برگشت دادن

بازپخت یا تمپر کردن (به انگلیسی: Tempering) یک روش عملیات حرارتی محسوب میشود که باعث افزایش چقرمگی در آلیاژهای آهنی میشود. این فرآیند غالبا پس از فرآیندهایی که سبب افزایش سختی در قطعه‌کار میشود صورت میپذیرد. از جمله رایج ترین فرآیندهای افزایش سختی که همراه با عملیات تمپر خواهد بود فرآیند کوئنچ را میتوان نام برد. هدف از تمپر کردن کاهش تاثیر پارامترهای نامطلوب ناشی از سخت کردن مانند کاهش میزان چقرمگی، شکل پذیری و ترد بودن بیش ار حد مطلوب قطعه‌ است. این روش از طریق گرم کردن نمونه تا دمای مشخص و نگه داشتن آن در مدت زمان معین صورت میگیرد. همچنین پس از سپری شدن زمان معین قطعه­‌کار در دمای محیط و بوسیله هوای آزاد سرد میشود. مدت زمانی که قطعه‌­کار در یک دمای مشخص نگه داشته میشود تعیین کننده میزان نهایی خواص نمونه است که خود وابسته به ویژگی­‌های آلیاژ به کار برده شده، دمای کاری و خواص نهایی مدنظر است. برای مثال بسیاری ابزارهای سخت در دماهای پایین تمپر میشوند در حالیکه بسیاری از فنرها در دماهای کاری بالا فرآیند بازگشت روی آنها صورت میگیرد.

مقدمه

نمودار تعادلی آهن-کربن ( حد پایینی دمای تغییر ساختار یا A1)

به علت تنشهای داخلی ایجاد شده در ضمن سریع سرد شدن، تقریبا تمامی قطعات سخت شده نسبتا ترد و شکننده‌اند. از این رو، به ندرت فولادها پس از سریع سرد شدن و در سرایط سخت ( مارتنزیت ) شده استفاده می‌شوند، مگر در موارد استثنایی نظیر هنگامی که به سختی فوق‌العاده زیادی نیاز باشد و یا به هنگام استفاده از فولادهای کم کربن. معمولا فولاد پس از سرد شدن و قبل از استفاده باید بازپخت شود. همچنین برای دستیابی به خواص مطلوب در اکثر مواقع بسیار دشوار است که از ابتدای تولید فولاد روند به گونه‌ای هدایت شود که خواص موردنظر تشکیل شوند. لذا با استفاده از سرد کردن سریع فولاد و بازپخت آن، که یک فرآیند قابل کنترل‌تر محسوب میشود، خواص مطلوب در قطعه‌کار ایجاد خواهد شد.

بازپخت عبارت است از حرارت دادن فولاد تا دمایی زیر حد بحرانی پایینی برای مدت مشخص و سپس سرد کردن آهسته آن نا دمای اتاق. این دما همچنین به عنوان دمای پایینی تغییر (A1) نیز شناخته میشود که در این دما ساختار بلوری آلیاژ که متشکل از فریت و سمنتیت است شروع به تبدیل شدن به تک فاز آستنیتی میکند. دماهای بالاتر از این دما برای انجام فرآیند تمپر ممنوع میباشد زیرا ساختار سخت مارتنزیتی را کاملا از بین میبرد. دما و زمان حرارت دادن به ترکیب شیمیایی فولاد، ایعاد قطعه‌کار و خواص مکانیکی مورد نظر بستگی دارد. در اثر بازپخت تنشهای داخلی کاهش یافته و یا خذف میشوند و بنابراین استحکام ضربه‌ای افزایش می‌یابد. در عوض سختی و استحکام قطعه سخت شده تا حدودی کاهش می‌یابد.

تغییر ریز ساختار در فرآیند بازپخت

ساختار یک فولاد سریع سرد شده ( مارتنزیت ) ناپایدار است. دلایل ناپایداری عبارت‌اند از: وجود کربن به‌صورت فوق اشباع در شبکه بلوری bct مارتنزیت، انرژی تنشی ناشی از وجود نابه‌جایی‌ها و دوقلویی‌های بسیار زیاد در ساختار بلوری مارتنزیتی، انرژی سطحی ناشی از فصل مشترک‌های بسیار زیاد بین صفحات مارتنزیتی و بالاخره وجود آستنیت باقی‌مانده که حتی در فولادهای کم‌کربن هم اجتناب‌ناپذیر است.

بررسی‌های سیستماتیک به کمک پراش پرتوی ایکس بر روی ریزساختار فولادهای سریع سرد شده و بازپخت شده انجام شده است، سه مرحله کاملاً مشخص و مجزا از یکدیگر را در ارتباط با تغییر ریزساختار مارتنزیت در ضمن باز پخت نشان می‌دهد. این سه مرحله عبارت‌اند از:

  مرحله اول: تشکیل کاربیدهای انتقالی نظیر کاربید اپسیلن (ε) و یا کاربید اتا(η) و درنتیجه کاهش درصد کربن زمینه مارتنزیتی تا حدود 0.25درصد.

  مرحله دوم:  تبدیل آستنیت باقی‌مانده به فریت و سمنتیت.

