فرآیند بازپخت چیست؟

بازپخت یا آنیلینگ (به انگلیسی: Annealing) در متالورژی، یک عنوان کلی در عملیات حرارتی است که شامل حرارت‌دهی و نگه‌داشتن در یک دمای خاص که سپس با یک سرمایش با نرخ مناسب همراه است گفته می‌شود که عموماً برای نرم‌کردن مواد استفاده می‌شود.

در ادامه این مقاله به توضیح موارد زیر می‌پردازیم:

• بازپخت فولادها
• اصول متالورژیکی
• چرخه‌های مختلف بازپخت
• بازپخت زیر بحرانی (Subcritical Annealing)
• بازپخت بحرانی (lntercritical Annealing)
• خنک کاری پس از تغییر شکل کامل
• تاثیرات ساختار ابتدایی
• بازپخت فوق بحرانی یا کامل (Supercritical or Full Annealing)
• بازپخت محلول
• بازپخت محلول فولادها

فرآیند بازپخت

در این عملیات به فلز حرارتی وارد می‌شود که بالاتر از دمای کریستالیشن ( تبلور یا بلور سازی ) باشد و این حرارت مناسب باید در یک مدت زمان استاندارد و مناسب انجام شود و در مرحله بعد به آرامی خنک شود. اتفاقی که در این بین می‌افتد، این است که اتمها در شبکه کریستالی مهاجرت می‌کنند و تعداد تخریب های مولکولی که ایجاد شده بود، کاهش می‌یابد. این آرایش جدید مولکولی سبب تغییر در شکل پذیری، نرمی و سختی فلز می‌شود و همینطور که فلز خنک می‌شود، آرایش جدیدی شکل می‌گیرد و اصطلاحاً Recrystallize می‌شود.

در بسیاری از آلیاژها از جمله فولاد پرکربن، اندازه دانه و ترکیب فاز دانه کریستال که در آخر منجر به خواص فیزیکی و شیمیایی محصول نهایی خواهد شد، به مقدار گرمای وارد شده و سرعت خنک شدن بستگی دارد.

فرایند بازپخت فولادها

بازپخت یا آنیلینگ در فولادهای کربنی ساده در حالت کلی یک میکرو ساختار فریت-پرلیت (Ferrite-Pearlite) تولید می‌کند. برای بهبود قابلیت ماشین‌کاری یا عملیات سرد، بهبود خواص مکانیکی یا الکتریکی یا ترقی در پایداری ابعادی، می‌توان از فرایند باز‌پخت استفاده کرد. انتخاب یک فرایند بازپخت صحیح برای بدست آوردن ترکیب مناسبی از خواص ذکر شده نیازمند یک مصالحه بین خواص می‌باشد. نام‌هایی که برای فرایند بازپخت انتخاب می‌شوند خود گویای خواص نهایی هستند.

اصول متالورژیکی

از نمودار دو فازی آهن-کربن برای فهم بهتر فرآیند بازپرداخت می‌توان استفاده کرد. با اینکه هیچوقت نمی‌توان به شرایط تعادل کامل رسید، اما می‌توان تا نزدیک آن پیش رفت. در تعریف فرآیندهای مختلف بازپخت از اصطلاح "دمای بحرانی" یا "دمای تغییر شکل" کمک گرفته می‌شود.

دماهای بحرانی در فرایند بازپخت فولادها دماهایی هستند که باعث شروع آستنیتی شدن و پایان آستنیتی شدن هستند. برای یک فولاد، دماهای بحرانی بستگی به این دارد که آیا فولاد در حال گرمایش است یا سرمایش. دماهای بحرانی برای آستنیتی شدن برای فولادهای Hypo-eutectoid (فولادهایی که کمتر از ۰٫۸٪ کربن دارند) در هنگام گرمایش با نمادهای Ac1 و Ac3 و برای فولادهای hyper-eutectoid (فولادهایی که بیش از ۰٫۸٪ کربن دارند) با Ac1 و Accm نشان داده می‌شود. این دماها در هنگام سرمایش کمتر هستند و به ترتیب با Ar3 و Ar1 برای فولادهای Hypo-eutectoid و با Arcm و Ar1 برای فولادهای hyper-eutectoid نشان داده می‌شوند.

چرخه‌های مختلف بازپخت

درعمل برای رسیدن به خواص مورد نظر، بی‌نهایت روش بازپخت مختلف وجود دارد. می‌توان این چرخه‌ها را بسته به درجه حرارت گرمایش و نرخ و نوع سرمایش در چند گروه بزرگ طبقه‌بندی کرد.

