آنیل کردن

با افزایش دما به دمای بیشتر از دمای بحرانی و نگهداری به منظور انجام فرآیند نفوذ و ایجاد فاز آستنیت در فولادها و در ادامه خنک کردن آرام در کوره عملیات آنیل انجام می شود. در طی فرآیند آنیل فاز فریتی درشت دانه ایجاد شده که با توجه به نرمی و دانسیته بالا، برای انجام فرآیندهای شکل دهی سرد، برش، خم کاری و ماشین کاری مناسب می باشد. بعضی آلیاژها با توجه به ترکیب شیمیایی، جدا از روش سرد کردن، در دمای محیط به صورت مارتنزیتی یا آستنیتی خواهند بود. از طرف دیگر برخی دیگر از آلیاژها با افزایش دما استحاله فریت به آستنیت را در دیاگرام فازی خود ندارند، از این رو این تفاوت ها باید در عملیات حرارتی آنها لحاظ شوند. نکته قابل توجه این است که در برخی آلیاژها آنیل هم دما، آنیل کروی و همچنین آنیل فرآیندی حین ساخت مقاطع اولیه فولاد در کارخانجات فولاد، صورت می پذیرد که این فرآیندها با نگهداری طولانی مدت در دمای بالا و در برخی موارد تغییرات دمایی سریع در محدوده بالای استحاله یوتکتوئیدی و یا کمی پایین تر از دمای دگرگونی انجام می پذیرد. فرآیند کار گرم نیز با کنترل شرایط سرد کردن می تواند نوعی عملیات حرارتی لحاظ شود. اما جهت اصلاح کشیدگی و جهت دار بودن دانه ها نیاز به عملیات حرارتی دوباره است. در نیتجه می توان عنوان کرد که عملیات آنیل کردن باعث تنش زدایی در قطعاتی می گردد که فرآیندهای کار سرد، ماشین کاری یا جوشکاری باعث افزایش دانسیته نابجایی ها یا تمرکز تنش در آنها شده است.

همگن کردن

عملیات همگن برای فولاد در دمای بسیار بالا در زمان های طولانی جهت نفوذ حجم وسیعی از اتم ها و حل شدن تمام رسوبات و در نهایت همگن شدن ترکیب شیمیایی و یکنواختی ساختار صورت می پذیرد. برخی از قطعات ریخته گری را با جدایش شدید عناصر آلیاژی و ساختار دندریتی، تنها از این راه اصلاح پذیر می شوند. در حالت عادی این قطعات به آرامی سرد می شوند تا از استحاله های پرتنش جلوگیری شود، اما در برخی حالتها همچون فولادهای ضدزنگ آستنیتی قطعات به سرعت سرد می شوند تا از تشکیل دوباره رسوبات و کاربیدها جلوگیری به عمل آید.

نرماله کردن

فرآیند نرماله کردن در صنعت فولاد به منظور ایجاد ساختار دانه ریز با فاز قالب پرلیت انجام می شود به این صورت که از طریق افزایش 50 درجه سانتی گراد دمای بیشتر از دمای بحرانی و نگهداری جهت تکمیل استحاله فازی و تشکیل آستنیت و در نهایت خنک کردن در هوا رخ می دهد. مشخص است که استحکام و سختی فولاد به صورت نسبی در قیاس با حالت آنیل شده افزایش می یابد.

سختکاری و تمپر

سختکاری به آبدهی یا کوئنچ – تمپر نیز معروف است. سختکاری رایج ترین عملیات برای فولادهای کربن متوسط به بالا و همچنین اکثر فولادهای کم آلیاژ و فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی، در زمان ساخت قطعات نهایی، می باشد. در سختکاری پس از افزایش دمای فولاد تا منطقه آستنیتی و زمان دادن جهت تکمیل استحاله، سرمایش سریع در محیط های گوناگون همانند آب، روغن، نمک مذاب، برای قطعاتی با ضخامت کم حتی در هوا، انجام می پذیرد. به علت بالا بودن نرخ سرد شدن، زمان برای استحاله نفوذی آستنیت به فریت-پرلیت کافی نبوده در نتیجه در اثر استحاله برشی، فاز ناپایدار مارتنزیت ایجاد می گردد که این فاز سختی و استحکام بسیار بالایی دارد. از سوی دیگر این فاز بسیار ترد و شکننده بوده و عملیات تمپر با گرم کردن و نگهداری قطعات در دماهای پایین تر از استحاله یوتکتوئید انجام می شود. سپس عمل سرد کردن به صورت آرام تا رسیدن به دمای محیط انجام می گیرد که از طریق آزاد شدن کربن فوق اشباع، حذف آستنیت باقیمانده، تنش گیری، آزاد شدن نابجایی ها و دو قلویی ها باعث اصلاح فازی و ایجاد مارتنزیت تمپر شده می گردد. در نتیجه این عملیات باعث کاهش تردی و بهبود دانسیته و ضربه پذیری می شود. از طرف دیگر فرآیند کوئنچینگ می تواند باعث تغییر شکل، تاب برداشتن و ترک در قطعه گردد که این مسائل باید با انتخاب سیکل و شرایط مناسب عملیات حرارتی و همینطور تعیین مرحله درست عملیات حرارتی در فرآیند ساخت، کنترل شود.

