حرارت تاثیرات مثبت و منفی بر پیچ و مهره ها دارند ، از جنبه مثبت آن عملیات حرارتی با هدف بهبود خواص مکانیکی پیچ و مهره ها انجام می شود که در واقع یک عملیات پیچیده است و کلیه متغیر ها همواره باید مورد کنترل قرار گیرند بنابراین عملیات حرارتی در صورتیکه بصورت کنترل شده و مهندسی انجام گیرد به عنوان یکی از تاثیر گذارترین روش ها در بهبود سختی و تنسایل پیچ و مهره ها همواره مطرح بوده است. تاثیرات منفی آن را در ادامه بررسی خواهیم کرد .
برای اطلاع کامل از محصولات پیچ و مهره استاد بولت وارد شوید
تاثیر حرارت بر عملکرد پیچ و مهره ها
تاثیر حرارت بر حسب گرید پیچ و مهره متفاوت می باشد . به همین دلیل در برخی موارد گرید های ویژه ای از پیچ و مهره برای استفاده در دمای بالا انتخاب میشوند اما به طور کلی پیچ ها در دماهای بالاتر از ۱۰۰۰ درجه فارنهایت ، با عوارض مختلفی روبرو هستند که بر عملکرد آنها تأثیر می گذارد.این عوارض عبارتند از :
- با افزایش دما، استحکام مواد کاهش می یابد. در حالی که این تقریبا برای همه مواد اتفاق می افتد، و تنها برخی از آلیاژهای فلزی هستند که عملکرد بهتری نسبت به بقیه دارند.
- اکسید شدن یکی دیگر از مشکلا حرارت بر پیچ و مهره میباشد . به طور کلی، در یک محیط غنی از اکسیژن، بسیاری از اتصال دهنده های معمولی مانند فولاد ضد زنگ ۳۱۶ به سرعت اکسید می شوند یا اصطلاحا زنگ می زنند.
کدام نوع پیچ ها وارد عملیات حرارتی میشوند؟
- پیچ و مهره های با گرید های پایین که موارد استفاده از آنها محدود و برای کاربری های عمومی می باشد چندان در معرض حرارت بالا قرار نمی گیرند.
- گرید های پیچ و مهره فولادی 8.8 و بالاتر و پیچ و مهره استیل به دلیل استفاده آنها در صنایع نفت و پتروشیمی در معرض حرارت بالا قرار میگیرند.
- استاد بولت ها که در اتصالات لوله ها و شیر آلات در صنایع نفتی مورد استفاده قرار میگیرند در معرض حرارت بالا قرار میگیرند.در استاد بولت های فولادی با گریدهای فولادی B7 , B16. استاد بولت B16 در برابر حرارت های بالا مقاومت بالاتری از خود نشان می دهد .
روش هایی برای جلوگیری از کاهش مقاومت پیچ
برای به حداقل رساندن این اثر ، طیفی از آلیاژهای مقاوم در برابر اکسیداسیون وجود دارد که باید برای کاربردهای پیچ و مهره در نظر گرفته شوند . آلیاژهای ذکر شده در زیر به طور کلی گزینه های خوبی هستند که برای رفع این مشکل میتوانید در نظر بگیرید.
- آلیاژ نیکل
- کروم مقاوم در برابر زنگ زدن با خواص مکانیکی خوب.
- این آلیاژ استحکام و مقاومت در برابر اکسیداسیون خود را تا دمای ۱۳۰۰ درجه فارنهایت حفظ می کند
مراحل عملیات حرارتی
- فرایند نرمالایزینگ
نرماله کردن پیچ و مهره، اولین مرحله پروسه عملیات حرارتی پیچ و مهره است که برای فولادهای با درصد کربن کمتر از 4 درصد اتفاق می‌افتد. این فرایند برای کاهش میزان تردی فولاد انجام میشود و در طی آن ساختار فلز ریز میشود. در نرماله کردن، ابتدا فولاد در دمای آستنیته فولاد که حدود بیست الی پنجاه درجه سانتی گراد بالاتر از دمای بحرانی است گرم میشود. پس از آن فولاد در دمای محیط و همراه با هوادهی سرد میشود. عموما نرماله کردن، پیچ و مهره را برای عملیات ماشین کاری آماده می‌کند.
