عملیات حرارتی آنیل
هرچند که امروزه انواع آلیاژها با خواص و ویژگی های از پیش تعیین شده وجود دارند که می توانید بنا بر نیاز خود برای ساخت قطعات مختلف از آن ها بهره بگیرید اما گاهی نیاز است که خواص یک نوع آلیاژ را بدون تغییر درصد ترکیب مواد آن تغییر دهید. یکی از روش های معمول برای این کار عملیات های حرارتی است. روش های دیگری نیز مانند سخت کاری سطحی و پوشش دهی نیز می تواند شما را به هدف خود برساند. البته معمولا عملیات های حرارتی هزینه کمتر و سرعت بیشتری نسبت به روش های دیگر دارند. ما در این مقاله سعی می کنیم شما را با عملیات آنیل انحلالی که نوعی عملیات حرارتی است آشنا کنیم.
عملیات حرارتی چیست ؟
عملیات حرارتی یک اصطلاح در مهندسی متالوژی است که به صورت کلی به فرایندهایی اطلاق می گردد که در آن به منظور تغییر خواص فیزیکی یک آلیاژ آن را تا دمایی تعیین شده گرم و سپس در زمان مشخص سرد می کنند. با انجام عملیات های حرارتی می توان خواصی مانند انسجام مولکولی، میزان تنش های ساختاری، تنش های ناشی از فرایندهای تولید، انعطاف پذیری، ضربه پذیری، مقاومت در برابر فرسایش، افزایش جذب بالا، سفتی، سختی، مقاومت به سایش، قابلیت های مغناطیسی، توانایی عبور جریان الکتریکی، قابلیت ماشین کاری و جوش کاری را تغییر داد. عملیات های حرارتی را می توان بر روی مواد غیرفلزی مانند شیشه و سرامیک نیز انجام داد. به طور معمول اگر قطعات نازک یا دارای فرم ناهمگن نباشند عملیات حرارتی تغییر ظاهری در ابعاد قطعات ایجاد نمی کند. عملیات های حرارتی به سه نوع آنیل کردن، کوئنچ و نرماله کردن تقسیم می شوند.
آنیلینگ چیست؟
آنیل نیز مانند انواع دیگر عملیات های حرارتی با گرم و سرد کردن مواد انجام می شود با این تفاوت که در این عملیات هدف یکی از موارد زیر است:
- پایین آمدن میزان سختی قطعه
- بالارفتن قابلیت ماشین کاری بر روی قطعه
- بازگشت ریزدانه های مواد به آرایش طبیعی آن
- تنش زدایی از قطعه پس از پیر سختی
- افزایش رسانایی آلیاژ
آنچه در اینجا با سایر عملیات های حرارتی تفاوت دارد سرعت سرد کردن قطعه است که بر خلاف فرایند مارتنزیته است. از جهتی می توان آنیلینگ را معکوس فرایند کوئنچ یا مارتنزیته کردن برای آلیاژهای فولاد دانست. به نحوی که ساختار فریتی فولاد به سمت آستینیتی شدن می رود. فلزات سخت معمولا خواص شکنندگی داشته و در مقابل ابزار تراش دستگاه های ماشین کاری مقاومت نشان می دهند و یا ممکن است تحت فشار پرس شکسته شوند. همچنین ممکن است تنش های پسماندی که در قطعه وجود دارند باعث ایجاد ترک ها و تضعیف قطعه شوند. عملیات آنیل می تواند راه حلی برای این مشکلات باشد. آنیل معمولا برای قطعاتی که تحت پرس کاری، جوشکاری، عملیات های دمابالا، نورد و کشیدگی قرار بگیرند نیز توصیه می شود.
