العلم التغيُّر المرتنزي أثناء الفصل

ويمثل التحول المرتنزي أحد أكثر الظواهر شيوعاً وكبيرة من الناحية الصناعية في مجال علم الميكاليات والمواد، ويؤدي هذا التحول دوراً محورياً في تطور الهياكل المصغرة وبلاستيكية العديد من المواد الهندسية، ويتغير أساساً في كيفية أداء الفلزات تحت الضغط واللبس والظروف القصوى، ويُعتبر فهم العلوم الميكانيكية وراء التحول المرتعش أثناء التصفح أمراً أساسياً بالنسبة للمتحولين والمهندسين والمصنعين.

وقد أدت عملية التحول المرتنزي إلى ثورة الصناعات التي تتراوح بين صناعة السيارات والهندسة الفضائية الجوية والبناء وإنتاج الأدوات، وهي عملية تحدث في أجزاء من ثانية، ومع ذلك، تنطوي على إمكانية تغيير جذري لممتلكات المعدن، وهذه الاستكشاف الشامل تتجه إلى الآليات الأساسية، والتغييرات البلطوغرافية، والمبادئ الحرارية، والتطبيقات العملية للتحول المارتيني أثناء عملية التسكين، مما يوفر إمكانية شاملة.

Understanding Martensitic Transformation: The Fundamentals

السياق التاريخي والاكتشاف

وقد درست شركة أدولف مارتينز في أواخر القرن التاسع عشر التحول الهيكلي الذي ينطوي عليه التبريد السريع للكي الحديدية والصلب، وقد تطور فهم التحولات المميتة إلى أدولف مارتينز الألماني الذي حدد مرحلة التبريد في نهاية القرن التاسع عشر، ومنذ هذا الاكتشاف المدمر، تطور فهم التحول المهترفي تطورا كبيرا، حيث انتقل من التصورات الافتراضية إلى نماذج نظرية متقدمة.

كان مصطلح "الموقع" مُكَنَّاً أصلاً لوصف المكوِّنات المتفرقة الجامدة والدقيقة التي تظهر في الفولاذ المُخضِع للتبريد السريع، وتطور ليشمل المنتج الناتج الناتج الناتج الناجم عن هذه التحولات بطريقة أكثر شمولاً، وما بدأ كملاحظة محددة في الفولاذ قد توسع ليشمل تحولات مماثلة في العديد من نظم المواد الأخرى.

تحديد التحولات المارتينسية

إن التحول المرتنزيائي هو تحول لمرحلة لا توصف يحدث في السبيكة - ولا سيما في الفولاذ - عندما يتم التبريد بسرعة من درجات الحرارة العالية، ويبرز هذا التعريف عدة خصائص حاسمة تميز التحول المارتيني عن التحولات الأخرى في المرحلة المميتة.

فالتحولات المرتنسية لا تُنشر وتتميز بحركة جماعية من الذرات عبر المسافات التي تكون عادة أقل من سرعة واحدة أقرب جواً، وخلافاً للتحولات الأخرى التي تتسم بنشر الذرات، يحدث التحول المارتيني من خلال تحول تعاوني للذرات على مسافات قصيرة جداً، ويؤدي هذا الفرق الأساسي في الآلية إلى تحولات مختلفة إلى حد كبير بين الأقرباء والهياكل الدقيقة التي تُدار.

وهذا أول انتقال تدريجي ثابت ذي طابع مزعزع (دون الانتشار الذري) يتألف من تشوه متجانس يؤدي إلى الهيكل البلوري الجديد، ويعني الطابع المثبط أن الذرات تتحرك بطريقة منسقة وعسكرية بدلا من الانتشار العشوائي، وهذا هو السبب في أن البعض يشير إليها على أنها تحولات عسكرية، خلافا للتغييرات التدريجية التي تقوم على أساس الانتشار المدني.

الطبيعة اللاهينة للتحول

إن الطابع اللاهشم للتحول المهستنزي هو أحد أكثر سماته التعريفية، فالتحول لا يفتقر إلى الشدة لأن سرعة الوصل بينة التفاعل أكبر من قدرة الذرات، مثل الكربون، على الانتشار بعيدا، وبالتالي فإن الكربون يظل عالقا في حل صلب، وتتكون المرحلة الجديدة من خلال انحراف متناسق ودقيق في التمزق الذروي بدلا من التشحيم.

