هل تساءلت يومًا كيف يمكن جعل الفولاذ قويًا ومرنًا بشكل لا يصدق؟ ستكشف لك هذه المدونة عن العالم الرائع للتبريد، وهي عملية معالجة حرارية حاسمة في الهندسة الميكانيكية. ستتعرف على طرق التبريد المختلفة وتطبيقاتها الفريدة، مما يوفر لك فهمًا أعمق لكيفية صناعة الأدوات والآلات اليومية لتحقيق الأداء الأمثل.
التسقية هي عملية معالجة حرارية حرجة تستخدم على نطاق واسع في علم المعادن وعلوم المواد لتعزيز الخواص الميكانيكية للمعادن والسبائك. في سياق الفولاذ، يتضمن التسقية دورة حرارية مضبوطة بدقة:
إن الهدف الأساسي من التبريد في الفولاذ هو تشكيل المارتينسيت، وهو محلول صلب فائق التشبع من الكربون في الحديد مع بنية بلورية رباعي الزوايا متمركزة في الجسم (BCT). ينتج عن ذلك زيادة كبيرة في الصلابة والقوة. في بعض الحالات، قد يتم تصميم التبريد لإنتاج البينيت من خلال معالجات متساوية الحرارة بالقرب من درجة حرارة بدء المارتينسيت (Ms).
من المهم ملاحظة أن التبريد لا يقتصر على السبائك الحديدية. يشمل المصطلح أيضًا عمليات المعالجة الحرارية للمواد الأخرى:
يتم تصميم بارامترات التبريد المحددة، بما في ذلك درجة حرارة التسخين، ووقت الاحتفاظ، ومعدل التبريد، واختيار مادة التبريد، بعناية لتتناسب مع تركيبة المادة والخصائص النهائية المطلوبة. وغالبًا ما تستخدم عمليات التبريد الحديثة أنظمة يتم التحكم فيها بالكمبيوتر ومواد التبريد المتقدمة لتحسين الأداء وتقليل التشويه.
التسقية هي طريقة معالجة حرارية تتضمن تسخين الفولاذ فوق درجة حرارته الحرجة، والاحتفاظ به لفترة معينة، ثم تبريده بمعدل أكبر من سرعة التبريد الحرجة للحصول على بنية غير متوازنة مارتينسيتية في الغالب (على الرغم من أنه يمكن الحصول على البينيت أو الأوستينيت أحادي الطور حسب الحاجة).
التسقية هي الطريقة الأكثر تطبيقًا على نطاق واسع في عمليات المعالجة الحرارية للصلب.
هناك أربع عمليات أساسية تقريباً في المعالجة الحرارية للصلب: التلدينوالتطبيع والتبريد والتبريد والتلطيف.
التلدين
يتضمن ذلك تسخين قطعة العمل إلى درجة حرارة مناسبة، والاحتفاظ بها لمدة تعتمد على المادة وحجم قطعة العمل، ثم تبريدها ببطء (أبطأ معدل تبريد). والهدف من ذلك هو الوصول بالهيكل الداخلي للمعدن إلى التوازن أو قريبًا منه، وتحقيق أداء جيد للعملية وأداء الاستخدام، أو إعداد الهيكل لمزيد من التبريد.
التطبيع
بعد تسخين قطعة العمل إلى درجة حرارة مناسبة، يتم تبريدها في الهواء. يتشابه تأثير التطبيع مع التلدينولكنه ينتج بنية أدق. ويستخدم عادةً لتحسين أداء القطع للمواد، ويستخدم أحيانًا كمعالجة حرارية نهائية للأجزاء ذات المتطلبات الأقل تطلبًا.
التقسية
لتقليل هشاشة القطع الفولاذية، يتم الحفاظ على القطع التي تم إخمادها عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الغرفة ولكن أقل من 710 درجة مئوية لفترة طويلة قبل التبريد. تُعرف هذه العملية باسم التقسية.
التبريد
هذه عملية معالجة حرارية تتضمن تسخين قطعة العمل لتحويلها إلى أوستنيت ثم تبريدها بطريقة مناسبة للحصول على بنية مارتينسيت أو بينيت. تشمل الطرق الشائعة التبريد بالماء, التبريد بالزيتوالتبريد بالهواء.
التلدين والتطبيع والتبريد والتبريد والتلطيف هي "الحرائق الأربعة" في المعالجة الحرارية المتكاملة. التسقية والتلطيف مرتبطان ارتباطًا وثيقًا، وغالبًا ما يُستخدمان معًا، وكلاهما لا غنى عنهما.
