ملخص أساسيات المعالجة الحرارية!

تشير المعالجة الحرارية إلى عملية حرارية معدنية يتم فيها تسخين المادة وحفظها وتبريدها عن طريق التسخين في الحالة الصلبة من أجل الحصول على التنظيم والخصائص المطلوبة.

أولا: المعالجة الحرارية

1، التطبيع: يتم تسخين الفولاذ أو القطع الفولاذية إلى نقطة حرجة من AC3 أو ACM فوق درجة الحرارة المناسبة للحفاظ على فترة زمنية معينة بعد التبريد في الهواء، للحصول على نوع بيرليتي من تنظيم عملية المعالجة الحرارية.

2، التلدين: يتم تسخين قطعة العمل الفولاذية الأيوتكتيكية إلى AC3 فوق 20-40 درجة، بعد الاحتفاظ بها لفترة من الوقت، مع تبريد الفرن ببطء (أو دفنها في الرمل أو تبريد الجير) إلى 500 درجة تحت التبريد في عملية المعالجة الحرارية الجوية.

3، المعالجة الحرارية للمحلول الصلب: يتم تسخين السبائك إلى منطقة أحادية الطور ذات درجة حرارة عالية من درجة حرارة ثابتة للحفاظ عليها، بحيث يتم إذابة الطور الزائد بالكامل في محلول صلب، ثم يتم تبريده بسرعة للحصول على عملية المعالجة الحرارية للمحلول الصلب المشبع.

4. الشيخوخة: بعد المعالجة الحرارية للمحلول الصلب أو التشوه البلاستيكي البارد للسبائك، عندما يتم وضعها في درجة حرارة الغرفة أو الاحتفاظ بها عند درجة حرارة أعلى قليلاً من درجة حرارة الغرفة، تتغير ظاهرة خصائصها مع الوقت.

5، معالجة المحلول الصلب: بحيث يتم إذابة السبائك في مجموعة متنوعة من المراحل بالكامل، وتعزيز المحلول الصلب وتحسين الصلابة ومقاومة التآكل، والقضاء على الإجهاد والتليين، من أجل مواصلة معالجة القالب.

6، معالجة الشيخوخة: التسخين والاحتفاظ بدرجة حرارة ترسب مرحلة التعزيز، بحيث تترسب مرحلة التعزيز، لتصلب، لتحسين القوة.

7، التبريد: تحويل الفولاذ إلى أوستنيت بعد التبريد بمعدل تبريد مناسب، بحيث تكون قطعة العمل في المقطع العرضي لجميع أو نطاق معين من الهيكل التنظيمي غير المستقر مثل تحويل المارتنسيت لعملية المعالجة الحرارية.

8. التلطيف: سيتم تسخين قطعة العمل المطفأة إلى النقطة الحرجة AC1 تحت درجة الحرارة المناسبة لفترة زمنية معينة، ثم يتم تبريدها وفقًا لمتطلبات الطريقة، من أجل الحصول على التنظيم والخصائص المطلوبة لعملية المعالجة الحرارية.

٩. نترتة الكربون للصلب: نترتة الكربون هي عملية تُطبق على الطبقة السطحية للصلب مع تسرب الكربون والنيتروجين. تُعرف نترتة الكربون التقليدية أيضًا باسم السيانيد، وتُستخدم نترتة الكربون الغازية متوسطة الحرارة، ونترتة الكربون الغازية منخفضة الحرارة (أي النترتة الغازية) على نطاق واسع. الغرض الرئيسي من نترتة الكربون الغازية متوسطة الحرارة هو تحسين صلابة الفولاذ ومقاومته للتآكل ومقاومة التعب. أما نترتة الكربون الغازية منخفضة الحرارة، فتعتمد على النترتة، وتهدف بشكل رئيسي إلى تحسين مقاومة الفولاذ للتآكل ومقاومة العض.

١٠. معالجة التصلب (التبريد والتصلب): عادةً ما يتم التبريد والتصلب عند درجات حرارة عالية مع المعالجة الحرارية المعروفة باسم معالجة التصلب. تُستخدم معالجة التصلب على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من الأجزاء الهيكلية المهمة، وخاصةً تلك التي تعمل تحت أحمال متناوبة من قضبان التوصيل والمسامير والتروس والأعمدة. بعد معالجة التصلب، يتم الحصول على هيكل سوهنيت مُعالج، وخصائصه الميكانيكية أفضل من صلابة هيكل سوهنيت المُعالج. تعتمد صلابته على درجة حرارة التصلب العالية، واستقرار تصلب الفولاذ، وحجم المقطع العرضي لقطعة العمل، والذي يتراوح عادةً بين HB200 و350.

11، اللحام: مع اللحام سيكون هناك نوعان من عملية المعالجة الحرارية لتسخين قطعة العمل عن طريق الذوبان.

II.Tخصائص العملية

تُعدّ المعالجة الحرارية للمعادن من العمليات المهمة في التصنيع الميكانيكي، مقارنةً بعمليات التشغيل الأخرى. لا تُغيّر المعالجة الحرارية عادةً شكل قطعة العمل أو تركيبها الكيميائي العام، بل تُغيّر البنية المجهرية الداخلية لها، أو التركيب الكيميائي لسطحها، مما يُحسّن استخدامها. وتتميز بتحسين الجودة الجوهرية لقطعة العمل، والتي عادةً ما تكون غير مرئية للعين المجردة. ولإنتاج قطعة عمل معدنية بالخصائص الميكانيكية والفيزيائية والكيميائية المطلوبة، بالإضافة إلى الاختيار المعقول للمواد وتنوع عمليات التشكيل، تُعدّ المعالجة الحرارية أساسيةً في كثير من الأحيان. يُعدّ الفولاذ أكثر المواد استخدامًا في الصناعة الميكانيكية، ويمكن التحكم في بنيته المجهرية المعقدة عن طريق المعالجة الحرارية، لذا تُعدّ المعالجة الحرارية للفولاذ المكون الرئيسي للمعالجة الحرارية للمعادن. كما يُمكن أيضًا معالجة سبائك الألومنيوم والنحاس والمغنيسيوم والتيتانيوم وغيرها من السبائك حراريًا لتغيير خصائصها الميكانيكية والفيزيائية والكيميائية، للحصول على أداء مختلف.

