آنیل کامل

آنیل کامل (Full Annealing) عبارت است از حرارت دادن فولاد در گستره ی دمایی نشان داده شده در شکل زیر و سپس سرد کردن آهسته، معمولا در کوره است. تحت این شرایط آهنگ سرد شدن در حدود 0.02 درجه سانتیگراد بر ثانیه است. همچنان که از شکل مشخص است، گستره ی دمایی آستنیته کردن برای آنیل کامل، تابع درصد کربن فولاد است. بدین صورت که، برای فولادهای هیپویوتکتویید حدود 50 درجه سانتیگراد بالای خط A3 و برای فولادهای هایپریوتکتویید حدود 50 درجه سانتیگراد بالای خط A1 است. دماهای بحرانی A1 و A3 تا حدودی تحت تاثیر عناصر آلیاژی در فولادها تغییر می کند. بنابراین، به طور کلی در عملیات حرارتی آنیل کامل، فولادهای هیپویوتکتویید را در ناحیه تک فازی آستنیت و فولادهای هایپریوتکتویید را در ناحیه دوفازی آستنیت - سمنتیت حرارت می دهند. اگر واژه آنیل بدون پسوند استفاده شود، منظور همان آنیل کامل است.

دمای سرد کردن (Ar)، گرم کردن (Ac) و تعادلی (A) در آلیاژهای آهن - کربن.
(سرد کردن و گرم کردن یا سرعت 0.125 درجه سانتی گراد بر دقیقه انجام گرفته است)

بخشی از دیاگرام آهن - کربن که محدوده دمایی برای آنیل کامل، نرماله کردن، کار گرم و همگن سازی را نشان می دهد.
علت آستنیته کردن فولادهای هایپریوتکتویید در ناحیه دو فازی آستنیت - سمنتیت این است که سمنتیت پرویوتکتویید در این فولاد به صورت کروی و مجتمع شده در آید. اگر چنین فولادی تا بالای خط Acm حرارت داده شود، در ضمن آهسته سرد شدن سمنتیت پرویوتکتویید به صورت شبکه پیوسته‌ در مرز دانه‌ های آستنیت رسوب می‌کند و در نتیجه منجر به ترد و شکننده شدن فولاد می شود. در تصویر زیر شکل a شبکه پیوسته کاربید در فولاد مقاوم به سایش 52100SAE که دارای 1 درصد کربن و 1.5 درصد کروم است را نشان می دهد. تصویر زیر شکل b نشان می دهد که در یک فولاد با میکرو ساختاری نظیر تصویر a شکست در آزمایش ضربه در امتداد شبکه پیوسته کاربید که در مرز دانه‌های آستنیت اولیه تشکیل شده پیشرفت کرده است. در تصویر b، فولاد از ناحیه تک فازی آستنیت تا بالای خط A1 آهسته و سپس سریع سرد شده است. بنابراین ساختار نهایی شامل مارتنزیت در جوار شبکه پیوسته کاربید در مرز دانه‌های آستنیت اولیه است. اگر این فولاد به جای سریع سرد شدن، تا زیر خط A1 آهسته سرد شود ساختار نهایی شامل شبکه پیوسته کاربید در مرز دانه‌ ها و پرلیت خشن در داخل دانه‌ها خواهد بود (شکل (a)).به بیان دیگر، در داخل دانه‌ ها به جای مارتنزیت پرلیت تشکیل خواهد شد. بنابراین در عملیات حرارتی آنیل کامل، هدف از آستنیته کردن فولادهای هایپریوتکتویید در ناحیه دو فازی آستنیت - سمنتیت، عبارت از شکستن شبکه پیوسته کاربید یاد شده و تبدیل آن به ذرات ریز و کروی شکل مجزا از یکدیگر است. نیروی محرکه در این عملیات حرارتی عبارت از کاهش انرژی فصل مشترک ناشی از کروی شدن ذرات کاربید و در نتیجه کاهش مقدار فصل مشترک آستنیت - کاربید است.

شکل (a) شبکه پیوسته کاربید در مرز دانه‌ های آستنیت اولیه در فولاد 52100. میکرو ساختار نوری، محلول حکاکی نایتال، بزرگنمایی × 600.
شکل (b) شکست در امتداد کاربید های تشکیل شده در مرز دانه های آستنیت در فولاد 52100 ریزساختار الکترونی بزرگنمایی × 415

در تصویر زیر شکل (b) شبکه سمنتیت پرویوتکتویید در فولاد 52100 SAE که به طور جزیی کروی شده است را نشان می‌ دهد.

شکل (a) سمنتیت پرویوتکتویید در فولاد 52100 نرماله شده. (b) سمنتیت پرویوتکتویید مربوط به تصویر a پس از اینکه فولاد به منظور سخت شدن در 850 درجه سانتیگراد آستنیته شده باشد.
در شکل فوق ذرات بسیار ریز، همان سمنتیت مربوط به پرلیت اولیه بوده که کروی شده اند. علامت‌ های پیکان، دانه‌ های ریز آستنیتی را نشان می‌ دهد که در ضمن آستنیته کردن در 850 درجه سانتیگراد به وجود آمده‌اند.
در عملیات آنیل کامل، نه تنها دمای آستنیته کردن بلکه آهنگ سرد شدن نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. منحنی (●) در شکل زیر شمایی از مراحل گرم و سرد شدن این عملیات را برای یک فولاد هیپویوتکتویید بر روی یک سری محور های دما - زمان و منطبق بر نمودار فرضی CT این فولاد نشان می دهد. سرد کردن آهسته که معادل سرد شدن در کوره است باعث می‌ شود که در ضمن عبور از خطوط A3 و A1 ابتدا فریت و سپس پرلیت از آستنیت به وجود آید. به علت سرد شدن آهسته، فریت تشکیل شده دارای دانه‌ های درشت و هم محور بوده و پرلیت دارای فاصله بین لایه‌ ای نسبتا زیاد (پرلیت خشن یا درشت) است. از جمله مشخصه‌ های مکانیکی این میکرو ساختار عبارت از کاهش سختی و استحکام و افزایش انعطاف پذیری است.