صب السيارات: كل ما تحتاج إلى معرفته
هل تساءلت يوماً كيف تُصنع الأجزاء المعقدة من سيارتك؟ تكشف لك هذه المقالة عن العالم الرائع لسبك السيارات، وتوضح بالتفصيل التقنيات والأساليب المتقدمة التي تشكل...
هل تساءلت يومًا عن كيفية جعل حديد الزهر الرمادي أكثر متانة وقابلية للتشغيل الآلي؟ تستكشف هذه المقالة العمليات المعقدة لمعالجة الحديد الزهر الرمادي بالحرارة، بما في ذلك التلدين والتطبيع والتبريد. ستتعرف على درجات الحرارة والتقنيات المحددة التي تعزز قوة المادة وثباتها. سواءً كنت تعمل في مجال التصنيع أو مجرد فضولي، يقدم هذا الدليل رؤى قيمة حول تحسين خصائص الحديد الزهر الرمادي. تعمق لاكتشاف كيف يمكن لهذه الطرق تحسين مشاريعك ومنتجاتك.
للتخلص من الإجهاد المتبقي في الصب، وتثبيت حجمه الهندسي، وتقليل أو إزالة التشوه بعد القطع، من الضروري إجراء عملية التلدين لتخفيف الضغط على الصب.
انظر أيضًا:
يجب أخذ تركيبة الحديد الزهر في الاعتبار عند تحديد عملية التلدين لتخفيف الإجهاد.
عندما تتجاوز درجة حرارة الحديد الزهر الرمادي 550 درجة مئوية، قد يحدث تحبيب وتحبيب لبعض الأسمنتيت، مما يتسبب في انخفاض القوة والصلابة.
وجود عناصر السبائك يمكن أن تزيد درجة الحرارة التي يبدأ عندها تكسير الأسمنتيت إلى حوالي 650 درجة مئوية.
عادةً ما تكون درجة حرارة التلدين لتخفيف الإجهاد لحديد الزهر الرمادي 550 ℃، بينما يتم تلدين الحديد الزهر الرمادي منخفض السبائك عند 600 ℃، ويمكن تلدين الحديد الزهر الرمادي عالي السبائك عند 650 ℃. عادةً ما يكون معدل التسخين من 60 إلى 120 ℃ في الساعة.
يتم تحديد وقت التثبيت بعوامل مثل درجة حرارة التلدين وحجم وتعقيد الصب ومتطلبات تخفيف الضغط.
يوضِّح الشكل التالي العلاقة بين زمن الانتظار و الإجهاد المتبقي عند درجات حرارة تلدين مختلفة.
الشكل 2 العلاقة بين درجة حرارة التلدين والزمن والمخلفات الإجهاد الداخلي
أ) التركيب (جزء الكتلة) (%): C 3.18، Si 2.13، Si 2.13، Mn 0.70، S 0.125، P 0.73، Ni 1.03، Cr 2.33، Mo 0.65;
ب) التركيب (جزء الكتلة) (%): C 3.12، Si 1.76، Mn 0.78، S 0.097، P 0.075، Ni 1.02، Cr 0.41، Mo 0.58;
ج) التركيب (جزء الكتلة) (%): C 2.78، Si 1.77، Si 1.77، Mn 0.55، S 0.135، P 0.069، Ni 0.36، Cr 0.10، Mo 0.33، Cu 0.46، V 0.04.
يجب أن تكون سرعة التبريد أثناء عملية التلدين لتخفيف الإجهاد للمسبوكات بطيئة لمنع تطور الإجهاد الثانوي. عادةً ما يتم التحكم في معدل التبريد بمعدل 20 إلى 40 درجة مئوية في الساعة، ويجب تبريد درجة الحرارة إلى أقل من 150 إلى 200 درجة مئوية قبل السماح بالتبريد بالهواء.
