فرآیندهای عملیات حرارتی - کوئنچ، تمپر، نرماله کردن، آنیل

کوئنچ کردن فولاد به معنای گرم کردن فولاد تا دمای بحرانی Ac3a (فولاد زیر یوتکتیک) یا Ac1 (فولاد بالای یوتکتیک) بالاتر از دمای مذکور و نگه داشتن آن برای مدت زمانی است، به طوری که تمام یا بخشی از آستنیته شدن انجام شود و سپس با سرعتی سریع‌تر از سرعت بحرانی خنک شدن، سرعت خنک شدن به زیر Ms (یا Ms نزدیک به ایزوترمال) برسد تا تبدیل مارتنزیت a (یا بینیت) انجام شود. معمولاً آلیاژهای آلومینیوم، آلیاژهای مس، آلیاژهای تیتانیوم، شیشه‌های تمپر شده و سایر مواد نیز از محلول جامد کمکی یا با فرآیند خنک‌سازی سریع، فرآیند عملیات حرارتی به نام کوئنچ کردن انجام می‌دهند.

 

هدف از خاموش کردن:
(1) بهبود خواص مکانیکی فلز به صورت ماده یا قطعات.
(2) بهبود خواص مواد یا خواص شیمیایی برخی از فولادهای خاص

 

روش‌های کوئنچ: عمدتاً کوئنچ تک مایع، آتش دو مایع، کوئنچ درجه‌بندی‌شده، کوئنچ ایزوترمال، کوئنچ موضعی و غیره.

تمپرینگ عبارت است از کوئنچ کردن فلز یا قطعه‌ای که تا دمای معینی گرم می‌شود، پس از مدت زمان مشخصی، و خنک کردن آن به روش خاصی از فرآیند عملیات حرارتی. تمپرینگ عملیاتی است که بلافاصله پس از کوئنچ انجام می‌شود و معمولاً قطعه کار نیز تحت عملیات حرارتی آخرین فرآیند قرار می‌گیرد و بنابراین فرآیند مشترک کوئنچ و تمپرینگ، عملیات نهایی نامیده می‌شود.
نقش تعدیل دما عبارت است از:
(1) بهبود پایداری سازماندهی، به طوری که قطعه کار در استفاده از فرآیند دیگر در سازماندهی تبدیل رخ ندهد، به طوری که هندسه و خواص قطعه کار پایدار بماند.
(2) حذف تنش‌های داخلی به منظور بهبود عملکرد قطعه کار و تثبیت هندسه قطعه کار.

(3) تنظیم خواص مکانیکی فولاد برای برآورده کردن الزامات استفاده.

 

الزامات تمپر کردن: قطعات مختلف باید در دماهای مختلف تمپر شوند تا الزامات مورد استفاده را برآورده کنند. (1) ابزارهای برش، یاتاقان‌ها، قطعات کوئنچ شده با کربن‌دهی و قطعات کوئنچ شده سطحی معمولاً در دمای 250 درجه سانتیگراد زیر تمپر کردن در دمای پایین تمپر می‌شوند، پس از تمپر کردن در دمای پایین، سختی تغییر زیادی نمی‌کند، تنش داخلی کاهش می‌یابد و چقرمگی کمی بهبود می‌یابد. (2) فنر در دمای 350 تا 500 درجه سانتیگراد تحت تمپر کردن در دمای متوسط، می‌تواند الاستیسیته بالا و چقرمگی لازم را به دست آورد. (3) قطعات فولادی سازه‌ای با کربن متوسط ​​که از تمپر کردن در دمای بالا ساخته شده‌اند، معمولاً در دمای 500 تا 600 درجه سانتیگراد تمپر می‌شوند تا استحکام و چقرمگی مناسب و تطابق خوبی به دست آید.

