از صفر تا صد ساخت قطعات فولادی، مراحل مختلفی طی می‌شود تا قطعه فلزی کیفیت مناسب را پیدا کند. در آخرین مراحل ساخت قطعات فلزی، این مقاطع هنوز استانداردهای لازم برای بکارگیری و عرضه در بازار را ندارد. به همین علت از فرآیندی تحت عنوان آنیلینگ استفاده می‌شود. اما این‌که آنیل کردن فلزات چه تعریفی دارد و علت لزوم انجام آن چیست را در ادامه این مطلب بررسی خواهیم کرد. تا انتهای این مطلب با ما همراه شوید.
عملیات حرارتی چیست؟
تولیدکنندگان قطعه فلزی، این مقاطع را به روش‌های مختلفی، مثل آهنگری، تولید می‌کنند. در طول فرآیند تولید، تنش‌هایی درون ماده ایجاد می‌شود. فرآیند کار سردی که بر روی قطعه انجام می‌گیرد، سبب به وجود آمدن این تنش‌ها می‌شود.
کار سرد تغییر شکل پلاستیکی، در دمای کم‌تر از تبلور مجدد فلز می‌باشد. هنگام استفاده از قطعات تولیدی با تنش‌های باقی مانده، نیروهای وارده منجر به ایجاد ترک و شکست می‌شوند. عملیات حرارتی، راه حل مناسبی برای جلوگیری از آسیب‌های احتمالی خواهد بود.
به فرآیند گرم کردن و سپس سرد کردن ماده، در شرایط مشخص، عملیات حرارتی گفته می‌شود. در زمان‌های قدیم، انسان‌ها دریافته بودند که با فرو بردن شمشیر گداخته در آب سرد، استحکام آن افزایش پیدا می‌کند. به عبارتی، عمر استفاده از عملیات حرارتی به اندازه قدمت حضور آهن در زندگی انسان‌ها است.
براساس دما، زمان نگهداری و سرعت سرد شدن، عملیات حرارتی روش‌های مختلفی دارد. به طور کلی هدف از استفاده از این فرایند، بهبود خواص مکانیکی و ساختار ماده است. عملیات حرارتی فولاد به روش‌های مختلفی همچون نرمالیزاسیون، کروی کردن، آنیلینگ یا آنیل کردن، کوئنچ و تمپر کردن می‌باشد.
آنیل کردن فلزات چیست؟
آنیل کردن فلزات یا آنیلینگ (به انگلیسی annealing) به هر نوع عملیات حرارتی گفته می‌شود که سبب ایجاد ساختاری به جز مارتنزیت با سختی کم‌تر و انعطاف‌پذیری بیشتر شود. در علم متالورژی، آنیل کردن به معنای عملیات حرارتی است که برای تغییر ویژگی‌های فیزیکی مواد استفاده می‌گردد.
این امر منجر به تغییر در داکتیلیته و سختی خواهد شد. در فرآیند آنیلینگ یا بازپخت، به فلز حرارتی بالاتر از دمای تبلور یا بلورسازی داده می‌شود. خواصی مانند قابلیت ماشین‌کاری، خواص الکتریکی، قابلیت کار سرد و پایداری ابعاد، از جمله مواردی هستند که بعد از انجام فرآیند آنیلینگ تقویت می‌شوند.
هدف از بازپخت مقاطع فلزی چیست؟
خم کردن یا پرس کردن مواد سخت و شکننده امری دشوار است؛ چراکه منجر به شکستن آن‌ها خواهد شد. بنابراین با استفاده از عملیات بازپخت، احتمال شکستگی محصول از بین می‌رود. همچنین این فرآیند پسماندها را نیز کاهش می‌دهد.
در نتیجه عملیات حرارتی گزینه‌ای مناسب برای بهبود خواص محصولات فولادی به حساب می‌آید. بیشتر کاربرد آن برای اهدافی مانند بهبود خواص الکتریکی، مغناطیسی، استحکام فولاد، دور کردن تنش‌های مکانیکی از محصول، ایجاد ساختار ریزدانه و غیره است.
