چرا به عملیات حرارتی نیاز داریم؟

• تنوع خواص: مواد اولیه اغلب خواصی دارند که برای کاربردهای خاص مناسب نیستند. عملیات حرارتی به ما اجازه می‌دهد تا خواص مورد نظر را در مواد ایجاد کنیم.
• بهبود عملکرد: با بهبود خواص مکانیکی، می‌توان از مواد در شرایط سخت‌تر و با عمر مفید بیشتر استفاده کرد.
• کنترل ساختار: عملیات حرارتی به ما امکان می‌دهد تا ساختار میکروسکوپی مواد را کنترل کنیم و در نتیجه خواص مورد نظر را به دست آوریم.

انواع عملیات حرارتی و کاربردهای آن‌ها

عملیات حرارتی انواع مختلفی دارد که هر یک با هدف خاصی انجام می‌شود. برخی از مهم‌ترین انواع آن عبارتند از:

• آنیل کردن:(Annealing) آنیل کردن یا بازپخت یکی از مهم‌ترین فرآیندهای عملیات حرارتی است که با هدف تغییر خواص فیزیکی و مکانیکی فلزات انجام می‌شود. در این فرایند، فلز تا دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد گرم شده و سپس به آرامی سرد می‌شود. در طی فرآیند آنیل کردن، اتم‌های فلز انرژی کافی برای حرکت به دست می‌آورند و می‌توانند جایگاه‌های پایدارتری را در شبکه کریستالی پیدا کنند. این کار باعث کاهش تعداد نابجایی‌ها، کاهش تنش‌های داخلی و تشکیل دانه‌های جدید می‌شود. کاهش سختی و افزایش شکل‌پذیری، کاهش تنش‌های داخلی، بهبود خواص مکانیکی و یکنواختی ساختار از اهداف آنیل کردن است.
• نرمال کردن:(Normalizing) نرمال‌سازی یکی از مهم‌ترین فرآیندهای عملیات حرارتی است که با هدف بهبود خواص مکانیکی و متالورژیکی فلزات، به ویژه فولادها، انجام می‌شود. در این فرایند، فلز تا دمایی بالاتر از دمای تبدیل آستنیت گرم شده  تا تمام کاربیدها حل شده و ساختار آستنیتی همگنی تشکیل شود سپس در هوا سرد می‌شود. در طی این فرآیند، آستنیت به پرلیت و فریت تبدیل می‌شود و ساختار جدیدی تشکیل می‌شود.نرمال سازی با هدف یکسان‌سازی ساختار، بهبود خواص مکانیکی، حذف تنش‌های داخلی و آماده‌سازی برای عملیات حرارتی بعدی انجام می‌گیرد.
• سخت‌کاری:(Hardening) سخت‌کاری یک فرآیند عملیات حرارتی است که با هدف افزایش سختی و مقاومت به سایش فلزات، به ویژه فولادها، انجام می‌شود. این فرآیند شامل گرم کردن فلز تا دمای معینی و سپس سرد کردن سریع آن است. هدف اصلی سخت‌کاری، تغییر ساختار داخلی فلز و ایجاد یک ساختار سخت‌تر و مقاوم‌تر به سایش است. در این فرایند فلز تا دمای آستنیتی گرم می‌شود، پس از گرمایش، فلز به سرعت در یک محیط سرد کننده مانند آب، روغن یا هوا سرد می‌شود. این سرد شدن سریع باعث ایجاد ساختار مارتنزیت می‌شود که بسیار سخت و ترد است.
• تمپر کردن :(Tempering) تمپر کردن یک فرآیند عملیات حرارتی است که معمولاً پس از سخت‌کاری انجام می‌شود. هدف اصلی از تمپر کردن، کاهش تردی و افزایش چقرمگی فلزات سخت شده است. در این فرآیند، فلز سخت شده به مدت مشخصی در دمایی پایین‌تر از دمای آستنیتی گرم می‌شود و سپس به آرامی سرد می‌شود. طی این فرآیند، بخشی از مارتنزیت (ساختار سخت و ترد ایجاد شده در فرآیند سخت‌کاری) به کاربیدها و فریت تبدیل می‌شود. این تغییر ساختاری باعث کاهش تنش‌های داخلی، افزایش چقرمگی و کاهش اندکی سختی می‌شود.
• پیرسختی :(Precipitation Hardening) این عملیات برای افزایش استحکام آلیاژهای خاصی مانند آلومینیوم و برخی فولادهای زنگ‌نزن استفاده می‌شود. در این فرایند، ذرات ریز رسوبی در ساختار آلیاژ تشکیل شده و باعث افزایش استحکام می‌شوند.
• کربن‌دهی:(Carburizing) کربن‌دهی یا کربوره کردن یک فرآیند عملیات حرارتی است که با هدف افزایش سختی سطحی قطعات فولادی انجام می‌شود. در این فرایند، کربن به سطح فولاد نفوذ کرده و باعث تشکیل یک لایه سخت و مقاوم به سایش می‌شود. در حالی که مغز قطعه همچنان نرم و چکش‌خوار باقی می‌ماند. اصلی‌ترین هدف کربن‌دهی، افزایش سختی سطحی قطعه است تا در برابر سایش، خوردگی و ضربه مقاومت بیشتری داشته باشد. با نفوذ کربن به سطح، یک لایه سخت و مقاوم در برابر سایش تشکیل می‌شود که از لایه داخلی نرم محافظت می‌کند. کربن‌دهی باعث افزایش مقاومت به خستگی قطعه می‌شود و سطح سخت شده مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش دارد.
• نیتروژن‌دهی:(Nitriding) نیتروژن‌دهی مشابه کربن‌دهی است با این تفاوت که به جای کربن، نیتروژن به سطح قطعه نفوذ می‌کند.
• کوئنچ کردن(Quenching): کوئنچ کردن یا آب‌دهی، در واقع یکی از مراحل فرآیند سخت‌کاری است. این فرآیند به معنای سرد کردن سریع فلز پس از گرمایش است. هدف از کوئنچ کردن، تبدیل ساختار آستنیت به مارتنزیت است که باعث افزایش سختی و مقاومت به سایش می‌شود. کوئنچ کردن به تنهایی نمی‌تواند باعث سخت‌کاری شود. برای سخت‌کاری، ابتدا باید فلز را گرم کرده و سپس آن را کوئنچ کرد. سخت‌کاری فرآیندی است که کوئنچ کردن یکی از اجزای آن است.
• تنش زدایی(Stress Relief): فرآیندی در عملیات حرارتی است که برای کاهش یا حذف تنش‌های داخلی ایجاد شده در فلزات به کار می‌رود. این تنش‌ها معمولاً در اثر فرآیندهای تولید مانند جوشکاری، ریخته‌گری، ماشینکاری یا کوئنچ کردن ایجاد می‌شوند. در این فرآیند، قطعه فلزی تا دمای مشخصی گرم می‌شود و سپس به آرامی سرد می‌شود. دمای گرمایش معمولاً زیر دمای بحرانی است تا از تغییر فاز جلوگیری شود. با گرم کردن قطعه، اتم‌های فلز انرژی کسب می‌کنند و می‌توانند موقعیت‌های پایدارتری را پیدا کنند. درنتیجه، تنش‌های داخلی کاهش می‌یابند. تنش‌زدایی به منظور جلوگیری از ترک خوردگی، افزایش عمر خستگی ، بهبود شکل‌پذیری و کاهش اعوجاج انجام می‌گیرد.
• دانه بندی مجدد(Recrystallization): دانه‌بندی مجدد یک فرآیند عملیات حرارتی است که برای بازیابی خواص اولیه فلزاتی که تحت تغییر شکل پلاستیک قرار گرفته‌اند، انجام می‌شود. این فرآیند به فلز اجازه می‌دهد تا پس از کار سرد (مانند نورد، کشش یا آهنگری) که باعث تغییر شکل دانه‌ها و ایجاد تنش‌های داخلی می‌شود، به حالت اولیه خود بازگردد. این فرایند با هدف رفع اثرات کار سرد، کاهش تنش‌های داخلی و بهبود خواص مکانیکی صورت می‌گیرد. در این فرآیند، فلز تا دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد گرم می‌شود. در این دما، دانه‌های تغییر شکل یافته و دارای تنش داخلی شروع به کوچک شدن می‌کنند و دانه‌های جدید و بدون تنش در اطراف آن‌ها تشکیل می‌شوند. این دانه‌های جدید، کوچکتر، یکنواخت‌تر و فاقد نقص هستند.

