عملیات حرارتی برای تشکیل ساختارهای تعادلی چیست؟

عملیات حرارتی در این ساختارها تماماً شامل فریت(از ریشه­ی ferrum لاتین گرفته شده که به آهن اشاره می­کند.) و سمنتیت(Fe3C ترکیب بین فلز آهنی و کربن است، 6/67% کربن و 3/93%آهن دارد.) ولی با توزیع­‌های متفاوت‌­اند که اکثراً به کمک حرارت دادن فولاد در دمای نسبتاً بالا و یا به مدت زمان نسبتاً طولانی و سپس سرد کردن آهسته تا دمای اتاق بدست می­آیند که علاوه بر فریت و سمنتیت کاربیدهای آلیاژی نیز وجود دارد.

بنابراین علاوه بر ترکیب شیمیایی و ساختار اولیه، دما و زمان حرارت دادن ازجمله پارامترهای کنترل­‌کننده میکروساختار وخواص مکانیکی نهایی‌­اند.

خواص مورد نیاز در این عملیات:

  1. بهبود انعطاف­‌پذیری
  2. کاهش تنشهای داخلی و باقیمانده از عملیات قبلی
  3. بهبود قابلیت ماشینکاری و ایجاد یکنواختی در میکروساختار

همگن ­کردن یا آنیل­ نفوذی

مشخصه فولادهای ریخته‌­گری:

  1. ساختار شاخه‌­ای
  2. جدایش موضعی
  3. نایکنواختی در ترکیب شیمیایی

پدیده‌­های گفته­ شده ناشی از ناتعادلی در ضمن انجماد و عدم نفوذ کامل عناصر آلیاژی است که باعث افت خواص مکانیکی فولاد مثل قابلیت کارگرم و یا سرد و کاهش کیفیت و کارایی عملیات حرارتی مختلف می­شوند، پس از این رو باید به کمک عملیات حرارتی مناسب یکنواخت شود برای این منظور قطعات مورد­نظر را در دمای نسبتاً بالا و برای مدت زمان نسبتاً طولانی که این زمان بستگی به ابعاد و ترکیب شیمیایی قطعه دارد حرارت داده و سپس به آهستگی تا دمای اتاق سرد می­کنند.

از آنجا که دمای انتخاب شده نسبتاً بالاست نفوذ سریع بوده و بنابراین بعد از پایان عملیات نایکنواختی میکروساختار و ترکیب شیمیایی از بین می­رود و فازهای ثانویه نظیر کاربید راسب شده به هنگام انجماد در آستنیت (محلول جامد کربن در آهن گاما است و دارای ساختار بلوری fcc است.) حل شده و به صورت محلول در می­آیند.

گستره دمایی همگن­کردن و کارگرم بر یکدیگر منطبق­اند.

آنیل­ کردن یا بازپخت

معنی و مفهوم و کابرد وسیعی دارد.

هر نوع عملیات حرارتی منجر به تشکیل ساختاری به جز مارتنزیت (در آلیاژهای آهن-کربن و فولادها، مارتنزیت از سرد کردن آستنیت بوجود می­آید و دقیقاً همان ترکیب شیمیایی آستنیت اولیه را دارد و نشان آن  ms است.) و یا سختی کم و انعطاف­‌پذیری زیاد باشد اطلاق می­شود.

عملیات حرارتی آنیل به فرایندهای مشخص‌­تر و دقیق‌­تر تقسیم می­شود که بر اساس دمای عملیات ، روش سرد کردن، ساختار و خواص نهایی است.

آنیل­ کامل

عبارت از حرارت دادن فولاد و سپس سرد کردن آهسته معمولاً در کوره است که تحت این شرایط آهنگ سرد شدن در حدود 02/0 درجه سانتی­گراد بر ثانیه است.

