این مقاله توسط واحد مهندسی شرکت ونداد پترو ساحل (تولید کننده فلنج به روش فورج گرم) تهیه و جهت استفاده علاقمندان منتشر میگردد.

تاثیر عملیات حرارتی بر عملکرد فلنج

عملیات حرارتی یک فرآیند ضروری در تولید فلنج است. عملیات حرارتی با قرار دادن مواد فلزی در معرض حرارت، حفظ گرما و سرد شدن در حالت جامد، امکان اصلاح ریزساختار و دستیابی به خواص مطلوب را فراهم می‌کند. فلنج ها، به عنوان اجزای حیاتی در مهندسی مکانیک، می توانند با بهبود عملکرد خدمات و کیفیت داخلی، از فرآیندهای عملیات حرارتی بهره مند شوند.

طبقه بندی فرآیندهای عملیات حرارتی

فرآیندهای عملیات حرارتی را می توان به طور کلی به سه دسته تقسیم کرد: عملیات حرارتی عمومی، عملیات حرارتی سطحی و عملیات حرارتی شیمیایی. هر دسته را می توان به چندین فرآیند عملیات حرارتی خاص بر اساس محیط های گرمایشی مختلف، محدوده دما و روش های خنک کننده تقسیم کرد. فرآیندهای مختلف عملیات حرارتی می تواند منجر به تغییرات ساختاری مختلف در فلزات شود و در نتیجه خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی متفاوتی ایجاد شود.

عملیات حرارتی فولاد

فولاد پرمصرف ترین ماده در صنعت مکانیک است. ریزساختار پیچیده آن را می توان از طریق فرآیندهای عملیات حرارتی کنترل کرد و عملیات حرارتی را به یک عملیات اساسی برای فولاد تبدیل کرد. علاوه بر این، آلومینیوم، مس، منیزیم، تیتانیوم و آلیاژهای آن‌ها نیز می‌توانند تحت عملیات حرارتی قرار گیرند تا خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی خود را تغییر دهند و ویژگی‌های خدمات متفاوتی را به دست آورند.

درمان کوئنچینگ

کوئنچ یک روش عملیات حرارتی است که شامل حرارت دادن آلیاژ تا دمای بالا (از 980 تا 1250 درجه) و سپس سرد کردن سریع آن برای اطمینان از حل شدن کامل فاز اضافی در محلول جامد است. این فرآیند اغلب با خنک سازی سریع برای دستیابی به ریزساختار و خواص مطلوب دنبال می شود.

درمان خنک کننده

عملیات خنک سازی فرآیندی است که در آن اجزای فولاد خام در محیطی با دمای پایین (مانند یخ خشک یا نیتروژن مایع) تا دمای 40- تا 80- درجه سانتیگراد یا حتی کمتر خنک می شوند. هنگامی که دما به طور یکنواخت توزیع شد، اجزاء خارج شده و اجازه داده می شود تا به دمای اتاق برسند.

عملیات حرارتی سطح

عملیات حرارتی سطحی یک فرآیند عملیات حرارتی است که به طور انتخابی تنها سطح قطعه کار را گرم می کند تا خواص مکانیکی آن را تغییر دهد. برای اطمینان از اینکه تنها لایه سطحی بدون انتقال گرمای بیش از حد به داخل قطعه کار گرم می شود، از یک منبع حرارتی با چگالی انرژی بالا استفاده می شود که مقدار قابل توجهی گرما را در واحد سطح فراهم می کند. این اجازه می دهد تا یک لایه سطحی یا قسمت خاصی از قطعه کار به سرعت در مدت کوتاهی به دمای بالا برسد. روش های اصلی عملیات حرارتی سطح شامل سخت شدن شعله و گرمایش القایی است. منابع حرارتی رایج برای این روش ها شامل شعله های اکسی استیلن، شعله های اکسی پروپان، جریان های القایی، لیزر و پرتوهای الکترونی است.

