چه عملیات حرارتی بر روی ورق‌های آلیاژی انجام می‌شود؟
عملیات حرارتی به فرآیند گرم کردن و خنک کردن فلز بدون تغییر شکل فیزیکی آن گفته می‌شود. انجام فرآیندهای حرارتی بر روی ورق آلیاژی می‌تواند خصوصیات و ویژگی‌های آن فولاد مانند سختی، چقرمگی و حتی نرم‌شدگی را تغییر دهد. تمام این خصوصیات با تغییر در ریزساختار فولاد به وجود می‌آیند. بسته به دمای حرارت و روند خنک‌سازی می‌توان عملیات حرارتی را دسته‌بندی کرد. از مهمترین عملیات حرارتی قابل انجام بر روی ورق آلیاژی می‌توان به سختکاری، آنیلینگ، نرمال‌سازی، تنش زدایی، کربن‌دهی و تمپر کردن اشاره کرد.
سختکاری
هدف از سختکاری نه تنها افزایش سختی بلکه افزایش مقاومت فولاد آلیاژی است. اگر ورق آلیاژی مقدار کربن کافی در ترکیب خود داشته باشد، می‌توان سختکاری آن را با حرارت دادن و سپس به سرعت کوئنچ کردن (خنک‌سازی) انجام داد. در طی این فرآیند ریزساختار آستنیت ایجاد می‌شود که می‌تواند از نوع فریت، مارتنزیت یا سمنتیت باشد. با انجام عملیات سختکاری، سختی و مقاومت ورق آلیاژی افزایش می‌یابد، اما همزمان شکننده‌تر شده و قابلیت شکل‌پذیری کمتری خواهد داشت. بنابراین معمولا پس از سختکاری، فولاد را تمپر می‌کنند تا شکنندگی آن کاهش یابد.
سختکاری ورق آلیاژی در سه مرحله انجام می‌شود. ابتدا فولاد را تا دمای مشخصی به آهستگی گرم کرده و سپس برای مدت زمان معینی به صورت یکنواخت غوطه‌ور می‌کنند تا دمای آن کاهش یابد. مرحله سوم ممکن است بسته به نوع فولاد متفاوت باشد. در اکثر موارد قطعه فولادی را به سرعت در آب یا روغن فرو برده و خنک می‌کنند. به این کار کوئنچ کردن گفته می‌شود. در برخی از موارد نیز نیازی به این کار نبوده و اجازه می‌دهند فولاد در هوای آزاد خنک شود.
معمولا فولادهای کربن مانند A36 را در آب یا آب و نمک کوئنچ می‌کنند، ولی فولادهای آلیاژی مانند MO40 در روغن خنک‌سازی می‌شوند. انواع مختلف سختکاری عبارتند از سختکاری القایی، شعله‌ای و موضعی.
تمپر کردن
این عملیات بر روی فولادهای کربنی مانند CK45 برای کاهش سختی و در نتیجه کاهش شکنندگی پس از سختکاری انجام می‌شود. دمای تمپر کردن به کاربرد محصول فولادی بستگی دارد. به طور کلی هرچه درجه حرارت پایین‌تر باشد، استحکام و سختی بیشتر خواهد بود. از طرف دیگر، هر چه دما بالاتر باشد، قطعه کار نهایی نرم‌تر خواهد شد.
برای تمپر کردن فولاد، آن را تا دمایی پایین‌تر از دمای سختکاری گرم می‌کنند. سپس اجازه می‌دهند فولاد برای مدت زمان مشخصی در آن دما قرار بگیرد و بعد آن را در هوای آزاد خنک می‌کنند. با انجام این کار، تنش‌های داخلی نیز از بین می‌روند.
آنیل کردن
آنیل کردن دقیقا برعکس عملیات سختکاری است. آنیل کردن ورق آلیاژی به معنای گرم کردن فولاد تا دمای بحرانی، غوطه‌ور کردن و سپس خنک کردن آن به آرامی است. خنک‌سازی معمولا با مدفون کردن قطعه در نوعی ماده عایق انجام می‌شود. مدت زمان غوطه‌ور بودن فولاد به نوع و جرم آن بستگی دارد. اگر فولاد کم کربن باشد به بالاترین درجه حرارت نیاز است و با افزایش مقدار کربن، دمای آنیلینگ کاهش می‌یابد.