پارامترهای موثر بر عملیات حرارتی

• دما: دمای گرم کردن و سرد کردن
• زمان: مدت زمان نگهداری در دماهای مختلف
• سرعت سرد شدن: سرعت سرد کردن پس از گرم کردن
• اتمسفر کوره: نوع گاز یا محیطی که قطعه در آن گرم می‌شود
• ترکیب شیمیایی ماده: نوع ماده و عناصر آلیاژی موجود در آن

کوره‌های عملیات حرارتی

برای انجام عملیات حرارتی، از کوره‌های مختلفی استفاده می‌شود. انتخاب نوع کوره بستگی به نوع عملیات، اندازه قطعه و سایر پارامترها دارد. برخی از انواع کوره‌های عملیات حرارتی عبارتند از:

• کوره‌های محفظه ثابت
• کوره‌های پیوسته
• کوره‌های القایی
• کوره‌های حمام نمک

عملیات حرارتی یک فرآیند پیچیده و مهم در مهندسی مواد است که به ما اجازه می‌دهد تا خواص مواد را به طور قابل توجهی بهبود بخشیم. با انتخاب مناسب نوع عملیات حرارتی و کنترل دقیق پارامترهای آن، می‌توان به خواص مورد نظر در مواد دست یافت.

شرکت تامکار دارای دو کوره است که انواع عملیات‌های حرارتی را به صنایع مختلف ارائه می‌نماید.