عملیات حرارتی چیست و چه تاثیری بر خواص فلزات دارد

انجام فرایند عملیات حرارتی موجب تغییر خواص الکتریکی، مغناطیسی و ساختاری فلزات می‌شود. همان‌طور که کاربرد فلزات متفاوت است، محیط‌های متفاوت هم ویژگی‌های متفاوتی را می‌طلبند. برای مثال، در کارهای مهندسی، سختی و استحکام فلز مد نظر است؛ در کارهای الکتریکی، مقاومت ویژه پایین حائز اهمیت است.

چندین روش برای انجام عملیات حرارتی بر روی فلزات وجود دارد که به‌منظور تغییر خواص فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌منظور دستیابی به نتیجهٔ مطلوب، دمای گرمایش فلز و نرخ خنک سازی آن به‌طور دقیق کنترل می‌شوند.

عملیات حرارتی

عملیات حرارتی فرایندی است که به‌منظور تغییر خواص فلزات طراحی شده است و هدف آن، تطبیق بهتر فلزات با موارد استفادهٔ آن‌هاست. انواع اصلی عملیات حرارتی به شکل‌های زیر می‌باشند:

  • آنیل کردن
  • نرمالیزاسیون (نرماله)
  • سخت کاری
  • برگشت دادن (تِمپِر کردن)
  • کوئنچ کردن

آنیل کردن

عملیات حرارتی

فرایند آنیل اغلب به‌منظور نرم کردن فلزهایی چون آهن، فولاد، مس، برنج و نقره استفاده می‌شود. طی این فرایند، ابتدا فلز را تا یک دمای خاص حرارت می‌دهند و سپس می‌گذارند تا به‌صورت کنترل شده و به‌آرامی در دمای محیط سرد شود. آنیل کردن، خواص فیزیکی و شیمیایی محصول را تغییر می‌دهد، به‌طوری که خاصیت تورق پذیری محصول افزایش یافته و سختی آن کاهش می‌یابد.

این امر، شکل دهی، قالب گیری و فرایندهای شکل گیری را تسهیل می‌کند و برش فلز را آسان‌تر می‌کند. همچنین، آنیل کردن موجب افزایش رسانایی الکتریکی فلز می‌شود.

نرمالیزاسیون (نرماله)

عملیات حرارتی

از فرایند نرمالیزاسیون به‌منظور یکنواخت سازی ترکیب و اندازه دانه استفاده می‌شود. فلز تا دمای از پیش تعیین شده حرارت داده می‌شود و سپس به‌وسیلهٔ هوا خنک می‌شود. فلز نهایی عاری از هرگونه ناخالصی نامطلوب است و استحکام و سختی بیشتری را نیز از خود نشان می‌دهد. فرایند نرمالیزاسیون اغلب به‌منظور تولید یک فولاد سخت‌تر و مستحکم‌تر بکار گرفته می‌شود. معمولاً فرایند نرماله کردن بر روی موادی استفاده می‌شود که در معرض ماشین کاری هستند، چراکه این فرایند موجب بهبود این ویژگی می‌شود.

سخت کاری

عملیات حرارتی

از فرایند سخت کاری برای فولاد و سایر آلیاژها استفاده می‌شود تا خواص مکانیکی آن‌ها را بهبود دهند. طی فرایند سخت کاری، فلز در دمایی بالا حرارت داده می‌شود و تا زمانی که نسبتی از کربن حل نشود، این دما حفظ می‌شود. سپس فلز آبدیده می‌شود، به‌طوری که به‌سرعت درون آب یا نفت سرد می‌شود. فرایند سخت کاری موجب تولید آلیاژی می‌شود که استحکام بالایی دارد و در برابر سایش، مقاوم است.

با همهٔ این‌ها، سخت کاری موجب افزایش شکنندگی فلز نیز می‌شود که برای کاربردهای مهندسی مناسب نیست. زمانی که به سطحی محکم برای مقاومت در برابر سایش و فرسایش نیاز باشد و بخواهیم نرمی و سختی فلز را حفظ کنیم تا در برابر اصابت‌های شدید و افزایش ناگهانی بار مقاومت کند، از سخت کاری سطحی استفاده می‌کنیم.

برگشت دادن (تِمپِر کردن)

 

زمانی از فرایند تِمپِر کردن استفاده می‌کنیم که نرمی و تورق پذیری فولاد و به‌طور کلی چقرمگی برای ما حائز اهمیت باشند. فولاد تِمپِر نشده بسیار سخت و محکم ولی شکننده است و برای استفاده در کارهای عملی مناسب نیست. تِمپِر کردن یک فرایند عملیات حرارتی با دمای پایین است که معمولاً پس از فرایند سخت کاری (سخت کاری خنثی، سخت کاری مضاعف، کربنیزاسیون جوی، کربونیزه سازی، یا سخت کاری سطحی) انجام می‌شود تا فولاد را به میزان سختی مطلوب برساند.