الثالث.Tالعملية

تتضمن عملية المعالجة الحرارية عادةً ثلاث عمليات: التسخين، والحفظ، والتبريد، وأحيانًا عمليتين فقط. هذه العمليات مترابطة، ولا يمكن مقاطعتها.

يُعد التسخين من أهم عمليات المعالجة الحرارية. وتشمل المعالجة الحرارية للمعادن العديد من طرق التسخين، أقدمها استخدام الفحم النباتي كمصدر للحرارة، والوقود السائل والغازي حديثًا. يُسهّل استخدام الكهرباء التحكم في التسخين، ولا يُسبب تلوثًا بيئيًا. ويمكن استخدام هذه المصادر الحرارية للتسخين المباشر، أو من خلال الملح المنصهر أو المعدن، أو حتى الجسيمات العائمة للتسخين غير المباشر.

عند تسخين المعدن، تتعرض قطعة العمل للهواء، مما يؤدي إلى الأكسدة وإزالة الكربون (أي تقليل محتوى الكربون على سطح أجزاء الفولاذ)، مما يؤثر سلبًا على خصائص سطح الأجزاء المعالجة حراريًا. لذلك، يجب عادةً وضع المعدن في جو مُتحكم به أو جو واقٍ، مع التسخين بالملح المنصهر والتفريغ، بالإضافة إلى الطلاءات أو طرق التغليف المتاحة للتسخين الوقائي.

تُعد درجة حرارة التسخين من أهم معايير المعالجة الحرارية، ويُعد اختيار درجة حرارة التسخين والتحكم فيها من أهم العوامل لضمان جودة المعالجة الحرارية. تختلف درجة حرارة التسخين باختلاف نوع المعدن المُعالج والغرض من المعالجة الحرارية، ولكن عادةً ما يتم تسخينها فوق درجة حرارة انتقال الطور للحصول على تنظيم حراري عالي. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب التحويل وقتًا معينًا، لذلك عندما يصل سطح قطعة العمل المعدنية إلى درجة حرارة التسخين المطلوبة، يجب الحفاظ عليها عند هذه الدرجة لفترة زمنية معينة، بحيث تكون درجات الحرارة الداخلية والخارجية متسقة، بحيث يكتمل تحول البنية الدقيقة، والذي يُعرف باسم زمن التثبيت. باستخدام التسخين عالي الكثافة للطاقة والمعالجة الحرارية السطحية، يكون معدل التسخين سريعًا للغاية، ولا يوجد عادةً زمن تثبيت، بينما تكون المعالجة الحرارية الكيميائية لزمن التثبيت أطول غالبًا.

يُعد التبريد أيضًا خطوة أساسية في عملية المعالجة الحرارية، وتختلف طرق التبريد تبعًا لاختلاف العمليات، وذلك للتحكم في معدل التبريد. عادةً ما يكون معدل التبريد في التلدين أبطأ، بينما يكون معدل التبريد في التطبيع أسرع، بينما يكون معدل التبريد في الإخماد أسرع. ولكن نظرًا لاختلاف أنواع الفولاذ ومتطلباته، يمكن إخماد الفولاذ المقسّى بالهواء بنفس معدل التبريد في التطبيع.

IV.صتصنيف العملية

يمكن تقسيم عمليات المعالجة الحرارية للمعادن بشكل عام إلى ثلاث فئات: المعالجة الحرارية الشاملة، والمعالجة الحرارية السطحية، والمعالجة الحرارية الكيميائية. تختلف كل فئة باختلاف وسط التسخين ودرجة الحرارة وطريقة التبريد. يختلف المعدن نفسه باختلاف عمليات المعالجة الحرارية، مما يؤدي إلى اختلاف في تركيبه وخصائصه. يُعد الحديد والصلب أكثر المعادن استخدامًا في الصناعة، كما أن بنية الفولاذ الدقيقة هي الأكثر تعقيدًا، لذا تتنوع عمليات المعالجة الحرارية للفولاذ.

المعالجة الحرارية الشاملة هي تسخين قطعة العمل بالكامل، ثم تبريدها بمعدل مناسب، للحصول على التنظيم المعدني المطلوب، وذلك لتغيير خصائصها الميكانيكية العامة. تشمل المعالجة الحرارية الشاملة للفولاذ أربع عمليات أساسية: التلدين، والتطبيع، والإخماد، والتطبيع الحراري.

تعني العملية:

التلدين هو تسخين قطعة العمل إلى درجة الحرارة المناسبة، وفقًا للمادة وحجم قطعة العمل باستخدام وقت احتجاز مختلف، ثم تبريدها ببطء، والغرض من ذلك هو جعل التنظيم الداخلي للمعدن لتحقيق أو الاقتراب من حالة التوازن، للحصول على أداء جيد للعملية والأداء، أو لمزيد من الإخماد لتنظيم التحضير.

التطبيع هو تسخين قطعة العمل إلى درجة الحرارة المناسبة بعد تبريدها في الهواء، وتأثير التطبيع مماثل للتلدين، فقط للحصول على تنظيم أدق، وغالبا ما تستخدم لتحسين أداء القطع للمادة، ولكن أيضا في بعض الأحيان تستخدم لبعض الأجزاء الأقل تطلبا كمعالجة حرارية نهائية.

التبريد هو تسخين قطعة العمل وعزلها في الماء أو الزيت أو أملاح غير عضوية أخرى أو محاليل مائية عضوية أو غيرها من وسائط التبريد لتبريدها بسرعة. بعد التبريد، تصبح أجزاء الفولاذ صلبة وهشة في الوقت نفسه. ولإزالة الهشاشة في الوقت المناسب، يلزم عادةً تسويتها في الوقت المناسب.

