مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
عملیات حرارتی تبلور مجدد (recrystallization) فرایندی است که طی آن، در اثر حرارت دادن، دانههای جدید و هممحور که فاقد تنش هستند، در فلزکارسرد شده شکل میگیرند. کار سرد موجب تغییر شکل دانهها در جهت نیروی اعمالی و ایجاد تنشهای داخلی میشود. با انجام عملیات تبلور مجدد، تغییرات به وجود آمده در خواص فیزیکی و مکانیکی فلز در اثر سردکار از بین میرود و فلز به حالت اولیه خود بازمیگردد.
این فرایند شامل دو مرحله جوانهزنی و رشد است و نیروی محرکه آن، کاهش انرژی آزاد حجمی به واسطه کاهش نابجاییها است.
از آنجایی که عملیات حرارتی تبلور مجدد فولادها در ناحیه دو فازی فریت-آستنیت انجام میشود، تغییرات ایجاد شده در ساختار بدون تغییر فاز خواهد بود. به طور کلی، میکروساختار فولادهای کم کربن و کربن متوسط قبل از کار سرد شامل سمنتیت کروی و یا عمدتاً فریت با مقدار کمی پرلیت است که هر دو دارای انعطافپذیری خوبی هستند.
فریت در این ساختار بدون تنش و دارای دانههای هممحور است. کار سرد باعث تغییر شکل دانههای فریت و افزایش معایب بلوری در آنها میشود. در این وضعیت، عملیات حرارتی تبلور مجدد موجب رشد دانههای جدید هممحور و عاری از تنش در زمینه فریت تغییر شکل یافته میشود.
به این ترتیب، میکروساختار اولیه دوباره به وجود میآید. اگر عملیات حرارتدهی در دمای مناسب و به مدت زمان کافی انجام شود، هیچ اثری از کار سرد در ساختار باقی نخواهد ماند.
عوامل مؤثر بر تبلور مجدد
پس از پایان تبلور مجدد (یعنی زمانی که ساختار تغییر شکلیافته به طور کامل توسط دانههای هممحور و عاری از تنش جایگزین شد)، اگر حرارتدهی قطعه ادامه یابد، دانههای هممحور شروع به درشت شدن میکنند.
این فرایند که به رشد دانه (grain growth) معروف است، تا زمانی که قطعه در دمای بالا قرار دارد، ادامه خواهد داشت. نیروی محرکه یا عامل ترمودینامیکی برای رشد دانهها، انرژی مرز دانههاست؛ یعنی با درشت شدن دانهها، مرز دانهها کاهش مییابد و در نتیجه انرژی داخلی فلز نیز کم میشود.
عملیات حرارتی تبلور مجدد یکی از فرآیندهای مهم در علم و مهندسی مواد است که به بهبود ویژگیهای ساختاری و خواص مواد کمک میکند. این عملیات باعث بهینهسازی و ترتیبدهی بلورها در ساختار مواد میشود.
مراحل اصلی عملیات حرارتی تبلور مجدد
عملیات حرارتی تبلور مجدد دارای 5مرحله است.
۱. تبدیل فازی: در این مرحله، ماده از حالت یکنواخت به حالت بلوری تبدیل میشود که این تغییر معمولاً به دلیل تغییر دما صورت میگیرد و میتواند یکمرحلهای یا چندمرحلهای باشد.
۲. تبدیل گرمایی: در این مرحله، ماده گرما دریافت میکند تا به دماهای بالاتر برسد و از دمای تبدیل فازی خود عبور کند.
۳. نگهداری در دمای بالا: پس از تبدیل فازی و گرمایی، ماده در دمای بالا (که ممکن است به عنوان دمای تبلور مجدد شناخته شود) نگه داشته میشود تا ساختار بلوری بهبود یافته و خواص بهینهتری پیدا کند.
۴. سرد شدن: در این مرحله، ماده به تدریج از دمای بالا به دمای پایینتر سرد میشود تا ساختار بلوری شکل گرفته حفظ شود.
۵. تنظیمات پارامترها: در هر مرحله از فرآیند، ممکن است تنظیماتی بر روی پارامترهای مختلف مواد (مانند دما، فشار، زمان و نرخ سرد شدن) انجام شود تا بهترین نتایج حاصل شود.
