شرح الفولاذ المعالج بالحرارة: ما هو ولماذا هو مهم

خطوات ما بعد العلاج

بعد المعالجة الحرارية، قد يحتاج الفولاذ بعد المعالجة الحرارية إلى تعديلات حسب الاستخدام النهائي.

• يتم إجراء التقسية بعد التبريد لتقليل الهشاشة. ويمكن أن يؤدي التقسية عند درجة حرارة 200-600 درجة مئوية إلى خفض الصلابة قليلاً مع تحسين الصلابة في الوقت نفسه، فعلى سبيل المثال، يمكن تقسية الفولاذ المقوى إلى 62 HRC إلى 58 HRC، مما يكسبه مقاومة أكبر للصدمات.

أنواع عمليات المعالجة الحرارية

تغير المعالجة الحرارية من سلوك الفولاذ. تستخدم كل طريقة طريقة طريقة مختلفة للتسخين والتبريد لتحقيق النتيجة المرجوة.

التلدين

تعمل عملية التلدين على تليين الفولاذ وتسهيل معالجته. أثناء هذه المعالجة، يتم تسخين الفولاذ ببطء إلى درجة حرارة تتراوح عادةً بين 500 درجة مئوية و700 درجة مئوية (أو حتى أعلى، حسب المادة) ثم يتم تبريده ببطء شديد داخل الفرن.

يسمح التبريد البطيء للذرات داخل الفولاذ بالتحرك إلى وضع أكثر استرخاءً. وهذا يقلل من الضغوط الداخلية التي ربما تكونت أثناء القطع أو الثني أو اللحام في وقت سابق. كما أنه يساعد أيضًا على نمو حبيبات أكبر في هيكل الفولاذ، مما يجعل المادة أقل تعقيدًا وأكثر قابلية للسحب.

ونتيجة لذلك، يكون الفولاذ الملدّن أسهل في يلوي, الحفر، أو الماكينة. ومع ذلك، فإنها تفقد بعض القوة ومقاومة التآكل. وتستخدم هذه الطريقة عادةً قبل إجراء المزيد من التشكيل أو القطع. وغالبًا ما يتم تطبيقها على الفولاذ المدرفل على البارد، وصفائح الفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ المستخدم في الرسم العميق أو عمليات الختم.

التطبيع

يشبه التطبيع عملية التلدين، ولكن مع تبريد أسرع. يتم تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة أعلى - عادةً ما تكون حوالي 750 درجة مئوية إلى 950 درجة مئوية، فوق نقطة التحول حيث يتغير هيكل الحبيبات إلى الأوستينيت. ثم يتم تبريده في الهواء الطلق، وليس داخل فرن.

هذا التبريد الأسرع يخلق حبيبات أدق في الفولاذ. تعمل بنية الحبيبات الدقيقة على تحسين القوة والصلابة والخصائص الميكانيكية الموحدة. كما أنه يساعد على إزالة آثار التسخين غير المتكافئ أو التصلب الناتج عن العمليات السابقة.

الفولاذ المطبع أقوى من الفولاذ الملدن ولكنه يحتفظ ببعض المرونة. وغالباً ما يتم استخدامه للأجزاء التي تواجه أحمالاً أو اهتزازات ثابتة، مثل أعمدة المحرك أو قضبان التوصيل أو مكونات الصلب المصبوب.

تصلب

يتم استخدام التصلب عندما يحتاج الفولاذ إلى أن يكون شديد الصلابة والقوة. وتتضمن هذه العملية تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة عالية تتراوح عادةً بين 800 درجة مئوية و900 درجة مئوية، حسب نوع الفولاذ. والهدف من ذلك هو تحويل الهيكل الداخلي إلى أوستينيت.

وبمجرد تسخين الفولاذ، يتم تبريده بسرعة أو "إخماده" في الماء أو الزيت أو أي سائل تبريد آخر. ويؤدي هذا الانخفاض المفاجئ في درجة الحرارة إلى تغيير هيكل الصلب إلى مارتنسيت، وهو صلب وقوي للغاية. ومع ذلك، فإن المارتينسيت هش أيضًا ويمكن أن يتصدع تحت الصدمات.

