مقاله در مورد عملیات حرارتی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 مقاله در مورد عملیات حرارتی دارای ۷۱ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد عملیات حرارتی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد عملیات حرارتی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله در مورد عملیات حرارتی :

عملیات حرارتی

مطالعات و بررسیهایی که توسط یک شرکت بزرگ تولید کننده فولادهای ابزار، در رابطه با علل شکست و خرابیهای زودرس ابزارها و قالبها انجام شده، نشان می دهد که در %۷۰ موارد، انجام عملیات حرارتی نادرست باعث ایجاد عیوب بوده است. بنابراین می توان ادعا کرد که عملیات حرارتی ، مهم ترین مرحله در ساخت ابزارها و قالبهای با کیفیت می باشد.

هر چند که امروزه توصیه می شود که از تجهیزات مدرن عملیات حراردتی، نظیر کوره های خلاء برای ساخت قالبها و ابزارها استفاده شود، ولی هنوز هم بسیاری از استادکاران عملیات حرارتی می توانند با تجهیزاتی شبیه به آهنگریهای قدیمی، قالبها و ابزارهای با کیفیت بسازند. از طرف دیگر نیز ممکن است یک اپراتور عملیات حرارتی با به کارگیری تجهیزات مدرن و پیشرفته نتواند یک قط

عه را بخوبی عملیات حرارتی کرده و قطعه قالب به سرعت ترک برداشته و خراب شود.
در این فصل خلاصه ای از روشهای درست عملیات حرارتی قالبها وابزارها ارائه می شود.همچنین با استفاده از تصویرهای مختلف، مشکلات و عیوب رایج در عملیات حرارتی، به همراه روشهای پیش گیری از آنها نیز مطرح می شود.
عملیات حرارتی فقط سخت کردن نیست

عملیات حرارتی نقطه کانونی عملیات ساخت یک قالب یا ابزار به شمار می رود. البته هنوز هم در اغلب کارخانجات، بیشترین تأکید در عملیات حرارتی را بر ایجاد سختی مورد نظر در فولاد می کنند. ولی در واقع، سختکاری باید یک سطح سختی مطلوب را به همراه خواص فیزیکی ومهندسی فراوان دیگر در قطعه کار ایجاد کند، تا آن قطعه بتواند بهترین کارآیی را از خود بروز دهد. برای انجام چنین کاری باید کلیه پرسنلی که به نحوی با ساخت ابزارها و قالبها مرتبط هستند، یک اطلاعات پایه راجع به اصول، متالوژی، مشکلات رایج و تکنیکهای ساختکاری فولادها داشته باشند. این افراد باید سیکلهای حرارتی(Thermal Cycles) را در عملیات حرارتی بفهمند.
سختکاری دقیق قطعات باعث ایجاد یک ساختار پایدار، یکنواخت وریز دانه می شود که سختی در همه قسمتهای آن یکسان است و میزان تنش در آن کم می باشد.
• مشخصات سختی مورد نیاز برای هر ابزار یا قالب را بررسی کنید،
• در عملیات حرارتی قطعات سنگین با سطح مقطع زیاد و فرمهای پیچیده، دقت بیشتری به عمل آورید،
• انجام سیکلهای تنش زدایی را قبل از ماشینکاری نهایی و قبل از سختکاری، فراموش نکنید،
• زمان سیکلهای حرارتی را کوتاه نکنید، زمان کافی را برای عملیات مختلف نظیر تنش زدایی، پیش گرم، سختکاری، کوئنچ و تمپرینگ مصرف کنید،
• سختی قطعه کار را پس از کوئنچ اندازه گرفته و ثبت کنید تا از صحت عملیات سختکاری اطمینان یابید،
• قطعه کار را بیش از حد سخت نکنید، سختی ابزار باید تا اندازه ای باشد که نیازهای پیش بینی شده از نظر مقاومت سایشی و چقرمگی را تأمین نماید و
• طراح سیکل عملیات حرارتی، باید اپراتور عملیات حرارتی را بشناسد و با روشهای سختکاری او، قابلیتها و محدودیتهای تجهیزات او آشنا شود.
هیچ کاری را به شانس واگذار نکنید.

