بازپخت
بازپخت فولادها > بازپخت فولاد ابزار

فولادهاي ابزار گرمكار دسته اي از فولادهاي ابزار هستند كه براي كار در دماهاي بالا طراحي و ساخته شده‌اند. آنها توانايي مقاومت در برابر نرم شدن حين مواجه طولاني و مکرر با دماهاي بالا را دارند. تمام فولادهاي ابزار براي كاربرد در شرايط كارگرم بايد يک سري مشخصات عمومي به شرح زير را داشته باشند.
مقاوت به تغييرشکل در دماهاي كاري: اين ويژگي بيشتر از ويژگي‌هاي ديگر، فولاد ابزار گرمكار را از ساير فولادها متمايز ميسازد. فولادهايي كه ممکن است در دماي اتاق داراي سختي بالاتري بعداز عمليات حرارتي باشند و براي كاربردهاي كارسرد، كارايي بهتري داشته، اما به سرعت در دماهاي كارگرم نرم ميشوند
مقاومت در برابر شوک: مقاومت خوب در برابر شوکهاي مکانيکي و گرمايي و چقرمگي خوب براي جلوگيري از ايجاد ترک و شکست تخريبي الزام است. به همين دليل ميزان كربن فولادهاي نوع گرمكار در سطوح پايين يا متوسط نگه داشته ميشود.
مقاومت به سایش، مقاومت در برابر اعوجاج در حین عملیات حرارتی مقاوم در برابر ترک نیز از ویژگی های این فولاد میباشد.
بازپخت آخرين مرحله‌ي عمليات حرارتي است كه بر روي فولادهاي ابزار اعمال مي‌شود. اثر مهم بازپخت فولادهاي كم آلياژو ابزار، بهبود چقرمگي آنها (كاهش تنشهاي موجود در قطعه كه توسط كوئنچ كردن به وجود مي‌آيد) است.
در مقايسه با فولادهاي كم آلياژ سختي ثانويه با رسوب كاربيدهاي آلياژي در دماهاي بازپخت بالا در فولادهاي ابزار اهميت بيشتري دارد. همچنين براي اطمينان از بهبود چقرمگي پس از تغييرات ريزساختاري به وجود آمده توسط اولين مرحله ي بازپخت، فرايندهاي بازپخت دو مرحله‌اي و يا حتي سه مرحله اي بر روي فولادهاي ابزار اعمال ميشود. نتيجه‌هاي اندازه‌گيري خواص مکانيکي و مشاهدات گسترده متالوگرافي و بهبود شناخت ميکروساختار در حين بازپخت كردن در دماهاي مختلف به صورت خالصه در شکل زير ميتوان مشاهده كرد.
با افزايش دماي بازپخت تا 650 درجه سانتی گراد، ريزساختار به تدريج تغيير يافته است. آستنيت باقيمانده در ساختار با مارتنزيت كم كربن، فريت و سمنتيت جايگزين ميشود. در اين دما ساختار شامل زمينه‌ي فريت و كاربيدهايي است كه مورفولوژي آنها تغيير كرده است گزارشها نشان ميدهد كه با افزايش زمان بازپخت مورفولوژي كاربيدها تدريجاً كروي شده و در زمينهي فريت توزيع ميشوند.
سمنتيت كروي پايدارترين ريزساختار موجود در فولادها است كه توزيع آن در زمينه‌ي فريت باعث افزايش داكتيليته و چقرمگي ضربه فولاد ميشود. كه با افزايش زمان بازپخت وقوع تبلورمجدد در اين دما سبب كاهش سريع در دانسيته نابجايي‌ها و كرنشهاي داخلي شده و همين امر موجب توزيع مناسبي از دانه‌ها خواهد شد. تحقيقات نشان ميدهد كه با افزايش زمان نگهداري نمونه حين بازپخت در دماي 600 درجه سانتيگراد رشد كاربيدها و دانه‌هاي فريت تنها فرآيندي است كه ادامه مي‌يابد و ذكر اين نکته نيز قابل اهميت است كه هنگام بازپخت نمودن فولاد كوئنچ شده تا دماي بالاي 600 درجه سانتيگراد تبديل كاربيدهاي  {\ce {Fe3C}}به Cr7C3 رخ ميدهد. كاربيد  {\ce {Fe3C}} مستقيماً به Cr7C3 تبديل نميشود، اين كاربيدها ابتدا در زمينه‌ي فريت حل ميشوند سپس كاربيدهاي Cr7C3 در نقاط ديگري تشکيل ميشوند. توزيع رسوبات سمنتيت در زمينهاي از فاز فريت باعث بهبود چقرمگي و كاهش سختي و استحکام در اين دما ميشود.
