فولاد یکی از پرکاربردترین مواد در جهان است و زندگی بدون آن غیرممکن خواهد بود. به عبارت دیگر، فولاد آلیاژی است که از ترکیب آهن و عناصر دیگر ساخته می‌شود. انواع مختلفی از فولاد بسته به عناصری که با آهن ترکیب می‌شوند، وجود دارد. به منظور تضمین کیفیت، تمامی عناصر زیر باید با اهن ترکیب شوند تا آلیاژ فولاد ساخته شود:
- آلومینیوم
- کربن
- منگنز
- نیتروژن
- اکسیژن
- فسفر
- سیلیکون
- گوگرد
نسبت دقیق این عناصر می‌تواند بر سختی، دوام و انعطاف‌پذیری فولاد اثر بگذارد. پس از ترکیب عناصر مذکور با آهن، آلیاژ فولاد به گونه‌ای حرارت‌دهی شود که بتوان آن را شکل داد. در این مقاله، عملیات حرارتی فولاد را بررسی خواهیم کرد.
منظور از عملیات حرارتی فولاد چیست؟
به طور کلی، منظور از عملیات حرارتی فولاد، مجموعه‌ای از فرآیندهایی است که طی آن خواص مکانیکی فولاد تغییر می‌یابد و اصلاح می‌شود. به عبارت دیگر، خواص فیزیکی، شیمیایی و متالوژیکی فولاد طی عملیات حرارتی تغییر پیدا می‌کند و به این ترتیب، فولاد برای استفاده در مصارف مختلف آماده می‌شود.
در واقع، عملیات حرارتی فولاد به منظور به تعادل رساندن خواص مکانیکی فولاد برای یک کاربرد خاص صورت می‌گیرد. به کمک عملیات حرارتی فولاد، قابلیت ماشین کاری، انعطاف‌پذیری، مقاومت در برابر سایش، سختی و غیره بهبود پیدا می‌کند.
انواع عملیات حرارتی فولاد
فولاد در یک دمای بحرانی شروع به تغییر ساختار شیمیایی می‌کند و انعطاف‌پذیر می‌شود. عملیات حرارتی فولاد پایین‌تر از این دمای بحرانی وارد فاز آستنیت می‌شود. به این ترتیب، مهندسان می‌توانند شکل و کیفیت مورد نیاز فولاد را ایجاد کنند. عملیات حرارتی فولاد دارای انواع مختلفی است که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:
- آنیل کردن: حرارت‌دهی فولاد در دماهای بسیار بالا به منظور تغییر میکروساختارها و به آرامی خنک کردن فولاد که باعث تصفیه و نرم‌تر شدن آن می‌شود.
- نرماله کردن: در این عملیات حرارتی، فولاد برای مدت زمان مشخصی در دمای 80 درجه قرار می‌گیرد. نرماله کردن باعث افزایش انعطاف‌پذیری و سختی فولاد می‌شود.
- کربن‌دهی: افزودن مواد به سطح از طریق حرارت‌دهی و مواد حاوی کربن. به این ترتیب، قطعه فولادی دارای سطحی سخت ولی درونی نرم و حجیم خواهد بود.
- رویه سختی: کربن‌دهی و خنک کردن سریع فولاد به منظور نرم نگه داشتن مرکز و سخت شدن قسمت‌های دیگر.
- کوئنچ کردن: در این روش، فولاد در داخل کوره تا دمای مشخصی گرم می‌شود. این دما بیشتر دمای مجدد تبلور فلز و کمتر از نقطه‌ی ذوب آن است. فولاد پس از رسیدن به این دما به آرامی آب نمک خنک می‌شود.
- کربن‌زدایی: برداشت کربن از آلیاژ فولاد از طریق حرارت‌دهی.
- نیتروژن‌دهی: افزودن نیتروژن به سطح فولاد از طریق حرارت‌دهی و مایع یا گاز سرشار از نیتروژن. نفوذ نیتروژن به درون فولاد خود باعث سخت شدن آن می‌شود و دیگر نیازی به عملیات سخت‌کاری نیست.
- بازپرداخت: حرارت‌دهی مجدد فولادی که تا دمای مشخصی خنک شده است تا سختی آن از بین برود.
- تمپر کردن و کارسختی: عملیاتی که موجب افزایش استحکام و تحمل آن در برابر چقرمگی می‌شود. در این فرآیند، هیچ‌گونه تنشی بر روی فولاد ایجاد نمی‌شود. پس از تمپر کردن حتماً به فرآیند خنک‌کاری نیاز است.
سخن نهایی
همانطور که گفته شد، عملیات حرارتی فولاد به منظور تغییر خواص فیزیکی و شیمیایی این آلیاژ و بهبود کارایی آن صورت می‌گیرد. عملیات حرارتی فولاد انواع مختلفی دارد که هر یک از آن‌ها به یک منظور خاص و در شرایط معینی صورت می‌گیرند.
