يختار معظم الناس الألومنيوم لأنه خفيف الوزن ويقاوم التآكل. ولكن هذا لا يعني أنه يؤدي دائمًا الأداء المطلوب، خاصة في حالات الضغط العالي أو الحرارة العالية. إذا كنت تصمم قطعًا تتطلب قوة أو صلابة أفضل، فقد لا يكون الألومنيوم غير المعالج كافيًا. فهو يغير من سلوك المعدن، مما يجعله أكثر ملاءمة للأجزاء التي تحتاج إلى أن تدوم طويلاً.
لا تقتصر المعالجة الحرارية على الفولاذ فقط. فالألومنيوم يفيد أيضًا، خاصةً في الأجزاء الهيكلية أو المتحركة حيث تكون القوة مهمة. إليك كيفية عمل هذه الطرق ولماذا تستحق الاستخدام.
ما هي المعالجة الحرارية للألومنيوم؟
المعالجة الحرارية هي عملية يتم فيها تسخين الألومنيوم ثم تبريده بطريقة معينة. والهدف من ذلك هو تغيير البنية الداخلية للمعدن. يؤثر هذا التغيير على صلابة المعدن وقوته ومرونته.
يمر المعدن عبر نطاق درجة حرارة محددة. ثم يتم إما تبريده بالهواء أو تبريده بالماء أو تبريده ببطء. وتعطي كل طريقة نتائج مختلفة. ويعتمد الاختيار على نوع الألومنيوم وما سيتم استخدام الجزء من أجله.
يحتوي الألومنيوم على بنية بلورية في الداخل. عندما تقوم بتسخين المعدن إلى درجة الحرارة المناسبة، تبدأ الذرات في التحول. ويسمح تثبيت المعدن عند درجة الحرارة هذه بحدوث تغيرات في الداخل.
بعد ذلك، يحبس التبريد هذه التغيرات في مكانها. يمكن للتبريد السريع، أو التبريد السريع، أن يحبس الذرات في حالة جديدة. ويسمح التبريد الأبطأ للذرات بالاستقرار في شكل مستقر. وتضاف الشيخوخة في بعض الأحيان لتعزيز الصلابة والقوة بشكل أكبر.
تصنيف سبائك الألومنيوم
تأتي سبائك الألومنيوم بأنواع عديدة. يتصرف كل نوع بشكل مختلف اعتمادًا على كيفية صنعه وكيفية تفاعله مع الحرارة. تساعد معرفة الاختلافات في اختيار المادة المناسبة للمهمة.
سبائك الألومنيوم المشغول مقابل سبائك الألومنيوم المصبوب
تصنع السبائك المشغولة عن طريق الدرفلة أو البثق أو التشكيل. وهي قوية وذات تشطيبات سطحية جيدة. وتستخدم في منتجات مثل الصفائح والقضبان والأجزاء الهيكلية.
تُصب السبائك المصبوبة في قوالب. وهي جيدة للأشكال المعقدة ولكنها قد تحتوي على عيوب سطحية أكثر. وتستخدم في أجزاء مثل العلب أو الأقواس.
غالبًا ما تكون السبائك المشغولة أقوى من السبائك المصبوبة. السبائك المصبوبة أفضل للأجزاء ذات الأشكال التفصيلية.
السبائك القابلة للمعالجة بالحرارة مقابل السبائك غير القابلة للمعالجة بالحرارة
يمكن جعل السبائك القابلة للمعالجة الحرارية أقوى عن طريق التسخين والتبريد. وتشمل هذه السبائك السلسلة 2xxx و6xxx و7xxx. وتكتسب هذه السبائك قوتها من عملية تسمى تصلب الترسيب.
لا يمكن تقوية السبائك غير القابلة للمعالجة بالحرارة. وبدلاً من ذلك، يتم تقويتها عن طريق الشغل على البارد. ويشمل ذلك السلسلة 1xxx و3xxx و4xxx و5xxx. وغالباً ما تُستخدم هذه السبائك في الحالات التي لا تتطلب قوة عالية ولكن تتطلب مقاومة للتآكل.
سلاسل الألومنيوم الشائعة وخصائصها
- 1xxx Series: ألومنيوم نقي. ناعم جداً. مقاومة كبيرة للتآكل والتوصيل الحراري. غير قابل للمعالجة الحرارية.
