المعالجة الحرارية هي عملية حيوية في تصنيع المعادن ، وهي ضرورية للمكونات المختلفة مثل الفؤوس والمحامل والتروس والسحابات وأعمدة الكرنك. يضيف ما يقرب من 15 مليار دولار سنويا في القيمة إلى المنتجات المعدنية من خلال نقل خصائص محددة ضرورية لوظائف الأجزاء الناجحة.
ما هي المعالجة الحرارية؟
تتضمن المعالجة الحرارية تسخين وتبريد المعدن في حالة صلبة لتحقيق الخصائص والمتانة المطلوبة دون تغيير شكله. يمكن أن تؤدي هذه العملية إلى تصلب المعدن أو تليينه ، أو زيادة مقاومة التآكل ، أو تعزيز المتانة.
أنواع المعادن المعالجة حراريا:
غالبية المعادن المعالجة حراريا حديدية ، بما في ذلك الفولاذ والحديد الزهر والفولاذ المقاوم للصدأ وفولاذ الأدوات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تخضع سبائك الألومنيوم والنحاس والمغنيسيوم والنيكل والتيتانيوم للمعالجة الحرارية.
أغراض المعالجة الحرارية للمعادن:
- تحسين صلابة المعادن
- تعزيز ليونة وآلية
- زيادة مقاومة التآكل والتآكل
- تحسين المتانة وتخفيف الضغوط الداخلية
- تعزيز الخواص الكهربائية والمغناطيسية
كيف تعمل المعالجة الحرارية:
في حين أن عمليات المعالجة الحرارية المختلفة تسفر عن نتائج متفاوتة ، فإنها عادة ما تتضمن ثلاث مراحل: التسخين والإمساك والتبريد.
1. التدفئة: يتم تسخين المعدن ببطء إلى درجة الحرارة الحرجة العليا في جو وقائي للحفاظ على توزيع موحد لدرجة الحرارة. تعتمد معدلات التسخين على عوامل مثل الموصلية المعدنية والحالة والحجم والمقطع العرضي.
2. القابضة: يتم الاحتفاظ بالمعدن عند درجة الحرارة المستهدفة لفترة محددة ، تتراوح من ثوان إلى ساعات حسب نوع المادة وحجم الجزء.
3. التبريد: يتم تبريد المعدن إلى درجة حرارة الغرفة بمعدل متحكم فيه باستخدام وسائط مثل محلول ملحي أو ماء أو زيت أو هواء. تختلف معدلات التبريد بناء على نوع المعدن والخصائص المطلوبة.
أنواع المعالجة الحرارية:
1. التلدين: يخفف المعادن للعمل والتشكيل على البارد ، وتحسين ليونة وصلابة مع تقليل الضغط الداخلي والتشوه والتشقق. تشمل الأنواع التلدين الكامل ، والتلدين المنتشر ، والتلدين الكروي ، والتلدين بالعملية.
تأثير المعالجة الحرارية:
تعمل المعالجة الحرارية على تحسين خصائص المعادن بشكل كبير ، مما يضمن تلبية الأجزاء لمتطلبات الأداء في التطبيقات المختلفة. إنه يمكن الشركات المصنعة من إنتاج مكونات ذات خصائص مرغوبة ، مما يساهم في موثوقية المنتج وطول عمره.
باختصار ، تعد المعالجة الحرارية عملية حاسمة في تصنيع المعادن ، مما يسمح بتخصيص خصائص المعادن لتلبية احتياجات التطبيق المحددة.
المعالجة الحرارية هي عملية حاسمة في تصنيع المعادن ، وتقدم تقنيات مختلفة لتكييف خصائص المعادن لتطبيقات محددة. فيما يلي تفصيل لبعض عمليات المعالجة الحرارية الشائعة وتطبيقاتها:
1. التلدين:
- الغرض: لاستعادة ليونة ، وتقليل الضغوط الداخلية ، وتحسين القدرة الآلية.
- نطاق درجة الحرارة: 260 درجة مئوية إلى 760 درجة مئوية.
- التطبيق: تشمل المعادن الملدنة النحاس والألمنيوم والفضة والصلب والنحاس الأصفر. يسمح التلدين بدحرجة النحاس أو ثنيه ، بينما يصبح قطع الفولاذ الملدن أسهل.
