كيف تمزج عمليات التصنيع بين الحرارة والضغط لإنشاء مواد فائقة الجودة؟ تعمل المعالجة الميكانيكية الحرارية، وهي طريقة تجمع بين التشوه والمعالجة الحرارية، على تعزيز الخواص الميكانيكية وتوفير الطاقة. تستكشف هذه المقالة 36 نوعًا من العمليات الميكانيكية الحرارية، وتسلط الضوء على تقنيات مثل التبريد بالحدادة الساخنة والتبريد بالدرفلة، وتطبيقاتها في تحسين قوة ومتانة منتجات الصلب المختلفة. من قواطع التثقيب إلى القضبان المقواة، اكتشف كيف تحول هذه العمليات أداء المواد وكفاءتها.
يُشار عادةً إلى عملية المعالجة الحرارية للتشوه باسم "المعالجة الحرارية الميكانيكية".
في مجال تصنيع الماكينات، يمكن أن يؤدي الجمع بين تقنيات المعالجة بالضغط (مثل الدرفلة والتشكيل والدرفلة) والمعالجة الحرارية إلى تقوية خطية ومعالجة حرارية على حد سواء، مما يؤدي إلى خصائص ميكانيكية شاملة لا يمكن تحقيقها من خلال طريقة تقوية واحدة.
يشار إلى عملية التقوية المدمجة هذه باسم المعالجة الميكانيكية الحرارية.
وبالإضافة إلى توفير خواص ميكانيكية استثنائية، فإن المعالجة الميكانيكية الحرارية تلغي أيضًا الحاجة إلى التسخين بدرجة حرارة عالية أثناء المعالجة الحرارية، مما يؤدي إلى توفير كبير في الطاقة وتقليل استخدام معدات التسخين ومساحة الورشة وتقليل حدوث عيوب المعالجة الحرارية مثل أكسدة المواد وإزالة الكربنة والتشويه.
ولذلك، لا توفر عملية المعالجة الميكانيكية الحرارية تأثيرات تقوية ممتازة فحسب، بل توفر أيضًا فوائد اقتصادية كبيرة.
كمرجع، يتم سرد الأمثلة الـ 36 التالية من طرق المعالجة الميكانيكية الحرارية.
يتم إخماد ماكينة ثقب بقطر جسم قاطع ثقب يبلغ 4 مم، وقطر رأس يبلغ 6 مم، وطول إجمالي يبلغ 40 مم بعد التشكيل مباشرةً ثم يتم تسقيتها على الفور بعد التشكيل وتقويتها على الفور. وينتج عن ذلك زيادة في عمر القطع بما يزيد عن 30% مقارنة بالمعالجات التقليدية.
استخدام ذاتي أداة الخراطة مصنوعة من الفولاذ M2 من مصنع كهربائي محلي لأدوات الماكينات يتم إخمادها بالزيت مباشرةً بعد التشكيل وتلطيفها عند درجة حرارة 550 درجة مئوية. وينتج عن ذلك عمر افتراضي يزيد بأكثر من مرة واحدة عن عمر أدوات المخرطة في السوق.
فولاذ 9341 ذاتي الاستخدام الذاتي 9341 فولاذ 12 مربع أداة الخراطة من شركة Jialong يتم تبريدها بالزيت بعد التشكيل الحر، مما يؤدي إلى عمر خدمة طويل نسبيًا.
الحدادة على الساخن عملية التبريد بالنسبة لمطرقة كسارة مقاس 355 مم × 98 مم × 33 مم مصنوعة من الفولاذ 65Mn على النحو التالي:
تبلغ درجة الحرارة الأولية للتشكيل 1050 درجة مئوية، وتتراوح درجة الحرارة النهائية للتشكيل من 840 درجة مئوية إلى 860 درجة مئوية. بعد التشكيل النهائي، يجب ترك المطرقة لتبرد في الهواء لمدة 2 إلى 3 ثوانٍ، ثم إخمادها في ماء الصنبور المتدفق. وينبغي بعد ذلك تقسية المطرقة عند درجة حرارة تتراوح بين 180 درجة مئوية و200 درجة مئوية، مما يؤدي إلى صلابة السطح من 50 إلى 55 HRC في حدود 10 مم من السطح.
تزيد عملية التبريد بالحدادة الساخنة هذه من عمر خدمة المطرقة بأكثر من 50% مقارنةً بالمعالجة الحرارية التقليدية.
يستخدم مفتاح ربط المقبس الفولاذي 40Cr من مصنع أدوات معدات محلي يستخدم التبريد بالتشكيل بدلاً من التبريد التقليدي التبريد بالحمام المالح. هذه الطريقة ليست فقط موفرة للطاقة وصديقة للبيئة، ولكنها أيضًا تعطي نتائج عالية الجودة.
