فولاد به عنوان یک آلیاژ آهن و کربن، بسته به میزان کربن و عملیات حرارتی اعمال شده، می تواند طیف وسیعی از خواص مکانیکی و ساختاری را از خود نشان دهد. پس از تولید فولاد خام، به ویژه در فرآیندهایی مانند ریخته گری پیوسته یا نورد گرم، ساختار میکروسکوپی فولاد ممکن است دارای تنش های پسماند، دانه بندی ناهمگن یا فازهای نامطلوب باشد. برای کنترل این موارد و رساندن فولاد به خواص مطلوب برای کاربردهای مهندسی، عملیاتی همچون کربن زدایی، نرماله کردن و آنیل کردن انجام می گیرند. این فرآیندها به ترتیب با تغییر در ترکیب شیمیایی سطح، بازآرایی ریزساختار و تنش زدایی، موجب بهبود خواص مکانیکی نظیر استحکام، سختی، چقرمگی و شکل پذیری می شوند.
کربن زدایی (Decarburization)
تعریف و روش ها
کربن زدایی فرآیندی است که در آن درصد کربن موجود در سطح یا کل حجم فولاد کاهش می یابد. این فرآیند ممکن است به صورت شیمیایی در زمان ذوب فولاد یا به شکل حرارتی و شیمیایی پس از شکل گیری قطعه انجام شود. در مرحله ذوب، دمش اکسیژن/BOF: Basic Oxygen Furnace به داخل مذاب موجب می شود کربن با اکسیژن واکنش داده و گازهای CO و CO₂ آزاد شوند. این واکنش های گازی، هم زمان با ایجاد حرارت، موجب کاهش مقدار کربن در مذاب و اصلاح خواص فولاد می شوند. در سطح قطعات جامد نیز کربن زدایی از طریق حرارت دهی در محیط های اکسیدی مانند هوا،CO₂ یا بخار آب در دمای بالا (معمولاً 800 تا 1100 درجه سانتی گراد) انجام می شود. در این حالت، کربن موجود در لایه های سطحی با اکسیژن محیط ترکیب شده و از سطح خارج می شود.
هدف
هدف اصلی از کربن زدایی، بهبود برخی خواص فیزیکی و مکانیکی فولاد با کاهش مقدار کربن در سطح یا حجم آن و به بیان دیگر اصلاح خواص فولاد است. کاهش کربن به طور مستقیم منجر به کاهش سختی و افزایش چقرمگی و شکل پذیری فولاد می شود، زیرا کربن بالا باعث تشکیل فازهای سخت و شکننده مانند سمنتیت (Fe₃C)در ساختار فولاد می گردد. از سوی دیگر، در جوشکاری فولادهای کربن متوسط یا بالا، ناحیه تحت تأثیر حرارت (HAZ) در معرض تغییرات ترکیب شیمیایی قرار دارد و کاهش کنترل نشده‌ی کربن در این ناحیه می تواند به کاهش مقاومت مکانیکی منجر شود. به همین دلیل، کنترل دقیق کربن زدایی، به ویژه در قطعات حساس، اهمیت زیادی دارد. همچنین در برخی کاربردها مانند تیغه ها، قالب ها و قطعات ماشین کاری شونده، کاهش کربن سطحی موجب افزایش دوام و کیفیت پرداخت سطحی می شود.
نرماله کردن (Normalizing)
تعریف و روش ها
نرماله کردن یک عملیات حرارتی تمام عیار است که برای یکنواخت سازی ساختار میکروسکوپی فولاد و بهبود خواص مکانیکی آن انجام می‌شود. در این فرآیندِ اصلاح خواص فولاد، قطعه‌ی فولادی تا دمایی بالاتر از دمای بحرانی بالایی (Ac3) برای فولادهای هیپویوتکتوئیدی یا بین Ac1 و Acm برای فولادهای هیپریوتکتوئیدی گرم می شود. دمای دقیق معمولاً بین 850 تا 950 درجه سانتی گراد است، اما بستگی به ترکیب شیمیایی فولاد دارد. در این دما، ساختار فولاد به‌طور کامل به آستنیت تبدیل می شود که یک فاز FCC (Face-Centered Cubic) پایدار در دمای بالا است. پس از نگهداری در این دما به مدت کافی جهت یکنواخت سازی، قطعه در هوای آزاد سرد می شود تا ساختار آن به مخلوطی از فریت و پرلیت ظریف (یا در برخی موارد بینیت) تبدیل گردد.
