عملیات حرارتی

عملیات حرارتی (Heat Treatment) مجموعه ای از فرایندهای گرم کردن و سرد کردن است که برای حصول خواص فیزیکی، مکانیکی و گاهی شیمیایی مدنظر مواد بر روی قطعات انجام می گردد. مورد استفاده عملیات حرارتی عموماً در صنعت متالورژی  است. اگر چه عملیات حرارتی به منظور تولید قطعات غیر فلزی به مانند سرامیک ها و شیشه ها نیز به کار برده می شود. در فرآیند عملیات حرارتی عموماً از دو سیکل گرمایش یا سرمایش تا دماهای معین استفاده می شود، و از تکنیک های مختلفی تشکیل شده است. تکنیک های مرسوم و شناخته شده در عملیات حرارتی عبارتند از:

• آنیل کردن
• پیرسازی
• نرمالیزاسیون
• کربن دهی سطحی
• کوئنچ و تمپر کردن

عملیات حرارتی فولادها

عملیات حرارتی خواص فیزیکی و مکانیکی فولادها را تحت تاثیر قرار می دهد. فولادها آلیاژهایی متشکل از آهن و کربن است. انواع کم کربن آنها، کربنی در حدود سه صدم تا سه دهم درصد دارند. میزان فولادهای کربن متوسط در بازه سی و پنج صدم تا پنجاه و پنج صدم و فولادهای پر کربن در بازه شش دهم تا یک و نیم درصد است. با افزایش میزان کربن قابلیت سخت کاری فولادها نیز افزایش می یابد. برای افزایش سختی فولادهای کم کربن باید از روش هایی غیر از عملیات حرارتی معمول استفاده کرد.

• عملیات حرارتی کوئنچ کردن: در این عملیات ابتدا نمونه را تا یک دمای معین و بیشتر از دمای بحرانی در کوره حرارت داده و برای مدتی در آن دما نگه می دارند تا تعادل ایجاد شود. سپس نمونه را از کوره خارج کرده و آنرا به صورت ناگهانی در داخل حمام آب و یا روغن سرد می کنند. این عملیات منجر به ایجاد فاز سخت مارتنزیت در فولادها می شود. این فاز با این حال بسیار ترد و شکننده است.
• عملیات حرارتی آنیل کردن یا بازپخت: از طرطق عملیات حرارتی آنیل کردن می توان نمونه های کوئنچ شده را بازگردانی کرد. در این عملیات حرارتی نمونه تا دمای معینی گرم شده ولی بر خلاف کوئنچ کردن، فرآیند خنک سازی به صورت آهسته انجام می شود. حتی اگر قطعه سخت کاری نشده باشد، از عملیات آنیل کردن برای تنش زدایی استفاده می شود.
• عملیات حرارتی تمپر کردن یا برگشت دادن: پس از انجام عملیات حرارتی کوئنچ کردن، به منظور کاهش تردی قطعه این عملیات انجام می شود. در عملیات تمپر کردن، قطعه را مجدداً تا دمایی معین و در حدود ۲۰۰ تا ۷۰۰ درجه سانتی گراد گرم کرده و سپس به آهستگی سرد می کنند. از این طریق بخشی از فاز مارتنزیت به فازهای فریت و سمنتیت تبدیل می شود. با این کار داکتیلیته نمونه افزایش می یابد.
• عملیات حرارتی نرماله کردن: این عملیات حرارتی مشابه عملیات آنیل کردن است. تفاوت آن در زمان حرارت دهی کمتر و سرعت بالاتر سرد کردن است. فولاد تولید شده در این روش دارای سختی بیشتر از فولاد آنیل شده است.
• عملیات کربن دهی سطحی: در این فرآیند فولاد در محیط گاز منو اکسید کربن و یا در حضور زغال گرم می شود. در این فرآیند سطح نمونه کربن را جذب می کند.
• عملیات تنش زدایی: تغییرات دمایی و یا تغییر شکل فلزات منجر به ایجاد تنش در قطعات می شود. تنش ها می تواندد منجر به ترک خوردن، تاب برداشتن و یا شکست در قطعات در حین تولید یا کاربرد آنها شود. در این عملیات نمونه را تا دمای معینی تحت سیکل عملیات حرارتی قرار می دهند. زمان حرارت دادن بستگی به دما و ابعاد نمونه دارد. سرعت گرم شدن و سرد شدن به آهستگی صورت می پذیرد.