يتم تشكيل الإزميل الفولاذي 55MnSi باستخدام مطرقة هوائية بقوة 2500 نيوتن وقوالب متخصصة. تتراوح درجة الحرارة المثلى للتشوه بين 920-950 ℃، مع معدل تشوه يبلغ 75% تقريبًا. تبلغ درجة الحرارة النهائية للتشكيل حوالي 900 ℃.
للحفاظ على الصلابة والصلابة المثلى، يجب إخماد قطعة العمل بسرعة في الماء وتبريدها بالزيت في غضون 30 ثانية من التشوه (بناءً على لون سطح قطعة العمل). يجب بعد ذلك تقسية الإزميل عند درجة حرارة تتراوح بين 220-270 درجة مئوية.
بعد خضوع الإزميل للمعالجة الميكانيكية الحرارية، تحسّنت صلابته ومتانته، مما أدى إلى إطالة عمر الخدمة.
يتم تشكيل فراغ الفولاذ CrMn مقاس 230 مم × 120 مم، الذي يزن حوالي 40 كجم، في قضبان مربعة مقاس 90 مم × 90 مم × 600 مم. ثم يتم إجراء التفريغ وفقًا لحجم مقياس الحلقة.
يتم تسخين الفراغ إلى درجة حرارة تتراوح بين 1050 و1150 درجة مئوية مع عزل مناسب. ثم يخضع بعد ذلك إلى تشكيل سريع بالبثق المضطرب في منطقة التشوه ذات درجة الحرارة العالية.
سيتراوح تباين الشكل بين 35% و40%، مع درجة حرارة التشكيل النهائية من 920 إلى 900 درجة مئوية.
بعد التشكيل مباشرة، يتم تبريد القضيب المربع في الزيت عند درجة حرارة تتراوح بين 40 إلى 70 درجة مئوية لمدة 40 إلى 60 ثانية.
بعد تبريد الهواء إلى حوالي 100 درجة مئوية تقريبًا، يتم تقسية القضيب المربع.
يجب أن تكون صلابة سطح مقياس الحلقة ≥62HRC.
تتراوح درجة الحرارة الأولية للتشكيل من 1070 إلى 1150 درجة مئوية، في حين أن درجة الحرارة النهائية للتشكيل مضبوطة على 850 درجة مئوية. يتراوح متغير التشوه من 35% إلى 75%. يمكن أن تتراوح درجة حرارة التقسية من 200 إلى 350 درجة مئوية.
بالمقارنة مع التسخين والتبريد في فرن صندوق النار في حمام ملحي ناري، زادت القوة بنحو 30%، وزادت مقاومة التآكل من 26% إلى 30%.
تتراوح درجة حرارة التشوه من 930 إلى 970 درجة مئوية، مع متغير تشوه 30%. يتم التبريد باستخدام الزيت، وتتراوح درجة حرارة التقسية من 150 إلى 180 درجة مئوية.
وبالمقارنة مع طرق المعالجة الحرارية التقليدية، ينتج عن هذه العملية زيادة في القوة تقارب 20% وزيادة في عمر الإجهاد التلامسي بمقدار 23%.
تتراوح درجة الحرارة الأولية للتشكيل بين 1150 و1180 ℃ مع تشكيل المداس، ويتراوح زمن التشوه بين 13 و17 ثانية، مع معدل تشوه يبلغ 40% تقريبًا.
بعد ذلك، يتم تشذيب قطعة العمل على الفور على مكبس كرنك 2150 نيوتن ثم يتم تبريدها فورًا (حيث تتراوح درجة حرارة قطعة العمل بين 900 و950 درجة مئوية)، ثم يتم تقسية درجة الحرارة عند 650 درجة مئوية.
عند العمل مع كرات فولاذية 45Mn2 بقطر 70 إلى 100 مم، يجب أن تكون درجة حرارة التشكيل الأولية حوالي 1200 درجة مئوية. يجب الحفاظ على درجة حرارة التشكيل النهائية بين 1000 درجة مئوية و1050 درجة مئوية.
وقت التبريد المسبق المناسب بعد التبريد بالماء يمكن اختيارها بناءً على مواصفات الكرة الفولاذية. سينتج عن تقسية الكرات الفولاذية عند درجة حرارة تتراوح بين 150 درجة مئوية و180 درجة مئوية صلابة سطحية لا تقل عن 57 HRC، مع عمق طبقة صلابة يزيد عن 20 مم وصلابة أكبر من 50 HRC. وهذا يلبي متطلبات الكرات الفولاذية ذات المواصفات الكبيرة.
