icon phone

آنیل کردن

آنیلینگ

بازپخت یا آنیل کردن( Annealing) یک فرآیند عملیات حرارتی است که منجر به تشکیل میکرو ساختار های تعادلی شامل فریت و سمانتیت ولی با توزیع های متفاوت می شوند. همچنین خواص فیزیکی و گاهاً شیمیایی یک فولاد را تغییر می‌دهد تا شکل‌پذیری آن افزایش یابد و سختی آن کاهش یابد تا کارایی آن بیشتر شود.

در واقع واژه آنیل دارای معنی و کاربرد وسیعی است. بدین صورت که به هر نوع عملیات حرارتی که منجر به تشکیل ساختاری بجز مارتنزیت و با سختی کم و انعطاف پذیری زیاد شود اطلاق می شود. عملیات حرارتی آنیل به سری فرآیند های مشخص تر و دقیق تر تقسیم می شود. این تقسیم بندی براساس دمای عملیات، روش سرد کردن، ساختار و خواص نهایی است.

فرآیند بازپخت نیاز به فلزات با دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد آن برای مدت زمان معینی قبل از سرد شدن دارد. سرعت سرد شدن بستگی به انواع فلزات در حال بازپخت دارد. به عنوان مثال، فلزات آهنی مانند فولاد معمولاً در هوای ساکن تا دمای اتاق خنک می شوند، در حالی که مس، نقره و برنج می توانند به آرامی در هوا یا به سرعت در آب خنک شوند.

فرآیند گرمایش باعث مهاجرت اتم ها در شبکه کریستالی و کاهش تعداد نابجایی ها می شود که منجر به تغییر شکل پذیری و سختی می شود. مواد عملیات حرارتی شده با سرد شدن دوباره کریستال می شوند. اندازه دانه کریستال و ترکیب فاز به سرعت گرمایش و سرمایش بستگی دارد و اینها به نوبه خود خواص مواد را تعیین می کنند.

سرد یا گرم کردن قطعات فلزی پس از بازپخت، ساختار مواد را یکبار دیگر تغییر می دهد، بنابراین ممکن است برای دستیابی به خواص مطلوب، عملیات حرارتی بیشتری لازم باشد. با این حال، با دانش ترکیب مواد و نمودار فاز، عملیات حرارتی می‌تواند فلزات را نرم کرده و آنها را برای فرآیند بعدی مانند شکل‌دهی، مهر زنی و همچنین جلوگیری از شکنندگی آماده کند.

تاریخچه بازپخت (آنیل)

قدمت آنیل به صدها سال قبل برمی گردد، کلمه آنیل از انگلیسی میانه “ANELEN” به معنای آتش زدن یا برافروختن و همچنین پختن و خنثی کردن آمده است و هچنین نشانه ها حاکی از آن است که از سال ۱۱۵۰ تا ۱۵۰۰ در انگلستان درباره ی آنیل کردن نوشته شده است. در حالی که ما دقیقاً نمی دانیم چه کسی آنیل را کشف کرده است، ریشه شناسی نشان می دهد که حداقل ۹۰۰ سال پیش مورد استفاده قرار گرفته است.

هدف از آنیل کردن

عملیات آنیل با هدف نرم کردن مواد فلزی انجام می‌شود و مواردی مانند ماشین کاری، خواص الکتریکی، انعطاف پذیری، قابلیت کار سرد و ساختار آلیاژ تغییر قابل توجهی می‌کند. آنیل علاوه بر عملیات حرارتی برای آلیاژهای دیگری چون مس، آلومینیوم و برنج نیز کاربرد دارد، به طور کلی در هر موردی که نیاز باشد قطعه تردی در دمای پایین تغییر شکل پیدا کند، فرآیند بازپخت کاربرد خواهد داشت. هدف از آنیل کردن

آنیل کردن آلیاژ آهنی

آنیل کردن انواع مختلفی داشته که هدف و نتیجه آنها متفاوت است. هرگاه عنوان خاصی برای آن ذکر نشود، منظور بازپخت کامل است که 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 باتوجه به ترکیب و مشخصات آلیاژ متفاوت بوده و برای هر فولاد سیکل مشخصی وجود دارد.

