احتمالا نام فولاد CK45 (که در بازار با نام فولاد ۱.۱۱۹۱هم شناخته می‌شود) را زیاد شنیده‌اید. این فولاد، در ساخت شفت‌ها، محورها و قطعات ماشینی کاربرد دارد. سختی فولاد CK45، در واقع، توانایی آن در مقاومت در برابر خط و خش، سایش و فرورفتگی است.
به‌صورت کلی، سختی فولاد (پس از آبدهی) حدودا بین ۵۵ تا ۶۲ راکول C (HRC است. این عدد، تعیین می‌کند که آیا قطعه زیر بار فشار خم می‌شود یا می‌شکند، یا سال‌ها بدون مشکل کار می‌کند.
سختی اولیه CK45 یا ۱.۱۱۹۱
حتما برایتان سوال پیش آمده که سختی فولاد CK45 وقتی تازه از کارخانه می‌آید، چقدر است؟ به این حالت، سختی اولیه CK45 یا سختی در حالت تأمین شده می‌گویند. این سختی، نقطه شروع کار بوده و نشان می‌دهد که فولاد چقدر برای ماشین‌کاری (مثل برش یا سوراخ‌کاری) نرم است.
فولاد CK45 به‌خاطر داشتن حدود ۰.۴۵٪ کربن، در حالت اولیه (قبل از هرگونه عملیات سخت‌کاری)، ساختاری نسبتا نرم دارد. این نرمی، یک مزیت بزرگ است، چون باعث می‌شود ماشین‌کاری آن آسان باشد و ابزارهای برش شما کُند نشوند.
در این حالت، فولاد برای شکل‌دهی و پردازش آماده است، اما هنوز برای تحمل تنش‌های سنگین یک شفت یا چرخ‌دنده، به‌اندازه کافی قوی و سخت نیست. در این مرحله، عملیات حرارتی انجام می‌شود.
سختی فولاد CK45 چند راکول است؟
وقتی از سختی فولاد CK45 صحبت می‌کنیم، بیشتر منظورمان سختی است که پس از انجام عملیات سخت‌کاری (Heat Treatment) به دست می‌آید. هدف از این عملیات، تبدیل فولاد از حالت نرم و ماشینی به حالت سخت و مقاوم در برابر سایش است. واحد رایج برای بیان این سختی، راکول (HRC) است.
سقف سختی فولاد ۱.۱۱۹۱ یا ck45
پس از مرحله آبدهی (Quenching)، که فولاد به‌سرعت خنک می‌شود، سختی آن به اوج خود می‌رسد. این حالت بالاترین مقاومت را دارد اما بسیار شکننده است.
سختی فولاد CK45، حداکثری پس از آبدهی:
راکول: ۵۵ تا ۶۲
برینل (HB): تقریباً ۵۵۰ تا ۷۰۰
سختی تنظیم‌شده برای کار صنعتی
اما در عمل، ما قطعه‌ای با این شکنندگی نمی‌خواهیم. برای همین، مرحله‌ای به نام بازپخت انجام می‌شود. در این مرحله، فولاد را دوباره در دمای پایین‌تر گرم می‌کنیم تا کمی از سختی فولاد CK45 کم شده و در عوض، چقرمگی (Toughness) یا مقاومت در برابر ضربه و شکستگی‌اش بیشتر شود.
در کاربردهای صنعتی، مهندسان برای رسیدن به بهترین تعادل بین سختی و چقرمگی، سختی فولاد CK45 را روی این محدوده تنظیم می‌کنند:
سختی متداول (پس از بازپخت): بین ۲۵ تا ۴۵ راکول C (HRC
بنابراین، اگر شفت شما نیاز به مقاومت به سایش بیشتری دارد، سختی فولاد ۱.۱۱۹۱ را بالاتر (مثلاً ۴۰ HRC) تنظیم می‌کنیم و اگر به مقاومت در برابر ضربه بیشتری نیاز دارید، سختی را کمی پایین‌تر (مثلاً ۳۰ HRC) انتخاب می‌کنیم.
