فرآیندهای آنیل کردن آهنرباهای آلنیکو، شامل آنیل کردن تنشزدایی و آنیل کردن عملکردی، برای بهینهسازی خواص مغناطیسی و پایداری مکانیکی آنها بسیار مهم هستند.
۱. آنیل تنشزدایی
هدف :
برای از بین بردن تنشهای پسماند ایجاد شده در طول فرآیندهای تولیدی مانند ریختهگری، آهنگری، ماشینکاری یا جوشکاری، و در نتیجه بهبود پایداری ابعادی و کاهش خطر ترک خوردگی یا تغییر شکل.
پارامترهای کلیدی فرآیند :
- محدوده دما : معمولاً در دماهای پایینتر از دمای بحرانی (Ac1) آلیاژ، معمولاً بین ۴۰۰ تا ۶۵۰ درجه سانتیگراد ، انجام میشود. برای قطعات جدار نازک یا قطعاتی که به راحتی تغییر شکل میدهند، دما ممکن است پایینتر باشد (مثلاً ۵۰۰ تا ۵۵۰ درجه سانتیگراد برای قطعات جوشکاری شده).
- نرخ گرمایش : گرمایش آهسته برای جلوگیری از ایجاد تنشهای جدید ضروری است. به عنوان مثال، قطعات ممکن است در دمای ≤300 درجه سانتیگراد بارگذاری شده و با سرعت ≤100-150 درجه سانتیگراد در ساعت گرم شوند.
- زمان نگهداری : بستگی به ضخامت و پیچیدگی قطعه دارد. برای قطعات جوشکاری شده، ۲ تا ۴ ساعت معمول است؛ برای قطعات دقیق مانند غلافها یا شفتهای با دقت بالا، زمان نگهداری ممکن است تا ۱۰ تا ۱۲ ساعت افزایش یابد.
- روش خنکسازی : خنکسازی کوره (FC) برای اطمینان از آزادسازی تدریجی تنش ترجیح داده میشود. برای برخی قطعات، خنکسازی تا دمای 300 درجه سانتیگراد در کوره و به دنبال آن خنکسازی در هوا ممکن است قابل قبول باشد.
مکانیسم :
تنشهای پسماند از تغییر شکل پلاستیک غیر یکنواخت در طول ساخت ناشی میشوند. عملیات حرارتی آنیل تنشزدایی، جریان پلاستیک موضعی را در دماهای بالا افزایش میدهد و به نابجاییها اجازه میدهد تا دوباره مرتب شوند و تنشها بدون تغییر قابل توجه ریزساختار ماده، از بین بروند.
۲. آنیل عملکردی (آنیل مغناطیسی)
هدف :
بهینهسازی خواص مغناطیسی آهنرباهای آلنیکو، مانند پسماند مغناطیسی (Br) ، وادارندگی (Hc) و حاصلضرب انرژی حداکثر ((BH)max) ، با دستیابی به یک ریزساختار مطلوب (مثلاً ساختارهای اسپینودال همتراز در آلنیکو ناهمسانگرد).
پارامترهای کلیدی فرآیند :
- محدوده دما:
- عملیات محلولسازی (همگنسازی) : معمولاً در دمای ۱۲۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد انجام میشود تا فازهای ثانویه در یک محلول جامد تکفاز حل شوند.
- تجزیه اسپینودال (پیرسازی) : پس از کوئنچ، آلیاژ به مدت ۴ تا ۲۴ ساعت در دمای ۶۰۰ تا ۶۵۰ درجه سانتیگراد پیر میشود تا ساختار اسپینودال تناوبی تشکیل شود که خواص مغناطیسی را افزایش میدهد.
- پیرسازی چند مرحلهای : برای برخی از گریدها، میتوان از چندین مرحله پیرسازی در دماهای نزولی (مثلاً ۷۰۰ درجه سانتیگراد → ۶۵۰ درجه سانتیگراد → ۶۰۰ درجه سانتیگراد ) برای اصلاح ریزساختار استفاده کرد.
- نرخ گرمایش : برای جلوگیری از شوک حرارتی کنترل میشود. به عنوان مثال، گرمایش تا ۸۰۰-۸۵۰ درجه سانتیگراد در دو مرحله (آهسته → سریع) رایج است.
- روش خنک کننده:
- کوئنچ کردن : پس از عملیات محلولسازی، اغلب برای "یخ زدن" ریزساختار دمای بالا، خنکسازی سریع (مثلاً در آب یا روغن) مورد نیاز است.