آنیل کردن آلیاژ غیرآهنی

اما برای آلیاژهای غیرآهنی با ترکیب و ساختار مربوط به خود، عملیات بازپخت برای اهداف زیر انجام می‌شود:
  1. حذف کامل یا جزیی اثرات کار سرد (احتمال رخ دادن تبلور مجدد)
  2. آمیخته شدن کامل رسوبات به صورت ذرات درشت
  3. رسوب ذرات از محلول جامد

فرآیند آنیلینگ چگونه انجام می شود؟

در عملیات بازپخت (آنیلینگ)، ابتدا به فلز مورد نظر تا بالا رفتن دما از دمای تبلور مجدد آن حرارت می دهند و برای مدت زمانی طولانی در همان دما نگه می دارند. این فرآیند موجب افزایش شکل پذیری آلیاژ و مقاومت آن در برابر ضربه شده و به اصطلاح آن را چقرمه خواهد کرد. بعد از گرم کردن، آلیاژ را در دمای محیط آرام آرام خنک می کنند البته در برخی موارد برای آلیاژهای مس، نقره و برنج این امکان وجود دارد که کوئنچ در آب صورت بگیرد.   فرآیند آنیلینگ بازپخت در سه مرحله انجام می شود:
  1. مرحله بازیابی(ریکاوری): در این مرحله از کوره یا سایر وسایل گرمایشی برای بالا بردن دمای فولاد تا حدی استفاده می شود که تنش های داخلی از بین برود.
  2. مرحله تبلور مجدد: حرارت دادن مواد بالاتر از دمای تبلور مجدد، اما در زیر نقطه ذوب، باعث ایجاد دانه های جدید بدون هیچ گونه تنش پسماند می شود.
  3. مرحله رشد دانه: خنک شدن مواد با سرعت مشخص باعث ایجاد دانه های جدید می شود. پس از آن مواد کارایی بیشتری خواهند داشت. عملیات بعدی برای تغییر خواص مکانیکی را می توان به دنبال آنیل انجام داد.

نحوه کار کوره بازپخت (آنیلینگ)

فرآیند کار یک کوره با گرم کردن یک فولاد بالاتر از دمای تبلور مجدد و سپس خنک کردن مواد پس از نگهداری در دمای مورد نظر برای مدت زمان مناسب انجام می شود. فرآیند گرمایش باعث حرکت اتم ها و توزیع مجدد و نیز از بین بردن نابجایی ها در فولاد می شود و پس از خنک شدن، فولاد متبلور می شود.

انواع روش های آنیل کردن

آنیل کامل

فرآیندی که  از حرارت دادن فولاد در گستره دمایی مشخص و سپس سرد کردن آهسته،که معمولا در کوره انجام می شود. تحت شرایط فوق آهنگ سرد شدن در حدود ۰.۰۲ درجه سانتیگراد بر ثانیه است. گستره دمایی آستینته کردن برای آنیل کامل، تابع درصد کربن فولاد است. بدین صورت که، برای فولاد های هیپوتکتوئید حدود ۵۰ درجه سانتیگراد بالاتر از ۸۰۰ درجه سانتیگراد و برای فولاد های هایپریوتکتوئیید حدود ۵۰ در جه سانتیگراد بالاتر از ۷۵۰ درجه سانتیگراد است.

دما های بحرانی مابین دما های ذکر شده  تا حدودی تحت تاثیر عناصر آلیاژی در فولاد ها تغییر می کند. بنابراین به طورکلی در عملیات آنیل کامل، فولاد های هیپویوتکتویید را در ناحیه تکفازی آستنیت و فولاد های  هایپریوتکتویید در ناحیه دو فازی آستنیت-سمانتیت حرارت می دهند.

آنیل هم دما

عملیات آنیل همدما با حرارت دادن فولاد در دو دمای مختلف انجام می شود. ابتدا عملیات آستنیته کردن که در همان گستره دمایی مربوط به آنیل کامل انجام می شود و سپس سرد کردن سریع تا دمای دگرگونی (زیر دمای ۷۰۰ درجه سانتیگراد)و نگه داشتن برای مدت زمان کافی جهت انجام دگرگونی که پس از آن فولاد را با هر آهنگ سرد شدن دلخواهی می توان سرد کرد.

