عملیات حرارتی موضعی
بازپخت موضعی

بازپخت موضعی (که با نام‌های بازپخت مدرج، بازپخت انتخابی یا بازپخت موضعی نیز خوانده می‌شود) معکوس سخت کاری موضعی است که نهایتاً نتایج مشابهی ایجاد می‌کند. بازپخت موضعی ابتدا با فولادی که به صورت یکنواخت کوئنچ و سخت شده آغاز می‌شود و سپس این فولاد در نواحی مشخص حرارت داده می‌شود تا سختی را کاهش دهد. این فرایند غالباً برای ابزارهای برش، نرم کردن پشت، شافت یا بدنه و همزمان بازپخت لبه تا یک سختی بسیار بالا استفاده می‌شود. این فرایند در اروپا قدیم برای ابزارسازی بسیار متداول بود اما به سرعت برای چاقو و شمشیر نیز به کار گرفته شد.
کاربرد متداول بازپخت موضعی برای عملیات حرارتی ابزارهای برش مثل تبرها و قلم‌ها بود که در آن‌ها لبه بسیار سخت مورد نظر بود اما مقداری چکش خواری و ارتجاع در مابقی ابزار مورد نیاز بود. قلمی با لبه بسیار سخت می‌تواند باعث مواد سخت تری را ببرد، اما اگر تمام قلم سختی بالایی داشته باشد ممکن است تحت ضربات چکش بشکند. بازپخت موضعی عمدتاً برای تهیه یک لبه بسیار سخت و در عین حال نرم کردن قسمت‌هایی از ابزار که در معرض ضربه و بار ناگهانی است مورد استفاده قرار می‌گیرد.
قبل از آن که یک ابزار به روش موضعی مورد بازپخت قرار گیرد، ابتدا تا حد تفتیدگی گرم شده و سپس کوئنچ می‌شود تا کل ابزار سخت شود. این امر باعث می‌شود ابزار برای استفاده‌های معمولی بسیار سخت گردد؛ بنابراین ابزار بازپخت می‌شود تا سختی آن تا حد مناسب تری کاهش یابد. اما برخلاف بازپخت معمولی، کل ابزار حرارت نمی‌بیند. به جای آن، حرارت تنها به قسمتی از ابزار اعمال می‌شود که این امکان را می‌دهد که حرارت به سمت لبه برنده سردتر هدایت شود. فولاد کوئنچ شده ابتدا ماسه کوبی یا صیقلکاری می‌شود تا هر گونه لایه اکسیدی باقی‌مانده آن حذف شده و فلز بدون روکش زیرین معلوم شود. سپس مناطق مشخصی از فولاد مثل لبه چکشی در یک قلم یا دسته یک تبر حرارت می‌بیند. سپس آهنگر به دقت با مشاهده رنگ بازپختی فولاد، دما را می‌سنجد. با حرارت یافتن فولاد این رنگ‌ها تشکیل می‌شوند که از زرد تا قهوه‌ای، ارغوانی و آبی و رنگ‌هایی بین آن‌ها تغییر می‌کنند و نشان دهنده دمای فولاد هستند. با اعمال حرارت، این رنگ‌ها در نزدیکی منبع حرارت تشکیل شده و سپس به آرامی در طول ابزار شروع به حرکت می‌کنند و حرارت را دنبال می‌کنند تا به لبه برسند.
قبل از این رنگ زرد یا رنگ «حصیری روشن» به لبه برسد، آهنگر حرارت را قطع می‌کند. پس از آن به مدت کوتاهی حرارت به انتقال خود ادامه می‌دهد و رنگ‌ها را به سمت لبه انتقال می‌دهد. وقتی رنگ حصیری روشن به لبه رسید، معمولاً آهنگر فولاد را در آب غوطه ور می‌کند تا فرایند را متوقف کند. این عمل عموماً یک لبه بسیار سخت ایجاد می‌کند که در حدود ۵۸–۶۰ HRC در مقیاس راکول سختی دارد، اما لبه مقابل آن را بسیار نرم‌تر باقی می‌ماند. سختی دقیق لبه نرم به عوامل زیادی بستگی دارد، اما عامل عمده سرعت حرارت یافتن فولاد یا مقدار فاصله‌ای است که رنگ‌ها در آن گسترده شده‌اند. رنگ حصیری روشن فولاد بسیار سخت و ترد است اما آبی روشن فولاد نرم‌تر و ارتجاعی است. بعد از رنگ آبی، وقتی فولاد خاکستری می‌شود احتمال زیادی دارد که بسیار چکش خوار گردد که معمولاً در کمورد یک قلم مطلوب نیست. اگر فولاد زیادی نرم شود ممکن است تحت نیرو یک چکش تغییر شکل پلاستیک دهد و انحنا پیدا کند یا قارچی شکل شود.
