ترکیبات شیمیایی یک فلز بیشتر ویژگی های مکانیکی آن را تعیین میکند. این ویژگی های مکانیکی را میتوان از طریق عملیات های حرارتی تغییر داد. انواع مختلفی از عملیات های حرارتی وجود دارد که امروزه یکی از رایج ترین روش ها، روش بازپخت یا آنیل کاری است. بازپخت یا آنیل یک فرآیند حرارتی است که عمدتا برای افزایش شکل‌پذیری و کاهش سختی یک ماده استفاده‌می‌شود و این تغییر در سختی و شکل‌پذیری نتیجه کاهش جابجایی در ساختار بلوری ماده آنیل‌شده است.

فرآیند بازپخت(آنلینگ) چیست؟

بازپخت نوعی عملیات حرارتی است، که موجب تغییر خواص ماده مانند سختی و شکل پذیری آن می شود. این تغییر در سختی و شکل‌پذیری، در نتیجۀ جابجایی بلورها و تغییر در ساختار بلوری مواد آنیل‌شده رخ می‌دهد. ایجاد خمش و فشار ممکن است سبب شکنندگی در قطعات فلزی شود؛ آنیل کاری با حذف این شکنندگی ها، کار فنی کاران و صنعت کارانی که با ساخت و تولید قطعات فلزی و آلیاژی سر و کار دارند را تسهیل می‌کند. آنیلینگ، خطر شکست قطعات در حین کار که خود می‌تواند خطرات جانی و ضرر مالی همراه داشته باشد را حذف می کند. دما و زمان دو فاکتور مهم در عملیات آنیل کاری است. این فرایند شامل گرم کردن ماده تا دمایی مناسب ، نگه داری در آن دما در زمان مشخص و کافی و سپس سرد کردن آن با سرعت مناسب تا دمای محیط می باشد

مراحل فرآیند بازپخت

در طول فرایند حرارت‌دادن و بالا رفتن دما، سه اتفاق رخ می‌دهد:

بازیابی

در طول عملیات‌حرارتی بازیابی، عیوب داخلی و تنش هایی که در طول عملیات کارسرد در قطعه ایجادشده بودند، از بین می‌روند. در نتیجه انرژی داخلی شبکه کاهش پیدا می‌کند. بازیابی پیش از به‌وجود‌آمدن دانه‌های جدید عاری از کرنش انجام‌می‌شود و اندازه و شکل دانه‌ها تحت‌تاثیر قرار نمی‌گیرند.

تبلور مجدد

دومین مرحله از فرایند بازپخت، تبلور مجدد است. در این مرحله ماده تا دمای بالاتر از تبلور و کمتر از دمای ذوب گرم می‌شود در طول این عملیات دانه‌های جدید عاری از کرنش به وجود می‌آیند و رشد می‌کنند تا جایگزین دانه‌هایی شوند که در طی عملیات کارسرد تغییرشکل یافته بودند.

رشد دانه

در صورتی که تبلور مجدد خاتمه یابد و دانه های جدید جایگزین دانه های قبلی شوند، این دانه ها رشد می کنند و به هم می پیوندند. در این حالت ریزساختار درشت و خشنی به دست می آید و قطعه تا حدودی استحکام خود را از دست می دهد.

نتیجه کامل این سه مرحله یک ماده با انعطاف پذیری بیشتر و سختی کمتر است. عملیات های بعدی که می توانند خواص مکانیکی را تغییر دهند بعد از فرایند بازپخت دیده می شود.

هدف از فرایند بازپخت چیست؟

عملیات بازپخت  با هدف نرم کردن مواد فلزی انجام می‌شود و مواردی مانند ماشین کاری، خواص الکتریکی، انعطاف پذیری، قابلیت کار سرد و ساختار آلیاژ تغییر قابل توجهی می‌کند. باز پخت، خطر شکستگی، ترک خوردگی و اعوجاج در مواد را کاهش می‌دهد. فلزات سخت و شکننده می‌توانند باعث ساییدگی بیش از حد ابزار و ماشین‌آلات صنعتی شده و به آن‌ها آسیب بزند. بازپخت، آسیب‌های ناشی از این حالت را کاهش داده و گاه از بین می‌برد

عملیات بازپخت برای آلیاژهای دیگری چون مس، آلومینیوم و برنج نیز کاربرد دارد، به طور کلی در هر موردی که نیاز باشد قطعه شکننده ای، در دمای پایین تغییر شکل پیدا کند، فرآیند بازپخت کاربرد خواهد داشت.

انواع بازپخت

در عمل بی نهایت روش بازپخت برای رسیدن به ساختار مطلوب وجود دارد. این روش ها با توجه به دمای عملیات و نرخ سرد کردن طبقه بندی می شوند. در این بخش به مهم ترین این فرایندها اشاره می کنیم.