هناك عشر طرق للتبريد في عملية المعالجة الحرارية، وهي:
في هذه العملية، يتم تسخين قطعة العمل إلى درجة حرارة التبريد ثم يتم تبريدها بسرعة عن طريق غمرها في وسط التبريد. هذه هي أبسط طرق التبريد وتستخدم عادةً في الصلب الكربوني البسيط الشكل و سبائك الصلب قطع العمل. يعتمد اختيار وسيط التبريد على عوامل مثل معامل نقل الحرارة وقابلية التصلب وحجم وشكل الأجزاء.
الشكل 1 التبريد بوسيط واحد (الماء، الزيت، الهواء)
في عملية المعالجة الحرارية، يتم تبريد قطعة العمل التي تم تسخينها إلى درجة حرارة التبريد بسرعة إلى نقطة قريبة من بداية المارتينسيت (MS) في وسط تبريد قوي. يتم بعد ذلك تبريد قطعة العمل ببطء إلى درجة حرارة الغرفة في وسط تبريد أبطأ، مما يخلق مجموعة من درجات حرارة التبريد المختلفة ومعدلات التبريد المثالية.
تُستخدم هذه الطريقة لقطع العمل ذات الأشكال المعقدة أو قطع العمل الكبيرة المصنوعة من الفولاذ عالي الكربون، وسبائك الفولاذ، وفولاذ الأدوات الكربوني. تشمل وسائط التبريد الشائعة الماء والزيت والماء والنترات والماء والهواء والزيت والهواء. يستخدم الماء عادةً كوسيط تبريد سريع، بينما يستخدم الزيت أو الهواء كوسيط تبريد أبطأ. ويستخدم الهواء بشكل أقل.
يتم تحويل الفولاذ إلى أوستنيت، ثم يتم غمره في وسط سائل (حمام ملح أو حمام قلوي) بدرجة حرارة أعلى أو أقل قليلاً من نقطة المارتينسيت العليا للفولاذ لفترة محددة. ثم يتم إخراج الفولاذ بعد ذلك لتبريده بالهواء، ويتم تبريده بدرجة حرارة أقل من الأوستينيت يتحول ببطء إلى مارتينسيت.
تُستخدم هذه الطريقة بشكل عام لقطع العمل الصغيرة ذات الأشكال المعقدة ومتطلبات التشوه الصارمة. كما يتم عادةً إخماد أدوات وقوالب الفولاذ عالي السرعة والفولاذ عالي السبائك الفولاذية باستخدام هذه الطريقة.
يتم تبريد الشُّغْلَة بسرعة في الحوض عندما تكون درجة حرارة الحوض أقل من نقطة بداية المارتينسيت (MS) وأعلى من نقطة نهاية المارتينسيت (MF). وينتج عن ذلك نفس نتيجة استخدام حجم حمام أكبر.
تُستخدم هذه الطريقة عادةً لقطع الصلب منخفضة الصلابة ذات الحجم الكبير.
يتم إخماد قطعة العمل في حمام بدرجة حرارة باينيت منخفضة للمعالجة المتساوية الحرارة، مما يتسبب في تكوين باينيت منخفض. يتم تنفيذ هذه العملية عادةً عن طريق إبقاء قطعة العمل في الحمام لمدة 30 إلى 60 دقيقة.
تتكون عملية التبريد المتساوي الحرارة لعملية البينيت من ثلاث خطوات:
تُستخدم هذه الطريقة بشكل شائع في الأجزاء صغيرة الحجم المصنوعة من سبائك الصلب والفولاذ عالي الكربون، وكذلك الفولاذ عالي الكربون، وكذلك الفولاذ المطيل مصبوبات الحديد.
يتم الحصول على المارتينسيت بجزء حجمي من 10% إلى 30% عن طريق إخماد قطعة العمل تحت نقطة التصلب المتعدد (MS)، متبوعًا بمعالجة متساوية الحرارة في منطقة الباينيت السفلي.
تُستخدم هذه الطريقة بشكل شائع لسبائك الفولاذ المصنوعة من سبائك الصلب.
ويشار إلى طريقة التبريد هذه أيضًا بالتبريد التدريجي. وتتضمن العملية تبريد الأجزاء أولاً في حمام بدرجة حرارة منخفضة (أعلى من التصلب المتعدد) ثم نقلها إلى حمام بدرجة حرارة أعلى للخضوع لتحويل متساوي الحرارة ل الأوستينيت.