تشکيل كاربيدهاي آلياژي در ضمن بازپخت نياز به نفوذ عناصر آلياژي تشکيل دهنده كاربيد دارد. اين نوع اتمها بيشتر به روش جانشيني در شبکه ي بلوري BCC مارتنزيت بازپخت شده نفوذ ميكنند. اين فرايند يک فرآيند نفوذي با ضريب نفوذ كم است. چنين فرايندي (با نفوذ كم) موجب ميشود كه فاصله‌ي موثر نفوذ بسيار كوتاه بوده و در نتيجه كاربيدهاي آلياژي بسيار ريز با فواصل بسيار كم از يکديگر به طور فشرده تشکيل شوند، همچنين اين فرايند (نفوذ آهسته) موجب ميشود كه در دماهاي كاري بالا رشد كاربيد به تاخير افتاده و در نتيجه فولادهاي ابزار نسبت به نرم شدن در ضمن آهنگري داغ، ريختهگري تحت فشار و عمليات برش با سرعت بالا مقاوم باشند. در دماهاي بازپخت پايين كاربيد انتقالي آهن تشکيل ميشود و در دماهاي بازپخت بالاتر به علت افزايش نفوذپذيري عناصر آلياژي كاربردهاي آلياژي رسوب ميكنند بسياري از كاربيدهاي آلياژي به صورت صفحات با سوزنهاي ريز ترجيحا بر روي صفحات خاص بلوري در داخل بشقاب‌ها با لایه‌هاي مارتنزيت پخته شده تشکيل ميشوند.
تحقيقات زيادي بر روي تاثير شرايط بازپخت (دما، زمان) بر ريزساختار، خواص مکانيکي و خواص سايشي فولادهاي ابزار انجام شده است. به عنوان مثال در پژوهشي که وی و همکاران بر روي تاثير شرايط بازپخت بر روي خواص سايشي فولاد ابزار گرم كار 13H انجام دادند. آنها دريافتند كه افزايش دماي باز پخت تا 500 درجه سانتيگراد باعث افزايش سختي و كاهش چقرمگي شکست مي شود و بعد از آن تا 600 درجه سانتيگراد سختي مقداري كاهش مييابد و بعد از آن تا 700 درجه سانتيگراد سختي به شدت كاهش يافته است.
در تحقيق بعدي آقاي پرادنت وهمکاران بعد از كوئنچ كردن، بازپخت در دماهاي مختلف (650-600-550-500) را انجام داد كه هرچه از دماي بازپخت 500 درجه به سمت دماي 550 درجه نزديکتر شود، ما داراي سختي باالتري خواهيم بود و اين اتفاق از دماي 550 بهسمت 600 درجه شاهد نزول سختي هستيم و در دماي 650 شاهد افت سختي و انعطاف‌پذيري باالتري خواهيم بود.
با مطالعه و مشاهده تصاوير SEM مربوط به ساختار مارتنزيت سريع سرد شده و ساختارهاي معمول ماده بعد از بازپخت را نشان ميدهد كه ميتوان تغييرات ساختار ماده و رسوب كاربيدهاي آلياژي در داخل دانه و مرزدانه مشاهده كرد. سختي در اولين مرحله به مقدار كمي با افزايش دماي بازپخت به توجه به تغييرات فازها (تبديل مارتنزيت به مارتنزيت بازپخت شده و آستنيت باقيمانده به فازهاي فريت و سمنتيت) كاهش پيدا كرده و همچنين با افزايش دماي بازپخت نمونه كوئنچ شده درصد بيشتري از فاز آستنيت باقيمانده 23 به فريت و سمنتيت تبديل خواهد شد، با افزايش دما تا 440 درجه سانتيگراد سخت شدن ثانويه با رسوب كاربيدهاي آلياژي آغاز ميشود.
مقدار سختي در 500 درجه سانتيگراد به بيشترين مقدار خود ميرسد و بعد از آن ابتدا مقدار كمي افت پيدا كرده و سپس به شدت كاهش مييابد و در دماي 700 درجه سانتيگراد به HRC 27 ميرسد. اوج سخت شدن ماده به دليل وجود فاز مارتنزيت تيغ هاي پركربن كه اين فاز به علت اختالل در ساختار شبکه‌اي و كريستالي (تبديل ساختار كريستالي fcc به bct ) به وجود آمده است، با كمترين مقدار چقرمگي ضربه مطابقت دارد. در اين شرايط كاربيدهاي آلياژي در داخل دانه و مرزدانه‌ها رسوب كرده و افزايش قابل مالحظه سختي را در پي دارد و همچنين مقاومت به شکست كاهش مييابد.