عملیات حرارتی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

گرم کردن و سرد کردن زمانبندی شدهٔ فلزات، سرامیک‌ها و آلیاژها را به منظور بدست آوردن خواص مکانیکی و فیزیکی مطلوب، عملیات حرارتی می‌نامند. عملیات حرارتی برای تغییر خواص فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و به ویژه متالورژیکی مواد استفاده میشود. عملیات حرارتی برای مواد غیرفلزی مانند شیشه‌ها و شیشه-سرامیک‌ها نیز بکار می‌رود.

تاریخچه[ویرایش]

دلایل عملیات حرارتی[ویرایش]

  • تنش‌زدایی، تنش‌های ناشی از عملیات و فرایندهای تولید
  • ریز کردن دانه‌بندی
  • افزایش مقاومت به سایش با ایجاد لایه سخت بر سطح و در عین حال افزایش مقاومت به ضربه با به‌وجود آوردن مرکز نرم‌تر در داخل قطعه
  • بهبود خواص فولاد به منظور اقتصادی کردن جایگزینی بعضی از انواع ارزان‌تر فولاد به جای انواع گران آن
  • افزایش جذب انرژی ضربه فولاد
  • بهبود خصوصیات برش در فولادهای ابزار
  • بهبود خواص الکتریکی
  • تغییر یا بهبود خواص مغناطیسی

عملیات حرارتی فولادها[ویرایش]

فولاد از نظر خواص مناسبی که در عمل دارد، یکی از مهمترین مواد فلزی است. یکی از دلایل عمده‌ای که می‌توان فولادهایی با خواص مختلف بدست آورد همان تبدیل ساختمان کریستالی آهن از آلفا به گاما با تغییر درجه حرارت می‌باشد. این تبدیل مطابق با نمودار آهن-کربن می‌تواند در حد زیادی تحت تاثیر کربن قرار گیرد. برای مثال سختی و استحکام در فولادهای سریع سرد شده (آب داده شده) بستگی به میزان درصد کربن موجود در آنها دارد.

آستنیتی کردن فولاد[ویرایش]

آستنیتی کردن فولاد اغلب اولین مرحله عملیات حرارتی است. که برای یکنواخت کردن غلظت کربن در کریستال‌های آستنیت ضروری می‌باشد. و به عنوان کلید کنترل سختی در سخت کردن ( یا آب دادن ) فولاد معروف است. عمل آستنیتی کردن تابع درجه حرارت و زمان می‌باشد. ( عامل درجه حرارت مهمتر از زمان است ) هنگامیکه فولاد به درجه حرارت لازم برای تبدیل شدن به آستنیت می‌رسد ، آستنیت در طی مراحل جوانه زنی و رشد تشکیل می‌گردد. به منظور تبدیل کامل در فولادهای هیپوای تکتوئیدی وای تکتوئیدی اغلب ۳۰ تا ۵۰ درجه سلسیوس بالای درجه حرارت خط A3 حرارت داده خواهد شد. درجه حرارت‌های دقیق را می‌توان از نمودار آهن-کربن انتخاب نمود. عموماً درجه حرارت نباید بسیار بالا انتخاب شود. چرا که آستنیت دانه درشت به وجود می‌آید. که ممکن است باعث شکستگی یا ایجاد ترک در فولاد شود. ( در هنگام سرد شدن سریع از این درجه حرارت )

اندازه دانه‌های آستنیت با بالا رفتن درجه حرارت ، افزایش می‌یابد. این رشد در نتیجه تمایل به کم شدن انرژی آزاد سیستم در اثر کاهش سطح دانه‌است. وقتیکه فولادهای هیپوای تکتوئیدی تا درجه حرارت‌هایی در حد نسبتاً زیاد بالای خط A3 حرارت داده می‌شود ، علاوه بر رشد دانه‌ای آستنیت کردن در سرد کردن بعدی ممکن است فریت اضافی هم رسوب کند. که بصورت صفحات یا میله‌های طولانی بوده و دانه‌های پرلیت را از این سو به آن سو قطع می‌کند. این نوع ساختار دانه‌ای را ساختار ویدمن اشتاتن می‌نامند. از طرفی اگر درجه حرارت بسیار پایین باشد، بعد از عمل سرد کردن سریع سختی کامل مورد نظر بدست نمی‌آید. تبدیل پرلیت به آستنیت از نوع نفوذ است.

عملیات حرارتی فولادهای ضد زنگ[ویرایش]

عملیات حرارتی چدنها[ویرایش]

== نمودارهای T-T-T (زمان-دما-دگرگونی) == نمودارهای زمان(Time) دما(Temperature) دگرگونی(Transformation) این نمودار شرایط تعادل عناصر تشکیل دهنده در دماهای مختلف را نشان میدهد در حالی که اکثر روش های عملیات حرارتی بصورت نا متعادل انجام میشوند.اثر زمان بر روی ساختار و خواص نهایی فلز توسط نمودار زمان -دما -دگرگونی که به نمودار TTT موسوم است مشخص میشود .در واقع به وسیله ی این نمودار می توان پیشرفت دگرگونی در فلز را به سادگی بررسی نمود.(بیشترین کاربرد این نمودارها برای عملیات حرارتی فولادهاست )

عملیات حرارتی آلیاژهای غیرآهنی[ویرایش]

تنش زدایی[ویرایش]

اعمال نیرو و یا تغییرات دمایی می‌توانند در قطعه تنشی ایجاد کنند که ممکن است بسیار زیان بار باشد. این تنش‌ها که «تنش‌های باقیمانده» نامیده می‌شوند، می‌توانند سبب تاب برداشتن، ترک برداشتن و یا شکست زودهنگام در حین تولید یا درحین کار شوند. از عوامل تشکیل چنین تنش‌هایی می توان به موارد زیر اشاره کرد: الف- وجود شیب حرارتی یا درواقع عدم سرد شدن یکنواخت قطعه. ب- ماشینکاری و کارسرد

هدف از عملیات تنش گیری آن نیست که تغییرات عمدهای در خواص مکانیکی قطعه اتفاق بیفتد. در این عملیات از سازوکار بازیابی استفاده می‌شود و و در واقع تبلور مجدد و تغییرات ریزساختاری در آن انجام نمی‌شود. به منظور تنش زدایی ، قطعات را طی زمان مشخصی زیر دمای A1 گرما می‌دهند. زمان گرما دهی بستگی به دمای عملیات و ابعاد قطعه دارد. هر چقدر که دمای تنش گیری بالاتر انتخاب شود نیاز به زمان کمتری برای عملیات وجود دارد. در این عملیات نرخ گرم شدن و سرد شدن قطعه باید آهسته باشد تا تنشهای حرارتی جدیدی به قطعه اعمال نشود.

این عملیات حرارتی به منظور کاهش یا برطرف کردن تمامی تنش‌های ایجاد شده در اثر عملیات تغییر شکل سرد یا در عملیات جوشکاری انجام می‌گیرد. درجه حرارت معمولاً در زیر درجه حرارت A1 و در حدود ۴۰۰ درجه سلسیوس می‌باشد.

جستارهای مرتبط[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  • ویکی‌پدیای انگلیسی
  • مهندس حسین تویسرکانی، اصول علم مواد (خواص و مهندسی مواد)، مرکز نشر دانشگاه صنعتی اصفهان، ۱۳۷۶ ، شابک ۹۶۴-۶۰۲۹-۱۴-۰