آستنیتی کردن فولاد
آستنیتی کردن فولاد اغلب اولین مرحله عملیات حرارتی است. که برای یکنواخت کردن غلظت کربن در کریستالهای آستنیت ضروری است. و به عنوان کلید کنترل سختی در سخت کردن ( یا آب دادن ) فولاد معروف است. عمل آستنیتی کردن تابع درجه حرارت و زمان است.(عامل درجه حرارت مهمتر از زمان است) هنگامیکه فولاد به درجه حرارت لازم برای تبدیل شدن به آستنیت میرسد ، آستنیت در طی مراحل جوانه زنی و رشد تشکیل میگردد. در ادامه قصد داریم به صورت کامل به آستنیتی کردن فولاد بپردازیم.
آستنیت چیست؟
در متالورژی فولاد، یکی از ریزساختارهای مهم که تأثیر مستقیمی بر خواص مکانیکی و شیمیایی دارد، فاز آستنیتی (Austenite) است. این ساختار که با نام آهن گاما (γ-Fe) شناخته میشود، در فولادهای کربنی در دماهای بالاتر از حدود ۷۲۷ درجه سانتیگراد تشکیل میشود و مبنای بسیاری از تغییرات ریزساختاری در فرآیندهای صنعتی به شمار میرود.
در جریان عملیات حرارتی، مرحلهای با عنوان آستنیتیکردن انجام میشود که طی آن فولاد تا دمای مشخصی گرم شده و ساختار فریتی به آستنیتی تبدیل میگردد. این تحول ساختاری امکان حل شدن کربن در شبکه بلوری را فراهم میکند و نقش مهمی در آمادهسازی فولاد برای مراحل بعدی دارد. در صورت انجام ناقص این مرحله، بخشی از کربیدها در ساختار باقی میمانند و حالت دوفازی ایجاد میشود.
در برخی آلیاژها، این فاز در دمای محیط نیز پایدار است؛ موضوعی که بهویژه در فولاد زنگ نزن اهمیت دارد. حضور عناصر آلیاژی مانند نیکل، کروم و نیتروژن موجب افزایش مقاومت به خوردگی، زنگزدگی و حرارت میشود. این فولادها عمدتاً در سریهای ۲۰۰ و ۳۰۰ تولید میشوند که سری ۳۰۰ بر پایه نیکل بوده و نوع استاندارد محسوب میشود، در حالی که سری ۲۰۰ با ترکیب اقتصادیتر، جایگزین مقرونبهصرفهتری به شمار میرود. ساختار بلوری FCC در این آلیاژها باعث غیرمغناطیسی بودن، جوشپذیری مناسب و شکلپذیری بالا میشود، هرچند قابلیت سختکاری حرارتی ندارند.
درجه حرارت آستنیته کردن فولاد
طی فرآیند آستنیته کردن فولاد در صورتی که آلیاژ فراتر از دمای تبدیل پایین گرم شود، آستنیت شکل میگیرد و چنانچه تا دمای فراتر از دمای تبدیل بالا حرارت ببیند، کل فولاد به آستنیت تبدیل میشود. این آستنیت به یکنواختسازی غلظت کربن در بلورها کمک میکند. ضمنا، درجه حرارت در عملیات آستنیتی اهمیت زیادی دارد. آلیاژهای پایه فولاد تا زمانی که به دمای تغییر ساختار کریستالی از فریت برسند، مورد حرارت قرار میگیرند. حلالیت کربن در این فرآیند در دمای 1148 درجه سانتیگراد به بالاترین سطح خود میرسد و سپس تا سقف 723 درجه سانتیگراد کاهش مییابد.
به منظور تبدیل کامل در فولادهای هیپوای تکتوئیدی ولی تکتوئیدی اغلب ۳۰ تا ۵۰ درجه سلسیوس بالای درجه حرارت خط A3 حرارت داده خواهد شد. درجه حرارتهای دقیق را میتوان از نمودار آهن-کربن انتخاب نمود. عموماً درجه حرارت نباید بسیار بالا انتخاب شود. چرا که آستنیت دانه درشت به وجود میآید. که ممکن است باعث شکستگی یا ایجاد ترک در فولاد شود. ( در هنگام سرد شدن سریع از این درجه حرارت) اندازه دانههای آستنیت با بالا رفتن درجه حرارت ، افزایش مییابد. این رشد در نتیجه تمایل به کم شدن انرژی آزاد سیستم در اثر کاهش سطح دانهاست.
وقتیکه فولادهای هیپوای تکتوئیدی تا درجه حرارتهایی در حد نسبتاً زیاد بالای خط A3 حرارت داده میشود ، علاوه بر رشد دانهای آستنیت کردن در سرد کردن بعدی ممکن است فریت اضافی هم رسوب کند. که بصورت صفحات یا میلههای طولانی بوده و دانههای پرلیت را از این سو به آن سو قطع میکند. این نوع ساختار دانهای را ساختار ویدمن اشتاتن مینامند. از طرفی اگر درجه حرارت بسیار پایین باشد، بعد از عمل سرد کردن سریع سختی کامل مورد نظر بدست نمیآید. تبدیل پرلیت به آستنیت از نوع نفوذ است.
روش های (عملیات حرارتی فولاد زنگ نزن) آستنیتی
فولاد ضد زنگ آستنیتی تحت 3 عملیات حرارتی زیر قرار میگیرد:
- عملیات آنیل کاری
- عملیات تنشگیری
- عملیات نیتروه
بسیاری از فولادهای زنگ نزن آستنیتی از جمله سری پرطرفدار 200 و 300 آن تحت عملیات آنیل کاری قرار میگیرند. این فولادها با هدف بهبود مقاومتشان بعد از عملیات سرد، آنیل میشوند. درواقع، فرآیند آنیلینگ یکی از انواع عملیات حرارتی است که معمولا در دمایی بالاتر از 1040 درجه سانتیگراد انجام میگیرد. عملیات تنشگیری و نیتروه کردن نیز به دلیل نحوه انجامشان مانند طولانی بودن پروسه تنشگیری یا کاهش مقاومت خوردگی در فولاد با روش نیتروه خیلی کمتر مورد استفاده قرار میگیرند.