لتقليل هشاشة أجزاء الفولاذ، تُبرّد هذه الأجزاء عند درجة حرارة مناسبة أعلى من درجة حرارة الغرفة وأقل من 650 درجة مئوية لفترة طويلة من العزل، ثم تُبرّد، وتُسمى هذه العملية بالتسخين. التلدين، والتطبيع، والتبريد، والتسخين هي المعالجة الحرارية الشاملة في "الحرائق الأربعة"، والتي يرتبط بها التبريد والتسخين ارتباطًا وثيقًا، وغالبًا ما يُستخدمان معًا، حيث لا غنى عن أحدهما. تختلف "الحرائق الأربعة" مع درجة حرارة التسخين ووضع التبريد، وتطورت عملية معالجة حرارية مختلفة. للحصول على درجة معينة من القوة والمتانة، يُجمع التبريد والتسخين في درجات حرارة عالية مع العملية المعروفة باسم التهدئة. بعد تبريد بعض السبائك لتكوين محلول صلب فائق التشبع، تُحفظ في درجة حرارة الغرفة أو عند درجة حرارة مناسبة أعلى قليلاً لفترة زمنية أطول من أجل تحسين صلابتها أو قوتها أو مغناطيسيتها الكهربائية. تُسمى عملية المعالجة الحرارية هذه بمعالجة الشيخوخة.

يتم الجمع بين معالجة الضغط والمعالجة الحرارية بشكل فعال وعن كثب لتنفيذ، بحيث قطعة العمل للحصول على قوة جيدة جدا، وصلابة مع الطريقة المعروفة باسم المعالجة الحرارية للتشوه؛ في جو الضغط السلبي أو الفراغ في المعالجة الحرارية المعروفة باسم المعالجة الحرارية بالفراغ، والتي لا يمكن أن تجعل قطعة العمل لا تتأكسد، لا تزيل الكربون، والحفاظ على سطح قطعة العمل بعد العلاج، وتحسين أداء قطعة العمل، ولكن أيضا من خلال العامل الأسموزي للمعالجة الحرارية الكيميائية.

المعالجة الحرارية السطحية هي تسخين الطبقة السطحية لقطعة العمل فقط لتغيير خصائصها الميكانيكية. ولتجنب انتقال الحرارة الزائدة إلى قطعة العمل، يجب استخدام مصدر حرارة ذي كثافة طاقة عالية، أي في وحدة مساحة قطعة العمل، لتوفير طاقة حرارية أكبر، بحيث تصل الطبقة السطحية لقطعة العمل أو موضعها إلى درجات حرارة عالية في فترة زمنية قصيرة أو لحظية. ومن الطرق الرئيسية لإخماد اللهب والمعالجة الحرارية بالتسخين الحثي، استخدام مصادر حرارية شائعة مثل لهب الأوكسي أسيتيلين أو الأوكسي بروبان، والتيار الحثي، والليزر، وشعاع الإلكترون.

المعالجة الحرارية الكيميائية هي عملية معالجة حرارية للمعادن عن طريق تغيير التركيب الكيميائي وتنظيم وخصائص الطبقة السطحية لقطعة العمل. تختلف المعالجة الحرارية الكيميائية عن المعالجة الحرارية السطحية في أن الأولى تغير التركيب الكيميائي للطبقة السطحية لقطعة العمل. تُطبق المعالجة الحرارية الكيميائية على قطعة العمل التي تحتوي على الكربون أو الملح أو عناصر السبائك الأخرى (غاز، سائل، صلب) في التسخين والعزل لفترة زمنية أطول، بحيث تتسرب الكربون والنيتروجين والبورون والكروم وعناصر أخرى إلى الطبقة السطحية لقطعة العمل. بعد تسرب العناصر، تُستخدم أحيانًا عمليات معالجة حرارية أخرى مثل الإخماد والتطبيع. الطرق الرئيسية للمعالجة الحرارية الكيميائية هي الكربنة والنيترة واختراق المعدن.

تُعد المعالجة الحرارية من العمليات المهمة في تصنيع الأجزاء الميكانيكية والقوالب. فهي تضمن عمومًا خصائص مختلفة لقطعة العمل، مثل مقاومة التآكل والتآكل. كما تُحسّن تنظيم حالة الفراغ والإجهاد، مما يُسهّل عمليات المعالجة الباردة والساخنة المتنوعة.

على سبيل المثال: يمكن الحصول على الحديد الزهر الأبيض بعد فترة طويلة من المعالجة التلدينية من الحديد الزهر القابل للطرق، وتحسين اللدونة؛ التروس مع عملية المعالجة الحرارية الصحيحة، يمكن أن تكون مدة الخدمة أكثر من التروس المعالجة حرارياً مرات أو عشرات المرات؛ بالإضافة إلى ذلك، فإن الفولاذ الكربوني غير المكلف من خلال تسلل عناصر السبائك معينة لديه بعض أداء الفولاذ السبائكي الباهظ الثمن، ويمكن أن يحل محل بعض الفولاذ المقاوم للحرارة والفولاذ المقاوم للصدأ؛ القوالب والموتات كلها تقريباً تحتاج إلى الخضوع للمعالجة الحرارية يمكن استخدامها فقط بعد المعالجة الحرارية.

الوسائل التكميلية

أولا: أنواع التلدين

التلدين هو عملية معالجة حرارية يتم فيها تسخين قطعة العمل إلى درجة حرارة مناسبة، ثم يتم الاحتفاظ بها لفترة زمنية معينة، ثم يتم تبريدها ببطء.

هناك العديد من أنواع عملية التلدين الفولاذي، وفقًا لدرجة حرارة التسخين يمكن تقسيمها إلى فئتين: الأولى هي عند درجة الحرارة الحرجة (Ac1 أو Ac3) فوق التلدين، والمعروفة أيضًا باسم التلدين بإعادة تبلور تغير الطور، بما في ذلك التلدين الكامل، والتلدين غير الكامل، والتلدين الكروي والتلدين الانتشاري (التلدين المتجانس)، وما إلى ذلك؛ والأخرى أقل من درجة الحرارة الحرجة للتلدين، بما في ذلك التلدين بإعادة التبلور والتلدين بدون إجهاد، وما إلى ذلك. وفقًا لطريقة التبريد، يمكن تقسيم التلدين إلى التلدين المتساوي الحرارة والتلدين بالتبريد المستمر.

