عملیات حرارتی

  • نویسنده: حامیران
  • تاریخ و ساعت: 1396/03/31 - 16:10

عملیات حرارتی

عملیات حرارتی عبارت است از گرم و سرد کردن کنترل شده در حالت  جامد فلزات، سرامیک ها و آلیاژها، بدون ایجاد تغییر شکل در آنها، جهت رسیدن به خواص مطلوب فیزیکی و مکانیکی.از عملیات حرارتی برای تغییر در خواص فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و متالوژی استفاده می شود. همچنین برای مواد غیر فلزی اعم از شیشه ها و شیشه- سرامیک استفاده می شود.

دلایل عملیات حرارتی

  • تنش زدایی، تنش های ناشی از عملیات و فرایند های تولید
  • ریز کردن دانه بندی
  • افزایش مقاومت به سایش با ایجاد لایه سخت بر سطح و در عین حال افزایش مقاومت به ضربه با بوجود آوردن مرکز نرم تر در داخل قطعه
  • بهبود خواص فولاد به منظور اقتصادی کردن جایگزینی بعضی از انواع ارزان تر فولاد به جای انواع گران آن
  • افزایش جذب انرژی ضربه فولاد
  • بهبود خصوصیات برش در فولاد های ابزار
  • بهبود خواص الکتریکی
  • تغییر یا بهبود خواص مغناطیسی

عملیات حرارتی فولاد ها

فولاد از نظر خواص مناسبی که در عمل دارد، یکی از مهمترین مواد فلزی است.

یکی از دلایل عمده ای که می توان فولادهایی با خواص مختلف بدست آورد همان

تبدیل ساختمان کریستالی آهن از القا به گاما با تغییر درجه حرارت می باشد. این تبدیل مطابق با نمودار آهن- کربن می توان در حد زیادی تحت تاثیر کربن قرار گیرد. برای مثال سختی و استحکام در فولادهای سریع سرد شده (آب داده شده) بستگی به میزان درصد کربن موجود در آنها دارد.

  • کربن دهی سطحی
  • باز پخت کامل (آنیلینگ)
  • آنیلینگ جهت کروی کردن سمنتیت
  • نرماله کردن (نرمالیزاسیون)
  • کوئنچ کردن
  • برگشت دادن (تمپر کردن)
  • تنش زدایی

متداول ترین عملیات حرارتی که معمولا برای فولادها انجام می شود و ما به آن می پردازیم به قرار زیر است:

  • آنیل کردن
  • نرماله کردن
  • کوئنچ و تمپر

عملیات آنیلینگ (باز پخت)

حرارت دادن فولاد هیپوای تکتونیدی و یو تکتونیدی در درجه حرارت مناسب برای تبدیل کامل به آستنیت و سپس سرد کردن آهسته، ترجیحا در کوره می باشد.آنیل کردن کامل عمدتا به منظور نرم کردن کامل فولادها قبل از عملیات شکل دادن و یا همچنین ریز کردن دانه ها صورت می گیرد.

آنیل کردن (Annealing  ) در علم مواد عبارت است از فرایندی که موجب تغییر خاصیت ماده مانند سختی و شکل پذیری آن می شود. فرایندهایی از قبیل گرم کردن ماده تا درجه حرارت مناسب، نگه داری در آن درجه در مدت زمان مشخص و کافی و پس از آن سرد کردن با سرعت مناسب تا دمای محیط می باشد. این فرایند عموما برای نرم کردن مواد فلزی انجام می شود و در نتیجه آن خاصیت هایی شامل قابلیت ماشین کاری،خواص الکتریکی، قابلیت کار سرد و پایداری ابعاد آن و ساختار آلیاژ تغییر قابل توجه ای می کند. در فولادهای هیوای تکتونیدی ریز کردن دانه ها در درجه حرارتی حدود 10 درجه سیلیسیوس بالاتر از درجه حرارت یو تکتونید صورت می گیرد.در صورتی که حرارتی بالاتر از این درجه حرارت دهیم باعث ایجاد دانه های درشت آستنیت می شود، و درتبدیل در موقع سرد کردن لایه های درشت سمنتیت پرلیت را احاطه می کند.اما به دلیل اینکه این شبکه اضافی سمنتیت ترد استو وجود مرز دانه ضخیم و سخت باعث تضعیف قابلیت براده برداری می گردد.هرگز برای فولاد های هیپویوتکتوئیدی آنیل کردن کامل یک عملیات کامل نخواهد بود.در عملیات آنیل کامل کوره مدت زیادی اشغال می شود که این امر موجب بالا رفتن هزینه ها می شودکه از نظر اقتصادی به صرفه نیست.

انواع فرایند های آنیل کردن

انواع آنیل کردن انواع مختلفی داشته که هدف و نتیجه آَنها متفاوت است. هرگاه عنوان خاصی برای آن ذکر نشود، منظور باز پخت کامل استکه در آن آلیاژ آهنی تا بالاتر از دمای استحاله گرم شده و سپس به آرامی در داخل کوره سرد شده و کاملا نرم می شود. سیکل این عملیات با توجه به ترکیب و مشخصات آلیاژ متفاوت بوده و برای هر فولاد سیکل مشخصی وجود دارد.