تتراوح درجة حرارة التسخين بالحث بالتردد المتوسط بين 1100 درجة مئوية إلى 1200 درجة مئوية. أثناء عملية التشكيل بالدلفنة، من بداية التشوه إلى 20 ثانية قبل التبريد، يتراوح تشوه الأجزاء المختلفة من أداة الحراثة من 56% إلى 83%. بعد التشوه، تتراوح كثافة حرارة التبريد بعد عملية التسقية بين 1.30 جم/سم3 إلى 1.35 جم/سم3 في محلول مائي يحتوي على CaCl2.
بعد التبريد، يتم تسخين أداة التبريد عند درجة حرارة تتراوح بين 460 درجة مئوية و480 درجة مئوية لمدة 3 ساعات، مما ينتج عنه صلابة تتراوح بين 40 و45 HRC.
بالمقارنة مع عملية المعالجة الحرارية التقليدية للمحاريث، تم تقليل عدد دورات التسخين من 4 إلى 5 مرات إلى مرتين فقط، مما أدى إلى زيادة في كفاءة الإنتاج بحوالي 4 مرات. تلبي جودة المنتج متطلبات الدرجة الأولى، مما يؤدي إلى فوائد اقتصادية كبيرة.
بالنسبة ل فولاذ 40Cr 40 مفصل التوجيه بقطر 60 مم، يتم تشكيله عن طريق تسخينه إلى درجة حرارة تتراوح بين 1150 و1200 ℃. ثم يتم تخفيض درجة الحرارة النهائية للتشكيل إلى 900 إلى 850 درجة مئوية ويتم تبريده بالزيت. يتم تقسية المفصل عند درجة حرارة 600 ℃ لمدة ساعتين.
إن استخدام الحرارة المهدرة من عملية التشكيل للتبريد لا يوفر الطاقة ويقلل التكاليف فحسب، بل يحسن بشكل كبير من الهيكل التنظيمي و أداء الموادلا سيما من حيث صلابة الصدمات، وهو أمر بالغ الأهمية لسلامة السيارات.
تبلغ الأبعاد الكلية للقالب 70 مم × 20 مم × 10 مم.
يوجد 20 ثقبًا صغيرًا على مستوى عرض 20 مم، بأقطار 1.5 مم و2.5 مم و3 مم. تتطلب هذه الثقوب معالجة حرارية بتفاوت تباعد بين الثقوب يبلغ ± 0.006 مم، وتسطيح أقل من 0.01 مم، وصلابة تتراوح بين 56 و60HRC.
ونظرًا للفصل الشديد للكربيدات سهلة الانصهار في فولاذ Cr12MoV، هناك خطر كبير للتشقق بعد درفلة البليت. لا تزال المادة موزعة في شرائط على طول اتجاه الدرفلة، مع توزيع اللب في شبكة وكتلة وأكوام، والتي تصبح تركيزات إجهاد ومصادر للتشققات. وهذا يؤدي إلى تباين الخواص المادية وزيادة تشويه المعالجة الحرارية.
يُعد التشوه الحراري للتشكيل حلاً أفضل لمعالجة هذه المشاكل.
وتتم العملية المحددة على النحو التالي:
يتراوح نطاق درجة الحرارة الأولية للتشكيل من 1050 درجة مئوية إلى 1160 درجة مئوية، مع نطاق درجة حرارة التشكيل النهائي من 850 درجة مئوية إلى 950 درجة مئوية.
تخضع المادة للتبريد بالزيت عندما تكون ساخنة، تليها عمليتا تقسية عند درجة حرارة 780 درجة مئوية لمدة 3 ساعات لكل منهما.
يتكون التركيب المعدني النهائي من المارتينسيت والباينيت السفلي ومسحوق الكربيد المشتت وكميات صغيرة من البقايا الأوستينيت.
يشبه الحجم المحدد حجم السوربيت المقسّى حرارياً.
لا يتطلب التشوه الدقيق تقويمًا بعد المعالجة الحرارية، وتفي جميع التشوهات بالمتطلبات الفنية مع نطاق صلابة يتراوح بين 58 و60 HRC ومعدل مؤهل يبلغ 99.99%.
وتؤدي عملية المعالجة الحرارية هذه إلى مقاومة عالية للحرارة، وصلابة حرارية، ومقاومة للتآكل، وعمر خدمة طويل للقالب.
