به دلیل تنش‌های داخلی که در حین سرد شدن سریع در داخل قطعه به وجود می‌آید، تمامی قطعه‌های سخت کاری شده تا حدودی ترد و شکننده‌اند. به همین دلیل است که به ندرت فولادها بلافاصله پس از سرد شدن استفاده می‌شوند؛ مگر در مواردی که به سختی بالا بدون در نظر گرفتن تردی نیاز باشد یا در مورد فولادهای کم کربن.
بازگشت دادن یا تمپر کردن فولاد یعنی چه؟
بازگشت دادن یا تمپر کردن یک عملیات حرارتی است که شامل حرارت دادن فولاد سخت (مارتنزیت) شده تا زیر دمای بحرانی (خط یوتکتوئید)، نگهداری به مدت مشخص و سپس سرد کردن آهسته تا دمای اتاق است. دما و زمان حرارت دادن به ترکیب شیمیایی فولاد، ابعاد قطعه و خواص مکانیکی (شامل سختی) مورد نیاز بستگی دارند. پس از بازگشت دادن یا تمپرینگ تنش‌های داخلی کاهش یافته و یا به طور کلی حذف می‌شوند و در نتیجه، مقاومت ماده در برابر ضربه افزایش پیدا کرده و شکنندگی آن کم می‌شود. در مقابل، سختی و استحکام قطعه سخت شده تا حدودی کاهش خواهد یافت.
ساختار یک فولاد سریع سرد شده ناپایدار است. دلایل این ناپایداری عبارتند از: وجود کربن به صورت فوق اشباع در شبکه بلوری BCT مارتنزیت، انرژی تنشی ناشی از وجود نابجایی‌ها و دوقلوئی‌های بسیار زیاد در ساختار بلوری صفحات مارتنزیتی، انرژی سطحی ناشی از فصل مشترک‌های بسیار زیاد بین صفحه‌های مارتنزیتی و در نهایت، وجود آستنیت باقی مانده که حتی در فولادهای کم کربن نیز اجتناب ناپذیر است.
هنگامیکه یک فولاد مارتنزیت شده برای تمپر شدن حرارت داده می‌شود، هر یک از عوامل فوق نقش نیروی محرکه برای تغییر ساختار در مراحل مختلف را ایفا می‌کنند که عبارتند از: کربن فوق اشباع در شبکه مارتنزیت نیروی محرکه برای تشکیل کاربید، انرژی تنشی نیروی محرکه برای وقوع پدیده بازیابی، انرژی فصل مشترک نیروی محرکه برای رشد دانه‌ها و یا افزایش پیوستگی و وسعت زمینه فریتی و در نهایت، آستنیت باقی مانده نیروی محرکه برای تشکیل پرلیت در حین تمپرینگ.
۳ مرحله اصلی تمپرینگ فولاد
بررسی‌های سیستماتیک انجام شده، سه مرحله مجزا را در حین تمپرینگ فولادها نشان داده است:
- تشکیل کاربیدهای انتقالی مانند کاربید اپسیلون یا کاربید اتا و در پی آن، کاهش کربن زمینه مارتنزیتی تا حدود ۰/۲۵ درصد.
- تبدیل آستنیت باقی مانده با پرلیت.
- جایگزین شدن کاربیدهای انتقالی و مارتنزیت کم کربن توسط پرلیت.
با توجه به مدت زمان بازگشت دادن، ممکن است بازه‌های دمایی مراحل یاد شده بعضاً همپوشانی داشته باشند؛ اما به طور کلی بازه دمایی ۲۵۰-۱۰۰ درجه سانتیگراد، ۳۰۰-۲۰۰ درجه سانتیگراد و ۳۵۰-۲۵۰ درجه سانتیگراد به ترتیب برای مراحل اول، دوم و شروع مرحله سوم گدر نظر گرفته می شوند.
شایان ذکر است که علاوه بر مراحل سه گانه فوق، احتمال بروز تغییرات ریزساختاری دیگری نیز ضمن بازگشت فولادهای سریع سرد شده وجود دارد. از جمله این موارد می‌توان به تشکیل کاربیدهای آلیاژی و ایجاد سختی ثانویه اشاره کرد که می‌توان از آن به عنوان مرحله چهارم بازگشت نام برد.
علت افت شدید سختی در صورت تمپر شدن در دماهای بالا را می‌توان به این عامل نسبت داد که با بالا رفتن دما در کنار وجود زمان کافی، سرعت نفوذ اتم‌های کربن و خارج شدن آن‌ها از زمینه مارتنزیتی که دارای ساختار ناپایدار BCT است افزایش پیدا کرده و ساختار بلوری فولاد به BCC نزدیک می‌شود. بنابراین، صفحات مارتنزیتی به تدریج به زمینه فریتی تبدیل شده و این زمینه فریتی با گذشت زمان شروع به رشد می‌کند که باعث افت سختی و استحکام فولاد می‌شود.
با افزایش دمای بازگشت، سختی کاهش پیدا کرده و مقاومت در برابر ضربه (چقرمگی) افزایش پیدا می‌کند. اما در برخی از فولادها استثنا نیز دیده می‌شود که بسته به ترکیب شیمیایی و عناصر آلیاژی در حوالی دمای ۳۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد اتفاق می‌افتد.
در این محدوده دمایی که اصطلاحاً به تردی مارتنزیت بازگشت داده شده (TME) موسوم است، علیرغم روند فوق الذکر، چقرمگی کاهش و سختی افزایش پیدا می‌کند. این بازه دمایی را بازه سختی ثانویه فولاد نیز می‌نامند. به طور کلی، در شرایطی که به عمر خستگی زیاد (در فولادهای کم کربن) یا در شرایطی که بارگذاری روی قطعه فولادی از نوع فشاری باشد (مثل چرخدنده‌ها و یاتاقان‌ها از جنس فولاد پر کربن)، برای بازگشت از دمای کمتر از بازه دمایی تردی یا سختی ثانویه استفاده می‌شود. در مقابل، در شرایطی که سختی و استحکام اهمیت ثانویه داشته باشند و چقرمگی زیاد هدف اصلی بازگشت دادن باشد، قطعات فولادی را در دمایی بالاتر از بازه دمایی دمایی تردی بازگشت می‌دهند.
گروه صنعتی مبتکران یکی از پیشگامان صنعت فولاد است که در زمینه تولید انواع فولادهای ابزاری و فولاد مهندسی، همچنین عملیات حرارتی فعالیت دارد. پیشرو در صنعت تولید و فروش انواع فولادهای گرمکار، سردکار و فولاد پلاستیک در ایران و جز یکی از چهار شرکت فعال در حوزه عملیات تحت خلاء در ایران است.
