دانشمند متالور‍‍ژی

فرآیندهای عملییات حرارتی

 

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
در این مقاله فرایندهای عملیات حرارتی به اختصار معرفی خواهند شد.

فرایندهای عملیات حرارتی
1. نرمالایزینگ
1
این عملیات برای همگن کردن و ریز کردن دانه‌ها انجام می‌شود. فولاد در عملیات نرمالایزینگ 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.

2. آنیلینگ2
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

3. تنش‌زدایی3
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 c595 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 سطحی4
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.

5. آب دادن5
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.

                                                          شکل 1: نمایش محدوده انجام عملیات حرارتی با توجه به دیاگرام فازی آهن- کربن
6. محیط خنک‌کننده6
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.
7. بازگشت دادن7
این عملیات بر روی فولادها یا قطعاتی که تحت عملیات آب دادن یا نرمالایزینگ قرار گرفته‌اند به منظور افزایش چقرمگی8 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 Temperd Martensit شناخته می‌شود.
در شکل یک، محدود دمایی انجام عملیات حرارتی با توجه به دیاگرام فازی آهن- کربن نشان داده شده است.


پانوشت‌ها:
1. Normalizing
2. Annealing
3. Stress Relieving
4. Surface H ardening
5. Quenching
6. Quenching Media
7. Tempering

منبع:
1. Heat treater's Guide, Practices and Procedures for Irons and Steels- 2nd Edition- 1995- ASM

نویسنده : هادی دانشمندی : ۱:٥۱ ‎ب.ظ ; دوشنبه ٢ آذر ،۱۳۸۸
Comments نظرات () لینک دائم