کوئنچ کردن چیست و چه کاربردی دارد؟ انواع محیط‌های کوئنچ را بشناسید

عملیات حرارتی یکی از کلیدی‌ترین روش‌هایی است که در مهندسی و علم مواد برای تغییر خواص مکانیکی یک فلز به کار می‌رود. هدف از عملیات حرارتی بهبود سختی، استحکام و چقرمگی یک فلز بدون تغییر در ترکیب شیمیایی آن است. تاکنون روش‌های گوناگونی برای عملیات حرارتی فولاد و سایر فلزات شناسایی و به کار گرفته شده است اما می‌توان گفت که یکی از ارکان اساسی تقریبا هر نوع عملیات حرارتی، کوئنچ کردن آن است.

کوئنچ کردن چیست؟

کوئنچ کردن که یکی از انواع عملیات حرارتی است عبارت است از گرم کردن یک فلز (معمولا) تا بالای دمای تبلور مجدد و زیر نقطه ذوب آن و سپس سرد کردن ناگهانی در یکی از محیط‌های کوئنچ. هدف از این فرایند بازیابی خواصی همچون سختی و استحکام مناسب برای کاربردهای مشخص است. در هر کاربری سختی و استحکام معینی مطلوب است که با دانستن شرایط کوئنچ و آگاهی از علم عملیات حرارتی به آسانی قابل دستیابی است.

نکته حائز اهمیت در انواع کوئنچ کردن این است که برای قطعات با ضخامت بالا، عموما زمان نگه داشتن در دمای بالا و همچنین زمان قرار دادن در محیط خنک کننده مشخص می‌تواند طولانی باشد تا تمام سطح و مرکز قطعه دارای یک نوع ساختار یکسان شوند.

کاربرد کوئنچ کردن چیست؟

برای پاسخ به این سوال ابتدا باید گفت که چه خواصی از کوئنچ کردن حاصل می‌شود. به عنوان مثال فولاد دارای سه ساختار عمده بعد از کوئنچ کردن است که عبارتند از:

• پرلیت (ساختار تعادلی و نفوذی)
• بینیت
• مارتنزیت (ناپایدار و غیر نفوذی)

هر کدام از این ساختارها ویژگی‌ها منحصر به فرد خود را دارند به عنوان مثال؛ پرلیت ساختاری نرم و لایه لایه دارد و می‌تواند برای مصارفی که فلز تحت تراش کاری و ماشین کاری قرار می‌گیرد، به کار گرفته شود. از سویی دیگر، مارتنزیت ساختاری بسیار سخت دارد و بیشتر به مناسب شرایطی است که فولاد تحت تنش‌های شدید است. هر کدام از این ساختارهای معرفی شده در شرایط متفاوتی از کوئنچ حاصل می‌شوند. پس می‌توان اینگونه گفت که کوئنچ کردن به نوعی رفتار مکانیکی یک فلز پس از عملیات را تعیین می‌کند و در واقع این کوئنچ است که کاربرد یک فلز را مشخص می‌کند.

تمپرینگ و کوئنچ تمپر چیست؟

کوئنچ کردن اگر تحت سرعت‌های بالا انجام شود، علی رغم سختی بالایی که ایجاد می‌شود، فلز به شدت ترد است، ساختار ناپایداری دارد و در مقابل ضربه به آسانی می‌شکند. برای رفع این مشکل نیاز است که فولاد مورد نظر کوئنچ تمپر شود. تمپرینگ فرایندی است که اندکی بعد از کوئنچ کردن انجام می‌شود و در آن، فلز مورد نظر (عمدتا فولاد) تا دمای مشخص و نه چندان بالایی مجددا حرارت داده می‌شود و برای مدت قابل توجهی در آن دما نگه داشته می‌شود. در حین فرایند تمپرینگ، فولاد اندکی سختی خود را از دست می‌دهد اما در ازای آن مقاومت به ضربه خود را بالا می‌برد و ساختار پایدارتری ایجاد می‌شود. در واقع کوئنچ تمپر یک روش موثر و کاربردی برای افزایش چقرمگی فولاد است.

