از ترکیب فلزات با عناصر فلزی دیگر، آلیاژها تشکیل می‌شوند. هر آلیاژی خواص و ویژگی‌های مخصوص به خود را داشته و با دیگر آلیاژها تفاوت‌ها و تمایزاتی دارد. اما بهبود و کاهش این ویژگی‌ها از طریق عملیات حرارتی‌های مختلف امکان‌پذیر میباشد. همان‌طور که در مقاله “صفر تا ۱۰۰ عملیات حرارتی فولاد و مفاهیم و فرآیندهای آن” هم گفتیم عملیات حرارتی فرایندی است که به کمک گرمایش و خنک‌سازی به تغییر خواص مکانیکی ماده می‌پردازد. یکی از مهمترین این عملیات‌ها آنیلینگ (به انگلیسی Annealing) است که به آن بازپخت هم می‌گویند. برای آشنایی بیشتر با این نوع از عملیات حرارتی در ادامه با ما همراه باشید.
فهرست مطالب
آنیلینگ چیست؟
تاریخچه آنیلینگ
منشأ آنیلینگ را می‌توان در تمدن‌های باستانی جستجو کرد. اعتقاد بر این است که صنعتگران اولیه اثرات گرمایش و سرد کردن فلزات بر خواص آن‌ها را از طریق آزمون و خطا کشف کردند. آن‌ها از این فرایند برای نرم کردن و شکل دادن به فلزات استفاده می‌کردند. اما روند این فرایند دقیق نبوده و حتی کیفیت دو فلز آنیل شده هم با یکدیگر تفاوت داشت.
با گذر زمان مراحل این فرایند و سیستم‌های کنترل آن دچار پیشرفت شده و باعث بالا رفتن روز افزون کیفیتش شدند. تا جایی که امروزه از آن در توسعه آلیاژهای جدید و بهبود مواد به کار رفته در صنایعی مثل خودروسازی و هوافضا استفاده میشود.
آنیلینگ یک فرآیند حرارتی ارزشمند است که با تغییر دما، ساختار داخلی فلز را نرم و منظم کرده و خواص مکانیکی آن را بهبود میبخشد.
روش انجام عملیات حرارتی آنیلینگ چگونه است؟
آنیلینگ با هدف کاهش سختی و افزایش انعطاف‌پذیری و شکلپذیری ماده انجام میشود. اما در کنار این‌ها باعث اصلاح اندازه دانه‌ها، از بین بردن تنشهای داخلی و یکنواخت شدن ترکیب شیمیایی ماده در کل قطعه نیز میشود. این عملیات حرارتی در 3 مرحله کلی انجام شده و باعث بهبود خواص مکانیکی ماده میشود. این مراحل عبارتند از:
- بازیابی: در اولین مرحله از بازپخت دمای مواد را تا حدی افزایش می‌دهیم که تنشهای داخلی آن برطرف شود.
- تبلور مجدد: افزایش دما تا حدی انجام میشود که میزان دما از دمای تبلور مجدد بالاتر رفته و زیر نقطه ذوب آن باقی بماند. در این شرایط است که دانه‌های جدید و بدون تنش تشکیل شده و جایگزین دانه‌های قبلی می‌شوند.
- رشد دانه: در مرحله آخر با خنک کردن ماده دانه‌های جدید رشد می‌کنند. این اتفاق باعث میشود تا مواد شکلپذیری بهتری را از خود نشان دهند.
انواع عملیات حرارتی آنیل
تغییر میزان و زمان گرمایش و سرد کردن ماده باعث ایجاد انواع گوناگونی از آنیلینگ شده است. در ادامه به بررسی این موارد خواهیم پرداخت:
فرایند آنیل کامل
برای رسیدن به ریزساختاری همگن و یکنواخت از فرایند آنیل کامل استفاده می‌کنیم. گستره دمایی در این عملیات به درصد کربن آن بستگی دارد. اما به طور کلی دمای آن را تا محدوده تشکیل آستنیت بالا می‌بریم. این که چقدر ماده را در این دما نگه داریم به ساختار نهایی و خواصی که از آن انتظار داریم بستگی دارد. بنابراین حتی ممکن است کل ساختار ماده نیز به آستنیت تبدیل شود. پس از این کار ماده را به آهستگی سرد می‌کنیم. سرعت سرد کردن باید به اندازه‌ای کم باشد که فازهای غیر تعادلی بینیت و مارتنزیت تشکیل نشود.
فرایند آنیل هم دما
برای اجرای آنیل هم دما ابتدا مشابه آنیل کامل عمل کرده و دما را تا دمای تشکیل آستنیت گرم می‌کنیم. پس از آن ماده را به سرعت تا دمای دگرگونی که کمتر از 700 درجه سانتی‌گراد است سرد می‌کنیم. دما را برای مدت زمان مشخصی ثابت نگه داشته و سپس با سرعت دلخواه آن را سرد می‌کنیم. در این روش سختی نهایی در مقایسه با آنیل کامل کمی بیشتر است در حالی که زمان کمتری را نیاز دارد. جدول زیر مبحث مطرح شده را به طور خلاصه به نمایش می‌گذارد:
| تعداد مراحل حرارت‌دهی | زمان فرایند | سختی | ریزساختار | |
| آنیل کامل | یک مرحله | بیشتر | کمتر | فریت – پرلیت خشن |
| آنیل هم دما | دو مرحله | کمتر | بیشتر | فریت – پرلیت ظریف |
فرایند آنیل تنش زدایی
امکان ایجاد تنشهای داخلی در برخی از عملیات‌های حرارتی یا مکانیکی وجود داشته و می‌تواند تاثیرات نامطلوبی را بر عملکرد این قطعات بگذارد. این تنشها می‌توانند باعث ترک خوردن، تاب برداشتن و یا حتی انهدام قطعات شوند. به همین دلیل باید عملیات تنش‌زدایی از ماده انجام شود. برای این منظور قطعات را برای مدت زمان مشخصی در دمای بحرانی حرارت می‌دهیم. زمان حرارت‌دهی به ابعاد و نوع قطعه بستگی داشته و انتخاب زمان درست برای این فرایند از اهمیت بالایی برخوردار است. چرا که حرارت دادن بیش از ماده حتی می‌تواند باعث آسیب دیدن آن شود.