يوضح الجدول التالي مواصفات التلدين بتخفيف الإجهاد لبعض الألوان الرمادية مصبوبات الحديد:
الجدول 3 مواصفات التلدين بتخفيف الإجهاد للصب الرمادي مصبوبات الحديد
| نوع الصب | كتلة الصب / كجم | سُمك جدار الصب / مم | درجة حرارة الشحن / درجة مئوية | معدل ارتفاع درجة الحرارة / (درجة مئوية / ساعة) | درجة حرارة التدفئة / درجة مئوية | وقت الانتظار / ح/ | سرعة تبريد بطيئة (درجة مئوية/ساعة) | درجة حرارة التفريغ/ج | |
| حديد زهر عادي | حديد الزهر منخفض السبائك | ||||||||
| الصب العام | <200 | ≤200 | ≤100 | 500~550 | 550-570 | 4-6 | 30 | ≤200 | |
| 200-2500 | ≤200 | ≤80 | 500~550 | 550~570 | 6-8 | 30 | ≤200 | ||
| >2500 | ≤200 | ≤60 | 500-550 | 550-570 | 8 | 30 | ≤200 | ||
| الصب الدقيق | <200 | ≤200 | ≤100 | 500-550 | 550-570 | 4-6 | 20 | ≤200 | |
| 200~3500 | ≤200 | ≤80 | 500-550 | 550-570 | 6-8 | 20 | ≤200 | ||
| المسبوكات البسيطة أو الأسطوانية، المسبوكات الدقيقة العامة | <300 | 10-40 | 100-300 | 100-150 | 500~600 | 2-3 | 40-50 | <200 | |
| 100-1000 | 15-60 | 100-200 | <75 | 500 | 8-10 | 40 | <200 | ||
| هيكل معقد وسبك عالي الدقة | 1500 | <40 | <150 | <60 | 420~450 | 5~6 | 30~40 | <200 | |
| 1500 | 40-70 | <200 | <70 | 500-550 | 9-10 | 20-30 | <200 | ||
| 1500 | >70 | <200 | <75 | 500-550 | 1.5 | 30-40 | 150 | ||
| ماكينات النسيج أداة ماكينة الصب الصغيرة أداة ماكينة الصب الصغيرة أداة ماكينة الصب الكبيرة | <50 | <15 | <150 | 50-70 | 500-550 | 3~5 | 20~301 | 50-200 | |
| <1000 | <60 | ≤200 | <100 | 500-550 | 3-5 | 20-30 | 150-200 | ||
| >2000 | 20-80 | <150 | 30-60 | 500-550 | 8-10 | 30-40 | 150-200 | ||
الغرض من التلدين بالرسوم البيانية لمسبوكات الحديد الرمادي هو خفض صلابتها، وتعزيز قابليتها للتشغيل الآلي، وزيادة مرونتها وصلابتها. إذا كانت المسبوكات لا تحتوي على الأسمنتيت سهل الانصهار أو تحتوي على كمية صغيرة فقط، يمكن إجراء التلدين بالرسوم البيانية في درجات حرارة منخفضة. ومع ذلك، إذا كانت كمية الأسمنتيت سهل الانصهار كبيرة، يكون التلدين بالرسوم البيانية بدرجة حرارة عالية ضروريًا.
(1) التلدين بالغرافيت بدرجة حرارة منخفضة.
ستحدث عملية تحبيب وتحبيب الأسمنتيت المتبلور في حديد الزهر الرمادي عندما يتم تلدين المادة في درجات حرارة منخفضة. ستؤدي هذه العملية إلى تقليل الصلابة وزيادة اللدونة.
تتضمن عملية التلدين بالرسوم البيانية بدرجة حرارة منخفضة لتلدين الحديد الزهر الرمادي تسخين الصب إلى درجة حرارة أقل بقليل من الحد الأدنى من AC1وتثبيته عند درجة الحرارة هذه لفترة زمنية محددة لتكسير الأسمنت الأوتكتويد ثم تبريده في الفرن.
يكون منحنى العملية على النحو التالي:
الشكل 4 منحنى عملية التلدين بالرسوم البيانية بدرجة حرارة منخفضة لحديد الزهر الرمادي
(2) التلدين بالغرافيتة بدرجة حرارة عالية.