ويتمتع الموقع المريخي بنفس التركيبات التي يملكها والده من مركبات الكربون في مرحلة الاستيعاب الصلبة في حالة الاستينيت السابقة، ويظل في حالة حل صلب في مارتينيت، وتشغل ذرات الكربون نفس المواقع التي تشغلها في المريخ كما في المواقع التي تحتلها في مصفوفة أوستنائيات ذات مركز الوجه دون انتشار، وهذا التكوين يمثل علامة تحولية من الماريس.

ويتطلب نمو مرحلة النضوب الحراري طاقة تنشيط حراري ضئيلة جدا لأن العملية تحول لا يفتر، مما يؤدي إلى إعادة ترتيب دون المستوى ولكن بسرعة للمواقع الذرية، ومن المعروف أنه يحدث حتى في درجات الحرارة المبردة، وهذا الاحتياج المنخفض للطاقة الحفزية يفسر سبب إمكانية التحول المرتنزي في سُبل عالية للغاية وفي درجات حرارة منخفضة جدا حيث يتم أساسا تجميد الانتشار.

التغيرات الكريستالية خلال التحولات المرتنسية

من أوستنيت إلى مارتيني: الانتقال الهيكلي

ويستلزم التحول المرتنزي في الفولاذ تغييرا أساسيا في هيكل البلورات، وقد قدمت شركة بين (1924) آلية لتحويل متناول الوجه المكعب إلى موقع رستنائي مركب في الجسم الذي يركّز على الفولاذ الذي اعتبر فيه التغيير الهيكلي ناتجا عن زوال بلوري متجانس من التمزق الأبوي، وقد تم صقل نموذج " باين " هذا على مدى العقود، ولكنه لا يزال محوريا لفهم الجوانب.

ويبدأ التحول عندما يتم التبريد السريع لمرحلة مستقرة من الصلب عالية الحرارة، ويتحول الهيكل المكعب ذي الوجه المكعب للموستينيت إلى هيكل رباعي مشوه، ونتيجة للتصفيق، تحولت المحبة المكعبة الوجه إلى شكل من أشكال التراجون ذات المركز العالي على الجسم يسمى بالكربون المرطب.

إن موقع مارتينيت حل متين للكربون في الحديد، له هيكل رباعي محرك الجسم، شكل مشوه من الحديد، وينشأ التشوه التراكوني من وجود ذرات الكربون المحصور في المواقع المشتركة للهيكل المركب على الجسم، ومن المهم ملاحظة أن الكربون في حل صلب بين النسيج يوسع نطاق التكتل الحديدي الحاد، ولكن مع ارتفاع التراكمي.

The Bain Strain and Lattice Deformation

إن سلالة الـ(بين) تُحوّل بشكل صحيح الهيكل البلوري للموستينيت إلى هيكل المارتيني، وعندما يقترن ذلك بتناوب جسمي صارم ملائم يؤدي إلى علاقة توجيهية صحيحة، غير أن الوصف الكريستالي الكامل يتطلب أكثر من مجرد سلالة الـ(بين).

ومن وجهة نظر بلورية، فإن تغيير الهيكل البلوري يحدث من خلال تشوهات متجانسة، ولكن من الضروري أيضا النظر في وضع متغيرات إضافية في الطين، تحدث عن طريق الزلق أو التوأم، إلى جانب تناوب الجسد الصلب، وذلك لإبقاء الطائرة المألوفة، وهذه النظرية الفينوية للتحول المرتجي توفر إطارا رياضيا لجميع المراحل.

وتتحقق التحولات المرتنسية من خلال حركة التفاعل بين مرحلتي الوالد والمنتجات، ومع تقدم التفاعل، فإن الذرات في الإطار الأصلي ترتجف إلى الهيكل المائي المميت الأكثر فائدة من الناحية النباتية، حيث إن تشرد الذرات صغير نسبيا (أقل من سرعة واحدة بين الطوابق) في الحجم ولا تحدث تغييرات في التكوين.

