استنلس استیل که فولاد ضد زنگ هم نامیده می‌شود به دلیل ویژگی‌های خاص خود در صنعت، کارایی ویژه‌ای پیدا کرده است. مقاومت در برابر خوردگی، زیبایی ظاهری و استحکام بالا جزو ویژگی‌هایی هستند که کارایی این فلز را چند برابر می‌کنند؛ اما آیا می‌دانید چه چیزی باعث می‌شود استنلس استیل این ویژگی‌ها را داشته باشد؟ در واقع، عملیات‌های مختلفی بر ساختار منحصر به فرد این ماده تاثیر دارند. عملیات حرارتی یا آنیلینگ استیل یکی از فرآیندهای مهمی است که باعث افزایش مقاومت استیل شده و به زیبایی فولاد کمک می‌کند. در ادامه صفر تا صد این فرآیند را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
عملیات حرارتی یا آنیلینگ استیل چیست؟
آنیلینگ استیل فرآیندی است که در آن دمایی بیشتر از دمای تبلور به فولاد وارد می‌شود. این دما معمولا در محدوده‌ای بین ۱۹۰۰ تا ۲۱۰۰ درجه فارنهایت بوده و گاهی بیشتر هم می‌شود. این روند حرارت‌دهی باعث کمتر شدن تنش داخلی فولاد شده و شکل‌پذیری آن را بهتر می‌کند. به طور کلی این فرآیند در یک محیط تحت کنترل آغاز شده و شروع آن با حرارت‌دهی توسط یک کوره است، سپس این حرارت در یک بازه زمانی خاص حفظ می‌شود تا ریزساختار استیل، حالت همگن پیدا کند. سپس با حذف کاربیدهای کروم و نقص‌های کریستالی، فرآیند خنک کردن شروع می‌شود. این فرآیند از تنش‌های ناگهانی جلوگیری می‌کند.
هدف از آنیلینگ چیست؟
عملیات حرارتی به علت اصلاح ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی استیل اهمیت زیادی دارد. اصلی‌ترین هدف آنیلینگ این است که تنش‌های داخلی را کاهش دهد؛ این تنش‌ها در طول روند تولید مانند ماشین‌کاری و جوشکاری به وجود می‌آیند. زمانی که در این عملیات، فولاد گرم شده و سپس کم کم سرد می‌شود، ترکیبات آن مقاوم‌تر شده و ریسک شکستن یا ترک خوردن آن در طول استفاده کمتر می‌شود. در نتیجه، کارایی آن بهبود پیدا کرده و شکل‌پذیری بهتری پیدا می‌کند. آنیلینگ، ریزساختار فولاد را یکنواخت‌تر کرده و مقاومت کلی آن را در مقابل خوردگی بالا می‌برد. برای این که سازندگان اطمینان پیدا کنند که استنلس استیل برای کارایی‌های مهمی نظیر ساختمان‌سازی، خودروسازی، تجهیزات پزشکی و هوافضا مقاومت لازم را دارد، لازم است این عملیات حرارتی اجرا شود.
ویژگی های استنلس استیل قبل و بعد از آنیلینگ
همان‌طور که گفتیم آنیلینگ به طور اساسی ویژگی‌های استنلس استیل را تغییر میدهد. کاملا بدیهی است که فرآیند حرارت‌دهی و خنک کردن دوباره، ساختار این فلز را متحول کند. در ادامه برخی از این ویژگی‌های مهم را مورد ارزیابی قرار خواهیم داد.
قبل از آنیلینگ
قبل از این که استنلس استیل وارد فرآیند آنیلینگ شود، از ویژگی‌های زیر برخوردار است:
| سختی | بیشتر |
| ریزساختار | ناهموار |
| شکل‌پذیری | پایین |
| مقاومت در برابر خوردگی | بسیار پایین |
| تنش داخلی | زیاد |
| ماشین کاری | کم |
بعد از آنیلینگ
بعد از اتمام فرآیند آنلینیگ، استنلس استیل دچار تغییر و تحولاتی می‌شود که در جدول زیر، به بررسی آن‌ها پرداخته‌ایم:
| سختی | کمتر |
| ریزساختار | یکنواخت |
| شکل‌پذیری | بیشتر |
| مقاومت در برابر خوردگی | بالا |
| تنش داخلی | کم |
| ماشین کاری | بهبود یافته |
انواع روش های آنیلینگ
درست است که پایه و اساس آنیلینگ ثابت بوده و هدف آن همیشه یکسان است، اما این عملیات حرارتی به انواع مختلفی تقسیم می‌شود. در ادامه، انواع مختلف آنیلینگ را نام برده و چگونگی آن‌ها را برایتان توضیح خواهیم داد:
آنیلینگ کامل
در عملیات حرارتی کامل، استیل با دمایی بالاتر از دمای تبلور مواجه می‌شود و این دما تا جایی ادامه پیدا می‌کند که آستنیتی شود. حداکثر این دما با توجه به نوع فولاد مشخص خواهد شد. بعد از رسیدن به حد نصاب دما، حرارت در همان حد حفظ می‌شود تا گرما به صورت یکنواخت توزیع شود. سپس کم کم دما پایین می‌آید تا به دمای اتاق برسد. این عملیات یک ریزساختار پرلیت درشت ایجاد کرده و در نهایت میزان نرمی و انعطاف‌پذیری فلز را افزایش میدهد. در نتیجه، استنلس استیل برای ماشین کاری و شکل‌دهی آمادگی لازم را پیدا می‌کند.
