عملیات آنیل فولاد

امروزه با توجه به نیاز بشر به فولاد و مصارف گوناگون آن در جنبه‌ های مختلف زندگی؛  فولاد با توجه به خواسته‌ ی او عیوب و ایراداتش رفع می ‌شود و به خواص و ویژگی‌ های مد نظرش تبدیل می‌ شود. از این رو برای بهبود خواص فولادهای معمولی، روش‌ های حرارتی از نظر اقتصادی بسیار مطلوب است. در نتیجه عملیات حرارتی باعث تغییر و بهبود ویژگی‌ های (فیزیکی- مکانیکی) فولاد می ‌شود. از آن جا که هر فولاد متناسب با ویژگی و کاربرد خود وارد عملیات حرارتی می‌ شود، این فرآیند دارای انواع مختلف و به منظور هدفی خاص بوجود آمده ‌است. به طور مثال:

•  بهبود خواص الکتریکی، مغناطیسی آهن
•  بهبود استحکام و انعطاف‌پذیری آهن
•  افزایش میزان سختی فولاد
•  عاری سازی فولاد از تنش ‌های مکانیکی
•  ایجاد ساختار ریز دانه و حاوی رسوبات در جهت استحکام

عملیات آنیل فولاد

عملیات آنیل یا بازپخت فولاد به فرآیند حرارتی گفته می ‌شود که ریز ساختار فولاد مورد هدف قرار می‌ گیرد تا خواص مکانیکی یا الکتریکی آن تغییر یابد. به طور معمول، از این فرآیند برای کاهش سختی، افزایش شکل پذیری و از بین بردن تنش‌ های داخلی فولاد استفاده می ‌شود.
آنیل فولاد سبب افزایش شکل پذیری آن می‌ شود. فولاد پس از گذراندن فرآیند آنیل سرد می شود؛ بنابراین، امکان پردازش اضافی بدون ترک خوردگی بر روی فولاد، فراهم می شود. از آنیل می توان برای آزاد سازی تنش های مکانیکی ناشی از سنگ زنی، ماشین‌ کاری و… استفاده کرد. بنابراین از ایجاد ناهمواری بر روی فولاد در طی عملیات حرارتی با درجه حرارت بالا جلوگیری می کند. در بعضی موارد، از آنیل برای بهبود خصوصیات الکتریکی فولاد نیز استفاده می شود.
برای فولادها، بازپخت ابتدایی، در دمای 1000 تا 1200 درجه فارنهایت انجام می شود، بنابراین تغییر در ساختار کریستال ایجاد نمی شود. بازپخت میانی در دمای 1200 تا 1400 درجه فارنهایت انجام می شود، بنابراین مقداری تغییر شکل بوجود می ‌آید. همچنین بازپخت نهایی، شامل تقویت کردن فولاد در 1500 تا 1700 درجه فارنهایت است. عملیات حرارتی فولاد از نوع آنیل کردن، خود به دو دسته زیر طبقه‌ بندی می‌ شود:

•  آنیل کامل
•  آنیل هم ‌دما

آنیل کامل: به معنای حرارت دادن فولاد در گستره‌ی دمایی معین و سپس سرد کردن آهسته درون کوره. آهنگ و کدت زمان سردن شدن آهن در حدود 0.02 درجۀ سانتیگراد بر ثانیه است.

آنیل هم‌دما: عبارت است از حرارت دادن فولاد در دو دمای متفاوت. در این فرآیند ابتدا عملیات آستینه کردن که در گسترۀ دمایی، مشابه با آنیل کامل انجام می ‌شود و سپس سرد کردن سریع آن تا دمای دگرگونی و نگهداشتن آن در آن دما به جهت انجام دگرگونی.

کاربردهای عملیات آنیل

یکی از اصلی ترین کاربردهای آنیل، منعطف ساختن فولاد است. در حین شکل ‌دهی به فولاد، کشش، خم پذیری و… فولاد می‌ تواند تا جایی سخت شود که کار بیشتر بر روی آن غیرممکن شود و یا منجر به ترک و یا شکستگی آهن شود. عملیات آنیلی در این مرحله باعث انعطاف پذیری بیشتر فولاد شده که اجازۀ فرم دهی بیشتر در این مرحله را می‌ دهد. به عبارت دیگر، آنیل برای از بین بردن تنش‌ های داخلی که هنگام جامد شدن در فولاد ایجاد می شود، کاربرد دارد.
علاوه بر فولاد، عملیات آنیل ممکن است بر روی سایر فلزات مانند: مس، آلومینیوم و برنج نیز انجام شود.

