صفر تا 100 عملیات حرارتی فولاد و مفاهیم و فرایندهای آن

عملیات حرارتی فولاد پروسه ی مهمی است که برای عوض کردن ویژگی مکانیکی فولاد با استفاده ازحرارت دهی و سرد کردن آن، به سبکی کنترل شده انجام می‌شود. این پروسه برای قرن‌ها انجام شده است و تولید قطعات فولادی را با ایجاد امکان به وجود آوردن فولاد با سختی، استحکام، چقرمگی و دیگر خواص مطلوب، تغییر داده است. عملیات حرارتی می‌تواند با قرار دادن فولاد در گرمایش و سرمایش خاص، عملکرد، مقاومت و مناسب بودن آن را برای استفاده های مختلف به میزان زیادی بهتر کند.

عملیات حرارتی فولاد چیست

عملیات حرارتی برای بهبود خواص فولاد از طریق گرمایش و سرمایش کنترل شده استفاده می‌شود. ثطعا عملیات حرارتی فولاد، مختص فولاد بوده و تنها به اصلاح خواص این ماده می‌پردازد. این فرایند شامل چندین مفهوم و فرآیند بسیار مهم است که برای رسیدن به خواص مواد انتظار حیاتی هستند.در ادامه بعضی از مفاهیم و فرآیندهای اساسی عملیات حرارتی را مورد بررسی قرار داده ایم:

عملیات حرارتی آنیل کردن

آنیل کردن یک روش عملیات حرارتی است که شامل حرارت دهی فولاد تا دمای مورد نظر، ثابت نگه داشتن آن برای مدتی در همان دما و بعد از آن سرد کردن آرام آن است. هدف از آنیل کردن، نرم کردن فولاد، کم کردن تنش‌های داخلی، بهتر کردن قابلیت ماشین‌کاری و بهبود ساختار دانه است.

عملیات حرارتی عادی سازی

عادی سازی یک فرآیند عملیات حرارتی است که شامل گرم کردن فولاد تا بالاتر از دمای بحرانی و بعد سرد کردن آن می‌باشد. هدف از نرمال‌سازی، بهبود ساختار دانه، بالابردن ویژگی مکانیکی و بهترکردن قابلیت ماشین‌کاری است. عادی‌سازی معمولاً برای آماده کردن فولاد برای فرآیندهای عملیات حرارتی بعدی یا رسیدن به ترکیب خوبی از استحکام و انعطاف پذیری استفاده می‌شود.

عملیات حرارتی کوئنچ

عملیات حرارتی کوئنچینگ یک پروسه ی سردکننده سرعتی است که شامل گرم کردن فولاد تا دمای مورد نظر و بعد سرد کردن با سرعت بالای آن با غوطه‌ور کردنش در یک محیط سرد کننده مثل آب، روغن یا محلول پلیمری است. علت انجام این عملیات حرارتی کوئنچ رسیدن به سختی و استحکام بالا با عوض کردن ساختارهای ریزساختار فولاد می‌باشد. برگزیدن محیط کوئنچ و سرعت خنک شدن در تعیین خواص نهایی فولاد بسیاز مهم است.

عملیات حرارتی تمپر کردن

فرایند تمپر کردن عملیاتی است که بعد از کوئنچینگ انجام می‌شود. این پروسه شامل حرارت دادن فولاد خنک شده تا دمای مورد نظر و بعد سرد کردن آن می‌شود.علت تمپرکردن فولاد‌، کم کردن سختی و شکنندگی ایجاد شده توسط کوئنچ، کم کردن تنش‌های پسماند و اصلاح چقرمگی و انعطاف پذیری آن می‌باشد.به علاوه تمپر در عملیات حرارتی باعث رسیدن به تعادل خوب بین سختی و چقرمگی در فولاد می‌شود.

عملیات حرارتی سخت شدن

سخت شدن یک پروسه ی عملیات حرارتی است که شامل حرارت دادن فولاد تا دمایی بیشتر از نقطه بحرانی و بعد از آن سرد کردن با سرعت بالای آن برای رسیدن به بیشترین سختی و استحکام  در مقابل سایش است. این پروسه معمولا ساختاری سخت و شکننده ایجاد می‌کند که بیشتر اوقات با تمپرینگ برای بهبود چقرمگی دنبال می‌شود. سخت شدن بیشتر برای قطعاتی مانند ابزارهای برش و چرخ دنده‌ها که به استحکام در مقابل سایش بالایی نیاز دارند مورد استفاده قرار میگیرد.

عملیات حرارتی آستمپر

فرایند عملیات حرارتی آستمپر شامل حرارت دادن فولاد تا دمایی مور نظر و بعد از آن نگه داشتن آن در آن دما برای مدت زمان طولانی می‌باشد. این پروسه یک ریزساختار خاص به نام بینیت تولید می‌کند که تعادلی از مقاومت، چقرمگی و انعطاف پذیری را ایجاد می‌کند. همینطور آستمپر برای اصلاح عملکرد اجزای تحت تاثیر ضربه استفاده می‌شود.

