أثر معالجة الحرارة بعد التجهيز على خط اليغلد من المعادن المصنعة

تصنيع المعادن: مؤسسة للإجهاد الرجعي ومضاعفة الهياكل الأساسية

وقد أدى التصنيع الإضافي للمعادن، المعروف عادة بطباعة المعادن 3D، إلى تغيير مشهد الإنتاج بتمكين تركيب كميات من الجيولوجيا المعقدة التي يتعذر إنتاجها أو باهظة التكلفة لإنتاجها بأساليب تعاقدية تقليدية، وتقنيات دمج الأنهار مثل الميكانيكية الانتقائية وتركيب المحركات الميكانيكية، وتركيب مكوناتها حسب طبقة من الكفاءة الرقمية، مما يتيح تدني التصميم.

إن الدفع بين مرونة التصميم والموثوقية الميكانيكية يشكل تحدياً رئيسياً في الاعتماد الواسع النطاق للمعادن المصنعة بصورة مضافة، وكثيراً ما تظهر الأجزاء المصنَّعة بغرامة أو بنية مجهرية غير توازنية ذات أحجار عمودية، وهياكل الترسيب الخلوي أو الكثيف، والسخرية الداخلية، علاوة على أن الضغوط الشديدة التي تنجم عن التحلل الحراري أثناء الطباعة تولد ضغوطاً مُخلة على المواد الموجودة بالقرب من السطح والمكون.

وبالتالي فإن المعالجة الحرارية بعد التجهيز ليست تحسينات اختيارية وإنما خطوات أساسية لضبط الهياكل الدقيقة، وتخفيف الضغوط، وتحقيق الخواص الميكانيكية المرغوبة للتطبيقات الحرجة في الفضاء الجوي، والزوابق الطبية، والسيارات، والتأثيرات، وأهم الممتلكات الميكانيكية للتصميم ضد التشوهات البلاستيكية هي قوة الضغط الذي يبدأ فيه العمل على تشويهه بصورة دائمة، وفهم مدى تأثير مختلف بروتوكولات المعالجة الحرارية على قوة التصنيع الهندسي.

The Metallurgical Basis of Yield Strength Enhancement

ويحكم القوة الوليدة قدرة الهيكل الجزئي على إعاقة حركة التفكك، ففي المعادن، تكون التفككات عيوب خطية تمكن من التشوهات البلاستيكية في حالات تدني كثيرا عن القوة النظرية للبلورة المثالية، وتعزيز الآليات - تعزيز الحلول المستقرة، وتقوية التهطال، وتعزيز الحدود الحاوية )أثر الهال - البقعة(، والعمل على استئصالها عن طريق خلق عقبات يجب التغلب عليها.

وكثيرا ما تكون للمعادن المصنعة بصورة مضافة بنية مصغرة مبدئية بعيدة عن التوازن، إذ أن معدلات التبريد السريعة (104 إلى 106 كيلو مترات في الإدارة المستدامة للأراضي) تُوقف التحولات في المرحلة التي تتحكم فيها الانتشار، مما يؤدي إلى حلول صلبة مُستحلة، ومراحل قابلة للتعديل، وهياكل خلوية دقيقة، ويمكن أن توفر هذه السمات بعض القوة الأساسية، ولكنها أيضا تترك المواد عرضة للتوتر في درجة الحرارة وتتطور في ظروف الضغط الحرارية.

فعلى سبيل المثال، في السكك الحديدية التي يمكن استنكارها مثل إيكونل 718 أو السي 10 ملغ، يحتوي الهيكل الجزئي الذي يبني على كثافة عالية من التشتات ومقياس رفيع من الفصل، ويمكن أن يحل حل المعالجة المراحل غير المرغوبة ويتجانس التكوين، في حين أن وجود معالجة لاحقة تولد قوة متعددة الفلزات تتراوح بين 30 في المائة وتمارس نشاطاً كتسلسل قوي في المواقع.

العلاجات الشائعة بعد التجهيز للمعادن المضادة للدبابات

الإغاثة آنالينغ

أما الخطوة الأولى والأكثر شيوعاً في مرحلة ما بعد المعالجة فهي تخفيف الضغط، حيث يسخن الجزء إلى درجة حرارة تقل عن نطاق الاستجمام )٥٠٠-٧٠٠ درجة مئوية من الفولاذ وسبائك النيكل( ويُحتفظ به لمدة ساعة واحدة - ٤، ويعقبه التبريد البطيء أو المتحكم فيه، والغرض الأساسي هو تقليل الضغوط دون تغيير هيكل الحبوب تغييراً كبيراً، ويزيد من قوة التشدد فيما بعد ويخفف من المخاطر.