انواع روش های آنیل کردن فلزات کدام است؟
آنیل کردن فلزات از 3 طریق زیر قابل انجام است:
- آنیل کامل
در فرآیند آنیل کامل، به فولاد یا آهن گرمایی بیشتر از دمای لازم برای تغییر ماهیت فلز داده می‌شود. پس از آن‌که به دمای مشخص رسید، به آرامی آن را داخل کوره می‌برند تا سرد و کاملا نرم شود. درصد کربن فولاد، محدوده دمایی آستنیته کردن را تعیین می‌کند. در انجام فرآیند آنیل کامل، دماهای بحرانی نیز تا حدودی تحت تاثیر عناصر آلیاژی هستند و به نسبت آن‌ها تغییر پیدا می‌کنند.
- آنیل ایزوترمال
در انجام فرآیند آنیل ایزوترمال در دو مرحله به فولاد حرارت داده می‌شود تا به قطعه موردنظر تبدیل گردد. در مرحله اول درست به همان شکلی که در آنیل کامل، عملیات آستنیته کردن صورت می‌گیرد، در آنیل ایزوترمال نیز در همان گستره دمایی این اتفاق می‌افتد.
اما تفاوت آنیل ایزوترمال و آنیل کامل هنگامی است که پس از انجام مرحله اول، دمای فولاد را به سرعت تا رسیدن به دمای دگرگونی کاهش می‌دهند. سپس به مدت مشخص آن را در دمای دگرگونی قرار می‌دهند تا به صورت کامل دگرگونی صورت گیرد. پس از پایان این گام، می‌توان گفت که فولاد به شکل ایزوترمال، آنیل شده است.
- آنیل اسفرودایز
آخرین نوع آنیلینگ، آنیل اسفرودایز است. آنیل اسفرودایز تعادلی‌ترین ساختار را دارد و شامل بالاترین خواص در میان دیگر انواع آنیلینگ است.
کوره آنیل چیست؟
فرآیند آنیلینگ در کوره انجام می‌شود. این کوره‌ها ویژگی‌های منحصر به خود را دارند و ساختار آن‌ها متناسب با روندی است که قرار است ورق‌ها طی کنند تا آنیل شوند. کوره‌های آنیل به دو نوع مختلف تقسیم می‌شوند:
کوره آنیل تک پایه‌ای– در کوره آنیل تک پایه، همان‌طور که از نام آن پیداست، برای هر پایه یک کوره وجود دارد. این پایه‌ها به شکل صفحات دایره‌ای فولادی هستند که قسمت داخلی آن‌ها نسوز است. مرکز این کوره، محل استقرار شافت و مجراهای عبور جریان گاز است. روی صفحه فولادی محفظه‌ی داخلی کوره قرار خواهد گرفت و خود صفحه و جدارهای نسوز آن داخل کلاهک کوره جای می‌گیرند.
لازم است که اطراف کلاهک با استفاده از روش‌هایی همچون ریختن شن، واشربندی پلاستیکی و سیستم آب و روغن به خوبی آب‌بندی شوند تا امکان استفاده برای مدت طولانی‌تری از کوره وجود داشته باشد و ایمنی کار نیز حفظ گردد.
کوره آنیل چند پایه‌ای– در کوره‌های چند پایه‌ای بر خلاف کوره‌های تک پایه، از چند پایه برای ساخت آن استفاده می‌شود. در این مورد کلاف‌ها را به صورت عمودی روی چند پایه می‌چینند تا وارد یک کوره شود. کوره آنیل چندپایه‌ای، انرژی بیشتری مصرف می‌کند اما قیمت مناسب‌تری دارد.
اجزای کوره آنیل شامل چه مواردی می‌شود؟
کوره آنیل از اجزای مختلفی تشکیل شده است که شامل موارد زیر می‌شود:
- فن برای گردش هوای احتراقی
- سیستم پاشش سوخت
- مشعل
- قسمت پیش‌گرم هوای احتراقی
- تنظیم‌کننده هوا و سوخت
- کلاهک محافظ
- محفظه برای پوشاندن کلاف
کاربرد آنیلینگ چیست؟
از فرآیند آنیلینگ برای نرم کردن، افزایش انعطاف پذیری و از بین بردن اثرات سخت کردن فلز استفاده می‌شود. به جز آن در بهبود ماشین کاری، ضربه پذیری، قابلیت رسانایی، هدایت الکتریکی و غیره نیز کاربرد دارد.
