مبانی عملیات حرارتی
به یقین، فولادها متنوع ترین و پرکاربردترین آلیاژهای فلزی هستند. مشخصات و ویژگی های فوق العاده ی آهن، موجب تنوع و کاربرد زیاد آلیاژهای آن شده است. البته آهن خالص کاربرد صنعتی ندارد و این امکان افزودن عناصر آلیاژی به ویژه کربن به آن و همچنین بروز استحاله های متعدد در سیستم فازی آلیاژهای آهنی یا چدن ها و فولادها است که موجب این تنوع جنس و کاربرد شده است. هر استحاله و تغییر حالتی در فولادها، ریزساختار و خواص مکانیکی ویژه ای را ایجاد می کند. انجام این استحاله ها نیازمند عملیات حرارتی یا مکانیکی است.
عملیات حرارتی، به مجموعه ای از فرایندهای گرم و سرد کردن اطلاق می شود که در آن، ماده را تا دمای مشخصی پایین تر از دمای ذوب حرارت می دهند و سپس با نگه داشتن ماده در آن دما، برای مدت زمان معین، و در نهایت سرد کردن آن، خواص مکانیکی و ریزساختاری مورد نظر را به دست می آورند. بنابراین، عملیات حرارتی ترکیبی از عملیات گرم کردن و سرد کردن است که به منظور دستیابی به خواص مطلوب، روی فلزات و آلیاژها در حالت جامد اعمال می شود. در مورد فولادها تقریباً بیشتر انواع عملیات های حرراتی منجر به استحاله یا تجزیه فاز آستنیت می شود. خواص و ظاهر محصولات استحاله، خصوصیات فیزیکی و مکانیکی یک فولاد مشخص را تعیین می کند. اولین مرحله در عملیات حرارتی فولاد، گرم کردن آن تا دمایی در یا بالای حد بحرانی، به منظور تشکیل آستنیت است. در اغلب حالات، سرعت گرم کردن نسبت به بقیه ی پارامترهای عملیات حرارتی کم اهمیت تر است؛ اما وقتی قطعه بزرگ است یا شکل پیچیده ای دارد و یا قبلاً به آن تنش اعمال شده است، باید این سرعت حداقل گردد تا فرصت کافی برای هم دما شدن سایر نقاط قطعه فراهم شود و قطعه دچار اعوجاج و تغییر شکل نشود.
در اثر عملیات حرارتی تغییرات زیر در ریزساختار آلیاژ صورت می گیرد:
- تغییر یا استحاله فازی، مانند استحاله فریت و پرلیت به آستنیت و یا استحاله آستنیت به مارتنزیت
- تغییر مورفولوژی فازها از نظر شکل، اندازه و مقدار، مانند تغییر شکل سمنتیت تیغه ای شکل به کروی شکل در فولادهای پرکربن
- رسوب فاز ثانویه، مانند رسوب سختی
- تغییر اندازه دانه، مانند آنیل کردن
- حذف تنش باقی مانده و بازگرداندن ریزساختار به حالت قبل از کار سرد، مانند آنیل تنش زدایی
انواع فرایندهای عملیات حرارتی
فولادها این قابلیت را دارند که تحت سیکل های مختلف عملیات حرارتی قرار بگیرند و خواص متنوعی را به دست آورند. این سیکل های عملیات حرارتی قادرند خواص مکانیکی مختلف و مورد نیاز را در فولادها ایجاد نمایند. تفاوت اصلی آن ها در متغیرهایی نظیر دمای عملیات حرارتی، زمان نگه داری در دما، سرعت و نحوه ی سرمایش می باشد. در ادامه به شرح مختصری از سیکل های عملیات حرارتی مختلف می پردازیم:
- آنیل فرایند یا آنیل تبلور مجدد
این سیکل عملیات حرارتی به منظور بازگرداندن میزان قابلیت تغییر شکل، به قطعات کارسرد شده، اعمال می شود. چون این سیکل در محدوده دو فازی فریت و سمنتیت، در دماهای ۶۵۰-۵۰۰ درجه سانتیگراد انجام می گیرد، استحاله فازی در آن ها رخ نمی دهد. در ابتدا، در اثر گرم کردن در فرایند آنیل تبلور مجدد، انرژی کرنشی زیاد فریت تغییر شکل داده شده، موجب بازیابی می گردد. سپس تبلور مجدد اتفاق می افتد. بنابراین، نتیجه نهایی آنیل فرایند، بازیابی انعطاف پذیری و ریزساختار هم محور شده فولاد، به طوری که قابلیت مجدد کار سرد شدن را به دست آورد، می باشد.
- آنیل تنش زدایی
برخی فرایندهای حرارتی و مکانیکی تنش های باقی مانده ایجاد می کنند، که می توانند برای کارایی قطعات در شرایط کاری مضر باشد. تنش های باقی مانده موجب اعوجاج و تاب برداشتن، ترک خوردن طی عملیات حرارتی یا فرایند شکل دهی و یا شکست در زیر تنش طراحی شده در شرایط کاری قطعه می شود. تنش های باقی مانده را فقط با تغییر شکل پلاستیکی در ریزساختار می توان کاهش داد. بنابراین لازم است که استحکام تسلیم ماده به مقادیری کمتر از تنش های باقی مانده کاهش یابد. بنابراین عملیات تنش زدایی یک عملیات گرمایشی است که در دماهای بالا انجام می شود. برای فولادهای کربنی و کم آلیاژی این دما در محدوده ی ۴۵۰ تا ۶۵۰ درجه سانتیگراد است.