گسترده دمایی آستنیته کردن برای آنیل کامل تابع درصد کربن فولاد است به این صورت که برای فولادهای هیپویوتکتوییدی(شامل فریت پرویوتکتویید به همراه پرلیت یوتکتویید که شامل فریت یوتکتویید وسمنتیت است می­باشند.) حدود 50 درجه سانتی­گراد بالای خط A3و برای فولادهای هایپریوتکتویید حدود 50 درجه سانتی­گراد بالای خطA1 که دمای بحرانی A1 و A3 تحت تاثیر عناصر آلیاژی در فولادها تغییر می­کند.

به طور کلی در عملیات آنیل­ کامل، فولادهای هیپویوتکتویید در ناحیه تکفازی آستنیت و فولادهای هایپریوتکتویید را در ناحیه دوفازی آستنیت – ­سمنتیت حرارت می­دهند. علت آستنیته کردن فولادهای هایپریوتکتویید در ناحیه دوفازی آستنیت – ­سمنتیت این است که ­سمنتیت پریوتکتویید در این فولاد به صورت کروی و مجتمع شده درآید. اگر چنین فولادی تا بالای خطAcm حرارت داده شود، در ضمن آهسته سرد شدن ­سمنتیت پریوتکتویید به صورت شبکه پیوسته­ای در مرز دانه­‌های آستنیت رسوب می­کند و منجر به ترد و شکننده شدن فولاد می­شود.

در عملیات آنیل کامل نه تنها دمای آستنیته کردن بلکه آهنگ سرد شدن و استحکام و افزایش انعطاف­‌پذیری است.

آنیل­ هم‌دما

این عملیات شامل حرارت دادن فولاد در دو دمای مختلف است، ابتدا عملیات آستنیته کردن که در همان گستره‌­ی دمایی مربوط به آنیل­‌کامل انجام می­شود و سپس سرد کردن سریع تا دمای دگرگونی و نگه­داشتن برای مدت زمان کافی جهت انجام دگرگونی پس از پایان این عملیات فولاد را با هر آهنگ سرد شدن دلخواهی می­توان سرد کرد.

زمان لازم برای آنیل­ هم‌دما یا آنیل ­‌کامل کمتر است در حالی که سختی نهایی کمی بیشتر خواهد بود.

همانند آنیل ­کامل، میکروساختار حاصل از آنیل­ هم‌دما در فولادهای هیپویوتکتویید، یوتکتویید و هایپریوتکتویید به ترتیب عبارت از فریت-پرلیت، پرلیت و پرلیت-سمنتیت است. اما پرلیت حاصل نسبتاً ظریف­تر و درصد فریت و سمنتیت پریوتکتویید تا حدودی کمتر است.کاربرد آنیل­ هم‌دما در رابطه با فولاد­های آلیاژی است که دارای سختی‌­پذیری بالایی­اند در صورتی که بر روی این فولادها عملیات حرارتی آنیل­ کامل انجام شود، به علت سختی­‌پذیری زیاد ساختار نهایی حاصل بجای پرلیت خشن ممکن است پرلیت ظریف و یا حتی مخلوطی از پرلیت ظریف و بینیت بالایی باشد.

آنیل­ هم‌دما در ضمن مراحل ساخت قطعات فولادی نیز استفاده می­شود.

اگر یک شمش ریخته‌­گری یا نورد ­شده از جنس فولاد آلیاژی سخت­ شونده در هوا را از ناحیه آستنیت تا دمای اتاق در هوا سرد کنند احتمال تشکیل ترکهای سطحی بر روی آن زیاد است. این پدیده به هنگام مارتنزیت شدن مغز قطعه و در نتیجه اعمال تنش کششی (ناشی از انبساط) بر روی سطح آن که قبلاً مارتنزیت و سخت شده است اتفاق می­افتد. پس به منظور جلوگیری از ایجاد ترکهای سطحی، شمش­‌های گرم را درکوره­های آنیل­ هم‌دما در دمای 700درجه سانتی­گراد نگه داشته تا دگرگونی آستنینت به پرلیت به طور کامل انجام شود. از این رو آهنگ سرد شدن اثر چندانی در ساختار و خواص نهایی ندارد، بعد از پایان دگرگونی قطعات معمولاً در هوا سرد می­شوند.