آنیل کردن باعث می‌شود تا فولاد نرم‌تر شود و در نتیجه قابلیت ماشینکاری و کارپذیری بیشتری بدست آورد. ورق‌های آلیاژی را می‌توان تحت عملیات مختلف آنیلینگ مانند تبلور مجدد، آنیلینگ کامل، جزئی و پایانی قرار داد.
جوشکاری ورق آلیاژی بدون انجام پیش‌گرمایش در دمای مناسب می‌تواند منجر به ایجاد فلزی شود که قسمت‌های مختلف آن تحت دمای متفاوت قرار گرفته است. در چنین شرایطی جوشکاری باعث ایجاد تنش‌های داخلی در کنار محل جوش و شکننده شدن آن می‌شود. برای رفع این مشکل می‌توان از عملیات آنیل برای از بین بردن تنش‌های داخلی استفاده کرد.
نرماله کردن
این عملیات حرارتی مشابه آنیل کردن است. در این حالت فولاد را حرارت داده و در هوای آرام به آهستگی خنک می‌کنند. معمولا ورق آلیاژی را تا ۴۰ درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای بحرانی آن گرم می‌کنند. این دما بیشتر از دمای سختکاری یا آنیل کردن است. با انجام این کار، ریزساختار فریت و سمنتیت در ورق آلیاژی تشکیل می‌شود که استحکام و سختی بالاتر، اما شکل‌پذیری کمتری را به همراه می‌آورد.
فولاد نرمال شده از هر حالت دیگری سخت‌تر است. به همین دلیل قطعاتی که نیاز به مقاومت در برابر ضربه یا تحمل بارهای سنگین دارند همیشه تحت عملیات نرمال قرار می‌گیرند. با انجام این کار، تنش‌های ناشی از عملیات جوشکاری، ریخته‌گری یا خنک‌سازی را می‌توان کاهش داد.
تنش‌زدایی
در تنش‌زدایی دمای فولاد را به پایین‌ترین دمای بحرانی می‌رسانند. پروسه خنک‌سازی نیز آهسته و یکنواخت انجام می‌شود. این کار برای از بین بردن تنش‌هایی است که به دلیل عملیات قبلی مانند ماشینکاری، شکل‌دهی و … در قطعات فولادی به وجود آمده است.
کربن‌دهی
احیا یا کربن‌دهی، که با عنوان سختکاری سطحی نیز شناخته می‌شود، به فرایند تزریق کربن بیشتر به سطح فولاد کم کربن و سپس سختکاری آن گفته می‌شود. در چنین حالتی سطح بیرونی فولاد، سختی بیشتری به دست خواهد آورد، در حالی که هسته داخلی چقرمگی خوبی دارد.
در طی این عملیات حرارتی، فولاد در حضور ماده دیگری گرم می‌شود. این ماده در اثر تجزیه از خود کربن آزاد می‌کند. کربن آزاد شده به سطح فولاد جذب شده و در نتیجه مقدار کربن در سطح آن افزایش می‌یابد.
تفاوت بین آنیل کردن و نرماله کردن چیست؟
نرمال کردن فقط در مورد فلزات حاوی آهن مانند فولاد انجام می‌شود. اما تفاوت اصلی آنها در روند عملیات حرارتی است: در نرمال کردن، پس از حرارت دادن فولاد و پس از خروج از کوره آن را در هوای آزاد خنک می‌کنند.
فولاد نرمال‌شده سخت‌تر از فولاد آنیل‌شده است. همچنین فولاد نرمال‌شده، استحکام، شکل‌پذیری و چقرمگی بیشتری نسبت به فولاد آنیل‌شده دارد.
از آنجا که فولاد نرمال‌شده در هوا خنک می‌شود، قسمت‌های نازک‌تر سریعتر خنک شده و از قسمت‌های ضخیم سخت‌تر خواهند بود. اما با آنیل کردن، به دلیل خنک شدن ورق آلیاژی در کوره، سختی قسمت‌های مختلف متناسب خواهد بود.