•  آنیل کامل

از فرایند آنیل کامل به عنوان «آنیل» نیز یاد می شود. هدف از انجام این عملیات، رسیدن به ریزساختاری همگن و یکنواخت است؛ درست همانند ریزساختاری که در نمودار تعادلی فازی مشاهده‌می‌شود. بنابراین در این حالت باید انتظار یک ساختار منعطف و چقرمه ای را داشته باشیم که استحکام خیلی بالایی از خود نشان ندهد.

گستره دمایی عملیات بازپخت تابع درصد کربن است. در واقع برای فولادهای هیپویوتکتوئیدی، فولاد کمی تا بالای منطقه تک فازی تشکیل آستنیت حرارت‌دهی می‌شود. اما برای فولادهای هایپریوتکتوئیدی، فولاد کمی تا بالای دمای استحاله یوتکتوئیدی و در منطقه دو فازی آستنیت-سمنتیت حرارت‌داده‌می‌شود. علت این کار هم این است که سمنتیتی (Fe3C) که به صورت لایه‌های پیوسته تشکیل‌ شده‌است، شکسته‌ شود و به صورت سمنتیت کروی دربیاید.

زمان نگه داری در دمای بالا بستگی به ساختار نهایی و خواصی است که از قطعه انتظار می رود. بنابراین ممکن است کل ساختار به آستنیت تبدیل شود یا تنها بخشی از آن دچار تغییر فاز شود.

پس از این کار قطعه در کوره یا هوا سرد می شود. در این حالت سرعت سردکردن باید به اندازه ای آهسته باشد که از تشکیل فازهای غیر تعادلی بینیت و مارتنزیت جلوگیری شود.

• آنیل هم‌دما

آنیل همدما در طول یک فرایند دو مرحله ای انجام می شود. شروع فرایند مشابه فرایندی است که برای آنیل کامل اتفاق می افتد. یعنی قطعه تا دمای تشکیل آستنیت گرم می شود. اما پس از این مرحله، قطعه به سرعت تا زیر دمای استحاله یوتکتوئید (که در اصطلاح دمای A1 نامیده‌می‌شود) سرد می‌شود و در این دما به مدت زمان کافی نگهداری می‌شود تا قطعه دچار دگرگونی شود. پس از پایان استحاله های فازی، فولاد را با هر آهنگی می توان سرد کرد.

مزیت های عملیات بازپخت

مزیت های اصلی عملیات بازپخت عبارتست از:

• برطرف کردن تنش موجود در مواد.
• اصلاح ساختار بلوری مواد.
• افزایش استحکام در مواد.
• کاهش سختی مواد.
• کاهش شکنندگی و تردی.
• افزایش قابلیت خمش، شکل پذیری و ماشین کاری فلز.
• افزایش خواص مغناطیسی و هدایت الکتریکی به ویژه در مواد نیمه رسانا.

همه موارد بالا در نهایت منجر به بهبود و افزایش کارایی مقاطع فلزی می‌شود. عملیات بازپخت کمک می‌کند ورق‌هایی که قرار است تحت هیدروفرمینگ قرار گیرند، به بهترین نحو کارآمد باشند.

معایب عملیات بازپخت

آنیل کاری یک فرایند زمان بَر است. گاه مدت زمان زیادی باید صرف شود تا مواد با درجه حرارت بالا، به اندازه کافی خنک شوند. به ویژه اگر لازم باشد تا مواد به طور طبیعی در داخل کورۀ بازپخت سرد شوند.

فرایند بازپخت برای چه قطعاتی لازم است؟

پازپخت در مورد مقاطع آلیاژی که در آن فلزات باید در ساختارهای پیچیده کار شوند یا یک عملیات صنعتی مثل ماشینکاری یا جوشکاری چندین بار روی آن‌ها انجام شود، لازم است. بنابراین، ورق ها، لوله ها یا سایر قطعات آلیاژی که در شرایط زیر در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند، لازم است آنیل کاری شوند:

• قطعاتی که تحت عملیات ماشین کاری (مثل تراشکاری) قرار می‌گیرند.
• قطعاتی که قرار است جوشکاری شوند. زیرا بالا رفتن دما در حین جوشکاری سبب ایجاد تنش در فلز خواهد شد.
• ورق‌های فلزی که تحت فرایند stamping قرار گرفته‌اند.
• ورق های فلزی، مثل ورق روغنی که از مرحله نورد سرد عبور کرده‌اند و نیاز است عملیاتی مانند خمکاری و پانچ بر روی آن‌ها صورت گیرد.
• لوله پروفیل های مسی که نیاز به خمکاری دارند، یا قبلا ساختار آن‌ها به دلیل عملیات دیگری که بر روی آن‌ها انجام شده است، دچار مشکل شده است.
• سیم‌های فلزی که مراحلی را برای کاهش اندازه طی کرده‌اند.

برخی واژه‌های تخصصی

عملیات بازپخت: Annealing

آنیل کامل: Full Annealing

آنیل هم‌دما : Isothermal Annealing

بازیابی: Recovery

تبلور مجدد: Recrystallization

رشد دانه : Grain Growth