نرماله ‌­کردن

یکی دیگر از انواع روش­های حرارتی است، که میکروساختار حاصل همانند آنیل­ کردن شامل پرلیت، مخلوطی از پرلیت و فریت و یا مخلوطی از پرلیت و سمنتیت (بستگی به ترکیب شیمیایی فولاد) است.

تفاوته‌ای مهمی بین نرماله­ کردن و آنیل ­کردن وجود دارد.

در نرماله ­کردن، دمای آستنیته کردن برای فولادهای هیپویوتکتویید کمی بالاتر از گستره‌­ی دمایی مربوط به آنیل­ کردن است در حالی که برای فولادهای هایپریوتکتویید از گستره دمایی 50درجه سانتی­گراد استفاده می­شود. برخلاف آنیل ­کردن که فولاد در کوره سرد می­شود، در عملیات نرماله‌کردن قطعات پس از آستنیته شدن در هوا سرد می­شوند که تحت چنین شرایطی سرد شدن در حدود 1/0 تا 1 درجه سانتی­گراد بر ثانیه است.

از آنجایی که در نرماله­ کردن فولادهای هیپویوتکتویید گستره­‌ی دمایی آستنیته بالاتر از گستره­‌ی دمایی مربوط به آنیل است، ساختار آستنیت و همچنین توزیع عناصر آلیاژی از یکنواختی برخوردار خواهد بود.

از دیگر اهداف مهم نرماله­ کردن:

ریزکردن دانه‌­های درشتی که اغلب به هنگام کار گرم در دمای بالا و یا در ضمن ریخته‌­گری و انجماد بوجود آمده‌­اند. هنگامی که قطعه کارگرم یا ریخته‌­گری شده با دانه‌های درشت بین دمای Ac3 و Ac1 قرار بگیرد، دانه­‌های جدید آستنیت جوانه زده و رشد می­‌کنند در صورتی که دمای آستنیته ­کردن محدود شود ساختار همگن و دانه­‌های ریز بوجود ­می­‌آید، اما اگر حرارت دادن بالاتر از گستره‌ی دمایی باشد منجر به درشت شدن دانه­‌ها می­شود؛ بنابراین عملیات نرماله ­کردن فولادهای هیپویوتکتویید، ابتدا آستنیتی با ساختار همگن و دانه­‌های ریز بوجود و سپس در اثر سرد شدن در هوا به فریت و پرلیت تبدیل ­می­شود.

از نظر خواص مکانیکی، میکروساختار حاصل از نرماله­ کردن می­تواند به عنوان عملیات حرارتی نهایی منظور شود. در مواردی که هدف سخت­کردن قطعاتی باشد که دارای دانه­ های درشت هستند، نرماله ­کردن به عنوان عملیات حرارتی اولیه جهت ریز کردن دانه‌­ها استفاده می­شود.

برای نرماله­ کردن فولادهای هایپریوتکتویید گستره­‌ی دمایی بین خطAcm وحدود50درجه سانتی­گراد بالای آن استفاده می­شود انتخاب این گستره­ ‌ی دما به منظور ریزکردن دانه‌­های آستنیت، انحلال کاربیدهای راسب شده و همچنین شکسته ­شدن شبکه‌­ی پیوسته کاربیدی که احتمالاً در ضمن عملیات قبلی در مرز دانه­‌ها بوجود آمده‌­اند. از آنجا که در نرماله ­کردن قطعات از دمایی بالاتر از Acm در هوا سرد می­شوند، احتمال تشکیل مجدد شبکه­ پیوسته کاربید در مرز دانه­ های آستنیت وجود دارد که میکروساختار حاصل ممکن است تا حدودی فولاد را ترد و شکننده کند. اما اگر قرار باشد این فولاد سخت شود در ضمن آستنیته شدن مجدد (سخت شدن) شبکه­‌ی پیوسته کاربید شکسته و ذرات مجتمع و کروی کاربید بدست می­آید.

