روش‌های عملیات حرارتی در ساخت فولاد

امروزه با صنعتی شدن روز افزون جوامع و گسترش استفاده از فلزات در مصارف متفاوت، این نیاز به وجود آمده که کیفیت فلزات بالاتر برده شود. در واقع عملیات حرارتی به سری فرآیندهایی گفته می‌ شود که طی آن خواص مکانیکی فلزات مورد نظر تغییر یافته و اصلاح می ‌شود. این عملیات که به آنیل کردن نیز معروف است، دارای انواع مختلفی است که به روش ‌های مختلفی انجام می ‌گیرد و اهداف مختلفی نیز دارد که در این مقاله سعی کرده ‌ایم به بررسی عملیات حرارتی فولاد، انواع آن، مزایا و اهمیت و دیگر مسائل مربوط به این حوزه بپردازیم.


انواع عملیات حرارتی

عملیات حرارتی فلزات و آلیاژهای فلزی را می‌توان در دو گروه جای داد:

1.حرارت دادن (گرم کردن) فلزات و آلیاژهای فلزی تا دماهای بالاتر از 723 درجه و این نوع عملیات حرارتی که بیشتر در مورد فولادها و چدن‌ها به کار می‌رود شامل سخت کردن، آنیل کامل، نرمالیزه کردن، آستمپر کردن و مارتمپر کردن می‌باشد.

2.حرارت دادن (گرم کردن) فلزات و آلیاژهای فلزی تا دمای کمتر از 723 درجه که این نوع عملیات حرارتی بیشتر در مورد فولادها به کار می‌رود و شامل عملیات حرارتی کروی کردن، تنش زدایی و آنیل ضمن عملیات می باشد.


آنیلینگ در عملیات حرارتی

آنیل کردن به هر نوع عملیات حرارتی که منجر به تشکیل ساختاری غیر از مارتنزیت، با سختی کم و انعطاف پذیری بالا شود، گفته می‌شود. از این عملیات برای تغییر خواص فولاد بعد از عملیات حرارتی، متراکم کردن ساختار ملکولی برای اضافه کردن خواص جدید و شکل دهی قطعات استفاده می شود که به طور معمول به دو نوع آنیل کامل و آنیل ناقص تقسیم می شوند.


نرمالیزاسیون

نرماله کردن یکی از انواع عملیات حرارتی فولاد است. طی این پروسه، ساختار فولاد یکنواخت ‌تر و ریز دانه‌تر می‌‌شود. در این عملیات حرارتی، فولاد را تا دمایی حدود ۸۰ درجه سانتی‌ گراد گرم می‌‌کنند و برای مدت ‌زمان معینی، فولادهای هیپو یوتکتوئیدی را بالاتر از خط AC3 نگه می‌‌دارند. سپس فولادهای هایپر یوتکتوئیدی را بالاتر از خط Acm نگه داشته و آن را در هوا سرد می‌‌کنند. نرماله کردن معمولاً جزو عملیات حرارتی نهایی است و طی آن، استحکام و سختی فولاد افزایش یافته و انعطاف ‌پذیری آن کاهش می‌‌یابد. هدف از نرماله کردن فولاد، تبدیل ساختار دانه‌ درشت به ساختار دانه‌ ریز است که این ساختار دانه‌ درشت ماحصل سایر عملیاتی می باشد که قبلاً روی فولاد انجام‌ شده است. بعد از عملیات حرارتی نرماله کردن فولاد، ساختار همگن حاصل ‌شده به مصارف زیر می‌‌رسد:

•باعث بهبود خواص مکانیکی فلز فولاد می‌شود.

•در فولادهای کم‌ کربن باعث خاصیت ماشین‌ کاری بهتر خواهد شد.

•قبل از سخت ‌کاری یا آنیل کامل به ‌عنوان عملیات حرارتی پایه به کار می‌‌رود.


آستمپرینگ و مارتمپرینگ چیست؟

عملیات مارتمپر کردن فولاد یا مارکوئینچینگ که در واقع نوعی سریع سرد کردن غیر پیوسته فولاد است و به منظور افزایش چغرمگی صورت می‌گیرد. مقاومت به ضربه فولادهای که مارت‌پخت شده‌اند حدوداً سه برابر بیشتر از فولادهای عادی است.

آستمپر کردن برای کاهش تنش‌ هایی استفاده می‌‌شود که در حین عملیات سخت کردن فولاد ایجاد شده‌‌اند. هدف از عملیات حرارتی آستمپر کردن فولاد، افزایش انعطاف ‌پذیری و استحکام در برابر ضربه و همین ‌طور کاهش یا حذف تنش ‌های داخلی، تاب برداشتن، تغییر شکل و ترک‌ های حاصل از عملیات کوئینچ کردن است.


کوئنچ‌ کردن چگونه انجام می‌شود؟

به عملیات سرد سازی سریع فولاد بعد از عملیات حرارتی، کوئنچینگ گفته می‌شود که به جای خنک شدن تدریجی در کوره و یا محیط باز، از مایع های خنک کننده مانند روغن، آب و نیتروژن مایع استفاده می‌شود. سردسازی سریع باعث می‌شود جامدات فرصت کافی برای سرد شدن تعادلی نداشته باشند و فازهای ناپایدار و شبه پایدار (مارتنزیت) به جای ساختارهای پایدار پیدا کنند. 


تنش زدایی فولاد

عملیات تنش‌ زدایی یکی دیگر از عملیات حرارتی فولاد است که طی آن تنش ‌های به وجود آمده در قطعه فولادی در طی روند تولید را از بین می ‌برند. به عملیات تنش ‌زدایی فولاد، عملیات تنش‌ گیری یا باز پخت هم می ‌گویند. اهمیت عملیات تنش‌ زدایی از آن ‌جهت است که قطعات فولادی یا آلیاژها ممکن است طی تغییرات دمایی یا تحت ‌فشار دچار تنش ‌هایی شوند که اصطلاحاً به آن ‌ها، تنش‌ های پس‌ ماند گفته می‌ شود و در دراز مدت اثرات زیان باری را از قبیل ترک برداشتن، تاب برداشتن، شکسته شدن قطعه در حین کار و غیره را ایجاد کند. عملیات تنش‌ زدایی می ‌تواند مانع از این اثرات زیان ‌بار شود. این عملیات معمولاً پس از جوشکاری انجام می ‌شود و به ‌اصطلاح عملیات پس گرم هم نامیده می ‌شود.