عملیات حرارتی، فرایند گرم کردن و سرد کردن فلزی جامد برای رسیدن به خواص مطلوب و دلخواه می باشد. دلایلی که باعث انجام عملیات حرارتی می شوند به شرح زیر است:

- تنش زدایی، تنش های ناشی از عملیات و فرایندهای تولید

- ریز کردن دانه بندی

- افزایش مقاومت به سایش با ایجاد لایه سخت بر سطح و در عین حال افزایش مقاومت به ضربه با به وجود آوردن مرکز نرم تر در داخل قطعه

- بهبود خواص فولاد به منظور اقتصادی کردن جایگزینی بعضی از انواع ارزان تر 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

در این مقاله فرایندهای عملیات حرارتی به اختصار معرفی خواهند شد.

? فرایندهای عملیات حرارتی

?) نرمالایزینگ?

این عملیات برای همگن کردن و ریز کردن دانه ها انجام می شود. فولاد در عملیات نرمالایزینگ بعد از قرار گرفتن در دمای آستنیته شدن در هوای آرام یا با دمش اندک هوا خنک می شود. به خاطر خصوصیات ذاتی فرایند ریخته گری، عملیات نرماله برای بلوم های ریخته شده پیش از انجام هر فرایند دیگری انجام می شود. همچنین به طور معمول برای قطعات ریخته شده و فورج شده پیش از عملیات آب دادن، عملیات نرماله انجام می شود.

?) آنیلینگ?

عنوان آنیلینگ به طور کلی به فرایندی اطلاق می شود که در آن فلز تا دمای خاصی گرم می شود، سپس در آن دما برای مدتی نگهداری شده و با سرعت مشخص سرد می شود. این عملیات برای به دست آوردن فلزی نرم تر از حالت شروع عملیات یا ایجاد تغییرات دلخواه در ساختار فلز انجام می شود.

دلایل انجام آنیلینگ به شرح زیر است:

- بهبود قابلیت ماشینکاری

- امکان انجام راحت تر عملیات کار سرد

- بهبود خواص مکانیکی یا الکتریکی

- افزایش پایداری ابعادی

?) تنش زدایی?

تنش پس ماند به دلایل مختلف در قطعات ایجاد می شود. نورد، ریخته گری، آهنگری، خمکاری، آب دادن، سنگ زدن و جوشکاری از جمله منابع ایجاد تنش پس ماند در قطعه می باشند. در این عملیات، قطعه تا دمای حدود c??? حرارت داده می شود و سپس به آرامی تا دمای اتاق سرد می شود. قسمت های درون قطعه نیز باید به دمای مذکور رسیده باشند. در هنگام سرد کردن به این نکته توجه کنید که تمام نقاط قطعه به طور یکنواخت سرد شود خصوصاً در مورد قطعاتی که پیچیدگی ابعادی دارند. در غیر این صورت مجدداً تنش پس ماند در قطعه ایجاد خواهد شد.

?) سخت کاری سطحی?

در این عملیات سطح سخت و با مقاومت بالای سایشی بر روی قطعه ایجاد می شود و در عین حال ساختار داخلی قطعه نرم باقی می ماند که در برابر ضربه کاملاً مقاومت دارد. سطح سخت شده به عنوان پوسته (Case) و داخل قطعه با عنوان مغز (Core) شناخته می شود. معمولاً بعد از عملیات سخت کاری سطحی باید عملیات برگشت برای بهبود خواص پوسته انجام شود. یکی از روش های سخت کاری سطحی، کربوراسیون است. این روش به ? صورت کربوره گازی، کربوره مذاب و کربوره جامد انجام می شود. در هر روش کربن از محیط اطراف قطعه که گاز، مذاب یا جامدات است به داخل سطح فولاد که در دمای حدود ??? تا ??? درجه سانتیگراد قرار دارد نفوذ کرده و بعد از انجام عملیات آب دادن با ایجاد فاز سخت مارتنزیت باعث افزایش سختی سطح قطعه می شود. فولاد مناسب برای انجام عملیات کربوره در حدود ?/? درصد کربن دارد و بعد از انجام عملیات کربوره، میزان کربن در سطح به مقدار ?/? تا ? درصد خواهد رسید.

?) آب دادن?

اصطلاح آب دادن به فرایند ایجاد ساختار مارتنزیتی در فولاد اطلاق می شود. در این حالت فولاد بعد از قرار گرفتن در دمای آستنیته که معمولاً در حدود ??? تا ??? درجه سانتیگراد می باشد به سرعت سرد می شود.

?) محیط خنک کننده?

انتخاب شرایط سرد شدن و محیط مناسب برای هر فولاد بستگی به میزان سختی پذیری آن دارد. ضخامت مقاطع و شکل و پیچیدگی قطعه و سرعت مناسب سرد شدن از عوامل مؤثر بر ایجاد ساختارهای متفاوت در حین عملیات آب دادن می باشند. محیط های خنک کننده غالباً گازی یا مایع می باشند. بعضی از انواع آن عبارتند از:

- روغن

- آب

- پلیمرهای مذاب

- آب به تنهایی یا همراه با نمک

- گازهای خنثی نظیر هلیم، آرگون و نیتروژن که به عنوان محیط های خنک کننده گازی بعد از عملیات آستنیته کردن در خلاء، استفاده می شوند.

?) بازگشت دادن?

این عملیات بر روی فولادها یا قطعاتی که تحت عملیات آب دادن یا نرمالایزینگ قرار گرفته اند به منظور افزایش چقرمگی? و کاهش سختی انجام می شود. عملیات بازگشت برای اغلب فولادها با حرارت دادن آنها در محدوده دمایی ??? تا ??? درجه سانتیگراد و نگه داشتن در آن دما برای مدت یک ساعت یا بیشتر انجام می شود. دما یا زمان بیشتر باعث کاهش سختی و استحکام بیشتر فولاد خواهد شد. ساختار ایجاد شده بعد از عملیات بازگشت در فولاد به عنوان مارتنزیت برگردانیده شده یا Temperd Martensit شناخته می شود.

در شکل یک، محدود دمایی انجام عملیات حرارتی با توجه به دیاگرام فازی آهن- کربن نشان داده شده است.