تناسب هذه الطريقة الأجزاء الفولاذية ذات الصلابة المنخفضة أو الحجم الكبير، وكذلك قطع العمل التي يجب أن تكون مقواة.
في عملية التبريد المسبق للتبريد المتساوي الحرارة، يتم تبريد الأجزاء مسبقًا إلى درجة حرارة أعلى بقليل من Ar3 أو Ar1 باستخدام الهواء أو الماء الساخن أو حمام الملح. بعد ذلك، يتم إجراء التبريد المتوسط الأحادي.
تُستخدم هذه الطريقة غالبًا مع الأجزاء ذات الأشكال المعقدة والاختلافات الكبيرة في السُمك ومتطلبات التشوه الدنيا.
تنطوي عملية التبريد والتبريد الذاتي على تسخين جميع قطع العمل، ولكن مع غمر الأجزاء المراد تقسيتها (عادةً الأجزاء العاملة) في سائل تبريد للتبريد أثناء التبريد.
بمجرد أن يختفي توهج الأجزاء غير المغمورة، تتم إزالة عملية التبريد على الفور لتبريد الهواء.
تسمح هذه الطريقة بانتقال الحرارة من المركز إلى السطح لتلطيفه، وتُستخدم عادةً للأدوات التي يجب أن تتحمل الصدمات مثل الأزاميل واللكمات والمطارق وغيرها.
يمكن تعديل طريقة التبريد برش الماء على قطعة العمل من حيث تدفق الماء، اعتمادًا على عمق التبريد المطلوب. يتجنب التبريد النفاث تكوين طبقة بخار على سطح قطعة العمل، مما ينتج عنه طبقة أكثر صلابة مقارنةً بالتبريد العادي التبريد بالماء.
تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي في التبريد السطحي الموضعي.
الهدف الأساسي من التبريد هو إحداث تحول طوري في الفولاذ، وتحويل الأوستينيت فائق التبريد إلى مارتينسيت أو باينيت. ينتج عن هذا التحول بنية مجهرية تعزز بشكل كبير الخواص الميكانيكية للمادة. ويسمح التبريد، متبوعًا بالتبريد المتحكم فيه عند درجات حرارة محددة، بتخصيص خصائص الفولاذ بدقة، بما في ذلك زيادة الصلابة ومقاومة التآكل وقوة التعب والمتانة. يتيح هذا التنوع للمصنعين تلبية المتطلبات المتنوعة لمختلف المكونات والأدوات الميكانيكية في مختلف الصناعات.
التبريد هو عملية معالجة حرارية حرجة تنطوي على تسخين قطعة معدنية إلى درجة حرارة تبريد محددة مع الاحتفاظ بها لفترة محددة مسبقًا لضمان التحول الكامل للطور، ثم تبريدها بسرعة في وسط تبريد. يعتمد اختيار وسيط التبريد - مثل المحلول الملحي أو الماء أو محاليل البوليمر أو الزيوت المعدنية أو حتى الهواء القسري - على معدل التبريد المطلوب وتركيبة السبيكة المحددة. يوفر كل وسيط خصائص تبريد مختلفة، مما يسمح لعلماء المعادن بالتحكم في تطور البنية المجهرية والخصائص الناتجة.
ويؤدي التبريد السريع أثناء التبريد إلى تكوين محلول صلب فائق التشبع، مما يحبس ذرات الكربون داخل شبكة الحديد ويشكل طور المارتنسيت القابل للاستقرار. يتميز هذا التركيب المارتنسيتي بالصلابة العالية للغاية ومقاومة التآكل ولكن يمكن أن يكون هشاً. وغالباً ما يتم استخدام عمليات التقسية اللاحقة لتحسين التوازن بين القوة والصلابة والليونة، وتكييف خصائص المواد مع متطلبات الاستخدام المحددة.
بالإضافة إلى تعزيز الخصائص الميكانيكية، يلعب التبريد دورًا حاسمًا في تطوير خصائص فيزيائية وكيميائية محددة في الفولاذ المتخصص. على سبيل المثال، يمكن أن يحسن بشكل كبير الخصائص المغناطيسية الحديدية للفولاذ المغناطيسي الدائم، ويعزز مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل، ويعدل الخصائص الكهربائية لفولاذ السيليكون المستخدم في قلب المحولات.