تشمل أمثلة التبريد مع حرارة نفايات التشكيل والتبريد بدرجة حرارة عالية قوالب السحب السداسية, قوالب الرسم العميق، وقوالب التثقيب الباردة، من بين أشياء أخرى، ولكن لم يتم ذكرها هنا.
كانت الأواني والأدوات المعدنية المتنوعة، مثل مفاتيح الربط والمفكات والكماشات والمقصات، من بين أوائل الأدوات والأدوات المعدنية المتنوعة التي تم تقسيتها من خلال الحرارة المتبقية المتولدة أثناء التشكيل. ويمكن اعتبار ذلك أول نموذج أولي للمعالجة الميكانيكية الحرارية.
تم تسخين أجزاء الأداة ثم إخمادها في فرن فحم الكوك، حيث لوحظ لون النار، وهي عملية تعرف باسم التشكيل الخطي. تطلب بعضها دورات تسخين متعددة للوصول إلى الحجم المطلوب، في حين أن خطوة التشكيل النهائية بعد التشكيل لم تتطلب تبريدًا بالهواء.
يجب اختيار سائل التبريد المناسب بناءً على المادة ثم تطبيقه على جانب الفرن أو تقسيته باستخدام الحرارة المتبقية. نادرًا ما يتم استخدام فرن تقسية خاص.
بعد خضوعها لعملية التشكيل الحر، عادةً ما يتم إخماد أدوات النجارة مثل المسويات، والفؤوس، والأزاميل باستخدام الحرارة المتبقية. هذه الطريقة فعالة من حيث التكلفة، حيث إنها توفر في الكهرباء والوقت، كما أنها فعالة للغاية من حيث الإنتاج.
وفي بعض بلدات الأسواق الريفية، لا تزال أفران فحم الكوك مستخدمة في بعض البلدات الريفية.
تشمل الآلات الزراعية التي يتم تبريدها بالحرارة المتبقية من الحدادة المناجل والمجارف والمجارف ومطارق الكسارة، وكذلك أدوات المطبخ مثل الملاعق والملاعق والسكاكين.
يميل الفولاذ إلى تطوير كربيدات تشبه السلسلة بعد التبريد البطيء أثناء التشكيل، مما يؤدي إلى كسر القالب الهش أو التشقق أو فشل التشقق الحراري.
يمكن أن يؤدي التسخين في درجات الحرارة العادية إلى إذابة M6C.
عند تبريده بالهواء بسرعة أكبر من 15 ℃/دقيقة، والتي تتجاوز سرعة التبريد الحرجة لتكوين كربيدات السلسلة، فإنه يزيل كربيدات السلسلة ويصلب الفولاذ من خلال الكروية التلدين لتحقيق توزيع دقيق وموحد للكربيدات.
درجة حرارة التطبيع الموصى بها هي 1130 ℃. ينتج عن هذا التعديل انخفاض في صلابة صدمة التطبيع من 26J / سم2 إلى 23 جول/سم2 وزيادة في عمر الخدمة من 1500 قطعة إلى 2000 قطعة.
تنطوي عملية تطبيع التشوه بدرجة حرارة عالية على تسخين قطعة العمل إلى درجة حرارة التشكيل النهائية التي تبلغ حوالي 850 درجة مئوية ثم تركها لتبرد في الهواء. لا يعزز ذلك من قوة الفولاذ فحسب، بل يحسّن أيضًا من صلابته في الصدمات، ومقاومة التآكل، ومقاومة التعب، ويقلل من درجة حرارة الانتقال الهش.
20CrMnTi تشكيل الصلب فارغ بأبعاد 80 مم × 80 مم × 40 مم.
بعد التشكيل، يتم تبريد قطعة العمل عن طريق الهواء، ويتم التحكم في سرعة التبريد بعناية لتعزيز خصائصها الميكانيكية وتسهيل عملية القطع.
تستخدم بعض شركات الماكينات المحلية التي تنتج تروس السيارات المصنوعة من الصلب 20CrMnTi الحرارة المهدرة المتولدة أثناء التشكيل لإجراء عملية التطبيع. يمكن لهذه العملية أن توفر أكثر من 300 كيلو وات/ساعة من الكهرباء لكل طن من التروس المنتجة.
تقوم بعض الوحدات المحلية بوضع الفولاذ عالي السرعة على الفور في درجة حرارة AC1 (20-30 درجة مئوية) لمدة 2-3 ساعات بعد التشكيل، مما يسمح للفرن بالتبريد إلى 550 درجة مئوية ثم التبريد بالهواء. وهذا يبسط العملية، ويقصر دورة الإنتاج، ويوفر 70-90% في تكاليف الكهرباء، مما يقلل من تكاليف الإنتاج ويحسن ظروف العمل. بالإضافة إلى ذلك، تعمل هذه العملية على تحسين جودة المطروقات وتسهيل العمليات الميكانيكية.
