عملیات حرارتی به فرآیند گرم یا سرد کردن موادی مانند فلزات برای تغییر خواص (ریزساختار) و به دست آوردن خواص مطلوب اطلاق می شود. آیا تا به حال صحنه آهنگری در حال فرو بردن فولاد داغ قرمز در آب را در تلویزیون تماشا کرده اید؟ این کوئنچینگ، فرآیندی است که برای تقویت خواص فولاد و همچنین نوعی فرآیند عملیات حرارتی استفاده می شود. در این بخش عملیات حرارتی معرفی می شود.
چهار عملیات حرارتی متداول وجود دارد. با توجه به استفاده از کوره برای گرم کردن یا خنک کردن کل قطعه، به آن "عملیات حرارتی یکپارچه" نیز میگویند.
خاموش کردن
کوئنچ فرآیند حرارت دادن فولاد به رنگ قرمز روشن در دمای 800 درجه تا 850 درجه، قرار دادن آن در آب یا روغن برای مدتی و سرد کردن سریع آن است. نماد JIS به صورت HQ نشان داده می شود. این فرآیند می تواند فولاد را بسیار سخت کند، اما در عین حال مشکل شکننده شدن نیز وجود دارد. بنابراین، پس از خاموش کردن، "معطف" نیز لازم است. در هنگام کوئنچ و سرد شدن باید به احتمال ترک و کرنش در قطعات در اثر انبساط و انقباض سازه توجه شود. علاوه بر این، به دلیل کوئنچ که قطعه کار را بسیار سخت می کند، معمولاً پس از اتمام برش یا سایر فرآوری ها، در نزدیکی فرآیند نهایی انجام می شود.
معتدل کردن
تمپرینگ فرآیند گرم کردن و خنک کردن مجدد قطعات خاموش شده است. نماد JIS به صورت HT نشان داده می شود. تمپر کردن کمی سختی قطعه را کاهش میدهد، اما شکنندگی آن را از بین میبرد و امکان تامین همزمان سختی و چقرمگی را فراهم میکند. همچنین می تواند تنش داخلی ناشی از خنک شدن سریع در هنگام کوئنچ (نیروهای ایجاد شده در داخل قطعه به دلیل انقباض ناهموار و غیره) را از بین ببرد. تلطیف به دو نوع تقسیم می شود: اعتدال در دمای پایین و معتدل با درجه حرارت بالا. تلطیف دمای پایین با حفظ دما بین 150 تا 200 درجه برای حدود 1 ساعت و به دنبال آن خنک شدن هوا انجام می شود. حرارت دادن در دمای بالا شامل حرارت دادن به 550 درجه تا 650 درجه، نگه داشتن حدود 1 ساعت و سپس سرد شدن سریع است.
معمولاً برای ابزارها و سایر محصولاتی که به سختی نیاز دارند از کوئنچ و تمپر استفاده می شود.
آنیل کردن
برخلاف کوئنچ، آنیلینگ برای نرم کردن فولاد به منظور بهبود عملکرد پردازش آن یا برای نرم کردن سازه هایی که به دلیل ماشینکاری یا سایر تأثیرات سخت شده اند استفاده می شود. گرمایش می تواند ساختار داخلی قطعات را همگن کند یا بافت های تیز را صاف کند. انواع مختلفی از آنیل وجود دارد و دمای مورد نیاز بسته به نوع و ساختار فولاد از حدود 550 درجه تا نزدیک به 950 درجه متغیر است. اما برای همه انواع، دما باید حدود یک ساعت گرم شود و حفظ شود و سپس به آرامی در کوره خنک شود. هدف از انجام این کار حذف تنش پسماند در اجزا یا نرم کردن مواد ورق فولادی قبل از برش قالب یا سایر قطعات به منظور بهبود عملکرد پردازش آن است.
عادی سازی
عادی سازی عمدتاً با هدف یکنواخت ساختن ساختار آهنی ناهموار تولید شده در مرحله تولید مواد فولادی است تا به حالتی مناسب برای پردازش بعدی برش و پرس دست یابد. نماد JIS به صورت HNR نشان داده می شود. این به فرآیند گرم کردن فولاد تا حدود 800 درجه تا 900 درجه و سپس خنک کردن هوا اشاره دارد.
عملیات حرارتی اولیه مستلزم گرم کردن کل قطعه و نگه داشتن آن برای مدت طولانی است. این کار به کوره های بزرگ و تجهیزات خنک کننده آب (نفتی) نیاز دارد که هزینه بر است. اما در بسیاری از موارد مانند چرخ دنده ها، استحکام کل قطعه مورد نیاز نیست، استحکام کل قطعه مورد نیاز نیست، فقط به استحکام قسمت دندان نیاز است. در این حالت می توان از کوئنچ سطحی یا کوئنچ کربوریزه کننده استفاده کرد. کوئنچ با فرکانس بالا رایج ترین روش کوئنچ سطحی است که در آن سیم پیچ از طریق القای الکترومغناطیسی به قطعه نزدیک می شود و فقط سطح قطعه گرم می شود. معمولاً برای افزایش سختی سطح دندان چرخ دنده ها به منظور افزایش عمر مفید آنها استفاده می شود.
عملیات حرارتی طیف وسیعی از کاربردها مانند تقویت یا نرم کردن مواد فلزی برای مناسب ساختن آنها برای پردازش مکانیکی دارد. مخصوصاً کوئنچ و تمپر کردن از روشهای متداول برای افزایش استحکام فلز و بهبود مقاومت در برابر خستگی قطعات هستند، بنابراین توصیه میشود همه این فرآیندها و اثرات آن را به خاطر بسپارند.