راهکارهای جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد

جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد یکی از مشکلات و چالش‌هایی است که صاحبان صنایع فلزی و نوردکاری با آن روبرو هستند؛ زیرا ترک‌خوردگی بر کیفیت نهایی محصول تأثیر منفی می‌گذارد. عوامل موثر بر ترک خوردگی حین آنیلینگ متعدد بوده و می‌توان ناخالصی‌ها و ترکیب شیمیایی و تنش‌های پسماند را به‌عنوان چند نمونه از این دلایل نام برد. علاوه بر این، نحوه فرایند آنیل بر ترک‌خوردن فلزات تأثیر گذاشته و درصورت اجرای نادرست تنش‌های حرارتی را افزایش می‌دهد.

به همین دلیل لازم است فرایند آنیلینگ با کنترل دما، زمان، نرخ سردسازی مناسب و شرایط محیطی بهینه انجام شود. در این مقاله از گروه صنعتی نورد پارس راهکارهای جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد را بررسی می‌کنیم.

عوامل موثر بر ترک خوردگی حین آنیلینگ

یکی از مشکلات رایج در صنایع فلزکاری ترک‌خوردگی حین آنیل یا نورد است. این مشکل به دلایل متعددی مانند ناهمگونی ساختاری، تنش‌های پسماند و فاکتورهای حرارتی رخ می‌دهد. در فرایند آنیلینگ و نورد باید نرخ گرما یا سرما در یک سرعت و روند افزایشی متناسب بوده و در حالت بهینه باشد. عدم توجه به روند متعادل دما موجب تغییر ریزساختارهای فلز و درنتیجه بروز تنش‌های داخلی می‌شود. برای جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد علاوه بر کنترل دقیق دما  راهکارهایی مانند تنش‌زدایی قبل از آنیل نهایی و بهبود کیفیت سطحی قبل از آنیل می‌تواند مؤثر باشد.

در فرایند نورد و به‌ویژه نورد سرد عدم آنیلینگ مناسب فلز قبل از عملیات یا باقی‌ماندن اکسیدها و سولفیدها در ساختار فلز موجب می‌شود تا این مناطق به کانون تمرکز تنش تبدیل شده و به ترک تبدیل شوند. در ادامه عوامل موثر بر ترک خوردگی حین آنیلینگ را به‌صورت جامع بررسی می‌کنیم.

1. ترکیب شیمیایی و ناخالصی

برای جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد انتخاب درست مواد اولیه و پایه و کنترل کیفیت آن‌ها اهمیت زیادی دارد. احتمال ترک‌خوردگی در آلیاژهایی که دارای درصد بالایی کربن بوده یا در آن‌ها ناخالصی‌هایی مانند گوگرد و فسفر وجود داشته باشد بیشتر است. دلیل این امر مقاومت کمتر این آلیاژها است.

2. جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد؛ تنش های پسماند

عامل مؤثر دیگری که می‌تواند ترک‌خوردگی هنگام آنیلینگ را افزایش دهد تنش‌های پسماند و همچنین طراحی هندسی است. تنش‌هایی که در طول شکل‌دهی اولیه فلزات رخ می‌دهند در فلز باقی مانده و در زمان گرم شدن می‌توانند به‌صورت ترک‌های سطحی یا داخلی ظاهر شوند. علاوه بر این، اشکال هندسی مانند لبه‌های تیز فلز، نازک‌کاری ناهمگون و… منجر به ایجاد گرادیان دمایی، بروز تنش و ترک‌خوردگی فلز شود.

3. تغییرات سریع دما

از دیگر عوامل موثر بر ترک‌خوردگی حین آنیلینگ تغییرات سریع دمایی یعنی گرمایش یا سرمایش سریع است. این فرایند موجب بروز اختلاف دما در ساختار درونی فلز، ایجاد تنش‌های حرارتی بالا و ترک‌خوردگی یا تشدید آن می‌شود. به همین دلیل بهینه‌سازی دما یکی از مهم‌ترین فاکتورهای جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد است.

4. شرایط کوره و اتمسفر

عامل دیگری که می‌تواند موجب ترک‌خوردگی هنگام فرایند آنیلینگ شود عدم کنترل شرایط کوره و اتمسفر است. عدم کنترل و عدم بهینه‌سازی شرایط اتمسفر و کوره می‌تواند موجب ایجاد ترک‌های داخلی یا سطحی شود. برای ایجاد اتمسفر مناسب می‌توان از گازهای غیراکسیدان برای آنیلینگ استفاده کرد.

5. ترک های سطحی

مطالعاتی که بر روی صفحات ضخیم فولاد انجام شده نشان می‌دهد که وجود شکاف‌های سطحی از دیگر عوامل موثر بر ترک خوردگی حین آنیلینگ هستند. این مطالعات نشان داده است که در صفحات ضخیم فولاد شکاف‌های سطحی بعد از عملیات ریخته‌گری به‌عنوان هسته ترک عمل کرده و رشد می‌کنند. علاوه بر این، درصورت وجود اکسید در داخل ترک‌ها و قسمت‌های اطراف آن ترک‌ها گسترده‌تر می‌شوند. جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد بسیار مهم است؛ زیرا درصورت بی‌توجهی به آن موجب کاهش کیفیت فلز و تحمیل هزینه‌های اضافی می‌شود.

جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد

پیداکردن راهکارهایی برای جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد بسیار ضروری است؛ زیرا ترک‌خوردگی بر کیفیت نهایی فلز تأثیر منفی گذاشته و موجب تحمیل هزینه‌های گزاف می‌شود. در نحوه فرایند آنیل و نوردکاری توجه به پارامترهای دمایی و بهینه‌سازی آن بسیار مهم است؛ زیرا نوسان دما از عوامل موثر بر ترک‌خوردگی حین آنیلینگ محسوب می‌شود. در ادامه به مهم‌ترین راهکارها برای پیشگیری از ترک‌خوردگی در فرایند آنیلینگ و نورد می‌پردازیم.

1. کنترل پارامترهای دمایی و حرارتی

اولین راهکار برای جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد بهینه‌سازی پارامترهای دمایی و کنترل آن‌ها است. این مورد به‌ویژه در مراحل پیش‌گرمایش، نرخ افزایش دما، نرخ سرمایش و دمای نهایی آنیل اهمیت زیادی دارد. تحقیقات نشان داده است که افزایش یا کاهش بیش از اندازه دما یا نوسانات دمایی سریع منجر به ایجاد تنش‌های حرارتی داخلی و ایجاد ترک می‌شود.

علاوه بر این، در فولادهایی که درصد کربن آن‌ها کمتر است دمای کمتر از دمای تبلور مجدد می‌تواند منجر به ایجاد ساختارهای ناهمگون و غیریکنواخت شده و درنتیجه مقاومت فلز به ترک را کاهش می‌دهد. به همین دلیل باید تغییرات دمایی کاملاً استاندارد و بهینه بوده و توسط سیستم‌های کنترل دما و ترموکوپل‌های پیشرفته کنترل شود.

2. استفاده از آنیل میان پاس

دومین راهکار برای جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد عملیات حرارتی بین مراحل نورد است که به‌اصطلاح آنیل میان‌پاس نامیده می‌شود. این عملیات می‌تواند در کاهش تنش‌های پسماند و جلوگیری از رشد ترک‌ها بسیار مؤثر باشد. تحقیقات انجام شده و تجربه اثبات‌شده نشان می‌دهد که اجرای عملیات آنیل میان‌پاس در نورد سرد برخی انواع فولادها مانع از گسترش ترک‌های لبه شده و موجب افزایش انعطاف‌پذیری ورق‌های نهایی می‌شود. عملیات آنیل میان‌پاس موجب کاهش عیوب میان‌ساختاری در مرحله اول نورد می‌شود و فلز قبل از ورود به مرحله بعدی شکل‌دهی ساختاری همگن پیدا می‌کند.

دمای بهینه یکی از مهم‌ترین عوامل جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد است. در این فرایند یعنی عملیات آنیل میان‌پاس نیز دمای بهینه بسیار مهم است و بر اساس نوع آلیاژ می‌تواند بین 700-500 درجه سانتیگراد باشد. دمای بهینه همراه با زمان بهینه در عملیات میان‌پاس رشد دانه‌ها را کنترل کرده و مناطق تمرکز تنش کاهش می‌یابد. در نحوه فرایند آنیل، انجام عملیات میان‌پاس علاوه بر جلوگیری از ایجاد ترک موجب ارتقای مقاومت کششی نهایی و کیفیت سطحی می‌شود.

3. انتخاب ماده اولیه باکیفیت

از دیگر عوامل اثرگذار بر جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد انتخاب ماده اولیه مناسب و باکیفیت است. وجود درصد بالای ناخالصی در ماده اولیه، ساختارهای کریستالی ناسالم یا گسیختگی دانه‌ای موجب کاهش مقاومت در برابر تنش‌های مکانیکی و حرارتی می‌شود. به همین دلیل با استفاده از مواد اولیه دارای کنترل کیفیت ساختاری، بررسی ریزساختار اولیه مواد و حتی آنالیز دقیق شیمیایی آن‌ها می‌توان از ترک‌خوردگی و کاهش کیفیت محصول نهایی جلوگیری کرد. تحقیقات نشان داده است که کیفیت ماده اولیه و نوع عملیات پیش‌پردازش از عوامل موثر بر ترک خوردگی حین آنیلینگ هستند.

4. کاهش تدریجی ضخامت فلز و روان کاری مناسب

یکی دیگر از راهکارهای جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد کاهش ضخامت فلز به‌صورت مرحله‌به‌مرحله و تدریجی است. کاهش سریع و ناگهانی ضخامت فلز یکی از عوامل موثر بر ترک‌خوردگی حین آنیلینگ است؛ زیرا موجب واردشدن فشار زیاد به فلز شده که درنتیجه منجر به ایجاد ترک در سطح یا لبه‌های فلز می‌شود. درمقابل کاهش تدریجی ضخامت در چند مرحله موجب توزیع یکنواخت کشش و فشار شده و احتمال ترک‌خوردن فلز کمتر می‌شود.

