مارتمپرینگ چیست؟ و مراحل آن

مارتمپرینگ (Martempering) یکی از عملیات حرارتی فولاد است که برای افزایش سختی و چقرمگی آن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این فرآیند شامل گرم کردن فولاد تا دمای آستنیتیزه شدن، خنک کردن سریع آن در حمام نمک داغ تا دمای کمی پایین تر از دمای آستنیتیزه شدن و سپس خنک کردن نهایی آن در هوا است.

تاریخچه عملیات حرارتی مارتمپرینگ

ریشه های آن را می توان در قرن نوزدهم جستجو کرد. زمانی که آدولف مارتن، دانشمند آلمانی، به طور تصادفی متوجه شد که خنک کردن فولاد داغ در حمام نمک، خواص آن را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. این کشف، دریچه ای نو به سوی دنیای فولاد گشود و مارتمپرینگ به سرعت به عنوان روشی موثر و کارآمد برای افزایش سختی و چقرمگی فولاد در صنایع مختلف از جمله ساخت ابزار، ماشین آلات و سلاح به کار گرفته شد. در طول قرن بیستم، با پیشرفت علم مواد و متالورژی، مارتمپرینگ نیز تکامل یافت و روش های جدیدی برای انجام آن ابداع شد. امروزه، مارتمپرینگ به عنوان یکی از مهم ترین و کاربردی ترین فرآیندهای عملیات حرارتی فولاد شناخته می شود و در صنایع مختلف در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرد.

مراحل فرایند مارتمپرینگ

مارتمپرینگ، فرآیندی است که سختی و چقرمگی را به طور همزمان در فولاد بوجود می آورد. برای درک بهتر این فرآیند، مراحل آن را باهم به بررسی می پردازیم.

مرحله اول: گرم کردن

در این مرحله، دما که معمولاً بین 800 تا 950 درجه سانتی‌گراد است، به فولاد اجازه می‌دهد تا تمام ساختار خود را به آستنیت، نوعی ساختار کریستالی خاص، تبدیل کند.

مرحله دوم: کوئنچینگ (سرد کردن سریع)

هدف از این کار، سرد کردن سریع فولاد است، اما نه به سرعت روش‌های مرسوم کوئنچینگ. سرعت سرد شدن باید به دقت کنترل شود تا از ایجاد تنش‌های بیش از حد و ترک خوردن فولاد جلوگیری شود.

مرحله سوم: ثابت نگه داشتن دما

پس از اینکه فولاد به دمای کوئنچ مورد نظر رسید، در این دما نگه داشته می‌شود تا زمانی که تمام قسمت‌های آن به دمای یکسانی برسند. این زمان نگهداری، فرصتی برای آستنیت فراهم می‌کند تا به طور کامل به مارتنزیت، ساختاری سخت، تبدیل شود. مارتنزیت سختی و استحکام مورد نظر را در فولاد بوجود می آورد.

مرحله چهارم: تمپر کردن

در این مرحله، نوبت به استراحت و ریکاوری فولاد می‌رسد. فولاد را از حمام سرد خارج کرده و در دمای پایین‌تری نسبت به روش تمپرینگ معمول، گرم می‌کنیم. هدف از این کار، تنش‌های داخلی فولاد را کاهش می‌دهیم، چقرمگی آن را افزایش می‌دهیم و شکل‌پذیری آن را بهبود می‌بخشیم. این کار بدون خدشه دار کردن سختی فولاد انجام می‌شود. درجه حرارت و مدت زمان تمپر کردن با دقت کنترل می‌شود تا تعادل مطلوبی از خواص در فولاد حاصل شود.

مزایای مارتمپرینگ

• افزایش سختی: مارتمپرینگ سختی فولاد را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. این امر فولاد را برای کاربردهایی که به مقاومت در برابر سایش نیاز دارند، مناسب می‌کند.
• افزایش چقرمگی: مارتمپرینگ چقرمگی فولاد را نیز افزایش می‌دهد. چقرمگی به توانایی فولاد برای جذب انرژی بدون شکستن اشاره دارد. این امر فولاد را برای کاربردهایی که به مقاومت در برابر ضربه و ترک خوردگی نیاز دارند، مناسب می‌کند.
• کاهش اعوجاج: مارتمپرینگ اعوجاج یا پیچیدگی (Distortion) فولاد را در مقایسه با سایر عملیات حرارتی مانند آبکاری و روغن کاری به حداقل می‌رساند.
• افزایش استحکام: مارتمپرینگ استحکام فولاد را نیز افزایش می‌دهد. استحکام به توانایی فولاد برای مقاومت در برابر بارهای کششی اشاره دارد.

