فولاد نظریان

عملیات حرارتی

عملیات حرارتی فرآیندی است که در آن با گرم و سرد کردن فولاد، تغییرات در ویژگی های فیزیکی و مکانیکی آن ایجاد میگردد، بدون آنکه شکل آن تغییر کند. می توان گفت که عملیات حرارتی روشی است برای تقویت و استحکام فولاد، اما می تواند برای تغییر برخی از خصوصیات مکانیکی مانند بهبود قابلیت شکل پذیری ، ماشینکاری و غیره نیز مورد استفاده قرار گیرد.

فرآیند عملیات حرارتی برای فولادها، شامل استفاده از گرمایش یا سرمایش ، معمولا در دمای بسیار بالا، برای رسیدن به نتیجه مطلوب است. عملیات حرارتی، یک فرآیند ساخت بسیار مهم است، که نه تنها به فرآیند تولید کمک می کند بلکه می تواند محصول ، عملکرد و ویژگی های آن را از بسیاری جهات بهبود بخشد.

فرآیندهای عملیات حرارتی

سخت کردن

سختی کاری، شامل گرم کردن فولاد و نگه داشتن آن در دمای مناسب، تا زمانی که تمام پرلیت به آستنیت تبدیل شود، میباشد و سپس به سرعت کوینچ میشود، بدین معنی که در آب یا روغن فرو برده میشود.
این دمای مناسب به میزان کربن موجود در فولاد بستگی دارد. زمان گرمایش باید افزایش یابد تا اطمینان حاصل شود که هسته فولاد نیز به طور کامل به آستنیت تبدیل شده است. ریزساختار قسمت های سخت شده فولاد، فریت ، مارتنزیت یا سمنتیت است.

تمپر کردن (برگشت دادن)

تمپر کردن به معنای گرم کردن فولاد کوینچ و سخت شده، برای مدتی زمان مناسب و کافی است، تا فولاد بتواند به حالت تعادل ساختاری برسد. سختی و استحکام بدست آمده بستگی به دمایی دارد که در آن انجام می شود.
 درجه حرارت بالاتر منجر به انعطاف پذیری زیاد، اما استحکام و سختی پایین خواهد شد و دمای کم به هنگام تمپر کردن، انعطاف پذیری کم، اما استحکام و سختی بالا را ایجاد میکند. در عمل، دمای مناسب تمپر کردن به گونه ای انتخاب می شود که سطح سختی و استحکام مطلوب را ایجاد می کند.

این فرآیند بر روی تمام فولادهای کربنی سخت شده به منظور کاهش شکنندگی آنها انجام میگردد تا بتوان از آنها در کاربرد های مورد نظر به طور مؤثری استفاده نمود.

آنیلینگ (بازپخت)

آنیلینگ بخشی از عملیات حرارتی است که در آن فولاد به طور مجدد، تا دمایی معین گرم و سپس به طور آهسته سرد میشود تا به دمای اتاق برسد. در واقع این فرآیند با گرم کردن یک قطعه فولاد در دمای مناسب و سپس خیساندن آن در همان درجه حرارت و خاموش کردن کوره در حالی که قطعه همچنان در آن قرار دارد، انجام میشود. در نتیجه، ریزساختار فولاد، از انعطاف پذیری و چقرمگی بالا، اما سختی کم برخوردار میگردد. همچنین برای بهبود قابلیت ماشین‌کاری یا عملیات سرد، بهبود خواص مکانیکی یا الکتریکی یا ترقی در پایداری ابعادی، می‌توان از فرآیند بازپخت یا آنیلینگ استفاده کرد.

نرمالیزاسیون

این فرآیند شامل گرم کردن فولاد و سپس نگه داشتن آن برای مدت زمانی در آن درجه حرارت، و سپس خنک کردن آن در هوا است. ریزساختار حاصل، ترکیبی از فریت و سمنتیت است که از استحکام و سختی بالاتری برخوردار است اما انعطاف پذیری کمتری دارد. نرمالیزاسیون روی سازه ها و اجزای سازه ای، که در معرض ماشین کاری قرار می گیرند، انجام می شود، زیرا باعث بهبود ماشینکاری فولادهای کربنی می شود.

کربوراسیون

کربوراسیون فرآیندی از عملیات حرارتی است که در آن فولاد تا یک درجه حرارت پایین تر از نقطه ذوب، در حضور یک ماده مایع، جامد یا گازی که تجزیه می شود تا در هنگام گرم شدن در دمای مورد استفاده، کربن آزاد کند. بنابراین سطح بیرونی یا سطح خارجی فولاد نسبت به قبل، از کربن بالاتری برخوردار خواهد بود. هنگامی که فولاد بوسیله کوینچ کردن سرد میشود، محتوای کربن بالاتر، روی سطح خارجی آن سخت میشود، در حالی که هسته فولاد به اندازه کافی محکم و نرم باقی میماند.

سختی کاری سطحی

در بسیاری از کاربردهای مهندسی، لازم است سطح سازه به اندازه کافی سخت باشد تا در مقابل سایش،  ضمن حفظ انعطاف پذیری و چقرمگی، در برابر بارگذاری شوک مقاومت کند. که این کار به سختی کاری سطحی معروف است. این کار میتواند با آستنیت و کوینچ موضعی و انتشار عناصر سخت کننده مانند کربن یا نیتروژن در سطح حاصل شود.