عملیات ذوب چیست؟

عملیات ذوب چیست؟ برای ذوب کردن یک فلز، لازم است آنقدر انرژی حرارتی به آن داده شود تا فعالیت اتم های فلز، از انرژی پیوند بین اتمی تجاوز کرده و به اتمها امکان حرکت در جهت مختلف و به طور نامنظم داده شود. وقتی به یک فلز گرما می دهیم، درجه حرارت آن بالا می رود و فعالیت ارتعاشی اتم های آن نیز زیاد می شود، تا جائی که فعالیت اتم های فلز به قدری افزایش می یابد و دیگر نمی تواند در شبکه کریستالی پایداری قرار گیرند. در این حالت،استحاله از حالت جامد به مایع و یا همان ذوب رخ داده است.

نکته جالب توجه در فرایند ذوب این است که حتی در یک درجه حرارت یکسان نیز مقدار انرژی یک ماده جامد کمتر از مقدار انرژی آن ماده در حالت مایع می باشد. به عبارت دیگر تغییر فاز از حالت جامد به مایع حتی اگر به نقطه ذوب یک فلز رسیده باشیم، مقدار انرژی معینی لازم است تا فلز ذوب شود و در طی این عمل دما نیز تقریباً ثابت خواهد ماند. این انرژی را گرمای نهان ذوب می نامند. این گرما به منظور غلبه بر نیروی جاذبه بین اتم هادر شبکه بلوری فلز است.

یکی دیگر از مشاهدات جالب در مورد عمل ذوب آنست که چون فلزات کاملاً همگن نیستند و غالباً دارای بیش از یک فاز می باشند، در نتیجه همه قسمت های فلز، بطور همزمان ذوب نمی شوند. عمل ذوب معمولاً در مرز دانه ها، و یا در مناطقی که دارای ترکیبات با نقطه ذوب پایین می باشند، آغاز می گردد. عملیات ذوب یکی از اساسی ترین اصول متالورژی فولاد می باشد که اثر مهمی روی مکانیزم انجماد و در نتیجه خواص مکانیکی محصول خواهد داشت. تغییراتی هر چند جزئی در ترکیب شیمیایی مذاب، بر روی ریز ساختار فولاد موثر خواهد بود. همچنین وجود ناخالصی های غیر فلزی نیز می تواند این تاثیر را برروی آلیاژ های ریختگی داشته باشد که ساده ترین شرایط برای تشکیل آنها در قطعات ریختگی، در عملیات ذوب می باشد. دو مسئله مهم را هنگام ذوب فلزات بخصوص فولادها باید در نظر داشت که عبارتند از:
1 . تمایل فلزات به حل و جذب کردن گازها
2 . اکسیداسیون در درجه حرارت بالا

عملیات اکسیژن زدائی و گاز زدائی «نیتروژن N ، هیدروژن H »  در عملیات ذوب فولاد بسیار حائز اهمیت میباشد زیرا مستقیماً به کیفیت فولاد تولید شده ارتباط دارد. در حقیقت قابلیت جذب و انحلال هیدروژن در فولاد مذاب بسیار بیشتر از حالت جامد می باشد. و با کاهش دما در حین انجماد، قابلیت انحلال گازها درفولاد کاهش یافته و با خروج گازها از فولاد حفرات گازی و تخلخل بوجود می آید. به منظور کاهش تمایل به اکسیداسیون مذاب و عدم جذب گازها توسط مذاب بایستی احتیاط لازم را به عمل آورد. خصوصاً کنترل درجه حرارت بسیار مهم است چرا که هر دو عامل فوق، در درجه حرارت های بالا شدیدتر می شوند.

دمای بارریزی در زیر ساختار قطعات ریختگی اهمیت فوق العاده ای دارد، زیرا اگر دمای بارریزی کم باشد ممکن است تغذیه سریع منجمد شود و وظیفۀ خود را (مذاب رسانی) به درستی انجام ندهد و درنتیجه، در قطعه حفره های انقباضی ایجاد شود و باعث ایجاد ساختار ریز دانه ای شده که در نتیجه موجب افزایش استحکام قطعه می گردد. در صورتی که دمای بارریزی بسیار زیاد باشد، انقباض ایجاد شده در هنگام انجماد مذاب زیاد خواهد بود و ممکن است سبب ایجاد مک های انقباضی در قطعه شود و ساختار فولاد را دانه درشت کرده که موجب کاهش استحکام قطعه شده و علاوه بر آن میتواند منشاء بروز عیب کشیدگی در قطعه ریختگی گردد.