هر ساله، ابزارها و قالبهای بسیاری به ارزش صدها هزار دلار، به دقت طراحی و ماشینکاری می شوند و سپس به بخش عملیات حرارتی ارسال می گردند، در حالیکه اطلاعات اندکی درباره نحوه عملیات حرارتی آنها از طرف واحد طراحی به اپراتورهای عملیاتی حرارتی ارائه می شود. بدین ترتیب تعداد زیادی ابزار به علت انجام نادرست عملیات حرارتی معیوب شده و نمی توانند کارای

ی خوبی در تولید داشته باشند.همیشه به یاد داشته باشید که فقط چند ساعت عملیات حرارتی نامناسب می تواند صدها ساعت کار انجام شده در مراحل طراحی و ساخت را به هدر دهد.
در شکل ۸-۲ یک ماتریس ساخته شده از فولاد A2 نشانداده شده است. این ماتریس پس از جازدن پرسی تکه هایی در شیارهای جانبی آن شکسته است.تردی خیلی زیاد این قطعه که در

اثر تمپرینگ ناکافی آن ایجاد شده، باعث شکستن آن شده است، در حالی که سختی ۶۲-۶۴ HRC خیلی زیاد بوده و برای چنین ابزاری اصلاً مناسب نبوده است.
هیچ وقت عملیات حرارتی را به شانس واگذار نکنید. همیشه برای این کار یک برنامه تهیه کنید. یک فولاد مناسب برای ابزار یا قالب انتخاب کنید، برنامه عملیات حرارتی را با همه جزئیات شامل دستورالعمل سختکاری و تمپرینگ آماده نمایید. خیلی مهم است که جزئیات این برنامه و تجهیزاتی که برای اجرای آن لازم است، برای اپراتور عملیات حرارتی توضیح داده شود. به عبارت دیگر باید در مورد نکات زیر سخت گیرانه عمل کرد:
• انتخاب دماهای مناسب و زمانهای کافی در سختکاری( آستنیته کردن) و تمپرینگ،
• اندازه گیری و ثبت سختی ابزار پس از کوئنچ،
• انجام عملیات تمپرینگ دو مرحله ای و گاهی سه مرحله ای برای فولادهای سخت شونده در هوا،
• تعیین حداقل دما و زمان در عملیات تمپرینگ و
• نظارت و کنترل بر سیکلهای حرارتی واطمینان از انطباق کلیه مراحل و نتایج حاصله با مشخصات مورد انتظار.
بدانید که یک عملیات حرارتی خوب، زمان کافی و طولانی طلب می کند. هیچ وقت نباید به اپراتور عملیات حرارتی فشار آورده تا کارها را زودتر انجام دهد و او ناچار سیکلهای حرارتی را کوتاه کند.
ارتباط قسمتها با هم باید قوی باشد
وجود ارتباط بین قسمتهای مختلف، یکی از کلیدهای موفقیت در ساخت و به کارگیری ابزارها و قالبها است. همه قسمتهایی که در طراحی، ساخت، عملیات حرارتی، تولید و تعمیرات مشغول به کار هستند باید با هم مثل یک تیم کار کنند و بتوانند الزامات و نکات مهم را با هم تبادل نمایند تا ساخت وبه کارگیری ابزار بهینه گردد.
در شکل ۸-۳ مثالی از یک برگه اطلاعاتی که باید برای عملیات حرارتی یک ابزار تهیه و کامل گردد،

نشانداده شده است. سه بند اول این برگه باید توسط بخش فرستنده( طراحی یا برنامه ریزی ساخت) و بندهای بعدی توسط واحد عملیات حرارتی تکمیل شوند.
مقایسه دماهای مختلف و رنگهای حاصل از حرارت
در جدول ۸-۱ دماهای مختلف حاصل از پدیده های گوناگون وفیزیکی و صنعتی، برای مقایسه لیست شده است.
در عملیات حرارتی، سختکاری شعله ای (Flame Hardening) و جوشکاری می توان از رنگ فولا