 

نرمال‌سازی نوعی عملیات حرارتی برای بهبود چقرمگی فولاد است، قطعات فولادی پس از مدتی نگهداری در خارج از هوا، تا دمای Ac3 بالاتر از 30 تا 50 درجه سانتیگراد گرم می‌شوند. ویژگی اصلی این است که سرعت خنک شدن سریع‌تر از بازگشت و کمتر از کوئنچ است. نرمال‌سازی می‌تواند کمی سریع‌تر باشد. در اصلاح دانه‌های کریستالی فولاد، فولاد تکی مکمل می‌تواند استحکام رضایت‌بخشی به دست آورد و می‌تواند به طور قابل توجهی نوسانات کوچک (مقدار AKV) را بهبود بخشد، تمایل به ترک خوردن قطعه را کاهش دهد. برخی از صفحات فولادی نورد گرم شده کم آلیاژ، فورج و ریخته‌گری فولاد کم آلیاژ با نرمال‌سازی، خواص مکانیکی جامع مواد را می‌توان بهبود بخشید، اما عملکرد برش را نیز بهبود می‌بخشد.

 

آنیل کردن به این صورت است که فلز به آرامی تا دمای خاصی گرم می‌شود، برای مدت زمان کافی نگهداری می‌شود و سپس با سرعت مناسبی از ناحیه سرد یک فرآیند عملیات حرارتی فلز عبور می‌کند. عملیات حرارتی آنیل به آنیل کامل، آنیل ناقص و آنیل تنش‌زدایی تقسیم می‌شود. خواص مکانیکی مواد آنیل شده را می‌توان با آزمایش کشش Kinze و همچنین با آزمایش سختی سنجی تشخیص داد. بسیاری از مواد فولادی در شرایط عملیات حرارتی برگشتی عرضه می‌شوند، برای آزمایش سختی فولاد می‌توان از دستگاه سختی‌سنج Locke و برای آزمایش سختی HRB از دستگاه سختی‌سنج سطح Locke و برای صفحات فولادی نازک‌تر، نوارهای فولادی و لوله‌های فولادی جدار نازک از دستگاه سختی‌سنج سطح Locke و برای مصالح ساختمانی از سختی‌سنج HRT استفاده کرد.
هدف از کوئنچ و آنیل: ۱. بهبود کالا برای از بین بردن سختی در فرآیند ریخته‌گری، آهنگری، نورد و جوشکاری ناشی از انواع عیوب ساختاری و همچنین تنش‌های پسماند، برای جلوگیری از تغییر شکل قطعه کار و ترک خوردن. ۲. نرم کردن قطعه کار به منظور انجام برش. ۳. اصلاح دانه‌بندی، بهبود ساختار به منظور بهبود خواص مکانیکی قطعه کار. ۴. عملیات حرارتی نهایی (کوئنچ، تمپر) برای انجام خوب استانداردهای ساختاری.
فرآیندهای آنیل که معمولاً استفاده می‌شوند عبارتند از:
(1) آنیل کامل. برای اصلاح فولاد کربنی میانی و پایینی با ریخته‌گری، آهنگری و جوشکاری پس از ظهور خواص مکانیکی ضعیف بافت زبر و بیش از حد گرم شده استفاده می‌شود.
(2) آنیل کروی. برای کاهش سختی بالای فولاد ابزار و فولاد یاتاقان پس از آهنگری استفاده می‌شود.
(3) آنیل ایزوترمال. برای فولاد زاویه‌دار با محتوای نیکل و کروم خاص در جیانگدو، فولاد ساختاری با سختی بالا استفاده می‌شود.
(4) آنیل تبلور مجدد. برای انتقال سیم فلزی، ورق در کشش سرد، فرآیند نورد سرد و پدیده سخت شدن (افزایش سختی، کاهش پلاستیسیته) استفاده می‌شود.
(5) آنیل گرافیتی. برای تبدیل چدن حاوی مقدار زیادی بدنه کربن دار به چدن چکش خوار با خاصیت پلاستیسیته خوب استفاده می‌شود.
(6) آنیلینگ نفوذی. برای یکنواخت کردن ترکیب شیمیایی آلیاژهای ریخته‌گری و بهبود عملکرد آن استفاده می‌شود.
(7) آنیل تنش‌زدایی. برای از بین بردن تنش داخلی قطعات ریخته‌گری و جوشکاری شده فولادی استفاده می‌شود.