תהליך תרמי שבו מחממים מתכת,זכוכית או חומרים אחרים לטמפרטורה מוגדרת ולאחר מכן מקררים אותם בצורה מבוקרת.
מטרת התהליך
שחרור מתחים פנימיים בחומר שנוצרו מעיבוד מכני (כיפוף, חיתוך, ריתוך וכד').
ריכוך החומר כדי לשפר את העיבודיות שלו (קל יותר לעיבוד נוסף).
שיפור המבנה הגבישי של מתכות או זכוכית.
שיפור תכונות מכאניות כמו קשיחות, גמישות ועמידות בפני שבר.
איך זה עובד
חימום מבוקר – התנור המעבדתי מעלה את הטמפרטורה לרמה שנקבעת לפי סוג החומר (למשל: פלדה \~600–900°C, זכוכית בטווח אחר).
שהייה בטמפרטורה – שמירה על טמפרטורה אחידה לאורך זמן כדי לאפשר שינוי מבנה פנימי.
קירור הדרגתי – לרוב נעשה בתוך התנור עצמו (קירור איטי) כדי למנוע היווצרות מתחים חדשים או סדקים.
שימושים נפוצים
בתעשיית המתכות: פלדות, נחושת, אלומיניום.
בייצור זכוכית – למניעת סדקים ושבר עקב מתחים.
בחומרים מתקדמים: קרמיקה, סיליקון (באלקטרוניקה).
מבוא לחישול (Annealing) באמצעות תנורי שריפה
חישול הוא תהליך של טיפול תרמי שמטרתו לשנות את התכונות הפיזיקליות של מתכת, על מנת להגדיל את הדוקטיליות (יכולת המתיחה) שלה ולהפוך אותה לנוחה יותר לעיבוד.
במהלך התהליך, מחממים את המתכת מעל לטמפרטורת ההתגבשות מחדש שלה, שומרים אותה בטמפרטורה קבועה למשך פרק זמן נדרש, ואז מאפשרים לה להתקרר בהדרגה.
שיטה זו משנה את המיקרו-מבנה הפנימי של המתכת, כאשר האטומים מתפזרים בתוך החומר המוצק. כך קטן מספר הפגמים הליניאריים (dislocations) במבנה הגבישי,
גדלים הגרעינים במבנה, פוחתים המאמצים – והמתכת נעשית קלה וגמישה יותר לעיבוד.
לתהליך שלושה שלבים עיקריים: התאוששות, התגבשות מחדש וצמיחת גרעינים.
שלב 1: התאוששות (Recovery)
בשלב זה מחממים את המתכת כדי לרכך אותה ולהסיר פגמים ומאמצים פנימיים. החימום מספק את האנרגיה הדרושה לשבירת קשרים ומאיץ את קצב הדיפוזיה של האטומים בחומר.
שלב 2: התגבשות מחדש (Recrystallization)
בשלב זה נוצרים גרעינים חדשים "חסרי מאמצים" אשר מחליפים את הגרעינים שעוותו כתוצאה ממאמץ ופגמים. אם התהליך נמשך מעבר לנקודה זו, נכנסים לשלב של צמיחת גרעינים.
שלב 3: צמיחת גרעינים (Grain Growth)
כאשר הריקוע נמשך מעבר לשלב ההתחדשות, מתרחשת צמיחת גרעינים. מתכת בעלת גרעינים גדולים תהיה גמישה וקלה יותר לעיבוד, אך החוזק שלה יהיה נמוך יותר לעומת מתכת עם גרעינים קטנים יותר. גודל הגרעינים הסופי נקבע הן על פי הטמפרטורה והן על פי זמן התהליך. לאחר עיבוד המתכת המרוקעת, ניתן להקשיח אותה מחדש באמצעות תהליכים נוספים כמו חיסום (hardening) והרתעה (tempering).
הסרת פגמים בעזרת חישול
כאשר מופעל מאמץ על מתכת, עלולה להתרחש דפורמציה פלסטית שיוצרת פגמים במבנה הגבישי – פגמים אלו נקראים dislocations. ככל שמספר הפגמים גדול יותר והם נעים זה מול זה, כך החומר נעשה קשה יותר.
מטרת החישול היא להפחית את מספר הפגמים, וכך לשפר את גמישות המתכת.
תעשיות המשתמשות בחישול
תהליך הריקוע נפוץ במגוון תעשיות מתכת, כגון ייצור פלדה, ייצור פחיות ומוצרי מתכת דקים, ותעשיית התכשיטים.
- במפעלי ייצור משתמשים בכבשנים ותנורים גדולים כדי לרקע כמויות גדולות של חומר.
- צורפים משתמשים בתנורי שריפה קטנים יותר, ולעיתים אף במבערים ידניים הפועלים על גז.
על אף שנשיפה במבער גז עשויה להיות נוחה במקרים מסוימים, תנור או כבשן מבוקר דיגיטלית יספק תמיד דיוק גבוה יותר, אחידות בטמפרטורה וחזרתיות בתהליך.
טמפרטורות ריקוע למתכות שונות
לכל מתכת טווח טמפרטורות ריקוע שונה. הטבלה הבאה מציגה דוגמאות למתכות נפוצות בייצור ובתעשיית התכשיטים, עם טווחי הריקוע וההתכה שלהן:
| מתכת | טמפרטורת חישול* | טמפרטורת התכה* |
| אלומיניום | 300 – 410°C | 660°C |
| פליז | 500 – 550°C | >930°C |
| נחושת | 371 – 649°C | 1084°C |
| זהב (24k) | 200°C | 1064°C |
| פלטינה | 700°C | 1768°C |
| נירוסטה | >1000°C | 1400 – 1510°C |
| כסף סטרלינג | 649°C | 894°C |
שאלות ותשובות – חישול בתנורי שריפה
מה היתרון של חישול מתכת בתנור או תנור חישול
תהליך זה מרכך מתכות קשות ושבירות, מגדיל את הגמישות שלהן ומאפשר לעבּד אותן ביתר קלות. זהו יתרון חשוב ליצרנים, שכן הסיכון לשבירה בזמן כיפוף או לחיצה קטן משמעותית.
באיזה שלב בתהליך עיבוד המתכת משתמשים בחישול
ברוב המקרים החישול מתבצע בשלב מוקדם, כדי להכין את המתכת לעיבוד על ידי הגדלת הדוקטיליות שלה. לאחר עיבודה לצורה הרצויה, ניתן להקשיח אותה ולהעניק לה חוזק וגמישות באמצעות חיסום והרתעה.
מתכת שעברה עיבוד קר (cold-worked) יכולה לעבור מספר מחזורי חישול להקלה על מאמצים ולמניעת כשלים בחומר.
אילו תעשיות משתמשות בריקוע כחלק מטיפולים תרמיים?
יצרני פלדה, עובדי מתכת וצורפים משתמשים בריקוע כדי להקל על עיבוד המתכות. החישול מפחית את החוזק הראשוני של המתכת, ולכן לרוב משלבים לאחריו תהליכים נוספים כמו חיסום או הרתעה להשבת החוזק.
באיזו טמפרטורה יש להפעיל תנור חישול
הטמפרטורה המדויקת תלויה בסוג המתכת ובתכונות הרצויות. לכל מתכת טווח ריקוע מוגדר, כל עוד הוא נמוך מטמפרטורת ההתכה שלה. חשוב לאפשר למתכת להתקרר באיטיות באוויר כדי לשמור על תכונותיה.