از آنجا که در نرماله­ کردن قطعات در هوا سرد می­شوند، میکروساختارهای بدست آمده اختلاف قابل توجهی با میکروساختارهای حاصل از آنیل دارند.

با توجه به اینکه در نرماله­ کردن فریت و پرلیت در دمایی کمتر و با آهنگی بیشتر از آنیل­ کردن تشکیل می­شوند، اندازه دانه‌­های فریت وسمنتیت و فاصله­ی بین لایه‌­ای پرلیت هر دو کاهش می­یابد.

نکته‌­ای که باید در رابطه با سرد شدن قطعات در هوا ضمن نرماله­ کردن توجه داشت این است که نقاط مختلف در داخل یک قطعه با آهنگ­های متفاوت سرد می­شوند و آهنگ­های سرد شدن با تغییر ابعاد قطعه تغییر می­کنند. به این صورت که هرچه قطعه حجیمتر باشد آهنگ سرد شدن قطعه و همچنین آهنگ­های سرد شدن نقاط مختلف در داخل آن کمتر است. این موضوع به مقدار حرارتی که باید از داخل قطعه به خارج هدایت شود مربوط می­شود در واقع هرچه قطعه حجیمتر باشد برای اینکه دمای قسمت مرکزی آن افت کند به زمان بیشتری نیاز است.

از اثر ابعاد قطعه بر روی آهنگ سرد شدن 2 نتیجه مهم استنتاج می­شود؛ اول در مقاطع بزرگ آهنگ سرد شدن سطح قطعه ممکن است بیشتر از ناحیه داخلی باشد و باعث ایجاد تنش در آن شود.

دوم اینکه در قطعات خیلی کوچک، به خصوص در مورد فولادهای آلیاژی سرد شدن در هوا ممکن است منجر به تشکیل بینیت و یا حتی مارتنزیت به جای مخلوط فریت و پرلیت شود با توجه به این نکته توصیه می­شود که عملیات نرماله­کردن بر روی فولادهای آلیاژی اعمال نشود.

از جمله پارامترهای مهم بر روی خواص مکانیکی فولادهای نرماله و آنیل­‌شده اثر می­گذارد درصد کربن فولاد است.

هر چه درصد کربن بیشتر باشد(تا حد یوتکتویید) پرلیت بیشتری تشکیل شده و در نتیجه استحکام و سختی فولاد زیادتر و انعطاف­پذیری آن کمتر می­شود.

برای محاسبه استحکام کششی(TS) فولاد های کربنی ساده و کم آلیاژ در شرایط نرماله­شدن از معادله­هایی استفاده می­شود:( در این معادله­ها استحکام کششی بر­حسب ksi و درصد عناصر آلیاژی برحسب درصد وزنی است.)

برای فولاد گرم نور دیده شده     TS= 27 + 56CP

برای فولاد آهنگری شده              TS= 27 + 50CP

برای فولاد ریخته­‌گری شده         TS= 27 + 48CP

در اینجا CP که به مجموع پتانسیل­های کربن موسوم است از رابطه­ی زیر بدست ­می­آید:

CP=[1+0.5(C-0.2)]C+0.15Si+[0.125+0.25(c-0.2)]Mn+[1.25-0.5(C-0.2)]P+0.2Cr+0.1Ni

همانگونه که از معادله­‌های فوق مشخص است، اثر اندازه و ابعاد قطعه در استحکام کششی در نظرگرفته شده است.