خطط الحبيت والهيكل المشترك

وتتكون الوصل بين المرحلة الأم (الأولستينيت) ومرحلة المنتج (الموقع المختلط) من طائرة غير متغيرة مصممة على أنها الطائرة العادية (وبشكل عام مؤشرات غير منطقية لميلر)، وعائدات التحول من حركة الطائرة العادية، والطائرة المعتادة هي سمة بلورية مميزة لا تزال غير مزعومة وغير ملوثة أثناء التحول.

فالبطاقات لها طائرة عادية محددة جيداً، وهي عادة ما تحدث على عدة متغيرات لهذه الطائرة داخل كل حبة، والطائرة المعتادة ليست ثابتة، بل تتغير مع زيادة محتوى الكربون، وهذا التباين في الطائرات التي بها تركيبة يعكس التوازن المتغير للإجهاد والطاقات التي ينطوي عليها التحول.

وقد أفيد بأن لوحات الموقع المرتن تُشكل فوراً أثناء التصفيق السريع، وأن واجهة الموقع الموستيني/المحلي تتحرك بسرعة تقترب من سرعة الصوت في المعدن، وهذا السرعة العالية بشكل غير عادي ممكن لأن واجهة التحول يجب أن تكون متنقلة جداً وأن تكون قادرة على التحرك دون الحاجة إلى الانتشار، ويجب أن تكون الواجهة بينة جليسة.

Volume Changes and Shear Strain

ويعاني الموقع المريخي من كثافة أقل من الأوستنيت، بحيث يؤدي التحول المرتعش إلى تغيير نسبي في الحجم، ويؤدي هذا التحول المفاجئ إلى توسع في الحجم وزيادة كبيرة في الصلابة، ويتوقف التوسع في الحجم عادة على نسبة تتراوح بين 2 و4 في المائة حسب محتوى الكربون.

ومن الأهمية بمكان أن يكون تغير الحجم هو الضلع الذي يبلغ حجمه نحو 0.26 والذي يحدد شكل لوحات المرطوبة، بالإضافة إلى تغيير التماثل الكريستالي، فإن التحول يؤدي إلى تشوه (أساساً مدفع على متن الطائرة العادية) فضلاً عن تغيير الحجم، وهذه التغييرات الشكلية مسؤولة عن الإغاثة السطحية المميزة التي لوحظت على العينات المهذبة.

إن البلورة المميتة المُشكلة للتو مشردة جزئياً فوق سطح الأم المتأصلة من قِبل المقصف، ويُستدل السطح الأفقي الأصلي للموستينيت إلى اتجاه جديد من خلال التحول المُقطري ويُنظر إليه بسهولة على أنه تخفيف سطحي يحدث، ويوفر هذا الإغاثة السطحية دليلاً مرئياً مباشراً على الطبيعة المُنْقَلة للتحول.

عملية تحديد النطاق: التبريد السريع لتشكيل موقع مارتيني

ما هو (كوينشينج)؟

وفي مجال علوم المواد، فإن التهدئة السريعة لبطاقة العمل في المياه والغاز والزيت والبوليمر والهواء وغير ذلك من السوائل للحصول على بعض الممتلكات المادية، ويحول نوع من المعالجة الحرارية والتصفيق دون حدوث عمليات غير مرغوب فيها ذات درجة حرارة منخفضة، مثل التحولات في المرحلة.

ويستلزم الفصل التبريد السريع للمعدن لتعديل الخواص الميكانيكية لحالته الأصلية، ولإجراء عملية التكسير، يسخن المعدن إلى درجة حرارة أكبر من درجة الحرارة الطبيعية، عادة ما يكون أعلى من درجة حرارة الاسترخاء، ولكن دون درجة حرارة الارتحال، ويُعد الفصل خطوة حاسمة في معالجة حرارة الفولاذ، حيث يكون الهدف هو التبريد السريع لمرحلة الحرارة المتأصلة في التسخين (التي تحولها التدفئة).

وفي الميكاليورجي، يُستخدم التصفيق الأكثر شيوعاً في صقل الفولاذ عن طريق إحداث تحول في المارتينيات، حيث يجب أن يبرد الفولاذ بسرعة من خلال نقطة الترسخ التي يمر بها، ودرجة الحرارة التي يصبح فيها الحوستينيت غير مستقر، والعامل الرئيسي في نجاح التكسير هو تحقيق معدل تبريد يكفي لقمع التحولات التي تسيطر عليها الشفرة مع تشجيع التحول المارتيني.

