المعالجة الحرارية تشير إلى تقنية معالجة المعادن التي تخضع فيها المواد للتسخين والاحتفاظ والتبريد في حالة صلبة لتحقيق الهيكل الدقيق المطلوب والخصائص.اعتماداً على طرق التدفئة والتبريد، فضلا عن خصائص تغيرات الهيكل الدقيق والخصائص، يمكن تصنيف المعالجة الحرارية إلى الأنواع التالية:
في القرن السادس قبل الميلاد، أصبح استخدام أسلحة الحديد والصلب منتشراً تدريجياً. لتعزيز صلابة الصلب، تم تطوير تقنيات التدفئة بسرعة.مقاطعة هيبيتشمل سيفين وسلحفاة كلهم يظهرون مارتينزيت في بنياتهم الدقيقةأصبح من الواضح بشكل متزايد أن وسط التبريد يؤثر بشكل كبير على جودة التخفيف.
خلال فترة الممالك الثلاثة، قال صانع يدعى بو يوان من شو قد صنع 3000 سيف ل Zhuge Liang،إظهار الوعي المبكر في الصين بكيفية تأثير مختلف أنواع المياه على فعالية التبريدكما تم ملاحظة استخدام الزيت والماء للتبريد.
السيوف المحفورة من قبر الملك جينغ من تشونغشان (206 قبل الميلاد - 24 م) خلال سلالة هان الغربية تظهر محتوى الكربون من 0.15% - 0.4% في النواة،في حين أن السطح كان يحتوي على كربون يزيد عن 0.6٪ ، مما يشير إلى تطبيق تقنيات التكربير. ومع ذلك ، كانت هذه المعرفة تعتبر سرًا "حرفيًا" شخصيًا ولم يتم مشاركتها على نطاق واسع ، مما أدى إلى التطوير البطيء.
في عام 1863، أظهر علماء المعادن والجيولوجيا البريطانيون ستة هياكل معادنية مختلفة من الصلب تحت المجهر، مما يثبت أن التدفئة والتبريد تؤدي إلى تغييرات هيكلية داخلية.تتحول مراحل الحديد عالية درجة الحرارة إلى مراحل أصعب عند التبريد السريعنظرية التمايز العضوي للحديد التي وضعها الفرنسي أوزموند، جنبا إلى جنب مع مخطط المراحل الحديد الكربونية التي وضعتها العالِم البريطاني أوستن،وضعت الأساس النظري لعمليات المعالجة الحرارية الحديثة.
وفي الوقت نفسه، قام الباحثون باستكشاف طرق لحماية المعادن أثناء عملية التسخين في المعالجة الحرارية للمعادن لمنع الأكسدة وإزالة الكربون.تم إصدار سلسلة من براءات الاختراع للتدفئة الوقائية باستخدام غازات مختلفة (مثل الهيدروجين)في عام 1889-1890، حصل رجل إنجليزي يدعى ليك على براءات اختراع لمعالجة الحرارة الساطعة لمختلف المعادن. منذ القرن العشرين،تقدم في الفيزياء المعدنية وتطبيق التقنيات الجديدة قد تقدمت بشكل كبير عمليات المعالجة الحراريةحدث تقدم ملحوظ بين عامي 1901 و 1925 ، عندما استخدمت الفرن الدوارة للكربوريزة الغازية في الإنتاج الصناعي. في ثلاثينيات القرن الماضي ، ظهرت مقاييس نقطة الندى.تتيح إمكانية الكربون القابلة للسيطرة في الغلاف الجوي للأفرانوقد أُدخلت الأبحاث اللاحقة أساليب مثل التحكم في إمكانات الكربون باستخدام أدوات تحت الحمراء من ثاني أكسيد الكربون وأجهزة استكشاف الأكسجين. في الستينيات، دمجت تكنولوجيا المعالجة الحرارية حقول البلازما،مما أدى إلى تطوير عمليات نترات الأيونات والكربوريةكما قدم تطبيق تقنيات الليزر وأشعة الإلكترونات طرقًا جديدة لمعالجة الحرارة السطحية ومعالجة الحرارة الكيميائية للمعادن.
يؤدي التكثيف بعد التخفيف إلى بنية صغيرة تعرف باسم السوربيت المتكثف. لا يستخدم التكثيف بشكل عام وحده ؛ يتم تنفيذه بعد عملية التخفيف على المكونات ،في المقام الأول للقضاء على ضغوط التخفيف وتحقيق الهيكل الدقيق المطلوباعتمادا على درجة حرارة التشنج ، يمكن تصنيفها إلى التشنج منخفض ، متوسط ، وذو درجة حرارة عالية ، مما يؤدي إلى التشنج المرتنيسي ، والتروستيت ، والسوربيت ، على التوالي.