2. التطبيع:
- الغرض: يشبه التلدين ، ولكنه يتعرض لتبريد الهواء لتخفيف الضغوط الداخلية الناتجة عن اللحام أو الصب.
- درجة الحرارة: 40 درجة مئوية فوق درجة الحرارة الحرجة العليا.
- التطبيق: يستخدم بعد عمليات العمل الباردة مثل الدرفلة أو الختم. الفولاذ الطبيعي أصعب من الفولاذ الملدن ويوفر صلابة محسنة.
3. التبريد:
- الغرض: زيادة الصلابة ومقاومة التآكل ، وإن كان ذلك على حساب ليونة.
- العملية: يتم تسخين المعدن إلى درجة حرارة الأوستنيت ، ويتم الاحتفاظ به ، ثم يتم تبريده بسرعة في الماء أو الزيت أو المحلول الملحي.
- التطبيق: يطبق عادة على الفولاذ لتحقيق صلابة عالية ، خاصة في مكونات مثل التروس.
4. هدأ:
- الغرض: يزيد من المرونة والمتانة ومقاومة التآكل بعد التصلب.
- نطاق درجة الحرارة: 300 درجة فهرنهايت إلى 1100 درجة فهرنهايت.
- التطبيق: يستخدم في أدوات القطع والتروس والفولاذ الكربوني المقوى لتقليل الهشاشة مع الحفاظ على المتانة.
5. التهدئة والتلطيف:
- Austempering: ينتج بنية bainite من حديد الدكتايل أو الفولاذ ، مما يعزز ليونة وصلابة ومقاومة الصدمات.
- Martempering: يسمح بتحكم أكبر في إزالة الكربنة والكربنة ، وتحويل الأوستينيت إلى مارتينسيت.
- التطبيق: يستخدم في أنواع وتطبيقات فولاذية محددة حيث تتطلب هياكل مجهرية خاضعة للرقابة.
6. المعالجة الحرارية للمحلول:
- الغرض: يذيب الرواسب في السبائك المعدنية لتجنب هطول الأمطار أثناء التبريد.
- التطبيق: شائع في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي وسبائك الألومنيوم وسبائك النحاس لتعزيز مقاومة الحرارة والتآكل.
7. تصلب الحالة:
- الغرض: يغير التركيب الكيميائي السطحي لزيادة الصلابة.
- العمليات: تشمل الكربنة والنيترة لتصلب الطبقة الخارجية مع الحفاظ على صلابة القلب.
- التطبيق: يطبق على مكونات الصلب منخفضة الكربون ، مثل التروس ، لتحسين مقاومة التآكل والتعب.
8. الحث وتصلب اللهب:
- تصلب الحث: يستخدم التيار الكهربائي للتدفئة الموضعية ، وهو مثالي لأجزاء مثل التروس.
- تصلب اللهب: يسخن مناطق محددة من جزء باستخدام اللهب ، وهو مناسب لتطبيقات عمق العلبة المنخفضة الحجم أو العميقة.
9. المعالجة الحرارية لتخفيف التوتر:
- الغرض: يقلل من الضغوط الداخلية لتقليل مخاطر التشقق في المكونات الملحومة.
- العملية: يتم تسخين المعدن تحت درجة حرارته الحرجة المنخفضة ويتم تبريده ببطء.
- التطبيق: يشيع استخدامه في أجزاء الغلايات وزجاجات الهواء والمراكم لتحسين سلامة المكونات.
10. فراغ المعالجة الحرارية:
- الغرض: ينتج تشطيبات فائقة للسطح وخصائص معدنية دون تنظيف إضافي.
- العملية: يتم معالجة المعدن بالحرارة في فرن فراغ في درجات حرارة متحكم فيها.
- التطبيق: يستخدم على نطاق واسع في صناعات مثل التعدين والفضاء والبناء للمكونات التي تتطلب دقة عالية ونظافة.
تلعب عمليات المعالجة الحرارية هذه دورا مهما في تعزيز أداء ومتانة وموثوقية المكونات المعدنية في مختلف الصناعات.