انواع عملیات حرارتی که روی فولاد انجام می‌شود این امکان را به‌جود می‌آورد تا از این آلیاژ در صنایع مختلف و برای کاربردهای متفاوت استفاده کرد. اما منظور از عملیات حرارتی چیست و چند نوع فرآیند برای این منظور وجود دارد؟

فولاد یکی از پرکاربردترین آلیاژها به‌شمار می‌آید که در صنایع مختلف می‌توان از آن استفاده کرد بدون اینکه لازم باشد در ترکیب شیمیایی آن تغییری به‌وجود بیاید. البته برای این منظور باید از عملیات حرارتی کمک گرفت تا خواص مورد نیاز در این آلیاژ ایجاد شود.

منظور از عملیات حرارتی چیست؟

انواع عملیات حرارتی وجود دارد تا با اعمال آن‌ها روی فولاد، خواص مکانیکی این فلز آلیاژی را تغییر داد یا به‌عبارتی بهبود بخشید. فرآیند حراتی در هر روشی که انجام شود شامل 3 مرحله است.

در مرحله اول باید فولاد تحت دمای مشخصی قرار گیرد که این حرارت ممکن است بالا یا پایین‌تر از دمای بحرانی باشد. مرحله دوم نیز شامل مدت‌زمان به‌خصوصی است که فولاد باید در این شرایط نگهداری شود تا خواص لازم در آن به‌وجود بیاید.

در مرحله آخر باید شرایطی جدید و کاملا کنترل‌شده ایجاد کرد تا فولاد در مدت‌زمان و تحت دمای به‌خصوصی سرد شود. با این تفاصیل به فرآیند گرم و سرد کردن فولاد در دمای مشخص برای ایجاد خواص لازم و دستیابی به زیرساختار، عملیات حرارتی می‌گویند.

با انواع عملیات حرارتی فولاد آشنا شوید

فولاد در هر صنعتی که مورد استفاده قرار بگیرد به ویژگی‌های به‌خصوصی نیاز دارد. ازاین‌رو نمی‌توان از یک فرآیند حرارتی انتظار داشت تمام خواص لازم را ایجاد کند. پس انواع مختلفی از این عملیات به‌وجود آمد تا بدون دست‌کاری ترکیب شیمیایی این فلز، ویژگی‌ها و کاربردهای کلی آن را تغییر داد.

به‌طور کلی عملیات حرارتی را می‌توان در 2 دسته سطحی و حجمی دسته‌بندی کرد. هرکدام از این گروه‌ها خود دارای چند روش به‌خصوص هستند که عبارت‌اند از:

• کربن‌دهی
• نیتروژن‌دهی
• حرارت‌دهی سطحی موضعی
• بوردهی
• سخت‌ کردن سطحی با روش‌های نوین
• آنیل کردن
• نرماله کردن
• سختکاری
• تمپر
• تنش‌گیری

معرفی انواع عملیات حرارتی سطحی

عملیات حرارتی سطحی معمولا زمانی کاربرد دارد که یک قطعه باید از مقاومت بالایی در برابر سایش برخودار باشد. در ادامه با انواع این فرآیند آشنا می‌شوید.

عملیات حرارتی کربن‌دهی

عملیات کربن‌دهی به 3 صورت پودری، مایع و گاز انجام می‌شود. در نوع پودری باید فولاد را به‌همراه موادی مانند زغال چوب که کربن‌ده هستند، بسته‌بندی کنند و سپس در معرض دمای بالا قرار دهند. در این روش نباید فولاد را بلافاصله سرد کرد.

کربن‌دهی مایع، روشی سریع و آسان نسبت به نوع پودری به‌شمار می‌آید. در این راه‌کار معمولا قطعات کوچک فولادی را در اسید فلزاتی مانند ترکیب نمک‌های کربنات سدیم و نمک‌های سیانید سدیم می‌ریزند و برای مدتی بین 4 دقیقه تا یک‌ساعت حرارت می‌دهند.

