فولاد سمانته به معنای فولاد سخت‌کاری شده سطحی می باشد. همچنین لغت سمانته به عملیات حرارتی نیز اتلاق می گردد. در طی این عملیات حرارتی یا سمانتاسیون سطح قطعه فلزی، سخت شده ولی داخل یا مغز آن دچار هیچ تغییری نمی‌شود. و بنابراین قسمت داخلی نرمی و چقرمگی خود را حفظ می کنند.
فولاد سمانته یا کربوره را به این منظور تولید نمودند که ترکیبش بگذارد سختی پذیری خود را افزایش دهد. یکی از گسترده ترین عملیات های حرارتی سطحی، سمانتاسیون است. این فرآیند با مواد فلزی انجام شده و کاربرد فروانی در قطعات خودرو دارد. این موارد به طور ویژه قطعات انتقال نیرو خودرو مانند فرمان و گیربکس را شامل می شود. حضور ۰٫۱۵ تا ۰٫۲۵ درصد عنصر کربن و عناصر آلیاژی همچون عنصر منگنز، عنصر کروم، عنصر نیکل و عنصر مولیبدن در فولاد های سمانته ویژگی های مخصوصی به این آن داده است. این محصولات فولادی بیشتر در ساخت قطعات صنعت خودرو استفاده می شوند.
فولاد سمانتاسیون
فولاد سمانته یا فولاد سمانتاسیون دارای قابلیت مقاومت به ضربه بسیار بالایی می باشند. طراحی و ساخت چرخ دنده ها، اجزای فرمان و صنایع پلاستیک و ملامین از کاربرد های این محصولات آلیاژی هستند. اصطکاک بالایی هنگام عملکرد وسایل و ابزار آلات ایجاد می شود، سبب نیاز به سطوح قطعات با ویژگی سختی و مقاومت بالا در برابر سایش است. از قطعات ساخته شده از فولاد های سمانته برای پاسخ به این نیاز استفاده می شود.
فولاد سمانته ۱٫۷۱۳۱ و فولاد ۱٫۶۵۸۷ در این گروه فولادی قرار دارند. این فولادها در ساخت قطعاتی مانند چرخ دنده ها، در صنایع گوناگون کاربرد دارد. ترکیبات فولاد سمانته شامل عنصر نیکل، عنصر کروم، عنصر منگنز، عنصر مولیبدن و عنصر سیلیسیم می باشد. طبق توضیحاتی که داده شد و مطالعه فرمودید به فولادهایی که طی عملیات، سختی آنها بیشتر شده ولی عمق آنها بدون تغییر باقی می‌ماند، مانند فولاد نیتراته؛ فولاد سمانتاسیون گفته می شود.
سمانتاسیون مایع
فولاد سمانته را به سه روش اصلی کربن دهی می کنند؛ گاز، جامد و مایع. کربن دهی فولاد فرآیندی می باشد که در آن در دمای بالا که آستنیت وجود دارد و سرعت انتشار کربن در فولاد بالاست، کربن روی سطح فولاد پخش می‌شود.
در فرآیند سمانتاسیون مایع، از نمک های مذاب غنی از کربن استفاده می کنند. عمده آنها بر پایه نمک های سیانید و کربنات هستند. دما باید ۹۳۰ تا ۹۵۰ درجه باشد. به این علت که نمک ها در این دما ذوب می شوند. البته ذوب اولیه در حدود ۶۵۰ درجه است. قطعات از پیش تا دمای ۴۰۰ درجه گرم شده و در حمام مذاب غوطه ور می شوند. این عمل به دلیل از بین بردن آب و جلوگیری از شوک حرارتی انجم می گیرد. پس از آن قطعه باید در آب نمک با ۱۰ تا ۱۵ درصد کلرید سدیم یا در روغن تمپر خنک شود.
سمانتاسیون گاز و جامد
سمانتاسیون گازی به دلیل امکان سمانتاسیون قطعه با قوام بیشتر و بازده انرژی عالی، بهترین روش است. در فرآیند سمانتاسیون گازی اغلب از گاز پروپان و یا گاز طبیعی برای تأمین کربن استفاده می شود. در این فرایند دما از ۸۵۰ تا ۹۵۰ متغیر می باشد.