معالجة الحلول والشيخوخة

وبالنسبة للمناهج التي يمكن أن تُنقَل، فإن معالجة الحل خطوة حاسمة، إذ تسخن السبيكة إلى درجة حرارة حيث تُتَبَع جميع هذه المحاور إلى حل صلب (تُعدُّ من ذلك نحو 950 إلى 200 درجة مئوية للمناهج الفوقية القائمة على النيكل)، ثم تُسحب بسرعة إلى حل صلب مُستحلٍ مُسبق، ثم يُعاد تسخين إلى درجة حرارة متوسطة (تمثلة تتراوح بين 600 و800 درجة مئوية)

وتشمل المتغيرات الهامة درجة حرارة الحل، والوقت الصاعق، ومعدل الكندق، ودرجة الحرارة العالية، والوقت الطويل، ودرجة الحرارة المرتفعة، وتقارن بين المهيمنات (التدفئة المطولة أو درجة الحرارة الأعلى)، وتخفض فعاليتها، وتؤدي إلى انخفاض في قوة الغلة، وتُحدد البارامترات المثلى للشيخوخة على أساس المحار، ويجب تحديدها من خلال التجارب المنهجية أو المعايير المرجعية مثل دليل تريتر التابع للإدارة المؤقتة.

التطبيع والأنالين

وبالنسبة للفولاذ والزواحف التيتانيومية التي تمر بمرحلة تحول صلبة، فإن التطبيع يتطلب التدفئة فوق درجة الحرارة التحويلية )مثلا، الاستيعاب للفولاذ( يليها التبريد الجوي، وهذا يصقل حجم الحبوب وينتج بنية دقيقة أكثر توحيدا، مما يمكن أن يزيد من قوة الغلة عن طريق تأثير الهضبة - البخارية )وتر الملونة توفر قدرا أكبر من التبريد في منطقة الحدود، مما يعوق تعطل(.

المعبد

ويطبق التمجيد بعد التصفيق من درجة حرارة عالية للحد من الرشوة مع الاحتفاظ بقدر كبير من القوة، وفي الفولاذ المرتنزي اللامص أو الصلبان الاصطناعي المصنوعة بصورة مضافة، يمكن أن يؤدي الإغراء إلى تحويل موقع الرخام إلى موقع مختلط مع تشتتت دقيق للسيارات، وزيادة قوة الغلة والقسوة في آن واحد، ويجب التحكم في درجة الحرارة والوقت في الإغراء لتجنب الزمان.

أثر البارامترات المعالجة بالهوت على قوة ييلد

فالعلاقة بين معايير المعالجة الحرارية وقوام الغلة ليست متتالية، ففي كل نظام من شبكات السكك، توجد نافذة لمعالجة تزيد القوة إلى أقصى حد، مع تجنب الآثار الضارة مثل نمو الحبوب، أو التهاب، أو تشكيل مراحل غير مرغوب فيها.

الوقت والدرجة الحرارة

وفي نظم إيواء الأمطار، تزداد القوة عادة مع ارتفاع العمر إلى ذروته، ثم تنخفض إلى درجة التهطال (تمزق الأوتوالد) وتعجل درجات الحرارة المرتفعة من أجل الحركية، ولكنها تحول الذروة إلى فترات أقصر، وعلى سبيل المثال، في مرحلة التصنيع الإضافي للسي10Mg، يمكن أن يزيد معدل التعرض للشيخوخة المباشر عند 160 درجة مئوية لمدة 6 ساعات من العمر قوة تتراوح بين 200 ساعة.

معدل التبريد

ويحد معدل التبريد بعد معالجة الحل من درجة الاضطرابات التي يُحتفظ بها، ويسمح بطء التبريد بأن يُشكل أثناء التبريد (الشيخوخة)، مما يمكن أن يقلل من فعالية الخطوة العمرية اللاحقة، كما يؤثر معدل الكينش أيضا على مستويات الإجهاد المتبقية، ويثير التكسير في الماء ضغوطا حرارية أعلى مقارنة بالزيوت أو التبريد الجوي، مما قد يتطلب تخفيفا إضافيا للإجهاد.

