حرارت دادن و سرد کردن فلزات طبق شرایط دمایی و زمانی مشخص به منظور افزایش برخی خواص فیزیکی و یا مکانیکی در فلز را عملیات حرارتی گویند.
عملیات حرارتی فولاد ها:
در فولاد ها از عملیات حرارتی معمولا برای ایجاد تغییرات زیر استفاده می شود:
1.بهبود انعطاف پذیری
2.افزایش سختی
3.افزایش چکش خواری
4.بهبود قابلیت ماشین کاری شدن
5.ریز کردن ساختار دانه ها
6.حذف باقی مانده تنش ها
7.افزایش مقاومت سایشی
در مطلب زیر به برخی ازفرآیند های مختلف عملیات حرارتی اشاره شده است.
1.آنیل کردن - Annealing
آنیل کردن برای افزایش انعطاف پذیری و کاهش سختی انجام می شود.
ساختار نهایی معمولا پرلیتِ خشن می باشد.
سیکل عملیات حرارتی عبارت است از حرارت دادن در محدوده حرارتی آنیل کردن و سرد کردن به یکی از دو صورت زیر:
الف.قرار دادن قطعه در کوره و در دمای "آستنیته کردن" و سپس خاموش کردن کوره تا قطعه به آرامی سرد شود.
ب.سرد کردن از دمای "آستنیته کردن" تا دمای زیر 723 درجه سانتیگراد جهت تشکیل "پرلیت" و سپس سرد کردن تا دمای اتاق.
2.نرماله کردن - Normalizing
هدف افزایش سختی قطعه و یکنواخت کردن نسبی ترکیب شیمیایی و ساختار میکروسکوپی است.
ساختار معمولا شامل "پرلیت ظریف" می باشد. سیکل عملیات حرارتی شامل حرارت دادن در محدوده حرارتیِ نرماله کردن و سپس سرد کردن در هوا می باشد.
3.سخت کردن - Hardening
هدف افزایش سختی و در نتیجه کاهش انعطاف پذیری است.
در این روش بیشترین سختی و استحکام در مقایسه با روش های دیگر بدست می آید. سیکل عملیات حرارتی شامل حرارت دادن در محدوده سخت کردن (معمولا منطبق بر محدوده آنیل کردن) و سپس سرد کردن سریع در آب و یا روغن می باشد.
ساختار نهایی شامل "بِینیت" و یا "مارتنزیت" و یا مخلوطی از این دو است. هر چه کربن فولاد بیشتر باشد احتمال گرفتن مارتنزیت بیشتر است و با سرعت های سرد کردن کمتری می توان آن را بدست آورد.
هر چه کربن فولاد بیشتر باشد مارتنزیت خشن تر و درشت تر خواهد بود که به آن مارتنزیتِ بشقابی نیز گفته می شود. هر چه درصد کربن کمتر باشد مارتنزیت ریزتر و ظریف تر می باشد که به مارتنزیتِ پَرشکل معروف است.
4.تنش گیری - Stress Relief
هدف حذف تنش های ایجاد شده در اثر کار سرد صورت گرفت روی فولاد می باشد.
سیکل عملیات حرارتی شامل حرارت دادن در محدوده حرارتیِ 500+50 و 500-50 درجه سانتیگراد و سپس سرد کردن آهسته می باشد.
فرایندهای عملیاتی 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
● فرایندهای عملیات حرارتی
۱) نرمالایزینگ
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.
۲) آنیلینگ
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
۳) تنش‌زدایی
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 c۵۹۵ 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.
۴) سخت‌کاری سطحی
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 ۳ 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 ۸۵۰ تا ۹۵۰ 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 ۲/۰ درصد کربن دارد و بعد از انجام عملیات کربوره، میزان کربن در سطح به مقدار ۸/۰ تا ۱ درصد خواهد رسید.
۵) آب دادن
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 ۸۱۵ تا ۸۷۰ درجه سانتیگراد میباشد به سرعت سرد می‌شود.
۶) محیط خنک‌کننده
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.
۷) بازگشت دادن
این عملیات بر روی فولادها یا قطعاتی که تحت عملیات آب دادن یا نرمالایزینگ قرار گرفته‌اند به منظور افزایش چقرمگی و کاهش سختی انجام می‌شود. عملیات بازگشت برای اغلب فولادها با حرارت دادن آنها در محدوده دمایی ۲۰۵ تا ۵۹۵ 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.
نویسنده: علیرضاپورمحمدعلی
دانلود مستقیم : 
حجم فايل : 
پسورد فايل : 
جزو درسی آزمایشگاه اصول عملیات حرارتی