- فرایند آنیلینگ
آنیل کردن پیچ و مهره برای افزایش چکش خواری پیچ و مهره و جلوگیری از شکست آن در طی عملیات سرد کردن انجام میشود. دمای آنیلینگ پیچ و مهره بین دمای 260 تا 760 درجه سانتی گراد متغیر است ک به نوع استاندارد به کار برده شده، ترکیب شیمیایی اولیه پیچ و مهره و مدت زمان عملیات آنیلینگ و در نهایت نوع استاندارد خنک کاری پیچ و مهره وابسته است.
عموما آنیل کردن پیچ و مهره در دمایی حدود نود درجه پایین‌تر از دمای نرماله کردن اتفاق می‌افتد. در نتیجه نرماله کردن پیچ و مهره، ساختار داخلی آن یکنواخت شده و با ریزتر شدن دانه‌ها، قابلیت چکش خواری پیچ و مهره افزایش می‌یابد.
بیشتر بخوانید : آیا درمورد آبکاری پیچ و مهره میدانید ؟
- عملیات تنش زدایی
تنش زایی پیچ و مهره برای حذف تنش‌هایی که در مراحل مختلف تولید پیچ و مهره همچون برش مفتول، پرس گل، فورج، پخ زنی و … در پیچ به وجود می‌آید صورت می‌گیرد. عملیات تنش زدایی در دمایی حدود 600 درجه سانتی گراد و سپس سرد شدن قطعه در دمای محیط و به صورت تدریجی اتفاق می‌افتد. در نتیجه تنش زدایی، ساختار پیچ و مهره به حالت پایدار رسیده و تنش‌های داخلی آن آزاد میشود.
- عملیات سخت کاری سطحی
از عملیات سخت کاری، با نام کربوراسیون هم یاد میشود. این عملیات در محدوده دمایی 850 تا 950 درجه سانتی گراد انجام میشود. در طی عملیات کربوره کردن، پیچ و مهره در معرض کربن قرار گرفته و سطح آن با جذب کربن، سخت میشود. میزان کربن جذب شده و عمق نفوذ کربن در سطح پیچ و مهره، به دما و زمان اعمالی وابسته است و طبق استاندارد تعیین میشود.
در حین عملیات سخت کاری سطحی، آستنیت موجود در پیچ و مهره به مارتنزیت تبدیل شده و سطح پیچ و مهره سخت میشود. از طرفی وجود لایه‌های کم کربن در قسمت داخلی پیچ و مهره باعث مقاومت آن در برابر ضربه میشود.
- عملیات آب زنی و خنک کاری
در این مرحله، سختی پیچ و مهره به شدت افزایش پیدا می‌کند. عملیات خنک کاری پیچ و مهره به این صورت است که ابتدا فلز در دمایی بین 800 تا 900 حرارت داده میشود و پس از آن به سرعت در آب، روغن، آب نمک و … سرد می‌گردد. عملیات خنک کاری پیچ و مهره باعث افزایش استحکام کششی آن تا حدود 1500 مگاپاسکال میشود که مقاومتی قابل توجه است.
- عملیات حرارت مجدد
عملیات حرارتی مجدد، آخرین مرحله پروسه عملیات حرارتی پیچ و مهره به حساب می‌آید. انجام مراحل قبلی باعث ایجاد یکسری سختی و ناهمگونی نامتعارف در ساختار فلز شده و تنش‌هایی را در داخل ساختار پیچ و مهره ایجاد می‌کند. لذا برای از بین بردن این مشکلات، یک بار دیگه عملیات حرارتی اتفاق می‌افتد. در این مرحله، پیچ و مهره در دمای 200 تا 600 درجه سانتی گراد و در حدود 1 ساعت حرارت داده میشود. پس از آن قطعات را در محیط می‌گذارند تا به صورت تدریجی سرد شوند.
بعد از انجام این مرحله، پیچ و مهره دارای سطحی بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش است. از طرفی سطح داخلی آن ساختاری ریز و یکنواخت دارد که باعث ضربه پذیری بالای آن میشود.