عمليات المعالجة الحرارية – التبريد السريع، والتطبيع، والتسوية، والتلدين

تُعرف عملية التبريد السريع للفولاذ بتسخين الفولاذ إلى درجة الحرارة الحرجة Ac3a (للفولاذ شبه اليوتكتيكي) أو Ac1 (للفولاذ فوق اليوتكتيكي)، ثم تثبيت درجة الحرارة لفترة زمنية محددة، مما يؤدي إلى حدوث عملية الأوستنة كليًا أو جزئيًا. بعد ذلك، يتم تبريد الفولاذ بسرعة أقل من السرعة الحرجة إلى درجة حرارة أقل من Ms (أو قريبة من درجة حرارة التحول المتساوي الحرارة) لتحويله إلى مارتنسيت (أو باينيت). تُعرف هذه العملية أيضًا باسم التبريد السريع، وتُستخدم عادةً مع سبائك الألومنيوم، وسبائك النحاس، وسبائك التيتانيوم، والزجاج المقسى، وغيرها من المواد.

 

الغرض من التبريد السريع:
(1) تحسين الخواص الميكانيكية للمعدن في المواد أو الأجزاء.
(2) تحسين الخصائص المادية أو الكيميائية لبعض أنواع الفولاذ الخاص

 

طرق التبريد: بشكل رئيسي التبريد بسائل واحد، والنار بسائلين، والتبريد المتدرج، والتبريد متساوي الحرارة، والتبريد الموضعي، وما إلى ذلك.

التطبيع هو عملية تبريد المعدن المبرد إلى درجة حرارة معينة، وبعد الاحتفاظ به لفترة زمنية معينة، يتم تبريده بطريقة معينة من عمليات المعالجة الحرارية. التطبيع هو عملية تلي التبريد مباشرة، وعادة ما يكون أيضًا آخر عملية معالجة حرارية لقطعة العمل، وبالتالي تسمى العملية المشتركة للتبريد والتطبيع بالمعالجة النهائية.
يتمثل دور عملية التهدئة في:
(1) تحسين استقرار المنظمة، بحيث لا يحدث خلل في عملية استخدام قطعة العمل في تنظيم التحويل، بحيث تظل هندسة قطعة العمل وخصائصها مستقرة.
(2) التخلص من الإجهادات الداخلية من أجل تحسين أداء قطعة العمل وتثبيت هندسة قطعة العمل.

(3) تعديل الخصائص الميكانيكية للفولاذ لتلبية متطلبات الاستخدام.

 

متطلبات التصليد: يجب تصليد القطع المشغولة باختلاف استخداماتها عند درجات حرارة مختلفة لتلبية متطلبات الاستخدام. (1) أدوات القطع، والمحامل، والأجزاء المُقسّاة بالكربنة، والأجزاء المُقسّاة سطحيًا، تُصلّد عادةً عند 250 درجة مئوية. لا يتغير صلابة القطع كثيرًا بعد التصليد عند درجة حرارة منخفضة، بينما يقل الإجهاد الداخلي، وتتحسن المتانة بشكل طفيف. (2) يمكن الحصول على مرونة عالية ومتانة كافية للزنبركات عند درجة حرارة متوسطة تتراوح بين 350 و500 درجة مئوية. (3) تُصلّد أجزاء الفولاذ الإنشائي متوسط ​​الكربون عادةً عند درجة حرارة عالية تتراوح بين 500 و600 درجة مئوية، وذلك للحصول على القوة والمتانة المناسبتين.

 

التطبيع هو نوع من المعالجة الحرارية لتحسين متانة الفولاذ، حيث تُسخّن مكونات الفولاذ إلى درجة حرارة Ac3 أعلى من 30 إلى 50 درجة مئوية، ثم تُبرّد بعد فترة من الزمن في الهواء. تتميز هذه العملية بمعدل تبريد أسرع من التبريد بالتسخين السريع وأقل من التبريد بالتبريد السريع، مما يُسرّع عملية التبريد ويُحسّن بنية حبيبات الفولاذ البلورية، ويُعطي قوة مُرضية، ويُحسّن بشكل ملحوظ قيمة AKV (المعامل الصغير للتقلب)، ويُقلل من ميل المكونات للتشقق. يُحسّن التطبيع الخواص الميكانيكية الشاملة لبعض ألواح الفولاذ المدرفلة على الساخن منخفضة السبائك، والمطروقات، والمسبوكات منخفضة السبائك، كما يُحسّن أداء القطع.

 

التلدين هو عملية تسخين المعدن ببطء إلى درجة حرارة معينة، والحفاظ عليها لفترة زمنية كافية، ثم تبريده بمعدل مناسب، وهي جزء من عملية المعالجة الحرارية للمعادن. تنقسم المعالجة الحرارية بالتلدين إلى تلدين كامل، وتلدين غير كامل، وتلدين لتخفيف الإجهاد. يمكن قياس الخواص الميكانيكية للمواد الملدنة باستخدام اختبار الشد (كينزي)، كما يمكن الكشف عنها عن طريق اختبار الصلابة. يتم توريد العديد من المواد الفولاذية في حالة معالجة حرارية سابقة، ويمكن اختبار صلابة الفولاذ باستخدام جهاز اختبار صلابة لوك (HRB). أما بالنسبة للصفائح الفولاذية الرقيقة، والشرائح الفولاذية، والأنابيب الفولاذية ذات الجدران الرقيقة، فيمكن استخدام جهاز اختبار صلابة لوك السطحي (HRT).
الغرض من التبريد السريع والتلدين: 1- تحسين خصائص المنتج بإزالة الصلابة الناتجة عن عيوب التركيب المختلفة والإجهادات المتبقية في عمليات الصب والتشكيل والدرفلة واللحام، وذلك لمنع تشوه قطعة العمل وتشققها. 2- تليين قطعة العمل لتسهيل عملية القطع. 3- تحسين بنية الحبيبات وتحسين التركيب لتحسين الخواص الميكانيكية لقطعة العمل. 4- ضمان جودة التركيب في المعالجة الحرارية النهائية (التبريد السريع، والتطبيع).
عمليات التلدين الشائعة الاستخدام هي:
(1) التلدين الكامل. يستخدم لتحسين الفولاذ الكربوني الأوسط والسفلي عن طريق الصب والتشكيل واللحام بعد ظهور الخواص الميكانيكية الضعيفة للأنسجة الخشنة فائقة التسخين.
(2) التلدين الكروي. يستخدم لتقليل الصلابة العالية لصلب الأدوات وصلب المحامل بعد التشكيل.
(3) التلدين متساوي الحرارة. يستخدم لتصنيع فولاذ إنشائي عالي الصلابة من سبائك الصلب الزاوية ذات محتوى معين من النيكل والكروم.
(4) التلدين لإعادة التبلور. يُستخدم في عملية سحب وتشكيل الأسلاك والصفائح المعدنية على البارد، حيث تحدث ظاهرة التصلب (تزداد الصلابة، وتقل اللدونة).
(5) التلدين بالجرافيت. يستخدم لتحويل الحديد الزهر الذي يحتوي على عدد كبير من الأجسام المكربنة إلى حديد زهر قابل للطرق يتمتع بلدونة جيدة.
(6) التلدين بالانتشار. يستخدم لجعل التركيب الكيميائي لسبائك الصب متجانسًا، وتحسين أدائها.
(7) التلدين لتخفيف الإجهاد. يستخدم لإزالة الإجهاد الداخلي في مصبوبات الصلب والملحومات.