فرآیندهای عملیات حرارتی شامل مراحل دقیق گرمایش و سرمایش هستند که برای تغییر خواص فیزیکی و مکانیکی فلزات انجام می‌شوند. به طور کلی، هدف این فرآیندها تغییر ویژگی‌های نامطلوب و تقویت ویژگی‌های مطلوب فلزات است.
یکی از این فرآیندهای عملیات حرارتی، آنیل کردن است که به ما امکان می‌دهد ویژگی‌های مکانیکی برخی فلزات و آلیاژها را به گونه‌ای تغییر دهیم که با کاربرد مورد نظر آن‌ها بهتر مطابقت داشته باشد.
آنیل کردن (آنیلینگ یا بازپخت) چیست؟
فرآیند آنیلینگ از گرما برای کاهش سختی و افزایش انعطاف‌پذیری و چقرمگی انواع فولادها، چدن‌ها و آلیاژها استفاده می‌کند. این فرآیند شامل گرم کردن قطعه کار تا دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد آن است. انجام این کار باعث تشکیل دانه‌های جدید و اجازه بازآرایی دانه‌های موجود می‌شود. بازآرایی و تشکیل دانه‌ها تنش‌های داخلی فلز را کاهش داده و ساختار کریستالی را به جریان بهینه‌تر و منظم‌تر تبدیل می‌کند. این ویژگی برای اکثر کاربردها مفید است.
به دلیل تنوع گسترده فولادها و آلیاژهای فلزی، انواع مختلف و تخصصی فرآیندهای آنیل کردن وجود دارد. رایج‌ترین آن‌ها آنیلینگ کامل و آنیلینگ فرآیندی (که به آن آنیلینگ میانی یا آنیلینگ تبلور مجدد نیز گفته می‌شود) هستند.
اگرچه نرماله کردن اغلب به عنوان یک فرآیند جداگانه عملیات حرارتی در نظر گرفته می‌شود، اما در واقع نوعی از فرآیند آنیلینگ است که در آن فلزات در دمای اتاق خنک می‌شوند، به جای اینکه در داخل کوره با نرخ کنترل شده سرد شوند.
چه زمانی آنیل کردن استفاده می شود؟
آنیل کردن فولاد نرم تری نسبت به تمپر ایجاد می کند و بنابراین بیشتر در محصولاتی که نیازی به تحمل تنش های قابل توجهی ندارند استفاده می شود. اما زمانی که از آنیلینگ بر روی قطعات فلزی استفاده می شود، موارد مختلفی وجود دارد:
1- رفع سختی ناشی از کار
عملیات آنیلینگ معمولاً پس از اینکه محصول تحت عملیات مکانیکی قرار می‌گیرد که منجر به سخت و شکننده شدن فلزات می‌شود، انجام می‌شود. خم‌کاری، شکل‌دهی، نورد، سنگ‌زنی و کشش نمونه‌های مناسبی از چنین عملیات‌ها هستند. به عنوان مثال، وقتی سیم فلزی برای کاهش اندازه آن کشیده می‌شود، تنش‌های داخلی ایجاد کرده و سخت می‌شود.
سختی حاصل در فلزات کار شده، انجام پردازش‌های بیشتر را دشوار و پرخطر می‌کند زیرا ممکن است فلزات ترک بخورند. اما فرآیندهای بیشتر یک نیاز عملیاتی هستند. بنابراین، برای بازگرداندن فلز به حالت پیش از کار و قابل قبول‌تر کردن آن برای عملیات‌های بعدی، فرآیند آنیل کردن را انجام می‌دهیم. آنیل کردن، شکل‌پذیری فلز را افزایش داده و سختی آن را کاهش می‌دهد. این کار قطعه را بیشتر قابل شکل‌دهی و ماشین‌کاری می‌کند. فلزات آنیل کردن شده می‌توانند عملیات‌های بیشتری را تحمل کنند.
فرآیند آنیل کردن به ویژه در تولید قطعات پیچیده مفید است. از آنجا که نیاز به انجام عملیات‌های زیادی داریم، فرآیند آنیل کردن به ما کمک می‌کند تا پس از هر عملیات، قطعه را به حالت نزدیک‌تری به وضعیت قبل از کار بازگردانیم.
2- نرم کردن ناحیه جوش
فرآیندهای جوشکاری با دمای بالا می‌توانند باعث تشکیل مناطق متاثر از حرارت (HAZ) شوند. این مناطق با سختی و شکنندگی بالا مشخص می‌شوند. در چنین مواردی، بازپخت خواص HAZ را به خواص مکانیکی اصلی آن نزدیک‌تر می‌کند.
