صنایع فولاد بهعنوان یکی از مهمترین صنایع زیربنایی، با چالشهای جدی در زمینه سایش، خوردگی، اکسیداسیون و خستگی حرارتی-مکانیکی قطعات و تجهیزات روبهرو است. تجهیزات کلیدی نظیر انواع غلتک ها، تیغه قیچی ها، ماندریل ها، قطعات واحد گندله سازی و آهن سازی و قطعات پمپ در معرض شرایط کاری سختی قرار دارند که باعث کاهش عمر سرویسدهی و افزایش هزینههای تعمیر و توقف تولید میشود.
برای رفع این مشکلات، استفاده از فناوریهای پیشرفته مهندسی سطح بهعنوان یک راهکار استراتژیک شناخته میشود. این فناوریها با ایجاد تغییرات هدفمند در خواص سطحی، امکان افزایش مقاومت به سایش و خوردگی، بهبود مقاومت خستگی، و افزایش طول عمر قطعات را فراهم میسازند، بدون آنکه نیاز به تغییر در طراحی یا جنس اصلی قطعات باشد.
به طور کلی میتوان گفت که روشهای مهندسی سطح مانند پاشش حرارتی(HVOF, APS, Flame Spray)، کلدینگ (GMAW, GTAW, SAW, PTA, OWA) و نیتراسیون پلاسمایی به عنوان ابزارهای کلیدی مهندسی سطح، در صنایع فولاد بهطور گسترده بهکار گرفته میشوند
کاربردهای فناوریهای مهندسی سطح در قطعات صنایع فولاد
1)غلتکها:
غلتکها در معرض سایش شدید ناشی از تماس مداوم با ورق فولادی، شوکهای حرارتی و بارگذاری دینامیکی بالاهستند.
- استفاده از پوششهای سرامیکی به روش HVOF موجب افزایش مقاومت سایشی و کاهش ترکهای حرارتی میشود، ضمن اینکه در برخی موارد مانند غلتک های بریدل زبری حاصل از پوششدهی جهت جلوگیری از سرخوردن ورق در واحد های مختلف نورد سرد مقبول است.
- کلدینگ با بهره گیری از انواع روش های جوشکاری در نواحی بحرانی، مقاومت در برابر ضربه و حرارت را بهبود میدهد.
- نیتراسیون سختی سطحی را افزایش داده و مقاومت خستگی غلتک را تقویت میکند.
2) قالبهای ریختهگری مداوم:
این قالبها تحت تأثیر خوردگی و سایش ناشی از تماس مداوم با مذاب فولاد قرار دارند.
- پوششهای مقاوم به خوردگی و اکسیداسیون به روش HVOF عمر قالب را افزایش میدهند.
- لایههای رسوبی PTA در نواحی حساس، مقاومت حرارتی و ضدسایشی ایجاد میکنند.
3) تیغهها و قیچیهای برش فولاد:
این قطعات تحت بارهای شدید ضربهای و سایش مداوم در فرآیند برش قرار دارند.
- رسوبدهی PTA با آلیاژهای سخت، طول عمر لبه برش را چندین برابر میکند.
- نیتراسیون مقاومت خستگی و سختی سطحی را بدون تغییر در خواص چقرمگی مغز افزایش میدهد.
4) ماندریلها و شفتها:
این قطعات به دلیل بارگذاری سیکلی و تماس چرخشی، دچار سایش و ترکهای خستگی میشوند.
- HVOF مقاومت سایشی و خوردگی سطح را ارتقا میدهد.
- نیتراسیون موجب افزایش سختی سطحی و کاهش ایجاد ترکهای خستگی میشود.
5) قطعات پمپها و ولوها:
این اجزا در تماس با محیطهای خورنده، جریان سیال و پدیده سایش حفره ای قرار دارند؛ به خصوص که در برخی موارد آببندی سطوح نیز به شدت قابل اهمیت است.
- استفاده از پوشش های حاصل از روش HVOF این قابلیت را به قطعات میدهد تا با افزایش عمر مفید سطحی در برابر مکانیزم های تخریب سطحی بهرهوری تجهیز را افزایش دهند.
- انواع روش های کلدینگ نیز برای مواردی که قطعات با تخریب شدید روبه رو است در جهت بازسازی نواحی آسیبدیده و مقاومسازی در برابر حفره زایی بهکار میرود.
- نیتراسیون سختی سطوح آببندی را افزایش داده و عمر کاری آنها را بیشتر میکند.
6) قطعات واحد گندله سازی و آهن سازی:
این قطعات با ذرات معدنی و سرباره در تماس مستقیم هستند و دچار سایش ساینده شدید میشوند.
- پوششهای ضخیم و مقاوم به سایش از جنس کامپوزیت های سرامیک-فلز توسط OAW و PTA باعث افزایش چشمگیر طول عمر آنها میشود.
7) ابزارهای شکلدهی و قالبکاری:
ابزارهای شکلدهی فولاد، در معرض فشارهای بالا، سایش و اکسیداسیون هستند.
- نیتراسیون مقاومت به خستگی و سختی سطحی را افزایش میدهد؛ ضمن اینکه ضریب اصطکاک سطوح را کاهش داده و منجر به افزایش مقاومت در برابر سایش کشویی میگردد.
- در قالب های خاص میتوان با استفاده از روش PTAامکان ایجاد لایههای مقاوم به سایش و حرارت روی سطوح کاری قالب را فراهم کرد.
8) قطعات گیربکس:
یکی از معضلات استفاده از دنده ها، کچل شدن سر دنده ها در اثر تماس با یکدیگر است.
- نیتراسیون پلاسمایی با کاهش ضریب اصطکاک و افزایش سختی سطحی میتواند عمر مفید این قطعات را تا چندین برابر افزایش داده و بروز کچلی دنده را به تعویق بیندازد. ضمن اینکه انجام این فرآیند تاثیر چندانی بر بهای تمام شده ندارد.
9) غلتک های سیو واحد گندله سازی (دابل دک)
جمع بندی:
در نهایت با توجه به شرایط کاری بسیار سخت در صنایع فولاد، استفاده از روشهای مهندسی سطح نقش تعیینکنندهای در افزایش کارایی، دوام و کیفیت قطعات دارد. فناوریهایی مانند پوششدهی مقاوم به سایش و خوردگی، رسوبدهی آلیاژی مقاوم و سختکاری نفوذی سطحی، با تقویت خواص سطحی بدون تغییر در خواص مغزی فولاد، توانستهاند محدودیتهای سنتی قطعات فولادی را برطرف کنند.
این روشها، بهطور همزمان، طول عمر قطعات و تجهیزات را افزایش داده، مقاومت به سایش، خوردگی و خستگی مکانیکی را بهبود میبخشند، کیفیت محصول نهایی را تضمین میکنند و هزینههای نگهداری و توقفات تولید را کاهش میدهند.
و بهکارگیری این فناوریها به صنایع فولاد امکان میدهد که تجهیزاتی با دوام بیشتر، عملکرد پایدار و بهرهوری بالاتر داشته باشند و با کاهش ریسک خرابی و توقفهای ناگهانی، رقابتپذیری و پایداری فرآیند تولید را بهطور قابل توجهی ارتقا دهند.