در سمانتاسیون جامد، فلز در جعبه فولادی حاوی مواد غنی از کربن نظیر زغال سنگ یا کربنات کلسیم و روغن بذر کتان قرار داده می شود. پس از آن مدتی در دمای ۹۳۰ درجه برای به دست آوردن لایه مدنظر در کوره قرار می گیرد. پس از آن، قطعه برای رسیدن به سختی به حالت تمپر می رسد. زمان ماندن درکوره در صورت نیاز، می تواند از ۱ ساعت تا ۳۰ ساعت تغییر کند. لایه اکتسابی نیز از ۰٫۳ تا ۲٫۰ میل قابل تغییر است.
قدیمی ترین روش سخت کاری فولاد
کربن دهی، قدیمی ترین روش سخت کاری سطحی است. در طی ای عملیات فولاد برای مدت زمان نسبتاً طولانی یا چند ساعت، در دمای بالا در محیط کربنی گذاشته می شود. در مطالب قبلی ذکر کردیم که پخش شدن کربن در سطح فولاد، آن را سخت تر می نماید. تکنیک ها و روش های گوناگون کربورسازی برای بهبود و افزایش کارایی و نیز کاهش هزینه توسعه یافته.
قطعات فلز برای فرایند کربورسازی گاز، در تماس مستقیم با گازهای کربن دار مثل مونوکسید و دی اکسید کربن، متان یا پروپان حرارت می بینند. در این فرآیند از یک کوره بزرگ اغلب استفاده می شود و قطعات در یکی از دو انتها به داخل آن تغذیه می شوند. همچنین از انتهای دیگر کوره در حالت سخت شده خارج می شوند. برای این عملیات از همین فرآیند در کربن دهی استفاده می شود. تنها تفاوت این است که آمونیاک به اتمسفر کوره اضافه می شود و دما پایین تر است.
بسته بندی قطعات فلزی به همراه ترکیبی از زغال چوب که کربنات ها به آن اضافه شده است در جعبه فولادی، از جمله تکنیک های سخت کاری می باشد. این جعبه تا دمای ۹۲۵ تا ۹۵۵ درجه حرارت می بینند که عمق نفوذ کربن به مدت زمان و دما بسیار وابسته است.
عملیات حرارتی تبلور مجدد
عملیات حرارتی تبلور مجدد، باعث می شود خواص مکانیکی فلزات همچون فولاد بهتر شده و به ساختار اولیه و اصلی خود باز گردند.
کاربرد فولاد سمانته
همچنین از فولاد سمانته برای ساخت موارد زیر استفاده می شود. چرخ دنده ها، بلبرینگ های ساچمه ای و غلتکی و پین های پیستونی از جمله محصولاتی هستند که با کربورسازی ساخته می شوند.
به جهت استفاده از فولاد سمانته در صنایع مختلف، صاحبان صنایع در کسب و کار خود، اقدام به خرید فولاد سمانتاسیون یا سمانته می‌کنند. چرا که کاربرد فولاد سمانته در هر صنعتی بالاست. به عنوان مثال: در جهت ساخت محصولاتی نظیر:
- چرخ‌دنده
- پیستون
- میله‌های هزار خار
- گژن پین
- میل فرمان
- قطعات حفاری
- ریسندگی و بافندگی
- کرانویل
- پینیون
- پوسته‌های فک آسیاب
- ساخت و ساز و قطعات ماشین آلات
- بازوی اهرمی، بوش، قرقره، چرخ دنده، ابزار اندازه گیری
- قطعات ساختمان و ماشین آلات لرزان و کم نیرو
- چرخ دنده، محفظه کاردان، پین، شفت، بوش و قطعات مشابه
- انواع سیستم انتقال قدرت و قطعات فرمان
- یاتاقان قرقره، قرقره، گیج، پین پیستون، قسمت دیفرانسیل، بال اسکرو
- میل بادامک، چرخ دنده، اتصالات کششی استاندارد جهانی
- در ماشین آلات و خودروها کاربرد های زیادی دارد مانند چرخ دنده، چرخ دنده، دوک با اندازه کوچک، محور، بوش، صندلی صفحه، پین و قطعات مشابه و قطعات بلبرینگ سوئیچ.