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؟
آستنیت (Austenite)، به آلیاژهای آهن و فولادی اطلاق می‌شود که ساختار فولاد آستنیتی دارند. این فاز، که به عنوان آهن فاز-گاما شناخته می‌شود، در دماهای بالاتر از نقطه یوتکتوئید (۷۲۷.۵ درجه سلسیوس) در فولادهای کربنی شکل می‌گیرد و در فولادهای ضد زنگ در دمای اتاق پایدار می‌ماند.
آستنیتی کردن فرآیندی است که طی آن، آلیاژهای پایه آهن تا دمایی گرم می‌شوند که ساختار کریستالی فریت به آستنیت تبدیل شود. این تغییر ساختاری به فولاد امکان جذب کربن از کربید آهن را می‌دهد. اگر این فرآیند ناقص باشد، کربید آهن در ساختار فولاد رسوب می‌کند که به این پدیده آستنیتی کردن دوفازی گفته می‌شود.
این اصطلاح برگرفته از نام ویلیام چاندلر رابرتس آستن، محقق برجسته انگلیسی در حوزه فلزات است. فولادهای آستنیتی علاوه بر آهن و کربن، حاوی مقادیری کروم و نیکل هستند که موجب مقاومت بالا در برابر زنگ‌زدگی، خوردگی و حرارت می‌شود. به همین دلیل، این آلیاژها در صنایعی مانند پزشکی، هوافضا و خودروسازی کاربرد گسترده‌ای دارند. همچنین، شکل‌پذیری عالی فولادهای زنگ‌نزن آستنیتی، از ویژگی‌های مهم آن‌هاست، اما این فولادها را نمی‌توان از طریق عملیات حرارتی سخت کرد.
همچنین، از عناصر تثبیت‌کننده آستنیت می‌توان به نیکل، منیزیم و نیتروژن اشاره کرد. با اضافه شدن نیکل یا نیتروژن به فولاد، آستنیت به دست می‌آید. در کل، این فولاد تحت دو سری 200 و 300 ارائه می‌شود. سری 300 بر پایه نیکل بوده و دربرگیرنده فولاد زنگ نزن آستنیتی استاندارد است؛ اما سری 200 آن، نیکل کم و منگنز یا نیتروژن زیادی دارد. ضمن اینکه، سری 200 ارزان‌تر بوده و جایگزین مقرون به صرفه‌ای برای سری 300 محسوب می‌شود. به‌علاوه، این فولاد یک ریزساختار مکعبی محور (FCC) دارد که خاصیت غیر مغناطیسی داشته و می‌توان به راحتی آن را جوش داد. این ساختار بلوری آستنیت با اضافه کردن عناصر تثبیت‌کننده‌ای که ذکر شد، حاصل می‌شود.
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.