عملیات حرارتی مارتمپر

 مارتمپر پروسه ای مشابه آستمپرینگ دارد که شامل حرارت دادن فولاد تا دمای بالاتر و بعد از آن سرد کردن با سرعت بالا آن برای دستیابی به یک ساختار مارتنزیتی می‌باشد. مارتمپرینگ  ترکیبی از مقاومت و چقرمگی را ایجاد کرده خطر اعوجاج و ترک خوردن در اثر خنک شدن را کم می کند.

عملیات حرارتی ساب زیرو

عملیات حرارتی ساب زیرو یا همان زیر صفر،  شامل قرار دادن فولاد در دمای بسیار پایین، (که معمولاً زیر 100- درجه  می باشد) در مدت زمانی بالا می‌شود. در طول این عملیات، مواد به تدریج تا دمای مورد نظر سرد می‌شوند. بعد از آن برای چند ساعت در آن دما نگه داشته شده و به آهستگی به دمای اتاق باز می گردند. عملیات حرارتی ساب زیرو، در صنایع متفاوتی مانند: خودروسازی، هوافضا، تولید ابزار و کارد و چنگال استفاده دارد.

عملیات حرارتی با روش القایی

روش القایی یک پروسه عملیات حرارتی خاص است که از القای الکترومغناطیسی برای حرارت دهی سطح یا نواحی موضعی قطعه کار استفاده می‌کند. این روش بیشتر برای عملیات حرارتی روی فلزات استفاده شده و مزایای زیادی در مقابل  روش‌های عملیات حرارتی سنتی دارد. اما برای بعضی از انوع فولاد هم استفاده داشته و مختص فلزات نیست.

عملیات حرارتی همگن

عملیات حرارتی همگن، یک روش عملیات حرارتی است که برای رسیدن به ویژگی مواد ثابت و یکنواخت در کل حجم قطعه کار است. فرق اصلی این روش با عملیات حرارتی‌های دیگر این است که کل قطعه کار را به طور همزمان حرارت داده می شود و تمام سطوح را مورد هدف قرار می‌دهد.

مزیت های عملیات حرارتی فولاد

• بالا رفتن سختی
• استحکام فولاد
• بهترشدن چقرمگی
• بهبود شکل پذیری
• آسان شدن ماشین کاری
• شخصی سازی خواص
• تطبیق پذیری

معایب عملیات حرارتی فولاد

• تاب برداشتن فولاد
• امکان ترک خوردن 
• کاربرد محدود برای بعضی از فولاد ها
• کربن زدایی سطحی
• مصرف بالای انرژی، زمان و هزینه

کاربردهای مختلف فولادی عملیات حرارتی بر روی آن انجام شده

فولادی که بر روی آن عملیات حرارتی انجام شده به دلیل ویژگی و عملکرد بهبود یافته‌‌ای که دارد در صنعت های متنوعی استفاده می شود. بعضی از استفاده های فولاد عملیات حرارتی شده شامل:

• ساخت قطعات مهم مثل میل لنگ، میل بادامک، چرخ‌دنده‌ها، محورها و اجزای انتقال در صنایع خودرو سازی
• تولید ارابه‌های فرود هواپیما، دیسک‌های توربین، اجزای موتور و قطعات ساختاری در صنعت هوافضا
• تولید ابزارهای برش، قالب‌ها و پانچ‌ها
• تولید میلگردهای محکم، اجزای سازه‌ای فولادی و پیچ‌های لنگر مورد استفاده در ساختمان‌ها، پل‌ها و دیگر پروژه‌های زیربنایی
• تولید لوله‌های حفاری، دریچه‌ها، سرچاه‌ها و ابزارهای حفاری مورد استفاده در صنایع نفت و گاز
• ایجاد پره‌های توربین، اجزای ژنراتور و قطعات دیگر بخار مورد استفاده در صنایع برق
• ایجاد قطعات ماشین آلات و تجهیزاتی مثل چرخ دنده‌ها، شفت‌ها، یاتاقان‌ها و فنرها
• ایجاد و تولید ابزار و ایمپلنت‌های پزشکی

عملیات حرارتی در واقع یک پروسه ی مهم جهت  بالا بردن ویژگی مواد می‌باشد. این پروسه، مزیت های فراوانی از جمله سختی، استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر سایش را دارد و در عین حال ممکن است موجب چالش هایی مانند ایجاد اعوجاج و افزایش هزینه‌های تولید را به وجود بیاورد. تمام مزیت های گفته شده درمورد عملیات ساختمان‌سازی و غیره بوده و کاربرد فراوانی در صنایع مختلف دارد.