مروری کوتاهی از کتاب : کتاب حاضر، نتیجه تجارب مختلف در زمینه تولید و استفاده از پوششهای نفوذی در قطعات صنعتی است. پرداختن همزمان به مبانی علمی و ارائه مثالهای متعدد از تحقیقات آزمایشگاهی و صنعتی در زمینه پوشش های نفوذی، این کتاب را به عنوان منبعی مستدل و قابل اطمینان برای اقشار مختلف همچون دانشجویان، پژوهشگران و متخصصان حاضر در صنعت تبدیل کرده است. این کتاب مشتمل بر 38 فصل است که در ادامه به اختصار درباره آنها توضیح داده می شود.
در بخش اول (فصل های1و2) توضیحات کلی درباره پوشش های نفوذی ارائه شده است. استفاده از اتمسفرهای بدون اکسیژن در کربندهی گازی یا فرآیندهای کربندهی خلاء روشهایی هستند که برای حذف فرآیند اکسیداسیون شناخته میشوند و گفته میشود که اتمسفرهای شامل نیتروژن آن را کاهش میدهند. بااینحال، روش معمول کربندهی گازی با استفاده از گاز حامل گرماگیر هنوز پر طرفدارترین روش سختکاری سطحی است و کاربرد آن برای سالیان سال ادامه خواهد داشت. بخش دوم (فصل 3 تا فصل 6)، فرآیند کربندهی و كربنزدایی را مورد بررسی قرار داده است. کربنزدایی، همانطور که از اسم آن پیدا است، به معنی از دست رفتن اتمهای کربن از سطح قطعه است. در این فرآیند، سطحی با محتوای کربن کمتر نسبت به بخشی که به فاصله کمی زیر سطح قرار دارد ایجاد میشود. اگر کربندهی شیبی مثبت برای کربن ایجاد کند، کربن زدایی شیب منفی برای کربن ایجاد میکند. خواص و مشخصات مفیدی که از کربندهی و سختکاری ناشی میشوند درصورتیکه سطح قطعه کربنزدایی شود، تحقق نخواهد یافت. بنابراین، کربنزدایی یک ویژگی متالورژیکی ناخواسته است. مقدار بهینه برای کربنزدایی صفر در نظر گرفته میشود، اما در واقعیت، احتمال به وقوع پیوستن آن به مقدار اندک وجود دارد. اگرچه غالب فرآیندهای کربندهی کماکان در فشار جو انجام می شوند، اما دستاوردهای اخیر در زمینه کوره های خلاء و فناوری فولاد به این معناست که اکنون این فرآیند با روش دوستدار محیط زیست و در فشار پایین انجام میشود. دامنه انواع موادی که در شرایط خلاء کربندهی میشوند به طور روزافزونی در حال گسترش است. فرآیند نیتروژن دهی در بخش سوم (فصل های 7 تا 10) مورد بررسی قرار گرفته است. فرآیند نیتروژندهی، که برای اولین بار در اوایل دهه 1900 توسعه یافت، همچنان نقش مهمی در بسیاری از کاربردهای صنعتی دارد. نیتروژندهی به همراه فرآیند نیتروکربوراسیون (نیتروژن-کربن دهی) حاصل از آن اغلب در ساخت هواپیما، قطعات خودرو، ماشینآلات نساجی و ژنراتورهای توربین بکار میرود. در بخش چهارم (فصل های 11 تا 13) به بررسی روش حمام نمک پرداخته شده است. در اواسط دهه 1930 روشی جایگزین برای فرآیند نیتروژندهی گازی جستجو شد که بتواند پوستهای تولید کند که یکنواختتر باشد و از نظر متالورژیکی بهتر شکل گرفته باشد. محققان بر این عقیده بودند که یک مایع میتواند از طریق تماس سطحی با فولاد یکنواختی و همگنی لازم را محقق کند. عمق و کیفیت پوسته توسط ترکیب شیمیایی این مایع تعیین میشود. نیاز به یک منبع حرارتی برای نفوذ نیتروژن به درون سطح فولاد بود. مشخص شد که نمکهای سیانیدی الزامات این فرآیند را برآورده می سازند و این گونه بود که نیتروژندهی در حمام نمک آغاز شد. نیتروژندهی در حمام نمک در اصل با فرآیند نیتروژندهی گازی یکسان است و تنها ماده واسط آن متفاوت است. تجزیه