برخلاف سخت کاری موضعی مرز مشخصی بین فلز سخت‌تر و نرم‌تر وجود ندارد، اما تغییر از سخت به نرم بسیار تدریجی است که تشکیل یک طیف پیوسته از یا یک شیب از سختی می‌دهد. به هر ترتیب، دماهای بالاتر حرارت دهی باعث می‌شود رنگ‌ها کمتر گسترش یابند و شیب تندتری را به وجود می‌آورد، در حالی که دماهای پایین‌تر می‌تواند با استفاده از بخش کمتری از کل طیف، این تغییر را شیب دار تر کند. رنگ‌های بازپختی تنها نشان دهنده بخشی از کل طیف هستند، چرا که فلز در دمای بالاتر از 343 درجه سلسیوس خاکستری رنگ شده و قضاوت در مورد دما سخت می‌شود، اما سختی همچنان با افزایش دما کاهش پیدا می‌کند.
حرارت دهی تنها در یک بخش مثل لبه تخت یک سنبه مرکزی باعث می‌شود طیف کاملاً در زیر طول ابزار گسترش یابد. از آن جا که طیف پیوسته در طول کل ابزار همواره مطلوب نیست، روش‌های متمرکز سازی این تغییرات توصیه شده‌اند. ابزاری مثل یک قلم می‌تواند به سرعت حرارت داده شود تا بازپخت آن کاملاً در طول کل شافت تا رنگ ارغوانی یا آبی انجام شود، اما بقیه حرارت به سرعت تا فاصله کوتاهی از لبه جریان می‌یابد. روش دیگر نگه داشتن لبه در آب است که آن را سرد نگه می‌دارد تا بقیه ابزار بازپخت گردد. وقتی رنگ مناسبی به دست می‌آید، لبه از آب خارج شده و امکان بازپخت با بقیه حرارت را پیدا می‌کند و وقتی لبه رنگ مناسب خود را به دست می‌آورد، تمام ابزار در آب غوطه ور می‌گردد. به هر ترتیب، این گونه حرارت دادن در مناطق مشخص با چنین دمای پایینی ممکن است برای اشیای بزرگتری مثل یک تبر یا یک پتک دشوار باشد، چرا که فولاد ممکن است قبل از این که بتواند حرارت را به لبه برساند، حرارت زیادی را از دست بدهد. گاهی فولاد به صورت کامل تا دمایی کمتر از دمای مورد نظر و نزدیک آن حرارت می‌بیند و سپس به صورت موضعی بازپخت می‌گردد. در این حالت کنترل تغییر دما راحت‌تر است. روش دیگر فروکردن قسمتی از فولاد در یک عایق مثل ماسه یا آهک است که از اتلاف زیاد حرارت در حین بازپخت جلوگیری می‌کند.
نهایتاً این که این روش برای شمشیر و چاقو مورد استفاده قرار می‌گیرد تا تأثیرات مکانیکی مشابه سخت کاری موضعی به وجود آورد، اما تفاوت‌های مهمی هم وجود دارد. یک تیغه بازپخت شده به روش موضعی، ابتدا کل تیغه به صورت کامل کوئنچ و سخت می‌شود و سپس در مناطق مشخص حرارت می‌بیند که در این حالت حرارت به سمت لبه جریان می‌یابد. در تیغه‌های تک لبه‌ای، ممکن است ممکن است برای حرارت از آتش یا تورچ استفاده شود. تیغه تنها در امتداد پشت تیغه و زبانه آن حرارت می‌بیند که امکان جریان یافتن حرارت به سمت لبه وجود دارد. اما در تیغه‌های دولبه‌ای منبع حرارت همواره نیاز به حرکت دادن دقیقی دارد، چرا که حرارت باید کاملاً در طول مرکز تیغه اعمال شود تا به سمت هر دو لبه جریان پیدا کند. غالباً یک میله تفتیده سرخ شده یا زرد شده برای تأمین حرارت استفاده می‌شود و در امتداد مرکز تیغه قرار می‌گیرد.
برای ممانعت از اتلاف بیش از حد حرارت در تیغه، ممکن از پیش گرم، عایق کاری جزئی یا قرار گرفتن بین دو میله تفتیده به صورت ساندویچی استفاده شود. وقتی رنگ مناسب در لبه به دست آمد، تیغه در آب غوطه ور می‌شود تا فرایند خاتمه یابد.
بازپخت موضعی ممکن است با تغییر شکل تیغه خیلی مشکل شود. موقع بازپخت یک شمشیر دولبه با تیزی در امتداد طول آن، نوک تیغه ممکن است قبل از ساقه آن به دمای مناسب برسد. آهنگر ممکن است بتواند دما را از طریق روش‌هایی مثل ریختن آب در امتداد بخش‌های مشخصی از لبه یا سرد کردن آن با یخ کنترل کند که در اثر آن دمای مناسب در تمامی لبه به صورت همزمان حاصل می‌شود. بدین ترتیب، گرچه زمان کمتری نسبت به سخت کاری موضعی با خاک رس مصرف می‌شود، اما وقتی فرایند آغاز می‌شود، آهنگر باید به دقت مراقب هدایت حرارت باشد. مجال کمی برای اشتباه وجود دارد و خطا در شکل‌دهی منطقه سخت شده به راحتی قابل تصحیح نیست. اگر چاقو یا شمشیر انحنا یا یک شکل غیرمعمول یا نوکی بسیار تیز داشته باشد، کار مشکل‌تر نیز خواهد شد. شمشیرهای بازپخت شده بدین روش، مخصوصاً شمشیرهای دولبه عموماً باید پهن‌تر باشند، مثل قداره، تا فضای بیشتری برای شیب لازم داشته باشند. به هر ترتیب، بازپخت موضعی شکل تیغه را تغییر نمی‌دهد.