طی این فرایند، فولاد در دماهای پایین‌تر قرار می‌گیرد تا سختی اضافی آن از بین برود. سپس فلز در هوای بدون باد قرار می‌گیرد تا خنک شود؛ نتیجهٔ این فرایند، فولادی سخت‌تر با میزان شکنندگی پایین‌تر است.

کوئنچ کردن

در متالورژی کوئنچ کردن (Quenching) به فرآیندی گفته می‌شود که در آن قطعه‌کار پس از گرم شدن در یک دمای معین و در یک زمان حساب شده، به سرعت سرد می‌شود که با توجه به خواص مکانیکی مد نظر این سرد شدن در آب یا روغن و یا در هوا صورت میپذیرد. کوئنچ کردن یک عملیات حرارتی می‌باشد که از فرآیندها و تغییرات نامطلوبی که در فلزات در دماهای پایین رخ میدهد( مانند تغییر فاز ) جلوگیری مینماید.

این مهم از طریق کاهش زمان سرد کردن فلزات و یا افزایش نرخ سرد شدن صورت میگیرد.

از جمله تغییراتی که در حین فرآیند کوئنچ کردن صورت میگیرد می‌توان به کاهش اندازه دانه‌ها اشاره نمود که این موضوع هم برای مواد فلزی و هم برای مواد پلاستیکی صورت میپذیرد. از دیگر تغییرات این فرآیند افزایش سختی مواد می‌باشد.

ویکی پدریا فارسی

تاثیر عملیات حرارتی بر خواص فلزات:

عملیات حرارتی

مهم‌ترین بخش هایی که عملیات حرارتی خواص فلزات را تغییر می‌دهند، عبارت اند از:

  • مقاومت الکتریکی
  • انبساط حرارتی
  • ساختار
  • مغناطیس

مقاومت الکتریکی

مقاومت الکتریکی معیاری است که قدرت بازدارندگی فلز در برابر معبر جریان الکتریکی را نشان می‌دهد. هنگام عبور الکترون‌ها از فلز، آن‌ها با ساختار فلزی برخورد می‌کنند و از این رو پخش می‌شوند. زمانی که فلز در عملیات حرارتی گرما داده می‌شود، الکترون‌ها انرژی بیشتری را جذب می‌کنند و با سرعت بیشتری حرکت می‌کنند. این امر موجب افزایش پراکندگی الکترون‌ها می‌شود و از این رو، میزان مقاومت فلز افزایش پیدا می‌کند. گرما سنج‌ها از تغییر در مقاومت الکتریکی یک تکه سیم برای اندازه گیری دما استفاده می‌کنند.

انبساط حرارتی

فلزات هنگام گرمایش منبسط می‌شوند. همراه با افزایش دما، طول، ناحیه سطحی و حجم فلز افزایش پیدا می‌کند. میزان انبساط حرارتی در فلزات مختلف، تفاوت دارد. افزایش دما موجب افزایش جنبش اتم‌های فلزات می‌شود و این امر موجب انبساط حرارتی می‌شود. هنگام طراحی ساختارهای فلزی، توضیح و توجیه انبساط حرارتی ضروری است. یک مثال از آن می‌تواند طراحی لوله‌های خانگی باشد که با تغییر فصل، منبسط و منقبض می‌شوند.

ساختار

فلزات از اتم‌هایی با ساختار متقارن تشکیل شده‌اند که به این ساختار، آلوتروپ یا دگرشکل می‌گویند. گرمایش فلزات موجب جابجایی‌اتم ها از جایگاه اولیه‌شان می‌شود و این اتم‌ها، ساختار جدیدی را تشکیل می‌دهند. این فرایند به تبدیل فاز آلوتروپی معروف است. این فرایند، سختی، استحکام و نرمی (تورق پذیری) فلز را تغییر می‌دهد. مهم‌ترین تبدیل فاز آلوتروپی توسط آهن صورت می‌گیرد.

زمانی که آهن در معرض دمایی بالاتر از 912 درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرد، می‌تواند کربن بیشتری را جذب کند و کربن هم باعث افزایش سختی محصولات فولادی می‌شود. این تأثیر مطلوب در بسیاری از انواع فولادهای پُر کربن (کربن بالاتر از 0.5)، مثل فولاد ابزاری، استفاده می‌شود.

مغناطیس

سه فلز با خواص مغناطیسی وجود دارند که شامل آهن، نیکل و کبالت می‌شود. این فلزات به فلزات فرو مغناطیسی معروف‌اند. گرمایش این فلزات، خاصیت مغناطیسی آن‌ها را تا نقطه‌ای کاهش می‌دهد که خاصیت مغناطیسی کاملاً از بین برود. دمایی که خاصیت مغناطیسی در آن به‌کلی از بین می‌رود به دمای کوری معروف است. این دما برای نیکل، 330 درجه سانتی‌گراد، برای کبالت 1100 درجه سانتی‌گراد، و برای آهن، 770 درجه سانتی‌گراد است.

 

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

Play All Replay Playlist Replay Track Shuffle Playlist Hide picture