1403 / 10 / 09
فرایند اجرای عملیات حرارتی + انواع روش ها
عملیات حرارتی بر روی فلزهای گوناگون، ویژگیهای ساختاری، الکتریکی و مغناطیسی آنان را تغییر میدهند. هر کدام از صنایع، به ویژگیهای متفاوتی از این فلزها احتیاج دارند. به طور مثال، در پروژههای عمرانی مقاومت و سختی فلزها اهمیت دارد، در حالی که برای صنایع الکتریکی مقاومت آنها مهم است. روشهای گوناگونی برای انجام فرایند حرارتی بر روی فلزها وجود دارد که برای تغییر یا تقویت هر یک از این خواص استفاده میشود. در این عملیات، برای کسب نتیجه موردنظر، نرخ خنکسازی و دمای گرمایش فلز را مرتب اندازهگیری میکنند. در ادامه با ما باشید تا نکات بیشتری در خصوص آنیل کردن فلزها در اختیار شما قرار دهیم.
عملیات حرارتی چیست؟
آنیل کردن یا عملیات حرارتی را روی اکثر فلزها میتوان انجام داد، اما واکنش هر یک از فلزها به اجرای این فرایند متفاوت است. آنیل کردن جزو عملیاتهایی است که زمینه تولید و استفاده از فولاد در صنایع را ایجاد میکند. اغلب آلیاژهای آهنی با فرایند حرارتی میتوانند به مقاومت بیشتری دست پیدا کنند. معمولاً برای حرارت دادن فولاد از دمای بیش از 723 درجه سانتیگراد استفاده میکنند. پس از انجام فرایند حرارتی، میزان سختی فولادها و خواص مکانیکی آنان تغییر میکند.
هدف از آنیل کردن فلزات چیست؟
آنیل کردن به دلایل مختلفی انجام میگیرد. در اغلب شرایط این کار برای افزایش انعطافپذیری و نرمی فلزات انجام میشود. از دیگر ویژگیهایی که با عملیات حرارتی در فلزات تقویت میشود، میتوان به قابلیت شکلپذیری، ماشینکاری، بهبود خواص الکتریکی و پایداری ابعاد اشاره نمود. در آنیل کردن، فلز را به دمای مشخصی میرسانند و برای مدتزمان خاصی آن را در همان دما نگه میدارند. در گام بعدی، با سرعت کم، فلز یا آلیاژ را سرد میکنند تا به دمای محیط برسد. حرارت دادن فولاد با دمای بالا سبب میشود که اتمها بهتر در آن نفوذ کنند و نابه جاییهای آن را کاهش دهند. فرایند پخت فولاد، شکلپذیری قطعه را بالا میبرد و آن را در مقابل ضربه مقاومتر میسازد. علاوه بر فولاد، آنیل کردن را روی فلزاتی مانند برنج، مس و آلومینیوم نیز انجام میدهند. به طور کلی، عملیات حرارتی به دو شیوه زیر انجام میگیرد:
• آنیل کامل
• آنیل هم دما
عملیات حرارتی چه تأثیری بر خواص فلزات دارد؟
فلزات پس از انجام عملیات حرارتی دگرگون میشوند و ویژگیهای جدیدی پیدا میکنند. این ویژگیها عبارتاند از:
1. مقاومت الکتریکی : این ویژگی قدرت بازدارندگی فلزات را در مقابل معابر جریان الکتریکی نشان میدهد. بدین ترتیب، زمانی که الکترونها با فلز برخورد میکنند کاملاً پخش میشوند. با انجام فرایند آنیل، حرارت و گرمادهی سبب جذب انرژی بیشتر توسط الکترونها میشود و به تحرک آنها سرعت میبخشد. با افزایش پراکندگی الکترونها، مقاومت و استحکام فلز افزایش مییابد.
2. انبساط حرارتی : فلزها در دمای بالا منبسط میشوند. این افزایش دما، نواحی سطحی، طول و حجم فلز را بیشتر میکند. هر کدام از فلزات و آلیاژها انبساط حرارتی گوناگونی دارند. با افزایش دما جنبوجوش اتمهای تشکیلدهنده فلز بیشتر میشود و انبساط حرارتی را رقم میزند. برای درک بهتر این مطلب میتوانید لولههای خانگی را در نظر بگیرید که در فصول مختلف با تغییر دما دچار انبساط و انقباض میشوند.
3. ساختار فلزات: ساختار اتمهای تشکیلدهنده فلز بهگونهای است که با یکدیگر تقارن دارند. چنین ساختاری آلوترپ نام دارد. با گرما دادن فلزات، اتمها جابهجا میشوند و جایگاهشان تغییر میکند که به این جابهجایی، فاز آلوتروپی میگویند. چنین فرایندی بر نرمی، سختی و استحکام فلز بسیار تأثیرگذار است. مهمترین تبدیل فاز آلوتروپی مربوط به فلز آهن است. با قرارگرفتن این فلز در دمایی بالاتر از 912 درجه سانتیگراد، کربنهای بیشتری جذب میگردند. ویژگی مهم کربن این است که سختی فلزها را افزایش میدهد. از این ویژگی مطلوب در اغلب محصولات فولادی کاربردی مانند فولاد ابزار استفاده میگردد.