مرحلة الاستيعاب

وقبل أن يحدث التكسير، يجب أن يسخن الفولاذ أولاً إلى منطقة المرحلة الاستيعابية، وتتمثل الخطوة الأولى في حرارة الفولاذ والسماح له بالارتقاء عند درجة حرارة الانتقال البدائي، وهي درجة الحرارة التي يمكن فيها لذرات الكربون أن تنتشر عبر الحديد، وهذا يجعل التغير الحديدي من هيكل بلوري مركب مركب مركب من الجسم إلى درجة حرارة.

بالنسبة لمعظم التطبيقات، درجة الحرارة المخففة تبلغ 25-30 درجة مئوية فوق درجة حرارة الـ (أك 3) قد يكون المعدن في هذه الدرجة من الحرارة لفترة زمنية محددة من أجل الحرارة إلى (ساك) المادة، وهذا الوقت المخفف يضمن التحول الكامل إلى التمساح والتجانس في البنية المجهرية قبل التصفيق.

إن درجة الحرارة والزمن المتطايرتين هما بارامترات حاسمة تؤثر على الخواص النهائية للصلب المكشوف، ويمكن أن يؤدي ارتفاع درجات الحرارة إلى حل المزيد من الكاربيدات وإنتاج طبقة أوستنيتية أكثر اتساقا، ولكن درجات الحرارة المفرطة يمكن أن تؤدي إلى نمو الحبوب، مما قد يضر بالممتلكات الميكانيكية، ويجب أن يكون الوقت كافيا لضمان التحول الكامل في جميع أجزاء الجزء.

معدل التبريد الحرج وبيانات التلويث

ويتفادى معدل التبريد أسرع من معدل التبريد الحرج الذي يُحدثه تحولاً في الأوستنيت من خلال عمليات الانتشار (إلى اللؤلؤ و/أو الطينيت)، ولكنه يتحول بدلاً من ذلك إلى إنتاج مبيد - وهو منتج أقل تحويلاً للأشعة، ومعدل التبريد الحرج هو الحد الأدنى المطلوب لتبريد منتجات التحول غير المرتعشة.

ومن الضروري إنشاء منطقة مميتة سريعة جداً، ولفولاذ كربوني ملوث بالثدي من القسم الرقيق، إذا بدأ الكنش عند 750 درجة مئوية وتنتهي عند 450 درجة مئوية في 0.7 ثانية (معدل 430 درجة مئوية/س) لن يتكون أي لؤلؤ، وسيصبح الفولاذ مبتدئاً بكميات صغيرة من الكربون المحتفظ به، وهذا يوضح معدلات التبريد القصوى المطلوبة.

وتشكل رسومات التبريد المستمرة أدوات أساسية لفهم عملية التسريح ومراقبتها، وتبين هذه الرسومات المراحل التي تشكل وظيفة من وظائف التبريد وتوفر التوجيه بشأن معدلات التبريد اللازمة لتحقيق هياكل دقيقة محددة، وتحوّل عناصر الطيائرة منحنىات التكتل إلى فترات أطول، مما يجعل من السهل تحقيق التحول المهترفي مع معدلات التبريد الأبطأ.

منع التحولات غير المرغوب فيها

فالتحدي يفعل ذلك بتقليص الوقت الذي تكون فيه ردود الفعل غير المرغوبة هذه مفيدة وميسرة بشكل حراري؛ فعلى سبيل المثال، يمكن للتصفيق أن يقلل من حجم الحبوب الكريستالية لكل من المواد الفلزية والبلاستيكية، ويزيد من صعوبة هذه المواد، ويُعفي التبريد السريع أساساً من الهيكل الاستيائي العالي التمرين قبل أن يتمكن من التحول إلى مراحل التوازن.

