عملیات حرارتی "چهار آتشه"

۱. عادی‌سازی

کلمه «نرمالیزاسیون» ماهیت این فرآیند را مشخص نمی‌کند. به طور دقیق‌تر، این یک فرآیند همگن‌سازی یا اصلاح دانه است که برای ایجاد ترکیب یکنواخت در سراسر قطعه طراحی شده است. از نظر حرارتی، نرمالیزاسیون فرآیندی است که در آن پس از بخش گرمایش آستنیته کردن، در سکون یا نسیم خنک می‌شود. به طور معمول، قطعه کار تا حدود 55 درجه سانتیگراد بالاتر از نقطه بحرانی در نمودار فازی Fe-Fe3C گرم می‌شود. این فرآیند باید برای به دست آوردن فاز آستنیت همگن گرم شود. دمای واقعی مورد استفاده به ترکیب فولاد بستگی دارد، اما معمولاً حدود 870 درجه سانتیگراد است. با توجه به خواص ذاتی فولاد ریخته‌گری، نرمالیزاسیون معمولاً قبل از ماشینکاری شمش و قبل از سخت‌کاری فولاد ریخته‌گری و آهنگری انجام می‌شود. فولادهای سخت‌کاری شده با کوئنچ در هوا به عنوان فولادهای نرمالیزه طبقه‌بندی نمی‌شوند زیرا ریزساختار پرلیتی معمول فولادهای نرمالیزه شده را به دست نمی‌آورند.

۲. آنیل کردن

کلمه آنیل کردن (annealing) به دسته‌ای از روش‌ها اشاره دارد که شامل گرم کردن و نگه داشتن در دمای مناسب و سپس خنک کردن با سرعت مناسب است، که عمدتاً برای نرم کردن فلز و در عین حال ایجاد سایر خواص مطلوب یا تغییرات ریزساختاری انجام می‌شود. دلایل آنیل کردن شامل بهبود ماشینکاری، سهولت کار سرد، بهبود خواص مکانیکی یا الکتریکی و افزایش پایداری ابعادی و موارد دیگر است. در آلیاژهای پایه آهن، آنیل کردن معمولاً بالاتر از دمای بحرانی بالایی انجام می‌شود، اما ترکیب زمان-دما بسته به ترکیب فولاد، حالت و نتایج مطلوب، در محدوده دما و سرعت خنک کردن بسیار متفاوت است. هنگامی که کلمه آنیل کردن بدون یک توصیف‌کننده استفاده می‌شود، پیش‌فرض آنیل کردن کامل است. هنگامی که تنها هدف، تنش‌زدایی باشد، این فرآیند به عنوان تنش‌زدایی یا آنیل کردن تنش‌زدایی شناخته می‌شود. در طول آنیل کردن کامل، فولاد تا دمای 90 تا 180 درجه سانتیگراد بالاتر از A3 (فولاد هیپویوتکتوئید) یا A1 (فولاد هیپریوتکتوئید) گرم می‌شود و سپس به آرامی خنک می‌شود تا برش یا خم کردن ماده آسان شود. وقتی کاملاً آنیل می‌شود، سرعت سرد شدن باید بسیار آهسته باشد تا پرلیت درشت تولید شود. در فرآیند آنیل، سرد شدن آهسته ضروری نیست، زیرا هر سرعت سرد شدنی زیر A1، ریزساختار و سختی یکسانی را به دست خواهد آورد.

۳. کوئنچ کردن

کوئنچینگ، خنک‌سازی سریع قطعات فولادی از دمای آستنیته کردن یا محلول‌سازی است که معمولاً از محدوده ۸۱۵ تا ۸۷۰ درجه سانتیگراد انجام می‌شود. فولاد ضد زنگ و فولاد پرآلیاژ را می‌توان برای کاهش کاربید موجود در مرز دانه یا بهبود توزیع فریت، کوئنچ کرد، اما برای اکثر فولادها، از جمله فولاد کربنی، فولاد کم آلیاژ و فولاد ابزار، کوئنچینگ برای میکروسکوپی است. مقدار کنترل‌شده‌ای از مارتنزیت در بافت به دست می‌آید. هدف، دستیابی به ریزساختار، سختی، استحکام یا چقرمگی مطلوب با کمترین پتانسیل ممکن برای تنش پسماند، تغییر شکل و ترک‌خوردگی است. توانایی یک عامل کوئنچینگ در سخت کردن فولاد به خواص خنک‌کننده محیط کوئنچ بستگی دارد. اثر کوئنچینگ به ترکیب فولاد، نوع عامل کوئنچینگ و شرایط استفاده از عامل کوئنچینگ بستگی دارد. طراحی و نگهداری سیستم کوئنچینگ نیز کلید موفقیت کوئنچینگ است.

۴. تمپر کردن

در این عملیات، فولاد قبلاً سخت شده یا نرماله شده معمولاً تا دمایی پایین‌تر از نقطه بحرانی پایینی گرم شده و با سرعت متوسطی سرد می‌شود، که عمدتاً برای افزایش پلاستیسیته و چقرمگی و همچنین افزایش اندازه دانه ماتریس است. عملیات تمپرینگ فولاد، گرم کردن مجدد پس از سخت شدن برای دستیابی به مقدار مشخصی از خواص مکانیکی و آزاد کردن تنش کوئنچ برای اطمینان از پایداری ابعادی است. پس از عملیات تمپرینگ، معمولاً کوئنچ از دمای بحرانی بالایی انجام می‌شود.