عملیات حرارتی (Heat Treatment)
انواع فلزات، آلیاژها و فولاد، در ابتدا خواص فیزیکی و شیمیایی مورد انتظار پروژه‌های صنعتی و ساختمانی را دارا نیستند. این محصولات باید تحت فرآیند سرد و گرم کردن، تغییر ماهیت داده و خواص شیمیایی، فیزیکی، متالورژیکی و ... آنها بهبود پیدا کند. عملیات حرارتی فلزات و آلیاژهای فلزی در مفهوم کلی عبارت است از گرم و سرد کردن کنترل شده در حالت جامد و بدون ایجاد تغییر شکل در آنها، جهت رسیدن به خواص مطلوب فیزیکی و مکانیکی است
جهت استفاده از هر خدمت در این آزمایشگاه می توانید روی آن کلیک کرده و سپس فرم مربوطه را تکمیل نمایید
کوره ذوب مجدد قوسی تحت خلاء (VAR)
تعیین ضریب هدایت حرارتی بر اساس استاندارد ASTM C177
خدمات کوره باکسی
خدمات کوره القایی
.
عملیات حرارتی چیست؟
همان‌طور که اشاره شد، منظور از عملیات حرارتی ، گرم کردن قطعات فلزی در کوره در دما و زمان مشخص و نهایتاً سرد کردن آن با یک شیب حرارتی مشخص، برای دستیابی به یک ساختار متالورژیکی و در نتیجه خواص مکانیکی مورد نظر می باشد..
به طور کلی اکثر فلزات قابلیت عملیات حرارتی را دارند. بسیاری از آلیاژهای غیر آهنی تحت این فرآیند، به مقاومت و سختی بالاتری می‌رسند. عملیات حرارتی به ویژه برای تغییر ماهیت فولاد، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. فولاد در دمای 723 درجه سانتیگراد تحت این عملیات قرار گرفته و سختی آن به شکل قابل ملاحظه‌ای افزایش پیدا می‌کند.
در عملیات حرارتی فولاد معمولا یکی از اهداف زیر دنبال می شود.
دسته بندی فرآیندهای عملیات حرارتی
عملیات حرارتی انواع مختلفی داشته و هر کدام اثرات ریز ساختاری متفاوتی دارد. عنوان هایی که از نظر علمی و تکنیکی برای فرایندهای مختلف عملیات حرارتی به کار می رود، مناسب است اما در بعضی موارد به دلیل اینکه یک نوع عملیات حرارتی برای هدف های مختلف انجام می شود، تناسبی بین عملیات حرارتی و روند آن وجود ندارد.
مثلا؛ عملیات تنش گیری(Stress relieving) و برگشت (Temper) هر دو با تجهیزات مشابه و پروسه های یکسان از نظر دما و زمان انجام می شود، ولی هدف از انجام آنها متفاوت است.
کل فرایندهای عملیات حرارتی از نظر نوع ماده به دو دسته آهنی و غیرآهنی تقسیم می شود، که آهنی ها شامل فولاد و چدن و غیر آهنی ها شامل آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم، تیتانیوم، مس و موارد دیگر می باشد.
مراحل عملیات حرارتی
عملیات حرارتی فولاد به این منظور انجام می شود که خواص فیزیکی و شیمیایی قطعه فولادی به تعادل مورد نظر برسد و قطعه مورد نظر برای کاربردی که مدنظر است بهترین کارایی ممکن را داشته باشد. این عملیات مراحل مختلفی دارد که در ادامه، به معرفی آنها خواهیم پرداخت:
عملیات حرارت دهی فولاد تا دمای بالاتر از 723 درجه سانتیگراد (مناسب برای فولاد و چدن) که به مراحل زیر تقسیم می‌شود:
عملیات حرارت دهی فولاد تا دمای کمتر از 723 درجه سانتیگراد(مناسب برای آلیاژهای فولاد) نیز به مراحل زیر بخش‌بندی می‌گردد:
به طور کلی، آنیل کردن به به هر نوع عملیات حرارتی فولاد که منجر به تشکیل ساختاری به جز مارتنزیت و با سختی کمتر و انعطاف پذیری زیاد شود اطلاق می‌شود. همچنین در نرماله کردن قطعه تا دمای محدوده آستنیت حرارت می بیند و سپس در تماس با هوای آزاد تا دمای محیط سرد می شود.