عملیات حرارتی تبلور مجدد در صنایع مختلفی از جمله فلزات، سرامیکها، پلیمرها و کریستالها استفاده میشود و میتواند بهبودهایی در خواص مکانیکی، الکتریکی، حرارتی و سایر ویژگیهای مواد ایجاد کند.
کاربرد عملیات حرارتی تبلور مجدد در صنایع مختلف
عملیات حرارتی تبلور مجدد در صنایع مختلف به منظور بهبود ویژگیهای مواد به کار میرود. در زیر به تعدادی از صنایع و کاربردهای اصلی این عملیات اشاره شده است.
فولادسازی: عملیات حرارتی تبلور مجدد در تولید فولاد برای بهینهسازی ساختار بلوری و بهبود خواص مکانیکی آن استفاده میشود.
آلومینیوم و آلیاژهای آن: در صنایع آلومینیوم، تبلور مجدد به منظور بهبود خواص مکانیکی و ساختار بلوری آلومینیوم و آلیاژهای آن به کار میرود.
سرامیکهای پیشرفته: در ساخت سرامیکهای پیشرفته مانند اکسیدهای فلزی، عملیات حرارتی تبلور مجدد برای بهبود چگالی، مقاومت مکانیکی و خواص الکتریکی استفاده میشود.
پلیمرهای بلوری: در صنایع پلیمری، عملیات حرارتی تبلور مجدد به منظور بهبود شفافیت، سختی و مقاومت مکانیکی پلیمرها اجرا میشود.
کریستالها: در تولید کریستالها، عملیات حرارتی تبلور مجدد برای بهبود ساختار بلوری و بهبود خواص نوری و الکتریکی استفاده میشود.
تولید نیمهرساناها: در تولید نیمهرساناهایی مانند سیلیکون، تبلور مجدد به منظور بهبود خواص الکتریکی و تراکم بلورها به کار میرود.
تحقیقات در زمینه بلورهای زیستی: در تحقیقات مرتبط با بلورهای زیستی و بیولوژیکی، این فرآیند برای بهبود فهم ساختار بلورهای زیستی و خواص آنها مورد استفاده قرار میگیرد.
رابطه عملیات حرارتی با ورق های فلزی
عملیات حرارتی در صنایع مختلف، از جمله تولید و پردازش ورقهای فلزی مانند ورق سیاه، ورق روغنی و ورق گالوانیزه، به منظور بهبود ویژگیهای مکانیکی، ساختاری و شکلدهی مواد استفاده میشود. در مورد ورقهای سیاه و روغنی، این عملیات میتواند متفاوت باشد.
عملیات حرارتی ورق سیاه
در ادامه مقاله به بعضی از عملیات حرارتی مرتبط با ورق سیاه اشاره می کنیم.
آنیلینگ (تلقیح حرارتی)
هدف: کاهش تنشهای داخلی، بهبود خواص مکانیکی و تغییرات در ساختار بلوری.
فرآیند: ورق فلزی را تا دمای بالا گرم کرده و سپس به آرامی سرد میکنند.
تطهیر
هدف: حذف آلایندهها و تخلیه گازهای جذب شده درون ورق.
فرآیند: ورق را در دماهای بسیار بالا قرار میدهند تا آلایندهها و گازهای مضر از بین بروند..
عملیات حرارتی ورق روغنی
عملیات حرارتی مرتبط با ورق روغنی شامل موارد زیر است.
روغنگیری
هدف: حذف روغنها و چربیهای باقیمانده بر روی سطح ورق.
فرآیند: غوطهور کردن ورق در مواد شویندهای مانند سولفوریک اسید برای پاک کردن روغنها و چربیها.
رفع تنشهای سطحی
هدف: کاهش تنشهای سطحی و بهبود خواص شیمیایی و مکانیکی سطح ورق.
فرآیند: گرم کردن ورق تا دمای مشخص و سپس سرد کردن آن تا دمای اتاق.
جمعبندی
عملیات حرارتی تبلور مجدد یک فرایند مهم و اساسی در صنایع مختلف است که به منظور بهبود و تقویت خواص مواد به کار میرود. این فرایند اغلب برای بهینهسازی ساختار بلوری مواد، افزایش مقاومت مکانیکی، افزایش سختی، و بهبود خواص فیزیکی مورد استفاده قرار میگیرد در نتیجه، این فرآیند اساسی برای بهبود تولیدات و بهبود کارایی مواد در صنایع مختلف محسوب میشود.
