ممکن است شنیده باشید که در دنیا بیش از ۳۵۰۰ نوع آلیاژ از فولاد وجود دارد که هر یک از آنها در خواص خود دارای تفاوت ها و تمایزاتی نسبت به یکدیگر هستند. این تمایزات ممکن است یا از طریق تفاوت در ترکیب شیمیایی ایجاد شود و یا ممکن است در طی فرایند اولیه، ثانویه و یا تکمیلی اعمال شده بر ماده، تفاوت هایی در پارامترهای تعیین کننده بر خواص و رفتار ماده وجود داشته باشد.
بنابراین، با اینکه فولادها دارای دامنه عملکردی بالقوه ای در ترکیب شیمیایی خود هستند، اما مهندسین می‌توانند با طراحی فرایندهای مختلف حرارتی از جمله آنیل کردن، تمپرکردن، سختکاری کردن و …. ویژگی خاصی را در فولاد بهبود و یا ویژگی خاص دیگری را کاهش دهند.
آیا با روش های عملیات حرارتی فولادها آشنایی دارید؟ همانطور که گفته شد، کلیه روش های عملیات حرارتی در فولادها به منظور تغییر خواص کنونی آن فولاد و بهبود یک یا چند خاصیت به طور همزمان در آن است که این اتفاق در طی فرایند گرم و سپس سرد کردن در دمای مشخص و به مدت زمان مشخص روی می‌دهد. یکی از مهمترین فرایندهای عملیات حرارتی در فولادها، آنیل کردن است که به آن بازپخت می‌گویند.
در این مقاله خواهید دانست که هدف از آنیل کردن فولاد چیست و محصولات فولادی برای چه نوع کاربردهایی نیاز به آنیل دارند. پس با ما همراه باشید.
تعریف دقیق فرایند آنیل کردن
فرایند آنیل کردن یا بازپخت یک فرآیند عملیات حرارتی است که باعث تغییر خواص فیزیکی و بعضاً شیمیایی ماده برای افزایش شکل پذیری و کاهش سختی به منظور کارکرد بهتر و موثرتر آن می شود.
برای فرآیند باز پخت (آنیل) نیاز است تا ماده در دمای بالاتر از دمای تبلور مجدد آن، برای مدت زمان مشخصی قبل از خنک شدن قرار گیرد. شدت یا همان سرعت خنک سازی برای هر فلزی که در فرایند بازپخت قرار گیرد، به جنس آن بستگی دارد. به عنوان مثال، در فرایند آنیل فلزات برپایه آهن مانند فولاد معمولاً در هوای آرام تا دمای اتاق خنک می شوند در حالی که مس ، نقره و برنج می توانند هم به آرامی در هوا خنک شوند و هم به سرعت در آب خاموش شوند.
در این فرایند گرمایی که در مدت زمان مشخصی به فلز داده می‌شود، باعث مهاجرت اتمها در شبکه کریستالی و کاهش تعداد نواص ساختاری می شود که همین امر منجر به تغییر شکل پذیری و سختی می‌گردد. حال، مواد حرارت دیده در طی خنک شدن، مجدداً متبلور می‌شوند. یعنی دانه بندی در آن ها از نو شکل میگیرد و جوانه زنی دانه ها صورت میگیرد. بنابرین، اندازه دانه بلور و ترکیب فاز به میزان گرمایش و سرمایش بستگی دارد و این امر، به نوبه خود می‌تواند خصوصیات مواد را تحت تاثیر قرار دهد.
از طرفی، انجام کار سرد و گرم بر روی قطعات فلزی پس از فرایند آنیل یا بازپخت، یک بار دیگر ساختار مواد را تغییر می‌دهد، بنابراین برای دستیابی به خواص نهایی مورد نظر، ممکن است عملیات بیشتری بر روی یک قطعه فلزی مشخص لازم باشد.
با این تفاسیر و با آگاهی از ترکیب مواد و نمودارهای فازی موجود در کتب مختلف متالورژیکی، عملیات حرارتی می تواند فلزات را نرم کرده و آنها را برای قابلیت کار بیشتر مانند شکل دهی بیشتر و مهر زنی آماده می‌کند و علاوه بر اینها می‌تواند از شکست ترد و شکننده فلزات جلوگیری کند.
کوره های بازپخت چگونه کار می کنند؟
یک کوره بازپخت با گرم کردن ماده در بالاتر از دمای تبلور مجدد آن و سپس خنک کردن با سرعت تعیین شده، به میزانی که در مدت زمان تعیین شده در دمای مطلوب نگه داشته می شود، بکار گرفته می‌شود. لذا در عین حال که فرآیند گرمایش باعث توزیع مجدد اتم ها و حرکت آنها و همچنین از بین بردن برخی عیوب در قطعه کار شده می‌گردد، این ماده با خنک شدن دوباره تبلور می یابد.
مراحل فرایند آنیل (بازپخت) چیست؟
به طور خلاصه، فرایند آنیل کردن در سه مرحله اتفاق می افتد:
- مرحله بازیابی
- مرحله تبلور مجدد
- مرحله رشد دانه
- ۱٫ مرحله بازیابی
این مرحله در ابتدای عملیات حرارتی آنیل کردن رخ می‌دهد. در این مرحله از کوره یا سایر وسایل گرمایشی برای افزایش دمای مواد تا میزانی استفاده می شود که تنش های داخلی برطرف شود.
- ۲٫ مرحله تبلور مجدد
گرم کردن مواد در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد و زیر نقطه ذوب آن باعث تشکیل دانه های جدید بدون هیچ گونه تنش باقیمانده ساختاری می شود.
- ۳٫ مرحله رشد دانه
خنک سازی مواد با سرعت مشخص باعث رشد دانه های جدید می شود. پس از آن، مواد قابلیت شکل پذیری بیشتری خواهند داشت. در ادامه، عملیات ثانویه دیگری برای تغییر خواص مکانیکی را نیز می توان به دنبال عملیات بازپخت انجام داد.
هدف از بازپخت یا آنیل کردن فولاد چیست؟
- با اینکار سختی فولاد را کاهش دهید و متقابلا انعطاف پذیری آن را بهبود بخشید. در نتیجه فرایندهایی همچون ماشینکاری و پردازش و تغییر شکل سرد را تسهیل کنید.
- همگن سازی و یکنواخت کردن ترکیب شیمیایی فولاد در کل قطعه
- اصلاح اندازه دانه ها
- از بین بردن تنش های داخلی و مقاوم شدن قطعه برای جلوگیری از رشد آسان ترک.
چند نوع فرایند آنیل کردن داریم؟
به طور کلی ۶ نوع عملیات حرارتی آنیلینگ وجود دارد که هر یک بسته به روش گرم و سرد کردن و درجه حرارت انتخاب شده برای فرایند با یکدیگر متفاوت هستند. این فرایندها عبارتند از:
- فرایند آنیل کامل
- فرایند آنیل هم دما
- فرایند آنیل تنش زدایی
- فرایند آنیل بازیابی و تبلور مجدد
- فرایند آنیل نرماله کردن
- فرایند آنیل پیوسته