کروی کردن

انعطاف­‌پذیرترین و نرمترین شرایط در هر فولاد مربوط به میکروساختاری شامل سمنتیت کروی توزیع شده به طور یکنواخت در زمینه فریتی است، میکروساختار مورد نظر سمنتیت کروی در فولاد  1%Mn 0.66%C – است. انعطاف‌­پذیری زیاد این میکروساختار مستقیماً مربوط به زمینه کاملاً یکنواخت و پیوسته فریتی می­شود. لازم به اشاره است که در پرلیت لایه­‌های سمنتیت باعث ناپیوستگی و تقسیم زمینه‌ی فریتی شده و در نتیجه تغییر شکل را به طور موثری کاهش می­دهد.

پس در مقایسه با ساختار کروی، انعطاف­‌پذیری ساختار پرلیت کمتر و سختی آن بیشتر است.

انعطاف­‌پذیری بسیار خوب فولادهای کم­‌کربن و کربن متوسط با سمنتیت کروی از این نظر اهمیت دارد که این فولادها اغلب توسط نورد سرد شکل می­‌گیرند. از طرفی ساخت قطعات از جنس فولادهای پرکربن اغب نیاز به ماشین‌­کاری زیاد دارند، سختی کم میکروساختار سمنتیت کروی این فولادها اهمیت زیادی دارد.

سمنتیت کروی پایدارترین میکروساختار موجود در فولادهاست که با حرارت دادن فولاد در مدت زمان مناسب در گستره دمایی به دست می‌­آید. از آنجا که کروی­‌کردن سمنتیت مستلزم نفوذ است، دما و زمان عملیات باید طوری انتخاب شوند که نفوذ به بهترین شکل انجام گرفته و در نتیجه در کوتاهترین زمان بیشترین درصد سمنتیت کروی شود.

آهنگ کروی شدن سمنتیت، بستگی به میکروساختار اولیه فولاد و همچنین نحوه عملیات حرارتی کروی کردن دارد. از نظر میکروساختاری، پرلیت بیشترین زمان را برای کروی شدن نیاز دارد و در بین میکروساختارهای مختلف پرلیتی زمان لازم برای کروی شدن به ترتیب از پرلیت خشن به پرلیت متوسط و سپس پرلیت ظریف کاهش می‌­یابد. در واقع لایه­‌های سمنتیت ابتدا در‌هم‌شکسته شده و به ذرات ریز سمنتیت تبدیل می­شوند و در ادامه عملیات ذرات ریز به شکل کروی در می­‌آیند. از این رو هر چه لایه­‌های سمنتیت درشت­‌تر باشد زمان کروی شدن هم بیشتر است.

اگر کاربیدهای اولیه به شکل ذرات ریز و مجزا از یکدیگر (بینیت) باشند، کروی شدن بسیار سریع­تر خواهد بود. اگر ساختار اولیه مارتنزیت باشد، کروی شدن حتی سریعتر خواهد شد. در حقیقت در ساختارهای مارتنزیتی نیازی به شکسته شدن صفحات سمنتیتی و سپس کروی شدن نیست، بلکه کروی شدن به این صورت است که کربن فوق اشباع در ضمن خروج از شبکه آهن و تشکیل سمنتیت به شکل کروی رسوب می­کند.

مهمترین روشهای عملیات حرارتی کروی کردن عبارت‌­اند از:

  1. حرارت دادن فولاد تا زیر دمای Ac1، نگه داشتن برای مدت زمان کافی جهت کروی شدن و سپس سرد کردن آن در هوا تا دمای اتاق.
  2. حرارت دادن فولاد تا ناحیه دوفازی بین Ac1 – Ac3 برای فولادهای هیپویوتکتوییدی و یا بین Acm-Ac برای فولادهای هایپویوتکتویید به منظور آستنیته کردن جزیی، سرد کردن آهسته تا زیر دمای Ar1، نگه داشتن برای مدت زمان کافی جهت کروی شدن و سپس سرد کردن در هوا تا دمای اتاق.
  3. حرارت دادن فولاد تا بالای دمای Ac1 و آستنیته کردن جزیی، سرد کردن تا زیر دمای Ar1، نگه داشتن برای مدت زمانی در حدود 30 دقیقه، گرم کردن مجدد تا بالای Ac1 و تکرار عملیات تا اینکه میکروساختاری با سمنتیت کاملاً کروی شده به دست آید. پس از کروی شدن سمنتیت، قطعه را تا دمای اتاق در هوا سرد می­کنند.