- آنیل کامل
آنیل کردن به منظور ریز کردن دانه، نرم کردن ماده، بهبود خواص الکتریکی و مغناطیسی و افزایش قابلیت ماشین کاری انجام می گیرد. در این عملیات قطعه تا دمایی در محدوده ی منطقه تک فازی آستنیت برای فولادهای هیپویوتکتویید و یوتکتویید، یا در منطقه دو فازی آستنیت و سمنتیت برای فولادهای هیپریوتکتویید، گرم می شود و سپس با سرعت خیلی کم سرد می گردد.
- آنیل همدما یا ایزوترم
این فرایند با سرد کردن سریع نمونه از دمای آستنیته به دمایی در محدوده ی ۶۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتیگراد و سپس نگه داشتن طولانی در آن دما، تا این که استحاله کامل شود، انجام می گیرد. آنیل هم دما به منظور دستیابی به ریزساختار و سختی یکنواخت به خصوص در قطعات بزرگ انجام می گیرد. ساختار غالب حاصله از چنین عملیاتی معمولاً پرلیت با اندازه متوسط است.
- عملیات نرماله کردن
هدف از نرماله کردن به دست آوردن فولادی سخت تر و محکم تر از آنچه از طریق آنیل کردن به دست می آید، است. این عملیات با گرم کردن تا دمای حدود ۵۵۰ درجه سانتیگراد بالاتر از خطوط بحرانی Acm یا A3 و سپس سرد کردن در هوای متلاطم انجام می شود. دمای بالای آستنیته برای نرماله کردن موجب یکنواختی بیشتر ریزساختار و ترکیب شیمیایی می گردد. اهداف دیگر نرماله کردن عبارتند از: بهبود قابلیت ماشین کاری، اصلاح و ریزکردن ساختار دندریتی، ریزکردن دانه ها و یکنواخت نمودن ریزساختار به خصوص پس از کارگرم و ریخته گری.
- آنیل نرم یا کروی کردن
ریزساختار فولاد هایپریوتکتویید آنیل شده شامل مناطق پرلیتی دانه درشت که با شبکه ای از سمنتیت محاصره شده اند، می باشد. چون شبکه سمنتیت ترد و شکننده است، بنابراین آنیل کردن، نباید عملیات حرارتی نهایی برای این فولادها باشد و عملیات کروی کردن به منظور حذف شبکه کاربیدی و تغییر شکل آن ها به کاربیدهای کروی پخش شده در زمینه فریتی انجام می گیرد.
- سخت کاری
فرایند سخت کاری از جمله مهم ترین سیکل های عملیات حرارتی در فولادها می باشد. در طی این فرایند، فاز سخت مارتنزیت تشکیل می شود که می تواند سختی فولاد را به بیشترین مقدار ممکنه ی خود برساند. البته برای دستیابی به این سختی های بالا باید به عوامل مهمی نظیر سختیپذیری فولاد، ابعاد و اندازه قطعه، سرعت سرمایش و محیط خنک کننده توجه نمود. یکی از متغیرهای مهم فرایند سختکاری، سختی پذیری فولادها می باشد. سختی پذیری را به عنوان میزان عمق تشکیل مارتنزیت در قطعات فولادی تعریف می کنند. هر چه سختی پذیری فولاد بیشتر باشد، به سرعت سرمایش کمتری نیاز است و در نتیجه احتمال ایجاد تغییر شکل، اعوجاج و ترک در قطعه کمتر خواهد بود. بنابراین، فولادهایی قابلیت سختکاری خوبی دارند که از سختی پذیری خوبی برخوردار باشند.
بدون شک عملیات حرارتی از جمله مهم ترین فرایندها، در چرخه تولید محصولات فلزی می باشد. لذا انجام اصولی این فرایند، نیازمند اطلاعات و داده هایی معتبر می باشد که از منابع موثق استخراج شده باشد. یکی از منابع پر استناد در این حوزه کتاب “اطلاعات و داده های عملیات حرارتی” است که ویرایش دهم آن در سال ۲۰۱۱ توسط شرکت سهامی SECO منتشر شده است. این کتاب به صورت متنی نبوده، بلکه شامل منتخبی از پرتکرارترین منابع اطلاعاتی در حوزه ی تکنولوژی عملیات حرارتی است. این کتاب در ۷ فصل به شرح زیر تدوین شده است:
– اطلاعات و مشخصات فولادها
– متالورژی آلومینیوم
– اتمسفر محافظ
– سیکل های عملیات حرارتی مرسوم فولادها
– عملیات حرارتی تحت خلاء
– جداول تبدیل سختی
– اطلاعات و داده های متفرقه
علاقمندان و کاربران محترم وب سایت عصر مواد می توانند این کتاب را از لینک زیر دریافت نمایند:
Heat Treating Data
فرمت: PDF
تعداد صفحه: ۱۱۵
زبان: انگلیسی
حجم: ۲٫۸ مگابایت
لینک دانلود غیر مستقیم:
 |
 |
 |
 |
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.