تتضمن عملية التلدين بالرسوم البيانية ذات درجة الحرارة العالية للحديد الزهر الرمادي تسخين المادة إلى درجة حرارة أعلى من الحد الأعلى ل AC1. تقوم هذه العملية بتفكيك الأسمنتيت الحر في الحديد الزهر إلى الأوستينيت والجرافيت. ثم يتم الاحتفاظ بالمادة عند درجة الحرارة هذه لفترة زمنية محددة ويتم تبريدها بطريقة معينة، اعتمادًا على بنية المصفوفة المطلوبة.
في حالة الرغبة في الحصول على مصفوفة فريت ذات مرونة وصلابة عالية، تكون مواصفات العملية وطريقة التبريد كما يلي:
الشكل 5 عملية التلدين بالرسوم البيانية بدرجة حرارة عالية لمصفوفة الفريت
في حالة الرغبة في الحصول على بنية مصفوفة من البرليت ذات قوة عالية ومقاومة جيدة للتآكل، يمكن تنفيذ مواصفات العملية وطريقة التبريد وفقًا للشكل 6 على النحو التالي:
الشكل 6 عملية التلدين بالغرافيت بدرجة حرارة عالية لمصفوفة البرليت
إن الغرض من تطبيع الحديد الزهر الرمادي هو تحسين قوته وصلابته ومقاومته للتآكل، أو ليكون بمثابة معالجة حرارية أولية للتبريد السطحي ولتعزيز بنية المصفوفة.
المواصفات الخاصة ب عملية التطبيع من الحديد الزهر الرمادي في الشكل أدناه:
عادة، يتم تسخين الصب إلى الحد الأعلى من AC1والتي تتراوح بين 30 درجة مئوية و50 درجة مئوية. يؤدي ذلك إلى تحول البنية الأصلية إلى أوستينيت.
بعد الاحتفاظ بها لفترة من الوقت، يتم تبريد الصب بالهواء (راجع الشكل أ أدناه).
بالنسبة للمسبوكات المعقدة أو ذات الأشكال المهمة، يلزم التلدين بعد التحويل إلى الوضع الطبيعي للتخلص من أي إجهاد داخلي.
إذا كان الهيكل الأصلي للحديد الزهر يحتوي على كمية زائدة من الأسمنت الحر، فيجب تسخينه إلى الحد الأعلى من AC1الذي يتراوح بين 50 درجة مئوية و100 درجة مئوية، للتخلص من الأسمنتيت الحر من خلال الجرافيت في درجات حرارة عالية (راجع الشكل ب).
يوضح الشكل أدناه تأثير درجة حرارة التسخين على صلابة الحديد الزهر بعد التطبيع.
ضمن نطاق درجة حرارة التطبيع، تزداد صلابة الحديد الزهر مع زيادة درجة الحرارة.
على هذا النحو، لتحقيق صلابة عالية ومقاومة للتآكل في حديد الزهر المطبع، يمكن اختيار درجة حرارة تسخين أعلى ضمن نطاق درجة حرارة التطبيع.
الشكل 8 تأثير درجة حرارة التطبيع على صلابة الحديد الزهر الرمادي
ملاحظة: يتم التعبير عن محتوى العناصر في الشكل بالجزء الكتلي (%).
يؤثر معدل التبريد بعد التطبيع على كمية الفريت المترسب، وبالتالي على الصلابة.
كلما زاد معدل التبريد، انخفضت كمية الفريت المترسبة، مما يؤدي إلى صلابة أعلى.
وبالتالي، يمكن التحكم في سرعة التبريد (على سبيل المثال، من خلال التبريد بالهواء أو التبريد بالماء أو التبريد بالضباب) لتحقيق التعديل المطلوب لصلابة الحديد الزهر.
تتضمن عملية التبريد لحديد الزهر تسخين الصب إلى درجة حرارة الحد الأعلى AC1 زائد 30-50 ℃، عادةً ما بين 850 ℃-900 ℃، لتحويل هيكلها إلى أوستينيت. ثم يتم الاحتفاظ بالصب عند درجة الحرارة هذه لزيادة قابلية ذوبان الكربون في الأوستينيت قبل التبريد. التبريد بالزيت تُستخدم عادةً في هذه العملية.
