تمپر (برگشت)
فولادهایی که جهت ایجاد ساختار مارتنزیتی، کوئنچ می‌شوند، بسیار شکننده بوده و حاوی یک سری تنش‌های داخلی هستند که به دلیل انبساط ناشی از استحاله و نیز انقباض حرارتی حین سردسازی ایجاد شده است. سریع سرد کردن فولاد منجر به تشکیل ساختاری ناپایدار می‌شود. این ناپایداری که ریشه در عوامل مختلفی اعم از فوق اشباع بودن کربن، تراکم عیوب بلوری و وجود آستنیت باقیمانده دارد، می‌تواند خواص مکانیکی را تحت تأثیر قرار داده و در درازمدت به بروز مشکلاتی مانند شکنندگی و خستگی منجر شود. عملیات حرارتی به نام تمپر با هدف حذف این تنش‌ها و نیز تنظیم خواص مکانیکی قطعه از جمله کاهش تردی و بهبود مقاومت به ضربه صورت می‌گیرد.
بازگشت یا تمپر در واقع یک عملیات حرارتی تکمیلی است که با حرارت‌دهی پس از عملیات کوئنچ فلزات به ویژه فولاد یا نرماله، تا زیر دمای بحرانی (خط یوتکتوئید، 723 درجه سانتی‌گراد) برای زمان معین، نگهداری در آن دما و در نهایت خنک کردن با نرخ آرامی انجام می‌شود. دما و زمان گرمایش به ترکیب شیمیایی، ابعاد قطعه و خواص مکانیکی مورد نیاز بستگی دارد. لازم به ذکر است که اگر در این فرآیند به زمان اشاره نشود، منظور همان یک ساعت می‌باشد.
این عملیات به عنوان یک جزء اصلی پس از کوئنچ فولادها شناخته می‌شود که علاوه بر کاهش تنش‌های داخلی و حساسیت به ترک خوردگی، افزاشی عمر خستگی را نیز به همراه خواهد داشت.
مراحل اصلی عملیات تمپر
فرآیند بازگشت از نظر میکروساختار شامل سه مرحله اصلی است.
- در بازه دمایی 100 الی 250 درجه سانتی‌گراد، کربن تا 25% کاهش یافته و مارتنزیت پرکربن به مارتنزیت کم کربن تبدیل خواهد شد و کربنی که از مارتنزیت خارج شده، در قالب کاربیدهای انتقالی اپسیلون یا اتا مشاهده می‌شود.
- در بازه دمایی 200 الی 300 درجه سانتی‌گراد، آستنیت باقیمانده و محبوس شده بین تیغه‌های مارتنزیتی، به پرلیت (فریت + سمنتیت) تبدیل می‌شود.
- در دمای 330-250 درجه سانتی‌گراد، مارتنزیت کم کربن به وجود آمده در مرحله اول به همراه کاربیدهای انتقالی به پرلیت تبدیل می‌گردند.
پس در صورت کافی بودن پارامترهای دماو زمان، ساختار قطعه کوئنچ شده به یک ساختار فریتی سمنتیتی تغییر می‌یابد. باید توجه شود که علاوه بر این مراحل، در فولادهای آلیاژی حاوی عناصر کاربیدساز مانند کروم و مولیبدن، مرحله چهارمی هم رخ داده و محلول جامد در ساختار با کربن آزاد ترکیب می‌گردد و کاربیدهای آلیاژی را تشکیل می‌دهد.
کاهش سختی توسط عملیات حرارتی تمپر، به افزایش سرعت نفود اتم‌های کربن و خروج آن‌ها از زمینه مارتنزیتی ناپایدار برمی‌گردد. این امر سبب می‌شود که شبکه BCT مارتنزیت در فولاد به شبکه بلوری BCC نزدیک شده و در نتیجه به زمینه فریتی تغییر یابد. با گذشت زمان کافی، این زمینه فریتی رشد کرده و موجب افت سختی و استحکام خواهد شد.
عوامل مؤثر بر این عملیات حرارتی
- دمای تمپر: تاثیر مستقیمی بر خواص نهایی فولاد دارد. هرچه دمای تمپر بالاتر باشد، چقرمگی بیشتر و سختی کمتر می‌شود.
- زمان نگهداری: مدت زمان نگهداری فولاد در دمای تمپر نیز بر خواص نهایی تاثیرگذار است. زمان طولانی‌تر باعث تغییرات بیشتر در ریزساختار خواهد شد.
- سرعت سردسازی: سرعت خنک‌کردن نیز بر خواص نهایی قطعه اثرگذار است.
اثرات فرآیند تمپر
- افزایش چقرمگی
- کاهش تردی و شکنندگی
- تنش‌زدایی قطعه
- ثبات ابعادی
- ارتقای انعطاف‌پذیری
کاربردهای عملیات تمپر
این عملیات در مورد فولادهای ساده کربنی به راحتی مورد استفاده بوده ولی در فولادهای آلیاژی که خود سختی ثانویه دارند، کاربرد محدودی دارد. همچنین به طور کلی این فرآیند در تولید قطعات فولادی خودرو، ابزارهای برش و اجزاء مکانیکی و تولید قطعات آلومینیومی مانند قطعات هواپیما کاربرد فراوان دارد.
با عملیات حرارتی تمپر دقیق و کنترل‌شده در شرکت سخت‌افزا، به کیفیتی مطلوب و طول عمری بهینه برای قطعات خود، دست می‌یابید.
مراجع
- Heat treatment and properties of Iron and Steel, Thomas G. Digges & S.J. Rosenberg
- Tempering of steel, G. R. Speich & W. C. Leslie