4. خواص مغناطیسی : فلزهایی مانند نیکل، کبالت و آهن دارای ویژگیهای مغناطیسی هستند و به همین خاطر آنها را با نام فلزهای فرومغناطیسی نیز میشناسند. انجام عملیات حرارتی بر روی فلزات، خواص مغناطیسی آنها را تغییر میدهد تا اینکه این ویژگی را بهکلی از بین میبرد. دمای کوری به دمایی گفته میشود که در آن خاصیت مغناطیسی فلزها از بین میرود. نیکل در دمای 330، کبالت در دمای 1100 و آهن در دمای 770 درجه سانتیگراد خاصیت مغناطیسی خود را از دست میدهند.
انواع روش های آنیل کردن فلزات
انواع روشهای حرارتدهی فلزات شامل کربندهی سطحی، کوییچ تمپر، آنیل کامل و نرمالیزاسیون میشود.
1. کربندهی سطحی : این فرایند از متداولترین روشهای حرارتی است که بهمنظور مقاومت فلزات در برابر سایش و افزایش سختی آنها انجام میگیرد. روش کربندهی به صورتهای مختلفی مانند کربندهی جامد، کربندهی مایع و کربندهی گاز انجام میشود. برای اجرای این روش، فولاد کمکربن را در یک جعبه فولادی دیگر قرار میدهند و آن را تحتتأثیر حرارت بالا میگذارند. اطراف این جعبه با ترکیبهای گوناگونی مانند، زغالچوب، کربنات کلسیم، کربنات باریم و کربنات سدیم پوشیده میشود.
2. کربندهی مایع: در عملیات کربندهی مایع، قطعه موردنظر را در نمک مذاب قرار میدهند. این ترکیب مذاب شامل موادی مانند نمک طعام، کربنات سدیم و سیلیسیم کاربید میگردد. درجهحرارت این فرایند باید در حدود 180 درجه باشد. زمان اجرای فرایند نیز با توجه به خواص موردنیاز تغییر می کند.
3. کربندهی گاز: طی این عملیات با انجام فرایندهای خاصی، از گازهای کربندار در درون کوره کربن تولید میکنند. گازهایی مانند بوتان، متان و پروپان وارد کوره میشوند. بهمنظور نفوذ عمقی کربن به درون فلز، به مدتزمان خاص و همچنین حرارت معینی نیاز است. این روش نسبت به فرایندهای قبلی مزایای بیشتری دارد. به طور مثال، با کربندهی گاز، فولاد حاصل شده بسیار صاف و تمیز خواهد بود. همچنین کربندهی نیز در این فرایند با سرعت بیشتری انجام میشود.
4. فرایند کوئنچ : کوئنچ نیز با روشهای متعددی انجام میگیرد که شامل کوئنچ در آب، روغن، هوا و محلولهای نمکی میشود. کوئنچ میتواند در ساختار میکروسکوپی فلزها، تغییرات فیزیکی و شیمیایی ایجاد نماید. همچنین سختی فلزات نیز در طی این فرایند افزایش مییابد. به طور کلی، در کوئنچ، فلز را پس از عملیات حرارتی با سرعت بالایی در روغن، آب یا نمک سرد میکنند.
مقایسه آنیل کردن و نرماله کردن فولاد
در طی فرایند نرماله کردن، قطعههای فولادی نسبت به عملیات حرارتی، دمای بسیار بالاتری را تحمل میکنند. برای سردکردن قطعات نیز، در روش آنیل کردن از کوره استفاده میکنند در حالی که طی فرایند نرماله کردن، فلزات در معرض هوا سرد میشوند. فولادهایی که عملیات نرماله کردن روی آنها انجامگرفته است، در مقایسه با فولادهای آنیل شده، دانههای ریزتر و مقاومت بیشتری دارند. در بحث انعطافپذیری نیز، فلزات آنیل شده، انعطاف بیشتری نسبت به فولادهای نرماله شده خواهند داشت.
جمعبندی
در این مقاله عملیات حرارتی فلزات را به طور کامل بررسی کردیم. فرایند آنیل کردن روی قطعات گوناگونی مانند نبشی، میلگرد، تیرآهن و ناودانی انجام نمیگیرد. به طور کلی، هنگامی که در تولید محصولات از ورقهای فولادی استفاده میکنند، در پایان کار روی قطعه نهایی فرایند آنیل کردن صورت میگیرد تا ویژگیهای مختلف آن تقویت شود.
در طی عملیات حرارتی، فولاد را در دمای معینی با شرایط ویژه قرار میدهند تا در طی عملیات گرمایش و سرمایش، ویژگیهای شیمیایی و فیزیکی آن تغییر یابد. با این کار، قطعات کارایی و عملکرد بهتری خواهند داشت. چنانچه به دنبال خرید مقاطع فولادی مختلف هستید، میتوانید آنها را از سایت فولاد فیدار تهیه نمایید. شما میتوانید قیمت تیرآهن هاش، میلگرد، پروفیل، لوازم داربستی، ناودانی و نبشی را در سایت فولادفیدار رویت کنید و پس از مشورت با کارشناسان، آنها را تهیه نمایید.
