بسیاری از قطعات آهنی که با روش های مختلفی تولید می شوند، ممکن است خواص فیزیکی، مکانیکی یا شیمیایی مناسبی برای استفاده  نداشته باشند. بنابراین باید آنها را طی فرآیند هایی به قطعات آماده برای مصرف تبدیل کرد. عملیاتی مثل آستنیته، کوئنچ، تمپرینگ، آنیلینگ، نرمالیزه کردن، کروی کردن، اضافه نمودن عناصر آلیاژی و صدها عملیات نظیر این موارد نیز برای همین منظور طراحی شده اند که همگی این موارد با توجه به نوع فولاد و توجه به دیاگرام فازی آهن-کربن در جای مناسب کاربرد خود را دارند. در این مقاله قصد داریم یکی از این عملیات ها که کروی کردن نام دارد را معرفی نمایم.

کروی کردن چیست ؟

کروی کردن نوعی عملیات حرارتی برای آلیاژهای پایه آهنی و به خصوص فولادهای کربنی با هدف افزایش قابلیت شکل پذیری و ماشین کاری آن ها است. ساختار سمنتیت کروی در زمینه فریت، نرم ترین و پایدارترین حالتی است که می تواند در فولادها وجود داشته باشد. عملیات کروی کردن نیازمند این است که لایه های سمنتیت به صورت جزئی تجزیه و حل شوند و در ادامه سمنتیت لایه ای بر روی سمنتیت کروی رسوب کند، بنابراین نفوذ کربن در فاز فریت نقش مهمی در انجام این عملیات دارد.

هر چه سرعت نفوذ کربن بیشتر باشد، کروی شدن با سرعت بالاتری انجام می شود. عناصر آلیاژی سرعت نفوذ کربن در فاز فریت را کم می کنند بنابراین فولادهای پر آلیاژ برای انجام کروی کردن مناسب نیستند. به طور کلی، کروی کردن حول دمای یوتکتوئید انجام می گیرد و فرآیند سرد کردن نیز به طور آهسته انجام می شود.

روش های کروی کردن

برای کروی کردن سه روش وجود دارد. در روش اول، فولاد تا زیر دمای استحاله یوتکتوئیدی غیر تعادلی که با نام A_c1 نیز شناخته می شود، حرارت داده شده و در آن دما نگه داشته می شود تا فولاد به طور کامل کروی شود. پس از انجام عملیات، فولاد تا دمای اتاق در هوا سرد می شود.

در روش دوم، فولاد تا ناحیه دو فازی فریت-آستنیت (A_c3-A_c1) یا سمنتیت-آستنیت(A_cm-A_c1) حرارت داده می شود. هدف از این کار آستنیته کردن فولاد به صورت جزئی است. پس از آن، فولاد تا زیر دمای استحاله یوتکتوئیدی غیر تعادلی که با نام A_r1 نیز شناخته می شود، سرد شده و آن قدر در این دما نگه داشته می شود تا کروی شود. در انتها فولاد تا دمای اتاق در هوا سرد می شود.

در روش سوم، عملیات گرمایش و سرمایش به صورت سینوسی تکرار می شود. بدین صورت که فولاد تا بالای دمای A_c1 گرم می شود تا به صورت جزئی آستنیته شود. سپس تا زیر دمای A_r1 سرد می شود و حدود نیم ساعت نگه داشته می شود تا به صورت جزئی کروی شود. این عملیات به صورت متناوب تکرار می شود تا در نهایت فولاد کروی شود. از آن جایی که در روش های دوم و سوم فولاد به صورت جزئی آستنیته می شود، انتظار می رود شکستن لایه های سمنتیتی و کروی کردن سریع تر از روش اول انجام شود. در بین این روش ها نیز روش سوم روش بهتری محسوب می شود. چون با هر بار آستنیته کردن، بخشی از سمنتیت لایه ای حل می شود و با سرد کردن به صورت سمنتیت کروی رسوب می کند. اثر حرارت دهی بر خواص فلز را در این لینک بخوانید.

عوامل موثر بر کروی کردن

عوامل اصلی که بر روی کروی شدن تاثیر می گذارد عبارت اند از:

• خواص شیمیایی فلزات پایه
• ریزساختار، دما و زمان

اگر در مورد انواع فولاد صحبت کنیم، اولا فولادهای نرمال شده در مقایسه با فولادهای آنیل شده در معرض خطر بیشتری هستند. ثانیا، دانه های بزرگتر مقاومت به کروی شدن را در مقایسه با دانه های ریز افزایش می دهند.

کدام فولادها قابلیت کروی کردن دارند ؟

انجام  این فرآیند  معمولا بر روی فولادهای پرکربن و کربن متوسط، انجام می‌شود. به این خاطر که وجود درصد کربن بالا در ترکیب این فولادها، سختی بالا و انعطاف‌پذیری کمی را برای آن‌ها ایجاد می‌کند و با ایجاد ساختار کروی، می‌توان بهره بهتری از آن‌ها برد.

کروی کردن فولاد کم کربن، چندان توصیه نم یشود و رایج نیست. دلیل این موضوع را می‌توان نرم شدن زیاد ساختار، پس از انجام آن دانست. به این دلیل که فولاد کم کربن، ذاتا نرم است و با کروی کردن ساختار آن، احتمال نرمی بیش از حد و کاهش محسوس استحکام در آن وجود دارد. عملیات برگشت دادن یا تمپر کردن نیز به منظور کاهش سختی و تردی فولاد انجام می شود و به نوعی مشابه با کروی کردن عمل می کند. در مقاله عملیات تمپرینگ چیست ، با این فرآیند بیشتر آشنا شوید.

مزایای کروی کردن

کروی کردن فلزات مزایایی به دنبال دارد که در زیر به صورت خلاصه ذکر می شود:

• قابلیت شکل پذیری فولاد پر کربن را افزایش می دهد.
• انرژی مورد نیاز برای عملیات بعدی و شکل دهی را کاهش می دهد.
• قابلیت ماشین کاری را افزایش می دهد.

کاربرد کروی کردن

با توجه به مزایای که فولاد های کروی شده دارند در زمینه های مختلفی کاربرد دارند. ازجمله مهم ترین کاربردهای فولادهای کروی شده می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت فولادهایی که قابلیت ماشین کاری خوبی دارند.
•  ریل های راه آهن
• ساخت رینگ لاستیک اتومبیل
• ساخت کابل برای پل ها

جمع بندی

کروی کردن نوعی عملیات حرارتی به منظور ایجاد ساختار متشکل از سمنتیت کروی در زمینه فریت است که معمولا برای فولادهای کربن متوسط و کربن بالا انجام می گیرد. حاصل چنین فرآیندی، ایجاد یک ریزساختار نرم و پایدار در فولاد موردنظر است. این فرآیند به سه طریق انجام می شود که روش مناسب، بر اساس نیاز و کاربرد انتخاب می شود.