مزایای استفاده از فلنج های کربنی با کارایی بالا

استحکام تسلیم یک ویژگی مهم فولاد است که نشان دهنده توانایی آن در مقاومت در برابر تغییر شکل است. نقطه ای که ماده در آن تغییر شکل می دهد به عنوان نقطه تسلیم شناخته می شود. حداکثر بار مجاز است که مواد فولادی می توانند تحمل کنند. اندازه گیری قدرت تسلیم شامل شکست تدریجی است و از طریق تغییرات قابل مشاهده در شکل قابل مشاهده است.

فلنج های کربنی با کارایی بالا، مانند F52، F60، F65، و F70 (همه مطابق با A694)، در مقایسه با فلنج های معمولی A105، با حداقل استحکام تسلیم 35K، استحکام تسلیم بالاتری دارند. این فلنج‌های کربنی اغلب در برنامه‌هایی استفاده می‌شوند که به خدمات دمای پایین نیاز دارند و معمولاً در کلاس 600# و بالاتر طبقه‌بندی می‌شوند.

علاوه بر این، فلنج‌های کربنی با کارایی بالا در مقایسه با فولاد ملایم، شکنندگی کمتری دارند و برای دستیابی به این خاصیت حاوی مقدار کمی کربن بالاتری هستند. مقاومت کلی آنها در برابر سایش یک کیفیت کلیدی در کاربردهایی است که به عمر طولانی‌تری نیاز دارند.

لازم به ذکر است که مشخصاتی مانند A694 و MSS-SP44 حاوی جزئیاتی در مورد محدوده این گریدهای خاص از فلنج های کربنی از F42 تا F70 است.

تأثیر عملیات حرارتی بر رفتار ضربه ای فلنج

فلنج‌های lf2 معمولاً در کاربردهای دمای پایین استفاده می‌شوند، جایی که مقاومت در برابر ضربه یک پارامتر مهم در انتخاب و تولید آنها است. در این تحقیق تاثیر تغییرات اندازه دانه در طی عملیات حرارتی و تاثیر آن بر رفتار فلنج های تولید شده بر اساس استاندارد مشخص شده ASTM ساخت شرکت ماشین سازی اراک مورد بررسی قرار گرفت.

برای دستیابی به این هدف، نمونه ها در دماهای مختلف از 900 تا 1200 درجه سانتیگراد گرم شدند و در دمای ثابت در منطقه تک فاز نگهداری شدند. فاز آستنیت اضافی به طور کامل حل شد و به سرعت در هوا یا کوره خنک شد. سپس اندازه دانه آستنیت اولیه با استفاده از روش Quench-and Temper تعیین شد. در ادامه، نمونه‌های آزمایش ضربه چارپی V-notch بر اساس استانداردهای ASTM A370 تهیه شد و آزمایش ضربه در دمای 46- درجه سانتی‌گراد بر روی این نمونه‌ها انجام شد. سطوح شکست نمونه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد بررسی قرار گرفت و با استفاده از طیف سنجی اشعه ایکس پراکنده انرژی (EDX) آنالیز شد.

بررسی نشان داد که انرژی ضربه به شدت تحت تأثیر اندازه دانه اولیه آستنیت است، در حالی که فرآیند خنک‌سازی کمترین تأثیر را بر انرژی ضربه برای نمونه‌هایی با اندازه آستنیت یکسان دارد.

در نتیجه، عملیات حرارتی نقش مهمی در افزایش عملکرد فلنج ها ایفا می کند. استفاده از فلنج های کربنی با کارایی بالا، همراه با فرآیندهای عملیات حرارتی مناسب، می تواند خواص مکانیکی و دوام آنها را تا حد زیادی بهبود بخشد. درک تأثیر عملیات حرارتی بر رفتار فلنج، مانند تأثیر تغییرات اندازه دانه، امکان تصمیم گیری آگاهانه در انتخاب و طراحی فلنج های مناسب برای کاربردهای خاص را فراهم می کند.