در اینجا تذکر این نکته ضروری است که پس از پایان سیکل عملیات حرارتی کروی کردن، آهنگ سرد شدن تا دمای اتاق اثری بر روی درصد سمنتیت کروی و یا ساختار زمینه ندارد.

اما بهتر است که قطعات در کوره و یا در هوا سرد شوند.

از آنجایی که در روشهای دوم و سوم فولاد به طور جزیی آستنیته می­شود، تجزیه و شکسته شدن لایه­‌های سمنتیت تسریع شده و انتظار می­رود که کروی شدن فولادهای پرلیتی سریعتر از روش اول باشد. در روش سوم، فولاد متناوباً در حوالی Ae1 گرم و سرد می­شود. در حقیقت هر بار که فولاد به ناحیه دوفازی می­رسد، عمدتاً لایه­‌های سمنتیت حل شده و با سرد شدن فولاد در زیر دمای Ar1 به کره­‌های سمنتیت افزوده می­شود. پس می­توان نتیجه گرفت که کروی شدن فولادهای پرلیتی توسط روش سوم سریعتر از روش دوم است. علت حل شدن سمنتیت لایه‌ه­ای در ضمن گرم کردن و راسب شدن آن بر روی کره­‌های سمنتیت در ضمن سرد کردن، مربوط به انرژی آزاد سطحی کره­‌های سمنتیت است، تمایل لایه­‌ها به حل شدن بیشتر بوده و در عوض کره­‌های سمنتیت که پایدارترند محل‌های مناسب برای راسب شدن سمنتیت در ضمن سرد شدن فولادند.

لازم به اشاره است که در روش‌های دوم و سوم، دمای آستنیته کردن به همان گستره دمایی کروی کردن محدود شود. هرچه دمای آستنیته کردن پایینتر باشد میکروساختار آستنیت حاصل ناهمگن‌­تر و ذرات سمنتیت حل نشده در آن بیشتر است. از آنجا که ذرات سمنتیت حل نشده به عنوان جوانه­‌های اولیه برای تشکیل سمنتیت کروی عمل می­کنند هر چه تعداد آنها بیشتر باشد (دمای آستنیته کردن پایینتر باشد)، تشکیل ساختار با سمنتیت کروی سریعتر خواهد بود. در ضمن عملیات آنیل و نرماله کردن، به علت بالا بودن دمای آستنیته کردن، میکروساختار آستنیت حاصل از یکنواختی نسبتاً خوبی برخوردار بوده و عاری از کاربیدهای حل نشده است. این شرایط تشکیل سمنتیت کروی را محدود و در عوض زمینه را برای تشکیل پرلیت مناسبتر می­کند.

از آنجایی که عملیات کروی شدن مستلزم تجزیه و انحلال جزیی سمنتیت لایه‌ه­ا و سپس راسب شدن آن بر روی کره­‌های سمنتیت است، نفوذ کربن در فاز فریت نقش مهمی دارد، به این صورت که هرچه آهنگ نفوذ کربن زیادتر شود، کروی شدن نیز سریعتر می­شود. به طور کلی، عناصر آلیاژی آهنگ نفوذ کربن در فاز فریت را کاهش می­دهند پس عملیات کروی شدن را به تعویق می­اندازد. از آنجا که رشد کاربیدهای آلیاژی مستلزم نفوذ عناصر آلیاژی کاربیدساز است و نفوذ این عناصر در مقایسه با کربن بسیار آهسته‌­تر است، پس وجود عناصر آلیاژی کاربیدساز کروی شدن را به طور قابل ملاحظه­‌ای کاهش می­دهد.