تعتبر عملية التبريد حاسمة بشكل خاص بالنسبة للفولاذ بسبب طبيعته المتآصلة والقدرة على تشكيل بنى مجهرية مختلفة بناءً على معدلات التبريد. عندما يتم تسخين الفولاذ فوق درجة حرارته الحرجة (عادةً في نطاق 723-912 درجة مئوية، اعتمادًا على التركيب)، يتحول هيكله في درجة حرارة الغرفة إلى الأوستينيت. ويمنع التبريد السريع اللاحق تكوين الفريت والبيرلايت المعتمد على الانتشار، وبدلاً من ذلك يجبر الأوستينيت المكعب المتمركز حول الوجه (FCC) على التحول إلى مارتينسيت رباعي الزوايا المتمركز حول الجسم (BCT) من خلال آلية قص غير قابلة للانتشار.
ومع ذلك، يؤدي التبريد السريع الملازم للتبريد إلى حدوث إجهادات حرارية كبيرة داخل قطعة العمل. يمكن أن تؤدي هذه الضغوط، إذا لم تتم إدارتها بشكل صحيح، إلى تشويه أو اعوجاج أو حتى تشقق المكون. وللتخفيف من هذه المخاطر، يستخدم علماء المعادن تقنيات مختلفة مثل التبريد المتقطع أو التبريد الانتقائي أو استخدام مواد تبريد متخصصة ذات خصائص تبريد مضبوطة.
يمكن تصنيف عمليات التبريد على نطاق واسع بناءً على طريقة التبريد المستخدمة:
يعد اختيار عملية التبريد المناسبة ومعلماتها أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق البنية المجهرية والخصائص المرغوبة مع تقليل مخاطر العيوب المرتبطة بالتبريد. يستمر تطور تقنيات التبريد المتقدمة، مثل التبريد المكثف أو المعالجات بالتبريد، مما يوفر إمكانيات جديدة لتعزيز أداء المواد في التطبيقات الصعبة.
تتضمن عملية التبريد ثلاث مراحل: التسخين، والتثبيت، والتبريد. هنا، يتم تقديم مبادئ اختيار بارامترات العملية لهذه المراحل الثلاث باستخدام تبريد الصلب كمثال.
درجة حرارة تسخين التسقية
استنادًا إلى النقطة الحرجة للتحول الطوري في الفولاذ، يهدف التسخين أثناء التبريد إلى تكوين حبيبات أوستنيتية دقيقة وموحدة، والحصول على بنية مارتينسيتية دقيقة بعد التبريد.
يظهر نطاق درجة حرارة التسخين بالتبريد للفولاذ الكربوني في الشكل "درجة حرارة التسخين بالتبريد". ينطبق مبدأ اختيار درجة حرارة التسقية الموضحة في هذا الشكل أيضًا على معظم سبائك الفولاذ، وخاصة الفولاذ منخفض السبائك. درجة حرارة التسخين للفولاذ منخفض التكثيف هي 30-50 درجة حرارة أعلى من درجة حرارة Ac3.
| الصف الصيني | نقطة حرجة /℃ | درجة حرارة التبريد /℃ | |
| Aإل | Aes(Aسم) | ||
| 20 | 735 | 855 | 890~910 |
| 45 | 724 | 780 | 830~860 |
| 60 | 727 | 760 | 780~830 |
| T8 | 730 | 750 | 760~800 |
| T12 | 730 | 820 | 770~810 |
| 40Cr | 743 | 782 | 830~860 |
| 60Si2Mn | 755 | 810 | 860~880 |
| 9CrSi | 770 | 870 | 850~870 |
| 5CrNiMo | 710 | 760 | 830~860 |
| 3Cr2W8V | 810 | 1100 | 1070~1130 |
| GCr15 | 745 | 900 | 820~850 |
| Cr12MoV | 810 | / | 980~1150 |
| W6Mo5Cr4V2 | 830 | / | 1225~1235 |
من شكل "درجة حرارة التسخين بالتبريد"، يمكننا أن نرى أن حالة الفولاذ عند درجة حرارة عالية تكون في منطقة الأوستينيت أحادي الطور (A)، ومن ثم يُطلق عليه التبريد الكامل. إذا كانت درجة حرارة تسخين الفولاذ ناقص الأوستينيت أعلى من درجة حرارة Ac1 وأقل من درجة حرارة Ac3، فإن فريت بروتيكتويد الفريت لا يتحول بالكامل إلى أوستينيت عند درجة حرارة عالية، وهو تبريد غير مكتمل (أو دون الحرجة). تكون درجة حرارة التبريد للصلب فائق التكثيف 30-50 درجة مئوية فوق درجة حرارة Ac1، ويقع نطاق درجة الحرارة هذا في منطقة الأوستينيت والأسمنتيت (A+C) ثنائي الطور.