فرایند آنیل پیوسته
یکی از متداول‌ترین روش‌ها در آنیل ورق، آنیل پیوسته است. روش کار این نوع از آنیل به این صورت است که با افزایش دمای ورق در حین تولید، بهبود خواص اتفاق می‌افتد. اما بسیار مهم است که از افزایش بیش از حد دمای ورق جلوگیری کرده و باعث صرف انرژی زیاد برای خنک‌کاری آن نشویم. از این روش در خط تولید ورق نورد سرد، ورق گالوانیزه و قلع اندود کردن مواد فلزی استفاده میشود.
مزایای آنیل کردن
به طور کلی عملیات حرارتی بازپخت باعث بهبود کارایی ماده میشود. از اصلی‌ترین مزایای آن می‌توان به افزایش شکلپذیری، ماشین‌کاری و چقرمگی اشاره کرده و مواردی مثل پالایش ریزساختار و همگن‌سازی ترکیب آلیاژ را نام برد. البته لازم به ذکر است که گرمایش و سرد کردن ماده در فرایند آنیلینگ می‌تواند باعث کاهش شکنندگی و افزایش خواص مغناطیسی و هدایت الکتریکی آن‌ها شود.
معایب آنیلینگ
علاوه بر مزایایی که ذکر شد باید به معایب آنیل کردن نیز بپردازیم. از جمله محدودیت‌ها و معایب آنیلینگ می‌توان به مواردی مثل زمان‌بر بودن، امکان ایجاد اعواج و تاب برداشتن و کاهش بیش از حد استحکام در صورت بازپخت طولانی ماده اشاره کرد.
کاربردهای فرایند بازپخت
بازپخت به عنوان یک عملیات حرارتی، کاربردهای مختلفی را در صنایع مختلف ارائه میدهد. از جمله این کاربردها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
صنعت فولاد
از آنیلینگ به طور گسترده‌ای در تولید انواع فولاد و محصولات فولادی مثل فولاد کربنی، فولاد ضدزنگ، فولاد آلیاژی و ورق‌های فولادی استفاده میشود. بازپخت به پالایش ریزساختار فولاد، کاهش سختی و افزایش شکلپذیری آن نیز کمک می‌کند.
خودروسازی و هوافضا
صنایع خودروسازی و هوافضا برای افزایش خواص مواد مورد استفاده در اجزای حیاتی به شدت به بازپخت متکی هستند. قطعات موتور و سیلندر، چرخ دنده‌ها، یاتاقان‌ها و اجزای ساختاری از جمله قطعاتی هستند که برای کاهش تنش داخلی و بهبود مقاومت، تحت بازپخت قرار می‌گیرند.
صنعت برق
برای تولید قطعات الکتریکی و مفتول‌های مسی و آلومینیومی مورد استفاده در صنعت برق از آنیلینگ استفاده میشود. این کار رسانایی الکتریکی و انعطاف‌پذیری آن‌ها را بهبود بخشیده و شکنندگی و کارایی‌شان را افزایش میدهد.
فلزکاری و ماشین‌کاری
نرم شدن فلزات در اثر بازپخت باعث میشود تا مواد آنیل شده برای فلزکاری و ماشین‌کاری مناسب شوند.
جمع‌بندی
آنیلینگ یکی از عملیات‌های حرارتی است که برای بهبود خواص مکانیکی‌ای مثل سختی و انعطاف‌پذیری ماده انجام میشود. این فرایند که از تمدن‌های باستانی نشأت گرفته است شامل گرم کردن ماده تا دمای تبلور مجدد و سپس سرد کردن آهسته آن میشود. آنیلینگ از انواع مختلفی مثل کامل، هم‌دما، تنش‌زدایی و پیوسته تشکیل شده و برای هر کدام روش مخصوص به خود را دارد. هرچند که تمام این روش‌ها مزایایی مثل افزایش شکلپذیری، ماشین‌کاری و چقرمگی را شامل می‌شوند اما معایبی مثل زمان‌بر بودن و امکان ایجاد اعواج را نیز به همراه دارند. تمام این خصیصه‌ها باعث شده‌اند تا از این عملیات حرارتی در مواردی مثل تولید محصولات فولادی، خودروسازی، هوافضا و صنعت برق استفاده شده و خواص موردنیاز مواد را به طور ایده آلی بهبود بخشند.
پرسش و پاسخ
برای تولید اکثر محصولات فولادی نیاز به آنیلینگ میباشد. چرا که فولاد تحت فرایندهای مختلفی مثل نورد قرار گرفته و در آن تنشهای داخلی زیادی ایجاد شده است. بازپخت این تنشها را کاهش داده و خواص آن را بهبود میبخشد.
برای تولید ورق سرد از فرایند آنیل پیوسته استفاده میشود. این فرایند به تبلور مجدد ماده و کاهش سختی و افزایش شکلپذیری آن منجر شده و تنشهای پسماندر را نیز کاهش میدهد. آیا برای تولید محصولات فولادی، انجام عملیات حرارتی آنیلینگ ضروری میباشد؟
برای ساخت ورق سرد از کدام روش آنیلینگ استفاده میشود؟
مقالات در گروه صبا | نویسنده : امین شاکری | بروزرسانی : 31 تیر 1402