مارتمپرینگ

عملیات کوئنچینگ ناپیوسته شامل مراحل گرم کردن برای رسیدن به دمای آستنیته و سرد کردن سریع فولاد آستنیته شده تا رسیدن به دمای بالای شروع مارتنزیتی شدن و سپس نگهداری در این دما به مدت معین جهت هم دما شدن قطعه و در نهایت سرد کردن در هوا می باشد. عملیات مارتمپرینگ برای مقاطع نازک مناسب می باشد و جهت استحاله یکنواخت سطح و مغز فولاد و تشکیل مارتنزیت با احتمال اعوجاج، ترک خوردگی و تنش پسماند حداقل استفاده می شود.

آستمپرینگ

در عملیات آستمپرینگ پس از گرم کردن فولاد و ایجاد ساختار آستنیتی، فولاد به سرعت تا دمای بیشتر از مارتنزیتی شدن خنک می گردد. سپس به اندازه کافی در این دما نگهداری می شود تا استحاله بینیتی تکمیل شود، در انتها فولاد در هوا سرد می شود. این عملیات با توجه به فاز نهایی بینیت، بیشترین استحکام را در سختی معین به دست می آورد و تنش های پسماند و خطر تاب برداشتن و ترک خوردگی نیز در آن به شدت کاهش می یابد.

سختکاری سطحی

عملیات سختکاری سطحی بر دو نوع است: نوع اول بدون تغییر در ترکیب شیمیایی و نوع دوم با تغییر در ترکیب شیمیایی همراه است. نوع اول برای فولادهای کربنی و آلیاژی با کربن متوسط یا بالا و فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی مناسب است. این نوع به صورت اصولی با فرآیند القایی یا با شعله دمای سطح قطعه تا منطقه آستنیتی افزایش یافته و پس از تشکیل فاز آستنیت، سرمایش سریع منجر به تشکیل فاز مارتنزیت در سطح می شود. ضخامت این لایه پایین می باشد و عدم تغییر قابل توجه در مغز قطعه می تواند باعث شود که این قطعه هم زمان از مغز داکتیل مقاوم در برابر ضربه و سطح سخت مقاوم در برابر سایش برخوردار باشد که این موضوع مزیت محسوب می شود. همانطور که عنوان شد نوع دوم این عملیات با تغییر ترکیب شیمیایی همراه است که عملیات کربوریزاسیون، نیتریداسیون و یا ترکیبی از آن ها می باشد. عملیات کربوریزاسیون یا کربن دهی برای فولادهای کم کربن یا اصطلاحاً سمانته استفاده می شود. این عملیات از طریق ایجاد اتم های کربن آزاد از واکنش های منبع جامد، مایع یا گازی در دمای آستنیته و نفوذ اتم های کربن به سطح قطعه فولادی و سپس سرمایش سریع جهت ایجاد فاز مارتنزیت پرکربن انجام می شود. در فرآیند نیتریداسیون از منبع گازی یا پلاسما برای تولید و نفوذ اتم های نیتروژن استفاده می شود. این فرآیند در دماهای زیر دمای یوتکتوئید و پایین تر از دمای تمپر قبلی، انجام می پذیرد. این فرآیند اساسا نیاز به حضور عناصر آلیاژی نیتریدزا همانند آلومینیوم، وانادیم و کرم دارد از این جهت که با تشکیل نیتریدها فاز سخت و مقاوم به سایش در سطح ایجاد گردد. فرآیند نیتریده کردن، تغییر قابل توجهی در ابعاد ایجاد نمی کند و ضخامت لایه سخت سطحی نیز بسیار کمتر از روش های دیگر است، از این رو به عنوان فرآیند نهایی در ساخت قطعه به کار گرفته می شود.