آنیل تنش زدایی
دمای آنیلینگ تنش زدایی نسبت به دمای آنیلینگ کامل کمتر است. این دما در بازه‌ای بین ۹۰۰ درجه تا ۱۲۵۰ درجه فارنهایت قرار می‌گیرد. استنلس استیل با گرم شدن در این محدوده دمایی، تنش‌های باقیمانده از عملیات‌های قبلی مانند جوشکاری، ریخته‌گری و ماشین‌کاری را کاهش داده و با سرد شدن تدریجی، از ایجاد تنش‌های جدید پیشگیری می‌کند. در این نوع آنیلینگ، ثبات ابعادی افزایش پیدا می‌کند؛ اما تغییر خاصی در سختی و ریزساختار فلز پدیدار نمی‌شود.
آنیلینگ کروی
آنیلینگ کروی مخصوص استیل‌های پرکربن است. این عملیات شامل حرارت‌دهی استنلس استیل با دمای بحرانی آن خواهد بود. این دما معمولا ۱۲۰۰ تا ۱۴۰۰ درجه فارنهایت بوده و مدت زمان آن نیز طولانی است. این عملیات باعث تقویت ذرات کروی کاربید در یک ماتریس فریتی شده و در نهایت، شکل‌پذیری و ماشین کاری متریال را افزایش میدهد. روند خنک کردن استیل نیز با سرعت پایینی انجام می‌شود تا ساختار آن ثبات پیدا کند.
آنیل هم دما
حرارت‌دهی استیل در آنیلینگ هم دما برای تشکیل آستنیت آغاز می‌شود. سپس دمای آن با سرعت بالا تا محدوده ۹۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه فارنهایت خنک می‌شود و تا وقتی که آستنیت ساختار پایداری پیدا کند، دما حفظ خواهد شد. ویژگی‌های این عملیات به گونه‌ای است که برای فولادهای با کربن متوسط یا بالا بسیار مناسب است.
آنیل برایت یا آنیلینگ در اتمسفر کنترل شده
آنیل برایت در یک محیط کنترل شده توسط گازهای بی اثری مثل نیتروژن و هیدروژن انجام می‌شود و هدف آن این است که از اکسیده و پوسته پوسته شدن سطح استنلس استیل جلوگیری کند. روند حرارت‌دهی استیل تا دمای بازپخت ادامه پیدا کرده و بعد روند خنک کردن آن در اتمسفر کنترل شده انجام می‌شود. این فرآیند باعث می‌شود درخشندگی فلز افزایش پیدا کرده و برای کاربردهایی که زیبایی و عدم آلودگی مهم است مورد استفاده قرار گیرد. صنایع غذایی و پزشکی دو متقاضی استیل‌های تولید شده در این فرآیند هستند.
نقش ریز ساختار پرلیت در استیل
ریزساختار پرلیت یک آیتم بسیار مهم برای مشخص کردن ویژگی‌های مکانیکی استیل است. پرلیت از چندین لایه فریت و سمنتیت تشکیل شده است که اولی ساختاری نرم و منعطف داشته و دومی کاملا سخت و شکننده است. این لایه‌های متناوب، ترکیبی متعادل از مقاومت و شکل‌پذیری را به وجود می‌آورند. به طور کلی، برلیت مقاومت در برابر سایش را افزایش داده و این متریال را به یک ترکیب عالی برای ساخت قطعاتی تبدیل می‌کند که باید در برابر فشارهای مکانیکی مقاوم باشند. ریل‌ها، قطعات خودرو و تجهیزات برش جزو این محصولات هستند.