در سخت کردن یا همان کوئینچ کردن، قطعه پس از گرم شدن به منظور افزایش سختی به سرعت در مایع سیال مخصوص که معمولا آب، روغن، حمام نمک یا دیگر محلول های مخصوص برحسب رسیدن به خواص مورد نظر سرد می شود. یکی دیگر از عملیات حرارتی فولاد، آستمپر کردن است. این عملیات برای کاهش تنش هایی استفاده می شود که در حین عملیات سخت کردن فولاد ایجاد شده اند. در نهایت، به عملیات مارتمپرینگ فولاد، سریع سرد کردن غیر پیوسته یا مار کوئینچینگ هم می‌‌گویند. در طی این نوع از عملیات حرارتی، فولاد را تا دمای آستینیته گرم کرده و در مرحله بعد، آن را به سرعت درون روغن داغ که دمای 175 درجه سانتی گراد دارد سرد می‌‌کنند.
انواع روش های عملیات حرارتی
به طور کلی از یکی از 4 روش زیر برای انجام عملیات حرارتی استفاده می‌شود:
کربن دهی سطحی را می‌توان مقرون به صرفه‌ترین و ساده‌ترین روش برای انجام عملیات حرارتی دانست. در این روش برای افزایش سختی فولاد از کربن استفاده می‌شود و خود به سه روش کربن دهی جامد، کربن دهی مایع و کربن دهی گازی تقسیم می‌شود.
آنیل کردن
واژه آنیل دارای معنی، مفهوم و کاربرد وسیعی است، بدین صورت که، به هر نوع عملیات حرارتی که منجر به تشکیل ساختاری بجز مارتنزیت و با سختی کم و انعطاف پذیری زیاد شود اطلاق می شود . ازآنجایی که این مفهوم بسیار کلی است، عملیات حرارتی آنیل به یک سری فرایندهای مشخصتر و دقیقتر تقسیم می شود . این تقسیم بندی بر اساس دمای عملیات، روش سرد کردن، ساختار و خواص نهایی است .
اهداف آنیل:
آنیل کامل
آنیل کامل عبارت از حرارت دادن فولاد در گستره ی آستنیت و سپس سرد کردن آهسته ، معمولاً در کوره است . تحت شرایط فوق آهنگ سرد شدن در حدود 0.02 درجه سانتیگراد بر ثانیه است . گستره ی دمایی آستنیته کردن برای آنیل کامل ، تابع درصد کربن فولاد است . بدین صورت که ، برای فولادهای هیپو یوتکتوئید حدود 59 درجه سانتیگراد بالای خط A3 و برای فولادهدای هایپر یوتکتوئید حدود 59 درجه سانتیگراد بالای خط A1 است .
دماهای بحرانی A1 و A3 تا حدودی تحت تاثیر عناصر آلیاژی در فولادها تغییر می کند . بنابراین، بطور کلی در عملیات آنیل کامل، فولادهای هیپپو یوتکتوئید را در ناحیه تک فازی آستنیت و فولادهای هایپریوتکتوئید را در ناحیه دو فازی آستنیت سمانتیت حرارت می دهند. علت آستنیته کردن فولادهای هایپریوتکتوئید در ناحیه دو فازی آستنیت سمانتیت این است که سمانتیت پرویوتکتوئید در این فولاد به صورت کروی و مجتمع شده در میآید . اگر چنین فولادی تا بالای خط Acm حرارت داده شود ، در ضمن آهسته سرد شدن سمانتیت پرویوتکتوئید بصورت شبکه پیوسته ای در مرز دانه های آستنیت رسوب می کند و در نتیجه منجر به ترد و شکننده شدن فولاد می شود .
در عملیات آنیل کامل، هدف از آستنیته کردن فولادهای هایپریوتکتوئید در ناحیه دو فازی آستنیت سمانتیت ، عبارت از شکستن شبکه ی پیوسته کاربید و تبدیل آن به ذرات ریز و کروی شکل مجزا از یکدیگر است. نیروی محرکه در این عملیات عبارت از کاهش انرژی فصل مشترک ناشی از کروی شدن ذرات کاربید و در نتیجه کاهش مقدار فصل مشترک آستنیت کاربید است . در عملیات آنیل کامل، نه تنها دمای آستنیته کردن بلکه آهنگ سرد شدن نیز از اهمیت ویژه ای برخوردار است. سرد کردن آهسته که معادل سرد شدن در کوره است باعث می شود که ابتدا فریت و سپس پرلیت از آستنیت بوجود آید. به علت سرد شدن آهسته، فریت تشکیل شده دارای دانه های درشت و هم محور بوده و پرلیت دارای فاصله بین لایه ای نسبتاً زیاد(پرلیت خشن یا درشت) است . از جمله مشخصه های مکانیکی این میکروساختار عبارت از کاهش سختی و استحکام و افزایش انعطاف پذیری است.