موضوع مقاله: بازپخت | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # بازپخت | مقدمه: بازپخت یا انیلینگ در متالورژی، یک عنوان کلی در عملیات حرارتی است که شامل حرارت‌دهی و نگه‌داشتن در یک دمای خاص و سپس خنک‌کاری با نرخ مناسب می باشد و عموماً برای نرم‌کردن مواد استفاده می‌شود. | ## بخش 1: بازپخت | این فرایندها ممکن است برای کاهش سختی یا استحکام، حذف تنش‌های پسماند، بهبود قابلیت ماشینکاری، بهبود سفتی، بازگردانی قابلیت شکل‌پذیری، اصلاح اندازه دانه‌ها، کاهش تفکیک، پایدارسازی ابعاد، یا تغییر خواص الکتریکی یا مغناطیسی مواد انجام شود. با اینکه هیچوقت نمی‌توان به شرایط تعادل کامل رسید، اما می‌توان تا نزدیک آن پیش رفت. در تعریف فرآیندهای مختلف بازپخت از اصطلاح "دمای بحرانی" یا "دمای تغییرشکل" کمک گرفته می‌شود. دماهای بحرانی در فرایند بازپخت فولادها دماهایی هستند که باعث شروع آستنیتی شدن و پایان آستنیتی شدن هستند. برای یک فولاد، دماهای بحرانی بستگی به این دارد که آیا فولاد در حال گرمایش است یا سرمایش. چرخه‌های مختلف بازپخت در عمل برای رسیدن به خواص مورد نظر، بی‌نهایت روش بازپخت مختلف وجود دارد. می‌توان این چرخه‌ها را بسته به درجه حرارت گرمایش و نرخ و نوع سرمایش در چند گروه بزرگ طبقه‌بندی کرد. شرایط ابتدایی ماده توسط فرآیندهای گرمایی فعالی مانند بازیافت، تبلور مجدد، رشد دانه‌ها و تراکم کاربیدها تغییر داده می‌شود. در فولادهای نوردشده یا فورج شده hypo-eutectoid که حاوی فریت و پرلیت هستند، استفاده از بازپخت زیربحرانی می‌تواند سختی هر دو محتوا را تغییر دهد، اما برای نرم شدن کافی باید زمان های طولانی در دمای بالا نگهداری شود. این عملیات زمانی که بر روی فولادهای سخت شده یا کار-سرد شده انجام شود بسیار مفید خواهد بود، چرا که به راحتی کریستال‌های جدید برای شکل‌گیری دانه‌های فریت شکل خواهد گرفت. میزان همگنی در ساختار در دمای آستنیتی کردن یک عامل مهم در تشکیل ساختار و خواص بازپخت شده می‌باشد. آستنیتی که پس از گرم کردن فولاد تا دمای بالای A1 شکل گرفته‌است با سرد شدن آهسته فولاد به زیر دمای A1 دوباره از بین می‌رود. خنک کاری پس از تغییرشکل کامل بعد ازاینکه آستنیت به‌طور کامل تغییر شکل داد، تغییرات متالورژیکی دیگر کمی می‌تواند رخ دهد. خنک کاری خیلی آهسته ممکن است باعث تراکم کاربیدها شود، و در نتیجه، مقدار کمی نرم شدن بیشتر رخ دهد، ولی در این حالت خنک کاری آهسته تأثیر کمتری از تغییر شکل دما-بالا خواهد داشت. به همین خاطر، پس از تغییر شکل کامل آستنیت دلیل متالورژیکی خاصی برای آهسته سرد کردن وجود ندارد و می‌توان فولاد را پس از این مرحله تا جای ممکن سریع خنک کرد تا زمان عملیات کاهش یابد. تأثیرات ساختار ابتدایی هرچه کاربیدها در ساختار ابتدایی مرتب‌تر تقسیم شده باشند، آستنیت در دمای بالای A1 همگن‌تر شکل خواهد گرفت. برای بهبود قابلیت ماشین‌کاری یا عملیات سرد، بهبود خواص مکانیکی یا الکتریکی یا ترقی در پایداری ابعادی، می‌توان از فرایند بازپخت استفاده کرد. انتخاب یک فرایند بازپخت صحیح برای بدست آوردن ترکیب مناسبی از خواص ذکر شده نیازمند یک مصالحه بین خواص می‌باشد. | ## بخش 2: بازپخت | بازپخت کامل در فرایند بازپخت کامل، فولادهای هیپویوتکتوید (دارای کمتر از ۰٫۷۷٪ کربن) به میزان ۳۰ تا ۶۰ درجه سلسیوس بالاتر از دمای A3 گرم شده، و به میزان کافی در این دما نگهداری