همه چیز درباره فرایند آنیلینگ یا بازپخت فولاد

اگر تصور می‌کنید که قطعات ساخته شده بعد از ریخته‌گری و آهنگری، بلافاصله قابل استفاده هستند، باید بگوییم که سخت در اشتباهید. این قطعات معمولا ساختار و مشخصه‌های درستی ندارند. از این رو باید اقداماتی انجام شود تا در نهایت، ساختار استانداردی پیدا کنند و آماده استفاده شوند. فرایند آنیلینگ یکی از این روش‌ها است که با عنوان باز پخت نیز معرفی می‌شود. این عملیات به کمک گرمایش و خنک‌سازی به ایجاد تغییر در خواص مکانیکی ماده می‌پردازد. در ادامه با ما همراه باشید تا توضیحات کامل‌تر و گسترده‌تری را درباره این فرایند در اختیار شما قرار دهیم.

آنیل کردن چیست؟

در ابتدا لازم است تا یک مفهوم کلی و اساسی برای آنیل کردن یا بازپخت در نظر بگیریم. آنیل کردن را می‌توانیم از جمله روش‌های عملیات حرارتی بدانیم که در آخرین مراحل تولید قطعات استفاده شده و کمک می‌کند تا کیفیت قطعه ارتقا پیدا کند. در طول این فرایند، تا دمایی بالاتر از دمای بلوری شدن به ماده حرارت می‌دهند و سپس به آهستگی آن را سرد می‌کنند. منظور از دمای بلوری شدن یا تبلور در واقع همان دمایی بوده که مذاب به بلور جامد تبدیل شده و بالعکس آن نیز سازگار است. این دما برای فولاد در محدوده 700 درجه سانتی‌گراد قرار دارد.

آنیل کردن می‌تواند اثرگذاری فوق‌العاده‌ای در بهبود خواص مکانیکی داشته باشد. این فرایند نتایجی از جمله کاهش تنش‌های داخلی، اصلاح ریزساختارها و همچنین افزایش شکل‌پذیری را به دنبال دارد. در روند تولید قطعات مختلف، ممکن است فلز دچار تنش‌هایی شود که بر روی خواص مکانیکی آن، اثرگذاری منفی داشته باشد. آنیلینگ می‌تواند تا حد زیادی، این دسته از اثرات منفی را خنثی‌سازی کند.

علت استفاده از فرایند آنیلینگ یا بازپخت

پس از آشنایی با مفهوم فرایند آنیلینگ در روند ساخت قطعات فلزی، لازم است تا به بررسی علت و هدف اصلی استفاده از آن بپردازیم. علم مواد و متالوژی، این روزها تمرکز ویژه‌ای بر روی این مفهوم داشته و به نوعی آن را یک عملیات حرارتی موثر بر روی خواص شیمیایی و فیزیکی فلز می‌داند. بر اساس این اطلاعات، فرایند آنیل کردن می‌تواند باعث کاهش سختی و افزایش انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری شود. با حرارت دادن به فلز در طول این فرایند، تعداد مولکول‌های تخریب‌شده کاهش پیدا می‌کند و اتم‌ها شکل آرایش جدیدی را به خود می‌گیرند. بعد از اینکه این فرایند به صورت کامل اجرا شود، قابلیت‌های ماشین‌ کاری، خواص الکتریکی، پایداری ابعاد و بسیاری دیگر از ویژگی‌های فلز تقویت می‌شوند.

در واقع می‌توانیم علت اصلی استفاده از این فرایند را از بین بردن و برطرف کردن ایرادات قطعات فولادی بدانیم. این روش، صرفه اقتصادی بالاتری نسبت به راهکارهای مشابه داشته و همین باعث شده تا امروزه شاهد گسترش کاربرد آن باشیم.

فرایند آنیل کردن به چه صورت است؟

از دیگر موضوعات مهمی که در این بخش باید به آن بپردازیم، نحوه انجام فرایند آنیل کردن یا بازپخت است. این عملیات در سه مرحله کلی انجام می‌شود که نتیجه آن بهبود و ارتقا خواص مکانیکی است. اصلی‌ترین مراحل در این روند به شرح زیر هستند:

بازیابی

در اولین مرحله از آنیل کردن باید دمای مواد را به ‌اندازه‌ای افزایش دهیم که تنش‌های داخلی آن برطرف شده و آماده اصلاحات جدید باشند.

تبلور مجدد

افزایش دما در این فرایند محدود و کنترل‌شده است و از میزان دمای تبلور مجدد بالاتر نمی‌رود. در این دما دانه‌های جدید و بدون تنش، جایگزین دانه‌های قبلی شده و کیفیت قطعه را افزایش می‌دهند.

رشد دانه

آخرین مرحله از این فرایند مربوط به خنک کردن است که باعث رشد دانه‌های جدید می‌شود. در این حالت فلزات، شکل‌پذیری بهتری از خود نشان می‌دهند و کارایی مطلوب‌تری دارند.

