این عملیات بسیار قدیمی است و تاریخچه ی آن شاید به هزار سال قبل از میلاد مسیح برگردد. آهنگران و سازندگان سلاح ها مانند شمشیر، چاقو و دیگر سلاح های برنده و سخت، بصورت تجربی و بدون داشتن علم به اینکار به این فهم رسیده بودن که با حرارت و آب می توانند به سلاح یا ابزار خود استحکام دهند تا به راحتی شکسته نشود. این آهنگران روش های جالب و گاها دردناکی برای سخت کردن سلاح های خود داشتند؛ یکی از روش هایی که صنعتگران دمشق برای سخت کردن شمشیر های خود داشتند این بود که پس از حرارت دادن شمشیرها آن را در شکم برده های اسیر فرو میکردند و میچرخاندند و عقیده داشتن این عمل باعث سخت شدن فولاد میشود؛ البته بعد از مدت ها با انجام آزمایش و تحقیق ها دانشمندان به این نتیجه رسیدند که با اینکار فولاد، نیتروژن خون را به خود جذب میکند و سخت میشود.
تعریف عملیات حرارتی
به گرمایش و خنک کاری کنترل شده فولاد برای تغییر ساختار و ویژگی فولاد به منظور بهتر کردن خواص فولاد انجام میشود و صرفا فقط برای افزایش سختی انجام نمیشود بلکه گاهی به منظور نرم شدن فولاد انجام میشود تا تراشکاری، ماشینکاری و پرداخت راحت تر انجام شود.
این عمل بسیار پرکاربرد است زیرا میتواند خواص مکانیکی فولاد را تغییر دهد مانند: استحکام، قابلیت ماشینکاری، سختی، مقاومت به سایش و خوردگی
عملیات حرارتی برای اهداف زیر انجام میشود:
- بهبود خواص مکانیکی مثل سختی و استحکام
- یکنواخت کردن ساختار
- راحت تر کردن قابلیت ماشینکاری
- کاهش تنش های موجود در فولاد
ابزار لازم برای عملیات حرارتی :
- کوره ها : برای بالا بردن دمای فولاد
- محیط های خنک کننده : این محیط می تواند آب ، روغن یا هوا باشد
- تجهیزات حل و نقل
- دستگاه های سختی سنج : برای کنترل سختی
روش های عملیات حرارتی
- سطحی : در این روش فقط سطح قطعه عملیات شده و در انواع مختلف این روش هم سطح میتواند تغییر ساختار دهد و هم می تواند تغییر در ترکیب شیمیایی سطح اتفاق بیوفتد. مانند: عملیات حرارتی شعله ای و القایی، کربن دهی یا کربوره کردن، نیتروژن دهی
- حجمی: این روش متداول تر می باشد در این حالت هم سطح هم عمق تغییر ساختار می دهند؛ انواع عملیات حرارتی حجمی : تمپر، آستمپر، مارتمپر، سخت کاری، نرماله و آنیل در ادامه به برخی از روش های پر مصرف میپردازیم
عملیات حرارتی کوئنچ – تمپر (Quenching and Tempering)
در این روش نیز مانند روش های قبل فولاد را در دمای بالا حرارت داده و به مقدار لازم نگه میدارند و سپس آن را سریع سرد می کنند؛ شدت سرد شدگی بسته به نوع فولاد متغییر است و محیط خنک کننده می تواند آب، روغن، نمک مذاب، نیتروژن مایع یا هوا باشد. به سرد کردن سریع فولاد کوئنچ گفنه میشود. در این مرحله یک فولاد سخت و با استحکام بالا اما ترد را داریم برای بهتر کردن خواص آن را تمپر یا بازپخت میکنیم. درعملیات تمپر دوباره فولاد را تا دمای حدودا نصف دمای اولیه حرارت داده و به مقدار لازم نگه داشته سپس به آهستگی سرد میکنند تا به دمای اتاق برسد. دما و زمان تمپر بسته به نوع فولاد و خواصی که میخواهیم بدست بیاوریم متفاوت است. هدف از تمپر کردن کاهش سختی و استحکام و افزایش انعطاف پذیری است.
آنیل کردن (Annealing)
در این روش ابتدا فولاد را در دمای بالا حرارت داده و به مدت کافی نگه میدارند سپس در کوره های خنک کننده به آهستگی سرد میکنند جهت ایجاد ساختاری با انعطاف پذیری بالا و سختی کم. درواقع هدف از انجام این روش آزاد کردن تنش های موجود در فولاد،کاهش سختی، افزایش شکل پذیری و افزایش قابلیت ماشینکاری میباشد.
نرماله کردن (Normalizing)
در این روش ابتدا فولاد را در دمای بالا حرارت داده و به مدت کافی نگه داشته میشه و محیط خنک کننده ی آن باید هوا باشد تا ساختار فولاد ریزدانه شود. هدف از نرماله بازگرداندن ساختار به شرایط توایه میباشد زیرا ساختار با عملیاتی مانند نورد و خمکاری، تغییر شکل میدهد. این روش کمی به استحکام فولاد می افزاید و در مقایسه با عملیات حرارتی آنیل، قطعه انعطاف پذیری کمتری دارد. این عملیات اصولا بر روی فولاد های ساده کربنی مانند ورق ST37 و ورق ST52 انجام میشود.