می‌شوند تا ساختار آن به یک ساختار همگن تک-فازی آستنیتی با ساختار شیمیایی و دمای یکنواخت تبدیل گردد. خنک کاری معمولاً در داخل کوره و با نرخ ۱۰ تا ۳۰ درجه سلسیوس در هر ساعت تا حداقل ۳۰ درجه سلسیوس کمتر از دمای A1 انجام می‌شود. در این مرحله تغییر ساختاری کاملاً انجام شده و می‌توان قطعات را از کوره خارج ساخت و تا دمای محیط خنک کاری کرد. بازپخت فولاد ابزار فولادهای ابزار گرمکار دسته ای از فولادهای ابزار هستند که برای کار در دماهای بالا طراحی و ساخته شده‌اند. آنها توانایی مقاومت در برابر نرم شدن حین مواجه طولانی و مکرر با دماهای بالا را دارند. تمام فولادهای ابزار برای کاربرد در شرایط کارگرم باید یک سری مشخصات عمومی به شرح زیر را داشته باشند. مقاوت به تغییرشکل در دماهای کاری: این ویژگی بیشتر از ویژگی‌های دیگر، فولاد ابزار گرمکار را از سایر فولادها متمایز میسازد. فولادهایی که ممکن است در دمای اتاق دارای سختی بالاتری بعداز عملیات حرارتی باشند و برای کاربردهای کارسرد، کارایی بهتری داشته، اما به سرعت در دماهای کارگرم نرم میشوند مقاومت در برابر شوک: مقاومت خوب در برابر شوکهای مکانیکی و گرمایی و چقرمگی خوب برای جلوگیری از ایجاد ترک و شکست تخریبی الزام است. به همین دلیل میزان کربن فولادهای نوع گرمکار در سطوح پایین یا متوسط نگه داشته میشود. مقاومت به سایش، مقاومت در برابر اعوجاج در حین عملیات حرارتی مقاوم در برابر ترک نیز از ویژگی های این فولاد میباشد. اثر مهم بازپخت فولادهای کم آلیاژو ابزار، بهبود چقرمگی آنها (کاهش تنشهای موجود در قطعه که توسط کوئنچ کردن به وجود می‌آید) است. در مقایسه با فولادهای کم آلیاژ سختی ثانویه با رسوب کاربیدهای آلیاژی در دماهای بازپخت بالا در فولادهای ابزار اهمیت بیشتری دارد. همچنین برای اطمینان از بهبود چقرمگی پس از تغییرات ریزساختاری به وجود آمده توسط اولین مرحله ی بازپخت، فرایندهای بازپخت دو مرحله‌ای و یا حتی سه مرحله ای بر روی فولادهای ابزار اعمال میشود. نتیجه‌های اندازه‌گیری خواص مکانیکی و مشاهدات گسترده متالوگرافی و بهبود شناخت میکروساختار در حین بازپخت کردن در دماهای مختلف به صورت خالصه در شکل زیر میتوان مشاهده کرد. با افزایش دمای بازپخت تا 650 درجه سانتی گراد، ریزساختار به تدریج تغییر یافته است. در این دما ساختار شامل زمینه‌ی فریت و کاربیدهایی است که مورفولوژی آنها تغییر کرده است گزارشها نشان میدهد که با افزایش زمان بازپخت مورفولوژی کاربیدها تدریجاً کروی شده و در زمینهی فریت توزیع میشوند. سمنتیت کروی پایدارترین ریزساختار موجود در فولادها است که توزیع آن در زمینه‌ی فریت باعث افزایش داکتیلیته و چقرمگی ضربه فولاد میشود. که با افزایش زمان بازپخت وقوع تبلورمجدد در این دما سبب کاهش سریع در دانسیته نابجایی‌ها و کرنشهای داخلی شده و همین امر موجب توزیع مناسبی از دانه‌ها خواهد شد. | ## بخش 3: بازپخت | تحقیقات نشان میدهد که با افزایش زمان نگهداری نمونه حین بازپخت در دمای 600 درجه سانتیگراد رشد کاربیدها و دانه‌های فریت تنها فرآیندی است که ادامه می‌یابد و ذکر این نکته نیز قابل اهمیت است که هنگام بازپخت نمودن فولاد کوئنچ شده تا دمای بالای 600 درجه سانتیگراد تبدیل کاربیدهای Fe3Cبه Cr7C3 رخ میدهد. کاربید Fe3C مستقیماً به Cr7C3 تبدیل نمیشود، این کاربیدها ابتدا در زمینه‌ی فریت حل میشوند سپس کاربیدهای Cr7C3 در نقاط دیگری تشکیل