بازیابی و تبلور مجدد

انجام نورد سرد بر روی فولادها (تقریباً تمامی فلزات و آلیاژها) باعث استحکام و سختی و کاهش انعطاف پذیری و یا شکل­‌پذیری آنها می­شود. این پدیده که به کار سختی موسوم است ناشی از افزایش پیوسته معایب بلوری در اثر ادامه انجام کار سرد است. در اثر کار سرد انرژی داخلی فلز افزایش یافته و از نظر ترمودینامیکی ناپایدار خواهد شد. حرارت دادن چنین قطعه‌­ای باعث از بین رفتن معایب بلوری موجود و بازیابی میکروساختار و خواص فیزیکی و مکانیکی اولیه می­شود.

بازیابی

در ضمن این عملیات حرارتی، تغییرات عمده‌­ای که در ساختار بلوری فلز به وجود می­‌آید، عبارت از کاهش و یا از بین رفتن معایب بلوری که از قدرت تحرک زیادی برخوردارند است. در این عملیات، معایب نقطه­‌ای نظیر جاهای خالی و اتم‌های اضافی یکدیگر را خنثی می­کنند، نابه‌­جایی‌های پیچی چپ گرد و راست گرد و نابه‌جایی‌های لبه‌­ای مثبت و منفی به ترتیب در یکدیگر ادغام شده و حذف می­شوند. در نتیجه انرژی داخلی کاهش می­‌یابد. ادامه عملیات حرارتی بازیابی همراه با لغزش و صعود نابه‌­جایی‌های باقیمانده و ردیف قرار گرفتن آنهاست. به این ترتیب، مرزهای فرعی تشکیل می­شوند. تشکیل مرزهای فرعی که به چندوجهی شدن موسوم است عملی خود به خود است، زیرا انرژی آزاد داخلی میکروساختار با دانه­‌های فرعی در مقایسه با قطعه‌ی نورد سرد شده به مراتب کمتر است. در واقع با ردیف قرار گرفتن نابه­‌جایی‌ها در زیر هم (به منظور تشکیل مرزهای فرعی) میدان تنش کششی هر نابه‌­جایی بر میدان تنش فشاری نابه­‌جایی دیگر اثر گذاشته و آن را کاهش داده و یا خنثی می­کند. بدین ترتیب، بدون آنکه تعداد نابه‌­جایی‌ها تغییر کند، فقط با آرایش مجدد و مرتب شدن آنها انرژی داخلی کاهش می­‌یابد. پس، نیروی محرکه در عملیات حرارتی بازیابی همان کاهش انرژی داخلی ناشی از حذف یا آرایش مجدد معایب بلوری حاصل در ضمن کار سختی است. در عملیات بازیابی خواص فیزیکی تقریباً به طور کامل بازیابی شده و تا حدودی به خواص فیزیکی قطعه قبل از نورد سرد برمیگردد. در حالی که، تغییرات خواص مکانیکی چندان محسوس نیست. در واقع، عملیات حرارتی تبلور مجدد که باعث بازیابی خواص مکانیکی قطعه‌ی نورد سرد شده می­شود. نکته مهمی که وجود دارد تغییراتی که در ساختار بلوری در ضمن عملیات بازیابی به وجود می‌­آید را نمی­توان به کمک میکروسکوپ نوری مطالعه کرد و نیاز به میکروسکوپ الکترونی دارد.