هدف
نرماله کردن با هدف اصلاح ساختار میکروسکوپی فولاد، یکنواخت سازی اندازه دانه ها و افزایش خواص مکانیکی مانند استحکام و چقرمگی انجام می شود. بسیاری از فرآیندهای قبلی مانند نورد گرم، فورج یا ریخته گری باعث ایجاد ساختاری ناهمگن و ناپایدار در فولاد می شوند که ممکن است شامل دانه های کشیده، تنش های پسماند و تمرکز ترکیبات فازی در نقاط خاص باشد. این عوامل می توانند موجب بروز ترک، پیچش یا تغییر خواص مکانیکی قطعه در طول کار شوند. نرماله کردن با حذف این ناهمگنی ها و بازآرایی مجدد ساختار بلوری فولاد، دانه بندی را به وضعیت پایدارتر و یکنواخت تری می رساند و با اصلاح خواص فولاد، ویژگی های آن را در جهت طراحی شده تثبیت می کند. در بسیاری از فولادهای ساختمانی و ابزار، نرماله کردن به عنوان عملیات واسط قبل از سختکاری نیز استفاده می شود.
آنیل کردن (Annealing)
تعریف و روش ها
آنیل کردن یا بازپخت، فرآیندی حرارتی است که با هدف کاهش سختی، افزایش انعطاف پذیری و بهبود قابلیت ماشین کاری فولاد انجام می شود. در این عملیات، فولاد در دمایی بین 600 تا 900 درجه سانتی گراد (بسته به نوع فولاد و هدف نهایی) برای مدت زمان مشخصی حرارت داده می شود. سپس فولاد به صورت بسیار کند – معمولا درون کوره خاموش – سرد می شود تا تغییرات ساختاری به آرامی صورت گیرد، تنش های داخلی آزاد شوند و اصلاح خواص فولاد صورت پذیرد. در آنیل کامل، فولاد به دمای بالاتر از Ac3 گرم می شود تا ساختار کاملا آستنیتی ایجاد شود، سپس طی سرد شدن آهسته ساختار تبدیل به فریت و پرلیت درشت می‌شود که نرمی ببیشتری نسبت به پرلیت ظریف که در نرماله کردن ایجاد می شود دارد. در آنیل کروی (کروی سازی)، هدف تشکیل کاربیدهای کروی شکل (به جای شکل لایه لایه) در زمینه فریتی است که این حالت برای فولادهای پرکربن مفید است و ماشین کاری را تسهیل می کند. برای این کار فرآیند گرم کردن و سرد کردن باید چندین مرتبه پشت سرهم انجام شود.
تولید میلگرد به روش ترمکس: از فرآیند تولید تا مزایا
هدف
هدف اصلی از آنیل کردن، رساندن فولاد به ساختاری پایدار، نرم و انعطاف پذیر است. این فرآیند برای قطعاتی که قرار است تحت عملیات شکل دهی سرد یا ماشین کاری قرار بگیرند، بسیار حیاتی است. افزایش سختی فولاد در اثر کار سرد، یا ایجاد تنش های پسماند در اثر نورد یا جوشکاری، می تواند باعث ایجاد ترک یا تغییر شکل ناخواسته در قطعه شود. با انجام آنیل، این تنش ها حذف می شوند و ساختار فولاد به حالتی متعادل باز می گردد. همچنین در صنایع ابزارسازی، آنیل کروی برای آماده سازی فولادهای ابزار پرکربن پیش از شکل دهی نهایی رایج است، زیرا توزیع کروی کاربیدها موجب بهبود یکنواختی ماشین کاری می شود. در فولادهای آلیاژی نیز، آنیل تنش زدایی به عنوان فرآیندی برای افزایش عمر خستگی قطعات حیاتی مانند محور، میل لنگ و چرخ دنده کاربرد دارد.
جدول: نقش هر فرآیند در اصلاح خواص فولاد
کلام پایانی
هر یک از فرآیندهای معرفی شده، نقش مشخص و مهمی در تولید فولاد با خواص مطلوب و اصلاح خواص فولاد دارد. کربن زدایی بیشتر بر ترکیب شیمیایی و خواص سطحی تأثیر می گذارد، در حالی که نرماله کردن ساختار داخلی فولاد را یکنواخت و متعادل می سازد. آنیل کردن نیز با هدف نرم سازی و بهبود قابلیت شکل دهی و ماشین کاری انجام می شود. انتخاب مناسب هر فرآیند بستگی به کاربرد نهایی قطعه فولادی دارد و در بسیاری از موارد، ترکیبی از این عملیات برای رسیدن به بهترین نتیجه استفاده می شود.
برای کسب اطلاعات بیشتر از مشخصات و قیمت میلگرد و کلاف فولادی مجتمع فولاد بافق با کارشناسان ما تماس بگیرید.
