آنیل کردن یا آنیلینگ؛ هر آنچه درباره فرایند بازپخت فلزات باید بدانید!

منظور از فرایند بازپخت فلزات یا آنیلینگ یکی از انواع عملیات حرارتی است که موجب بهبود خواص مکانیکی مواد می‌شود. در این فرایند ماده در معرض گرمایش کنترل‌شده قرار می‌گیرد و سپس با سردشدن تدریجی، تنش‌های داخلی آن کاهش می‌یابد. درنتیجه موجب اصلاح زیر ساختارها و افزایش شکل‌پذیری ماده می‎شود.

در عملیات آنیل کردن، اتم‌ها در شبکه کریستالی مهاجرت کرده و میزان تخریب‌های مولکولی ایجادشده کاهش می‌یابد. درنتیجه آرایش جدید مولکولی منجر به تغییراتی مانند تغییر در سختی و نرمی فلز و شکل‌پذیری آن می‌شود. آنیل کامل، آنیل پیوسته و آنیل هم‌دما برخی از انواع روش های آنیلینگ هستند. در این مقاله از گروه صنعتی بازرگانی نورد پارس، آنیلینگ یا فرایند بازپخت فلزات را بررسی می‌کنیم.

آنیلینگ چیست؟

برای ساخت قطعات فولادی باید مراحل مختلفی انجام شود تا محصولی با بهترین کیفیت تولید شود. فرایند بازپخت فلزات یا آنیلینگ در مراحل پایانی تولید قطعات فولادی انجام می‌شود. منظور از آنیل و نوردکاری یا پخت فلزات عملیات حرارتی است که منجر به ایجاد ساختاری با انعطاف‌پذیری بیشتر و سختی کمتر می‌شود. البته در این فرایند ساختار مارتنزیت تشکیل نمی‌شود.

با استفاده از عملیات آنیل کردن ویژگی‌های فیزیکی مواد تغییر می‌کند. در فرایند آنیلینگ حرارت اعمال شده بر روی فلز بالاتر از دمای تبلور است و بعد از آنیلینگ قابلیت‌های مختلف مانند افزایش قابلیت رسانایی و هدایت الکتریکی، قابلیت ماشین‌کاری، پایداری ابعاد و قابلیت کار سرد تقویت می‌شود.

چرا فرایند بازپخت فلزات مهم است؟

پرس‌کردن و خم‌کردن مواد شکننده و سخت کار دشواری است و انجام آن موجب شکستن ماده می‌شود. فرایند بازپخت فلزات به‌خوبی می‌تواند راه‌حل مناسبی برای این مشکل باشد؛ زیرا با افزایش انعطاف‌پذیری ماده، احتمال شکستگی آن کاهش می‌یابد. علاوه بر این، با استفاده از عملیات آنیل کردن میزان پسماندها کاهش می‌یابد.

به دلیل آنکه حرارت استفاده شده در فرایند آنیل کردن بیشتر از حرارت بلورسازی است تعداد مولکول‌های تخریب‌شده کاهش‌یافته و اتم‌ها آرایش جدید می‌گیرند. همچنین به دلیل صرفه اقتصادی، این روش مناسب‌تر از روش‌های دیگر است و برای رفع ایراد و معایب قطعات فولادی از آن استفاده می‌شود. سایر دلایل اهمیت فرایند آنیلینگ فلزات عبارت‌اند از:

• بهبود استحکام فولاد
• بهبود خواص الکتریکی و مغناطیسی
• ایجاد ساختار ریزدانه
• کاهش تنش‌های مکانیکی فولاد
• کاهش پسماندها

مراحل مختلف فرایند آنیلینگ

در فرایند بازپخت فلزات ابتدا فلز تحت حرارت افزایشی قرار گرفته و تا مرحله دمای تبلور مجدد تحت حرارت قرار گرفته و مدت‌زمان طولانی در همان دما قرار می‌گیرند. این فرایند موجب افزایش شکل‌پذیری آلیاژ شده و در برابر ضربه مقاومت آن افزایش می‌یابد. این حالت به‌اصطلاح چقرمه نام دارد. بعد از گرم‌شدن، آلیاژ در دمای محیط قرار می‌گیرد تا آهسته‌آهسته خنک شود. عملیات آنیلینگ در سه مرحله انجام می‌شود که عبارت‌اند از:

• مرحله بازیابی یا ریکاوری: در این مرحله با استفاده از کوره یا وسایل گرمایشی دیگر دمای فلز افزایش می‌یابد و با این کار تنش‌های داخلی از بین می‌روند.
• مرحله تبلور دوباره: فلزات در دمای بالاتر از تبلور مجدد ولی زیر نقطه ذوب حرارت داده می‌شوند. این فرایند موجب می‌شود تا دانه‌های جدید بدون هیچ تنش پسماند شوند.
• مرحله رشد دانه: وقتی فلزات با سرعت مشخصی سرد شوند دانه‌های جدید ایجاد می‌شود. بعدازاین فرایند مواد کارایی بیشتری خواهند داشت.