ولذلك، لا يزال التبريد العادي للصلب فائق التكتيل ينتمي إلى التبريد غير الكامل، والهيكل الذي يتم الحصول عليه بعد التبريد هو المارتينسيت الموزع على مصفوفة الأسمنتي. يتميز هذا الهيكل بصلابة عالية ومقاومة عالية للتآكل. بالنسبة للصلب فائق التكتيك، إذا كانت درجة حرارة التسخين عالية جدًا، فإن الكثير من الأسمنتيت البروتكتويد سوف يذوب أو حتى يذوب تمامًا، ثم تنمو حبيبات الأوستينيت، و المحتوى الكربوني لـ يزداد الأوستينيت أيضًا.
بعد التسقية، يزيد هيكل المارتينسيت الكبير من الإجهاد الداخلي في المناطق الدقيقة من الفولاذ المروي، ويزيد من عدد الشقوق الدقيقة، ويزيد من ميل الجزء للتشوه والتشقق. ونظرًا لارتفاع تركيز الكربون في الأوستينيت، تنخفض نقطة المارتينسيت، وتزداد كمية الأوستينيت المحتجزة، وتنخفض صلابة ومقاومة التآكل في قطعة العمل. تظهر درجة حرارة التبريد للفولاذ شائع الاستخدام في الشكل "درجة حرارة تسخين التبريد"، ويوضح الجدول درجة حرارة التسخين لتبريد الفولاذ شائع الاستخدام.
في الإنتاج الفعلي، يجب تعديل اختيار درجة حرارة التسخين وفقًا لظروف معينة. على سبيل المثال، عندما يكون محتوى الكربون في الفولاذ ناقص التكثيف عند الحد الأدنى، وعندما تكون شحنة الفرن كبيرة، وعندما يكون عمق طبقة التصلب في الجزء المطلوب زيادة درجة حرارة الحد الأعلى، يمكن اختيار درجة حرارة الحد الأعلى؛ وإذا كان شكل قطعة العمل معقدًا، وكانت متطلبات التشوه صارمة، فيجب اعتماد درجة حرارة الحد الأدنى.
عقد التسقية
يتم تحديد وقت الاحتفاظ بالتبريد بعوامل مختلفة مثل وضع تسخين المعدات وحجم الجزء وتكوين الفولاذ وكمية شحنة الفرن وقوة المعدات. بالنسبة للتصلب الشامل، فإن الغرض من التثبيت هو جعل درجة الحرارة الداخلية لقطعة العمل متقاربة بشكل موحد.
بالنسبة لجميع أنواع التبريد، يعتمد وقت التثبيت في النهاية على الحصول على بنية تسخين تبريد جيدة في منطقة التبريد المطلوبة. التسخين والإمساك خطوتان مهمتان تؤثران على جودة التسقية. تؤثر حالة البنية التي يتم الحصول عليها عن طريق التسخين بشكل مباشر على الأداء بعد التسقية. يتم التحكم في حجم حبيبات الأوستينيت للأجزاء الفولاذية العامة عند 5-8 مستويات.
| درجة الفولاذ | درجة حرارة متساوية الحرارة /℃ | زمن متساوي الحرارة /دقيقة | الصف | درجة حرارة متساوية الحرارة /℃ | زمن متساوي الحرارة /دقيقة |
| 65 | 280-350 | 10-20 | GCr9 | 210~230 | 25-45 |
| 65 مليون | 270-350 | 10-20 | 9سيكر 9SiCr | 260-280 | 30-45 |
| 55Si2 | 300-360 | 10-20 | Cr12MoV | 260-280 | 30-60 |
| 60Si2 | 270-340 | 20-30 | 3Cr2W8 | 280-300 | 30-40 |
| T12 | 210~220 | 25-45 |
تبريد التبريد بالتبريد
لجعل المرحلة ذات درجة الحرارة العالية في الفولاذ - الأوستينيت، تتحول إلى المرحلة القابلة للاستقرار في درجة الحرارة المنخفضة - المارتينسيت أثناء عملية التبريد، يجب أن تكون سرعة التبريد أكبر من سرعة التبريد الحرجة للفولاذ. أثناء عملية تبريد قطعة العمل، يوجد فرق معين بين سرعة تبريد السطح واللب. إذا كان هذا الاختلاف كبيرًا بما فيه الكفاية، فقد يتسبب ذلك في أن يكون معدل تبريد الجزء بمعدل تبريد أكبر من معدل التبريد الحرج للتحول إلى مارتينسيت، في حين أن اللب الذي يكون أقل من معدل التبريد الحرج لا يمكن أن يتحول إلى مارتينسيت.