1، التلدين الكامل والتلدين المتساوي الحرارة

التلدين الكامل، المعروف أيضًا باسم التلدين بإعادة التبلور، هو تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة أعلى من 20 إلى 30 درجة مئوية، مع عزل طويل بما يكفي لجعله مُؤَسْتِنًا بالكامل بعد التبريد البطيء، وذلك للحصول على تنظيم شبه متوازن لعملية المعالجة الحرارية. يُستخدم هذا التلدين بشكل رئيسي في التركيب شبه الأيوتكتيكي لمختلف مصبوبات الفولاذ الكربوني والسبائكي، والمطروقات، والمقاطع المدرفلة على الساخن، وأحيانًا يُستخدم أيضًا في الهياكل الملحومة. عادةً ما يُستخدم كمعالجة حرارية نهائية لعدد من قطع العمل غير الثقيلة، أو كمعالجة حرارية مسبقة لبعض قطع العمل.

2، التلدين الكروي

يُستخدم التلدين الكروي بشكل رئيسي في الفولاذ الكربوني عالي التماسك وفولاذ الأدوات السبائكي (مثل تصنيع الأدوات الحادة، والمقاييس، والقوالب، والقوالب المستخدمة في الفولاذ). ويتمثل هدفه الرئيسي في تقليل الصلابة، وتحسين قابلية التشغيل، والتحضير لعمليات الإخماد المستقبلية.

3، تخفيف الإجهاد التلدين

التلدين لتخفيف الإجهاد، المعروف أيضًا باسم التلدين منخفض الحرارة (أو التطبيع بدرجة حرارة عالية)، يُستخدم هذا التلدين بشكل رئيسي لإزالة المسبوكات، والمطروقات، واللحامات، والأجزاء المدرفلة على الساخن، والأجزاء المسحوبة على البارد، وغيرها من الإجهادات المتبقية. إذا لم تُزال هذه الإجهادات، فسيؤدي ذلك إلى تشوه الفولاذ أو تشققه بعد فترة زمنية معينة، أو في عملية القطع اللاحقة.

4. التلدين غير الكامل هو تسخين الفولاذ إلى درجة Ac1 ~ Ac3 (فولاذ شبه يوتكتيكي) أو Ac1 ~ ACcm (فولاذ مفرط يوتكتيكي) بين الحفاظ على الحرارة والتبريد البطيء للحصول على تنظيم متوازن تقريبًا لعملية المعالجة الحرارية.

II.في عملية التبريد، فإن أكثر وسائل التبريد استخدامًا هي المحلول الملحي والماء والزيت.

تبريد الماء المالح لقطعة العمل، يسهل الحصول على صلابة عالية وسطح أملس، وليس من السهل إنتاج تبريد غير صلب أو بقع ناعمة، ولكن من السهل أن يتسبب في تشوه شديد لقطعة العمل، وحتى التشقق. استخدام الزيت كوسيط تبريد مناسب فقط لاستقرار الأوستينيت فائق التبريد، وهو كبير نسبيًا في بعض سبائك الفولاذ أو الفولاذ الكربوني صغير الحجم.

الثالث.غرض تقسية الفولاذ

1. تقليل الهشاشة، والقضاء على أو تقليل الإجهاد الداخلي، إخماد الصلب هناك قدرا كبيرا من الإجهاد الداخلي والهشاشة، مثل عدم التقسية في الوقت المناسب غالبا ما تجعل تشوه الصلب أو حتى التشقق.

2، للحصول على الخصائص الميكانيكية المطلوبة لقطعة العمل، قطعة العمل بعد إخماد صلابة عالية وهشاشة، من أجل تلبية متطلبات الخصائص المختلفة لمجموعة متنوعة من قطع العمل، يمكنك ضبط الصلابة من خلال التلطيف المناسب لتقليل هشاشة الصلابة المطلوبة، اللدونة.

3. تثبيت حجم قطعة العمل

4، من الصعب تليين بعض سبائك الفولاذ أثناء التلدين، في عملية الإخماد (أو التطبيع) يتم استخدامها غالبًا بعد المعالجة الحرارية العالية، بحيث يتم تجميع كربيد الفولاذ بشكل مناسب، وسيتم تقليل الصلابة، من أجل تسهيل القطع والمعالجة.

المفاهيم التكميلية

التلدين: هو عملية تسخين المواد المعدنية إلى درجة حرارة مناسبة، والحفاظ عليها لفترة زمنية محددة، ثم تبريدها تدريجيًا. من عمليات التلدين الشائعة: التلدين بإعادة التبلور، التلدين لتخفيف الإجهاد، التلدين الكروي، التلدين الكامل، إلخ. الغرض من التلدين: بشكل رئيسي تقليل صلابة المواد المعدنية، وتحسين اللدونة، لتسهيل القطع أو التشغيل بالضغط، وتقليل الإجهادات المتبقية، وتحسين تنظيم وتركيب التجانس، أو لجعله جاهزًا للمعالجة الحرارية.

٢. التطبيع: يُقصد به تسخين الفولاذ أو الفولاذ إلى درجة حرارة حرجة (أو أعلى من ٣٠ إلى ٥٠ درجة مئوية) للحفاظ على الوقت المناسب، ثم تبريده في عملية المعالجة الحرارية بالهواء الساكن. الغرض من التطبيع: تحسين الخواص الميكانيكية للفولاذ منخفض الكربون، وتحسين قابلية القطع والتشغيل، وتحسين جودة الحبيبات، والتخلص من عيوب التنظيم، ثم تحضيره للمعالجة الحرارية اللاحقة.

٣. التبريد: يُشير إلى تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة حرجة (Ac3 أو Ac1) فوق درجة حرارة معينة، مع الحفاظ على فترة زمنية محددة، ثم التبريد بمعدل مناسب، للحصول على تنظيم مارتنسيت (أو بينيت) لعملية المعالجة الحرارية. تشمل عمليات التبريد الشائعة التبريد أحادي الوسيط، والتبريد ثنائي الوسيط، والتبريد المارتنسيت، والتبريد متساوي الحرارة للبينيت، والتبريد السطحي، والتبريد الموضعي. الغرض من التبريد: الحصول على التنظيم المارتنسيتي المطلوب لأجزاء الفولاذ، وتحسين صلابة قطعة العمل، ومتانتها، ومقاومتها للتآكل، مما يُهيئها جيدًا للتنظيم.

4. التلطيف: يشير إلى عملية تقسية الفولاذ، ثم تسخينه إلى درجة حرارة أقل من AC1، مع الحفاظ على وقت التبريد، ثم تبريده إلى درجة حرارة الغرفة. تشمل عمليات التلطيف الشائعة: التلطيف في درجات الحرارة المنخفضة، والتلطيف في درجات الحرارة المتوسطة، والتلطيف في درجات الحرارة العالية، والتلطيف المتعدد.

