عملیات حرارتی فرایند گرم کردن و سرد کردن فلزی جامد برای رسیدن به خواص مطلوب و دلخواه می‌باشد. دلایلی که باعث انجام عملیات حرارتی می‌شوند به شرح زیر است:
– تنش‌زدایی، تنش‌های ناشی از عملیات و فرایندهای تولید
– ریز کردن دانه‌بندی
– افزایش مقاومت به سایش با ایجاد لایه سخت بر سطح و در عین حال افزایش مقاومت به ضربه با به‌وجود آوردن مرکز نرم‌تر در داخل قطعه
– بهبود خواص فولاد به منظور اقتصادی کردن جایگزینی بعضی از انواع ارزان‌تر فولاد به جای انواع گران آن
– افزایش جذب انرژی ضربه فولاد
– بهبود خصوصیات برش در فولادهای ابزار
– بهبود خواص الکتریکی
– تغییر یا بهبود خواص مغناطیسی
عملیات حرارتی فولاد
آستنیتی کردن فولاد
آستنیتی کردن فولاد اغلب اولین مرحله عملیات حرارتی است؛ آستنیتی کردن به معنای حرارت دادن آهن یا آلیاژهای پایه آهن تا رسیدن به دمای تغییر ساختار کریستالی از فریت به آستنیت می‌باشد. که برای یکنواخت کردن غلظت کربن در کریستال‌های آستنیت ضروری می‌باشد؛ و به عنوان کلید کنترل سختی در سخت کردن (یا آب دادن) فولاد معروف است.
در طی عملیات حرارتی فولاد، خواص فیزیکی، شیمیایی و متالوژیکی فولاد طی فرآیندهایی خاص تغییر می یابد و از فولاد تولید شده برای مصارف متفاوتی استفاده می گردد. در واقع عملیات حرارتی فولاد به منظور تعادل خواص فیزیکی و شیمیایی قطعه فولادی به میزان مورد نظر انجام می شود تا قطعه تولیدی بهترین کارایی ممکن را برای کاربرد مدنظر داشته باشد. عملیات حرارتی فولاد فرآیندهای مختلفی داشته که در این مقاله به اختصار معرفی خواهند شد.
فرایندهای عملیات حرارتی
1- نرماله کردن (Normalizing)
این عملیات برای همگن کردن و ریز کردن دانه‌ها انجام میشود. فولاد در عملیات نرمالایزاسیون بعد از قرار گرفتن در دمای آستنیته شدن در هوای آرام یا با دمش اندک هوا خنک میشود. به خاطر خصوصیات ذاتی فرایند ریخته‌گری، عملیات نرماله برای بلوم‌های ریخته شده پیش از انجام هر فرایند دیگری انجام میشود. همچنین به‌طور معمول برای قطعات ریخته شده و فورج شده پیش از عملیات آب دادن، عملیات نرماله انجام میشود.
انتقال میلکردها به کوره عملیات حرارتی برای نرمالیزاسیون
2- بازپخت (Annealing)
عنوان آنیلینگ به‌طور کلی به فرایندی اطلاق میشود که در آن فلز تا دمای خاصی گرم میشود، سپس در آن دما برای مدتی نگهداری شده و با سرعت مشخص سرد میشود. این عملیات برای به دست آوردن فلزی نرم‌تر از حالت شروع عملیات یا ایجاد تغییرات دلخواه در ساختار فلز انجام میشود.
