خلاصه دانش پایه عملیات حرارتی فلزات

عملیات حرارتی فلزات یکی از فرآیندهای مهم در ساخت مکانیکی است. در مقایسه با سایر فرآیندهای فرآوری، عملیات حرارتی معمولاً شکل و ترکیب شیمیایی کلی محصول فولادی را تغییر نمی‌دهد، اما ریزساختار داخل کالا را تغییر می‌دهد یا ترکیب شیمیایی سطح را تغییر می‌دهد، بنابراین عملکرد محصول را بهبود می‌بخشد یا بهبود می‌بخشد. هدف از عملیات حرارتی فلز بهبود کیفیت ذاتی فلز به گونه ای است که خواص مکانیکی، خواص فیزیکی و خواص شیمیایی مورد نیاز را داشته باشد. علاوه بر انتخاب معقول مواد و فرآیندهای مختلف شکل‌دهی، فرآیندهای عملیات حرارتی اغلب ضروری هستند. فولاد پرمصرف ترین ماده در صنعت مکانیک است. ریزساختار فولاد پیچیده است و از طریق عملیات حرارتی قابل کنترل است. بنابراین، عملیات حرارتی فولاد محتوای اصلی عملیات حرارتی فلز است.

فرآیند عملیات حرارتی

فرآیند عملیات حرارتی به طور کلی شامل سه فرآیند گرمایش، عایق کاری و سرمایش است. گاهی اوقات فقط دو فرآیند وجود دارد: گرمایش و سرمایش. این فرآیندها به هم مرتبط هستند و نمی توان آنها را قطع کرد. گرمایش یکی از فرآیندهای مهم عملیات حرارتی است. روش های گرمایشی زیادی برای عملیات حرارتی فلزات وجود دارد. زغال سنگ و زغال سنگ برای اولین بار به عنوان منبع گرما و اخیراً از سوخت های مایع و گاز استفاده می شود. استفاده از الکتریسیته کنترل گرمایش را آسان می کند و آلودگی زیست محیطی ندارد. این منابع حرارتی را می توان برای گرمایش مستقیم یا حرارت غیر مستقیم از طریق نمک مذاب یا فلز یا حتی ذرات شناور استفاده کرد.

دمای گرمایش یکی از پارامترهای مهم فرآیند فرآیند عملیات حرارتی است. انتخاب و کنترل دمای گرمایش از مسائل اصلی برای اطمینان از کیفیت عملیات حرارتی است. دمای گرمایش بسته به ماده فلزی در حال پردازش و هدف عملیات حرارتی متفاوت است، اما به طور کلی تا بالاتر از دمای تبدیل فاز گرم می شود تا ساختاری با دمای بالا به دست آید. علاوه بر این، تبدیل به زمان معینی نیاز دارد. بنابراین، زمانی که سطح فلز به دمای حرارت مورد نیاز رسید، باید برای مدت زمان معینی در این دما نگه داشته شود تا دمای داخلی و خارجی یکنواخت شود و دگرگونی ریز ساختار کامل شود. این مدت زمان عایق نامیده می شود. هنگام استفاده از گرمایش با چگالی بالا و عملیات حرارتی سطح، سرعت گرمایش سریع است و به طور کلی زمان عایق بندی وجود ندارد، در حالی که زمان عایق برای عملیات حرارتی شیمیایی اغلب طولانی تر است.

خنک کردن نیز یک مرحله ضروری در فرآیند عملیات حرارتی است. روش های خنک کننده بسته به فرآیند متفاوت است و عمدتاً نرخ خنک کننده را کنترل می کند. به طور کلی، بازپخت کندترین سرعت خنک‌سازی را دارد، نرمال‌سازی سرعت خنک‌سازی سریع‌تری دارد، و کوئنچ سرعت خنک‌سازی سریع‌تری نسبت به نرمال‌سازی دارد. اما به دلیل انواع مختلف فولاد، الزامات مختلفی نیز وجود دارد.

عملیات حرارتی سطح یک فرآیند عملیات حرارتی فلز است که فقط لایه سطحی فلز را گرم می کند تا خواص مکانیکی لایه سطحی تغییر کند. برای اینکه فقط سطح فلز را بدون انتقال حرارت زیاد به داخل فلز گرم کنیم، منبع حرارتی مورد استفاده باید چگالی انرژی بالایی داشته باشد، یعنی مقدار زیادی انرژی گرمایی در واحد سطح به فلز داده شود تا سطح یا بخشی از فلز در مدت زمان کوتاهی به دمای بالایی برسد. روش های اصلی عملیات حرارتی سطحی شامل عملیات حرارتی اطفاء شعله و عملیات حرارتی القایی است. منابع گرمایی رایج شامل استیلن اکسیژن، پروپان اکسیژن، جریان القایی، لیزر و پرتو الکترونی است.

عملیات حرارتی شیمیایی یک فرآیند عملیات حرارتی فلز است که ترکیب شیمیایی، ساختار و خواص سطح فلز را تغییر می دهد. عملیات حرارتی شیمیایی عبارت است از حرارت دادن فلز در یک محیط (گاز، مایع، جامد) حاوی کربن، محیط نمک یا سایر عناصر آلیاژی و گرم نگه داشتن آن برای مدت طولانی، به طوری که سطح فلز بتواند به عناصری مانند کربن، نیتروژن، بور و کروم نفوذ کند. پس از نفوذ عناصر، گاهی اوقات سایر فرآیندهای عملیات حرارتی مانند کوئنچ و تمپر انجام می شود. روش های اصلی عملیات حرارتی شیمیایی عبارتند از کربورسازی، نیتریدینگ و متالیزاسیون.

به طور کلی، عملیات حرارتی فلز یکی از فرآیندهای مهم در فرآیند ساخت قطعات مکانیکی و ابزار و قالب است. این می تواند خواص مختلف فلز مانند مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی و غیره را تضمین و بهبود بخشد.