بهبود خواص و عملیات حرارتی ( Improvement of properties and heat treatment )

انجام فرآیند عملیات حرارتی موجب تغییر خواص الکتریکی، مغناطیسی و ساختاری فلزات می‌شود. همان‌طور که کاربرد فلزات متفاوت است، محیط‌های متفاوت هم ویژگی‌های متفاوتی را می‌طلبند. برای مثال، در کارهای مهندسی، سختی و استحکام فلز مد نظر است، در حالی که در کارهای الکتریکی، مقاومت ویژه پایین اهمیت بیشتری دارد. چندین روش برای انجام عملیات حرارتی بر روی فلزات وجود دارد که به‌منظور تغییر خواص فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌منظور دستیابی به نتیجهٔ مطلوب، دمای گرمایش فلز و نرخ خنک سازی آن به‌طور دقیق کنترل می‌شوند. 

• در این روش تلاش بر تغییر ترکیب شیمیایی لایه خارجی بوده که با استفاده از نفوذ صورت می‌گیرد که به عملیات حرارتی-شیمیایی معروف است. در این روش سعی بر آن است که اتم‌های خارجی با ویژگی‌های مورد نیاز سطح به لایه خارجی سطح نفوذ می‌دهند تا سختی لایه خارجی را افزایش بدهند. برای مثال به منظور افزایش مقاومت سطحی آهن می‌توان ازاتم‌های کربن یا ازت یا به‌طور همزمان از هر دو استفاده کرد.

اخیرا جهت بهبود خواص فلزات از روش خنک کردن عمیق استفاده می‌شود. برای مثال برای بهبود خواص فولاد و افزایش مقاومت در مقابل سایش و چقرمگی، آنرا در محفظه بسته حاوی نیتروژن مایع(300- درجه فارینهایت) چند ساعت نگهداری می‌کنند. بعد از این فرآیند که سرمای بسیار بیشتر استنیت است، کاربیدهای ریزتر تشکیل می‌شود و تنش‌های پسماند به سطح انتقال پیدا کرده و قطعات بسیار مقاوم‌تری تولید می‌شود.

کارسختی، تقویت فلز با تغییر شکل پلاستیک است. در ناحیه پلاستیک، تنش واقعی به طور مداوم افزایش می‌یابد، به این معنی که وقتی فلزی فراتر از نقطه تسلیم کرنش می‌شود، برای ایجاد تغییر شکل پلاستیک اضافی به تنش بیشتر و بیشتری نیاز است و به نظر می‌رسد فلز قوی‌تر شده و تغییر شکل آن سخت‌تر شده است. این نشان می دهد که فلز با افزایش کرنش (کار) قوی تر می شود. آلیاژهایی که در معرض عملیات حرارتی نیستند، از جمله فولاد کم کربن، اغلب با کار سخت می شوند. برخی از مواد را نمی توان در دماهای پایین با کار سخت کرد، مانند ایندیم، اما برخی دیگر را می توان تنها از طریق کار سخت کاری، مانند مس خالص و آلومینیوم، تقویت کرد.

تف جوشی (زینترینگ)عبارتست از حرارت دادن پودر دردمای(۷۰تا ۸۰%نقطه ذوب) زیر دمای ذوب ماده. طوریکه در این دما پودرهای ماده بتوانند پیوند ایجاد کنند. یکی از مشخصه های مهم تف جوشی حساسیت شدید پیشرفت آن نسبت به دما است.

کار گرم خواص مهندسی قطعه کار را بهبود می بخشد زیرا ریزساختار را با ساختاری که دارای دانه های کروی شکل ریز است جایگزین می کند. این دانه ها استحکام، شکل پذیری و چقرمگی مواد را افزایش می دهند. در فرآیندهای کار گرم، بی نظمی های ترکیبی از بین می روند و ناخالصی های غیرفلزی به قطعات کوچک و نسبتاً بی ضرر تقسیم می شوند که به جای اینکه در توده های فلز کاری بزرگ که تنش را افزایش می دهند، به طور یکنواخت در سراسر فلز پراکنده شوند.

پخت مواد ممکن است حین شکل دهی یا بعد ار آن انجام شود. پخت قطعات پلیمری، سرامیکی و در بعضی فلزات، بسیار مرسوم است و با پخت کردن استحکام اینگونه قطعات به نحو چشمگیری افزایش می‌یابد.

 استفاده از فرآیند تشعشع در مقیاس وسیع از پرتوهای یونیزان است که انرژی کافی برای حذف الکترون های متصل از مدار یک اتم دارد و گونه های واکنشی ایجاد می کند که بیشتر واکنش نشان می دهند و
کیفیت مواد را بهبود می‌دهد و البته انرژی موجود برای فعال سازی هسته ای کافی نیست، بنابراین محصولات رادیواکتیو نمی شوند.

در سال های اخیر، محققان از میدان مغناطیسی برای تنظیم ساختار و خواص مواد مغناطیسی مختلف استفاده کرده اند. با تعمیق تحقیقات، بسیاری از پدیده های مغناطیسی جدید کشف شده اند. با استفاده از فناوری همزن الکترومغناطیسی، میدان مغناطیسی به پیشرفت های قابل توجهی دست یافت که ریزساختار و ویژگی های فرآیند انجماد فلز را بهبود بخشید. این به تدریج جهت ریزساختار و خواص توسعه مواد فلزی جامد را تنظیم می کند، که عمدتاً در عملیات حرارتی مواد فلزی به کمک میدان مغناطیسی، کمک تغییر شکل پلاستیک، و مواد فلزی به طور مستقل برای بهبود ساختار و خواص مواد منعکس می شود که به نتایج خوبی دست یافته اند.