عدد المراكب

وقد استخدمت في بعض الأحيان دورات متعددة أو شيخوخة مزدوجة (مثلاً، التوليد المتدني السرعة الذي يليه ارتفاع العمر) لخلق توزيع مزدوج للمتفرجين، وتحسين القوة والمقاومة المزروعة، وفي حالة AM Inconel 718، يُظهر وجود معالجة حرارية معيارية (الحل عند 980 درجة مئوية، ثم يبلغ العمر 720 درجة مئوية لمدة 8 ساعات + 620 درجة مئوية لمدة 8 ساعات)

اعتبارات حسنة

طينيوم (Ti-6Al-4V)

(تي-6Al-4V) هو أكثر محايدة تيتانيوم استخداماً في AM. The as-built micro structure consists of acicular Á martensite due to rapid cooling. This martensite has high strength but low ductility. A stress relief at 600-700°C for 1-2 hours transforms the ABAengus into a fine Á+ß lamellar structure, increasing ducta

السوبالويز الناكل (Inconel 718، Inconel 625)

"الإنكور 718" مُصاب بـ "غاما" و"غاما" "مرحلتي "الـ "الـ "تي" و"الـ "(أ)" و"مُعدّل مُعدّل "الـ "الـ "مُعدّل "الـ "(أف)" و"مُخفّض من القوّة الـ1:

ستيلات بلا طائل (17-4 فهرتز، 316 ر)

١٧-٤ )معالجة التهطال المميت( يمكن أن تُعامل حرارة لتوليد القوة التي تتجاوز ٠٠٣١ من البوليسترات، وكثيرا ما تتضمن حالة البناء المرتفعة التي يُحتفظ بها، والتي تقل قوامها، وتُعالج في شكل حل يبلغ ٠٥١٠ درجة مئوية، ويعقبها ارتفاع في مستوى الحرارة بمقدار ٠٨٤ درجة مئوية )حالتها العليا( إلى أقصى حد ممكن تهيبة المجموعات الغنية بالكربونات البالغ عددها ٠٠٤ لتر)٦(.

آليات تغيير القوة في ييلد: من الإجهاد الرجعي إلى التحول التدريجي

فالأضرار المتكررة يمكن أن تؤثر في قياسات القوة العائدة، ففي حالة البناء، يمكن أن تؤدي الضغوط المتطايرة على السطح إلى الغلة المبكرة تحت حمولة مطبقة، مما يقلل بشكل فعال من قوة العائد الواضحة، ويخفف الضغط على الإغاثة من هذه الضغوط السطحية، ويزيد في كثير من الأحيان قوة الغلة المتشابكة، وعلى العكس من ذلك، يمكن للإجهادات المتبقية المضغطة أن تزيد من قوة العائد الواضحة، ولكنها لا تعتمد عموما على عامل التصميم.

إن صقل الهياكل الأساسية هو طريق أكثر موثوقية، فالهيكل الخلوي الدقيق الذي يشاهده في المعادن التي تعمل بصنعها حركة تحرير السودان (الحجمان 0.5-2 ميكروم) يعمل بنفس الطريقة التي ينتج بها الحدان في إعاقة حركة التفكك، غير أن هذه الخلايا ليست حدودا عالية الزاوية، بل هي حدود منخفضة الأهمية غنية بالمناصب، ويمكن أن تؤدي معالجة التفكك إلى زيادة في مستويات القوة المحتملة.

إن النمو الجذري هو شاغل رئيسي، فمعظم المحاور التي تعمل بالزراعة الأمفيتامينية لها هيكل أحبوب عمودي على طول اتجاه البناء بسبب النمو الوبائي، ويمكن أن تؤدي المعالجة العالية التمرين إلى نمو غير عادي في الحبوب، لا سيما في غياب جسيمات التصاميم القصيرة التي تستخدمها الحدود مع التكرير، مثلا في تي-6 ألف-4V، مما يؤدي إلى تجاوز حجم القوة الدائبة للفترات الممتدة.

وقد خلصت دراسة NIST ] بشأن الإحداثيات المصنعة بصورة مضافة إلى أن المعالجة الحرارية المباشرة (دون معالجة مسبقة) قد زادت من قوة العائد بنسبة 30 في المائة مقارنة بالوضع القائم على البناء، في حين أن الحل الكامل والعلاج المتصاعد زاد بنسبة 50 في المائة، ويعزى الفرق إلى مراحل حل اللفاف في مرحلة ما قبل الحل، مما سمح بمزيد من الأهمية.

الآثار العملية للتعليم والصناعة

وينبغي للمربين الذين يدرسون المواد العلمية أو هندسة الصناعات التحويلية أن يؤكدوا أن المعالجة الحرارية لمعادن الأمفيتامين ليست عملية واحدة تناسب الجميع، وأن البنية الدقيقة البدائية فريدة وحساسة للغاية لبناء البارامترات (الطاقة النادرة، والسرعة، وسمك طبقة، والتسارع، والمباعدة بين الحرارة) ويجب على الطلاب أن يتعلموا ربط معايير العملية بخصائص مبنية، ثم اختيار دورات معالجة حرارية مناسبة.