المزيج من التكيف في درجة حرارة عالية بعد التكيف يعرف باسم التكيف والتكيف ، بهدف تحقيق توازن في القوة والصلابة والبلاستيكية ،والصلابة لخصائص ميكانيكية شاملةتستخدم هذه العملية على نطاق واسع في المكونات الهيكلية الهامة في السيارات والجرارات وأدوات الآلات ، مثل قضبان الاتصال والمسامير والعجلات والعمود.صلابة تتراوح عادةً من HB200 إلى HB330.
أثناء عملية التسخين ، يحدث تحويل اللؤلؤية. الغرض الرئيسي من التسخين هو جلب الهيكل الدقيق الداخلي للمعادن إلى حالة متوازنة أو قريبة منها ،التحضير لمعالجة لاحقة ومعالجة حرارية نهائيةيتم إجراء التسخين لتخفيف التوترات المتبقية الناجمة عن عمليات مثل التشوه البلاستيكي ، واللحام ، والتي تندرج في الصب.التمثيل، اللحام، والمعالجة تحتوي على الضغوط الداخلية التي، إذا لم يتم معالجتها على الفور، يمكن أن تؤدي إلى تشوه أثناء المعالجة والاستخدام، مما يؤثر على الدقة.
استخدام التسخين التخفيف من الإجهاد للقضاء على الضغوط الداخلية التي تولد أثناء المعالجة أمر حاسم. درجة حرارة التسخين للتسخين التخفيف من الإجهاد أقل من درجة حرارة تحويل المرحلة ،لذلك لا تحدث تغييرات في الهيكل الدقيق خلال عملية المعالجة الحرارية بأكملهايتم تخفيف الضغوط الداخلية في المقام الأول من خلال الاسترخاء الطبيعي خلال مراحل الاحتفاظ والتبريد البطيء.
التخفيف ينطوي على تسخين القطعة المعدنية أو الجزء فوق درجة حرارة تحويل المرحلة ، والاحتفاظ بها ،ومن ثم تبريدها بسرعة بمعدل أكبر من معدل التبريد الحرج لتحقيق بنية مارتنسيتيكالأهداف الأساسية للتخفيف هي:
تحسين الخصائص الميكانيكية: على سبيل المثال، تحسين صلابة ومقاومة الارتداء للأدوات والحاويات، وزيادة الحد المرن للربيعات، وتعزيز الأداء الميكانيكي العام لمكونات العمود.
تحسين خصائص المواد: لبعض الفولاذ الخاص، مثل زيادة مقاومة التآكل من الفولاذ المقاوم للصدأ أو تعزيز المغناطيسية الدائمة من الفولاذ المغناطيسي.
أثناء التخفيف ، من الضروري اختيار وسيلة التخفيف المناسبة واستخدام طريقة التخفيف الصحيحة. وتشمل طرق التخفيف الشائعة التخفيف بسائل واحد ، والتخفيف بسائل مزدوج,التخفيف المرحلي، التخفيف الحراري، والتخفيف المحلي.
يتميز التطبيع بتبريد الهواء ، مما يعني أن درجة الحرارة البيئية وطرق التراص وتدفق الهواء وأبعاد قطعة العمل كلها تؤثر على الهيكل والأداء بعد التطبيع.يمكن أن يكون الهيكل الطبيعي أيضًا طريقة تصنيف للفولاذ اللاصق.يتم تسخين عينات قطرها 25 ملم إلى 900 درجة مئوية وتبريدها بالهواء لتحقيق هياكل تصنف الفولاذ المسبوب بالسبائك إلى اللؤلؤيةوالفولاذ البينيتي والفولاذ المارتنسي والفولاذ الأوستنيتي.
بالنسبة للفولاذات النظيفة ، يستخدم التطبيع للقضاء على هياكل الحبوب الخام وهياكل Widmanstätten في الصب والصناعات الصناعية واللحام ؛ صقل حجم الحبوب ؛ويمكن أن تكون بمثابة معالجة سابقة للحرارة قبل التخفيف.
بالنسبة للفولاذات المزدوجة، يمكن للتطبيع القضاء على السمنتيت الثانوي المتصل بالشبكة وتحسين اللؤلؤية، مما يحسن من الخصائص الميكانيكية ويستفيد من التسخين الكروي اللاحق.