انظر أيضًا:
إليك النسخة المنقحة:
المسبوكات مع الأشكال المعقدة أو الأحجام الكبيرة يجب تسخينها ببطء لمنع التشقق بسبب التسخين غير المتساوي. إذا لزم الأمر، يمكن أن يساعد التسخين المسبق عند 500-650 درجة مئوية في تجنب التشقق.
يوضح الجدول 8-1 تأثير درجة حرارة التسخين بالتبريد على صلابة الحديد الزهر. ويمكن الاطلاع على التركيب الكيميائي للحديد الزهر المدرج في الجدول أعلاه في الجدول 8-2.
تؤدي زيادة درجة حرارة التقوية إلى زيادة الصلابة بعد التبريد. ومع ذلك، فإن درجات حرارة التقوية المرتفعة تزيد أيضًا من خطر تشوه وتشقق الحديد الزهر، بالإضافة إلى إنتاج المزيد من الأوستينيت المحتفظ بهمما يقلل من الصلابة.
يوضح الشكل 9 تأثير زمن التثبيت على الصلابة.
الجدول 8.1 تأثير درجة حرارة التقوية على صلابة الحديد الزهر الرمادي بعد الحريق (حكة الزيت)
| حديد زهر رمادي | كما يلقي | HBW | |||
| 790°C | 815C | 845°C | 870°C | ||
| A | 217 | 159 | 269 | 450 | 477 |
| B | 255 | 207 | 450 | 514 | 601 529 |
| C | 223 | 311 | 477 | 486 | |
| D | 241 | 355 208 | 469 487 | 486 520 | 460 |
| E | 235 | 512 | |||
| F | 235 | 370 | 477 | 480 | 465 |
الجدول 8-2 التركيب الكيميائي (الكسر الكتلي) (%) للعديد من الحديد الزهر
| حديد مصبوب | TC | سى سى | سي | P | S | من | كر | ني | مو |
| A | 3.19 | 0.69 | 1.70 | 0.216 | 0.097 | 0.76 | 0.03 | – | 0.013 |
| B | 3.10 | 0.70 | 2.05 | – | – | 0.80 | 0.27 | 0.37 | 0.45 |
| C | 3.20 | 0.58 | 1.76 | 0.187 | 0.054 | 0.64 | 0.005 | التتبع | 0.48 |
| D | 3.22 | 0.53 | 2.02 | 0.114 | 0.067 | 0.66 | 0.02 | 1.21 | 0.52 |
| E | 3.21 | 0.60 | 2.24 | 0.114 | 0.071 | 0.67 | 0.50 | 0.06 | 0.52 |
| F | 3.36 | 0.61 | 1.96 | 0.158 | 0.070 | 0.74 | 0.35 | 0.52 | 0.47 |
الشكل 9 تأثير البنية الأصلية لمصفوفة معدن الحديد الزهر على الصلابة بعد التبريد عند درجة حرارة 840 درجة مئوية لوقت احتجاز مختلف
التركيب الكيميائي (الكسر الكتلي) لحديد الزهر الرمادي هذا كما يلي: 3.341.34% C، و2.22% Si، و0.7% Mn، و0.11% P، و0.1% S.
تتأثر صلابة حديد الزهر الرمادي بعوامل مثل حجم الجرافيت وشكله وتوزيعه وتكوينه الكيميائي وحجم حبيبات الأوستينيت.
يقلل الجرافيت في الحديد الزهر من التوصيل الحراري، وبالتالي يقلل من صلابته. وكلما زادت كمية الجرافيت الخشن الموجود، أصبح هذا التأثير أكثر وضوحًا.
يمكن ملاحظة تأثير درجة حرارة التقسية على الخواص الميكانيكية لحديد الزهر في الشكل 10 أدناه.
لمنع الجرافيتية، يجب الحفاظ على درجة حرارة التقسية عمومًا أقل من 550 درجة مئوية، ويجب حساب وقت الاحتفاظ بالتقسية على أنه t = [سمك الصب (مم) / 25] + 1 (ساعة).
الشكل 10 تأثير درجة حرارة التقسية على الصلابة والقوة من حديد الزهر المروي
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
NL 
PT 
RU