دمای آنیل فولاد چقدر است؟

فرایند آنیلینگ یا همان باز پخت برای قطعات فولادی نیز استفاده می‌شود. در طول فرایند آهنگری و یا ریخته‌گری نیز احتمال بروز تغییرات شیمیایی و فیزیکی در قطعات فولادی وجود داشته که نیاز به اصلاحات اساسی دارد. بهترین دما برای بازپخت قطعات ساخته شده با فولاد، در محدوده 700 درجه سانتی‌گراد است و نباید از آن تجاوز کند.

انواع آنیلینگ

حال که تا حدی با مفهوم اصلی بازپخت و نحوه فرایند آن آشنا شدیم، باید اطلاعاتی درباره انواع آنیلینگ نیز به دست آوریم. امروزه به دلیل گسترش کاربرد این فرایند، انواع مختلفی برای آن در نظر گرفته شده است که تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند. در این بخش به معرفی انواع آنیلینگ می‌پردازیم تا شما آگاهی بیشتری درباره آن‌ها به دست آورید.

انباشته

امروزه کمتر شاهد این روش در فرایند بازپخت هستیم و در اغلب مواقع، روش‌های دیگر جایگزین آن شده‌اند. روش انباشتی معمولا برای مس استفاده می‌شد. برای این کار مجموعه‌ای از مس‌ها به صورت رشته‌رشته در داخل کوره آنیل حرارت دیده و سپس خنک‌سازی می‌شدند. مهم‌ترین نکته در این روش، عدم وجود هوا درون کوره برای جلوگیری از اکسید شدن مفتول‌های مسی بوده که باید به آن توجه داشته باشید.

پیوسته

یکی از متداول‌ترین و کاربردی‌ترین روش‌های آنیل کردن را می‌توانیم آنیل پیوسته بدانیم. این روش برای ورق‌ها مورد استفاده قرار گرفته و به صورت کاملا جدی، از افزایش دمای بیش از حد ورق جلوگیری می‌کند. این موضوع باعث شده تا نیازی به صرف انرژی بیشتر برای خنک کردن مجدد ورق نداشته باشیم. آنیل پیوسته معمولا در موقعیت‌های مختلفی از جمله ورق نورد سرد، ورق گالوانیزه، قلع اندود و ... کاربرد دارد. این نوع از آنیل کردن در چند مرحله مختلف گرمایش، همگن‌سازی و خنک‌کاری اجرا می‌شود.

آنیل کامل

در موقعیت‌های مختلف معمولا برای اینکه در نهایت بتوانیم به ریزساختاری همگن و یکنواخت دست پیدا کنیم، باید به سراغ آنیل کامل برویم. میزان افزایش دما در این نوع از بازپخت، تا حد زیادی به درصد کربن موجود در قطعه وابسته است. بر اساس تحقیقات انجام شده، معمولا دما تا محدوده تشکیل آستنیت بالا برده می‌شود. مدت‌زمان نگه داشتن قطعه در این دما نیز به عوامل مختلفی وابسته است که از میان آن‌ها می‌توانیم به ساختار نهایی و خواص مورد نظر برای آن اشاره کنیم. در برخی از مواقع ممکن است که کل ساختار قطعه به آستنیت تبدیل شود. در قدم بعدی باید قطعه را به آهستگی سرد کنیم. لازم به ذکر است که سرعت سرد کردن باید به اندازه‌ای کم باشد که فازهای غیر تعادلی ایجاد نشوند.

آنیل هم‌دما

مراحل ابتدایی این نوع از آنیل کردن نیز مشابه با آنیل کامل بوده و باید تا دمای تشکیل آستنیت، فرایند گرم کردن را ادامه دهیم. سپس باید به سرعت قطعه را تا دمای دگرگونی کمتر از 700 درجه سانتی‌گراد، سرد کنیم. در این مرحله بایستی برای مدت‌زمان معلومی، دما در این محدوده ثابت نگه داشته شود و سپس اقدام به خنک‌سازی آن با یک سرعت دلخواه کنیم. سختی قطعه نهایی در این روش کمی بیشتر از آنیل کامل است که باید به آن توجه داشته باشید.

آنیل انحلالی

یکی دیگر از عملیات‌ حرارتی که در این راستا مورد استفاده قرار می‌گیرد، آنیل انحلالی است که می‌تواند تعمیرات متالوژیکی قابل توجهی را در ریزساختارها به دست آورد. این فرایند معمولا با هدف کاهش حساسیت به ترک در قطعات مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع از بازپخت بر روی انواع فولاد زنگ نزن آستینتی و بعد از فرایند فرم‌دهی انجام می‌شود. در طول این روش، دمای فولاد افزایش داده شده و در دمای بالا نگهداری می‌شود تا انحلال کاربیدها انجام گیرد و کربن نیز در این محلول آزادسازی شود. در گام بعدی برای جلوگیری از تشکیل دوباره کاربیدها، قطعه به ‌سرعت سرد خواهد شد.

