عملیات حرارتی فلزات و کاربردهای آن

عملیات حرارتی فلزات و کاربردهای آن

فرآیند عملیات حرارتی روی فلزات در مقیاس صنعتی به منظور بهبود خواص کلی فلزات برای استفاده­ ی آنها در کاربردهای آتی انجام می­گردد. خواص فلزات شامل چقرمگی، سختی، داکتیلیته، قابلیت ماشین­کاری، اصلاح ساختار دانه، حذف تنش­های درونی و بهبود مقاومت سایش می­باشد. روش­های خاص استفاده شده برای حرارت دادن و سرد کردن فلزات نه تنها برای هر فلز منحصر به فرد هستند بلکه برای کاربردهای صنعتی متفاوت نیز یکسان نمی ­باشند.

ارزیابی شده است که بیش از ۸۰ درصد کل صنایع، فرآیندهای عملیات حرارتی را روی فولادهای اجرا می­کنند. اگرچه تعدادی از فلزات آهنی و غیر آهنی دیگر برای هدف­های مشابه حرارت دیده و سرد می­شوند. فلزات آهنی عملیات حرارتی شده معمولاً شامل چدن، آلیاژهای فولاد ضد زنگ و فولاد ابزار می­باشند، درحالیکه فلزات غیرآهنی عملیات حرارتی شده دیگر شامل آلومینیم، مس، برنج و تیتانیوم می­باشند.

کار سختی و تمپر کردن فلزات

کارسختی خنثی: معمولاً روی فولاد انجام می­گردد، در ابتدا این عملیات حرارتی شامل سریع سرد کردن و تمپر کردن فلز به منظور حصول میکروساختار مارتنزیت یا بینیت است. کارسختی خنثی روی فولاد باعث بهبود توانایی آن در تحمل بار و همچنین به طور همزمان منجر به افزایش استحکام، چقرمگی و در برخی موارد مقاومت در دمای بالای آن می­گردد. در مقایسه با سایر فرآیندهای کارسختی، کارسختی خنثی تضمین می­کند که ترکیب شیمیایی سطح فولاد بدون تغییر باقی می­ماند.

کارسختی القایی: این نوع کارسختی به طور بخصوص برای بهبود خواص مکانیکی فلزات آهنی مانند فولادهای کربنی، آلیاژ فولادها، فولادهای ضد زنگ، چدن، آهن داکتیل، آهن چکش خوار یا فلزات پودری استفاده می­گردد. به منظور بهبود مقاومت سایشی، سختی سطح و عمر خستگی این فلزات، کارسختی القایی سطح سخت­­تری را بدون تغییر دادن ساختار هسته فلز ایجاد می­کند.

آنیل کردن

آنیل کردن معمولاً به منظور بهبود داکتیلیته فلزات انجام می­شود. آنیل کردن یک روش از عملیات حرارتی است که فلزات تا دماهای بالا حرارت دیده تا میکروساختار آنها دگرگون گردد. به دنبال چنین قرار گرفتن در معرض دمای بالا، در ادامه فلزات به آهستگی سرد گردیده تا زمان کافی برای حذف ترک­های احتمالی در ساختار فلز وجود داشته باشد. درحالیکه فولادها بیشتر تحت عملیات آنیل کردن قرار می­گیرند، این فرآیند ممکن است روی سایر فلزات مانند مس، آلومینیم و برنج نیز اجرا گردد.

آنیل کردن نرم با هدف حرارت دادن فلزات تا نقطه ­ای که به شدت نرم شوند انجام می­گردد، در نتیجه این کار روش ساده ­تری برای تغییر دادن ساختار فلز را ایجاد می­کند. فولادهای پرآلیاژ که شامل مقدار زیادی کربن و همچنین عناصر آلیاژی مس و برنج هستند تحت عملیات آنیل کردن نرم قرار می­گیرند.

تمپر کردن

فلزات معمولاً به منظور بهبود سختی و چقرمگی آنها تحت عملیات تمپر کردن پس از فرآیندهای عملیات حرارتی مانند کارسختی خنثی و سایر فرآیندهای کارسختی به منظور رسیدن به نسبت سختی/چقرمگی محصول نهایی فلز قرار می­گیرند.این فرآیند معمولاً پس از سریع سرد کردن یا عملیات های سرد کردن در هوا انجام می­گردد، همچنین تمپر کردن به منظور آزاد سازی تنش­های ایجاد شده بوسیله فرآیند سریع سرد کردن در فلز انجام می­شود. وابسته به نوع فولادی که تحت عملیات تمپر کردن قرار می­گیرد، یک محدوده دمایی مشخص برای رسیدن به خواص فلز مورد نظر وجود دارد. این محدوده­های دمایی شامل موارد زیر می­باشند:

۱۶۰ تا ۳۰۰ درجه سانتی­گراد: تمپر کردن دمای پایین، معمولاً برای اجزاء کارسختی شده و فولادهای ابزار کارسرد شده استفاده می­گردد.

۳۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتی­گراد: در اکثر مواقع برای تمپر کردن فولادهای فنر یا کاربردهای مشابه استفاده می­گردد.

بیش از ۵۰۰ درجه سانتی­گراد: تمپر کردن دمای بالا، برای فولادهای تمپر کردن و سریع سرد شده که برای کاربرد در ابزار دمای بالا و یا فولادهای سرعت بالا استفاده می­گردد.

سریع سرد کردن

کارسختی سریع سرد شده یا سریع سرد کردن شامل حرارت دادن فلزات بیش از دمای بحرانی و کاهش دمای سریع فلزات تا دمای اتاق بوسیله قرار دادن قطعه داغ در آب، روغن یا مایع مناسب دیگر برای سخت کردن کامل ساختار می­باشد.

باحذف یک فرآیند سرد کردن طولانی،سرد کردن می­تواند میکرو ساختار فلز راتغییردهد تامحصول نهایی به طور یکنواخت سخت شود.

سرد کردن فشاری: این شکل از سرد کردن بسیار پر طرفدار است زیراکه عملیات حرارتی فلزات برای اجزاء گرد یا تخت بزرگ مانند چرخ دنده ­ها،قطعات تولیدکننده انرژی بادی،تیغه ­های اره و غیره انجام استفاده می­گردد