تاثیر ترکیبات شیمیایی بر سختی ورق ۱.۱۱۹۱
شاید تعجب کنید، اما سختی فولاد CK45 از همان لحظه‌ای که مواد اولیه در کوره ذوب می‌شوند، تعیین می‌شود. دو عنصر شیمیایی اصلی کربن و منگنز، سختی را نشان می‌دهند. به عبارتی، کربن می‌گوید که فولاد چقدر می‌تواند سخت شود و منگنز می‌گوید چقدر می‌توان این سختی را به داخل قطعه نفوذ داد. کنترل دقیق این دو عنصر در ترکیب شیمیایی فولاد، باعث می‌شود که عملیات حرارتی، نتیجه دلخواه را داشته باشد.
تاثیر عملیات حرارتی در سختی فولاد CK45
عملیات حرارتی، سه مرحله اصلی دارد که سختی فولاد CK45 و دوام قطعه را تعیین می‌کند:
۱. پخت اولیه (Austenitizing)
در مرحله اول، فولاد را تا دمایی بالا (حدود ۸۲۰∘C تا ۸۶۰∘C) گرم می‌کنیم.این کار باعث می‌شود تمام کربن‌های موجود در ساختار فولاد، در آهن حل شوند و ساختار جدیدی به نام آستنیت شکل بگیرد. آستنیت، تنها ساختاری است که آماده است تا در مرحله بعد، به ساختار فوق‌العاده سخت تبدیل شود.
۲. آبدهی (Quenching)
در این مرحله، فولاد داغ را به‌سرعت در یک محیط خنک (معمولا آب یا روغن) فرو می‌بریم. هدف، خنک کردن آن با سرعت بسیار بالاست. این شوک حرارتی باعث می‌شود که کربن حل‌شده در آستنیت، فرصت جدا شدن و تبدیل شدن به فازهای نرم را نداشته باشد و در عوض، ساختار سخت و سوزنی شکل مارتنزیت شکل بگیرد. این همان چیزی است که سختی فولاد CK45 را به اوج می‌رساند (بالای ۵۵ HRC).
۳. بازپخت (Tempering)
قطعه آبدیده و شکننده را دوباره تا دمایی پایین‌تر (مثلاً ۳۰۰∘C تا ۵۰۰∘C) گرم می‌کنیم و سپس در هوا رها می‌کنیم تا خنک شود. مارتنزیت اگرچه سخت است، اما بسیار شکننده است. بازپخت، تنش‌های داخلی را آزاد کرده و کمی از سختی را فدا می‌کند تا فولاد، مقاومت لازم برای تحمل ضربه و جلوگیری از ترک خوردن را پیدا کند. تنظیم دقیق دما در این مرحله، دقیقا همان کاری است که سختی فولاد CK45 (مثلاً ۳۵ HRC) را برای کاربرد مورد نظر تعیین می‌کند.
مقایسه استحکام و سختی CK45 با فولاد CK60 و MO40
تفاوت سختی فولاد CK45 با CK60: فولاد CK60 چون کربن بیشتری دارد، می‌تواند سخت‌تر شود (مقاومت به سایش بیشتر). اما CK45 کربن کمتری دارد، بنابراین جوشکاری و ماشین‌کاری آن ساده‌تراست و احتمال ترک خوردنش کمتر است.
فرق سختی CK45 با فولاد MO40: فولاد MO40 یک فولاد آلیاژی است (عناصر گران‌تری مثل کروم و مولیبدن دارد). این عناصر به MO40 اجازه می‌دهند که در زمان آبدهی، سختی را به عمق خیلی بیشتری نفوذ دهد. اگر شما یک شفت خیلی ضخیم دارید، MO40 بهتر است، اما اگر قطعه شما متوسط است، CK45 با قیمت پایین‌تر کارتان را راه می‌اندازد.