و تحلیل روش بمباران یونی در بخش پنجم (فصل های 14 و 15) انجام شده است. یونیزه کردن گاز روشی است که موجب نوعی عدم تعادل بار الکتریکی در گاز میشود. در فشار و پتانسیل الکتریکی معینی، گاز به فرم تابناک میرسد (چیزی شبیه به گاز مورد استفاده در لامپهای نئون). پدیده یونیزاسیون گاز برای اولین بار در دهه 1800 میلادی بررسی شد. روش پلاسما بر این پدیده طبیعی مبتنی است و فرآیند نیتروژندهی که از این روش بهره میبرد، نیتروژندهی یونی نامیده میشود. مطالب مرتبط با روش بستر سیال نیز در بخش ششم (فصل های 16 و 17) ارائه شدهاند. سیستم کوره بستر سیال را میتوان برای عملیات نیتروژندهی گازی به کار برد. کوره بستر سیال از تجهیزات منحصر به فرد عملیات متالورژی است که امکان انجام بیشتر فرآیندهای عملیات حرارتی را به کاربر میدهد و عملیات سطحی نیز از آن جملهاند. تمرکز این مبحث بر نیتروژندهی در بستر سیال است. نیتروژندهی بستر سیال از نظر روش بکار رفته در فرآیند، مشابه با نیتروژندهی گازی است و از نظر روش انتقال گرما به نیتروژندهی حمام نمک شباهت دارد. در بخش هفتم (فصل های 18 تا 22)، موضوع کنترل فرآیند مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. مسئله کنترل گاز فرآیند برای نیتروژندهی پلاسمایی (یونی)، مسئله تخمین دبی گاز مورد نیاز برای دستیابی به متالورژی سطحی مورد نظر است. در سیستمهای مرسوم نیتروژندهی گازی درجه تفکیک گاز آمونیاک اندازهگیری میشود. بخش هشتم (فصل های 23 تا 27) به ارائه مطلب در زمینه نیتروژن-کربندهی میپردازد. نیتروژن-کربندهی فریتی به معنی انجام عملیات سطحی برای قطعه در منطقه فریتی نمودار تعادلی آهن-کربن است. ازآنجاکه فرآیند در منطقه فریتی اتفاق میافتد، نیتروژن و کربن، هر دو به سطح فولاد نفوذ میکنند. این فرآیند جزو عملیات ترموشیمیایی (حرارتی-شیمیایی) طبقهبندی میشود. هدف از این فرآیند، نفوذ اتمهای نیتروژن و کربن به محلول جامد (بلور) آهن و بنابراین به دام انداختن اتمهای نفوذ کرده در فضاهای درون شبکهای ساختار فولاد است. در بخش نهم (فصل های 28 تا 30) انواع روشهای پلاسمای کم فشار مورد بررسی قرار گرفتهاند. اخیرا در صنایع الکترونیکی مسیر توسعه نسل جدید منابع پلاسمایی کمفشار با چگالی بالا به سوی توسعه مفهوم تازهای از فرآیند نیتروژندهی به کمک پلاسما باز شده است. ویژگی مشترکی از این منابع با چگالی بالا در این فرآیند، رهاسازی پلاسمای سطح زیرلایه و اغلب از بخشی از راکتور بارگذاری شده با زیرلایههاست. هدف این بخش، بررسی فرآیندهایی است که در فشار کمتر از ده پاسكال عمل میکنند و با تحلیل فعل و انفعالات سطح پلاسمای مرتبط با فرآیند نیتروژندهی به کمک پلاسما آغاز میشوند. بخش دهم (فصل 31) به طور کامل به روش سمانتاسیون اختصاص داده شده است. سمانتاسیون جعبهای روشی سنتی است که هنوز برای اعمال پوششهای نفوذی با رویههای استانداردی برای رسوب کروم، آلومینیم و روی استفاده میشود. به عنوان مثال در 1957 تا اواسط 1960در صنعت توربین گازی، روش سمانتاسیون جعبه ای به سرویس موتور هوایی معرفی و به طور گسترده برای پوشش اجزای توربین استفاده شد. در بخش یازدهم (فصل های 32 و 33) انواع کوره های صنعتی معرفی و بررسی شدهاند. کورههای حرارتی فرآیندهای صنعتی، محفظه های عایقدار طراحی شده برای انتقال گرما هستند. این