بالنسبة لألواح الفولاذ الرقيقة ذات السحب العميق منخفض الكربون ، يمكن للتطبيع القضاء على السمنتيت الحر في حدود الحبوب لتحسين أداء السحب العميق.
بالنسبة للفولاذ منخفض الكربون والفولاذ منخفض الكربون من السبائك ، يمكن أن ينتج التطبيع كمية كبيرة من اللؤلؤة اللؤلؤية الدقيقة ، مما يزيد من صلابة HB140-190 ،وبالتالي تجنب "غالينغ" أثناء القطع وتحسين القدرة على العملفي الحالات التي يتم فيها تطبيق كل من التطبيع والتصميم على الفولاذ المتوسط الكربوني ، يكون التطبيع أكثر اقتصادية ومريحة.
بالنسبة للفولاذ الهيكلي المتوسط الكربوني العادي مع متطلبات أداء ميكانيكي أقل صرامة ، يمكن أن يحل التطبيع محل التخفيف تليها التشديد عالية درجة الحرارة ،يقدم البساطة في التشغيل مع استقرار الهيكل الدقيق وأبعاد الصلب.
يمكن أن يقلل تطبيع درجات الحرارة العالية (فوق Ac3 ، بمقدار 150-200 درجة مئوية) من فصل التركيب في الأجزاء المصبوبة والمصنعة بسبب معدلات الانتشار الأعلى عند درجات الحرارة المرتفعة.يمكن تصفية الحبوب الخام من التطبيع عند درجة حرارة عالية عن طريق التطبيع بعد ذلك عند درجة حرارة أقل.
بالنسبة لبعض الفولاذ المقاوم للكربون المنخفض والمتوسط المستخدم في التوربينات والغلايات ، غالبا ما يتم استخدام التطبيع لتحقيق بنية bainitic ،تليها التشديد في درجة حرارة عالية لتحقيق مقاومة جيدة للزحف عند 400-550 درجة مئوية.
بالإضافة إلى أجزاء الحديد والمواد ، يستخدم التطبيع على نطاق واسع أيضًا في المعالجة الحرارية للحديد القابل للتلاعب لتحقيق مصفوفة اللؤلؤية ، مما يعزز قوة الحديد القابل للتلاعب.
المعالجة الحرارية تشير إلى تقنية معالجة المعادن التي تخضع فيها المواد للتسخين والاحتفاظ والتبريد في حالة صلبة لتحقيق الهيكل الدقيق المطلوب والخصائص.اعتماداً على طرق التدفئة والتبريد، فضلا عن خصائص تغيرات الهيكل الدقيق والخصائص، يمكن تصنيف المعالجة الحرارية إلى الأنواع التالية:
في القرن السادس قبل الميلاد، أصبح استخدام أسلحة الحديد والصلب منتشراً تدريجياً. لتعزيز صلابة الصلب، تم تطوير تقنيات التدفئة بسرعة.مقاطعة هيبيتشمل سيفين وسلحفاة كلهم يظهرون مارتينزيت في بنياتهم الدقيقةأصبح من الواضح بشكل متزايد أن وسط التبريد يؤثر بشكل كبير على جودة التخفيف.
خلال فترة الممالك الثلاثة، قال صانع يدعى بو يوان من شو قد صنع 3000 سيف ل Zhuge Liang،إظهار الوعي المبكر في الصين بكيفية تأثير مختلف أنواع المياه على فعالية التبريدكما تم ملاحظة استخدام الزيت والماء للتبريد.
السيوف المحفورة من قبر الملك جينغ من تشونغشان (206 قبل الميلاد - 24 م) خلال سلالة هان الغربية تظهر محتوى الكربون من 0.15% - 0.4% في النواة،في حين أن السطح كان يحتوي على كربون يزيد عن 0.6٪ ، مما يشير إلى تطبيق تقنيات التكربير. ومع ذلك ، كانت هذه المعرفة تعتبر سرًا "حرفيًا" شخصيًا ولم يتم مشاركتها على نطاق واسع ، مما أدى إلى التطوير البطيء.
في عام 1863، أظهر علماء المعادن والجيولوجيا البريطانيون ستة هياكل معادنية مختلفة من الصلب تحت المجهر، مما يثبت أن التدفئة والتبريد تؤدي إلى تغييرات هيكلية داخلية.تتحول مراحل الحديد عالية درجة الحرارة إلى مراحل أصعب عند التبريد السريعنظرية التمايز العضوي للحديد التي وضعها الفرنسي أوزموند، جنبا إلى جنب مع مخطط المراحل الحديد الكربونية التي وضعتها العالِم البريطاني أوستن،وضعت الأساس النظري لعمليات المعالجة الحرارية الحديثة.