- السلسلة 2xxx: سبائك الألومنيوم والنحاس. عالية القوة. قابلة للمعالجة الحرارية، ولكن مقاومة أقل للتآكل.
- السلسلة 3xxx: ألومنيوم-منجنيز. قابلية تشكيل جيدة ومقاومة للتآكل. غير قابل للمعالجة بالحرارة.
- السلسلة 5xxx: ألومنيوم-مغنيسيوم. قوي ومقاوم للتآكل. غير قابل للمعالجة بالحرارة.
- السلسلة 6xxx: ألومنيوم-مغنيسيوم-سيليكون. توازن جيد بين القوة ومقاومة التآكل. قابل للمعالجة الحرارية.
- السلسلة 7xxx: ألومنيوم-زنك. قوة عالية جداً. قابل للمعالجة بالحرارة ولكن من الصعب لحام.
عمليات المعالجة الحرارية الأساسية
كل طريقة معالجة حرارية تغير الألومنيوم بشكل مختلف. فبعضها يجعل الألومنيوم أكثر ليونة تشكيل. والبعض الآخر يجعل الأمر أكثر صعوبة بالنسبة لنا. يعتمد اختيار العملية المناسبة على وظيفة الجزء.
التلدين
التلدين يلين الألومنيوم. وهذا يجعل من السهل يلوي أو الشكل دون تشقق. كما أنه يساعد على تخفيف الضغط المتبقي من الطقس البارد. هذه الخطوة مفيدة قبل التشكيل أو التصنيع الآلي.
عادةً ما يتم تلدين الألومنيوم عند درجة حرارة تتراوح بين 570 درجة فهرنهايت و770 درجة فهرنهايت (300 درجة مئوية - 410 درجة مئوية). يتم تثبيت المعدن عند درجة الحرارة هذه، ثم يتم تبريده ببطء. التبريد في الفرن شائع. يحافظ هذا التبريد البطيء على ليونة المعدن.
المعالجة الحرارية الحل
في هذه الخطوة، يتم تسخين السبيكة حتى تذوب عناصر السبائك. وهذا يخلق محلولاً صلبًا متجانسًا. يضمن الاحتفاظ بها عند درجة الحرارة المناسبة اختلاط العناصر جيدًا.
وعادةً ما تتراوح درجات حرارة المعالجة الحرارية للمحلول بين 890 درجة فهرنهايت و980 درجة فهرنهايت (475 درجة مئوية - 530 درجة مئوية). يتم نقع المعدن في درجة الحرارة هذه لمدة تصل إلى عدة ساعات، اعتمادًا على سُمك الجزء. يعد التحكم الدقيق في درجة الحرارة أمرًا أساسيًا لتجنب الانصهار أو المعالجة غير المتساوية.
التبريد
بعد المعالجة الحرارية بالمحلول، يتم تبريد الجزء بسرعة. تحبس هذه الخطوة العناصر المذابة في مكانها. الماء هو الوسيط الأكثر شيوعًا. يتم استخدام محاليل الهواء والبوليمر أيضًا، اعتمادًا على السبيكة وشكل الجزء.
تبرد بعض السبائك ببطء شديد وتشكل أطوارًا غير مرغوب فيها. وتسمى هذه السبائك الحساسة للإخماد. السبائك في السلسلة 2xxx و7xxx حساسة بشكل خاص. يساعد التبريد السريع في التبريد على الحفاظ على البنية الصحيحة للتقادم في وقت لاحق.
الشيخوخة (تصلب الترسيب)
بعد التسقية، تجعل الشيخوخة السبيكة أقوى بعد التبريد. تحدث الشيخوخة الطبيعية في درجة حرارة الغرفة. تستخدم الشيخوخة الاصطناعية الحرارة لتسريع العملية والتحكم في النتائج.
قد يستغرق التعتيق الطبيعي عدة أيام. أما التعتيق الاصطناعي فيستخدم درجات حرارة تتراوح بين 240 درجة فهرنهايت و375 درجة فهرنهايت (115 درجة مئوية - 190 درجة مئوية) لعدة ساعات. لكل سبيكة وقت تعتيق مثالي ودرجة حرارة مثالية للحصول على أفضل قوة.
طرق المعالجة الحرارية المتخصصة
تحتاج بعض أجزاء الألومنيوم إلى خطوات معالجة إضافية للوصول إلى القوة أو الثبات المناسبين. تساعد هذه الطرق الخاصة في التحكم في الإجهاد الداخلي أو تحسين البنية أو ضبط الصلابة.