علاوه بر این، استفاده از روغن‌های مخصوص برای روانکاری هم می‌تواند مانع ترک‌خوردگی فلز شود. در نحوه فرایند آنیل استفاده از روغن برای روانکاری موجب کاهش اصطکاک شده و مانع آسیب دیدن سطح فلز می‌شود. علاوه بر این، روانکار مانع افزایش موضعی دما شده و فشار ناگهانی به فلز وارد نمی‌شود. با این توضیحات کاهش دقیق و تدریجی ضخامت و استفاده از روغن مخصوص برای روانکاری مانع ایجاد ترک شده و کیفیت سطح فلز را بهبود می‌بخشد.

نحوه فرایند آنیل

آنیل چیست؟ فرایند آنیلینگ عملیات حرارتی تحت کنترل است که هدف از اجرای آن بهبود ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی فلزات است. این فرایند بر روی آلیاژهای فلزی مختلف مانند انواع آلیاژ آلومینیوم، مس، فولاد و نیکل انجام می‌شود. هدف از اجرای فرایند آنیلینگ کاهش سختی فلزات، افزایش انعطاف‌پذیری، بهبود ریزساختارهای فلز  و حذف تنش‌های پسماند است.

جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد یکی از نکات بسیار مهم است که بر کیفیت نهایی محصول تأثیر زیادی می‌گذارد. با شناخت عوامل موثر بر ترک خوردگی حین آنیلینگ می‌توان مانع بروز ترک در فلزات شد. فرایند آنیلینگ از سه مرحله مهم تشکیل شده است که عبارت‌اند از:

• گرمایش: با هدف فعال‌سازی حرکت اتمی، بازیابی ساختار بلوری و آغاز تبلور مجدد انجام می‌شود. برای جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد، فرایند گرمایش باید بصورت تدریجی انجام شود تا هیچ‌گونه تنش یا شوک حرارتی به فلز وارد نشود.
• نگهداری در دمای آنیل: این مرحله بعد از رسیدن فلز به دمای موردنظر برای مدت زمان مشخصی در همان دما نگهداری می‌شود. مدت زمان این مرحله به عوامل مختلفی مانند هدف آنیلینگ، اندازه قطعه فلزی و نوع ماده بستگی دارد.
• سرمایش کنترل‌شده: در مرحله آخر فلز سرد می‌شود و باید این فرایند نیز به‌صورت تدریجی و کنترل‌شده باشد. سرمایش تدریجی و تحت کنترل مانع ایجاد تنش حرارتی جدید شده و ساختارهای اصلاح‌شده فلز حفظ می‌شود. البته در آنیل کامل یا آنیل هم‌دما فرایند سرمایش باید به‌صورت سریع در آب یا هوا انجام شود.

جمع‌بندی

ترک‌خوردن فلزات یکی از چالش‌هایی است که در فرایند آنیل و نوردکاری پیش می‌آید. این چالش بر کیفیت نهایی محصول تأثیر منفی گذاشته و موجب تحمیل هزینه‌های اضافی می‌شود. ترکیب شیمیایی و ناخالصی، تنش‌های پسماند و تغییرات سریع دما از عوامل موثر بر ترک خوردگی حین آنیلینگ هستند. به همین دلیل برای جلوگیری از ترک خوردگی حین آنیل یا نورد لازم است با استفاده از راهکارهای استاندارد و اصولی از بروز این مشکل جلوگیری کرد.

کنترل پارامترهای دمایی و حرارتی، استفاده از آنیل میان‌پاس، کاهش تدریجی ضخامت و استفاده از روانکاری مناسب راهکارهای مناسب برای جلوگیری از ترک‌خوردگی فلزات در فرایند آنیل و نوردکاری هستند. بر اساس آنچه گفته شد نحوه فرایند آنیل بر کیفیت نهایی محصول تأثیر بسیار زیادی داشته و با رعایت اصول و استانداردها می‌توان مانع از هدررفت هزینه شد و محصولی با بهترین کیفیت تولید کرد.

شرکت صنعتی نورد پارس در طول 4 دهه فعالیت درخشان و با تکیه بر تجربه تخصصی و دانش روز دنیا و استفاده از ماشین‌آلات پیشرفته یکی از مهم‌ترین فعالان آنیل و نوردکاری در کشور است. تمرکز بر کیفیت و نوآوری موجب شده است تا این شرکت بتواند محصولاتی با بهترین استحکام و کارایی مطابق با استانداردهای جهانی و نیاز بازار داخلی و خارجی تولید کند. برای کسب اطلاعات بیشتر درباره خرید محصول و مشاوره با کارشناسان می‌توانید از بخش تماس با ما اقدام کنید.