د که در اثر حرارت در آن به وجود می آید، برای تشخیص و کنترل دمای آن استفاده نمود. در جدول ۸-۲ رنگ فولاد در حرارتهای رایج برای سختکاری آن ارائه شده است. رنگ فولاد در دماهای پایین تر که در تمپرینگ و تنش زدایی به وجود می آید نیز در جدول ۸-۳ ثبت شده است. البته تشخیص این رنگها بستگی به تعبیر و مشاهد چشمی اشخاص دارد و ممکن است قضاوت افراد مختلف با هم متفاوت باشد.
جدول
بارگذاری قطعات در کوره
در کلیه سیکلهای حرارتی، نحوه چیدن وبار گذاری قطعات در کوره و تکیه گاه ها وظرفهایی که برای این کار استفاده می شود، اهمیت بسیاری دارد. پر کردن کوره و چیدمان نامناسب قطعات در آن سبب می شود که حرارت منقله به قطعات یکسان نباشد و پیش بینی درستی در مورد زمان نگهداری قطعات در حرارت مورد نظیر نیز نتوان کرد. زمان نگهداری (Soaking time) عبارت است از مدت زمان که قطعه کار در یک محدوده دمایی خاص( برای هم دما شدن) نگهداشته می شود.
زمان نگهداری باید به اندازه کافی طولانی باشد تا آستنیته شدن فولاد کامل شود و عملیات تمپرینگ نیز بر روی فولاد مؤثر باشد. قطعاتی که تیکه گاه مناسبی در عملیات حرارتی نداشته باشند، حتی در اثر وزنشان هم ممکن است خم شوند و تاب بردارند. این موضوع مخصوصاً در مورد قطعات با شکل پیچیده مهم است و معمولاً وقتی تعداد زیادی قطعه در کوره حرارت داده می شوند، اتفاق می افتد. تصاویر ارائه شده در شکل ۸-۴ و نکات زیر می توانند در بهینه سازی عملیات حرارتی مؤثر باشند:
• هیچ وقت فضای کوره را از قطعات انباشته نکنید. در یک کوره بار زیاد، قطعات به خوبی در جریان گردش هوای داغ داخل کوره قرار نمی گیرند و به طور یکنواخت گرم نمی شوند. وقتی یک اختلاف زمانی بین حرارت واقعی کوره ورسیدن دمای قطعات به این حرارت وجود داشته باشد، احتمال ایجاد عیوب ناشی از عملیات حرارتی در قطعات افزایش می یابد،
جدول
• سعی کنید قطعات از هم فاصله کافی داشته باشند تا بتوانند ه طور یکنواخت گرم و سرد شوند.بهتر است در نقاط مختلف فضای کوره، ترموکوپل نصب شود تا دمای کوره در نقاط مختلف مورد کنترل قرار گیرد و بتوان دمای قطعات در نقاط مختلف کوره را نیز برآورده نمود. همه قطعات را بر روی تیکه گاه های مناسب داخل کوره بچینید( شکل ۸-۴).
با استفاده از تکیه گاه مناسب می توان اطمینان داشت دمای هر قطعه یکنواخت است. تکیه گاه باید از مواد مقاوم در برابر حرارت یا نسوز (Heat-Resisting) نظیر فولادهای زنگ نزن سری ۳

۰۰ ساخته شوند. نوع آلیاژ مورد استفاده در ساخت این تکیه گاه ها بستگی به شرایط، دما وزمان حرارت دهی داخل کوره دارد. معمولاً از میلگردهایی با قطر ((۱۲۷-۱۹۱ mm 1/2- 3/4 in به عنوان تکیه گاه در کوره های اتاقی استفاده می شود تا سطح تماس قطعات با تکیه گاه ها نیز به حداقل برسدو

