همگن کردن فولادها یک نوع عملیات حرارتی محسوب میشود که به منظور بهتر کردن خواص مکانیکی و حذف کردن ساختار دندریتی و عدم یکنواختی ترکیبات شیمیایی مورد استفاده قرار میگیرد. این مسائل به دلیل فرآیند سرد کردن غیر تعادلی رخ میدهند و تا حد زیادی موجب کاهش خواص مکانیکی مواد میگردند. همین مسائل باعث شده که استفاده از این عملیات های حرارتی امری لازم باشد. این پروسه حرارتی به دلیل اینکه با دمای بالایی انجام میشود به همگن کردن معروف است. در این روش قطعات مورد نظر را در زمانی مشخص حرارت میدهند و سپس در دمای محیط سرد می کنند.
کاربرد عملیات حرارتی همگن کردن فولادها
همانطور که پیش تراشاره کردیم عدم یکنواختی و جدایشی که در برخی ترکیب های شیمیایی در اثر فرآیندهای ریخته گری و جوشکاری به وجود می آید میتواند تاثیرات بسیار منفی روی خواص مکانیکی یک قطعه بر جای بگذارد. عملیات حرارتی همگن این شرایط به وجود آمده را حذف کرده و باعث بهبودی خواص مکانیکی قطعه مورد نظر میشود. در آلیاژهایی که آهنی نیستند پروسه همگن کردن در محصولاتی که دارای سختی بالایی هستند انجام میشود. فرآیند همگن کردن یک پروسه زمان بر می باشد و در برخی مواقع چیزی حدود 20 الی 40 ساعت نیز ممکن است به زمان نیاز داشته باشد.
انواع عملیات حرارتی فولادها
عملیات حرارتی آنیل
به هر مدل از عملیات حرارتی که باعث تشکیل یک ساختار با انعطاف پذیری بالا و درجه سختی کم شود آنیل کردن میگویند. عملیات آنیل کاری نیز به خودی خود دارای روش های مختلفی است که در ادامه آن ها را بررسی خواهیم کرد:
عملیات آنیل کامل
آنیل کامل فرآیندی است که با حرارت دادن فولاد در دمای بالا انعطاف پذیری آن را افزایش میدهند. در این پروسه پس از آنکه قطعه را در زمان مشخصی نگه میدارند آن را در کوره به آرامی خنک می کنند.
عملیات آنیل هم دما
آنیل هم دما پروسه ای است که آن را به نام آنیل تنش زدایی نیز میشناسند که غالبا برای فولادهای کم کربن کار سرد شده از آن بهره میبرند. این عملیات میتواند باعث تبلور دوباره و نرم شدن ساختمان فریت گردد و عموما روی ساختار پرلیت تاثیر میگذارد.
عملیات حرارتی سخت کاری سطحی
این عملیات سخت کاری سطحی نوعی فرآیند است که در آن بخشی از سطح فولاد دارای سختی بیشتری نسبت به مغز آن می باشد. در طی این فرآیند لایه رویی فولاد تحت تاثیر عناصری مانند کربن، نیتروژن و بور دستخوش تغییرات میگردد.
عملیات حرارتی همگن کردن فولادها
پس از فرآیندهایی مانند ریخته گری ساختار فولاد به شکل شاخه ای و غیر یکنواخت میشود. این اتفاق به دلیل سرد شدن با سرعت بالا اتفاق میفتد که باعث کاهش خواص مکانیکی فولاد میشود و همین موضوع موجب میشود که نتوان عملیات حرارتی را به شکل مناسبی انجام داد. به علت موارد ذکر شده ساختار فولاد باید به وسیله عملیات حرارتی به شکل همگن شود.
عملیات کروی کردن
عملیات کروی کردن یکی از پروسه های بسیار رایج است که باعث به دست آمدن قطعات منعطف میگردد. برای انجام این روش باید دما و زمان را به اندازه مناسبی انتخاب کرد تا در کمترین زمان ممکن بیشترین میزان سمنتیت کروی گردد.
عملیات نرماله کردن
از دیگر عملیات های حرارتی فولاد میتوان به عملیات نرماله کردن اشاره کرد. در این پروسه بازه دمایی آستنیته کردن برای فولادهای نوع هیپویوتکتوئیدی مقداری بالاتر از محدوده دمایی مربوط به آنیل کردن می باشد. در مورد فولادهای هایپریوتکتوئید داستان کمی فرق میکند این پروسه در محدوده دمایی 50 درجه سانتی‌گراد صورت میگیرد و پس از آن قطعات را سرد می کنند. مهم ترین هدف از انجام این فرآیند کوچک کردن دانه های بزرگی است که عموما در زمان کار گرم در دمای بالا ایجاد میشود. در نرماله کردن نسبت به فرآیند آنیل میزان استحکام و سختی افزایش پیدا میکند.
عملیات تنش زدایی
بعضی از پروسه های مکانیکی و حرارتی باعث ایجاد برخی تنش ها در قطعات گوناگون میگردند که در عملکرد آن ها تاثیر منفی خواهند گذاشت. برای اینکه این تنش ها را کم کرده یا حذف کنند از عملیات تنش زدایی کمک میگیرند.برای انجام این کار به فولاد دمایی زیر Ac1 میدهند. هر چقدر که دمای تنش گیری بیشتر باشد زمان انجام عملیات نیز به همان نسبت کاهش پیدا خواهد کرد.
عملیات تمپر کردن فولاد ها
این عملیات حرارتی را در جهت کاهش دادن میزان شکنندگی قطعات فولادی سخت شده به کار میبرند. برای انجام این روش آن را تا زیر دمای Ae1 حرارت میدهند و بعد از آنکه به مدت کافی آن را نگهداری کردند اقدام به سرد کردن فولاد در دمای اتاق می کنند. در اثر فرآیند تمپر کردن فولاد میزان تنش های داخلی تا حد زیادی کم میشود و در برخی مواقع نیز حذف میگردد. این موضوع باعث زیاد شدن استحکام ضربه ای نیز میشود.
عملیات حرارتی بازیابی فولاد ها
چنانچه روی فولاد کار سرد انجام شود استحکام و سختی آن افزایش پیدا میکند. این فرآیند به کار سختی گفته میشود که به علت افزایش پیوسته معایب بلوری اتفاق میفتد. با کمک پروسه بازیابی تمام نقص های بلوری در ساختار بلوری یک فلز از میان میرود یا دچار کاهش میشود.