فرآیند بازپرداخت زیر بحرانی (Subcritical Annealing)

در بازپخت زیر بحرانی آستنیت شکل نمی‌گیرد. شرایط ابتدایی ماده توسط فرایندهای گرمایی فعالی مانند بازیافت، بلورسازی مجدد، رشد دانه‌ها و تراکم کاربیدها تغییر داده می‌شود. در نتیجه شرایط ابتدایی بلور اهمیت بالایی دارد. در فولادهای نورد شده یا فورج شده hypo-eutectoid که حاوی فریت و پرلیت هستند، استفاده از بازپخت زیر بحرانی می‌تواند سختی هر دو محتوا را تغییر دهد، اما برای نرم شدن کافی باید زمانهای طولانی در دمای بالا نگهداری شود. این عملیات زمانیکه بر روی فولادهای سخت شده یا کار-سرد شده انجام شود بسیار مفید خواهد بود، چرا که به راحتی کریستال‌های جدید برای شکل‌گیری دانه‌های فریت شکل خواهد گرفت.

بازپخت بحرانی (lntercritical Annealing)

زمانی که دمای فولاد از مقدار A1 بیشترشود، آستنیت شروع به شکل‌گیری می‌کند. انحلال پذیری کربن (تقریبا ۱٪) در نزدیک دمای A1 به صورت ناگهانی تغییر می‌کند. در فولادهای hypo-eutectoid ساختار تعادل در محدوده بین بحرانی A1 تا A3 شامل فریت و آستنیت می‌شود، و بالای A3 ساختار کاملاً آستنیتی می‌شود. با این حال تعادل بین مخلوط آستنیت و فریت به صورت آنی رخ نمی‌دهد. میزان همگنی در ساختار در دمای آستنیتی کردن یک عامل مهم در تشکیل ساختار و خواص بازپخت شده می‌باشد. آستنیتی که پس از گرم کردن فولاد تا دمای بالای A1 شکل گرفته‌است با سرد شدن آهسته فولاد به زیر دمای A1 دوباره از بین می‌رود.

خنک کاری پس از تغییر شکل کامل

بعد ازاین که آستنیت به‌طور کامل تغییر شکل داد، تغییرات متالورژیکی دیگر کمی می‌تواند رخ دهد. خنک کاری خیلی آهسته ممکن است باعث تراکم کاربیدها شود، و در نتیجه، مقدار کمی نرم شدن بیشتر رخ دهد، ولی در این حالت خنک کاری آهسته تاثیر کمتری از تغییر شکل دما-بالا خواهد داشت. به همین خاطر، پس از تغییر شکل کامل آستنیت دلیل متالورژیکی خاصی برای آهسته سرد کردن وجود ندارد و می‌توان فولاد را پس از این مرحله تا جای ممکن سریع خنک کرد تا زمان عملیات کاهش یابد. تاثیرات ساختار ابتدایی هرچه کاربیدها در ساختار ابتدایی مرتب‌تر تقسیم شده باشند، آستنیت در دمای بالای A1 همگن‌تر شکل خواهد گرفت.

بازپخت فوق بحرانی یا کامل (Supercritical or Full Annealing)

یکی از عملیات‌های متداول در بازپخت، گرم کردن فولادهای hypoeutectoid به دمایی بالاتر از دمای بحرانی (A3)، برای رسیدن به ساختار کاملاً آستنیتی می‌باشد. به این فرایند بازپخت کامل یا فوق بحرانی گفته می‌شود.

بازپخت محلول

بازپخت محلول (به انگلیسی: Solution Annealing) که گاه بازپخت با کوئنچ کردن (به انگلیسی: Quench Annealing) نیز خوانده می‌شود، یک عملیات حرارتی دما-بالاست که عناصر آلیاژی ماده به داخل یک "محلول جامد" آورده می‌شوند. این حالت "محلول جامد" با کوئنچ کردن (سرد کردن ناگهانی) ماده داخل آب یا پلیمر حفظ می‌شود. به دلیل اینکه این فرایند از نواحی جامد-محلولِ نمودار فازی آهن-کربن بهره می‌برد، به این فرایند بازپخت محلول (Solution Annealing) می‌گویند. در مورد آلیاژهای غیر آهنی نیز این فرایند مربوط به نمودارهای فازی بین اجزای اصلی تشکیل دهنده آلیاژ است.

بازپخت محلول فولادها

در فولادها، باز پخت محلول شامل گرمایش آن تا دماهای بالا برای مدتی نسبتاً طولانی است تا کاربیدهای آزاد به داخل محلول جامد کشیده شود و سپس آن را به سرعت کوئنچ می‌کنند تا ماده در همین شکل ثابت (Freeze) شود. فولاد حاصل قابلیت شکل‌پذیری خواهد داشت و مقاومت به خوردگی در مقابل برخی اسیدها افزوده می‌شود.

منبع:گروه تأمین محتوای فولاد 24