• سعی کنید کوره را با قطعاتی که ابعاد، فرم و جرم مشابه دارند، بارگیری نمایید.
سختکاری و تنشهای مربوط به آن
داشتن اطلاعاتی درباره تنشهای ایجاد شده در ابزارها در عملیات حرارتی آنها، می تواند مفید باشد. در شکل ۸-۵ سیکلهای عملیات حرارتی یک فولاد D2 سخت شونده در هوا نشانداده شده است. برای شروع سختکاری، ابتدا باید فولاد دردمای(C ْ ۶۴۹) F ْ ۱۲۰۰ پیش گرم شده و سپس تا دمای (C ْ۱۰۱۰) F ْ ۱۸۵۰ گرم شود تا آستینته گردد. سختکاری این فولاد در هوا انجام می شود تا به دمای (C ْ۶۶) F ْ ۱۵۰ برسد. پس از سختکاری لازم است چند بار تمپرینگ وعملیات برودتی زیر صفر برروی فولاد انجام شود.
به هنگام گرم کردن در عملیات پیش گرم و آستنیته کردن، فولاد منبسط می شود و تنشهای حرارتی در آن به وجود می آید. وقتی قطعه کار در کوره حرارت داده می شود، سطح آن زودتر از داخل آن انبساط می یابد و این وضعیت آنقدر ادامه می یابد تا همه نقاط قطعه، هم دما گردد. این انبساط اختلافی باعث ایجاد تنشهای دیگری نیز در قطعه کار خواهند شد.
تنشهای انتقالی (Transformation Strsses) هنگامی به وجود می آیند که فولاد به دمای برسد. در این دما ریز ساختار فولاد منقض شده و به آستنیت تبدیل می شود و این انقباض پیش رونده آنقدر ادامه می یابد تا همه ساختار تبدیل به آستنیت تبدیل می شود و این انقباض پیش رونده آنقدر ادامه می یابد تا همه ساختار تبدیل به آستنیت گردد( یعنی هنگامی که همه نقاط قطعه کار به دمای برسند.) چون حجم واحد جرم آستنیت کوچکتر از ساختار آنیل شده می باشد، این انقباض اتفاق می افتد.
این انقباض در ترکیب با اختلاف دمایی سطح و درون قطعه، تنشهای اضافی در قطعه کار به وجود می آورد. پس از رسیدن دمای قطعه به قطعه کار شروع به انبساط می کند، زیرا افزایش حرارت آن تا رسیدن به دمای سختکاری ادامه خواهد یافت.
هر چه سرعت گرم کردن بالاتر باشد، میزان تنشها درقطعه کار بیشتر خواهد بود. با توجه به

وجود این اختلافات دمایی، تنشهای ایجاد شده در قطعات پیچیده تر، که در آنها دیواره های نازک در مجاورت دیواره های ضخیم قرار دارند، بیشتر خواهد بود.وقتی همه نقاط قطعه کار به دمای آستنیته رسیده و هم دما گردیدند، تنشهای داخل قطعه به صفر می رسد.
وقتی قطعه کار از دمای آستنیته، کوئنچ می شود نیز خنک شدن درون قطعه کار به سطح آن با تأخیر انجام می شود و مجدداً در آن تنش به وجود می آید. هر چه سرعت سرد شدن قطعه کار در عملیات کوئنچ بیشتر باشد، این اختلاف دمایی بین داخل و سطح نیز بیشتر می شود. در نت