ويواجه الممارسون في الصناعة تحدي الموازنة بين التكلفة والزمن والأداء، وكثيرا ما تكون دورات معالجة الحرارة لأجزاء من مادة AM أطول من دورات معالجة المكونات المبتورة بسبب الحاجة إلى تجانس التجزئة الدقيقة، وقد يكون من الضروري في كثير من الأحيان أن تُمنع المكونات الخفية أو غير الخطرة من تسمم السكك الحديدية مثل التيتانيوم، وقد يكون الفارق بين المعالجة الكاملة للحل (التي قد تسبب النمو الإجهادي).

وثمة اعتبار عملي آخر هو التشويه، حيث أن أجزاء من حركة أمتار ذات الركود قد تكون عرضة للحرب أثناء التدفئة والتدفئة، ويمكن أن يؤدي تثبيت واستخدام منحدر تدفئة من الدرجة الأولى إلى التقليل من ذلك، وفي بعض الحالات، يقترن الضغط الإيسوتي الساخن بمعالجة الحرارة؛ ويطبق برنامج HIP ضغطاً إيسوتاً عالياً عند ارتفاع درجة الحرارة، ويغلق النسيج الداخلي بينما يؤدي في الوقت نفسه إلى زيادة في العلاج الحر.

وتتوفر بيانات قوة الصيت الخاصة بمعادن القذائف المضادة للدروع ذات المعالجة الحرارية المختلفة بصورة متزايدة في قواعد البيانات مثل قاعدة بيانات ماتو ويب ] للممتلكات المادية، غير أنه ينبغي للمهندسين التحقق من البيانات المستمدة من أجهزة محددة ومن كميات كبيرة من المسحوق، حيث أن تقلب البصل إلى الصيد يمكن أن يكون كبيرا، في نهاية المطاف، تطوير الرصد الموقعي وعلاقات نموذجية لمعالجة القوة.

الاتجاهات المستقبلية: معالجة الحرارة المصممة والمحسنة

ويتجه هذا المجال نحو معالجة حرارية مصممة حسب نوعها، تراعي التاريخ الحراري المحلي لكل منطقة من مناطق الجزء، ولأن بناءات الإدارة البيئية لها تاريخيات حرارية مختلفة قرب الموصلات الأساسية مقابل القمة، وقرب المخروط مقابل النواة، قد لا تكون المعالجة الحرارية للفرن الموحد هي الأمثل بالنسبة للعنصر بأكمله.

فتقنيات التميز المتقدمة - انتشار الأشعة المتزامنة - التلقيح الرجعي - الأشعة الكهرمائية - الإرسالية - جهاز التكرير الإلكترونية - وبث الأشعة السينية المتزامنة - توفر أفكارا جديدة عن كيفية تطور التهطال والاستجمام أثناء المعالجة الحرارية، وعلى سبيل المثال، أظهرت الدراسات التي أجريت في الموقع أن شبكة العلاج بالأشعة السيبترولية المصنّعة إلى أقصى حد.

وبالنسبة للطلاب والباحثين، فإن استكشاف التفاعل بين بناء التوجه والاستجابة لمعالجة الحرارة هو موضوع خصب، فعلى سبيل المثال، فإن الأجزاء التي تبنى عمودياً كثيراً ما تظهر قوّة مختلفة من العائد بعد المعالجة الحرارية مقارنة بالأجزاء التي تبنى أفقياً بسبب هيكل الحبوب العمودية، ويمكن أن يؤدي فهم هذا التخصيص إلى بناء استراتيجيات توجيهية مقترنة بمعاملات حرارية عادية لتحقيق خصائص هزلية أو ميكانيكية مصممة.

خاتمة

إن المعالجة الحرارية اللاحقة للتجهيز لا غنى عنها لتحقيق القوة القصوى للمعادن المصنعة بصورة مضافة، والهيكل الجزئي الذي يتكون من ضغوط متبقية، وهياكل خلوية دقيقة، ومراحل غير توازنية، يوفر نقطة انطلاق فريدة تستجيب بشكل مختلف للمعاملة الحادة مقارنة بالمواد المتطورة، ويعرض التركيز على وسائل الانتصاف، ويعالج المعالم التحويلية، ويضيف كل منها مزايا.