غرض التلطيف: بشكل أساسي لإزالة الضغط الناتج عن الفولاذ أثناء التبريد، بحيث يتمتع الفولاذ بصلابة عالية ومقاومة للتآكل، ولديه اللدونة والصلابة المطلوبة.

٥. التلطيف: يشير إلى الفولاذ أو الفولاذ المستخدم في عملية التبريد والتلطيف الحراري عالي الحرارة للمركبات. يُستخدم في معالجة تلطيف الفولاذ، ويُسمى الفولاذ المُقسّى. يُشير عمومًا إلى الفولاذ الهيكلي متوسط ​​الكربون والفولاذ الهيكلي متوسط ​​الكربون المُسبَك.

6. الكربنة: الكربنة هي عملية تغلغل ذرات الكربون في الطبقة السطحية للفولاذ. كما أنها تهدف إلى جعل سطح قطعة العمل من الفولاذ منخفض الكربون يحتوي على طبقة سطحية من الفولاذ عالي الكربون، وبعد الإخماد والمعالجة الحرارية المنخفضة، تتمتع الطبقة السطحية لقطعة العمل بصلابة عالية ومقاومة للتآكل، بينما يحافظ الجزء المركزي من قطعة العمل على متانة ومرونة الفولاذ منخفض الكربون.

طريقة الفراغ

لأن عمليات تسخين وتبريد قطع العمل المعدنية تتطلب عشرات أو حتى عشرات العمليات لإتمامها. تُنفذ هذه العمليات داخل فرن المعالجة الحرارية الفراغية، مما يمنع المشغل من الاقتراب منها، لذا يلزم رفع مستوى أتمتة فرن المعالجة الحرارية الفراغية. في الوقت نفسه، يجب أن تستغرق بعض العمليات، مثل تسخين وإمساك طرف عملية إخماد قطعة العمل المعدنية، ستة أو سبعة عمليات، وأن تُنجز في غضون 15 ثانية. في ظل هذه الظروف السريعة، من السهل أن يُسبب إتمام العديد من العمليات قلق المشغل ويُسبب أخطاء في التشغيل. لذلك، لا يمكن تحقيق تنسيق دقيق وفي الوقت المناسب وفقًا للبرنامج إلا من خلال درجة عالية من الأتمتة.

تُجرى المعالجة الحرارية الفراغية للأجزاء المعدنية في فرن تفريغ مغلق، ويُعرف بإغلاقه بإحكام. لذلك، لضمان معدل تسرب الهواء الأصلي للفرن، وضمان عمل فراغ الفرن، وجودة الأجزاء، تُعدّ المعالجة الحرارية الفراغية ذات أهمية بالغة. لذا، فإنّ وجود هيكل إغلاق فراغي موثوق به من أهمّ القضايا في فرن المعالجة الحرارية الفراغية. لضمان أداء فراغ الفرن، يجب أن يتبع تصميم هيكل فرن المعالجة الحرارية الفراغية مبدأً أساسيًا، وهو استخدام اللحام المُحكم للغاز في هيكل الفرن، مع تقليل فتح الثقوب أو عدم فتحها قدر الإمكان، وتجنب استخدام هيكل الإغلاق الديناميكي، وذلك لتقليل احتمالية تسرب الفراغ. يجب أيضًا تصميم مكونات وملحقات هيكل فرن التفريغ، مثل الأقطاب الكهربائية المبردة بالماء، وجهاز تصدير الحرارة، لإغلاق الهيكل.

لا تُستخدم معظم مواد التدفئة والعزل إلا في الفراغ. تعمل أفران المعالجة الحرارية الفراغية وبطانة العزل الحراري في الفراغ ودرجات الحرارة العالية، لذا تتطلب هذه المواد مقاومة عالية لدرجات الحرارة العالية، وإشعاعًا، وموصلية حرارية، وغيرها من المتطلبات. كما أن متطلبات مقاومة الأكسدة ليست عالية. لذلك، يُستخدم التنتالوم والتنغستن والموليبدينوم والجرافيت على نطاق واسع في أفران المعالجة الحرارية الفراغية كمواد للتدفئة والعزل الحراري. هذه المواد سهلة الأكسدة في الغلاف الجوي، ولذلك، لا يمكن لأفران المعالجة الحرارية العادية استخدام هذه المواد للتدفئة والعزل.

جهاز التبريد المائي: غلاف فرن المعالجة الحرارية بالتفريغ، وغطاء الفرن، وعناصر التسخين الكهربائية، والأقطاب الكهربائية المبردة بالماء، وباب العزل الحراري بالتفريغ المتوسط، والمكونات الأخرى، كلها في حالة فراغ وتحت تأثير الحرارة. عند العمل في مثل هذه الظروف غير المواتية، يجب التأكد من سلامة هيكل كل مكون من عدم تشوهه أو تلفه، وعدم ارتفاع درجة حرارة ختم التفريغ أو احتراقه. لذلك، يجب إعداد كل مكون وفقًا لظروف أجهزة التبريد المائي المختلفة لضمان عمل فرن المعالجة الحرارية بالتفريغ بشكل طبيعي وعمر تشغيلي طويل.

عند استخدام حاويات التفريغ ذات الجهد المنخفض والتيار العالي، عند درجة فراغ تبلغ بضعة تور lxlo-1، فإن حاوية التفريغ للموصل المنشط في الجهد العالي ستُنتج ظاهرة تفريغ متوهج. في فرن المعالجة الحرارية بالتفريغ، سيؤدي تفريغ القوس الكهربائي الشديد إلى حرق عنصر التسخين الكهربائي وطبقة العزل، مما يتسبب في حوادث وخسائر كبيرة. لذلك، لا يتجاوز جهد تشغيل عنصر التسخين الكهربائي في فرن المعالجة الحرارية بالتفريغ عادةً 80 إلى 100 فولت. في الوقت نفسه، يجب اتخاذ تدابير فعالة في تصميم هيكل عنصر التسخين الكهربائي، مثل محاولة تجنب وجود أطراف الأجزاء، ويجب ألا تكون المسافة بين الأقطاب الكهربائية صغيرة جدًا، وذلك لمنع توليد تفريغ متوهج أو تفريغ قوس كهربائي.