یجه درجه انقباض درون و سطح کار بیشتر و میزان تنش ایجاد شده شدیدتر خواهد بود.
به هنگام کوئنچ، در دمای خاص، مارتنزیت شروع به تشکیل شدن می کند و در این دما، انقباض قطعه کار متوقف می شود و فولاد در پایین تر از این دما شروع به انبساط می کند. در اثر این انبساط تنشهای انتقالی در قطعه کار به وجود می آید و این تنشها تا وقتی کل ساختار تبدیل به مارتنزیت شود، ادامه می یابد با کاهش بیشتر دمای قطعه کار، مجدداً انقباض در قطعه کار به وجود می آید.
در پایان عملیات کوئنچ، حجم کلی قطعه کار نسبت به حجم آن در حالت آنیل شده بزرگتر می باشد. دلیل این پدیده این است که در یک جرم مساوی، حجم مارتنزیت بزرگتر از ساختار آنیل شده فولاد و همچنین بزرگتر از ساختار آستنیت است. با توجه به اینکه این انبساط حجمی ممکن است در فواصل زمانی متفاوتی در فولاد اتفاق آغاز شود، تنشهای اختلافی در قطعه کار به وجود خواهد آمد و میزان این تنش به یکنواختی عملیات کوئنچ، ضخامت قطعه کار طرح آن و عوامل دیگر بستگی دارد.
در عملیات سختکاری فولادهای ابزار، چند مرحله تمپرینگ و عملیات برودتی زیر صفر از اهمیت خاصی برخوردار است. این عملیات می توانند فولاد را پس از کوئنچ، تنش زدایی کرده و باعث شوند که تبدیل آستنیت به مارتنزیت کامل گردد. یک ابزار فولادی که در عملیات حرارتی خود چنین مراحلی را بگذارند، در عملیات تکمیلی نظیر سنگ زنی نهایی، ماشینکاری EDM، جوشکاری و در عملیات تولیدی کمتر دچار تغییر ابعادی و ترک خواهد شد.
پیچیدن قطعه کار در لفافهای فولادی زنگ نزن
در کارخانجاتی که کوره های خلاء و کوره های با اتمسفر کنترل شده (Atmosphere Controlled) وجود ندارد برای حفاظت از سطح قطعه فولادی در عملیات سختکاری، معمولاً از لفافهای فولادی زنگ نزن (Stainlrss Foil) استفاده می گردد. با پیچیدن قطعه کار در این لفافها از کربن زدایی سطح فولاد در دماهای بالا جلوگیری خواهد شد.
لفافهای فولادی زنگ نزن برای آستینیته کردن فولادهای سخت شونده در هوا در دمای حداکثر (C ْ ۱۰۹۳)F ْ ۲۰۰۰ و مدت زمان حداکثر ۶ ساعت مناسب است. برای حفاظت از سطح قطعات فولادی سخت شونده در هوا که دمای آستنیته کردن آنها حداکثر(Cْ ۱۲۲۷)F ْ ۲۲۴۰ است، توصیه می شود از لفافهای فولادی زنگ نسوز استفاده گردد. توجه داشته باشید که از لفافهای فولادی فقط در سختکاری فولادهای سخت شونده در هوا می توان استفاده نمود و باید قطعه کار را قبل از شروع عملیات در این لفاف پیچید. فولادهای ابزار سخت شونده در روغن را معمولاً در لفافهای حفاظ فولادی نمی پیچیند، زیرا این لفاف را به هنگام کوئنچ باید از دور قطعه کار باز نمود. تا سرد شدن آن با سرعت مطلوب انجام شود.
در استفاده از لفافهای فولادی محافظ، باید نکات زیر را درنظر داشت:

• قطعه کار باید با دقت در لفاف پیچیده شده و آب بندی گردد،
• لفاف محافظ نباید حین عملیات حرارتی سوراخ یا پاره شود،
• به هنگام پیچیدن لفاف به دور قطعه کار، در گوشه های تیز تکه هایی اضافی از لفاف قرار دهید تا قطعه کار، لفاف را سوراخ نکند،
• لفاف را به صورت سه لایه به دور قطعه کار بپیچید تا یک بسته بندی کامل که هوا به آن نفوذ نکند، به وجود آید،