بالنسبة لقطع الفولاذ عالية السرعة التي تتم معالجتها من خلال الدرفلة والتشكيل بالقالب والمعالجة المتساوية الحرارة، ليست هناك حاجة لاتباع عملية التلدين التقليدية. يمكن استخدام هذا المثال كمرجع.
وتبلغ أبعاد القالب 250 مم × 200 مم × 42 مم. تتراوح درجة حرارة بدء التشكيل بين 1150-1100 درجة مئوية ودرجة حرارة التشكيل النهائية بين 900-850 درجة مئوية.
تتضمن عملية التلدين تسخين القالب إلى 800-820 درجة مئوية لمدة 4-6 ساعات، ثم ترك الفرن يبرد إلى 500 درجة مئوية باستخدام التبريد بالهواء.
في صناعة معالجة الأخشاب، يتم تصنيع بعض السكاكين الدوارة وسكاكين التخطيط باستخدام الخفقان الطريقة. تُصنع شفرة هذه السكاكين من سبيكة فولاذ الأدوات، مثل 5Cr8W2MoVSi، بينما يُصنع الهيكل أو الظهر من فولاذ Q235A 45. يتم تسخين الجسم إلى درجة حرارة الصلب المطروق للشفرة ثم يتم لحام الاثنين معًا باستخدام مطحنة درفلة.
تُعرف هذه العملية باسم اللحام في الطور الصلب، ويتم دحرجة الشفرة إلى الحجم المطلوب قبل التحكم في درجة حرارة الدرفلة النهائية ثم إخمادها وتبريدها على الفور.
تتميز الشفرات التي يتم إنتاجها بهذه الطريقة بجودة عالية وصلابة عالية وعمر افتراضي طويل، كما أنها توفر مزايا إضافية تتمثل في توفير الوقت والكهرباء أثناء عملية التصنيع.
الدرفلة بالتسقية على الساخن هي عملية معالجة حرارية تستخدم الحرارة المتبقية الناتجة عن درفلة المقاطع المختلفة لتسقيعها. وتنتج هذه العملية نفس تأثير التقوية الذي ينتج عن عملية التسقية بالحرارة الساخنة.
على سبيل المثال، يمكن دلفنة الفولاذ M2 عند درجة حرارة 1220 درجة مئوية (250 درفلة، 50 لفة/دقيقة) إلى الحجم المطلوب ثم إخماده مباشرة، مما ينتج عنه صلابة 65HRC أو أعلى. ويؤدي ذلك إلى إطالة عمر القطع لأدوات المخرطة مقارنةً بالتبريد بحمام الملح.
وقد نجح المؤلف في تنفيذ عملية المعالجة الميكانيكية الحرارية باستخدام المثاقب الملتوية من شركة أدوات محلية للاستخدام الآلي.
تم استخدام جهاز التسخين عالي التردد لإجراء الدرفلة على الساخن بأربع أسطوانات.
تم ضبط درجة حرارة التقوية بين 950 درجة مئوية و1000 درجة مئوية، وكانت درجة حرارة التشوه بين 880 درجة مئوية و950 درجة مئوية، مع معدل تشوه يبلغ حوالي 30%. أُجريت دورة التبريد باستخدام محلول مائي ثنائي النترات، مع الحفاظ على درجة حرارة الماء أقل من 70 درجة مئوية.
كانت الصلابة الناتجة بعد التبريد ≥54 HRC، وبعد التقسية عند درجة حرارة 240 درجة مئوية إلى 260 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة، كانت الصلابة ≥50 HRC، وهو ما يلبي المتطلبات الفنية ويتجاوز متطلبات التشوه لأكثر من 95%.
يتطلب توريد قضبان فولاذ 20MnSi المقوى بالفولاذ المدلفن على الساخن ويجب أن تفي بمتطلبات الأداء المتمثلة في قوة شد ≥ 510MPa، وقوة انثناء ≥ 335MPa، واستطالة ≥ 16%.
يتم درفلة سبيكة 60 مم × 60 مم إلى قضيب مقوى بقطر 16 مم. وتتراوح درجة حرارة الدرفلة الأولية من 1100 إلى 1200 درجة مئوية وينتج عنها انخفاض في شكل الدرفلة بحوالي 93%. وتتراوح درجة حرارة الدرفلة النهائية بين 950 إلى 900 درجة مئوية، وهي درجة حرارة الدرفلة منخفضة الكربون مارتينسايت تبريد الفولاذ.
