رشته مواد و متالورژی یکی از مهم‌ترین رشته‌های مهندسی است که امروز توسعه و پیشرفت‌های چشمگیری را تجربه کرده است. این علم به بررسی خواص آلیاژها و فلزات گوناگون می‌پردازد. اما توجه داشته باشید که تنها رسالت این رشته بررسی خواص آلیاژها نیست؛ بلکه این علم می‌کوشد تا خواص جدید و نوین‌تری را در فلزات به وجود بیاورد. به‌عنوان‌مثال مهندسان مواد و متالورژی به دنبال تقویت و بالابردن خواصی همچون استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، سختی و حفظ عملکرد (در دماهای بالا) در فلزات هستند. آنیل و تمپر کردن دو عملیات مهم دیگر در این زمنیه هستند که تفاوت آنیلینگ و تِمپرینگ در این مقاله شرح داده خواهد شد.

تفاوت آنیلینگ و تِمپرینگ

انجام عملیات حرارتی یکی از متداول‌ترین و رایج‌ترین متدهایی است که به‌واسطه آن، می‌توان در ساختار فلز تغییرات مثبتی (بالابردن خواصی همچون استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، سختی و…) ایجاد کرد. منظور از عملیات حرارتی عملیاتی است که در به‌واسطه آن خواص درونی فلز بدون این که خواص فیزیکی و مکانیکی دچار تغییر بزرگی شوند؛ بهبود می‌یابند.

اگر بخواهیم عملیات حرارتی را در مقیاس میکروسکوپی بررسی کنیم؛ باید به ساختار کریستالی آلیاژها توجه کنیم. همان‌طور که می‌دانید ساختار کریستالی فلزات به نحوه قرارگیری اتم‌های آن فلز بستگی دارد. از متداول‌ترین ساختار کریستالی می‌توان به دو نوعِ مکعبی مرکز دار (BCC) و مکعبی با وجوه مرکز دار (FCC) اشاره کرد. در واقع عملیات حرارتی تراز و تعادل ساختارهای کریستالی را برهم می‌زند و همین عمل باعث می‌شود تا برخی از خواص در فلز تقویت شوند.

به‌منظور اینکه عملیات حرارتی مدنظر ما با موفقیت طی شود؛ باید سه مرحله اساسی را انجام دهیم. این سه مرحله عبارت‌اند از:

• مرحله اول: مرحله گرم‌کردن فلز دمای مشخص
• مرحله دوم: مدت‌زمان نگهداری فلز در دمای موردنظر
• مرحله سوم: کوئنچ کردن یا سردکردن فلز

اگرچه عملیات حرارتی متفاوتی و متنوعی وجود دارند؛ اما در ادامه دو نوع متداول آنها، یعنی آنیلینگ و تمپرینگ را از جهات مختلف بررسی می‌کنیم.

معرفی عملیات حرارتی آنیلینگ یا بازپخت

برای اینکه یک فلز را تحت آنیلینگ قرار دهند؛ ابتدا آن را تا دمایی بالاتر از دمای بحرانی (آن فلز) گرم می‌کنند. سپس فلز را مدتی در محیط گرم با دمای مشخص نگه می‌دارند. پس از این کار متناسب با خواص مدنظر، فلز را به‌صورت آهسته خنک می‌کنند. توجه داشته باشید که این فرایند خواص فیزیکی فلز را تا حدودی تغییر می‌دهد. در واقع فلز تا حدودی نرم می‌شود و به‌راحتی شکل موردنظر را به خود می‌گیرد (شکل‌پذیری فلز بهتر و آسان‌تر می‌شود). همچنین افزایش شکل‌پذیری و نرم‌شدن فلزی باعث می‌شود تا ماشین‌کاری آن بهتر انجام شود. از طرف دیگر آنیلینگ هدایت الکتریکی فلز را افزایش می‌دهد. در واقع آنیلینگ در مقیاس میکروسکوپی ساختار کریستالی فلز را به‌گونه‌ای تغییر می‌دهد تا خواص مدنظر بروز یابند.

مراحل بازپخت یا آنیلینگ

بازپخت در سه مرحله بازیابی، تبلور مجدد و رشد دانه صورت می‌گیرد که در ادامه هر سه را به طور خلاصه و مختصر توضیح می‌دهیم.

1- مرحله ریکاوری: همان‌طور که می‌دانید به دلیل سرد کاری (که درگذشته بر روی فلز انجام شده است)، در فلز تنش‌های داخلی متعددی به وجود می‌آیند. در مرحله ریکاوری فلز گرم می‌شود تا این عارضه از بین برود.

2- مرحله تبلور مجدد: در مرحله تبلور مجدد فلز در بازه دمایی بالاتر از دمای بحرانی و پایین‌تر از دمای ذوب قرار می‌گیرد. این کار باعث می‌شود تا بدون اینکه تنش پسماند در فلز به وجود بیاید؛ دانه‌های جدید شکل بگیرند.

3- مرحله رشد دانه: سردکردن فلز باعث می‌شود تا درون ساختار آن، دانه‌های جدیدی به وجود بیایند.

چه فلزاتی را باید تحت آنیلینگ یا بازپخت قرار داد؟

• فلزاتی که تحت سخت‌کاری قرار گرفتند یا از نورد سرد عبور کردند.
• فلزاتی که تحت جوشکاری قرار گرفتند.
• فلزاتی که تحت ماشین‌کاری یا تراشکاری قرار می‌گیرند.

معرفی عملیات حرارتی تِمپرینگ یا برگشت دادن

“تِمپرینگ” نیز یکی دیگر از عملیات حرارتی متداول در صنعت است که بر روی انواع فلزها انجام می‌شود. در این فرایند فلز تا نزدیکی دمای بحرانی خود گرم می‌شود و برای مدت مشخصی در آن دما قرار می‌گیرد. سپس فلز به کمک هوا سرد می‌شود. توجه داشته باشید که میزان دمای محیط و همچنین سردکردن فلز برای رسیدن به یک دمای مشخص در هر آلیاژ متفاوت است.

فلزی که تحت تمپرینگ قرار می‌گیرد چقرمگی آن افزایش پیدا می‌کند و سختی آن با افت مواجه می‌شود. همان‌طور که می‌دانید اگر فلز یا فولاد سخت (ترد) باشد؛ به‌راحتی ترک می‌خورد و برای انجام عملیات ماشین‌کاری مناسب نمی‌باشد. در فرایند تمپرینگ در ساختار کریستالی فلز کربن وارد می‌کنند تا تنش‌های داخلی از بین برود و ریزساختارها شکل مطلوبی به خود بگیرند. این کار باعث می‌شود تا شکل‌پذیری، استحکام، ماشین‌کاری، جوش‌پذیری و مقاومت در برابر تنش و کرنش‌های وارده به فلز افزایش یابند.

چه فلزاتی را باید تحت تِمپرینگ قرار داد؟

همچنین توجه داشته باشید که تمپرینگ معمولاً بعد از کوئنچ کردن اتفاق می‌افتد. موادی که تحت عملیات سخت‌کاری قرار گرفتند یا تحت عملیات جوشکاری، جوش داده شده‌اند؛ باید تحت تمپرینگ قرار بگیرند. زیرا این کار باعث می‌شود تنش‌های موجود در فلز، از بین برود.

بیشتر بخوانید: فلزات مقاوم به حرارت و کاربرد آن ها