کورهها برای بسیاری از فرآیندهای حرارت دهی طراحی شده اند. ذوب فلزات آهنی و شیشه ها، مستلزم درجه حرارت بسیار بالایی است و ممکن است شرایط فرسایشی و خورنده ایجاد کند. در شکل دادن فلزات، حرارت زیاد لازم است تا بتوان مواد را نرم کرد و عملیاتی مثل آهنگری را انجام داد. اهمیت کوره ها و سوخت آنها به قدری است که همواره در مرکز توجه صنایع گوناگون قرار دارند. کورهها تقریبا در تمامی صنایع پیشرفته کاربرد دارند. بخش دوازدهم (فصل های 34 تا 38) آخرین بخش این کتاب است كه به روش پلاسمایی الکترولیتی اختصاص یافته است. این گروه از روشها نسبتا جدید میباشند و بخش عمدهای از تحقیقات اینجانب در طی پانزده سال اخیر در این حوزه بوده است. وجه اشتراک اصلی روشهایی که با عنوان کلی پلاسمای الکترولیتی برای پوششدهی استفاده میشوند، وقوع پدیده تخلیه پلاسما در فصل مشترک الکترود-الکترولیت در پتانسیل های بالا است. در سالیان اخیر از پلاسمای الکترولیتی بر روی فلزات سبک همچون تیتانیم استفاده می شود. بر روی سطح این فلزات، معمولا پوششی ضخیم، سخت و با چسبندگی بالا ایجاد میشود. این لایه اکسید سرامیکی با شکلها و ترکیبات فلزی مشخص، دارای مقاومت به خوردگی و سایش عالی و پایداری حرارتی همچون دیگر خواص الکتروفیزیکی و شیمیایی است. همچنین در انتهای کتاب ضمیمه ای تصویری ارائه شده است که شامل تصاویری در رابطه با اعمال پوشش های نفوذی روی زیرلایههای فولادی، پوششهای نفوذی به روش آلومینایزینگ، پوشش های نفوذی به روش سمانتاسیون و رسوب دهی فاز بخار (CVD)، فرآیندهای کربندهی و نیتروژن دهی، انواع کورههای زمینی و پوششهای نفوذی بر روی قطعات صنعتی است.
فهرست مطالب
فصل 1 مقدمه و دیدگاهها 1
1.1 مزایای سختکاری پوستهای با روش کربندهی 2
1.2 تغییرپذیری 3
1.3 آزمونهای آزمایشگاهی 4
1.4 جوانب طراحی 5
1.5 خصوصیات عمق پوسته 10
1.6 محتوای کربن یوتکتویید 10
1.7 منابع 14
فصل 2 اكسیداسیون داخلی 19
2.1 عوامل ایجاد کننده اکسیداسیون داخلی 19
2.2 فرآیند اکسیداسیون داخلی 20
2.3 تاثیر بر ریزساختار موضعی 29
2.4 تاثیر بر خواص ماده 33
2.5 محاسبات و ابعاد به منظور حذف یا کاهش اکسیداسیون داخلی 42
2.6 خلاصهای از نکات مهم در مورد اکسیداسیون داخلی 46
2.7 منابع 47
فصل 3 كربنزدایی 57
3.1 عملیات کربنزدایی 57
3.2 آزمایش 63
3.3 تاثیر بر خواص ماده 65
3.4 کنترل کربنزدایی 69
3.5 خلاصهای از مطالب کربنزدایی 70
3.6 منابع 71
فصل 4 آستنیت باقیمانده 77
4.1 تشکیل آستنیت 77
4.2 آستنیت در ریزساختار 82
4.3 اثر بر خواص ماده 82
4.4 کنترل آستنیت باقیمانده 96
4.5 خلاصهای از مطالب درباره آستنیت باقیمانده 98
4.6 منابع 99
فصل 5 ویژگیهای ریزساختاری مؤثر 107
5.1 اندازه دانه 107
5.2 تغییرات اندازه دانه
5.3 تاثیر اندازه دانه بر خواص 112
5.4 ریزترک 117
5.5 عوامل تاثیرگذار بر ریزترکها 117
5.6 میکروجدایش 124
5.7 آخالهای غیرفلزی 132
5.8 اثرات تولید فولادهای تمیز 141
5.9 خلاصهای از مطالب درباره ویژگیهای ریزساختاری تاثیرگذار 142
5.10 منابع 144
فصل 6 سیستمهای کربندهی کمفشار 161
6.1 فناوری کربندهی 16
6.2 سیستم پمپاژ خلاء 164
6.3 کوئنچ با گاز 166
6.4 راهکارهای ایمنی و زیست محیطی 166
6.5 نتیجهگیری 167
6.6 منابع 167
فصل 7 نیتروژندهی 171
7.1 ملاحظات متالورژیکی و الزامات فرآیند 171
7.2 پیشگامی مکلت 173