وتمنع سرعة التبريد الذرات من إعادة ترتيبها كما كانت خلال التبريد البطيء، وأثناء التبريد البطيء، ستتحول الأوستنت إلى الأسمنت أو إلى الصبغة، حسب مدى الحرارة، وتستلزم هذه التحولات نشر ذرات الكربون والحديد وتؤدي إلى هياكل بالغة الصغر أكثر مرونة، وتتجاوز عمليات التفكيك هذه التحولات بسرعة.

وإذا كان معدل التبريد أبطأ من معدل التبريد الحرج، فإن بعض كمية اللؤلؤ ستشكل، بدءاً من حدود الحبوب التي ستنمو فيها إلى الحبوب إلى حين بلوغ درجة حرارة السيدة، فإن المحار المتبقي يتحول إلى موقع مميت بحوالي نصف سرعة الصوت في الفولاذ، وهذا التحول الجزئي يؤدي إلى هياكل مصغرة متفاوتة مع انخفاض الصعاب مقارنة بالهياكل المرتنية بالكامل.

Quenching Media: Selection and Characteristics

فصل المياه

فالماء هو منظف دقيق جداً، حيث يوفر أعلى معدل لتبريد أي سائل، كما أنه واف وأقل تكلفة مقارنة بالمتصفيات الأخرى، ويوفر التنظيف المائي التبريد السريع للغاية، مما يجعله ملائماً للفولاذ الكربوني العادي الذي يتطلب معدلات تبريد عالية لتحقيق التحول المرتعش الكامل.

غير أن التكسير في المياه له عيوب كبيرة، نظراً لشدة التبريد والفقاعات (المعروفة أيضاً بجيب البخار) يمكن أن تشكل على الفولاذ وتؤدي إلى فروق حرارية عبر قطعة العمل، مما يعرض القطعة للخطر بسبب الضغوط والتشويهات غير المرغوبة، فالماء يبرد الفولاذ بسرعة، ولكن بالنسبة للكربون العالي والصلب الساخر، وهذا يمكن أن يسبب التشقيق، وهذا هو السبب في استخدام النفط بدلاً من ذلك.

والحل الذي يمكن التوصل إليه في هذا الوضع الطبيعي هو إغواء حمام التبريد، والحفاظ على المياه التي تتحرك لتفكك الفقاعات، المعروفة أيضاً بحواجز البخار، التي تستخدم كنوع من العزل، وإبقاء البقعة أكثر دفئاً مما ينبغي، وقطع عملية التكسير، والارتقاء بالغ الأهمية لتحقيق التبريد الموحد ومنع البقع اللينة في الأجزاء التي تُشغل المياه.

وهذه هي أكثر عمليات التكسير عدوانا، إذ توفر أسرع معدل للتبريد، وهي مناسبة للمعادن التي تتطلب أقصى قدر من الصعاب، ولكنها يمكن أن تزيد أيضا من مخاطر الكسر والتشويه، كما أن شدة التكسير في المياه تجعل من غير المناسب بالنسبة للمقاييس الأرضية المعقدة أو الفولاذات المحورة للغاية التي يكون فيها خطر الكسر مرتفعا.

Oil Quenching

ويوفر التكسير النفطي معدلاً أبطأ للتبريد من التكسير في الماء، مما يقلل من خطر الكسر والتشويه في عملية التكسير، ويقلل النفط من التدرجات الحرارية أثناء التبريد، مما يقلل من الضغط الداخلي ويحسن الاستقرار البعدي، ويظل يدعم الإجهاد الفعال في كثير من الفولاذ الكربوني والسوي، وبسبب هذا التوازن، فإن التسرب النفطيفي يستخدم على نطاق واسع في العمليات الصناعية المهية.

وكثيرا ما يعتمد الفولاذ الكاربوني، والصلب المحمص، وفولاذ الأدوات على التكسير النفطي لأن التبريد المراقَب يدعم الصلاة المتسقة، ويستفيد التكتل النفطي بشكل خاص من الفولاذ المحمّل حيث تقلل عناصر السبيكة من معدل التبريد الحرج، مما يجعل التبريد البطيء للنفط كافيا لتحقيق التحول المارتيني.

