت بالا مورد استفاده قرار می گیرند.

در ادامه این مقاله به سئوالاتی پاسخ داده شده است که در رابطه با روغنهای کوئینچ می باشد.

یک روغن کوینچ خوب باید دارای چه ویژگی های باشد؟

• نقطه اشتعال بالا
• فراریت کم
• دارا بودن خاصیت ضد زنگ زدگی و ضد خوردگی به اندازه کافی
• خاصیت جداپذیری آسان از آب
• پایداری حرارتی بالا
• مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون
• پایین بودن میزان ترکیبات آروماتیک در ساختار روغن
• سازگار با محیط زیست

روغن های کوینچ معمولا با چه ویسکوزیته هایی در بازار ایران یافت می شوند؟

روغنهای کوئینچ با ویسکوزیته هایی در محدوده 22، 26، 32 و 150 سانتی استوک، متداول ترین انواع روغن های کوئینج موجود در بازار هستند.

روغن کوئینچ از چه ماده ایی ساخته شده است وچند نوع از آن وجود دارد؟

روغن پایه مورد استفاده در ساخت روغن های کوئینچ میتواند از روغن پایه مینرال استخراجی از نفت خام و یا از روغنهای گیاهی و یا از روغنهای با پایه سینتتیک تولید شده در واحدهای پتروشیمی باشد که البته بسته به نوع فلز و هزینه عملیات کوئینچ میتوان از هر یک از این روغن های پایه استفاده نمود.

 

آیا از روغن موتور استفاده شده و ضایعاتی میتوان به عنوان روغن کوئینج استفاده نمود؟

هر چند که روغن موتور به طور خاص برای خنک سازی و عملیات کوئینچینگ طراحی نشده است ولی برخی صنایع کوچک بدلیل ارزان بودن این روغن های ضایعاتی از آنها برای این منظور استفاده مینمایند و تا حدودی از نتایج آن راضی هستند، که البته کار درستی نیست زیرا استفاده از آنها منجر به تولید دود های سمی و بد بو میگردد و استنشاق این دودها چون حاوی مواد افزودنی بکار رفته در ساخت روغن موتور میباشد برای سلامت انسان و محیط زیست خطر ساز است همچنین مواد پلیمری بکار رفته در برخی مواد افزودنی روغن موتور میتواند منجر به ایجاد یک لایه تیره نازک نامطلوب روی سطوح قطعات فلزی گردد.

آیا از روغن های خوراکی استفاده شده در پخت غذا و آشپزی میتوان به عنوان روغن کوئینج استفاده نمود؟

روغنهای خوراکی انواع مختلفی دارند و به صورت کلی میتوان گفت که از روغنهای خوراکی استفاده شده و ضایعاتی چون حاوی مواد سمی نیستند می توان دربرخی از عملیات کوئینچینگ استفاده نمود ولی البته چون روغنهای خوراکی تازه گران قیمت هستند معمولا از روغنهای خوراکی استفاده شده و ضایعاتی استفاده میگردد.

روغنهای گیاهی نسبت به روغن های صنعتی استقامت کمتری نسبت به تخریب در دمای بالا دارند و به همین جهت زودتر تخریب شده و حالت لجنی پیدا مینمایند و لذا در نهایت نمیتوان گفت که روغن های خوراکی استفاده شده در پخت غذا و آشپزی، روغن های مناسبی برای عملیات کوئینچ هستند هر چند که قیمت کمی دارند.