7.3 دیگر پیشرفتهای اولیه 177
7.4 وضعیت اخیر فناوری نیتروژندهی 179
7.5 منابع 179
فصل 8 مزایای نیتروژندهی 185
8.1 ملاحظات کلیدی فرآیند 186
8.2 فرآیند دما پایین 187
8.3 نکات پایانی 193
8.4 منابع 193
فصل 9 مکانیزم فرآیند نیتروژندهی 197
9.1 آزاد شدن نیتروژن 198
9.2 تجزیه گاز در دمای نیتروژن دهی انتخابی 199
9.3 دلایل استفاده از آمونیاک 199
9.4 اعوجاج 200
9.5 عملیات پیشگرم 201
9.6 منابع 201
فصل 10 ریزساختار فولاد و چدن نیتریدی 205
10.1 تاثیر کربن بر منطقه ترکیبی 205
10.2 کنترل ضخامت منطقه ترکیبی 206
10.3 تحولات لایه ترکیبی 207
10.4 امکان نیتروژندهی فولاد ساده کربنی 208
10.5 محاسبه ضخامت منطقه ترکیبی 208
10.6 دیگر عوامل تاثیرگذار بر تشکیل پوسته سطحی 209
10.7 منابع 210
فصل 11 تجهیزات کوره و سیستمهای کنترل 213
11.1 معیار اصلی طراحی کوره 214
11.2 کنترل دقیق دما 214
11.3 گردش گاز در اتاقک فرآیند 214
11.4 انواع کورههای نیتروژندهی 215
11.5 عایقبندی 216
11.6 انتخاب طراحی مناسب كوره 216
11.7 ساختمان ریتورت 217
11.8 گرم کردن کوره 220
11.9 ابزار دقیق و کنترل فرآیند 221
11.10 كنترل دما 221
11.11 پایش تفكیك گاز 222
11.12 كنترل حسگر اكسیژن 222
11.13 سنسورهای نیتروژندهی 223
11.14 منابع 223
فصل 12 نیتروژندهی با روش حمام نمک 229
12.1 نمکهای مورد استفاده و مزایای فرآیند 229
12.2 انواع فرآیند نیتروژندهی با روش حمام نمک 230
12.3 روند و تجهیزات نیتروژندهی با روش حمام نمک 231
12.4 استفاده از حمام نمک جدید 231
12.5 تعویض حمام 231
12.6 آنالیز و بررسی حمام 233
12.7 مواد و تجهیزات 233
12.8 مراحل آنالیز 234
12.9 عوامل مهم در دستیابی به نتایج موفق 234
12.10 تعیین درصد کربنات سدیم و سیانات سدیم 234
12.11 نگهداری حمام 235
12.12 راه اندازی حمام نمک 236
12.13 ملاحظات ایمنی 236
12.4 پارامترهای طراحی برای تجهیزات کوره 237
12.5 منابع 237
فصل 13 کنترل منطقه ترکیبی یا لایه سفید 241
13.1 آزمایشی تعیین وجود یا عدم وجود لایه سفید 242
13.2 کاهش منطقه ترکیبی با استفاده از فرآیند دو مرحلهای 242
13.3 سایر روشهای کنترل تشکیل لایه ترکیبی 242
13.4 عمق پوسته نیتریده شده 244
13.5 منابع 244
فصل 14 نیتروژندهی یونی 247
14.1 تاریخچه نیتروژندهی یونی 247
14.2 نحوه کار فرآیند نیتروژندهی یونی 248
14.3 ویژگیهای تخلیه تابشی 248
14.4 کنترل فرآیند 251
14.5 سایر کاربردهای روش پلاسمایی251
14.6 سازوکار فرایند نیتروژندهی یونی 252
14.7 اثر گوشهای و شبکه نیتریدی 253
14.8 تخریب پرداخت سطحی 254
14.9 کنترل منطقه ترکیبی 254
14.10 گازهای فرآیند 257
14.11 پارامترهای فرآیند 257
14.12 فلسفه تولید پلاسما 258
14.13 مزایای نیتروژندهی پلاسما 259
14.14 تاثیرات محیطی 259
14.15 اکسینیتراسیون 259
14.16 منابع 261
فصل 15 تجهیزات نیتروژندهی یونی 267
15.1 نیتروژن دهی پلاسمایی جریان مستقیم پیوسته سرد- جداره 367
15.2 پارامترهای فرآیند 267
15.3 کوره سرد- جداره 268
15.4 دستگاه برق مولد پلاسما 268
15.5 المنت¬های حرارتی 269
15.6 ترموکوپلهای کوره 269
15.7 جریان گاز 269
15.8 پمپ خلاء 270
15.9 کاتد و آند 271
15.10 نیتروژندهی پلاسمایی جریان مستقیم پالسی گرم- جداره 271
15.11 منبع برق پالسی 272
15.12 خنکسازی قطعه بعد از نیتروژندهی پلاسمایی 277