تفاوت آنیل و نرماله چیست؟
نرماله کردن یکی دیگر از روش‌های عملیات حرارتی است که روندی تقریبا مشابه با آنیل کردن فلزات دارد. به این صورت که ابتدا در یک محدوده دمایی فولاد را گرم می‌کنند و سپس به آن اجازه می‌دهند تا رفته رفته سرد شود.
اما نرماله کردن تفاوت‌های مهمی با آنیل کردن دارد که این موارد به شرح زیر هستند:
- دمایی که قطعه یا مقاطع فولادی در فرآیند نرماله کردن در آن قرار می‌گیرند، نسبتا بالاتر از دمایی است که در فرآیند آنیل کردن ایجاد می‌شود.
- پس از طی مرحله حرارت دیدن، در فرآیند نرماله کردن، قطعات فولادی را در مجاورت با هوا خنک می‌کنند، اما در فرآیند آنیل کردن این قطعات در کوره اجازه خنک شدن پیدا می‌کنند.
- قطعات فولادی که در عملیات نرماله کردن حرارت می‌بینند، نسبت به قطعات فولادی که در فرآیند آنیل کردن حرارت دیده‌اند، استحکام بیشتر و دانه‌های ریزتری دارند.
- قطعات فولادی که در فرآیند آنیل کردن حضور دارند، نسبت به قطعات فولادی حاصل از فرآیند نرماله کردن، انعطاف بیشتری دارند.
لازم به ذکر است که استفاده از هر کدام آن‌ها بسته به نیاز عملیات حرارتی موردنظر است و هر یک در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مس آنیل شده چیست؟
برای آنیل کردن مس از دو شیوه زیر استفاده می‌شود:
- روش انباشتی
امروزه روش انباشتی کاربرد بسیار کمی دارد. برای انجام این فرآیند، مس را به صورت رشته رشته در داخل کوره آنیل می ریزند تا حرارت ببیند. سپس به آن فرصت می دهند تا به آرامی خنک شود. در انجام این روش هیچ هوایی درون کوره وجود ندارد؛ علت این امر نیز جلوگیری از اکسید شدن مفتول در گرما است.
عملیات بسیار کند و طولانی، حرارت متفاوتی که در لایه‌های مختلف به مس‌ها می‌رسد و انباشته شدن مقادیر بالای مس برای خنک شدن، از جمله معایب این روش محسوب می‌شوند.
- روش پیوسته
برای آنیل کردن مس اغلب از روش پیوسته استفاده می‌شود. بر خلاف روش انباشتی، این فرآیند از سرعت بسیار بالایی برخوردار است. در این فرآیند، حرارت باعث سوختگی و از بین رفتن مس می‌شود؛ به همین دلیل می‌توان آنیل بدست آمده از این روش را معیار مناسبی برای کنترل کیفیت در نظر گرفت.
جمع بندی
آنیلینگ یکی از انواع عملیات حرارتی به حساب می‌آید که انعطاف پذیری و مقاومت قطعه فولادی را افزایش می‌دهد. آنیل کردن فلزات یا بازپخت آن‌ها، با یکی از 3 روش آنیل کامل، اسفرودایز و ایزوترمال انجام می‌شود که هر کدام خصوصیات منحصر به خود را دارا هستند. از فرآیند آنیلینگ برای برای نرم کردن، افزایش انعطاف پذیری و غیره استفاده می‌گردد.
منبع(Resource): WHAT IS ANNEALING
سوالات متداول
مس آنیل شده چیست؟
برای آنیل کردن و افزایش مقاومت مس، از دو روش انباشتی و پیوسته استفاده می‌گردد.
آنیلینگ چیست؟
آنیل کردن فلزات یکی از عملیات حرارتی به حساب می‌آید که منجر به افزایش مقاومت و انعطاف پذیری قطعات فولادی می‌گردد.
آنیل کامل چیست؟
آنیل کامل یکی از روش‌های آنیلینگ است که در آن به فولاد یا آهن گرمایی بیشتر از دمای لازم برای تغییر ماهیت فلز داده می‌شود. پس از آن‌که به دمای مشخص رسید، به آرامی آن را داخل کوره می‌برند تا سرد و کاملا نرم شود.