بعد الدرفلة، يتم تبريد القضيب بالماء في غضون 1 إلى 1.26 ثانية. ثم يخضع للتبريد الذاتي عند درجات حرارة تتراوح بين 550 إلى 600 درجة مئوية.
يتميز القضيب المقوى الذي خضع لعملية الدرفلة والتبريد والتلطيف المذكورة أعلاه بخصائص ميكانيكية تتجاوز الخصائص الميكانيكية المحددة في GB1499 وتتجاوز أيضًا الخصائص الميكانيكية المحددة في المعيار البريطاني BS4449.
تتراوح درجة حرارة تشوه البثق من 1100 إلى 1200 ℃، وتتراوح درجة حرارة التقسية بين 570 إلى 580 ℃.
تتراوح صلابة المادة ما بين 300 إلى 335HBW، مع قوة شد ≥ 1068MPa، وقوة انثناء ≥ 960MPa، واستطالة ≥ 14.5%، وهو ما يفي بالمعايير التي وضعتها وزارة المواصفات.
تُظهر التجربة أنه بالنسبة لقطع عمل التبريد الحراري لقطع العمل ذات نفايات البثق الكبيرة مثل الوصلات، من الضروري اختيار درجة حرارة التشوه بعناية، والوقت المنقضي قبل التبريد بعد التشوه، ووسط التبريد، ووقت تبريد قطعة العمل في وسط التبريد، ودرجة حرارة التبريد، ودرجة حرارة التبريد، من بين معلمات العملية الأخرى.
الغرض من عملية التبريد بالزيت عند درجة حرارة 840 درجة مئوية × ساعتين و200 درجة مئوية × ساعتين هو تحقيق صقل مزدوج للأنسجة.
ثم، أثناء عملية التشوه فائق اللدونة عند درجة حرارة 800 درجة مئوية، يكون معدل التشوه 2.5 × 10 ثوانٍ ومتغير تشوه الشد 250%. بعد التشوه، يتم إجراء التبريد في الزيت.
أظهرت نتائج اختبار التشوه فائق البلاستيك على الفولاذ، بما في ذلك قوة الانحناء، والعمر متعدد الأشواط، ومؤشرات الصلابة، أن قوة الانثناء كانت أعلى بمقدار 28% عن المعالجة التقليدية. كما زاد العمر الافتراضي متعدد الأشواط بمقدار 38.6%، وكانت الصلابة ≥ 60 HRC، أي ما يعادل ما تم تحقيقه من خلال التبريد التقليدي.
تبلغ قوة ثني الفولاذ H11 1852 ميجا باسكال، وبعد الخضوع لدورتي تقسية عند درجة حرارة 482 درجة مئوية في التبريد التقليدي، يبلغ معدل الاستطالة 12.5%.
من خلال إجراء عملية تبريد عند درجة حرارة منخفضة للتشوه في درجة حرارة منخفضة وتلطيف مرتين عند درجة حرارة 482 درجة مئوية، متبوعة بتقادم التشوه عند درجة حرارة 2% عند درجة حرارة 316 درجة مئوية تقريبًا وتلطيف نهائي عند درجة حرارة 482 درجة مئوية، تزداد قوة انثناء الفولاذ إلى 2548 ميجا باسكال، بزيادة قدرها 37.5%، بينما يظل معدل الاستطالة دون تغيير.
هذه المعالجة الحرارية الميكانيكية الحرارية المركبة هي عملية يتم فيها تبريد التشوه بدرجة حرارة عالية يتبعها قدر ضئيل من التشوه والتلطيف عند درجة حرارة محددة.
يمكن أن يؤدي إجراء تعتيق تشوه المارتينسيت بعد التبريد بالتشوه بدرجة حرارة عالية إلى حصول الفولاذ على خصائص قوة أعلى بكثير من أي معالجة حرارية أخرى.
على سبيل المثال، الخواص الميكانيكية لـ 50CrVA بعد التبريد التقليدي والتبريد بدرجة حرارة 200 درجة مئوية هي قوة شد تبلغ 2119 ميجا باسكال، وقوة انثناء تبلغ 1497 ميجا باسكال، وانخفاض في المقطع بمقدار 41.7%.
بعد الخضوع لعملية التبريد بالتشوه في درجات الحرارة العالية والتبريد بدرجة حرارة 200 درجة مئوية، وتشوه 3%، والتبريد بدرجة حرارة 200 درجة مئوية، فإن الخواص الميكانيكية لـ 50CrVA هي قوة شد تبلغ 2597 ميجا باسكال وقوة انثناء تبلغ 2254 ميجا باسكال.