- خنکسازی پیرسازی : خنکسازی کوره یا نرخهای خنکسازی کنترلشده (مثلاً ≤50°C/h بالای 350°C ) در طول پیرسازی برای جلوگیری از تبدیلهای فازی زودرس استفاده میشود.
- کاربرد میدان مغناطیسی : برای آلیاژ Alnico ناهمسانگرد، یک میدان مغناطیسی قوی (مثلاً 1250-4000 Oe ) در طول کوئنچ یا پیرسازی اعمال میشود تا دامنههای اسپینودال همسو شوند و خواص مغناطیسی جهتدار افزایش یابد.
مکانیسم :
آنیل عملکردی بر تجزیه اسپینودال متکی است، یک تبدیل فازی که در آن یک محلول جامد همگن به دو فاز در هم تنیده با ساختار تناوبی جدا میشود. این ریزساختار انرژی ناهمسانگردی مغناطیسی پایینی را فراهم میکند و در صورت همسو شدن تحت میدان مغناطیسی، پسماند و وادارندگی بالایی را ممکن میسازد.
۳. مقایسه پارامترهای فرآیند
| پارامتر | آنیل تنشزدایی | آنیل عملکردی |
|---|---|---|
| محدوده دما | ۴۰۰–۶۵۰ درجه سانتیگراد | ۶۰۰ تا ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد (محلول + پیرسازی) |
| نرخ گرمایش | آهسته (≤150 درجه سانتیگراد در ساعت) | کنترلشده (گرمایش دو مرحلهای) |
| زمان نگهداری | ۲ تا ۱۲ ساعت (بستگی به اندازه قطعه دارد) | ۴ تا ۲۴ ساعت (پیری) |
| روش خنک کننده | خنکسازی کوره (FC) | کوئنچینگ + خنکسازی کنترلشدهی ایجینگ |
| میدان مغناطیسی | لازم نیست | مورد نیاز برای گریدهای ناهمسانگرد |
| هدف ریزساختاری | آرامش استرس | تجزیه اسپینودال + همترازی فاز |
۴. ملاحظات عملی
- آنیل تنشزدایی:
- اغلب پس از ماشینکاری یا جوشکاری برای اطمینان از پایداری ابعادی انجام میشود.
- دما باید با دقت کنترل شود تا از پیرشدگی بیش از حد که میتواند خواص مغناطیسی را کاهش دهد، جلوگیری شود.
- آنیل عملکردی:
- برای دستیابی به عملکرد مغناطیسی بالا در Alnico بسیار مهم است.
- برای بهینه سازی ساختار اسپینودال، به کنترل دقیق دما، زمان و نرخ خنک سازی نیاز است.
- گریدهای ناهمسانگرد در طول پیرسازی نیاز به همترازی میدان مغناطیسی دارند که این امر پیچیدگی فرآیند را افزایش میدهد.
۵. فرآیند نمونه برای آلنیکو ناهمسانگرد (مثلاً آلنیکو ۵)
- عملیات محلولسازی : در یک میدان مغناطیسی (≥1250 Oe) تا دمای 1250 درجه سانتیگراد گرم کنید، به مدت 2 ساعت در این دما نگه دارید، سپس در آب سرد کنید.
- پیرسازی : در یک میدان مغناطیسی (≥3000 Oe) تا 600 درجه سانتیگراد گرم کنید، به مدت 24 ساعت نگه دارید، سپس در کوره تا دمای اتاق خنک کنید.
- تنشزدایی (اختیاری) : اگر پس از پیرسازی به ماشینکاری نیاز باشد، عملیات تنشزدایی در دمای پایین در دمای ۵۰۰ تا ۵۵۰ درجه سانتیگراد به مدت ۲ تا ۴ ساعت انجام دهید.
نتیجهگیری
آنیل تنشزدایی و آنیل عملکردی اهداف متمایزی را در تولید آهنربای آلنیکو دنبال میکنند. اولی بر پایداری مکانیکی از طریق آزادسازی تنش در دمای پایین تمرکز دارد، در حالی که دومی خواص مغناطیسی را از طریق تجزیه اسپینودال در دمای بالا و همترازی فاز بهینه میکند. درک این تفاوتها برای انتخاب فرآیند آنیل مناسب بر اساس عملکرد مورد نظر و الزامات کاربردی ضروری است.