زمان لازم برای آنیل همدما 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 همدما در فولاد های هیپویوتکتویید، یوتکتویید و هایپر تکتویید به ترتیب عبارت از فریت_ پرلیت، پرلیت و پرلیت _ سمنتیت است.ولی پرلیت حاصل نسبتا ظریفتر و درصد فریت و سمنتیت پرویوتکتویید تا حدودی کمتر است.

از جمله موارد کاربرد آنیل همدما در رابطه با فولاد های  آلیاژی است که دارای سختی پذیری بالایی است. در صورتی که بر روی این فولادها عملیات حرارتی آنیل کامل انجام شود به علت سختی پذیری زیاد، ساختار نهایی حاصل به جای پرلیت خشن، ممکن است پرلیت ظریف و یا حتی مخلوطی از پرلیت ظریف و بینیت بالایی باشد.

آنیل کروی کردن

انعطاف پذیرترین و نرمترین شرایط در هر فولاد مربوط به میکرو ساختاری شامل سمانتیت کروی توزیع شده به طور یکنواخت در زمینه فریتی می شود. انعطاف پذیری زیاد این میکرو ساختار مستقیما مربوط به زمینه کاملا یکنواخت و پیوسته فریتی می شود. لازم به ذکر است که در پرلیت لایه های سمانتیت باعث ناپیوستگی و تقسیم زمینه فریتی شده و در نتیجه تغییر شکل را به طور موثری کاهش می دهد. بنابراین در مقایسه با ساختار کروی، انعطاف پذیری ساختار پرلیت کمتر و سختی آن بیشتر است.

این میکروساختار مستقیماً مربوط به زمینه کاملا یکنواخت و پیوسته فریتی می شود. لازم به اشاره است که در پرلیت، لایه های سماتنیت باعث ناپیوستگی و تقسیم زمینه فریشی شده و در نتیجه تغییر شکل را به طور مؤثری کاهش می دهد. بنابراین، در مقایسه با ساختار گروی، انعطاف پذیری ساختار پرلیت کمتر و سختی آن بیشتر است.

انعطاف پذیری بسیار خوب فولادهای کم کربن و کربن متوسط با سمنتیت کروی از این نظر اهمیت دارد که این فولادها اغلب توسط کار سرد شکل می گیرند. از طرف دیگر از آنجایی که ساخت قطعات از جنس فولادهای پرکرین اغلب نیاز به ماشین کاری زیاد دارند، سختی کم میکروساختار سمانتیت کروی این فولادها اهمیت قابل ملاحظه ای دارد.

سمانتیت کروی پایدارترین میکروساختار موجود در فولادهاست که با حرارت دادن فولاد در مدت زمان مناسب در گستره دمایی مشخص به دست می آید. از آنجایی که کروی کردن سمانتیت مستلزم نفوذ است، دما و زمان عملیات باید طوری انتخاب شوند که نفوذ به بهترین وجه انجام گرفته و در نتیجه در کوتاهترین مدت بیشترین درصد سمانتیت کروی شود.

آهنگ کروی شدن سمانیت، بستگی به میکروساختار اولیه فولاد و همچنین نحوه عملیات حرارتی کروی کردن دارد، از نظر میکروساختاری، پرلیت بیشترین زمان را برای کروی شدن نیاز دارد و در بین میکروساختارهای مختلف پرلیتی زمان لازم برای کروی شدن به ترتیب از پرلیت خشن به پرلیت متوسط و سپس پرلیت ظریف کاهش می یابد.

در حقیقت لایه های سمانتیت ابتدا در هم شکسته شده و به ذرات ریزتر تبدیل می شوند و سپس در ادامه عملیات ذرات ریز به شکل کروی در می آیند. از این رو هر چه لایه های سمانتیت درشت تر باشند زمان کروی شدن هم بیشتر است.