تُستخدم عملية التقسية بشكل أساسي في الأدوات أو السكاكين أو القوالب أو القوالب أو اللكمات أو الأجزاء التي تحتاج إلى مقاومة التآكل الشديد. ولكن نظرًا لأنه يجعل الفولاذ هشًا، فإنه يتبعه دائمًا تقريبًا التقسية.

هدأ

التقسية هي خطوة تالية للتصلب. وهي تقلل من الهشاشة الناجمة عن المارتينسيت. في هذه العملية، يتم إعادة تسخين الفولاذ المقوى إلى درجة حرارة منخفضة - عادةً ما تتراوح بين 150 درجة مئوية و650 درجة مئوية - ثم يتم تبريده مرة أخرى بمعدل محكوم.

تسمح هذه الخطوة باسترخاء بعض الضغط الداخلي. يقلل ذلك من الصلابة قليلاً ولكنه يزيد من قدرة الفولاذ على امتصاص الصدمات أو التعامل مع القوى المفاجئة دون أن ينكسر. تعتمد درجة الحرارة والوقت المحدد على مقدار الصلابة أو المتانة المطلوبة.

يحقق الفولاذ المقسّى التوازن بين الصلابة والمتانة. وهو يُستخدم للنوابض والدعامات الهيكلية والأدوات وأجزاء الماكينات التي يجب أن تتحمل الصدمات دون أن تتشقق.

تأثير المعالجة الحرارية على خواص الفولاذ

تغير المعالجة الحرارية من سلوك الفولاذ في الاستخدام الفعلي. فهي تعمل عن طريق تغيير البنية الداخلية للمعدن، مما يؤثر على قوته ومرونته وعمره الافتراضي.

القوة والصلابة

يمكن للمعالجة الحرارية أن تجعل الفولاذ أقوى وأصلب. تزيد طرق مثل التقسية والتلطيف من قدرتها على تحمل الضغط ومقاومة التآكل.

يحافظ الفولاذ الأقوى على شكله بشكل أفضل أثناء الاستخدام الكثيف، مما يجعله مفيدًا لأدوات القطع والقوالب وأجزاء الماكينات ذات الأحمال العالية.

ولكن إذا أصبح الفولاذ شديد الصلابة، فقد يصبح هشًا أيضًا. وهذا هو السبب في أن التصلب غالباً ما يتبعه التقسية بالتقسية. تساعد هذه الخطوة على استعادة بعض المرونة مع الحفاظ على القوة.

الليونة والصلابة

الليونة هي مدى قدرة الفولاذ على الثني أو التمدد قبل أن ينكسر. المتانة هي مدى قدرته على التعامل مع الصدمات أو القوة المفاجئة.

وتساعد عمليات مثل التلدين والتطبيع على تحسين كلا الأمرين. تعمل هذه الخطوات على تليين الفولاذ وتجعله أقل عرضة للتشقق.

المتانة ضرورية للأجزاء مثل الإطارات, اقواسأو الدعامات. غالبًا ما تتعامل هذه الأجزاء مع الصدمات أو الاهتزازات. وبدون صلابة كافية، قد ينكسر الفولاذ تحت الضغط المفاجئ.

مقاومة التآكل والتآكل

عادة ما يتآكل الفولاذ الأكثر صلابة بشكل أبطأ. وهذا هو السبب في أن الأجزاء المعالجة حرارياً، مثل الأدوات أو القوالب، غالباً ما تدوم لفترة أطول من الأجزاء غير المعالجة.

يمكن أن تساعد المعالجة الحرارية أيضًا في تحسين مقاومة الصدأ، خاصةً عندما تقترن بطبقات واقية أخرى. إنها ليست حلاً كاملاً للتآكل، ولكنها تجعل الفولاذ أكثر ثباتًا في البيئات القاسية.

تغيرات البنية المجهرية

يحدث التغيير الأكثر أهمية داخل الفولاذ. تقوم المعالجة الحرارية بتعديل بنية حبيبات المعدن.

تضفي الأشكال المختلفة مثل المارتينسيت أو البرليت أو البينيت على الفولاذ صفات مختلفة. تتحكم هذه التغييرات في مدى قوة الفولاذ أو مرونته أو صعوبته.