دیگر عملیات حرارتی به فولاد، نوع گازی کربن‌دهی است که به‌دلیل سرعت بالا و هزینه پایین، برای کربن‌دهی آلیاژها در تولید انبوه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، باید فولاد برای چند ساعت در معرض دمای 900درجه سانتی‌گراد و گازهایی که توانایی تجزیه سطح مقطع و تولید کربن اتمی را دارند، بماند.

عملیات حرارتی نیتروژن‌دهی (نیتریتاسیون)

نیتریده‌کردن از انواع عملیات حرارتی دیگری است که در آن قطعه فولادی در معرض نیتروژن اتمی با دمای کم‌تر از دمای AC1 قرار می‌گیرد. در این شرایط ذرات نیتروژن توانایی نفوذ به سطح آلیاژ را دارند و باعث ایجاد پوسته‌ای سفت می‌شوند که در برابر سایش کاملا مقاوم است.

عملیات حرارتی سخت‌کاری سطحی موضعی

یکی دیگر از انواع عملیات حرارتی فولاد، سخت‌کردن سطحی موضعی است که به 2 روش شعله‌ای و القایی انجام می‌شود. در روش اول باید با استفاده از گاز قابل احتراق مانند استیلن سطح مورد نظر را به کمک شعله حرارت داد و سپس تمام مقطع را در آب، سرد کرد. البته برای مقاطع بزرگ تجهیزات به‌خصوص وجود دارد.

در روش القایی نیز باید ابتدا سطح مورد نظر را آستنیته‌ و بلافاصله سرد کرد. برای ایجاد حرارت لازم از سیم‌پیچ هادی که جریان متناوب با فرکانسی بین 2 تا 50 کیلو هرتز را عبور می‌دهد استفاده می‌شود.

عملیات حرارتی بوردهی

فرآیند بوردهی علاوه‌بر فولاد برای آلیاژهای آهنی و غیرآهنی کاربرد دارد. در طی این فرآیند حرارتی، ترموشیمی و نفوذ شیمیایی، قطعه باید بین یک تا 12 ساعت در محیطی قرار بگیرید که امکان آزادسازی اتم‌های عنصر بور در آن وجود داشته باشد. دمای مورد نیاز برای این نوع عملیات حرارتی 700 تا 1000درجه سانتی‌گراد است.

عملیات حرارتی سخت‌کردن سطحی نوین

انواع عملیات حرارتی که تاکنون با آن‌ها آشنا شدید از قدمت بالایی برخوردارند. در کنار این موارد چند روش جدید نیز به‌وجود آمد تا هرکدام عملکرد و تاثیر به‌خصوصی بگذارند.

• سخت‌کردن با پرتوی الکترونی: در این روش الکترون‌های آزادشده به‌صورت پرتویی متمرکز و با سرعت بالا به سطح مقطع برخورد می‌کنند و حرارت لازم را به آن می‌دهند.
• سخت‌کردن با لیزر: با کمک لیزر می‌توان سخت‌کاری سطحی موضعی و ایجاد پوسته مارتنزیت را به‌راحتی انجام داد بدون اینکه در ساختار فولاد تغییری به‌وجود بیاید. همچنین میزان حرارت کاملا کنترل‌شده است تا باعث ذوب‌شدن مقطع نشود. این روش شبیه فرآیند القایی و شعله‌ای است اما با استفاده از آن می‌توان فاصله تجهیزات تا قطعه را به‌طور دقیق مشخص کرد.
• القا یا کاشت یونی: کاشت یون باعث اصلاح ترکیب شیمیایی و افزایش مقاومت مقطع فولادی می‌شود. یون‌های نیتروژن بهترین گزینه برای استفاده در این فرآیند به‌شمار می‌آیند و نفوذ آن‌ها به سطح فولاد باعث مقاومت آن در برابر خوردگی و بهبود خواص تریبولوژیکی می‌شود.

معرفی انواع عملیات حرارتی حجمی

در شرایطی که مقطع فولادی باید در برابر نیروهای ضربه‌ای مقاوم باشد، لازم است با استفاده از عملیات حرارتی حجمی، استحکام لازم را به آن داد. در ادامه با روش‌های موجود برای این نوع فرآیند آشنا می‌شوید.