ولضمان تحول المقطع العرضي بأكمله إلى مارتينسيت، يجب اختيار وسيط تبريد ذو قدرة تبريد كافية لضمان أن يكون لقلب قطعة العمل سرعة تبريد عالية بما فيه الكفاية. ولكن إذا كانت سرعة التبريد كبيرة، فقد يتسبب الإجهاد الداخلي الناجم عن التمدد والانكماش الحراري غير المتكافئ داخل قطعة العمل في تشوه أو تشقق قطعة العمل. لذلك، بالنظر إلى العاملين المتعارضين أعلاه، من المهم اختيار وسيط التبريد وطريقة التبريد بشكل معقول.
لا تتعلق مرحلة التبريد بالحصول على هيكل معقول للأجزاء وتحقيق الأداء المطلوب فحسب، بل أيضًا الحفاظ على حجم الأجزاء ودقة شكلها. إنها حلقة رئيسية في عملية التبريد.
صلابة قطعة العمل
تؤثر صلابة قطعة الشغل المروية على تأثير التبريد. يتم تحديد صلابة قطعة الشُّغْلَة المروية بشكل عام من خلال قيمة HRC التي يتم قياسها بواسطة جهاز اختبار الصلابة Rockwell. يمكن قياس قيمة HRA للصفائح الفولاذية الصلبة الرقيقة وقطع الشغل المروية السطحية، بينما بالنسبة للصفائح الفولاذية المروية بسُمك أقل من 0.8 مم، وقطع الشغل المروية السطحية ذات الطبقة الضحلة، وقطع الشغل المروية قضبان فولاذية التي يقل قطرها عن 5 مم، يمكن استخدام جهاز اختبار صلابة روكويل السطحية لقياس قيم HRC الخاصة بها.
عندما لحام الفولاذ الكربوني وبعض أنواع سبائك الفولاذ، قد يحدث التبريد في المنطقة المتأثرة بالحرارة ويصبح صلبًا، وهو ما يجعلها عرضة للتشقق على البارد. وهذا أمر يجب منعه أثناء عملية اللحام.
نظرًا لصلابة المعدن وهشاشته بعد التبريد، يمكن أن يتسبب الإجهاد السطحي المتبقي المتولد في تشققات باردة. يمكن استخدام التقسية كأحد طرق إزالة التشققات الباردة دون التأثير على الصلابة.
التسقية أكثر ملاءمة للاستخدام مع الأجزاء ذات السماكة والقطر الصغير. بالنسبة للأجزاء الأكبر حجمًا، لا يكون عمق التبريد كافيًا، كما أن الكربنة لها نفس المشكلة. في هذا الوقت، فكر في إضافة سبائك مثل الكروم إلى الفولاذ لزيادة القوة.
التبريد هو أحد الوسائل الأساسية لتقوية المواد الفولاذية. المارتينسيت في الفولاذ هو المرحلة الأكثر صلابة في هياكل المحاليل الصلبة القائمة على الحديد، لذلك يمكن للأجزاء الفولاذية الحصول على صلابة عالية وقوة عالية عن طريق التبريد. ومع ذلك، فإن المارتينسيت هش للغاية، ويوجد إجهاد داخلي كبير للتبريد داخل الفولاذ بعد التبريد، لذلك فهو غير مناسب للتطبيق المباشر ويجب أن يتم تقويته.
التبريد الأحادي المتوسط: يتم تبريد قطعة العمل في وسيط واحد، مثل الماء أو الزيت. المزايا هي التشغيل البسيط والميكنة السهلة والتطبيق الواسع. العيب هو أن التبريد في الماء يسبب إجهادًا كبيرًا، مما يجعل قطعة العمل عرضة للتشوه والتشقق؛ التبريد بالزيت له معدل تبريد بطيء، وقطر تبريد صغير، ومن الصعب تبريد قطع العمل الكبيرة.