آنیل تنش گیری

برخی از فرآیند های عملیات حرارتی و یا مکانیکی در قطعات ایجاد تنشهای داخلی می کنند که می تواند مخرب بوده و بر عملکرد این قطعات تاثیر نامطلوب بگذارد. تنشهای داخلی حاصل، ممکن است منجربه تاب برداشتن، ترک خوردن و یا انهدام قطعات در تنشهایی به مراتب کمتر از سطح تنش طراحی شده برای آنها شود. از جمله منابع این تنش ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • یکنواخت سرد نشدن نقاط مختلف قطعه در ضمن کاهش دما از ناحیه آستنیت
  • ماشینکاری و کار سرد از جمله منابع دیگر ایجاد  تنش در فولاد ها است.
  • جوشکاری عمیات دیگری است که ممکن است باعث ایجاد تنشهای کششی در قطعه شود.

از این رو برای حذف یا کاهش تنشهای باقیمانده از عملیات قبلی،قطعات مورد نظر را برای زمان مشخص در دمایی زیر دمای بحرانی ac1  حرارت می دهند. زمان حرارت دهی بستگی به ابعاد قطعه و دمای تنش گیری دارد. هدف از عملیات تنش گیری تغییرات عمده در خواص مکانیکی قطعه، نظر آنچه که در تبلور مجدد مورد نظر است اینجاد شود، نیست. بلکه رفع تنش فقط توسط مکانیزم بازیابی انجام می شود.

آنیل پیوسته

آنیل پیوسته یکی از متداول ترین روش ها در آنیل ورق است، در این فرآیند دمای ورق افزایش پیدا کرده و خواص آن در حین تولید بهبود می یابد. آنچه که در این فرآیند مهم است جلوگیری از افزایش بیش از حد دمای ورق بوده چرا که موجب صرف انرژی بسیار زیاد برای خنک کردن مجدد ورق خواهد شد.

آنیل نوع پیوسته در بخش های خط تولید ورق نورد سرد، ورق گالوانیزه و قلع اندود بسیار پرکاربرد است. آنیل پیوسته شامل چندین فرآیند است که هر کدام را مختصر بررسی می نماییم.

آنیل پیوسته

گرمایش: در فرآیند گرمایش ورق فولادی آرام آرام تا جایی که به دمای مورد نظر برای آنیل برسد گرم می شود، ضروری است برای از بین بردن تنش های حرارتی و ناصافی ها، ورق را در تماس مستقیم با شعله قرار ندهیم.

همگن سازی: بعد از به اتمام رسیدن مرحله گرمایش، وارد فرآیند همگن سازی می شویم، در این قسمت نرخ گرمایش کم شده و اختلاف دما در نقاط مختلف ورق فولادی کاهش می یابد.

خنک کاری: در عملیات خنک کاری، ورق به تدریج و به شکل یکنواخت در همه ی نقاط، حرارت خود را از دست می دهد. خنک کاری عموما توسط جت هوا و به صورت یکنواخت صورت می گیرد.

مزایای بازپخت (آنیل)

بازپخت باعث بهبود فرآیند کارایی فولاد می شود که از اصلی ترین مزایای بازپخت می توان به افزایش چقرمگی،کاهش سختی و نیز افزایش شکل پذیری و ماشینکاری اشاره کرد. فرآیند گرمایش و سرمایش همچنین باعث کاهش شکنندگی فولاد می شود و در عین حال خواص مغناطیسی و هدایت الکتریکی آنها را افزایش می دهد.

معایب بازپخت (آنیل)

مشکل اصلی آنیل این است که بسته به اینکه کدام مواد در حال بازپخت شدن هستند، می تواند یک روش زمان بر باشد. فولاد هایی که نیاز به دمای بالا دارند ممکن است مدت زیادی طول بکشد تا به اندازه کافی خنک شوند، به خصوص اگر در کوره آنیلینگ به طور طبیعی خنک شوند.

کاربرد آنیل کردن

از جمله کاربردهای آنیلینگ شامل موارد زیر است:
  • نرم کردن و افزایش انعطاف پذیری فلز و از بین بردن اثرات سخت کردن
  • بهبود ماشین کاری و ضربه پذیری
  • افزایش قابلیت رسانایی و هدایت الکتریکی
 

مقاله هایی که حامیران برای خواندن مطالب پیشنهاد می‌کند:

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

اسکرول به بالا