• قطعه کار لفاف پیچ شده را به صورت عادی حرارت داده و در هوا کوئنچ کنید. با توجه به اینکه وجود این لفاف به هر حال مانعی در انتقال حرارت ایجاد می کند، زمان نگهداری در حرارت سختکاری باید کمی طولانی تر از زمان عادی در نظر گرفته شود تا قطعه کار به خوبی گرم گرددو
• لازم نیست لفاف را قبل از کوئنچ باز نمود، زیرا پوشش فولادی به هنگام کوئنچ کردن در هوا می تواند انتقال حرارت کافی از قطعه کار به محیط را به وجود آورد. قطعه کار لفاف پیچ شده پس از سختکاری، دارای سطحی عاری از اکسید و پوسته خواهد بود که کربن زدایی هم نشده است.
گاهی اوقات در عملیات کوئنچ ابزارهای بزرگ، بهتر است ابتدا قطعه کار لفاف پیچ شده تا دمای (C ْ ۱۲۲۷) F ْ۲۰۰۰ به کار برد و
• عملیات حرارتی فولادهای تندبر که دمای آستنیته کردن آنها بالا است، توصیه می شود از لفافهای نسوز از جنس فولاد ۳۰۹ با ضخامت (۰۰۵mm)0.002 in استفاده شود. این لفافها را می توان تا دمای حداکثر (C ْ۱۲۲۷) F ْ ۲۲۴۰ بکار برد.
اتمسفر کوره های عملیات حرارتی
وقتی فولادهای ابزار تا دمایی بالاتر از (C ْ۵۸۳) F ْ ۱۰۰۰ گرم می شود، سطح این فولادها، با توجه به محیط و فضایی که در آن قرار دارند، دچار تغییر شیمیایی می گردد. اگر اتمسفر کوره که فولاد در آن گرم می شود، اکسید کننده باشد ( مثلاً به دلیل اکسیژن موجود در هوا) کربن سطح فولاد با اکسیژن ترکیب شده و در نتیجه سطح فولاد کربن زدایی خواهد شد. اگر اتمسفر کوره احیا کننده (Reducing) باشد ( مثلاً عاری از اکسیژن و مملو از کربن باشد)، مقداری از کربن در سطح فولاد نفوذ کرده و باعث کربن دهی این سطح می شود.
در اغلب موارد، مقدار کربن موجود در ساختار فولاد نباید در عملیات حرارتی تغییر کند و این پدیده برای ابزار فولادی زیان آور است. بنابراین لازم است فولادهای ابزار را در کوره هایی با اتمسفر کنترل شده ( که نه اکسید کننده و نه احیا کننده باشد، بلکه برای آن نوع فولاد، خنثی باشد)، عملیات حرارتی نمود.
اتمسفر رایج در کوره های سختکاری فولادهای ابزار که خنثی محسوب می شوند ،عبارتند از: خلاء، گازهای بی اثر (Inert Gases) گرماگیر (Endotherhermic) و گرمازا(Exothermic).
گازهای بی اثر
استفاده از گازهای بی اثر( نظیر آرگن ونیتروژن) در کوره ها، ساده ترین روش برای جلوگیری از پوسته شدن (Scaling) و کربن زدایی سطح فولاد است. وقتی فضای یک کوره کاملاً بسته، پر از یک گاز بی اثر باشد، این گاز با قطعه فولادی داغ ترکیب شیمیایی ایجاد نمی کند و سطح قطعه کار کربن زدایی نخواهد شد.متاسفانه گازهای بی اثر گران قیمت هستند و به همین دلیل استفاده از آنها محدود است.

اتمسفر گرماگیر
اتمسفر گرماگیر هنگامی ایجاد می شود که مخلوطی از هوا و گاز طبیعی یا پروپان از روی یک کاتالیزور گرم عبور کند. وجود گرما و کاتالیزور باعث ترکیب هوا و گاز و به وجود آمدن مخلوطی از نیتروژن (۴۰%) کربن منواکسید (۲۰%) هیدروژن (۴۰%) و مقداری بخار آب خواهد شد. مخلوط گازهای حاصل سرد شده و سپس به فضای کوره پمپاز می شود. پتانسیل کربن در گاز گرماگیر (مخلوط گاز حاصل) تابعی از نقطه شبنم (میزان رطوبت) در اتمسفر گازی می باشد. نقطه