التبريد المزدوج المتوسط: يتم تبريد الشُّغْلَة أولاً إلى حوالي 300 ℃ في وسط ذي قدرة تبريد قوية، ثم يتم تبريدها في وسط ذي قدرة تبريد أضعف. يمكن أن تقلل هذه الطريقة بشكل فعال من الإجهاد الداخلي بسبب التحول المارتنسيتي وتقلل من ميل تشوه قطعة العمل والتشقق.
التسقية المرحلية: يتم إخماد قطعة العمل في حمام ملح منخفض الحرارة أو حمام قلوي بدرجة حرارة منخفضة، بحيث تكون درجة الحرارة قريبة من نقطة التماسك. تبقى قطعة العمل في درجة الحرارة هذه لمدة 2-5 دقائق ثم يتم تبريدها بالهواء.
التبريد المتساوي الحرارة: يتم إخماد قطعة العمل في حمام ملح متساوي الحرارة، وتكون درجة حرارة حمام الملح في الجزء السفلي من منطقة الباينيت (أعلى قليلاً من درجة حرارة السيدة). تبقى قطعة العمل في نفس درجة الحرارة لفترة طويلة حتى يكتمل التحول البينيت، ثم يتم تبريدها بالهواء.
التبريد السطحي: التبريد السطحي هو طريقة تبريد جزئي للطبقة السطحية لقطعة فولاذية إلى عمق معين، بينما يظل القلب غير مروي.
التصلب التعريفي: يستخدم التسخين بالحث الحثي الحث الكهرومغناطيسي لتوليد تيارات دوامة في قطعة العمل للتسخين.
التبريد بالتبريد بالتبريد: ويتضمن ذلك الغمر في محلول ماء مثلج قوي التبريد كوسيط تبريد.
التبريد الجزئي: يتضمن ذلك تبريد أجزاء قطعة العمل التي تحتاج إلى تقسية فقط.
التسقية بالتبريد بالغاز: يشير على وجه التحديد إلى التسخين في الفراغ والتبريد في غاز خامل ومحايد عالي الضغط أو غاز خامل محايد عالي الضغط أو غاز خامل عالي الضغط.
تبريد الهواء بالتبريد بالهواء: يتضمن ذلك استخدام الهواء المتدفق القسري أو الهواء المضغوط كوسيط تبريد للتبريد.
التبريد بالمحلول الملحي: يتضمن ذلك استخدام محلول ماء مالح كوسيط تبريد للتبريد.
التبريد بالمحلول العضوي: يتضمن ذلك استخدام محلول مائي من البوليمر العضوي كوسيط تبريد للتبريد.
التبريد بالرش بالرذاذ: يتضمن ذلك استخدام تدفق سائل نفاث كوسيط تبريد للتبريد.
تبريد الحمام الساخن: ويتضمن ذلك إخماد قطعة العمل في حمام ساخن مثل الملح المنصهر أو القلويات المنصهرة أو المعدن المنصهر أو الزيت عالي الحرارة.
التسقية المزدوجة السائلة: بعد تسخين قطعة الشغل لتشكيل الأوستينيت، يتم غمرها أولاً في وسط ذي قدرة تبريد قوية، وعندما تكون المنظمة على وشك الخضوع للتحول المارتنسيتي، يتم نقلها على الفور إلى وسط ذي قدرة تبريد ضعيفة للتبريد.
التبريد بالضغط: بعد تسخين قطعة العمل لتكوين الأوستينيت، يتم إخمادها تحت تركيبات محددة التثبيتبهدف الحد من تشويه التبريد بالتبريد بالتبريد.
من خلال التصلب يتضمن ذلك إخماد قطعة العمل من السطح إلى القلب بالكامل.
التبريد المتساوي الحرارة: يتم تبريد قطعة الشغل بسرعة إلى فاصل درجة حرارة التحوّل الباينيت للحفاظ على تساوي الحرارة بعد التسخين لتكوين الأوستينيت، مما يسمح للأوستينيت بأن يصبح باينيت.
التسقية المرحلية: بعد تسخين قطعة العمل لتكوين الأوستينيت، يتم غمرها في حمام قلوي أو حمام ملح بدرجة حرارة أعلى أو أقل قليلاً من نقطة M1 لفترة معينة، وبعد وصول قطعة العمل بأكملها إلى درجة الحرارة المتوسطة، يتم إخراجها للتبريد بالهواء للحصول على المارتينسيت.