3- بهبود هدایت الکتریکی
آنیل کردن می‌تواند خواص الکتریکی فلز را نیز تغییر دهد. بنابراین، از آن برای بهبود هدایت الکتریکی برخی فلزات استفاده می‌شود.
4-حذف تنش های پسماند
علاوه بر تأثیر بر شکل‌پذیری و ماشین‌کاری ماده، کار سرد نیز باعث ایجاد تنش‌های داخلی در ماده می‌شود. حتی زمانی که هیچ عملیات دیگری برای انجام باقی نمانده است، رهاسازی تنش‌های داخلی که پس از عملیات‌های مکانیکی مختلف به وجود می‌آیند، ضروری است. عدم توجه به این تنش‌ها می‌تواند منجر به ترک خوردن، شکست ماده، تغییر شکل و سایر مشکلات مکانیکی در آینده شود.
آنیل کردن به ما امکان می‌دهد تا تنش‌های باقی‌مانده را کاهش داده و خواص یکنواخت در ماده را بازگردانیم. این امر عمر خدماتی و قابلیت‌های عملیاتی مواد انتخابی را افزایش می‌دهد.
فرآیند آنیل کردن
فرآیند آنیلینگ می‌تواند به سه مرحله متمایز تقسیم شود:
1- مرحله بازیابی
در مرحله بازیابی، فلز را به دمای مشخصی کمتر از نقطه ذوب گرم می‌کنیم. برای گرم‌کردن، از دستگاه‌هایی مانند کوره یا اجاق استفاده می‌شود که در محیط کنترل شده و یکنواخت عمل می‌کنند.
گرمای کوره باعث کاهش تعداد لکه‌های مواد می‌شود زیرا اتم‌ها در تورق بلور حرکت می‌کنند. این امر انعطاف‌پذیری را بازمی‌گرداند و سختی مواد را کاهش می‌دهد. فرآیندهای مهاجرتی نیز تنش‌های داخلی را از بین می‌برند و به همین دلیل این مرحله به نام مرحله بازیابی شناخته می‌شود.
2- مرحله بازترکیبی
هنگامی که دمای موردنظر را به دست آوردیم، فلز را به دمای بازترکیبی خود گرم‌تر می‌کنیم. دمای بازترکیبی نیز کمتر از نقطه ذوب فلز است. این دما همان دمایی است که هنگام نرمال‌سازی محصولات فلزی هدف قرار می‌دهیم. پس از رسیدن به این دما، فلز را برای مدتی مشخص در آن نگه می‌داریم. مدت زمان وابسته به ویژگی‌های موردنظر و گرید فلز است.
در این مرحله، ساختار بلوری شروع به بازسازی خود می‌کند و فرآیند تشکیل دانه‌های جدید آغاز می‌شود. این امر بازگرداندن اثرات سختکاری را فراهم می‌آورد و به بازگشت ویژگی‌های مواد به سطح‌های قبل از کار کمک می‌کند.
3- مرحله رشد دانه ها
مرحله رشد دانه‌ها باعث افزایش اندازه دانه‌های تازه تشکیل شده و همچنین دانه‌های قدیمی می‌شود هنگامی که خنک شدن شروع می‌شود. عواملی نظیر نرخ خنک‌شدگی، اتمسفر و گرید مواد، ترکیب فاز و اندازه و رشد بلور را تعیین می‌کند. فلزات فولادی و دیگر فلزات آهنی معمولاً در دمای اتاق در حضور هوا سرد می‌شوند. از طرف دیگر، فلزات مانند مس و برنج ممکن است به آرامی در هوا سرد شوند یا به سرعت در آب غوطه ور شوند. نرخ خنک‌شدگی در آنیلینگ نسبت به نرمال‌سازی کندتر است.
گاهی اوقات پس از آنیلینگ، نیاز به عملیات بعدی پس از بازپخت برای به‌دست آوردن ویژگی‌های مکانیکی و شیمیایی موردنظر در ماده می‌باشد.
مزایای آنیل کردن
فرآیند آنیلینگ به مزایای زیر می‌انجامد:
- افزایش انعطاف‌پذیری
- افزایش چقرمگی
- افزایش قابلیت ماشین‌کاری و شکل‌دهی
- کاهش سختی به سطوح قابل قبول
- کاهش یا حذف کامل تنش‌های داخلی
- بهبود یکنواختی
- بهبود ظاهر
- افزایش بهبود یکنواختی
- بهبود مقاومت بهتر شیمیایی و سایش
- کاهش انقباض
نتیجه گیری
آنیلینگ یک مرحله مهم در فرآیند عملیات حرارتی برای ساخت قطعات پیچیده و همچنین آن‌هایی که نیاز به عملیات متعددی برای رسیدن به شکل نهایی خود دارند است.