شبنم (Dew point) باید براساس نوع فولاد تنظیم گردد. شدت جریان عبور گاز از کوره و فشار مثبت گاز درون کوره باید به دقت کنترل شود. اگر این کار انجام شود، می توان کربن زدایی یا کربن دهی سطح فولاد را کنترل نمود.
اتمسفر گرمازا
کوره های با اتمسفر گرما زا دارای ساختار ساده و نسبتاً ارزان قیمت هستند. این اتمسفر را می توان از احتراق ناقص مخلوط هوا و گاز ( اغلب گاز طبیعی یا پروپان) تولید کرد. مخلوط هوا- گاز در حضور یک کاتالیزور می سوزند.
رطوبت حاصل از احتراق را می توان به هنگام سرد شدن گاز حاصل از احتراق، به صورت میعان جدا نمود. کیفیت گاز گرمازا، که در این عملیات حاصل می شود، به یکنواختی ترکیب گاز سوختنی، که با هوا ترکیب شده و از مجاورت کاتالیزور عبور می کند، بستگی دارد.
نکات احتیاطی
مخلوط گازها با هوا، برای تولید اتمسفر گرماگیر و گرمازا به کار می روند، تحت شرایط خاصی، قابل انفجار هستند.
بنابراین وقتی کوره روشن می شود، نباید بلافاصله گاز اتمسفر را به کوره هدایت کرد. بلکه باید صبر کرد تا دمای آن به (C ْ۷۶۰) F ْ۱۴۰۰ برسد یا بیشتر از آن شود.
خلاء
استفاده از کوره های با اتمسفر خلاء بهترین روش در محافظت از سطح فولادها در عملیاتی حرارتی می باشد.
کوره های خلاء (Vacuum furnace) به روش الکتریکی گرم می شوند. در صورتی که بتوان درب یک کوره و دیگر درزهای آن را به خوبی آب بندی کرد و با یک پمپ خلاء هوای داخل کوره را تخلیه نمود، می توان ادعا کرد که قطعات داخل کوره در شرایط نزدیک به خلاء عملیات حرارتی شده اند. با ایجاد خلاء در کوره، سطح اکسیژن در آن پایین می آید، به طوری که دیگر اثری بر روی فولاد در د ماهای بالا نخواهد گذاشت. در کوره های خلاء پدیده های نامطلوب دیگر از جمله کربن دهی و کربن زدایی نیز اتفاق نمی افتد. یک تصویر ساده از یک کوره خلاء در شکل ۸-۶ نشانداده شده است.
عملیات حرارتی در کوره های خلاء

حفاظت از سطح فولاد بدون شک یکی از مهمترین مراحل در عملیات حرارتی می باشد. فولاد در دماهای بالا با هر ماده ای که در مجاورت آن باشد، واکنش شیمیایی می دهد، خواه گاز باشد یا مایع. واکنش اکسیژن با سطح فولاد باعث ایجاد پوسته(scale) در سطح و کربن زدایی در زیر این پوسته ها می شود. ترکیب اغلب گازها با فولاد، باعث افزایش کربن یا کربن دهی سطح فو

لاد خواهد شد. اگر عملیات حرارتی در کوره های خلاء به درستی اجرا گردد، سطح فولاد حین عملیات کاملاً محافظت می شود. پس از عملیات حرارتی در کوره خلاء، سطح فولاد ابزار به رنگ روشن، تمیز و عاری از عیوب کربن دهی یا کربن زدایی خواهد بود.
معمولاً برداشت غلطی از عبارت “خلاء” می شود.ایجاد خلاء کامل هنوز امکان ندارد و غیر ممکن است و بتوان محفظه کوره را حتی با به کارگیری بهترین تجهیزات خلاء کاملاً تخلیه نمود. اندازه گیری میزان خلاء در واقع نشاندهنده میزان موادی است که پس ا ز ایجاد خلاء در محفظه باقی می ماند. هر مقدار گازی که داخل محفظه باقی مانده باشد.فشاری تولید می کند که متناسب با مقدار آن است.
واحد های سنجش میزان خلاء خیلی کوچک هستند: اینچ جیوه یا میکرون (mm 0.001 یا m ) جیوه طی تحقیقی که شرکتهای فولادسازی Bethlehem و Lindberg انجام داده اند، معلوم شده است که عملیات حرارتی بر روی اغلب فولادها در کوره خلاء را می توان در محدوده خلاء نسبی (m 100-200) 0.39-0.78 in جیوه به طور رضایت بخشی انجام داد. البته کوره باید در شرایط مطلوبی قرار داشته و میزان نشتی آن خیلی کم باشد.
البته، در صورت امکان باید از میزان خلاء (m 50-100) 0.20 -0.39 یا پایین تر در کوره استفاده کرد تا بتوان اطمینان داشت کربن زدایی در فولاد اتفاق نمی افتد. کربن زدایی در اثر وجود نشتی در کوره ها و یا به علت رطوبت گازهای بی اثر که در کوئنچ فولاد به کار می روند، ایجاد می شود. همه فیکسچرها، سبدها و دیگر تجهیزاتی که در کوره های خلاء وارد می شوند، باید قبل از ورود به کوره کاملاً تمیز شوند.