وقد أدت هذه المعالجة الحرارية الميكانيكية الحرارية المركبة، التي تجمع بين التبريد بالتشوه بدرجة حرارة عالية والتبريد بالتشوه المارتنسيتي، إلى زيادة قوة الشد وقوة الانثناء للصلب 50CrVA بمقدار 22.6% و50.7% على التوالي.
تقوم شركة Jialong Company بتسخين الشفرات الميكانيكية وإخمادها، مثل سكاكين التسوية والسكاكين الدوارة التي يزيد طولها عن مترين، في فرن جو وقائي عند درجة حرارة 500 درجة مئوية تقريبًا.
بعد أن تبرد قطعة العمل إلى حوالي 200 درجة مئوية، يتم دحرجتها ذهابًا وإيابًا على مكبس أسطواني عدة مرات، باستخدام مبدأ اللدونة الفائقة للتغيير الطوري. تسمح هذه العملية بالتعديل الفوري لـ الاستقامة إلى ≤0.30 مم بعد الانحناء 10-15 مم.
لا يقتصر دور هذا التعزيز التشويهي على تقويم الملحق المثني سابقًا فحسب، بل يخلق أيضًا إجهادًا انضغاطيًا متبقيًا بعمق 5 مم تقريبًا على السطح المدلفن. وهذا يساعد على تعزيز العمر الافتراضي للأداة.
تنطوي العملية على الكربنة بعد تشويه الشُّغْلَة على البارد، حيث إن التشوه البارد يخلق عيوبًا هيكلية مختلفة يمكن أن تسرع عملية الكربنة.
على سبيل المثال، بعد الصقل على البارد، يكون تشوه 20CrNiMo 25%. إذا كانت قطعة العمل مكربنة بالغاز عند درجة حرارة 930-950 درجة مئوية لمدة ساعتين، سيصل عمق طبقة الكربنة إلى 0.84 مم. إذا زاد التشوه إلى 50%، سيصل عمق الطلاء إلى 0.88 مم. كلما زاد التشوه زاد عمق طبقة الاختراق.
هذه العملية عبارة عن معالجة حرارية مركبة تخضع فيها قطعة العمل إلى النيترة بعد تشويهها على البارد في درجة حرارة الغرفة.
تختلف النترة بالتشوه البارد عن الكربنة بالتشوه البارد.
يقلل التشوه البارد من معدل تغلغل النيتروجين ويقلل من سُمك طبقة الانتشار، ويصبح هذا الاتجاه أكثر وضوحًا مع زيادة مستوى التشوه.
قد تكون هذه الظاهرة ناتجة عن ذرات النيتروجين التي تعيق انتشار ذرات النيتروجين الأخرى عن طريق تثبيت مواقع الخلع أو محاصرة ذرات النيتروجين المخلوعة.
ومع ذلك، يمكن أن تزيد نيترة التشوه البارد من صلابة الحديد النقي.
تعتمد درجة حرارة النترة ومدتها على نوع الفولاذعلى سبيل المثال، يتطلب الفولاذ 38CrMoAl والصلب 20 درجة مئوية 650 درجة مئوية و550 درجة مئوية على التوالي.
هذه معالجة حرارية مركبة تخضع فيها قطعة العمل إلى تشوه في درجة حرارة الغرفة متبوعًا بتسلل البورون.
على سبيل المثال، يتم درفلة 20 قطعة عمل من الصلب وتشويهها في صوبة زجاجية، ثم يتم تعريضها لفترة تثبيت عند 900 درجة مئوية وتسريب البورون الصلب بمعدلات تسخين متفاوتة.
وقد أثبتت الاختبارات أن التشوه البارد يزيد بشكل كبير من عمق طبقة تسرب البورون.
يختلف المستوى الأمثل للتشوه للحصول على أقصى عمق اختراق بناءً على معدل التسخين ووقت الثبات أثناء عملية تسلل البورون.
تحدث هذه الظاهرة بسبب التشوه البارد لهيكل الفولاذ، مما يسرّع عملية الامتزاز الذري للبورون على سطح الفولاذ.
عملية الكربنة بالتشوه البارد هي عملية معالجة حرارية مركبة حيث يتم إجراء عملية كربنة الكربنة بدرجة حرارة متوسطة بعد عملية تشوه بدرجة حرارة الغرفة.
تؤثر خطوة المعالجة المسبقة للتشوه على البارد تأثيرًا كبيرًا على عملية القشط الكربوني للصلب، حيث تزيد من محتوى الكربون والنيتروجين على السطح وتعزز من سماكة طبقة الاختراق.