وفي الوقت نفسه، قام الباحثون باستكشاف طرق لحماية المعادن أثناء عملية التسخين في المعالجة الحرارية للمعادن لمنع الأكسدة وإزالة الكربون.تم إصدار سلسلة من براءات الاختراع للتدفئة الوقائية باستخدام غازات مختلفة (مثل الهيدروجين)في عام 1889-1890، حصل رجل إنجليزي يدعى ليك على براءات اختراع لمعالجة الحرارة الساطعة لمختلف المعادن. منذ القرن العشرين،تقدم في الفيزياء المعدنية وتطبيق التقنيات الجديدة قد تقدمت بشكل كبير عمليات المعالجة الحراريةحدث تقدم ملحوظ بين عامي 1901 و 1925 ، عندما استخدمت الفرن الدوارة للكربوريزة الغازية في الإنتاج الصناعي. في ثلاثينيات القرن الماضي ، ظهرت مقاييس نقطة الندى.تتيح إمكانية الكربون القابلة للسيطرة في الغلاف الجوي للأفرانوقد أُدخلت الأبحاث اللاحقة أساليب مثل التحكم في إمكانات الكربون باستخدام أدوات تحت الحمراء من ثاني أكسيد الكربون وأجهزة استكشاف الأكسجين. في الستينيات، دمجت تكنولوجيا المعالجة الحرارية حقول البلازما،مما أدى إلى تطوير عمليات نترات الأيونات والكربوريةكما قدم تطبيق تقنيات الليزر وأشعة الإلكترونات طرقًا جديدة لمعالجة الحرارة السطحية ومعالجة الحرارة الكيميائية للمعادن.
يؤدي التكثيف بعد التخفيف إلى بنية صغيرة تعرف باسم السوربيت المتكثف. لا يستخدم التكثيف بشكل عام وحده ؛ يتم تنفيذه بعد عملية التخفيف على المكونات ،في المقام الأول للقضاء على ضغوط التخفيف وتحقيق الهيكل الدقيق المطلوباعتمادا على درجة حرارة التشنج ، يمكن تصنيفها إلى التشنج منخفض ، متوسط ، وذو درجة حرارة عالية ، مما يؤدي إلى التشنج المرتنيسي ، والتروستيت ، والسوربيت ، على التوالي.
المزيج من التكيف في درجة حرارة عالية بعد التكيف يعرف باسم التكيف والتكيف ، بهدف تحقيق توازن في القوة والصلابة والبلاستيكية ،والصلابة لخصائص ميكانيكية شاملةتستخدم هذه العملية على نطاق واسع في المكونات الهيكلية الهامة في السيارات والجرارات وأدوات الآلات ، مثل قضبان الاتصال والمسامير والعجلات والعمود.صلابة تتراوح عادةً من HB200 إلى HB330.
أثناء عملية التسخين ، يحدث تحويل اللؤلؤية. الغرض الرئيسي من التسخين هو جلب الهيكل الدقيق الداخلي للمعادن إلى حالة متوازنة أو قريبة منها ،التحضير لمعالجة لاحقة ومعالجة حرارية نهائيةيتم إجراء التسخين لتخفيف التوترات المتبقية الناجمة عن عمليات مثل التشوه البلاستيكي ، واللحام ، والتي تندرج في الصب.التمثيل، اللحام، والمعالجة تحتوي على الضغوط الداخلية التي، إذا لم يتم معالجتها على الفور، يمكن أن تؤدي إلى تشوه أثناء المعالجة والاستخدام، مما يؤثر على الدقة.
استخدام التسخين التخفيف من الإجهاد للقضاء على الضغوط الداخلية التي تولد أثناء المعالجة أمر حاسم. درجة حرارة التسخين للتسخين التخفيف من الإجهاد أقل من درجة حرارة تحويل المرحلة ،لذلك لا تحدث تغييرات في الهيكل الدقيق خلال عملية المعالجة الحرارية بأكملهايتم تخفيف الضغوط الداخلية في المقام الأول من خلال الاسترخاء الطبيعي خلال مراحل الاحتفاظ والتبريد البطيء.