التلطيف

وفقًا لمتطلبات الأداء المختلفة لقطعة العمل، ووفقًا لدرجات حرارة التلطيف المختلفة، يمكن تقسيمها إلى أنواع التلطيف التالية:

(أ) التبريد على درجة حرارة منخفضة (150-250 درجة)

تمييع منخفض الحرارة للهيكل الناتج عن مارتنسيت المُعالج. يهدف هذا إلى الحفاظ على صلابة الفولاذ المُخمّد ومقاومته العالية للتآكل، مع تقليل إجهاده الداخلي الناتج عن التمييع وهشاشته، وذلك لتجنب التشقق أو التلف المبكر أثناء الاستخدام. يُستخدم بشكل رئيسي في مجموعة متنوعة من أدوات القطع عالية الكربون، والمقاييس، والقوالب المسحوبة على البارد، والمحامل الدوارة، والأجزاء المكربنة، وغيرها. بعد التمييع، تتراوح صلابته عادةً بين HRC58 و64.

(ii) التبريد على درجة حرارة متوسطة (250-500 درجة)

نظام تقسية متوسط ​​الحرارة لجسم الكوارتز المُقسّى. يهدف إلى تحقيق قوة خضوع عالية، وحد مرونة، وصلابة عالية. لذلك، يُستخدم بشكل رئيسي في معالجة أنواع مختلفة من النوابض وقوالب العمل الساخن، وتتراوح صلابته عادةً بين HRC35 و50.

(ج) المعالجة الحرارية العالية (500-650 درجة)

المعالجة الحرارية المُستخدمة في معالجة سوهنيت المُعالجة بدرجات حرارة عالية. تُعرف المعالجة الحرارية المُشتركة بين التبريد المُعتاد والمعالجة الحرارية بدرجات حرارة عالية باسم المعالجة الحرارية، وتهدف إلى تحسين خصائصها الميكانيكية العامة من حيث القوة والصلابة والمرونة والمتانة. لذلك، تُستخدم على نطاق واسع في السيارات والجرارات والأدوات الآلية وغيرها من الأجزاء الهيكلية المهمة، مثل قضبان التوصيل والمسامير والتروس والأعمدة. تتراوح صلابتها بعد المعالجة الحرارية عادةً بين HB200 و330.

منع التشوه

غالبًا ما تكون أسباب تشوه القالب الدقيق معقدة، لكننا نكتفي بفهم قانون التشوه وتحليل أسبابه، ونستخدم طرقًا مختلفة لمنع تشوه القالب وتقليله والتحكم فيه. بشكل عام، يمكن اتباع الطرق التالية للوقاية من تشوه القالب الدقيق بالمعالجة الحرارية:

(1) اختيار المواد بشكل معقول. يجب اختيار قوالب معقدة دقيقة من الفولاذ المقاوم للصدأ جيد التشوه الدقيق (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ)، ويجب أن يكون فصل الكربيد في الفولاذ المقاوم للصدأ خطيرًا من خلال المعالجة الحرارية المعقولة للتزوير والتلطيف، وكلما كان الفولاذ المقاوم للصدأ أكبر ولا يمكن تزويره، يمكن معالجته بالحرارة المزدوجة.

(2) يجب أن يكون تصميم هيكل القالب معقولاً، ويجب ألا يكون السمك متباينًا للغاية، ويجب أن يكون الشكل متماثلًا، لكي يتقن تشوه القالب الأكبر قانون التشوه، ويجب الاحتفاظ ببدل المعالجة، حيث يمكن استخدام القوالب الكبيرة والدقيقة والمعقدة في مجموعة من الهياكل.

(3) يجب إجراء معالجة حرارية مسبقة للقوالب الدقيقة والمعقدة لإزالة الإجهاد المتبقي الناتج عن عملية التصنيع.

(4) اختيار معقول لدرجة حرارة التسخين، والتحكم في سرعة التسخين، بالنسبة للقوالب المعقدة الدقيقة يمكن أن تأخذ التسخين البطيء والتسخين المسبق وطرق التسخين المتوازنة الأخرى لتقليل تشوه المعالجة الحرارية للقالب.

(5) تحت فرضية ضمان صلابة القالب، حاول استخدام التبريد المسبق، أو التبريد التدريجي، أو عملية التبريد بالحرارة.

(6) بالنسبة للقوالب الدقيقة والمعقدة، في ظل الظروف المسموح بها، حاول استخدام التبريد الحراري الفراغي والمعالجة بالتبريد العميق بعد التبريد.

(7) بالنسبة لبعض القوالب الدقيقة والمعقدة، يمكن استخدام المعالجة الحرارية المسبقة، ومعالجة الحرارة القديمة، ومعالجة الحرارة النترتية للتحكم في دقة القالب.

(8) في إصلاح ثقوب رمل القالب، والمسامية، والتآكل وغيرها من العيوب، استخدم آلة اللحام البارد وغيرها من التأثيرات الحرارية لمعدات الإصلاح لتجنب عملية إصلاح التشوه.

بالإضافة إلى ذلك، فإن عملية المعالجة الحرارية الصحيحة (مثل سد الثقوب، والثقوب المربوطة، والتثبيت الميكانيكي، وطرق التسخين المناسبة، والاختيار الصحيح لاتجاه تبريد القالب واتجاه الحركة في وسط التبريد، وما إلى ذلك) وعملية المعالجة الحرارية للتلطيف المعقولة هي أيضًا تدابير فعالة لتقليل تشوه القوالب الدقيقة والمعقدة.

عادةً ما تُجرى المعالجة الحرارية لإخماد وتلطيف السطح بالتسخين الحثي أو اللهب. المعايير التقنية الرئيسية هي صلابة السطح، والصلابة الموضعية، وعمق طبقة التصليد الفعالة. يمكن استخدام جهاز فيكرز لاختبار الصلابة، أو روكويل، أو روكويل السطحي لاختبار الصلادة. يعتمد اختيار قوة الاختبار (المقياس) على عمق طبقة التصليد الفعالة وصلابة سطح قطعة العمل. هناك ثلاثة أنواع من أجهزة اختبار الصلابة.