دلایل انجام آنیلینگ به شرح زیر است:
– بهبود قابلیت ماشینکاری
– امکان انجام راحت‌تر عملیات کار سرد
– بهبود خواص مکانیکی یا الکتریکی
– افزایش پایداری ابعادی
بازپخت فولاد
3- تنش‌زدایی (Stress Relieving)
تنش پس‌ماند به دلایل مختلف در قطعات ایجاد میشود. نورد، ریخته‌گری، آهنگری، خمکاری، آب دادن، سنگ زدن و جوشکاری از جمله منابع ایجاد تنش پس‌ماند در قطعه می‌باشند. در این عملیات، قطعه تا دمای حدود 595 درجه سانتیگراد حرارت داده میشود و سپس به آرامی تا دمای اتاق سرد میشود. قسمت‌های درون قطعه نیز باید به دمای مذکور رسیده باشند. در هنگام سرد کردن به این نکته توجه کنید که تمام نقاط قطعه به‌طور یکنواخت سرد شود خصوصاً در مورد قطعاتی که پیچیدگی ابعادی دارند. در غیر این صورت مجدداً تنش پس ماند در قطعه ایجاد خواهد شد.
4- سختکاری (Hardening)
از فرآیند سخت کاری جهت بهبود خواص مکانیکی فولاد و سایر آلیتژها استفاده می شود. در این فرآیند فلز در دمایی بالا حرارت داده میشود و تا موقعی که نسبتی از کربن حل نشود این دما حفظ می شود. سپس فلز را سریعاً درون آب یا نفت سرد میکنند. این فرآیند باعث تولید آلیاژهایی با استحکام بالا و مقاوم در برابر سایش می شود. با این وجود سخن کاری موجب افزایش شکنندگی در فلز می شود. اگر حفظ خاصیت نرمی و سختی فلز مورد نیاز باشد تا در مقابل اصابت های شدید و افزایش باز ناگهانی مقاومت کند از سخت کاری سطحی استفاده می شود.
– سخت کاری سطحی (Surface Hardening)
در این عملیات سطح سخت و با مقاومت بالای سایشی بر روی قطعه ایجاد میشود و در عین حال ساختار داخلی قطعه نرم باقی می‌‌ماند که در برابر ضربه کاملاً مقاومت دارد. سطح سخت شده به عنوان پوسته (Case) و داخل قطعه با عنوان مغز(Core) شناخته میشود. معمولاً بعد از عملیات سختکاری سطحی باید عملیات برگشت برای بهبود خواص پوسته انجام شود.
یکی از روشهای سختکاری سطحی، کربوراسیون است. این روش به 3 صورت کربوره گازی، کربوره مذاب و کربوره جامد انجام میشود. در هر روش کربن از محیط اطراف قطعه که گاز، مذاب یا جامدات است به داخل سطح فولاد که در دمای حدود 850 تا 950 درجه سانتیگراد قرار دارد نفوذ کرده و بعد از انجام عملیات آب دادن با ایجاد فاز سخت مارتنزیت باعث افزایش سختی سطح قطعه میشود. فولاد مناسب برای انجام عملیات کربوره در حدود 2/0 درصد کربن دارد و بعد از انجام عملیات کربوره، میزان کربن در سطح به مقدار 8/0 تا 1 درصد خواهد رسید.
نیتریده کردن نیز از روشهای پرکاربرد در این زمینه است که در آن فولاد کم-کربن در محیطی با گاز نیتروژن حرارت داده میشود که باعث ایجاد نیتریدهای آهن سخت بر روی سطح می‌گردد.
سیانوراسیون را هم میتوان از دیگر موارد سخت کاری سطحی برشمرد و عمدتاً روی فولادهای کم کربن صورت می گیرد. این عملیات شامل گرم کردن قطعه، در حمامی از نمکهای سیانور می‌باشد. با این عملیات، میتوان سطح قطعه را از کربن و نیتروژن یا کربن تنها اشباع کرد.
سختکاری القایی : فرایند ایجاد سختی در سطح فلزات رسانا با قرار دادن سریع آن فلز در یک میدان مغناطیسی بزرگ است. میدان مغناطیسی، جریان الکتریکی موقتی ایجاد می‌کند که منجر به گرم شدن فلز میشود. اما حرارت تنها به عمق کمی نفوذ می‌کند. سپس فلز بلافاصله در مخزنی کوئنچ (آبدهی) میشود. در سختکاری القایی فقط لایه سطحی سختکاری می شود. بدین وسیله قطعه ای با سطحی سخت و مقاوم به سایش با مغزی نرم و چقرمه حاصل می شود.