ويقل معدل التكسير عموما عن 80 درجة مئوية بالنسبة للنفط، وبدرجة حرارة المحيط بالنسبة للملوثات المائية (المياه، والرسيم، والبوليمر)، وتؤثر درجة حرارة وسيط التنظيف على خصائص التبريد، حيث تؤدي درجات الحرارة المرتفعة عموما إلى بطء معدلات التبريد، ويحتاج النفط إلى مراقبة الحرارة، والولادة، ورصد الأكسدة، وتمتد هذه الممارسات إلى حياة السوائل وتحافظ على منحنى ثابتة.

Brine Quenching

والماء هو مزيج من الماء والملح، وبردات الرشوة أسرع من الهواء والماء والنفط، والسبب في ذلك هو أن خليط الملح والماء يثبط تكوين مجدول الهواء عندما يكون على اتصال مع المعدن المسخن، مما يعني أن مساحة سطح المعدن ستغطى بالسائل، بدلا من الفقاعات الهوائية.

إن استخدام حل مياه الملح أسرع وأشدّ، يليه الماء الطازج، والبوليمر، والنفط، والهواء القسري أبطأ، ويوفّر التكسير في المزرعة أشدّ ما يكون ويستخدم عندما يكون الحد الأقصى من الصعاب مطلوباً، ويُقبل خطر التصدع، غير أن السرعة ليست دائماً في هذه الحالة؛ وأحياناً ما يكون التكسير سريعاً جداً يمكن أن يسبب التشقق.

Polymer Quenchants

فالكتل البوليمرية هي حلول قائمة على المياه تسمح بمعدلات التبريد القابلة للتعديل استنادا إلى التركيز، وكثيرا ما يتم اختيار نظم البوليمر عندما تحتاج المتاجر إلى مرونة عبر درجات فولاذية متعددة في إطار العملية نفسها، كما أن المستنكفين البوليمر يقدمون أرضا متوسطة بين المياه والنفط، مع معدلات التبريد التي يمكن تكييفها عن طريق تعديل تركيز البوليمرات.

وتوفر المواد ذات الكتانية البنفسجية أكثر من الماء، مع توفير التبريد أسرع من النفط، وهي مفيدة بصفة خاصة بالنسبة لأجزاء ذات قياسات جغرافية معقدة حيث يكون التبريد الموحد حاسماً في التقليل إلى أدنى حد من التشويه، وقدرة تكييف خصائص التبريد عن طريق التركيز المتغير يجعل من المكشوفات المتعددة الخماسات بالنسبة للمرافق التي تجهز مجموعة متنوعة من الصفوف الصلبة والجيوميتات الجزئية.

الغازات والكميات الجوية

فالغاز أو التصفيق الجوي ينطوي على تبريد المعدن في الهواء أو استخدام الغازات الخاملة مثل النيتروجين، ويتيح بطء معدل التبريد بين جميع وسائط الإعلام المتصفقة، ويقلل إلى أدنى حد من خطر الصدمة والتشويه الحراريين، ويوفر التصفيق الجوي أو الغازي التبريد البطيء، ولأن التبريد تدريجيا، لا يستخدم التصفيق الجوي والغازي عند الحاجة إلى تنمية سريعة.

ويستخدم التسميد الغازي أساساً في الفولاذات المحورة للغاية حيث يكون معدل التبريد الحرج منخفضاً جداً بسبب وجود عناصر قوية لتشكيل الكاربيدات، ويمكن لهذه الفولاذ أن تحقق تحولاً مميتاً حتى مع معدلات التبريد البطيئة التي توفرها التسميد الغازي، بل إن التبريد بهذه السبيكة ببطء في الهواء أدى إلى قطع معظم الآثار المرغوبة للتصفير؛ ويقل الفولاذ السريع بدرجة كبيرة من التدوير الحراري.

الفصل والتوقيت

ويؤدي اختيار المفترقين دوراً حاسماً في عملية التسريح، وتؤثر خصائصهم الحرارية تأثيراً كبيراً على سرعة التصفيق، والشدة، ومعدلات التبريد، والسلوك الحراري للممتلكات، والكثافة، والتأثير بشكل كبير على مدى كفاءة نقل الحرارة من الجزء المسخن إلى وسيط التكسير، ومدى سرعة تهدئة الجزء (معدلات العزل).