شرح التقسية T5 وT6 التقسية T6
T5 وT6 هي معالجات تقسية شائعة تستخدم بعد المعالجة الحرارية. تعني T5 أن الجزء يتم تبريده من عملية درجة حرارة عالية ثم يتم تقطيعه بشكل مصطنع. لا تتم المعالجة الحرارية بالمحلول.
يعني T6 أن الجزء يخضع للمعالجة الحرارية بالمحلول والتبريد والتعتيق الاصطناعي. وهو يوفر قوة أفضل من T5. يُستخدم T6 على نطاق واسع في الأجزاء الهيكلية والإطارات والمكونات التي يجب أن تصمد تحت الضغط.
التجانس للألومنيوم المصبوب
يستخدم التجانس في الغالب للألومنيوم المصبوب. فهو يقلل من الفصل ويحسن التوحيد في المعدن.
تتضمن هذه الخطوة تسخين الصب إلى درجة حرارة عالية أقل بقليل من درجة الانصهار. وهي تساعد على تسوية عناصر السبائك التي تنفصل أثناء الصب. تعمل هذه المعالجة على تحسين كيفية استجابة المعدن لمزيد من المعالجة، مثل البثق أو التصنيع الآلي.
علاجات التثبيت وتخفيف الضغط العصبي
يستخدم التثبيت عندما تتعرض الأجزاء لدرجات حرارة متغيرة أثناء الخدمة. يساعد على منع التشويه.
يعمل تخفيف الإجهاد على إزالة القوى الداخلية المتراكمة أثناء التشكيل أو التصنيع الآلي. ويتم ذلك عن طريق تسخين الجزء إلى درجة حرارة معتدلة ثم تبريده ببطء.
التحكم في المعدات والعمليات
تعتمد المعالجة الحرارية الجيدة على استخدام الأدوات المناسبة والحفاظ على التحكم المحكم في العملية. وبدون ذلك، يمكن أن تكون النتائج غير متساوية أو غير متوقعة.
الأفران وأنظمة التدفئة
تتم معظم المعالجة الحرارية للألومنيوم في أفران تعمل بالكهرباء أو الغاز. تتعامل أفران الدُفعات مع الأحمال الفردية. أما الأفران المستمرة فتنقل الأجزاء على حزام أو مسار.
يعتمد الاختيار على الحجم وحجم الجزء واحتياجات التسخين. يجب أن يسخن الفرن الأجزاء بالتساوي ويحافظ على درجة الحرارة المناسبة طوال الدورة.
انتظام درجة الحرارة ومراقبتها
الحفاظ على الحمولة بأكملها في درجة الحرارة الصحيحة أمر بالغ الأهمية. إذا كان جزء واحد من الدفعة أكثر برودة أو أكثر سخونة، فلن تعمل المعالجة بشكل صحيح.
تساعد المزدوجات الحرارية وأنظمة التحكم في فحص درجة الحرارة والحفاظ عليها. يضمن التسخين المنتظم وصول كل جزء إلى نفس المستوى من القوة والهيكل.
التحكم في الغلاف الجوي لمنع الأكسدة
عند تسخين الألومنيوم في الهواء الطلق، يمكن أن يتأكسد. يؤدي ذلك إلى تكوين سطح خشن قد يؤثر على القوة أو المظهر.
يساعد استخدام الأجواء الخاضعة للرقابة، مثل النيتروجين أو الأرجون، على تقليل الأكسدة. وفي بعض الحالات، تتم إضافة طبقات أو أغلفة واقية قبل التسخين.
تحسينات الخصائص الميكانيكية والفيزيائية
تغير المعالجة الحرارية من سلوك الألومنيوم. فهي تعزز القوة، ولكنها قد تؤثر أيضًا على مدى سهولة ثني المادة ومظهرها ومقاومتها للتلف.
تحسينات القوة والصلابة
يمكن أن يكون الألومنيوم المعالج حرارياً أقوى بكثير من غير المعالج. تزيد العمليات مثل المعالجة بالمحلول والتعتيق من الصلابة وقوة الشد.