نانو سیالات کوئینچ چه از چه موادی ساخته شده اند؟

نانوسیالات کوئینچ، جدید ترین موادی هستند که در عملیات کوئینچ از آنها استفاده می گردد. این سیالات، سیالاتی حاوی نانوذرات معلق ( یعنی ذراتی بلورین که اندازه متوسط آنها کمتر از 50 نانومتر است) هستند. نانو ذرات متداولی که معمولا مورد استفاه قرار می گیرند از جنس سرامیک‌های اکسیدی، کاربیدهای فلزی مانند کاربید سیلیکون، نیتریدهایی فلزی مانند نیتریدهایی آلومینیوم و نیتریدهای سیلیکون و غیرفلزاتی مانند گرافیت و نانولوله‌های کربنی میباشند. این ذرات در مایعاتی از قبیل آب، اتیلن یا تری اتیلن گلیکول ها، روغن، محلول های پلیمری و بصورت معلق به عنوان نانوسیالات کوئینچ  می توانند مورد استفاه قرار گیرند.

معتبر ترین روغن های عملیات حرارتی و کوئینچ ایرانی موجود در بازار کدام ها هستند؟

معتبر ترین این نوع از روغن های عبارتند از :

•  روغن پارس کوئینچینگ از شرکت نفت پارس
•  روغن بهران آبکار از شرکت نفت بهران
•  روغن عملیات حرارتی QC از شرکت نفت ایرانول
•  روغن عملیات حرارتی سپاهان کوئینچ از شرکت نفت سپاهان

آیا روغن حرارتی یا روغن انتقال حرارت همان روغن عملیات حرارتی است؟

خیلی از خریداران به دلیل تشابه اسمی، تصور میکنند که روغن حرارتی همان روغن عملیات حرارتی است در صورتیکه این روغنها با یکدیگر متفاوت هستند و در زمان خرید باید دقت گردد تا این دو نوع از روغن به جای یکدیگر خرید و استفاده نگردند.

در این مقاله سعی گردیده است، علاوه بر ارائه توضیحاتی در خصوص اهم مفاهیم مطرح در بحث عملیات حرارتی در صنایع فلزی، به سئوالات به شرح زیر نیز پاسخ داده شود:

1. مهمترین عملیات حرارتی مورد استفاده در صنایع فلزی کدام ها هستند؟
2. تفاوت بین عملیات آنیل کردن و نرمال کردن در چیست؟
3. از چه مواد و روغن هایی در صنایع فلزی برای انجام عملیات حرارتی استفاده می گردد؟
4. چرا از روغن ها در عملیات حرارتی استفاده می گردد؟
5. روغن کوئینچ از چه ماده ایی ساخته شده است وچند نوع دارد؟
6. چه نوع روغن یا سیالی برای استفاده در عملیات کوئینچینگ بهتر است؟
7. چه موقع از روغنها برای خنک سازی قطعات فلزی در طی فرآیند عملیات حرارتی استفاده میگردد؟
8. آیا از روغن موتور استفاده شده و ضایعاتی میتوان بعنوان روغن کوئینج استفاده نمود؟
9. آیا میتوان از روغنهای استفاده شده در پخت غذا و آشپزی به عنوان روغن کوئینج استفاده نمود؟
10. معنی اصطلاح خاموش کردن فولاد و یاسایر قطعات فلزی در طی عملیات حرارتی چیست؟
11. آیا میتوان از آب برای خاموش کردن قطعات فولاد استفاده نمود؟
12. مزایای انجام عملیات کوئینچ چیست؟
13. یک روغن کوئینچ خوب باید دارای چه ویژه گی هایی باشد؟
14. معتبر ترین روغنهای عملیات حرارتی و کوئینچ ایرانی موجود در بازار کدام ها هستند؟
15. آیا روغن حرارتی همان روغن عملیات حرارتی است؟

سخن پایانی:

با توجه به حساسیت های فنی و تکنیکی حاکم بر عملیات حرارتی در صنایع فلزی، توصیه می گردد در انتخاب و استفاده از روغن های مصرفی در عملیات حرارتی با کارشناسان شرکت بازرگانی رجال مشورت نمایید تا مناسبترین روغن های صنعتی در دسترس و یا معادل آنها به شما معرفی گردد.

مطالب مرتبط:

روغن صنعتی عملیات حرارتی