على سبيل المثال، عندما يكون التشوه المدلفن على البارد للصلب 20CrMnTi 20CrMnTi 15%، فإن سمك الكربون والنيتروجين المشترك بعد عمليتي 860 ℃ × 2 ساعة و860 ℃ × 4 ساعات هو 0.65 مم و0.80 مم على التوالي.
لا يؤثر التشوه في درجة حرارة الغرفة على عملية انتشار الذرات الخلالية في الفولاذ فحسب، بل يؤثر أيضًا على عملية اختراق الذرات البديلة.
على سبيل التوضيح، تمت دراسة التشوه البارد للصلب 16Mn لفحص التأثير على عملية التسلل الصلب ل تيتانيوم. أظهرت النتائج أن أفضل درجة حرارة لتسلل التيتانيوم كانت من 900 إلى 950 درجة مئوية، مع تشوه 30%.
وعلاوة على ذلك، مع زيادة درجة حرارة كربنة التيتانيوم، يزداد أيضًا وقت التثبيت، مما يؤدي إلى زيادة سماكة طبقة الاختراق.
تتضمن عملية المعالجة الحرارية الحرارية الميكانيكية الحرارية تسخين قطعة الشغل الفارغة إلى درجة حرارة التشكيل الأولية للتشكيل، يليها الكربنة في فرن الكربنة، وأخيرًا التبريد المباشر.
تحافظ طريقة الكربنة بالحرارة - الكربنة بالتشكيل على الطاقة الكهربائية التي قد تكون مطلوبة لتسخين قطعة العمل أثناء الكربنة وتزيد من سرعة الكربنة. ويؤدي ذلك إلى تحسين صلابة السطح ومقاومة التآكل، ويجعلها مناسبة للتروس ذات المعامل المتوسط وغيرها من قطع العمل المكربنة.
ويوجد شكل آخر من المعالجة الكربنة والمعالجة الميكانيكية الحرارية معًا يسمى الكربنة-التشكيل-التبريد، والذي يتضمن الكربنة متبوعة بالتشكيل والتبريد بالقالب الساخن.
يمكن لهذه العملية زيادة سمك الطبقة المقواة الفعّالة على قطعة العمل بشكل كبير، وزيادة الضغط الضاغط على السطح، وتحسين مقاومة الكسر، وإطالة عمر المنتج.
تتراوح صلابة القالب اللولبي الدائري المصنوع من الفولاذ 9SiCr بعد المعالجة الحرارية عادةً بين 62 و65 HRC. وتتضمن عملية المعالجة الحرارية التقليدية التسخين في حمام ملح عند درجة حرارة تتراوح بين 860 و880 درجة مئوية، يليها التبريد والتبريد عند 150 إلى 180 ℃.
لتحسين صلابة الأداة ومقاومة التآكل، يمكن استخدام المعالجة الحرارية الكيميائية السطحية. ومع ذلك، تتطلب هذه العملية درجة حرارة لا تقل عن 400 درجة مئوية، وهي غير مناسبة لأدوات الفولاذ 9SiCr. ومن ناحية أخرى، يمكن أن يوفر النيترة حلاً لهذه المشكلة.
تتضمن عملية النترة تسخين الأداة في فرن نيترة أيوني بقدرة 60 كيلوواط، يليها فرن حمام ملح بدرجة حرارة متوسطة 100 كيلوواط، ثم تبريد بالزيت، ومعالجة باردة، وأخيرًا تقسية عند درجة حرارة تتراوح بين 150 و180 درجة مئوية.
وقد أظهرت الاختبارات أن الصلابة على عمق 0.10 إلى 0.80 مم أكبر من 927HV5، مع صلابة قصوى تتراوح بين 974 و986HV5. وتبلغ الصلابة على عمق 0.20 إلى 0.60 مم ≥857HV5، مما يحسّن من خصائص مقاومة التآكل في المنطقة المتصلبة ويطيل عمر المادة.
يتم استخدام عملية المعالجة الميكانيكية الحرارية على نطاق واسع.
من من منظور المواد، فهو مناسب لمجموعة واسعة من المواد المعدنية بما في ذلك مختلف أنواع الفولاذ الكربوني وسبائك الفولاذ وسبائك الفولاذ الهيكلي وسبائك الفولاذ الإنشائي وسبائك النيكل.
من حيث طرق المعالجة، يمكن أن تجمع بين مزايا كلتا الطريقتين لتلبية متطلبات محددة للقوة والمتانة، مما يعزز بشكل كبير من جودة المكونات المشوهة وطول عمرها.
إن التوقعات المستقبلية للمعالجة الميكانيكية الحرارية إيجابية.
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