انواع کوره های آنیلینگ
کوره‌هایی که حرارت‌دهی آنیلینگ را انجام می‌دهند، انواع مختلفی دارند. انتخاب کوره با توجه به نوع فولاد و ویژگی‌های مورد نظر انجام می‌شود. کوره‌های آنیلینگ به انواع زیر تقسیم می‌شوند:
کوره های زنگوله مانند
این نوع کوره که کوره هود نیز نامیده می‌شود، یک پایه، هود متحرک و یک بخش خنک کننده دارد. گرمایش این کوره یکنواخت بوده و برای آنیل کویل استیل و ورق استیل مناسب است.
کوره های پیوسته
کوره‌های آنیل پیوسته فرآیند پردازش را در به طور یکنواخت انجام داده و برای تولیداتی با حجم بالا کارایی خوبی دارند.
کوره های گودال مانند
کوره‌های گودال مانند، فرآیند بارگیری و تخلیه استیل را از قسمت بالا انجام می‌دهند. محصولات طویلی مانند لوله‌ها و میلگردهای استیل با کمک این کوره حرارت داده می‌شوند.
کوره های خلاء
این کوره‌ها فرآیند آنیلینگ را در یک فضای خلاء انجام داده و میزان اکسیداسیون و آلودگی را کمتر می‌کنند. زمانی که خلوص و کیفیت متریال از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است می‌توان از این کوره‌ها استفاده کرد.
کوره های بستر سیال
در این نوع کوره‌ها، ذرات کوچک در گاز معلق شده و با ایجاد یک بستر سیال، به صورت پیوسته استیل را گرم می‌کنند. سرعت گرمادهی و خنک کردن در این کوره بالا است.
کوره های القایی
فرآیند حرارت‌دهی به استیل در این کوره‌ها توسط میدان‌های الکترومغناطیسی انجام می‌شود. از آنجایی که این گرمادهی سریع و موضعی انجام می‌شود، برای کاربردهای مثل سخت شدن سطح مناسب است.
کوره های نقاله
این کوره‌ها برای جابجا کردن قطعات در عملیات حرارتی از تسمه نقاله استفاده کرده و برای تولید انبوه قطعات کوچک تا متوسط ایده‌آل هستند.
کوره های حمام نمک
در این نوع کوره برای حرارت‌دهی به فولاد از نمک مذاب استفاده می‌شود. کنترل حرارت و پخش یکنواخت آن در این کوره به بهترین شکل انجام خواهد شد.
تفاوت آنیلینگ و کوئنچ کردن استیل
آنیلینگ و کوئنچ اهداف متفاوتی دارند. آنیلینگ برای نرم کردن و افزایش شکل‌پذیری استیل استفاده می‌شود و این کار را با حرارت‌دهی و خنک کردن آهسته آن انجام میدهد. در حالی که کوئنچ با خنک کردن ناگهانی استیل به وسیله آب، هوا و روغن، ساختار آن را سخت‌تر و شکننده‌تر می‌کند.
آنیلینگ خوب است یا بد؟
به طور کلی باید گفت آنیلینگ یک عملیات مفید برای بهتر کردن ویژگی‌ها و ساختار فلزات است. انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری فلز بالا رفته و در مقابل، شکنندگی و ریسک خوردگی آن پایین می‌آید. از طرف دیگر، اضافه شدن این عملیات به مراحل تولید باعث افزایش هزینه و زمان مورد نیاز شده که ممکن است برای بعضی افراد خوشایند نباشد؛ اما نتیجه کلی آن، این فرآیند را مهم و باارزش می‌کند.
نقش آنیلینگ در ورق استیل
آنیلینگ با بهبود ساختار استیل باعث می‌شود کیفیت و کارایی ورق‌های استیل بهتر شود. در نتیجه، قطعات و دستگاه‌های تولید شده توسط آن‌ها کیفیت بالاتری پیدا کرده و همین امر باعث رونق گرفتن صنایع مختلف خواهد شد.
سخن پایانی
فرآیند پردازش و تولید فلزات پیچیده‌تر از تصورات ما است. برای بهبود سطح کیفی این فلزات نباید از فرآیندهای مهمی مانند عملیات حرارتی چشم‌پوشی کرد. درست است که با وجود این مرحله، هزینه تولید استیل بالاتر می‌رود، اما نتیجه به دست آمده از هزینه‌های پرداخت شده بسیار باارزش‌تر است.