عملیات حرارتی بر روی اتصالات جوشکاری شده

عملیت حرارتی بر روی اتصالات جوشکاری شده :  Heat treatment processes

انجام عملیات حرارتی بر روی فولاد ها به منظور تغییر خواص اولیه و حصول ساختار و خواص مکانیکی مطلوب بر روی فولاد ها انجام میگیرد .

در شکل مراحل انجام عملیات حرارتی و تغییر خواص متالورژیکی و مکانیکی به نمایش گذار ده شده است .

 

کوئنچ و تمپرینگ ( بازگشت دادن )

هرگاه فولادی را تا دمای آستینیته شدن گرم کنند و با نگهداری فولاد در این محدوده دمای ساختارفولاد به طور کامل آستینیته شود حال بسته به این که فولاد چگونه سرد شود فولاد خواص جدید می یابد .

هرگاه سرعت سرد شدن فولاد از دمای آستینیتی بیش از سرعت بحرانی فولاد در نمودار  TTT  آن ساختاری که در فولاد  سرد شده حاصل می شود از نوع مار تنزیتی بوده و فولاد سخت می شود و در بیشتر کارکردهای فولاد امکان ایجاد ترک و شکست در این ساختار سخت شده وجود دارد لذا برای کاهش میزان سختی و شکنندگی چنین فولاد بعد از انجام کوئنچ کردن فولاد را دوباره تا دمایی معین گرم می کنند و در آن دما برای مدتی نگه می دارند تا بخشی از سختی فولاد کاهش یافته و در عوض به انعطاف پذیری فولاد افزوده می شود به این عمل بازگشت دادن فولاد یا تمپرینگ فولاد گویند .

 

عملیات حرارتی آنیل انحلالی

آلیاژ های قابل عملیات حرارتی خواص مکانیکی شان توسط عملیات حرارتی مرحله ای زیر تعیین می شود .

◄ عملیات آنیل انحلالی

◄ عملیات کوئنچ کردن

◄عملیات پیر سختی

عملیات آنیل انحلالی باعث غنی شدن محلول جامد فلزی از نظیر میزان عناصر آلیاژی حل در شده در آلیاژ در حالت حداکثر می شود .

 

 

در دیاگرام فلزی آلیاژ مس در آلومینیوم  دیده می شود  با کاهش دما از ˚660 درجه قابلیت انحلال مس درون جامد آلومینیوم افزایش میابد ، بطوریکه بطوری که حداکثر میزان انحلال مس در حلال جامد آلومینیوم در دمای ˚548 می باشد ( نقطه  a ) حال اگر دما از نقطه a ( ˚548 ) کمتر شود دیده می گردد . قابلیت انحلال مس با کاهش دما کاهش می یابد تا اینکه در دمای محیط به کمترین مقدار خود نقطه  b می رسد ، حال اگر آلیاژ محلول جامد آلومینیوم را گرم نموده تا حوالی دمای ˚548 و سپس زمان بدهیم برای انحلال کامل مس در جامد آلومینیوم و  بعد از گذشت زمان مطلوب حال آلیاژ محلول جامد آلومینیوم را سریعا سرد کنیم تا دمای محیط ، دیده میشود ، که آلیاژ در دمای محیط از نظر انحلال مس در جامد آلومینیوم مس به حد فوق اشباع رسیده است ( بیش از حد توان #مس را در خود حل نموده است )  لذا به عملیات فوق عملیات حرارتی آنیل انحلالی گویند .                                                                                                                                                                                                                                                                                  

عملیات پیر سختی را بر روی آلیاژ AL-CU  به نمایش گذارده است همانطور که دیده مرحله اول انجام که این عملیات حرارتی با عملیات آنیل انحلالی مس در #آلومینیوم شروع می شود توجه نمایید .

عملیات نرماله کردن  Normalizing

به عملیات سرد نمودن آلیاژ فولادی که بطور کامل ساختار آستینیته یافته است ( در دمای بالا ) و سپس سرد نمودن فولاد مذکور در هوای آزاد را نرمالیزه کردن فولاد گویند . در مورد فولاد های کربنی کمتر از  8/0% کربن دمای نرمالیزه کردن برابر دمای آنیل کامل فولاد های مذکور می باشد . در  پروسه نرمالیزه کردن ساختار آستینیتی فولاد تبدیل به دانه های ریز پرلیت و فریت می شوند .

ولی در مورد فولادهای کربنی بیش از 8/0% کربن دمای مذکور حدود ˚50 بیش از دمای A می باشد .