وهذا مفيد في الأجزاء التي تحمل الأحمال، أو تقاوم التآكل، أو تحتاج إلى الحفاظ على تفاوتات تحمل ضيقة. تستجيب سلاسل مثل 6xxx و7xxx بشكل جيد لهذا النوع من التقوية.
الليونة وقابلية التشكيل بعد المعالجة الحرارية
بينما ترتفع القوة، قد تنخفض الليونة. وهذا يعني أن المادة تصبح أصعب في الثني أو التشكيل بعد المعالجة.
تقوم بعض المعالجات الحرارية، مثل التلدين، بالعكس. فهي تجعل الألومنيوم أكثر ليونة وقابلية للتشكيل. ويعتمد اختيار العملية الصحيحة على ما إذا كان الجزء يحتاج إلى تشكيل أو يجب أن يبقى قويًا.
تغيرات الطلاء السطحي ومقاومة التآكل
يمكن أن تؤثر المعالجة الحرارية على مظهر السطح. قد تؤدي بعض المعالجات إلى جعل السطح داكن أو خشن. يمكن أن يترك التبريد علامات أو يسبب اعوجاجاً طفيفاً.
يمكن أن تتغير مقاومة التآكل أيضًا. على سبيل المثال، تفقد السبائك في السلسلة 2xxx بعض مقاومة التآكل بعد المعالجة. بينما تحتفظ سبائك أخرى، مثل 5xxx، بمقاومة جيدة حتى بدون معالجة حرارية.
أفضل ممارسات المعالجة الحرارية
يتطلب الحصول على نتائج متسقة من المعالجة الحرارية أكثر من مجرد التسخين والتبريد. يجب التعامل مع كل خطوة - قبل وأثناء وبعد - بعناية.
معلمات المعالجة الخاصة بالسبائك
تتفاعل كل سبيكة بشكل مختلف مع الحرارة. تختلف درجة الحرارة الصحيحة ووقت النقع وطريقة التبريد باختلاف سلسلة السبائك.
على سبيل المثال، يحتاج 6061 إلى حوالي 985 درجة فهرنهايت لمعالجة المحلول. قد يحتاج 7075 إلى نطاق مختلف. قد يؤدي استخدام الإعدادات الخاطئة إلى ضعف القوة أو حتى التشقق.
متطلبات التنظيف قبل المعالجة
قبل التسخين، يجب أن يكون السطح نظيفًا. يمكن أن تؤثر الأوساخ والزيوت والأكاسيد على كيفية تدفق الحرارة عبر الجزء.
يمكن أن يتم التنظيف باستخدام المذيبات أو الغسل القلوي أو الفرك الميكانيكي. في بعض الحالات، يتم استخدام حمام حمضي خفيف لإزالة أكاسيد السطح.
المناولة والتخزين بعد المعالجة
بعد التسقية أو التقادم، يجب التعامل مع الأجزاء بعناية. يمكن أن يؤدي إسقاطها أو ثنيها إلى حدوث إجهاد أو تغيير في الهيكل المعدني.
قم بتخزين الأجزاء المعالجة في بيئات جافة ونظيفة. تجنب تكديس الأشياء الثقيلة عليها.
خاتمة
تعتبر المعالجة الحرارية للألومنيوم عملية رئيسية لتحسين القوة والمتانة والأداء. طرق مثل التلدين والمعالجة بالمحلول والتبريد والتبريد والتعتيق كل منها يخدم غرضًا معينًا. يعتمد اختيار الطريقة المناسبة على السبيكة وتصميم الجزء والاستخدام.
هل تحتاج إلى قطع ألومنيوم دقيقة مع المعالجة الحرارية المناسبة؟ اتصل بنا اليوم لمناقشة مشروعك. نحن مستعدون لمساعدتك في اختيار الحل الأفضل لاحتياجاتك.
مهلا، أنا كيفن لي
على مدى السنوات العشر الماضية، كنت منغمسًا في أشكال مختلفة من تصنيع الصفائح المعدنية، وشاركت رؤى رائعة هنا من تجاربي عبر ورش العمل المتنوعة.
ابقى على تواصل
كيفن لي
لدي أكثر من عشر سنوات من الخبرة المهنية في تصنيع الصفائح المعدنية، وتخصصت في القطع بالليزر، والثني، واللحام، وتقنيات معالجة الأسطح. كمدير فني في شنغن، أنا ملتزم بحل تحديات التصنيع المعقدة ودفع الابتكار والجودة في كل مشروع.