معایب مارتمپرینگ

• هزینه بالا: مارتمپرینگ به دلیل نیاز به حمام نمک داغ و تجهیزات خاص، عملیاتی نسبتاً گران است.
• پیچیدگی: فرآیندی پیچیده است که نیاز به دقت و کنترل دقیق دما دارد.
• محدودیت ضخامت: مارتمپرینگ فقط برای قطعات فولادی با ضخامت کم مناسب است.

کاربردهای مارتمپرینگ

مارتمپرینگ فرآیندی منحصر به فرد در عملیات حرارتی فولاد است که به منظور افزایش همزمان سختی و چقرمگی آن به کار می‌رود. این فرآیند شامل گرم کردن فولاد تا دمای بالا، سرد کردن سریع آن در حمام نمک داغ و سپس تمپر کردن در دمای پایین‌تر می‌شود. مارتمپرینگ تنش‌های داخلی فولاد را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و از ایجاد ترک خوردگی در آن جلوگیری می‌کند.به همین دلیل، از مارتمپرینگ برای ساخت قطعات فولادی با کاربردهای خاص مانند دنده‌ها، میل لنگ، یاتاقان، ابزار برش، قالب‌ها، قطعات موتور و هواپیما استفاده می‌شود. در واقع، هر جا که به فولادی با استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش و ضربه، چقرمگی و پایداری ابعادی نیاز باشد، مارتمپرینگ می‌تواند راه حلی ایده‌آل باشد.

نکات مهم در مورد مارتمپرینگ

دمای آستنیتیزه شدن: دمای آستنیتیزه شدن باید به طور دقیق برای هر نوع فولاد خاص کنترل شود.
دمای حمام نمک: دمای حمام نمک باید به طور دقیق برای هر نوع فولاد خاص کنترل شود.
سرعت خنک کردن: سرعت خنک کردن باید به طور دقیق برای هر نوع فولاد خاص کنترل شود.
خنک کردن نهایی: خنک کردن نهایی باید به آرامی انجام شود تا از ترک خوردن فولاد جلوگیری شود.

مقایسه مارتمپرینگ با سایر عملیات حرارتی

مارتمپرینگ در مقایسه با سایر عملیات حرارتی مانند آبکاری و روغن کاری، مزایای متعددی دارد.

• سختی:  سختی فولاد را به طور قابل توجهی بیشتر از آبکاری و روغن کاری افزایش می‌دهد.
• چقرمگی: چقرمگی فولاد را به طور قابل توجهی بیشتر از آبکاری و روغن کاری افزایش می‌دهد.
• اعوجاج: مارتمپرینگ اعوجاج فولاد را به طور قابل توجهی کمتر از آبکاری و روغن کاری می‌کند.

با این حال، مارتمپرینگ معایبی نیز دارد که عبارتند از:

• هزینه: به دلیل نیاز به حمام نمک داغ و تجهیزات خاص، عملیاتی نسبتاً گرانتر از آبکاری و روغن کاری است.
• پیچیدگی: مارتمپرینگ فرآیندی پیچیده تر از آبکاری و روغن کاری است و نیاز به دقت و کنترل دقیق دما دارد.
• محدودیت ضخامت: مارتمپرینگ فقط برای قطعات فولادی با ضخامت کم مناسب است، در حالی که آبکاری و روغن کاری برای قطعات با ضخامت بیشتر نیز مناسب هستند.

نتیجه‌گیری

مارتمپرینگ فرآیندی منحصر به فرد در عملیات حرارتی فولاد است که به طور همزمان سختی و چقرمگی آن را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. این فرآیند شامل مراحل مختلفی از جمله گرم کردن، کوئنچینگ کنترل شده، ثابت نگه داشتن دما و تمپر کردن می‌شود. مارتمپرینگ برای ساخت قطعات فولادی با کاربردهای خاص در صنایع مختلف مانند خودروسازی، هوافضا، تولیدات انرژی و … استفاده می‌شود. با مارتمپرینگ، به فولادی که در برابر سایش، ضربه و تنش بسیار مقاوم است دست میابیم.