فرآیند آنیل هادی های سیم و کابل

با انجام کار سرد (cold work) بر روی فلزات هادی های سیم و کابل و آلیاژهای آن و انجام یک یا چند مرحله تغییر شکل پلاستیک مانند  نورد ، کشش ، اکستروژن و … وبسته به مقدار تغییر شکل ، ماده حالت اولیه را نداشته و استحکام ، سختی و شکنندگی آن افزایش و انعطاف پذیری و یا قابلیت تغییر شکلش کاهش می یابد .

این پدیده که  کارسختی (work harden) نامیده می شود ، ناشی از افزایش ممتد عیوب کریستالی در اثر ادامه کار سرد می باشد . در اثر کار سرد  انرژی داخلی  فلز افزایش یافته و از نظر ترمودینامیکی  ناپایدار می شود .

مفتول که از قالب عبور میکند دراثر تغییر شکل پلاستیک ناشی از کار سرد ، کارسخت میشود . تغییرات در ساختارکریستالی، مفتول را بسیارسخت و شکننده کرده و مقاومت الکتریکی آن نیزافزایش می یابد . این شرایط  ناشی ازعیوب بیشمار شبکه بلوری ماده و نیز کرنش وارده به شبکه بلوری آن به شرح زیر است : 

• نابجایی : (dislocation) صفحات ناقص اتمی که در اثر تغییر شکل ماده میزان آن افزایش می یابد و سبب افزایش مقاومت در برابر تغییر شکل بعدی میشود .
• ذرات بین نشین (interstitial) : ذرات خارجی که در بین اتمهای شبکه اصلی قرار گرفته اند و به علت اندازه متفاوت این اتمها با اتمهای مجاور، باعث اختلال در حرکت طبیعی حین اعمال کارسرد میشوند و لذا مقدار تنش لازم به ازای یک کرنش معین نسبت به فلز خالص افزایش می یابد .
• دانه های شکسته (fractured grain) : دانه های شکسته مرزدانه های بیشتری بین دانه ها ایجاد می کنند . این مرزها سطح انرژی بالاتری دارند و لذا برای تغییر شکل به تنش و کرنش بیشتری نیاز است .

فرایند آنیل کردن که نوعی عملیات حرارتی  برای رسیدن به خواص مطلوب در ماده است ، حرارت دادن باعث رفع عیوب کریستالی فلز میشود و خواص فیزیکی / مکانیکی اولیه برمی گردد و ماده در حداقل سطح انرژی قرار می گیرد .

فرآیند آنیل کردن در سه مرحله رخ می دهد . نمودار زیر تغییر خواص فلز را در هر یک از مراحل دما نشان میدهد .    

مراحل فرایند آنیل کردن :

• بازیابی (recovery)
• تبلور مجدد (recrystallization)
• رشد دانه ها (grain growth)

بازیابی    

در این مرحله تغییرات عمده ای در ساختار بلوری (کاهش یا از بین رفتن عیوب کریستالی) فلز رخ میدهد . عیوب نقطه ای مانند جاهای خالی و اتمهای اضافی یکدیگر را خنثی میکنند . بدون تغییر محسوس در ساختمان میکروسکوپی ، خواص فیزیکی برمی گردد . هدایت الکتریکی به سرعت افزایش می یابد ولی استحکام فلز تقریبا ً ثابت است .

تبلور مجدد   

تغییر شکل دانه ها در جهت اعمال نیرو و ایجاد تنشهای داخلی از اثرات کار سرد است . در عملیات حرارتی تبلور مجدد ، دانه ای جدید هم محور و عاری از تنش کارسرد به وجود می آید و تغییرات ناشی از کارسرد در خواص فیزیکی و مکانیکی فلز از بین میرود و ماده به حالت پیش از کارسرد برمیگردد . سختی و یا استحکام کاهش و تغییرشکل پذیری افزایش می یابد .

این مرحله ادامه عملیات بازیابی است و دانه های جدید عاری از تنش از دانه های فرعی حاصل از بازیابی پدید می آیند . اساسا ً تبلور مجدد شامل جوانه زنی و رشد دانه است . انرژی ذخیره شده در کارسرد نیروی محرکه مراحل بازیابی و تبلور مجدد است . عوامل موثر در تبلور مجدد شامل :

میزان تغییرشکل اولیه – دما – اندازه دانه اولیه – ترکیب شیمیایی – میزان بازیابی پیش از تبلور مجدد است .

چون دمای وقوع تبلورمجدد به عوامل فوق بستگی دارد مانند نقطه ذوب دمای ثابتی نیست . در عمل  آنرا دمایی تعریف می کنند که ماده با میزان کارسرد زیاد پس از یک ساعت در آن دما کاملا ً تبلور مجدد یافته باشد . موقعی تبلور مجدد خاتمه یافته است که اثری از دانه های کشیده شده در اثر کارسرد  وجود  نداشته باشد .  

رشد دانه ها

اگر پس از خاتمه تبلور مجدد حرارت دادن ادامه یابد ، دانه های هم محور شروع به درشت شدن می کنند . این مرحله  به رشد دانه موسوم است و تا زمانی که جسم  در دمای بالا  قرار دارد رشد دانه ها ادامه می یابد . رشد دانه ها  با مهاجرت  مرز دانه ها و  پیوستن   دانه های ریز به دانه های درشت مجاور صورت میگیرد .