  مرحله سوم: جایگزین شدن کاربیدهای انتقالی و مارتنزیت کم‌کربن توسط فریت و سمنتیت.

بستگی به زمان بازپخت ممکن است گستره‌های دمایی مراحل فوق در بعضی از قسمت‌ها بر روی یکدیگر قرار بگیرند ولی به‌طورکلی گستره‌های دمایی 100-250 درجه سانتی‌گراد، 200-300 درجه سانتی‌گراد و 250-350 درجه سانتی‌گراد به ترتیب برای مراحل اول، دوم و شروع مرحله سورم گزارش‌شده است. در اینجا تذکر این نکته ضروری است که به‌جز موارد اشاره‌شده در مراحل سه‌گانه فوق تغییرات ساختاری دیگری نیز ضمن بازپخت فولادهای سریع سرد شده گزارش‌شده است. از آن جمله تشکیل کاربیدهای آلیاژی و ایجاد سختی ثانویه است، که می‌توان آن را مرحله چهارم بازپخت نامید. درصد کربن هر دو نوع کاربید اپسیلن و کاربید اتا از درصد کربن سمنتیت که در دماهای بالاتر تشکیل می‌شود به‌مراتب بیشتر است. کاربیدهای انتقالی به‌صورت ذرات بسیار ریز در ساختار مارتنزیت و در تمامی نقاط آن نظیر داخل صفحات مارتنزیتی و در فصل مشترک‌های آن‌ها تشکیل می‌شود.

سختی ثانویه( تاثیر عناصر در فرآیند بازپخت)

در راستای افزایش سختی پذیری، برخی از عناصر باعث کاهش نرخ نرم شدن قطعه‌کار در طول فرآیند بازپخت میشوند. برجسته ترین این عناصر آن دسته از عناصری میباشند که قابلیت کاربیدسازی را دارند مانند؛ کروم، مولیبدن و واندانیم. بدون این عناصر آلیاژهای آهنی و فولادهای کم کربن با افزایش دمای بازپخت به سرعت نرم میشوند. نرخ نرم شدن هنگامی افزایش می‌یابد که دانه‌های سمانتیت با افزایش دمای بازپخت درشت میشوند. با وجود داشتن مقدار معینی از عناصر نام برده نه تنها نرخ نرم شدن قطعه‌کار کاهش می‌یابد بلکه ممکن است که در دماهای بازپخت بالا سختی آلیاژ افزایش یابد که به این اثر سختی ثانویه گونید. سختی ثانویه تنها در دماهای بالای بازپخت ظاهر میشود زیرا تشکیل کاربید وابسته به نفوذ المان‌های کاربیدساز که تنها در دماهای بالا قابل مقایسه با میزان نفوذ اهن و کربن میباشد. از این ویژگی در ساخت ابزارهای فولادی استفاده میکنند که میبایست در دماهای کاری بالا نیز سختی خود را حفط نمایند. از دیگر کاربردهای این روش استفاده از فولادهای کم کرن فریتی با سختی ثانویه در ساخت مخازن تحت فشار است، هنگامی که دمای کاری بالا میرود باید در مقابل درشت دانه شدن و همچنین خزش مقاوم باشند.

تغییر رنگ فولادها در فرآیند بازپخت

رنگ‌ها متعدد ایجاد شده ناشی از بازپخت در دماهای مختلف

اگر فولاد به وسیله سنگ زنی، پالیش کاری و ... کیفیت سطح بالایی بدست بیاورد و سپس عملیات بازپخت روی آن صورت گیرد رنگهای متعددی در اثر دماهای مختلف بازپخت به خود میگیرد. این رنگ‌ها بدلیل تشکیل لایه اکسیدی بر روی فولاد حاصل میشود. ضخامت این لایه و رنگ آن وابسته به دمای بازپخت است. لایه اکسید تشکیل شده کاملا شفاف نیست بگونه‌ای که نور از این لایه نازک عبو کرده و هم از سطح بالایی لایه و هم از سطح پایینی بارتابش میکند که سبب تسکیل رنگهای مختلفی میشود. با افزایش ضخامت این لایه که در اثر افزایش دمای بازپخت حاصل میشود، تعداد رنگهای نمایان شده در گسترده وسیعی تغییر می‌نماید.

رنگ‌های متعددی که شکل میگیرد و دمای شکل‌گیری آن‌ها به صورت زیر است(بعد از گذشت 10 دقیقه):

• طلایی خیلی کم رنگ- 400درجه فارنهایت
• طلای کم رنگ- 440درجه فارنهایت
• طلایی- 475درجه فارنهایت
• برنزی- 515درجه فارنهایت
• بنفش- 540درجه فارنهایت
• آبی پررنگ(آبی نفتی)- 590درجه فارنهایت
• آبی- 640درجه فارنهایت
• خاکستری- آبی - 700درجه فارنهایت

جستارهای وابسته

• عملیات حرارتی
• آنیل کردن کامل
• آنیلینگ جهت کروی کردن سمنتیت (کروی کردن)
• نرماله کردن (نرمالیزاسیون)
• کوئنچ‌کردن