فرایند عملیات حرارتی چیست و چگونه صورت می گیرد؟

فرایند عملیات حرارتی در واقع به این صورت هست که در آن فلزات در حالت جامد و به طوری که تغییر شکل ندهند به خواص مورد انتظار میرسند، اینکار با گرمای کنترل شده انجام میشود، در نهایت کاهش دما پیدا کرده و سرد می شوند.

فرایند عملیات حرارتی

به طور کلی تمامی فلزات قابلیت انجام عملیات حرارتی را دارند و جواب دهی آن ها به نتیجه ی عملیات حرارتی متفاوت است. انجام فرایند عملیات حرارتی بر روی آلیاژهای غیر حرارتی یکی از علت های تولید و همچین کاربرد فولاد در صنایع مختلف شده.

یک آهن را طی یک فرایند عملیات حرارتی به مقاوت بالاتری میرسد.

عملیات حرارتی آنیل کردن 

آنیل کردن یکی از روش های فرایند عملیات حرارتی میباشد که به منظور بهتر شدن کیفیت مواد انجام میشود، در این فرایند به ماده حرارات داده میشود تا جایی که به دمای بالاتر از دمای بلوری شدن برسد و سپس به طور آهسته به انجام سرد کردن پرداخته می شود.

عملیات حرارتی سختی کاری

عملیات حراراتی سختی کاری یکی از پر استفاده ترین راه های برای بهتر شدن خواص فیزیکی مواد مخصوصا سختی فلزات است. این روش در سه مرحله انجام می شود، که شامل: حرارت دهی تا جایی که به دمای تغییر فاز شود، نگهداری دما برای بهتر شدن ریزساختار ها و در نهایت خنک کردن سریع برای رسیدن به یک ریز ساختار بهتر.

عملیات حرارتی همگن سازی

یکی از انواع عملیات حرارتی بوده که در آن برای بهتر شدن خواص مکانیکی و و از بین بردن ساختمان دندریتی، جدایش موضعی و غیر یکنواخت ترکیب شیمیایی که بخاطره سرد شدن غیر تعادلی بوده و باعث کاهش خواص مکانیکی مواد می شوند، انجام می شود. به همین دلیل نیاز هست از یک عملیات حرارتی مناسب جهت یکنواخت کردن و همگن سازی استفاده شود، به این صورت که قطعات مورد نظر در بازه ی زمانی نبتا طولانی حرارت داده میشود و سپس به دمای محیط میرسد.

عملیات حرارتی نرمال کردن

نرمال کردن یکی دیگر از انواع عملیات حرارتی می باشد که زیر ساختار به دست آمده بعد از این عملیات شبیه به آنیل کردن می باشد، در این عملیات فولاد در دمای بالا حرارت داده مشود و سپس در هوا خنک میشود.

هدف اصلی از انجام این عملیات حذف کردن عملیات قبلی است، مانند درشت دانه شدن ناشی از عملیات فورج گرم، می باشد.

از مزایای عملیات نرمال کردن میتوان به انعطاف پذیری بالا، یکنواخت کردن ریز ساختار، ریز کردن دانه ها، افرایش ماشینکاری و یکنواخت کردن ریز ساختار اشاره کرد.

عملیات حرارتی کوئنچ

این نوع عملیات یک روش سنتی هست که با نام آب دادن هم شناخته میشود، این کار از سرد کردن سریع فولاد از دمای سختکاری تا دمای محیط انجام میشود. عملیات کوئنچ در فولادهای زنگ نزن و پرآلیاژ به منظور به حداقل رساندن میزان کاربید‌های مرزدانه‌‌ها و حل کردن آنها انجام می شود. این کار را میتوان به روش های مختلف انجام داد، مثل فرو بردن فولاد حرارت دیده در روغن، آب، نمک، هوای آرام و حمام نمک، انتخاب محیط خنک کننده به نوع فولاد و خواص مورد انتظار بستگی دارد.

عملیات حرارتی تنش زدایی

بعضی از عملیات های حرارتی میتواند اثرات منفی در قطعات ایجاد کنند که موجب تاب برداشتن، ترک خوردن و شکستن قطعه ی مورد نظر شوند، برای از بین بردن این گونه مشکلات قطعات رو برای زمان مشخص در دمای بحرانی حرارت می دهند، زمان مشخص شده بستگی به ابعاد قطعه و دما بستگی دارد، هرچه دمای تنش زدایی بالاتر باشد، زمان لازم برای عملیات حرارتی تنش زدایی کمتر می شود، همچنین برای جلوگیری از تنش های جدید حتما باید سرد کردن قطعات به آرامی انجام شود.

عملیات حرارتی تمپرینگ

عملیات حرارتی تمپرینگ، فرآیند حرارت دهی مجدد فولاد مارتنزیت شده یا نرمال شده می باشد که در زیر دمای بحرانی انجام می‌شود. سرعت سرد کردن فولاد به جز موارد خاص اهمیتی ندارد. این نوع عملیات حرارتی باعث زیاد شدن چقرمگی و کاهش سختی فولاد می شود.

برای کم کردن  تنش‌های داخلی، احتمال تاب برداشتن و یا ترک خوردن و همچنین کم شدن مقدار آستنیت باقیمانده، توصیه می شود که قطعات را دقیقا پس از سرد کردن بازگشت دهند. از آنجایی که عملیات بازگشت نیازمند نفوذ است، زمان و دما از اهمیت بالایی برخوردار هستند. مهمترین علت در انتخاب دمای بازگشت مناسب برای سختی مورد نظر ترکیب شیمیایی است.

فرایند عملیات حرارتی مختص فولاد

بعضی از انواع روش های عملیات حرارتی فولادها ویژه‌تر از بقیه ی روش ها هستند که عبارت اند از: عملیات حرارتی آستمپرینگ و عملیات حرارتی مارتمپرینگ که در ادامه مطلب هر کدام توضیح داده شده.

عملیات حرارتی آستمپرینگ

عملیات آستمپرینگ، تغییرات هم دمای فولاد تا زیر دمای تشکیل پرلیت و بالای دمای شروع تشکیل مارتنزیت است.

مزایای عملیات حرارتی آستمپرینگ

• بالا رفتن داکتیلیته، چقرمگی و مقاومت
• کم شدن ایراد ها، کم شدن تایم ماشین‌کاری
• کاهش تایم چرخه ی سخت کاری برای  رسیدن به سختی ۳۵ تا ۵۵ راکول سی

عملیات حرارتی مارتمپرینگ

هدف از انجام عملیات حرارتی مارتمپرینگ تاخیر در مستقیم سرد کردن فولاد از ناحیه آستنیت تا نزدیک دمای Ms. و نگهداری در این دما برای مدت طولانی جهت یکنواخت شدن دما در کل قطعه است. این فرآیند باعث میشود که ایراد، ترک و تنش‌های داخلی به کمترین مقدار برسد. ریزساختار بعد از عملیات مارتمپرینگ دارای مارتنزیت باقی مانده تمپر نشده و ترد خواهد بود.

فرایند های عملیات حرارتی با هدف­های مختلف بر روی فولادها انجام می‌­شود. اصلی ترین هدف از انجام فرایند عملیات حرارتی، تغییر ویژگی مکانیکی آلیاژ است. در حالت کلی، عملیات حرارتی باعث ایجاد تغییر در سختی، شکل­‌پذیری، مقاومت، خاصیت کششی ومقاومت ضربه­‌ای می­‌شود.