عملیات حرارتی یکی از فرآیندهای مهم در متالورژی و مهندسی مواد است که با اعمال حرارت کنترل‌شده بر روی فلزات و آلیاژها، خواص مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی آنها را تغییر می‌دهد. در ادامه، توضیح کاملی در مورد فرآیندهای اصلی عملیات حرارتی، آنیل (Annealing)، نرماله (Normalizing)، تنش‌گیری (Stress Relieving)، سخت‌کاری (Hardening) و تمپرینگ (Tempering) ارائه شده است.
آنیل (بازپخت)
آنیل فرآیند عملیات حرارتی به منظور کاهش سختی، بهبود چقرمگی، رفع تنش‌های داخلی ناشی از فرآیندهای تولید ثانویه مانند نورد یا جوشکاری و در دمای‌های بالاتر اصلاح دانه‌بندی قطعات می‌باشد. طی این فرآیند قطعه تا دمایی بالاتر از دمای بحرانی آستنیت در مدت زمان مشخص (بسته به ضخامت قطعه) حرارت داده شده و پس از آن به آرامی (معمولا) در کوره سرد می‌گردد.
نرماله (همگن سازی)
نرماله فرآیند عملیات حرارتی است که به منظور بهبود خواص مکانیکی و ریزساختار فولاد‌ها صورت می‌گیرد. اصلاح ساختار، بهبود چقرمگی و استحکام از اهداف این فرآیند است. طی این فرآیند، قطعه تا محدوده دمایی آستنیت حرارت داده شده و پس از نگهداری به مدت مشخص در هوای آزاد سرد می‌شود. تفاوت‌های اصلی آنیل و نرماله در موارد زیر ذکر شده است:
- نرماله به دلیل بازه دمایی بالاتر موجب تشکیل ساختار ریز دانه‌تر و سخت‌تر نسبت به آنیل می‌شود.
- خواص مکانیکی چون استحکام و چقرمگی پس از فرآیند نرماله بهتر از آنیل می‌باشند.
- پس از فرآیند آنیل قطعه در کوره سرد می‌شود اما بعد از نرماله قطعه در هوای آزاد سرد می‌گردد.
تنش‌گیری
عملیات تنش زدایی به منظور کاهش یا حذف تنش‌های داخلی موجود در قطعات که طی فرآیندهای ثانویه نظیر جوشکاری، ماشین‌کاری یا نورد ایجاد شده‌اند، به کار می‌رود. در این فرآیند قطعه تا محدوده دمایی کم‌تر از دمای بحرانی آستنیته شدن حرارت داده می‌شود و سپس به آرامی در هوا سرد می‌گردد. لازم به ذکر است این فرآیند از تغییر شکل یا ترک خوردن قطعات نیز در حین فرآیندهای آتی جلوگیری می‌کند.
سخت‌کاری
این فرآیند به منظور افزایش سختی و استحکام فولاد‌های صورت می‌گیرد. طی این فرآیند، قطعه تا محدوده دمایی بالاتر از دمای بحرانی آستنیت حرارت داده می‌شود و پس از آن به منظور تشکیل ساختار مارتنزیت سخت و شکننده از ساختار آستنیت به سرعت در محیط‌هایی مانند آب یا روغن سرد می‌گردد. لازم به ذکر است استفاده از نوع محیط سرد کننده بستگی به هندسه قطعات دارد که برای قطعات دارای هندسه پیچیده از روغن و برای قطعات دارای هندسه ساده از آب استفاده می‌شود. کاربرد این فرآیند بیش‌تر برای ابزار‌های برش و قطعات مکانیکی با سختی بالا می‌باشد.
تمپر (بازگشت)
تمپرینگ به جهت کاهش شکنندگی و تردی ناشی از فرآیند سخت‌کاری انجام می‌شود. بنابراین به منظور بهبود چقرمگی و انعطاف پذیری، قطعه در دماهایی کم‌تر از دمای بحرانی (بسته به سختی مورد نیاز) نگهداری و سپس به آرامی در هوا سرد می‌گردد. به طور کلی فرآیند تمپر کردن دمای مشخصی ندارد و با افزایش دما، سختی کاهش و چقرمگی افزایش می‌یابد.