وقتی یک شمشیر، چاقو یا ابزار به صورت کامل کوئنچ می‌شود، کل شیء تبدیل به مارتنزیت می‌شود که بسیار سخت است و هیچ گونه پرلیت نرمی تشکیل نمی‌شود. بازپخت سختی فولاد را با تغییر تدریجی مارتنزیت به ریزساختاری از کاربیدهای مختلف مثل سمنتیت و فریت نرم‌تر (آهن) کاهش می‌دهد و ریزساختاری را شکل می‌دهد به نام «مارتنزیت بازپخت شده». موقع بازپخت فولاد پرکربن به روش آهنگری، رنگ یک علامت کلی است از سختی نهایی، گرچه مقداری سعی و خطا نیز همیشه لازم است تا رنگ درست با نوع فولاد مطابقت پیدا کند و سختی دقیق به دست آید، چرا که مقدار کربن، سرعت حرارت دهی و حتی نوع منبع حرارتی نتیجه را تحت تأثیر قرار می‌دهد. بدون تشکیل پرلیت، فولاد به صورت افزایش پله‌ای بازپخت می‌شود تا سختی مناسب در هر ناحیه به دست آید و از این که هیچ منطقه‌ای زیادی نرم نیست اطمینان حاصل شود. برای مثال در مورد قداره از آن جا که تیغه نوعاً پهن‌تر، نازک‌تر و سنگین تر است، تیغه در حین مبارزه مستعد انحنا یافتن است. اگر مرکز تیغه بیش از حد نرم باشد، این انحنا ممکن است دائمی باشد، اما اگر شمشیر تا یک سختی ارتجاعی بازپخت گردد، احتمال بیشتری دارد که به حالت اولیه خود بازگردد.
شمشیر بازپخت شده بدین روش معمولاً نمی‌تواند لبه‌ای به سختی شمشیر سخت کاری شده به روش موضعی مثل کاتانا داشته باشد، زیرا فلز نرم تری بلافاصله زیر لبه برای پشتیبانی از فلز سخت‌تر وجود ندارد. این امر لبه را مستعد به تراشه شدن در قطعات بزرگتر می‌کند. اما در مبارزه با شمشیرهای نوع تیشه‌ای مثل قداره‌ها، چنین لبه سختی همواره مطلوب نیست، چرا که دفاع و سد کردن با لبه، نرم‌تر انجام می‌شود. در
مورد این شمشیرها عموماً مطلوب است که لبه مقاوم تری به ضربه داشته باشیم، حتی به قیمت امکان نگه داشتن آن لبه. این لبه لازم است تا رنگ حصیری تیره یا بیشتر بازپخت شود تا این امر محقق گردد و مرکز تا رنگ آبی یا ارغوانی بازپخت شود. این امر تفاوت بسیار کمی بین لبه و مرکز ایجاد می‌کند و مزایای این روش نسبت به بازپخت کل شمشیر (بازپخت کامل) ممکن است خیلی قابل توجه نباشد. اما یک شمشیر بازپخت شده به این روش، می‌تواند چندین بار مجدداً تیز شود و گرچه سختی در هر بار تیز شدن مجدد کاهش می‌یابد، اما کاهش سختی معمولاً تا وقتی که مقدار زیادی از فولاد زدوده نشده، قابل توجه نیست.
یک چرخ زنجیر سختکاری شعله ای شده. تغییر رنگ اطراف دندانه‌ها نشان می‌دهد که آن قسمت حرارت داده شده و سپس کوئنچ شده‌است. ناحیه مؤثر از گرما (HAZ) به شکل حلقه ای نازک نیز مشهود است.
یک اسکنه که به صورت موضعی عملیات حرارتی شده‌است.
یک قلم بنایی که عملیات حرارتی موضعی شده‌است. سختی لبه قلم بسیار افزایش یافته‌است.
یک شمشیر از جنس فولاد کربنی ۵۱۶۰ که بر روی آن عملیات حرارتی موضعی انجام شده‌است. این شمشیر ابتدا کوئنچ شده و سپس به صورتی موضعی حرارت داده شده تا سختی آن کاهش یابد. مرکز شمشیر تا سختی فنر تمپر شده‌است درحالی‌که سختی لبه‌ها بسیار بیشتر است.