آنیل چگونه انجام می شود؟
عملیات آنیل کردن یا همان بازپخت به این صورت انجام می شود که آلیاژ را در کوره تا دمای استحاله گرم می کنند و سپس کوره خاموش می شود و معمولا قطعه در داخل کوره و همراه با تغییرات دمایی کوره به آرامی سرد می شود تا زمانی که کاملا سرد شده و نرم گردد. منظور از دمای استحاله درجه حرارت است که در آن مذاب به صورت بلورهای جامد تغییر شکل پیدا می کند که به این دما دمای تبلور گفته می شود. اما اینکه قطعات را چه مدت زمانی در دمای بالا نگه داشته شود و در طول چه زمانی سرد کنیم باید برطبق استانداردهای تعریف شده انجام داد. زمانی که قطعه در کوره و به آهستگی خنک شود ذرات آلیاژ فرصت این را خواهند داشت که به صورت پرلیتی شکل بگیرند. ویژگی این حالت انعطاف پذیری آلیاژ خواهد بود. معمولا پس از انجام عملیات آنیل قطعه به نرم ترین حالت خود می رسد البته به این معنا نیست که تنش های نهادینه شده در قطعه آزاد گردیده اند. به خاطر بیاورید که هدف آنیل کردن کاهش سختی و افزایش شکل پذیری آلیاژ است. به صورت کلی می توان این سه مرحله را این گونه تعریف نمود:
1. مرحله بازیابی: در این مرحله کوره تا دمای تبلور بالا برده می شود تا ساختار تغییر کرده و تنش ها آزاد گردند.
2. مرحله تبلور مجدد: دما بالاتر رفته تا شرایط برای ایجاد ریزدانه ها ایجاد گردد. از بین رفتن تنش ها در مرحله پیشین این امکان را فراهم می کند.
3. مرحله رشد دانه ها: در این مرحله قطعه به آرامی سرد می شود تا ساختار به همان صورت بماند.
روش های آنیل
بر طبق استانداردهایی که بر اساس آزمایش های مهندسین ملالوژی فراهم شده است انواع مختلفی برای عملیات آنیل می توان تعریف کرد. در برخی دسته بندی ها نرمالیزه کردن نیز نوعی آنیل محسوب می شود. در نرمالیزه کردن عملیات سرد کردن در فضای آزاد انجام می شود. اما به طور کلی می توان آنیل را به دو دسته آنیل کامل و آنیل هم دما تقسیم بندی کرد.
- آنیل کامل: در آنیل کامل ساختار قطعه به همگن ترین حالت خود می رسد و چقرمگی و شکل پذیری به بالاترین حد خود می رسد. ساختار ریزدانه ها در این عملیات باید به شکل نمودار تعادل فازی یرگردند. در این روش سرعت سرد شدن بسیار پایین است و در یک مرحله انجام می شود.
- آنیل هم دما: آلیاژ در آنیل هم دما در دو مرحله گرم و در دو مرحله سرد می گردد. در این روش مرحله اول سرد کردن با سرعت بالا انجام می شود که باعث می شود سختی و شکنندگی آلیاژ نسبت به آنیل کامل بالاتر باشد. در این روش ابتدا قطعه را تا دمای آستنیت گرم کرده و سپس به صورتی ناگهانی سرد می شود تا به دمای یوتکتوئید برسد که در این مرحله ساختار فازی آلیاژ تا حدود زیادی ثابت شده است.
در نهایت می توان گفت که در هر دو روش ریز ساختارها به صورتی پرلیتی می شوند با این تفاوت که در آنیل هم دما فریت ها خشن تر از حالت آنیل کامل است. همچنین توجه داشته باشید که زمان انجام عملیات آنیل کامل طولانی تر از نوع دوم است.
- آنیل حرارتی: آنیل محلول به آن روش از آنیل کردن گفته می شود که معمولا برای فولادها استفاده می شود. در این حالت دمای قطعه تا حدی بالا برده می شود که ساختار فازی آهن – کربن ایجاد شود. این ساختار در حالت محلول جامد تبلور می یابد. البته می توان این روش را برای آلیاژهای دیگر نیز به کار برد و ساختار فازی آن را براساس دو عنصر اصلی تشکیل دهنده آن تعریف کرد. در این روش مانند روش هم دما سرعت سرد کردن تا رسیدن به پایین تر از دمای تبلور با سرعت انجام می گیرد.
جمع بندی
در این مقاله ابتدا عملیات حرارتی را به زبانی ساده بیان کردیم و پس از آن به سراغ تعریف عملیات حرارتی آنیل و مباحث مربوط به آن رفتیم. در ادامه مقاله نیز درباره نکاتی مانند آنیل انحلالی، آنیل کامل و آنیل هم دما صحبت کردیم.