انواع فرآیند آنیل

آنیل کردن انواع مختلفی دارد که هر کدام از این فرآیندها بر اساس هدف و نتیجه، متفاوت است. اگر برای فرآیند نام خاصی ذکر نشود، منظور بازپخت کامل است که طی آن آلیاژ آهن بالاتر از دمای استحاله گرم می‌ شود و سپس به آرامی در داخل کوره، سرد و نرم می ‌شود. دوره ‌ی این فرآیند با توجه به مقدار و مشخصات آلیاژ متفاوت است و هر فولاد دوره و سیکل مشخص به خود را دارد.

عملیات بازپخت به چند دسته تقسیم می شود:

• نرمالیزاسیون
•  آنیل میانی
•  باز پخت کامل

Normalizing (نرمالیزاسیون)

یکی از انواع عملیات حرارتی فولاد، نرماله کردن نام دارد. طی این فرآیند، فولاد به صورت یکنواخت‌ تر و ریزدانه ‌تر می ‌شود. در این فرآیند فولاد را تا دمای 80 درجه سانتی ‌گراد به مدت زمان معلومی حرارت می‌ دهند. طی این عملیات فولادهای هیپو یوتکتوئیدی را بیشتر از ACM3 خط حرارت می ‌دهند. سپس فولاد بدست آمده را بالاتر از خط ACM نگه می‌ دارند و آن را در مجاورت هوا سرد می‌ کنند.
به طور معمول نرماله کردن جزئی از عملیات حرارت نهایی است؛ که در طی انجام آن استحکام و سختی فولاد افزایش و انعطاف‌پذیری آن کاهش می ‌یابد. هدف انجام این فرآیند، تبدیل ساختار دانه درشت فولاد به ساختار دانه ریز آن است. پس از انجام عملیات نرمالیزاسیون فولاد حاصل شده دارای ساختاری همگن می‌ شود. چند نمونه از مصارف فولاد نرمالیزه شده:

•  ماشین کاری بهتر فولاد
• بهبود خواص مکانیکی فولاد
•  نرماله شدن پیش از آنیل کامل به عنوان عملیات پایه

فرآیند نرمالیزاسیون پیش سخت از سخت ‌کاری، آنیل کامل و یا به عبارتی دیگر به عنوان عملیات حرارتی پایه به کار می‌ رود. لازم به ذکر است که عملیات بازپخت نرمال برای هر کدام از آلیاژهای آهن متفاوت است و یکسان نیست.

آنیل میانی

آنیل میانی فرآیندی است که موجب نگهداری و شکل پذیری آهن سرد شده می‌ شود؛ تا به هنگام کار بر روی آن ترک نخورد. پس از سرد شدن، قطعه تا دمای آستینته شدن حرارت می‌ بیند و تا زمان کاهش تنش ‌ها در قطعه ‌ی آهنی در این مرحله نگهداری و سپس در کوره، خنک می ‌شود. پس از گذراندن این مرحله، قطعه برای کار سرد بعدی آماده است.

بازپخت کامل

طی فرآیند بازپخت کامل، شکل پذیری قطعه فولادی و یا به طور کلی فلز افزایش می ‌یابد و ساختاری یکسان و یکنواخت با خواص دینامیکی عالی حاصل می‌ شود.

تفاوت آنیل کردن و نرماله کردن فولاد

•  دمایی که قطعه یا مقطع فولادی در فرآیند آنیل کردن حرارت می‌ بیند به نسبت بالاتر از فرآیند آنیل است.
•  در سرد و خنک شدن قطعه‌ ی فولادی در فرآیند آنیل قطعه فولادی در کوره و در فرآیند نرمالیزاسیون در مجاورت با هوا خنک می ‌شود.
• فولادهایی که در عملیات نرمال کردن حرارت دیده ‌اند نسبت به فولادهای فرآیند آنیل، دانه ریزتر بوده و از استحکام بیشتری برخوردارند.
•  فولادهای فرآیند آنیل، از انعطاف بیشتری نسبت به فولادهای فرآیند نرماله کردن برخوردار هستند.

در پایان لازم به ذکر است که هر فرآیند حرارتی سبب خواهد شد فولاد به آن قابلیت مد نظر انسان برای ساخت وسایلی چون خودرو، لوازم خانگی و … نزدیک شود. در نتیجه با توجه به نیاز عملیات حرارتی صورت خواهد گرفت.