عملیات حرارتی آنیل‌کردن

در آنیلینگ پس‌از عملیات حرارت‌دهی، خواص فولاد تغییر می‌کند. در این زمان برای دستیابی به خواص جدید باید ساختار ملکولی را متراکم کرد. همچنین می‌توان فرآیند شکل‌دهی را انجام داد.

آنیل کامل، یکی از انواع عملیات حرارتی است که در آن فولاد هیویو تکنویید را در ناحیه تک‌فازی آستنیت، حرارت می‌دهند. برای فولاد هایبریو تکتویید این فرآیند باید در ناحیه 2 فاز آستنیت-سمیت انجام شود. با این کار سمننیت پروپوتکتوبید، مجمتع شده و حالت کروی به‌خود می‌گیرد.

آنیل هم‌دما، دیگر روش برای سخت‌کردن حجمی است که معمولا در طول فرآیند ساخت قطعات نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش مقاطع را در کوره‌هایی با دمای 700درجه سانتی‌گراد قرار می‌دهند تا فولاد ریخته‌گری یا نوردشده در دمای اتاق ترک نخورد.

عملیات حرارتی نرماله‌کردن

این روش نرمال‌سازی حجمی، میکروساختاری شبیه فرآیند آنیلینگ ایجاد می‌کند. درخصوص تفاوت این 2 روش باید گفت در نرماله‌کردن، فرآیند خنک‌سازی در دمای محیط انجام می‌شود. درحالی‌که مقاطع تحت حرارت در آنیلینگ با سرعتی مشخص در کوره خنک خواهند شد.

عملیات حرارتی سختکاری

در فرآیند حرارتی سختکاری باید مقطع فولادی را برای مدتی مشخص در دمای 10 تا 98درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای بحرانی نگهداشت تا تغییرات لازم در ساختار به‌وجود بیاید.

برای جداسازی قطعه در این فرآیند باید از روش کوئنچ استفاده شود. خنک‌سازی مقطع نیز با سرعت بالا در آب، آب نمک یا روغن انجام خواهد شد و در آخر خواص فولاد بهبود پیدا می‌کند.

عملیات حرارتی تمپر

تمپرکردن یکی از انواع عملیات حرارتی است که بعداز سخت‌شدن مقطع مورد استفاده قرار می‌گیرد تا از شکنندگی آن جلوگیری کند. در این روش، مقطع در دمایی پایین‌تر از نقطه بحرانی گرم می‌شود و ازاین‌رو خواص مهم آن مانند شکل‌پذیری و چقرمگی بهبود پیدا می‌کند.

عملیات حرارتی تنش‌گیری

قطعات فولادی در طول فرآیند ساخت یا حرارت‌دهی ممکن است دچار تنش‌های داخلی شوند که در این صورت احتمال شکنندگی یا تاب‌برداشتن آن‌ها وجود دارد. با انجام حرارت‌دهی زیر دمای بحرانی پس‌از هر عملیات، می‌توان تنش‌های موجود در مقطع را از بین برد.

قیمت روز فولاد آلیاژی

با توجه به اینکه انواع عملیات حرارتی هزینه به‌خصوصی برای تولیدکنندگان ایجاد می‌کنند، احتمال اینکه قیمت فولاد آلیاژی تعیین‌شده برای مقاطع متفاوت باشد، زیاد است. ضمن اینکه میزان عرضه و تقاضا، ارز و تورم نیز در نرخ فولاد تاثیر می‌گذارد. برای اطلاع از نوسانات قیمت و مشاهده قیمت روز انواع فولاد آلیاژی بر روی این لینک https://mihanfooladco.com/product-category/alloy-steel/ کلیک کنید تا به صورت آنلاین قیمت انواع فولادهای آلیاژی را مشاهده و بررسی نمایید.

جمع‌بندی

از انواع عملیات حرارتی که روی فولاد انجام می‌شود باید به کربن‌دهی، نیترژن‌دهی، سخت‌کردن موضعی، بوردهی، استفاده از لیزر، کاشت یون، سخت‌کردن با پرتوی الکترونی، آنیل‌کردن، سختکاری، تمپر و تنش‌گیری اشاره کرد.