هدف از عملیات حرارتی افزایش خواص مکانیکی لولههای فولادی و لولههای فولادی دقیق، حذف تنشهای پسماند و بهبود ماشینکاری فلزات فولادی است. بسته به اهداف خاص، فرآیندهای عملیات حرارتی را می توان به طور کلی به دو دسته تقسیم کرد: عملیات حرارتی آماده سازی و عملیات حرارتی نهایی.
عملیات حرارتی مقدماتی
هدف از عملیات حرارتی آماده سازی بهبود کارایی، حذف تنش های داخلی و تهیه یک ساختار متالورژیکی مطلوب برای عملیات حرارتی نهایی است. فرآیندهای درگیر شامل بازپخت، عادی سازی، پیری، و خاموش کردن و تلطیف کردن است.
(1) بازپخت و عادی سازی
بازپخت و نرمالیزاسیون در قسمت های خالی کار گرم اعمال می شود. فولادهای کربنی و فولادهای آلیاژی با محتوای کربن بیشتر از 0.5٪ اغلب برای کاهش سختی و تسهیل برش آنیل می شوند. برعکس، آنهایی که محتوای کربن آنها کمتر از 0.5٪ است، برای جلوگیری از نرمی بیش از حد که می تواند منجر به چسبیدن ابزار در حین برش شود، نرمال می شوند. بازپخت و نرمال سازی همچنین ساختارهای دانه را اصلاح می کند، ریزساختارها را همگن می کند و مواد را برای عملیات حرارتی بعدی آماده می کند. این فرآیندها معمولاً پس از ساخت بلانک و قبل از ماشینکاری خشن انجام می شود.
(2) درمان پیری
درمان پیری در درجه اول برای از بین بردن تنش های داخلی ایجاد شده در حین تولید و ماشین کاری استفاده می شود. برای قطعاتی که نیاز به دقت کلی دارند، یک درمان قدیمی قبل از اتمام برای جلوگیری از حمل و نقل بیش از حد کافی است. با این حال، برای قطعاتی که نیاز به دقت بالاتری دارند (مانند جعبه یک دستگاه حفاری مختصات)، ممکن است دو یا چند درمان پیری لازم باشد. قطعات ساده معمولاً نیازی به درمان پیری ندارند.
جدای از ریختهگری، قطعات دقیق با استحکام ضعیف (مثلاً پیچهای سربی دقیق) معمولاً برای از بین بردن تنشهای داخلی و تثبیت دقت پردازش، چندین عملیات پیری را بین ماشینکاری خشن و نیمه تمام انجام میدهند. برخی از قسمت های محوری نیز پس از صاف کردن نیاز به درمان پیری دارند.
(3) خاموش کردن و معتدل کردن
کوئنچ و تمپر کردن شامل کوئنچ و به دنبال آن تلطیف در دمای بالا است. این فرآیند یک ساختار سوربیت معتدل یکنواخت و ریزدانه ایجاد میکند و مواد را برای کاهش تغییر شکل در طول کوئنچ و نیترید کردن سطح بعدی آماده میکند. بنابراین، خاموش کردن و تمپر همچنین می تواند به عنوان عملیات حرارتی آماده سازی عمل کند.
با توجه به خواص مکانیکی جامع عالی، کوئنچ و تمپر همچنین می تواند به عنوان عملیات حرارتی نهایی برای قطعات با نیاز متوسط به سختی و مقاومت در برابر سایش استفاده شود.
عملیات حرارتی نهایی
هدف از عملیات حرارتی نهایی بهبود خواص مکانیکی مانند سختی، مقاومت در برابر سایش و استحکام است.
(1) خاموش کردن
کوئنچ می تواند کوئنچ سطحی یا از طریق کوئنچ باشد. کوئنچ سطحی به دلیل حداقل تغییر شکل، اکسیداسیون و کربن زدایی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. استحکام خارجی بالا، مقاومت در برابر سایش خوب، و چقرمگی داخلی و مقاومت ضربه ای خوب را ارائه می دهد. برای افزایش خواص مکانیکی قطعات کوئنچ شده با سطح، عملیات حرارتی مقدماتی مانند کوئنچ و تمپر یا نرمال سازی اغلب از قبل انجام می شود. جریان فرآیند معمولی عبارت است از: برش → آهنگری → عادی سازی (یا بازپخت) → ماشینکاری خشن → خاموش کردن و تمپر کردن → ماشینکاری نیمه تمام → خاموش کردن سطح → ماشینکاری پایان.
(2) کربورسازی و کوئنچ
کربورسازی و کوئنچینگ برای فولادهای کم کربن و کم آلیاژ مناسب است. این فرآیند محتوای کربن سطح قطعه را افزایش میدهد و در نتیجه سختی سطح بالایی پس از کوئنچ ایجاد میکند، در حالی که هسته استحکام متوسط، چقرمگی بالا و پلاستیسیته را حفظ میکند. کربنسازی میتواند کامل یا جزئی باشد، که دومی نیاز به اقدامات ضد کربناتی دارد (مثلاً پوششهای مسی یا پوششهای ضد کربنات) برای نواحی بدون کربوره. به دلیل تغییر شکل قابل توجه و عمق کربورسازی که معمولاً بین 0.5 و 2 میلی متر است، فرآیند کربورسازی معمولاً بین ماشینکاری نیمه تمام و نهایی برنامه ریزی می شود.
جریان فرآیند معمولی عبارت است از: برش → آهنگری → نرمال سازی → ماشینکاری خشن و نیمه تمام → کربورسازی و خاموش کردن → ماشینکاری نهایی.
هنگامی که بخش بدون کربوره یک قسمت نیمه کربوره بزرگ می شود تا امکان حذف لایه های کربوره اضافی را فراهم کند، این مرحله حذف باید بعد از کربورسازی اما قبل از خاموش شدن انجام شود.
(3) نیترید کردن
نیتروژن شامل نفوذ اتم های نیتروژن به سطح فلز برای تشکیل لایه ای از ترکیبات نیتروژن است. لایه نیترید شده سختی سطح قطعه، مقاومت در برابر سایش، استحکام خستگی و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد. از آنجایی که نیتریدینگ در دماهای پایین با کمترین تغییر شکل عمل می کند و یک لایه نازک تولید می کند (معمولاً بیش از 0.6-0.7 میلی متر)، فرآیند نیتریدینگ باید تا حد امکان دیرتر برنامه ریزی شود. برای به حداقل رساندن تغییر شکل در حین نیتریدینگ، معمولاً پس از برش، یک تلطیف تنشزدایی در دمای بالا انجام میشود.