در فرایند بازپخت فلزات گرمایش موجب حرکت اتم‌ها و توزیع دوباره آن‌ها می‌شود؛ درنتیجه نابجایی‌ها در فولاد از بین می‌روند. بعد از خنک‌شدن فلزات فولاد متبلور می‌شود.

انواع روش های آنیلینگ

برای عملیات آنیل کردن از فلزاتی استفاده می‌شود که تحت عملیات حرارتی قابلیت تغییر را داشته باشند. برای فلزات و آلیاژهایی مانند انواع فولاد چدن، برخی انواع ورق آلومینیوم، برنج و مس از فرایند آنیلینگ استفاده می‌شود. در ادامه به انواع روش های آنیلینگ می‌پردازیم:

1. آنیلینگ هم دما

در عملیات آنیلینگ هم‌دما فولاد در دو دمای متفاوت حرارت داده می‌شود. در این فرایند ابتدا فرایند آستنیته کردن انجام شده و سپس تا دمای دگرگونی، فلز با سرعت سرد شده و برای مدت‌زمان مشخصی در همان دما باقی می‌ماند تا دگرگونی‌ها انجام شوند.

بعدازاین مرحله می‌توان فولاد را با هر میزان از آهنگ سردشدن سرد کرد. در مقایسه با نوع دیگری از آنیلینگ که آنیل کامل نام دارد برای آنیلینگ هم‌دما زمان کمتری نیاز است و این در حالی است که سختی فلز اندکی بیشتر خواهد بود. از این فرایند بازپخت فلزات برای فولادهای آلیاژی استفاده می‌شود که سختی‌پذیری بالایی دارند.

2. فرایند بازپخت فلزات؛ آنیلینگ کامل

نوع دیگری از عملیات آنیل کردن، آنیل کامل است و در این فرایند فولاد در گستره دمایی مشخص حرارت داده شده و بعد از آن آهسته‌آهسته سرد می‌شود. فرایند سردکردن نیز در کوره انجام شده و آهنگ سردشدن حدود دو صدم درجه سانتی‌گراد بر ثانیه است. وسعت دمایی آستینه کردن در آنیلینگ کامل تابع میزان و درصد کربن فولاد است.

3. آنیلینگ پیوسته

یکی دیگر از انواع روش های آنیلینگ، آنیل پیوسته است و این روش در آنیل ورق بسیار متداول است. در فرایند بازپخت فلزات به روش پیوسته دمای ورق افزایش‌یافته و در حین تولید خواص آن بهبود می‌یابد. جلوگیری از افزایش بیش از اندازه ورق در این روش بسیار مهم است؛ زیرا برای سردکردن دوباره ورق انرژی زیادی لازم می‌شود. از این روش آنیلینگ در تولید ورق گالوانیزه قلع اندود، نوردکاری فلزات و تولید ورق نورد سرد استفاده می‌شود. عملیات آنیل کردن پیوسته دارای سه مرحله مهم است که عبارت‌اند از:

• گرمایش: گرم‌کردن تدریجی ورق فولادی تا رسیدن به دما موردنظر برای حذف ناصافی‌ها و تنش‌های حرارتی
• همگن‌سازی: کاهش میزان گرمایش و کاهش اختلاف دما در بخش‌های مختلف ورق فولادی
• خنک‌کردن: حرارت ورق به‌صورت تدریجی و یکنواخت در تمام نقاط کاهش‌یافته و حرارت از بین می‌رود. این فرایند به‌صورت یکنواخت و توسط جت هوا انجام می‌شود.

4. آنیلینگ تنش گیری

هدف از آنیلینگ تنش‌گیری رفع تنش ازطریق مکانیسم بازیابی است. به دلیل آنکه برخی فرایندهای مربوط به عملیات حرارتی یا مکانیکی موجب ایجاد تنش‌های داخلی می‌شوند با فرایند بازپخت فلزات از نوع تنش‌گیری این تنش‌ها رفع می‌شوند. تنش‌ها منجر به ترک‌خوردن، تاب برداشتن یا انهدام قطعات می‌شوند. برخی منابع این تنش‌ها عبارت‌اند از:

• جوشکاری
• ماشین‌کاری و کار سرد
• عدم یکنواختی در سردشدن

به همین دلیل برای کاهش یا حذف تنش‌های باقیمانده از عملیات قبلی، قطعات موردنظر را در مدت‌زمان مشخصی تحت دمای بحرانی ac1 قرار می‌دهند.