کاربردهای آنیلینگ

آشنایی با کاربردهای مختلف آنیلینگ در زمینه‌های مختلف نیز یکی دیگر از موضوعاتی است که به هیچ عنوان نباید نادیده گرفته شود. امروزه از این تکنیک در صنایع و زمینه‌های مختلف، استفاده‌های گوناگونی می‌شود که از میان آن‌ها می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:

• صنعت فولاد
• خودروسازی و هوافضا
• فلزکاری و ماشین‌کاری
• صنعت برق و الکترونیک

مزایا و معایب آنیلینگ

در راستای تکمیل مفهوم آنیل کردن، لازم است تا درباره مزایا و معایب این نوع عملیات حرارتی نیز اطلاعات کامل و گسترده‌ای به دست آوریم. در این بخش به معرفی چند نمونه از اصلی‌ترین مزایا و معایب این عملیات می‌پردازیم.

مزایای آنیلینگ

امروزه از فرایند بازپخت معمولا برای انواع فولاد و فلزات مختلف استفاده گسترده‌ای می‌شود. از این رو می‌توانیم نتیجه بگیریم که این عملیات حرارتی، مزایای متعددی به همراه دارد که می‌توانید از آن بهره‌مند شوید.

• افزایش چقرمگی
• کاهش سختی
• افزایش شکل‌پذیری و ماشین‌کاری
• کاهش شکنندگی
• بهبود و افزایش خواص مغناطیسی
• افزایش هدایت الکتریکی

معایب بازپخت

بدیهی است که در کنار مزایای متعدد و گوناگون، این روش معایبی نیز به همراه دارد که در این بخش به چند نمونه از آن‌ها اشاره می‌کنیم.

• زمان‌بر بودن اجرای فرایند
• امکان ایجاد اعوجاج و تاب برداشتن ورق
• کاهش بیش از حد استحکام

کوره آنیل چیست؟

کوره آنیل مکانی است که فرایند آنیلینگ در آن انجام می‌شود. ساختار این کوره‌ها کاملا منحصر به فرد بوده و متناسب با روالی که قصد اجرای آن را دارید، طراحی می‌شود. در این فرایند به منظور تهیه قطعات عاری از تنش، به کوره آنیل نیاز است. در این کوره‌ها می‌توانید دمای قطعات را تا میزان مشخصی افزایش داده و سپس در همان دما در یک بازه زمانی معین نگه دارید. انواع کوره آنیل به دو دسته تک پایه و چند پایه تقسیم می‌شوند که هر کدام ویژگی‌های مخصوص به خود را داشته و در موقعیت‌های متفاوتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تفاوت نرماله کردن با آنیلینگ

حال که با آنیلینگ کردن و انواع آن به ‌صورت کامل آشنا شدیم، لازم است تا اطلاعاتی درباره تفاوت‌های این اقدامات با نرماله کردن نیز به دست آوریم. نرماله کردن را می‌توانیم یکی دیگر از روش‌های عملیات حرارتی بدانیم که شباهت‌های بسیار زیادی با روش بازپخت دارد. تفاوت‌های موجود در این زمینه، اهمیت بالایی دارند که باید مورد بررسی قرار بگیرند. از جمله تفاوت‌های موجود در میان این دو فرایند می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:

• دمایی که قطعه در نرماله کردن به آن می‌رسد، بالاتر از دمایی است که در آنیل کردن مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• قطعات در فرایند آنیلینگ معمولا انعطاف بیشتری نسبت به نمونه‌های نرماله کردن دارند.
• قطعاتی که در نرماله کردن حرارت می‌بینند، در انتها استحکام بیشتر و دانه‌های ریزتری نسبت به فرایند بازپخت دارند.
• در فرایند نرماله کردن، بعد از حرارت دیدن قطعات در مجاورت هوا خنک می‌شوند؛ در حالی که در آنیلینگ این مرحله در کوره انجام می‌شود.

سخن پایانی

در صنایع فولاد و ساخت انواع قطعات و ابزارآلات فلزی، معمولا اقدامات ویژه‌ای انجام می‌شود تا در نهایت قطعات مستحکم و باکیفیتی تولید شوند. ریخته‌گری و آهنگری تنها جزئی از این مراحل هستند که نیاز به تکمیل و گسترش دارند. آنیلینگ یکی از دسته‌های عملیات حرارتی است که با اصول مخصوص به خود می‌تواند ویژگی‌ها و مشخصه‌های فیزیکی و شیمیایی این قطعات را ارتقا دهد. در بخش‌های قبلی به‌ صورت کامل به معرفی و بررسی این روش و انواع آن پرداختیم.