أولاً، يُعدّ جهاز اختبار صلابة فيكرز وسيلةً مهمةً لاختبار صلابة سطح قطع العمل المعالجة حرارياً، حيث يُمكن اختيار قوة اختبار تتراوح بين 0.5 و100 كجم، واختبار طبقة تصلب سطحية بسمك 0.05 مم، ويتميز بأعلى دقة، ويُمكنه تمييز الفروق الطفيفة في صلابة سطح قطع العمل المعالجة حرارياً. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكشف جهاز اختبار صلابة فيكرز عن عمق الطبقة المُصلبة الفعالة، لذا، عند استخدام قطع عمل معالجة حرارية سطحية أو عدد كبير من الوحدات، يُنصح باستخدام جهاز اختبار صلابة فيكرز.

ثانيًا، يُعد جهاز اختبار صلابة روكويل السطحي مناسبًا جدًا لاختبار صلابة قطع العمل المُصلبة السطحية، حيث يحتوي على ثلاثة مقاييس للاختيار من بينها. يمكنه اختبار عمق التصلب الفعال لأكثر من 0.1 مم لقطع العمل المُصلبة السطحية المختلفة. على الرغم من أن دقة جهاز اختبار صلابة روكويل السطحي ليست عالية مثل جهاز اختبار صلابة فيكرز، إلا أنه قادر على تلبية المتطلبات كأداة لإدارة الجودة في مصانع المعالجة الحرارية وفحص مؤهل للكشف. علاوة على ذلك، يتميز أيضًا بسهولة التشغيل وسهولة الاستخدام وانخفاض السعر وسرعة القياس، ويمكنه قراءة قيمة الصلابة مباشرةً وغيرها من الخصائص، مما يسمح باستخدام جهاز اختبار صلابة روكويل السطحي في دفعات من قطع العمل المُعالجة حراريًا السطحية لإجراء اختبارات سريعة وغير مدمرة قطعة قطعة. وهذا مهم لمصانع معالجة المعادن وتصنيع الآلات.

ثالثًا، عند زيادة سماكة الطبقة الصلبة المعالجة حراريًا، يُمكن استخدام جهاز اختبار صلابة روكويل. عندما يتراوح سمك الطبقة الصلبة المعالجة حراريًا بين 0.4 و0.8 مم، يُمكن استخدام مقياس HRA، وعندما يتجاوز سمك الطبقة الصلبة 0.8 مم، يُمكن استخدام مقياس HRC.

يمكن بسهولة تحويل قيم صلابة فيكرز وروكويل وروكويل السطحية الثلاثة إلى بعضها البعض، أو تحويلها إلى قيمة الصلادة القياسية أو الرسومات أو حسب حاجة المستخدم. جداول التحويل المقابلة مُقدمة في المعيار الدولي ISO، والمعيار الأمريكي ASTM، والمعيار الصيني GB/T.

التصلب الموضعي

إذا كانت متطلبات الصلابة المحلية للأجزاء أعلى، وتتوفر التدفئة الحثيية وغيرها من وسائل المعالجة الحرارية للتبريد الموضعي، فيجب عادةً تحديد موقع المعالجة الحرارية للتبريد الموضعي وقيمة الصلابة المحلية على الرسومات. يجب إجراء اختبار الصلابة في المنطقة المحددة. يمكن استخدام أجهزة اختبار الصلابة مثل جهاز روكويل لاختبار صلابة HRC، وإذا كانت طبقة التصلب السطحية للمعالجة الحرارية سطحية، فيمكن استخدام جهاز روكويل لاختبار صلابة HRN.

المعالجة الحرارية الكيميائية

المعالجة الحرارية الكيميائية هي إدخال ذرات عنصر كيميائي واحد أو أكثر على سطح قطعة العمل، مما يُغيّر تركيبها الكيميائي وهيكلها وأدائها. بعد الإخماد والمعالجة الحرارية المنخفضة، يتمتع سطح قطعة العمل بصلابة عالية، ومقاومة للتآكل، وقوة تحمل للتعب، بينما يتمتع قلب قطعة العمل بمتانة عالية.

بناءً على ما سبق، يُعدّ اكتشاف درجة الحرارة وتسجيلها في عملية المعالجة الحرارية أمرًا بالغ الأهمية، إذ يؤثر ضعف التحكم في درجة الحرارة بشكل كبير على المنتج. لذلك، يُعدّ اكتشاف درجة الحرارة ورصد اتجاهها في العملية بأكملها أمرًا بالغ الأهمية، مما يُؤدي إلى ضرورة تسجيل تغيرات درجة الحرارة في عملية المعالجة الحرارية، مما يُسهّل تحليل البيانات في المستقبل، ويُمكّن من تحديد الأوقات التي لا تُلبي فيها درجة الحرارة المتطلبات. وهذا سيلعب دورًا هامًا في تحسين المعالجة الحرارية في المستقبل.

إجراءات التشغيل

1. تنظيف موقع التشغيل، والتحقق مما إذا كان مصدر الطاقة وأدوات القياس والمفاتيح المختلفة طبيعية، وما إذا كان مصدر المياه سلسًا.

2. يجب على المشغلين ارتداء معدات حماية العمل الجيدة، وإلا فسيكون الأمر خطيرًا.

3، افتح مفتاح نقل الطاقة العالمي للتحكم، وفقًا للمتطلبات الفنية لأقسام المعدات المصنفة لارتفاع درجة الحرارة وانخفاضها، لإطالة عمر المعدات والمعدات سليمة.

4، الانتباه إلى درجة حرارة فرن المعالجة الحرارية وتنظيم سرعة حزام الشبكة، يمكن إتقان معايير درجة الحرارة المطلوبة للمواد المختلفة، لضمان صلابة قطعة العمل واستقامة السطح وطبقة الأكسدة، والقيام بعمل جيد من السلامة على محمل الجد.

5. انتبه إلى درجة حرارة فرن التلطيف وسرعة حزام الشبكة، وافتح هواء العادم، بحيث تلبي قطعة العمل بعد التلطيف متطلبات الجودة.

6- في العمل يجب الالتزام بالمنشور.

7- تكوين أجهزة الإطفاء اللازمة والتعرف على طرق الاستخدام والصيانة.