التخفيف ينطوي على تسخين القطعة المعدنية أو الجزء فوق درجة حرارة تحويل المرحلة ، والاحتفاظ بها ،ومن ثم تبريدها بسرعة بمعدل أكبر من معدل التبريد الحرج لتحقيق بنية مارتنسيتيكالأهداف الأساسية للتخفيف هي:
تحسين الخصائص الميكانيكية: على سبيل المثال، تحسين صلابة ومقاومة الارتداء للأدوات والحاويات، وزيادة الحد المرن للربيعات، وتعزيز الأداء الميكانيكي العام لمكونات العمود.
تحسين خصائص المواد: لبعض الفولاذ الخاص، مثل زيادة مقاومة التآكل من الفولاذ المقاوم للصدأ أو تعزيز المغناطيسية الدائمة من الفولاذ المغناطيسي.
أثناء التخفيف ، من الضروري اختيار وسيلة التخفيف المناسبة واستخدام طريقة التخفيف الصحيحة. وتشمل طرق التخفيف الشائعة التخفيف بسائل واحد ، والتخفيف بسائل مزدوج,التخفيف المرحلي، التخفيف الحراري، والتخفيف المحلي.
يتميز التطبيع بتبريد الهواء ، مما يعني أن درجة الحرارة البيئية وطرق التراص وتدفق الهواء وأبعاد قطعة العمل كلها تؤثر على الهيكل والأداء بعد التطبيع.يمكن أن يكون الهيكل الطبيعي أيضًا طريقة تصنيف للفولاذ اللاصق.يتم تسخين عينات قطرها 25 ملم إلى 900 درجة مئوية وتبريدها بالهواء لتحقيق هياكل تصنف الفولاذ المسبوب بالسبائك إلى اللؤلؤيةوالفولاذ البينيتي والفولاذ المارتنسي والفولاذ الأوستنيتي.
بالنسبة للفولاذات النظيفة ، يستخدم التطبيع للقضاء على هياكل الحبوب الخام وهياكل Widmanstätten في الصب والصناعات الصناعية واللحام ؛ صقل حجم الحبوب ؛ويمكن أن تكون بمثابة معالجة سابقة للحرارة قبل التخفيف.
بالنسبة للفولاذات المزدوجة، يمكن للتطبيع القضاء على السمنتيت الثانوي المتصل بالشبكة وتحسين اللؤلؤية، مما يحسن من الخصائص الميكانيكية ويستفيد من التسخين الكروي اللاحق.
بالنسبة لألواح الفولاذ الرقيقة ذات السحب العميق منخفض الكربون ، يمكن للتطبيع القضاء على السمنتيت الحر في حدود الحبوب لتحسين أداء السحب العميق.
بالنسبة للفولاذ منخفض الكربون والفولاذ منخفض الكربون من السبائك ، يمكن أن ينتج التطبيع كمية كبيرة من اللؤلؤة اللؤلؤية الدقيقة ، مما يزيد من صلابة HB140-190 ،وبالتالي تجنب "غالينغ" أثناء القطع وتحسين القدرة على العملفي الحالات التي يتم فيها تطبيق كل من التطبيع والتصميم على الفولاذ المتوسط الكربوني ، يكون التطبيع أكثر اقتصادية ومريحة.
بالنسبة للفولاذ الهيكلي المتوسط الكربوني العادي مع متطلبات أداء ميكانيكي أقل صرامة ، يمكن أن يحل التطبيع محل التخفيف تليها التشديد عالية درجة الحرارة ،يقدم البساطة في التشغيل مع استقرار الهيكل الدقيق وأبعاد الصلب.
يمكن أن يقلل تطبيع درجات الحرارة العالية (فوق Ac3 ، بمقدار 150-200 درجة مئوية) من فصل التركيب في الأجزاء المصبوبة والمصنعة بسبب معدلات الانتشار الأعلى عند درجات الحرارة المرتفعة.يمكن تصفية الحبوب الخام من التطبيع عند درجة حرارة عالية عن طريق التطبيع بعد ذلك عند درجة حرارة أقل.
بالنسبة لبعض الفولاذ المقاوم للكربون المنخفض والمتوسط المستخدم في التوربينات والغلايات ، غالبا ما يتم استخدام التطبيع لتحقيق بنية bainitic ،تليها التشديد في درجة حرارة عالية لتحقيق مقاومة جيدة للزحف عند 400-550 درجة مئوية.
بالإضافة إلى أجزاء الحديد والمواد ، يستخدم التطبيع على نطاق واسع أيضًا في المعالجة الحرارية للحديد القابل للتلاعب لتحقيق مصفوفة اللؤلؤية ، مما يعزز قوة الحديد القابل للتلاعب.