آنیل کامل

آنیل کامل عبارتست از حرارت دادن فولاد در گستره دمایی نشان داده شده در شکل زیر و سپس سرد کردن آهسته، معمولا در کوره است. تحت شرایط فوق آهنگ سرد شدن در حدود 0.02 درجه سانتیگراد بر ثانیه است. همچنان اگر در شکل دیده می شود گستره دمایی آستنیته کردن برای آنیل کامل، تابع درصد کربن فولاد است. بدین صورت که، برای فولادهای هیپویو تکتوئید حدود 50 درجه سانتیگراد بالای خط و برای فولادهای هایپریو تکتوئید  حدود 50 درجه سانتیگراد بالای خط است. دماهای بحرانی و تا حدودی تحت تاثیرعناصر آلیاژی در فولادها تغییر میکند. بابرابن، به طور کلی در عملیات آنیل کامل، فولادهای هیپویو تکتوئیدی را در ناحیه دو فازی آستنیت – سمنتیت حرارت می دهند.

علت آستینه کردن فولادهای هایپریو تکتوئید در ناحیه دوفازی آستنیت- سمنتیت این است که سمنتیت پرویو تکتوئید در این فولاد به صورت کروی و مجتمع شده در آید. اگر چنین فولادی تا بالای خط حرارت داده شود، در ضمن آهسته سرد شدن سمنتیت پرویو تکتوئید به صورت شبکه پیوسته ای در مرز دانه های آستنیت رسوب می کند و در نتیجه منجر به ترد و شکننده شدن فولاد می شود. در عملیات آنیل کامل، هدف از آستینه کردن فولاد های هایپر یو تکتوئید در ناحیه دوفازی آستنیت- سمنتیت، عبارت است از شکسن شبکه پیوسته پیوسته کاربید یاد شده و بتدیل آن به زرات ریز و کروی شکل مجزا از یکدیگر است.نیروی محرکه در این عملیت عبات است از کاهش انرژی فصل مشترکی ناشی از کروی شدن ذرات کاربید و در نتیجه کاهش مقدار فصل مشترک آستنیت- کاربید است.

آنیل ایزو ترمال:

این عملیات شامل حرارت دادن فولاد در دو دمای مختلف است.ابتدا عملیات آستینه کردن که در همان گستره دمایی مربوط به آنیل انجام می شود و سپس سرد کردن سریع تا دمای دگرگونی و نگه داشتن برای مدت زمان کافی جهت انجام دگرگونی .

پس از پایان دگرگونی،فولاد را با هر آنگ سرد شدن دلخواهی می توان سرد کرد.منحنی زیر شمایی از مراحل گرم کردن و سرد شدن را در عملیات آنیل هم دما برای یک فولاد هیپو یو تکتوئید نشان می دهد.

زمان لازم برای آنیل هم دما در مقایسه با آنیل کامل به مراتب کمتر است، در حالی که سختی نهایی کمی بیشتر خواهد بود. همانند آنیل کامل، میکرو ساختار حاصل از آنیل هم دما در فولادهای هیپو یو تکتوئید، یو تکتوئیدو هایپریو تکتوئید به ترتیب عبارت است از فریت- پرلیت، پرلیت و پرلیت- سمنتیت است. ولی پرلیت حاصل نسبتا ظریف تر و درصد فریت و سمنتیت پرویو تکتوئید تا حدودی کمتر است.از جمله موارد عمده کاربرد آنیل هم دما در رابطه با فولادهای آلیاژی است که دارای سختی پذیری بالایی اند. در صورتی که بر روی این فولادها عملیات حرارتی آنیل کامل انجام شود به علت ستی پذیری زاید، ساختار نهایی حاصل به جای پرلیت خشن، ممکن است پرلیت ظریف و یا حتی مخلوط از پرلیت ظریف و بینیت بالایی باشد.

آنیل اسفرو دایز

تعادلی ترین ساختار در بین ساختارهای تعادلی ایجاد زمینه ای از فریت همراه با کره های ریز سمنتیت در آن است این ساختار دارای بالاترین خواص می باشد.

برای آلیاژهای غیر آهنی با ترکیب و ساختار مربوط به خود، عملیات باز پخت برای اهداف زیر انجام می شود:

  • حذف کامل یا جزیی اثرات کار سرد (احتمال رخ دادن تبلور مجدد)
  • آمیخته شدن کامل رسوبات به صورت ذرات درشت
  • رسوب ذرات از محلول جامد

عملیات باز پخت خود به چند دسته تقسیم می شود:

نرمالیزاسیون Normalizing

در این عملیات،آلیاژهای آهنی تابالاتر از دمای استحاله Ac3 گرم شده و بعد در هوای آزاد سرد می شود. ساختار و خواص فولادهای کم کربن در این عملیات، مشابه عملیات باز پخت کامل (Full Annealing) بوده اما نکته قابل ذکر اینکه نتیجه عملیات نرمالیزاسیون و باز پخت برای همه آلیاژهای آهنی یکسان نمی باشد.

آنیل فرایند

عبارت است از نگهداری و حفظ شکل پذیری قطعه کار سرد شده که به آن آنیل میانی نیز می گویند.آنیل میانی موجب ترک نخوردن قطعه حین کار می شود. قطعه تا دمای آستینه شدن گرم شده و تا زمانی که تنش های در آن کاهش یابند نگهداری می شود و سپس در کوره خنک می شود. در ادامه قطعه برای کار سرد بعدی آماده است.

باز پخت کامل

با آنیل کامل خاصیت شکل پذیری ماده افزایش یافته و ساختار یکنواختی با خواص دینامیکی خوب حاصل می شود. 

کلمات کلیدی

به کانال رسمی حامیران در تلگرام بپیوندید