5. آنیل انحلالی

در روش آنیل انحلالی فولاد تا دمای انحلال عناصر آلیاژی گرم شده و به‌آرامی سرد می‌شود. این فرایند موجب توزیع یکنواخت عناصر آلیاژی در سراسر قطعه خواهد شد. از این روش آنیلینگ برای فولادهای آلیاژی و فولادهایی که دارای عناصر آلیاژی کروم و نیکل هستند استفاده می‌شود.

6. آنیلینگ کروی کردن

هدف از انجام این نوع عملیات آنیلینگ نرم‌تر کردن فولاد و آماده‌کردن آن برای عملیات شکل‌دهی فلز است. در آنیلینگ کروی کردن دانه‌های فولاد به شکل کروی درآمده و سختی آن کاهش می‌یابد. این روش آنیلینگ برای قطعاتی که باید کشیده یا نورد شوند و فولادهای کربنی مناسب است.

تفاوت فرایند بازپخت فلزات و نرماله کردن

یکی از عملیات حرارتی نرماله کردن است که فرایند آن تا حدودی مشابه فرایند بازپخت فلزات است. در عملیات آنیل کردن ابتدا فولاد در یک محدوده دمایی خاص گرم شده و سپس به‌تدریج سرد می‌شود. در عملیات نرماله کردن دمایی که قطعه فولاد در آن حرارت می‌بیند بیشتر از دمای فرایند آنیلینگ است.

تفاوت دیگر فرایند آنیلینگ با نرماله کردن مربوط به مرحله خنک‌شدن است که برای سردکردن قطعات فلزی در نرماله کردن، قطعات در معرض هوا قرار گرفته و سرد می‌شوند. این در حالی است که در آنیلینگ قطعات فلزی معمولاً در کوره خنک می‌شوند. تفاوت دیگر فرایند آنیلینگ با نرماله کردن این است که قطعات فلزی حاصل از انواع روش های آنیلینگ انعطاف‌پذیری بیشتری دارند.

معرفی کوره آنیلینگ

فرایند بازپخت فلزات در کوره انجام می‌شود و این کوره‌ها به دودسته تقسیم‌بندی می‌شوند که هرکدام ویژگی‌ها و ساختار خاص خود را دارند. انتخاب نوع کوره بر اساس روندی است که قطعات و ورق‌های فلزی باید طی کنند و در انواع روش‌های آنیلینگ از آن‌ها استفاده می‌شود. انواع کوره‌ها برای عملیات آنیل کردن عبارت‌اند از:

1. کوره آنیل تک پایه‌ای

در این نوع کوره مورداستفاده در فرایند بازپخت فلزات هر کوره یک‌پایه دارد و پایه‌ها به شکل صفحه‌های دایره‌ای و نسوز هستند. مجراهای عبور گاز و شافت در مرکز کوره قرار دارند و روی صفحه فولادی که محفظه داخلی کوره است قرار دارند. برای آب‌بندی اطراف کلاهک از سیستم آب و روغن، واشر پلاستیکی و شن استفاده می‌شود که این کار نقش مهمی در افزایش عمر کوره و حفظ ایمنی دارد.

2. فرایند بازپخت فلزات؛ کوره آنیل چندپایه

این نوع کوره برعکس نوع تک‌پایه بوده و هر کوره چندین پایه دارد. برای انجام عملیات آنیل کردن با کوره چندپایه ابتدا کلاف‌ها را به‌صورت عمودی و روی چندپایه روی یکدیگر چیده و  آن‌ها را در کوره قرار می‌دهند. کوره آنیلینگ چندپایه مصرف انرژی بیشتری داشته و قیمت آن نیز کمتر است.

کوره آنیلینگ از اجزای مختلفی تشکیل شده است که شامل سیستم پاشش سوخت، فن، مشعل، محفظه، کلاهک محافظ، تنظیم‌کننده هوا و سوخت و قسمت پیش گرم هوای احتراقی است.

بیشتر بخوانید: ورق آلومینیوم چیست؟ عوامل موثر بر قیمت ورق آلومینیوم

مزایا و معایب عملیات آنیل کردن

در فرایند آنیلینگ یا فرایند بازپخت فلزات کارایی و خواص فلزات بهبود می‎یابد. مهم‌ترین مزایای فرایند آنیل کردن عبارت‌اند از:

• کاهش تنش: در آنیلینگ گرم‌کردن مواد تا دمای خاص و خنک‌شدن تدریجی آن موجب کاهش تنش باقیمانده می‌شود. علاوه بر این، فرایند آنیلینگ احتمال ترک‌خوردگی یا تغییر شکل فلز را هم کاهش می‌دهد.
• پالایش دانه: اصلاح ساختار دانه در فلزات و آلیاژها از دیگر مزایای آنیلینگ است. این فرایند موجب کاهش یا حذف دانه‌های درشت و بلند می‌شود. علاوه بر این دانه‌های کوچک‌تر و هم‌محور نیز رشد می‌کنند. اصلاح ساختار دانه‌ها موجب بهبود چقرمگی، استحکام و عملکرد کلی مواد می‌شود.
• نرم‌شدن: فرایند آنیلینگ موجب نرم‌شدن فلزات شده و کار با آن‌ها راحت‌تر می‌شود. گرم‌کردن یک فلز در دمای بالاتر از دمای تبلور و خم‌کردن آن تحت کنترل موجب تشکیل دانه‌های جدید کوچک‌تر می‌شود. این فرایند شکل‌پذیری مواد را بهبود بخشیده و شکنندگی آن‌ها کمتر می‌شود؛ درنتیجه امکان ماشین‌کاری و شکل‌دهی این فلزات آسان‌تر خواهد شد.
• هموژنیزاسیون: فرایند آنیلینگ موجب توزیع دوباره عناصر آلیاژی فلزات شده و آن‌ها را همگن‌تر می‌کند. ویژگی هموژنیزاسیون برای آلیاژهایی دارای عناصر با غلظت‌های متفاوت اهمیت دارد؛ زیرا غلظت‌های متفاوت عناصر آلیاژی موجب تضعیف ماده یا ایجاد ناهماهنگی در خواص آن‌ها می‌شود.
• بهبود خواص مکانیکی: فرایند آنیلینگ نقش زیادی در بهبود ویژگی‌های مکانیکی مواد دارد. این فرایند موجب افزایش استحکام، سختی و چقرمگی مواد خواهد شد.

باوجود مزایای آنیلینگ، این فرایند معایبی نیز دارد که می‌توان زمان‌بر بودن، تاب برداشتن و هزینه‌های نسبی بالای انرژی را نام برد.

موارد کاربرد فرایند آنیلینگ

در صنایع مختلف از عملیات آنیل کردن استفاده می‍‌شود که عبارت‌اند از:

• صنایع فولاد: برای تولید انواع فولاد و محصولات فولادی مانند فولاد آلیاژی، فولاد کربنی، ورق‌های فولادی و فولاد کربنی
• صنعت برق: برای تولید مفتول‌های آلومینیومی، مسی و تولید قطعات الکتریکی؛ زیرا آنیلینگ موجب افزایش انعطاف‌پذیری و رسانایی فلزات می‌شود.
• هوافضا و خودروسازی: با استفاده از انواع روش های آنیلینگ، قطعات فلزی مورداستفاده در صنایع خودروسازی و هوافضا ساخته می‌شود. قطعاتی مانند یاتاقان‌ها، سیلندر، چرخ‌دنده‌ها و سایر اجزای ساختاری
• ماشین‌کاری و فلزکاری: افزایش انعطاف‌پذیری فلزات در اثر فرایند بازپخت فلزات آن‌ها را به موادی مناسب برای فلزکاری و ماشین‌کاری تبدیل می‌کند.
• صنعت شیشه: از فرایند آنیلینگ در صنعت شیشه هم استفاده می‌شود. این فرایند موجب کاهش تنش‌های داخلی که عامل شکستگی شیشه هستند می‌شود. فرایند آنیلینگ موجب مقاوم شدن محصولات شیشه‌ای در برابر تغییرات حرارتی می‌شود

جمع‌بندی

فرایند بازپخت فلزات فرایندی مربوط به عملیات حرارتی است که موجب بهبود ویژگی‌ها و خواص مکانیکی مواد می‌شود. در این فرایند قطعات فلزی در معرض حرارت مشخصی قرار گرفته و بعد از مدت‌زمان معین به‌تدریج سرد می‌شوند. عملیات آنیل کردن موجب افزایش انعطاف‌پذیری و اصلاح ریزساختارهای ماده و کاهش تنش‌های داخلی فلز می‌شود.

عملیات آنیلینگ شامل سه مرحله مهم بازیابی، تبلور مجدد و رشد دانه است. این عملیات انواع مختلفی دارد که آنیلینگ پیوسته، آنیلینگ هم‌دما، آنیلینگ کامل و آنیلینگ تنش‌گیری از انواع روش های آنیلینگ هستند.

شرکت طلوع نورد پارس بیش از چهل سال در صنعت نورد آلومینیوم فعالیت داشته و در تمام این سال‌ها با تولید محصولاتی با برترین کیفیت یکی از تولیدکنندگان نمونه در این حوزه است. استفاده از برترین تکنولوژی‌های جهان و حضور متخصصان کارآزموده موجب شده است تا این شرکت سهم زیادی از بازار را در دست داشته باشد. برای مشاوره و دریافت اطلاعات بیشتر به صفحه تماس با ما مراجعه کنید.