عملیات حرارتی - آهنی

 فولاد پرکاربرد ترین فلز آلیاژی در جهان است. یکی از دلایل عمده‌ای که می‌توان فولادهایی با خواص مختلف بدست آورد، تبدیل ساختمان کریستالی آهن از آلفا به گاما با تغییر درجه حرارت می‌باشد.
این تبدیل مطابق با نمودار آهن-کربن می‌تواند در حد زیادی تحت تاثیر کربن قرار گیرد.
برای مثال سختی و استحکام در فولادهای سریع سرد شده (آب داده شده) بسته به میزان درصد کربن و دیگر عناصر آلیاژی موجود در آنها که تاثیرات چشمگیری در نمودار های TT و CCT فولاد دارند، میباشد.
عملیات حرارتی با اهداف متفاوتی بر روی قطعات انجام میگیرد که از اهداف عمده ی انجام عملیات حرارتی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
• آزاد کردن تنش های داخلی ایجاد شده در حین کار سرد، جوشکاری، ریخته گری، فورج کردن و غیره
• سخت کردن و مقاوم کردن فلزات
• تغییر اندازه دانه
• نرم کردن فلزات برای کارسرد کردن بیشتر مثلا در کشش سیم و یا نورد سرد اشکال رایج عملیات حرارتی فلزات آهنی عبارت اند از:
• سخت کردن
• بازپخت
• آنیل کردن
• نرمالایز کردن
• سخت کاری پوسته ای (Case hardening)
سخت کردن به عنوان پرکاربرد ترین عملیات حرارتی در فولاد ها و به خصوص کاربردهای پیچ و مهره ای، یک عملیات حرارتی است که به طور کلی شامل حرارت دادن فولاد تا دمای سختکاری، نگهداری در آن دما و سپس سرد کردن فولاد در آب یا روغن یا حمام نمک میباشد.
یک نتیجه ی سختکاری، افزایش سختی بر طبق میزان سختی پذیری فولاد مورد نظر و مقاومت به سایش فولاد است. به عنوان یک نمایش گرافیکی از سختی بر حسب مقیاس برینل فولاد های ASTM A36 با عملیات حرارتی مختلف میتوان نمودار زیر را ارائه داد:
فولاد سختکاری و سریع سرد شده دارای ساختار بسیار تردی است که قابل استفاده نیست و باید عملیات بازپخت بر روی آن به منظور کاهش این تردی انجام گیرد.
در اثر عملیات بازپخت، ساختار کریستالی قطعه از مارتنزیت ترد به مخلوط مارتنزیت تمپر شده، آستنیت باقی مانده و فریت و سمانتیت تبدیل میشود و لذا خواصی از جمله افزایش انرژی ضربه و چقرمگی در فولاد افزایش پیدا میکند. آنیل کردن به معنی "نرم کردن یک فلز" است.
در صورت انجام فرایند آنیل بر روی یک فولاد کارسرد شده، فرایند بازیابی و تبلور مجدد در اثر آنیل کامل در فولاد رخ خواهد داد که موجب خواص ریزدانگی و تغییر در خواص فیزیکی فولاد که از جمله آنها مقاومت به خوردگی است میشود.
فرایند های مختلف آنیل کردن وجود دارد که برای فولاد ها معمولا از "آنیل کامل" استفاده میشود که شامل مراحل زیر است:
• حرارت دادن تا دمایی بالاتر از دمای بحرانی
• اجازه ی سرد شدن آرام دادن با استفاده از یک ماده ی سرد کننده ی خشک (ماسه) و یا کوره
• این فرایند تنش های باقی مانده ی داخلی را در فولاد کاهش میدهد و فولاد نرم میشود.
فرایند هایی از جمله سختکاری شعله ای، القایی، آستمپرینگ و مارتمپرینگ، کربن دهی، نیتروژن دهی و فرایند های ترکیبی و موضعی بر روی قطعات با کاربری های مختف و انجام عملیات حرارتی های مختلف در حوزه ی فولاد های ضد زنگ و فولادهای ابزار به منظور بدست آوردن ساختار ها و خواص مختلف برای قطعات قابل طراحی و انجام است.