اصول اولیه
هر چند که کوره های خلاء ممکن است خیلی پیچیده به نظر آیند، ولی در واقع سیستم ساده ای دارند. اپراتور کوره باید دستورالعملهای توصیه شده از طرف سازنده کوره را که در دفترچه نوشته شده است، به کار بندد و از پر کردن بیش از حد کوره نیز پرهیز نماید.
بارگیری کوره به میزان مناسب، هم در عملکرد کوره وهم در نتیجه عملیات حرارتی آن تأثیر مثبت دارد.قطعات باید به اندازه کافی از هم فاصله داشته باشند تا انتقال حرارت به سهولت امکا

نپذیر باشد. پر کردن بیش از حد کوره می تواند مشکلات زیر را به وجود آورد:
• طولانی شدن بیش از حد زمان گرم شدن قطعات که بستگی به میزان جرم قطعات داخل کوره دارد و حتی ممکن است بعضی قطعات به دمای مناسب برای سختکاری نرسند،
• کوئنچ شدن ناقص وسست (slack quench) که باعث تغییر حالت متالورژیی ناقص در فولاد شده و فولاد بخوبی سخت نمی شود،
• کوئنچ شدن غیریکنواخت قطعات که باعث ایجاد اعوجاج وانقباض اختلافی در آنها خواهد شد و
• ایجاد اختلاف دمایی که باعث تغییر حالت متالورژیکی غیر یکنواخت وناهنجاریهای متالورژیکی در قطعات می گردد.
قرار دادن قطعات در سبدهای مناسب قبل از بارگیری کوره خیلی مهم است، مخصوصاً اگر سطح مقطع متغیر باشد. در صورتی که لازم باشد قطعات مختلف با فرمهای هندسی وسطح مقطعهای متفاوت در کوره بارگیری شوند، سعی کنید دیواره های نازک تر قطعات در مجاورت هم قرار گیرند و بین قطعات فاصله وجود داشته باشد.
کوئنچ کردن
در بعضی کوره های خلاء تجهیزاتی نیز برای کوئنچ کردن قطعات در همان محیط خلاء تعبیه می شود. قطعات پس از آستنیته شدن در این کوره ها معمولاً در روغن کوئنچ می شوند. در بعضی از کوره های خلاء از سیستم کوئنچ خاصی(backfill quench system) استفاده می کنند که در آن، پس از آستنیته شدن قطعات در شرایط خلاء یک گاز بی اثر( آرگن یا نیتروژن) داخل کوره را پر می کند و باعث کوئنچ شدن قطعات می شود. سرعت کوئنچ در این کوره ها خیلی سریع است (F ْ۱۰۰۰ یا C ْ ۵۳۸ در دقیقه). با این سرعت کوئنچ می توان فولادهای سخت شونده در هوا و بسیاری از فولادهای سخت شونده در روغن را سختکاری نمود.
آنیل کردن فولادهای ابزار وفولادهای آلیاژی
آنیل کردن(annealing) فولاد باعث کاهش سختی و بهبود قابلیت ماشینکاری آن می شود. فولاد آنیل شده را می توان به صورت سرد تغییر شکل داد و ریز ساختار مورد نظر را در آن ایجاد نمود. معمولاً فولادهای آلیاژی و فولادهای ابزار در حالت آنیل شده در بازار عرضه می شوند. گاهی اوقات نیز لازم می شود مصرف کننده نهایی فولاد را آنیل کند، مثلاً هنگامی که فولاد در حالت فورج شده یا نورد شده خریداری می شود، یا قبل از سختکاری مجدد فولادی که سخت شده است

و یا به هنگام آماده سازی یک ابزار فولادی قبل از جوشکاری.
برای اجرای یک عملیات آنیلینگ موفق باید قطعه کار ابتدا بآرامی گرم شود تا به دمای آنی

ل مناسب برسد و سپس برای مدت کافی در این دما نگهداشته شود تا تبدیلات ساختاری آن انجام شود و در نهایت باید قطعه کار آهسته، با سرعت یکنواخت و تحت کنترل سرد شود و این مرحله بسیار مهم است. در جدول ۸-۴ سیکل آنیلینگ برای چند فولاد ابزار ارائه شده است.
چند نکته مفید در آنیل کردن قطعات عبارتند از:
• هنگامی که لازم است یک ساختار بهینه و با قابلیت ماشینکاری خوب در فولاد به وجود آید، آن را آنیل کنید،