8. عند إيقاف تشغيل الماكينة، يجب علينا التأكد من أن جميع مفاتيح التحكم في حالة إيقاف التشغيل، ثم إغلاق مفتاح النقل العالمي.

ارتفاع درجة الحرارة

من الفم الخشن لأجزاء محمل ملحقات الأسطوانة يمكن ملاحظة ارتفاع درجة حرارة البنية الدقيقة بعد إخماد الحرارة. ولكن لتحديد الدرجة الدقيقة لارتفاع درجة الحرارة يجب مراقبة البنية الدقيقة. إذا كان في منظمة إخماد الفولاذ GCr15 في مظهر مارتنسيت إبرة خشنة، فإنه يتم إخماد ارتفاع درجة حرارة المنظمة. قد يكون سبب تكوين درجة حرارة تسخين الإخماد مرتفعًا جدًا أو التسخين ووقت الإمساك طويلًا جدًا بسبب النطاق الكامل لارتفاع درجة الحرارة؛ قد يكون أيضًا بسبب التنظيم الأصلي لكربيد الشريط الخطير، في المنطقة منخفضة الكربون بين الشريطين لتشكيل إبرة مارتنسيت موضعية سميكة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة الموضعية. يزداد الأوستينيت المتبقي في المنظمة شديدة الحرارة، وينخفض ​​الاستقرار البعدي. بسبب ارتفاع درجة حرارة منظمة الإخماد، تكون بلورة الفولاذ خشنة، مما سيؤدي إلى انخفاض في متانة الأجزاء، وانخفاض مقاومة الصدمات، وانخفاض عمر المحمل أيضًا. يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة الحرارة الشديد إلى حدوث شقوق إخماد.

انخفاض درجة الحرارة

درجة حرارة التبريد المنخفضة أو التبريد السيئ سيؤدي إلى إنتاج أكثر من تنظيم تورينيت القياسي في البنية الدقيقة، والمعروف باسم تنظيم التسخين الزائد، مما يجعل الصلابة تنخفض، ومقاومة التآكل تنخفض بشكل حاد، مما يؤثر على عمر أجزاء الأسطوانة المحمل.

إخماد الشقوق

أجزاء محمل الأسطوانة في عملية التبريد والتبريد بسبب الإجهادات الداخلية التي تشكلت شقوق تسمى شقوق التبريد. أسباب هذه الشقوق هي: بسبب ارتفاع درجة حرارة تسخين التبريد أو التبريد السريع للغاية، والإجهاد الحراري وتغير حجم كتلة المعدن في تنظيم الإجهاد أكبر من قوة كسر الفولاذ؛ سطح العمل من العيوب الأصلية (مثل الشقوق السطحية أو الخدوش) أو العيوب الداخلية في الفولاذ (مثل الخبث، والشوائب غير المعدنية الخطيرة، والبقع البيضاء، وبقايا الانكماش، وما إلى ذلك) في تبريد تشكيل تركيز الإجهاد؛ إزالة الكربون الشديدة من السطح وفصل الكربيد؛ الأجزاء التي تم تبريدها بعد التبريد غير الكافي أو التبريد في الوقت المناسب؛ إجهاد اللكمة الباردة الناجم عن العملية السابقة كبير جدًا، وطي التشكيل، وقطع الدوران العميقة، وأخاديد الزيت والحواف الحادة وما إلى ذلك. باختصار، قد يكون سبب شقوق التبريد واحدًا أو أكثر من العوامل المذكورة أعلاه، ووجود الإجهاد الداخلي هو السبب الرئيسي لتكوين شقوق التبريد. شقوق الإخماد عميقة ورفيعة، ذات كسر مستقيم، وسطح مكسور بدون لون مؤكسد. غالبًا ما تكون شقًا طوليًا مسطحًا أو حلقي الشكل على طوق المحمل؛ ويكون شكل كرة المحمل الفولاذية على شكل حرف S أو T أو حلقي. من خصائصها التنظيمية عدم وجود ظاهرة إزالة الكربون على جانبي الشق، ويمكن تمييزها بوضوح عن شقوق التشكيل وشقوق المواد.

تشوه المعالجة الحرارية

في المعالجة الحرارية لأجزاء محمل NACHI، هناك إجهاد حراري وإجهاد تنظيمي، يمكن فرض هذا الإجهاد الداخلي على بعضهما البعض أو إزاحته جزئيًا، وهو معقد ومتغير، لأنه يمكن أن يتغير مع درجة حرارة التسخين ومعدل التسخين ووضع التبريد ومعدل التبريد وشكل وحجم الأجزاء، لذا فإن تشوه المعالجة الحرارية أمر لا مفر منه. يمكن أن يؤدي إدراك وإتقان سيادة القانون إلى وضع تشوه أجزاء المحمل (مثل الشكل البيضاوي للطوق وحجمه وما إلى ذلك) في نطاق يمكن التحكم فيه، مما يؤدي إلى الإنتاج. بالطبع، في عملية المعالجة الحرارية للتصادم الميكانيكي سيؤدي أيضًا إلى تشوه الأجزاء، ولكن يمكن استخدام هذا التشوه لتحسين التشغيل وتقليله وتجنبه.

إزالة الكربون من السطح

في عملية المعالجة الحرارية، عند تسخين أجزاء محمل ملحقات الأسطوانة في وسط مؤكسد، يتأكسد سطحها، مما يقلل نسبة الكربون في سطحها، مما يؤدي إلى إزالة الكربون من سطحها. إذا كان عمق طبقة إزالة الكربون أكبر من كمية الاحتفاظ بالمعالجة النهائية، فإن الأجزاء تُتلف. يُستخدم في الفحص المعدني طريقة فحص المعادن المتاحة وطريقة الصلابة الدقيقة. يعتمد منحنى توزيع الصلابة الدقيقة للطبقة السطحية على طريقة القياس، ويمكن استخدامه كمعيار تحكيمي.

نقطة ضعف

بسبب عدم كفاية التسخين وضعف التبريد، وضعف صلابة سطح أجزاء المحمل الأسطواني، وعدم كفاية عملية الإخماد، تُعرف هذه الظاهرة باسم "بقعة لين الإخماد". يشبه الأمر إزالة الكربون من السطح، مما قد يؤدي إلى انخفاض حاد في مقاومة التآكل ومقاومة التعب.