تبلور مجدد

از جمله اثرات کار سرد عبارت از تغییر شکل دانه‌ها در جهت اعمال نیرو و ایجاد تنش‌های داخلی است. در این عملیات دانه­‌های جدید هم­‌محور و عاری از تنش در فلز نورد سرد شده به وجود می­‌آید. در ضمن این عملیات، تغییراتی که در اثر کار سرد در خواص فیزیکی و مکانیکی به وجود آمده از بین می­رود و قطعه به حالت قبل از کار سرد برمی­گردد. در حقیقت، تبلور مجدد ادامه ی عملیات حرارتی بازیابی است و دانه­‌های جدید عاری از تنش می­توانند از دانه­‌های فرعی حاصل از عملیات بازیابی به وجود آیند. اساساً فرآیند تبلور مجدد شامل جوانه زنی و رشد بوده که نیروی محرکه برای این عملیات، ناشی از کاهش انرژی آزاد حجمی در اثر کاهش چگالی نابه‌­جایی‌هاست. عملیات حرارتی تبلور مجدد فولادها در ناحیه دوفازی فریت – سمنتیت انجام می­شود، تغییرات ساختار همراه با تغییر فاز نخواهد بود. به طورکلی میکروساختار فولادهای کم‌­کربن و کربن متوسط قبل از کار سرد شامل سمنتیت کروی و یا عمدتاً فریت با مقدار کمی پرلیت است، که هردو از انعطاف‌­پذیری خوبی برخوردارند. فریت موجود در این ساختار عاری از تنش بوده و دارای دانه‌های هم‌محور است. کار سرد، دانه­‌های فریت را در جهت انجام مکانیکی تغییر شکل داده و معایب بلوری را در آن افزایش می­دهد. پس از اینکه تبلور مجدد به پایان رسید (ساختار تغییر شکل یافته به طور کامل توسط دانه­‌های هم‌­محور و عاری از تنش جایگزین شد)، اگر باز هم حرارت دادن قطعه ادامه یابد، دانه­‌های هم‌­محور موجود شروع به درشت شدن می­کنند. این عملیات به رشد دانه موسوم است و هنگامی که قطعه در دمای بالا قرار دارد، رشد دانه­‌ها هم ادامه خواهد داشت. رشد دانه‌­ها به این صورت انجام می­گیرد که با مهاجرت مرز دانه­‌ها، دانه‌­های ریز به ترتیب به دانه­‌های درشت مجاور ملحق می­شوند. نیروی محرکه یا عامل ترمودینامیکی رشد دانه­‌ها همان انرژی مرز دانه‌­هاست، که با درشت شدن دانه‌­ها مرز دانه­‌ها کاهش می­‌یابد پس انرژی داخلی فلز نیز کاهش خواهد یافت.

خلاصه‌­ای از نیروی محرکه، مکانیزم و نتایج حاصل از بازیابی، تبلور مجدد و رشد دانه‌‌ها

بازیابی

نیروی محرکه: کاهش انرژی داخلی توسط آرایش مجدد نابه‌­جایی‌ها

مکانیزم: جابه‌جایی جاهای خالی و اتم‌ها به منظور صعود و لغزش نابه‌­جایی‌ها

نتیجه: تنش‌های داخلی حذف می­شوند. نواحی عاری از تنش به وجود می‌­آیند (جوانه‌­زنی مرحله تبلور مجدد)

تبلور مجدد

نیروی محرکه: کاهش بیشتر در انرژی داخلی توسط حذف نابه­‌جایی‌ها باقیمانده پس از بازیابی

مکانیزم: رشد نواحی عاری از تنش توسط جهش تک تک اتم‌ها در مرز بین نواحی از تنش و زمینه

نتیجه: مجموعه‌­هایی از دانه­‌ها (غالباً با جهات مشخص) تشکیل می­شوند، استحکام کم می­شود، انعطاف­پذیری زیاد می­شود.

رشد دانه‌­‌ها

نیروی محرکه: کاهش انرژی داخلی مرز دانه‌­ها

مکانیزم: با جهش اتم­ها در مرز دانه­‌ها، دانه‌­های ریز حذف و دانه‌­های درشت رشد می­کنند.

نتیجه: کاهش استحکام

برای اطلاع از قیمت سیم‌جوش co2 و خرید سیم co2 و دیگر محصولات دلتاوایر با شماره ۰۹۱۲۱۱۴۷۷۹۳ به نام طبایی تماس بگیرید.