سخت کاری سطحی یا به عبارتی سخت کاری فولاد به عملیاتی می گویند که باعث سخت‌تر شدن سطح نسبت به قسمت‌های داخلی قطعه شود. در این حالت سطح نمونه سخت است در حالی که عمق نمونه نرم و انعطاف پذیر است.
تاریخچه سختکاری سطحی:
روش‌های سنتی سختکاری سطحی به این صورت بوده است که آهن را در کنار استخوان و زغال سنگ یا چرم، نمک و ادرار در جعبه‌ای سیل شده قرار می‌دادند و در دماهای زیر دمای ذوب گرما می‌دادند تا سختکاری سطحی صورت گیرد.
انواع سختکاری سطحی فلزات:
سختکاری سطحی روش‌های متعددی را شامل می‌شود که خواص سایشی سطح را بدون اینکه نرمی و چقرمگی عمق را تحت تاثیر قرار دهد. این ترکیب سطح سخت و عمق نرم در بسیاری از قطعات مانند چرخ دنده‌ها، یاتاقان‌های غلتکی، شفت‌ها، بلبرینگ‌ها و … مفید هست.
دو روش کلی‌ای که در سختکاری مورد استفاده قرار می‌گیرد عبارتند از:
– اضافه کردن یک لایه ( Layer additions)
– بدون اضافه کردن لایه‌ای و انجام عملیات بر روی خود قطعه (Substrate treatment)
گروه اول شامل عملیات‌هایی می‌شود که منجر به استفاده از فیلمی نازک، پوشش و کلدینگ هستند. بازده اقتصادی این روش‌ها برای زمانی که لازم است کل سطح ماده پوشش داده شود، کم است. همچنین این روش‌ها برای زمانی که نیاز به عمر خستگی زیاد است با چالش رو به رو می‌شود. هر چند این روش در بسیاری از کاربردها مفید است از جمله فولاد ابزارها. پوشش‌های TiN و Al2O3 نه تنها سختی مناسبی دارند بلکه با توجه به ترکیب شیمیایی آن از فرسایش مستقیم نیز جلوگیری می‌کند. علاوه بر این روکش‌های کلدینگ می‌تواند از خوردگی نیز جلوگیری کند.
در جدول زیر به طور کلی انواع روش های سختکاری سطحی و زیر مجموعه‌های آن آورده شده است.
روش‌های نفوذی:
روش‌های نفوذی شامل تغییر ترکیب شیمیایی سطح قطعه است. اساس روش ترموشیمیایی است زیرا برای وقوع نفوذ تا عمقی مشخص نیاز به گرما است و در آن عمق نفوذ با فرمول زیر رابطه دارد که در این فرمول K که ثابت نفوذ است با دما رابطه‌ی مسقیم دارد.
Case depth = K √Time
همانطور که در جدول مشخص کردیم روش‌های نفوذی زیر شاخه‌های بسیاری دارد. در جدولی به صورت خلاصه به سختی، عمق سختی، فلز پایه‌ی سخت کاری شده و دمای کاری در این روش‌ها اشاره شده است.
در شکل زیر روش‌های سختکاری نفوذی مورد استفاده برای هر فولاد را آوردهایم.
در شکل بعدی مقدار سختی قابل حصول توسط هر روش نفوذی را آوردهایم.