سخت کاری القایی
این روش در قالب سازی کاربرد نسبتاً کمتری داشته ولی در ماشین سازی و صنایع خودرو در محدوده وسیعی کاربرد وسیعی دارد.
سختکاری شعله ای : در سخت کاری شعله ای، توسط شعله حاصل از سوخت یک گاز قابل احتراق نظیر گاز طبیعی، لایه نازکی از سطح قطعه فولاد را تا رسیدن به دمای بحرانی انتقال حرارت می دهند و سپس کل قطعه کوئنچ یا خنک می شود.
در این نوع سخت کاری هم مانند انواع دیگر سخت کاری فولاد، فقط لایه بیرونی کریستاله و سخت خواهد شد و مغز فلز نرم باقی می ماند و ساختار اولیه خود را حفظ کرده و لذا می تواند مقاومت به ضربه خوبی راداشته باشد. این روش در ساخت غلتکها، قالب های بزرگ و چرخ دنده های صنعتی کاربرد دارد.
سخت کاری شعله ای
– آبدهی (Quenching)
اصطلاح آب دادن به فرایند ایجاد ساختار مارتنزیتی در فولاد اطلاق میشود. در این حالت فولاد بعد از قرار گرفتن در دمای آستنیته که معمولاً در حدود 815 تا 870 درجه سانتیگراد می‌باشد به سرعت سرد میشود.
انتخاب شرایط سرد شدن و محیط مناسب برای هر فولاد بستگی به میزان سختی‌پذیری آن دارد. ضخامت مقاطع و شکل و پیچیدگی قطعه و سرعت مناسب سرد شدن از عوامل مؤثر بر ایجاد ساختارهای متفاوت در حین عملیات آب دادن می‌باشند. محیط‌های خنک‌کننده غالباً گازی یا مایع می‌باشند. بعضی از انواع آن عبارتند از:
- روغن
- آب
- پلیمرهای مذاب
- آب به تنهایی یا همراه با نمک
- گازهای خنثی نظیر هلیم، آرگون و نیتروژن که به عنوان محیط‌های خنک‌کننده گازی بعد از عملیات آستنیته کردن در خلاء، استفاده می‌شوند.
کوئنچ یا خنک کردن فولاد
– پیرسختی(رسوب سختی)
به بالا بردن سختی ” آلیاژ ” با عملیات حرارتی در دمای نسبتاً پایین که موجب رسوب فازها یا اجزایی از محلول جامد اَبَراشباع میشود، می‌گویند. پیرسختی از روشهای افزایش استحکام فلزات با افزودن ذرات سخت و پراکنده به آن است. این روش مهم‌ترین عملیات استحکام دهی در آلیاژهای غیر آهنی مانند آلومینیوم محسوب میشود.
5- بازگشت دادن (Tempering)
این عملیات بر روی فولادها یا قطعاتی که تحت عملیات آب دادن یا نرمالیزاسیون قرار گرفته‌اند به منظور افزایش چقرمگی و کاهش سختی انجام میشود. عملیات بازگشت برای اغلب فولادها با حرارت دادن آنها در محدوده دمایی 205 تا 595 درجه سانتیگراد و نگه داشتن در آن دما برای مدت یک ساعت یا بیشتر انجام میشود. دما یا زمان بیشتر باعث کاهش سختی و استحکام بیشتر فولاد خواهد شد. ساختار ایجاد شده بعد از عملیات بازگشت در فولاد به عنوان مارتنزیت برگردانیده شده یا Tempered Martensitic شناخته میشود.
تمپر کردن ورق فولادی
Persian
Arabic
Chinese (Simplified)
English
French
German
Italian
Korean
Russian
Turkish
Ukrainian