التبريد تحت درجة الحرارة الفرعية: يتم إخماد قطع الفولاذ ناقص التكثيف بعد إخمادها بعد أن يتم تقويتها في نطاق درجة حرارة Ac1-Ac3 للحصول على هياكل المارتينسيت والفريت.
التبريد المباشر: يتضمن ذلك تبريد قطعة العمل مباشرةً بعد الكربنة.
التبريد المزدوج: بعد كربنة قطعة العمل المكربنة، يتم أولاً تحويلها إلى الأوستنيت عند درجة حرارة أعلى من Ac3 ثم يتم إخمادها لتحسين البنية الأساسية. ثم يتم بعد ذلك إعادة صقلها عند درجة حرارة أعلى قليلًا من Ac3 لتحسين بنية الطبقة المكربنة.
تبريد ذاتي التبريد: بعد تسخين الشُّغْلَة سريعًا لتسخين الشُّغْلَة للتقوية موضعيًا أو على السطح، تنتشر الحرارة من منطقة التسخين إلى المنطقة غير المسخنة من تلقاء نفسها، مما يتسبب في تبريد المنطقة المتقوية بسرعة.
التسقية هي عملية معالجة حرارية حاسمة تستخدم على نطاق واسع في التصنيع الميكانيكي الحديث. وتخضع جميع المكونات الأساسية في الآلات تقريبًا، خاصةً الأجزاء الفولاذية المستخدمة في السيارات والطائرات والتطبيقات الفضائية، لعملية التبريد لتحسين خواصها الميكانيكية. ولتلبية المتطلبات الفنية المتنوعة للمكونات المختلفة، تم تطوير العديد من عمليات التبريد المتخصصة.
يمكن تصنيف طرق التبريد بناءً على عدة عوامل:
1. منطقة العلاج:
2. التحول الطوري أثناء التسخين:
3. التحول الطوري أثناء التبريد:
كل طريقة تبريد لها خصائص وقيود محددة، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات معينة. ومن بين هذه الطرق، يعتبر التبريد السطحي بالتسخين الحثي والتبريد باللهب الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. وتكتسب طرق التبريد بالتسخين عالي الكثافة الناشئة، مثل التسخين بأشعة الليزر والتسخين بحزمة الإلكترونات، اهتمامًا سريعًا نظرًا لقدراتها الفريدة والتحكم الدقيق فيها.
تجد عملية التبريد السطحي تطبيقًا واسعًا في مكونات الماكينات المصنوعة من الفولاذ المقسى متوسط الكربون أو حديد الدكتايل. هذه العملية فعالة بشكل خاص في الفولاذ المقسى متوسط الكربون، حيث تسمح بالحفاظ على الخصائص الميكانيكية الكلية العالية في القلب مع تحقيق صلابة فائقة للسطح (>HRC 50) ومقاومة التآكل. وتشمل التطبيقات الشائعة مغازل الأدوات الآلية، والتروس، وأعمدة الكرنك لمحركات الديزل، وأعمدة الكامات.
يمكن أيضًا تطبيق مبدأ التبريد السطحي على العديد من المواد ذات الأساس الحديدي ذات التركيبات المشابهة للفولاذ الكربوني المتوسط، مثل:
ومن بين هذه المواد، يُظهر حديد الدكتايل أفضل أداء معالجة وخصائص ميكانيكية عامة عالية، مما يجعله المادة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع لتطبيقات التبريد السطحي.
بالنسبة للفولاذ عالي الكربون، يحسّن التبريد السطحي بشكل كبير من صلابة السطح ومقاومة التآكل. ومع ذلك، تظل اللدونة والمتانة الأساسية منخفضة نسبيًا. وبالتالي، يتم استخدام التبريد السطحي للفولاذ عالي الكربون في المقام الأول للأدوات وأدوات القياس واللفائف عالية الصلابة على البارد التي تتعرض لأدنى حد من الصدمات والأحمال المتناوبة.
من ناحية أخرى، يُظهر الفولاذ منخفض الكربون تأثيرات تقوية ضئيلة بعد التبريد السطحي، وبالتالي نادرًا ما يخضع لهذه المعالجة.
يعتمد اختيار طريقة التبريد والمواد المناسبة على متطلبات المكونات المحددة، بما في ذلك الخواص الميكانيكية ومقاومة التآكل وظروف التشغيل. تستمر التطورات في تقنيات التبريد في توسيع إمكانيات تحسين خصائص المواد في مختلف التطبيقات الصناعية.
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 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO