عملیات حرارتی

{heat treatment} [مهندسی مواد و متالورژی] گرم و سرد کردن یک فلز یا آلیاژ برای رسیدن به شرایط یا خواص مطلوب

پردازش گرمایی یا عملیات حرارتی ( به انگلیسی: Heat Treatment ) گرمایش و خنک کاری کنترل شده مواد برای تغییر ساختار و ویژگی آن ها است. از آنجایی که توسط عملیات حرارتی می توان هم خواص فیزیکی و هم خواص مکانیکی مواد را تغییر داد ( برای مثال: استحکام، سفتی، قابلیت ماشین کاری، مقاومت به سایش، و مقاومت به خوردگی ) و از آنجایی که این تغییر در خواص باعث تغییر خاصی در شکل قطعات نمی شود، عملیات حرارتی یکی از مهم ترین و پرکاربردترین فرایندهای صنعتی است. از عملیات حرارتی برای ساخت مواد غیرفلزی مانند شیشه ها و شیشه - سرامیک ها نیز استفاده می شود. با اینکه از عبارت «عملیات حرارتی» به صورت خاص برای گرمایش و سرمایش های هدفمند استفاده می شود، فرایندهایی مانند شکل دهی فلزات و جوشکاری نیز باعث گرمایش و سرمایش مواد و در نتیجه تغییر خواص آن ها می شود.
برخی از تکنیک های عملیات حرارتی عبارتند از: بازپخت، سختکاری پوسته ( Case Hardening )، پیرسختکاری، برگشت دادن، کربن دهی ( Carburizing )، نرمال سازی و کوئنچ کردن.
مواد فلزی از ساختارهای بسیار ریزی به نام «دانه» ( grain ) یا «کریستالیت» ساخته شده اند. طبیعت این دانه ها ( یعنی اندازه و ترکیب آن ها ) مهم ترین عاملی است که خواص مکانیکی یک فلز را تعیین می کند. عملیات حرارتی کمک می کند که خواص فلز را با کنترل کردن نرخ واپخش ( Diffiusion ) و نرخ سرمایش در میکروساختار تغییر داد. عملیات حرارتی در فلزات معمولاً کمک می کند که خواص مکانیکی از قبیل سختی، استحکام، چقرمگی، شکل پذیری و الاستیسته را تغییر داد.
دو مکانیزم در عملیات حرارتی آلیاژها باعث تغییر خواص مکانیکی می شود: شکل گیری مارتنزیت باعث می شود که کریستال ها به صورت ذاتی تغییر شکل دهند، و مکانیزم واپخش ( یا دیفیوژن ) باعث تغییر در همگن بودن ماده می شود.
ساختار بلوری متشکل از اتم هایی است که در یک ترتیب بسیار خاص دسته بندی شده اند، که یک شبکه نامیده می شود. در بیشتر عناصر، این چینش بسته به شرایطی مانند درجه حرارت و فشار به خودی خود تغییر خواهد کرد. این تغییر چینش، که آلوتروپی یا پلی مورفیسم نامیده می شود، برای یک فلز خاص ممکن است در دماهای مختلف چندین بار رخ دهد. در آلیاژها، این تغییر چینش ممکن است باعث شود یک عنصر که در حالت عادی قابل حل در فلز پایه نیست به طور ناگهانی در فلز انحلال پذیر شود، درحالی که معکوس شدن آلوتروپی باعث خواهد شد این عناصر به صورت جزئی یا کامل غیرقابل انحلال شوند.

عملیّات حرارتی (heat treatment)
در صنعت، قراردادن فلزات و آلیاژها در معرض گرمایش و سرمایش کنترل شده، برای حذف تنشهای داخلی و بهبود خواص فیزیکی آن ها پس از ساخت. روش های عملیات حرارتی عبارت اند از تابکاری، آب دادن، و بازپخت.

گرم و سرد کردن یک فلز یا آلیاژ برای رسیدن به شرایط یا خواص مطلوب.

💡 برخی تحقیقات همچنان بر متعادل کردن خواص میرایی و استحکام با رویکرد عملیات حرارتی، آلیاژسازی و تغییر شکل تمرکز دارد. آلیاژهایی با استحکام قابل قبول مانند منیزیم- روی- زیرکونیوم- یتیریم و آلیاژهایی با ظرفیت میرایی قابل قبول مانند منیزیم-مس- منگنز در حکم کانون تحقیقات بودند.

💡 به منظور بهبود چسبندگی پوشش‌های نیکل-فسفر بر روی لایه‌های آلومینیوم و فولادهای زنگ نزن نیز، از روش عملیات حرارتی استفاده می‌شود. دما و زمان عملیات برای آلیاژهای آلومینیوم ۱۴۰ درجه سانتی گراد و ۱ ساعت و برای فولادهای زنگ نزن ۱۷۵ درجه سانتی گراد و ۳ ساعت پیشنهاد شده‌است.

💡 آلومینیم ۲۰۲۴ می‌تواند فورج شود اما بعد از فورج برای اینکه مقاومت به خوردگی خود را بدست آورد باید عملیات حرارتی شود.

💡 پس از این مرحله، ظروف تحت عملیات حرارتی «آنیل» قرار گرفته و مقاومت بیشتری در برابر حرارت کسب می‌کنند؛ بنابراین بیشتر این نوع از ظروف را می‌توان در ماکروفر قرار داد. در همین مرحله عملیات حرارتی است که ظروف به وسیله عکس برگردان‌های مقاوم به حرارت، منقوش می‌شوند.

💡 آنیل آلومینیم ۲۰۲۴ با عملیات حرارتی بین ۳۹۹ و ۴۲۷ درجه سانتی گراد به مدت ۲ ساعت و سپس در کوره به آرامی سرد می‌شود. آنیل آلومینیم ۲۰۲۴ با کار سرد در ۳۴۳ درجه سانتی گراد به مدت ۲ ساعت و سپس در هوا سرد می‌شود.

💡 یکی از خواص الیاف کربن که قابلیت استفاده از آن را در کاربردهای آینده در زمینه‌های فراوان تا حد زیادی اثبات می‌کند. مقاومت آن در برابر عوامل مهاجم است این خاصیت به ویژگی‌های ساختاری الیاف کربن مربوط است و اصولاً به نوع ماده خام اولیه، دمای عملیات حرارتی و به حالت وجودی المان‌ها در الیاف بستگی دارد.