میشوند. توزیع رسوبات سمنتیت در زمینهای از فاز فریت باعث بهبود چقرمگی و کاهش سختی و استحکام در این دما میشود. تشکیل کاربیدهای آلیاژی در ضمن بازپخت نیاز به نفوذ عناصر آلیاژی تشکیل دهنده کاربید دارد. این نوع اتمها بیشتر به روش جانشینی در شبکه ی بلوری BCC مارتنزیت بازپخت شده نفوذ میکنند. چنین فرایندی (با نفوذ کم) موجب میشود که فاصله‌ی موثر نفوذ بسیار کوتاه بوده و در نتیجه کاربیدهای آلیاژی بسیار ریز با فواصل بسیار کم از یکدیگر به طور فشرده تشکیل شوند، همچنین این فرایند (نفوذ آهسته) موجب میشود که در دماهای کاری بالا رشد کاربید به تاخیر افتاده و در نتیجه فولادهای ابزار نسبت به نرم شدن در ضمن آهنگری داغ، ریختهگری تحت فشار و عملیات برش با سرعت بالا مقاوم باشند. در دماهای بازپخت پایین کاربید انتقالی آهن تشکیل میشود و در دماهای بازپخت بالاتر به علت افزایش نفوذپذیری عناصر آلیاژی کاربردهای آلیاژی رسوب میکنند بسیاری از کاربیدهای آلیاژی به صورت صفحات با سوزنهای ریز ترجیحا بر روی صفحات خاص بلوری در داخل بشقاب‌ها با لایه‌های مارتنزیت پخته شده تشکیل میشوند. تحقیقات زیادی بر روی تاثیر شرایط بازپخت (دما، زمان) بر ریزساختار، خواص مکانیکی و خواص سایشی فولادهای ابزار انجام شده است. به عنوان مثال در پژوهشی که وی و همکاران بر روی تاثیر شرایط بازپخت بر روی خواص سایشی فولاد ابزار گرم کار 13H انجام دادند. آنها دریافتند که افزایش دمای باز پخت تا 500 درجه سانتیگراد باعث افزایش سختی و کاهش چقرمگی شکست می شود و بعد از آن تا 600 درجه سانتیگراد سختی مقداری کاهش مییابد و بعد از آن تا 700 درجه سانتیگراد سختی به شدت کاهش یافته است. با مطالعه و مشاهده تصاویر SEM مربوط به ساختار مارتنزیت سریع سرد شده و ساختارهای معمول ماده بعد از بازپخت را نشان میدهد که میتوان تغییرات ساختار ماده و رسوب کاربیدهای آلیاژی در داخل دانه و مرزدانه مشاهده کرد. سختی در اولین مرحله به مقدار کمی با افزایش دمای بازپخت به توجه به تغییرات فازها (تبدیل مارتنزیت به مارتنزیت بازپخت شده و آستنیت باقیمانده به فازهای فریت و سمنتیت) کاهش پیدا کرده و همچنین با افزایش دمای بازپخت نمونه کوئنچ شده درصد بیشتری از فاز آستنیت باقیمانده 23 به فریت و سمنتیت تبدیل خواهد شد، با افزایش دما تا 440 درجه سانتیگراد سخت شدن ثانویه با رسوب کاربیدهای آلیاژی آغاز میشود. اوج سخت شدن ماده به دلیل وجود فاز مارتنزیت تیغ های پرکربن که این فاز به علت اختالل در ساختار شبکه‌ای و کریستالی (تبدیل ساختار کریستالی fcc به bct ) به وجود آمده است، با کمترین مقدار چقرمگی ضربه مطابقت دارد. در این شرایط کاربیدهای آلیاژی در داخل دانه و مرزدانه‌ها رسوب کرده و افزایش قابل مالحظه سختی را در پی دارد و همچنین مقاومت به شکست کاهش مییابد. این حالت "محلول جامد" با کوئنچ کردن (سرد کردن ناگهانی) ماده داخل آب یا پلیمر حفظ می‌شود. در مورد آلیاژهای غیر آهنی نیز این فرایند مربوط به نمودارهای فازی بین اجزای اصلی تشکیل دهنده آلیاژ است. بازپخت محلول فولادها در فولادها، بازپخت محلول شامل گرمایش آن تا دماهای بالا برای مدتی نسبتاً طولانی است تا کاربیدهای آزاد به داخل محلول جامد کشیده شود و سپس آنرا به سرعت کوئنچ می‌کنند تا ماده در همین شکل ثابت (Freeze) شود. | ## جمع‌بندی | فولاد حاصل قابلیت شکل‌پذیری خواهد داشت و مقاومت به خوردگی در مقابل برخی اسیدها افزوده می‌شود.