در پروسه نرمالیزه کردن ساختار آستینتی فولاد تبدیل به دانه های ریز پرلیتی و سمنتیتی درفولاد های کربنی بیش از 8/0 % درصد کربن می شود . بنابر این ساختار متالورژیکی ریز در فولاد نرماله شده موجب بهبود خواص استحکام کشش و تافنس در فولاد  گشته ولی در عین حال موجب کاهش قابلیت شکل پذیری و چکش خواری فولاد نیز میشود

عملیات حرارتی سخت کاری Hardening

عملیات سخت کاری عموما به دو قسمت می شود

عملیات سخت کاری نرمال یا کلی ، بدین ترتیب که ساختار فولاد را با افزایش دما به فاز آستینیت تبدیل نموده ( که اغلب برروی فولاد کربن متوسط و پرکربنی و نیز فولادهای آلیاژی بکار میرود ) و با سریع کردن فولاد ساختارهای سخت مورد نظر حاصل می شود .

 

 

عملیات حرارتی سخت کاری سطحی  Case hardening

به این روش سخت کاری بر روی فولاد هایی با درصد کربن کمتر از 3/0 % انجام میگیرد ، در این حالت لایه سطحی فولاد با نفوذ دادن به کربن سخت شده و سپس سطح مذکور را با سریع سرد کردن تبدیل به سطح سخت می کنند .

در ضمن پروسه سخت کار عنصر کربن بصورت فوق اشباع در محلول جامد در اثر کوئین کردن فولاد قرار می گیرد و کربن نمی تواند راسب شود و از محلول جامد خارج گردد . بنابراین شبکه کریستالی BCC  از آهن  a  تغییر شکل داده و تبدیل به شبکه #کریستالی مکعب مستطیل مرکزدار BCT  میگردد .

حال با بالا بودن درصد کربن در فولاد شبکه تغییر شکل داده شده  BCT  بیشتر دفرمه شده و باعث افزایش سختی فولاد میگردد .

 

 

 

عملیات حرارتی تنش زدایی  Stress relieving

اغلب بعد از عملیاتی نظیر ماشینکاری ، عملیات حرارتی به منظور سخت کاری ، عملیات #جوشکاری و ... تنشهای داخلی در قطعه به مقدار خیلی زیاد افزایشی یابد ، گاهی این تنشها باعث کاهش استحکام قطعه در محل جوشکاری شده ، گاهی باعث بروز ترک گردیده و مواقعی هم باعث پیچیدگی قطعات می گردد . لذا برای کاهش و تقلیل میزان تنشهای درونی ( تنش پسماند ) #قطعات نیاز به انجام عملیات حرارتی از نوع تنش زدایی می باشیم که به شرح ذیل به اطلاع می رسانیم .

عملیات تنش زدایی #فولاد ها طبق دیاگرام #آهن-کربن در محدوده دمایی ˚650 - ˚550 انجام می گیرد .

آنیل به جهت تبلور مجدد :

در ضمن عملیات کار سرد دانه بندی #فلز دچار تغییر فرم شده و تنش های داخلی در فلز افزایش می یابد و باعث می گردد که فلز تحمل تغییرشکل در اثر کارسرد را نداشته باشد ، لذا برای افزایش قابلیت کارسرد بر روی قطعه اگر دمای فلز مجددا به مقدار کافی افزایش یابد هسته زایی برای تشکیل شدن مجدد دانه های هم محور شکل میگیرد و مجددا فلز آمادگی انجام کارسرد را می یابد . لازم به ذکر است که افزایش مقدار کار سرد بر روی #قطعه میزان تنشهای درونی نیز افزایش می یابد ، در این صورت چاره ای جز انجام عملیات آنیل برای تبلور مجدد نداریم .

عملیات حرارتی در عمل

بسیاری از خواص مواد مخصوصا فلزات و #آلیاژ ها در راه رسیدن به حالت تعادل بدست می آیند ولی هنوز با حالت نهایی تعادل مطابقتی ندارند . عملیاتی را که به کمک آنها می توان آن خواص مورد نظر را بدست آورد عملیات حرارتی می نامند . بنابراین عملیات حرارتی به یکسری عملیات گرم و یا سرد کردن با سرعت های متفاوت و کنترل شده گفته میشود که به منظور به دست آوردن #خواص معین بر روی مواد مخصوصا مواد آلیاژی آهنی و غیره آهنی انجام می گیرد . آثر عملیات حرارتی در جامدات عمدتا تغییر #فازها ، تغییر مقدارشان ، نظم و ترتیب آنها و ایجاد تغییراتی در غلظت آنهاست ،اغلب این عملیات حرارتی بیشتر برذ طبق اهداف #صنعتی مورد نظر نام گذاری می شود . مانند سخت کردن ، نرم کردن ، تنش زدائی ، همگن سازی ، عملیات حرارتی پیش گرمایی دادن ، عملیات حرارتی پس گرمایی دارد ...

همچنین هدف #عملیات حرارتی می تواند در تنظیم اندازه دانه ها و رسیدن به دانه های بدون جهت دار و یا موقعیت های منظم جهت دار کریستالی باشد مثل عملیات حرارتی به منظور انجام تبلور مجدد فلزی .