محیط‌های کوئنچ کردن

محیطی که فلز مورد نظر در آن کوئنچ می‌شود، تعیین کننده‌ترین فاکتور در خواص مکانیکی نهایی آن فلز است. محیط‌ها مختلف با نرخ سرمایش و انتقال حرارت گوناگون به کار گرفته می‌شوند تا طیف وسیعی از خواص را فراهم آورند. مهم‌ترین محیط‌های کوئنچ کردن عبارتند از:

• فضای کوره
• هوا
• روغن
• حمام نمک
• آب

در این میان، کمترین نرخ انتقال حرارت مربوط به کوره و هوا بوده که منجر به تولید ساختارهای تعادلی‌تر و نرم‌تر می‌شود و سخت‌ترین ساختارها منتج از خنک کردن فلز در آب است.

کوئنچ کردن برای چه فلزاتی انجام می‌شود؟

برای پاسخ به این سوال میتوان اینگونه گفت که پرکاربردترین فلزات و آلیاژهای روز دنیا یعنی فولاد و آلومینیوم از اصلی‌ترین مواردی هستند که کوئنچ بر روی آن‌ها انجام می‌شود. تا کنون بیش از 3500 نوع فولاد مختلف در دنیا یافت شده است که هر کدام خاصیت مخصوص به خود را دارند و محتمل است که هر دسته از فولاد‌ها دارای شرایط کوئنچ مخصوص به خود باشد. از طرفی، آلومینیوم و آلیاژهای آن نیز دارای عناصر آلیاژی گوناگونی است که می‌تواند شرایط سختی متفاوتی را ایجاد کند. همانند پیر سختی یا رسوب سختی که در آلیاژهای آلومینیوم بسیار متعارف است. در کل می‌توان گفت که اکثر فلزات صنعتی و مهندسی دنیا تحت عملیات کوئنچ کردن قرار می‌گیرند.

روغن کوئنچ

 همانطور که گفته شد، روغن یکی از محیط‌های سرد کننده برای عملیات حرارتی کوئنچ است که بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. کیفیت روغن کوئنچ مستقیما بر روی ریز ساختار فولاد و در نتیجه خواص فیزیکی و مکانیکی آن اثر گذار است. روغنی برای کوئنچ کردن مناسب است که خاصیت عدم اشتعال‌پذیری داشته باشد و بتواند با نسبت خوبی با آب ترکیب شده و محیط خنک‌کننده جدیدی را در اختیار قرار بدهد.  روغن کوئنچ مناسب این قابلیت را به فلز می‌دهد تا در مقابل خوردگی‌های سطحی اندکی مقاوم‌تر باشد.

نحوه انجام کوئنچ کردن

برای انجام کوئنچ ابتدا باید فلز مورد نظر حرارت داده شود. به عنوان مثال فولاد عموما تا ناحیه تکفازی آستنیت حرارت داده می‌شود، یعنی دمایی که آنقدر زیاد است که ریزساختار یکنواخت شود و آنقدر کم است که فلز، ذوب نشود. پس از قرار دادن فلز در این دمای مشخص برای مدت زمان نسبتا طولانی، ناگهان آن را در یکی از محیط‌های کوئنچ معرفی شده قرار می‌دهند و سپس برای عملکرد بهتر فلز، عملیات تمپرینگ متعاقبا انجام می‌شود.

جمع‌بندی

در این مقاله به طور مفصل درباره‌ی ماهیت و علل اهمیت کوئنچ کردن مطالبی ذکر شد. فلزاتی که برای کوئنچ کردن مناسب هستند نیز مورد بررسی قرار گرفت. محیط‌های کوئنچ که اصلی‌ترین فاکتور در تعیین خواص فلز است نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. برای مطالعه مقالات مرتبط می‌توانید وارد بخش مقالات فولادینو شوید. همچنین برای کسب آگاهی از جدید‌ترین قیمت انواع محصولات و مقاطع آهنی می‌توانید از طریق دکمه زیر وارد وبسایت رسمی فولادینو شوید.