ويعد التهاب السليم أمرا أساسيا لتحقيق معدلات التكتم والتحكم في التبريد في أثناء المعالجة الحرارية، ويساعد الرطوبة على تحقيق خصائص مادية متسقة واستقرار بُعدي في الأجزاء المكشوفة عن طريق ضمان توزيع حرارة موحدة وتعزيز كفاءة نقل الحرارة، ويفصل التلويث عن بطانيات البخار ويضمن استمرار الاتصالات بين الجزء السطحي، ويعزز التبريد بالزي الرسمي.

درجة حرارة الحمام هي عامل حاسم آخر لعملية التكسير السليم، حيث أنها تؤثر مباشرة على معامل نقل الحرارة ومعدلات التبريد التي تصادفها الأجزاء التي يتم تصفيتها، ودرجة الحرارة المرتفعة تقلل من تفاوت درجات الحرارة بين الجزء وصاحبة الكتان، مما يؤدي إلى تباطؤ معدلات التبريد.

درجة الحرارة: السيدة ومف

درجة حرارة بدء التشغيل في المريخ

تبدأ ردود الفعل المارتنسية أثناء التبريد عندما تصل الأوستنيت إلى درجة الحرارة في المارتينيت، ويصبح الأوستنيت الأم غير مستقر آلياً، ودرجة الحرارة في السيدة هي بارامتر حرج يحدد متى يمكن للتحول المارتيني أن يبدأ أثناء التبريد.

وتبدأ عملية التفاعل عند درجة حرارة البدأ المرتنسيتي التي يمكن أن تتباين على درجة حرارة واسعة تتراوح بين ارتفاعها 500 درجة مئوية إلى درجة أقل بكثير من درجة حرارة الغرفة، وذلك حسب تركيز عناصر السبيكة المستقرة في الفولاذ.

ولا تتأثر درجة حرارة السيدة بمعدل التبريد، بل هي ملكية حرارية تحددها تركيبة الأوستينيت، غير أن كمية المرطوبة التي تشكل أي درجة حرارة أقل من درجة حرارة معينة تعتمد على معدل التبريد، ومن الضروري التبريد السريع لقمع التحولات المتنافسة والسماح للتحول المارتيني بالمضي قدما.

درجة الحرارة المرتنتيتية (Mf)

ومع اقتلاع العينة، تتحول نسبة كبيرة من الأوستنيت إلى المرطوبة إلى درجة حرارة الرطبة إلى حين بلوغ درجة حرارة التحول الأدنى، وعندها يتم التحول، وبعد وصول السيدة، يحدث تحول آخر أثناء التبريد إلى أن يتوقف رد الفعل عند درجة حرارة الرف.

وفي هذه الدرجة، كان ينبغي أن يتحول كل الأوستنيت إلى المرطوبة، ولكن في كثير من الأحيان، لا تتغير نسبة صغيرة من الأوستنيت، ويحتفظ بجزء أكبر من الحجم من الفولاذ المحارم بدرجة عالية، حيث تقل درجة حرارة الميوف عن درجة حرارة الغرفة، كما أن الملوّث المحتفظ به سمة مشتركة في الفولاذ المكشوف، ولا سيما الفولاذ الذي يحتوي على كربون أعلى أو كلوي.

المحتفظ به

وبالنسبة إلى الفولاذ البكتري (0.76 في المائة جيم)، سيبقى ما بين 6 و10 في المائة من الأوستنيت، الذي يُدعى أوستنيت المحتفظ به، والنسبة المئوية للزيادات المحسوبة من الفولاذ غير ذي قيمة تقل عن 0.6 في المائة من الفولاذ C، إلى 13 في المائة من الخرسانة المحتفظ بها بنسبة 0.95% من C و30-47 في المائة من محتوى الكربون أعلى تدريجياً.

ويقلّص حجم الموقع المائي مع ارتفاع كمية الأوستنيت المحتفظ به، ويصبح أوستنيت المحتفظ به أكثر سهولة من المارتيني ويمكن أن يتحول إلى طفيليات في أثناء الخدمة تحت الضغط أو في درجات حرارة منخفضة، مما قد يسبب عدم استقراراً بعدياً، ولهذا السبب، يُستخدم العلاج البكائي أحياناً لتحويل المهدئات المحتفظ بها إلى مرطوبة عن طريق التبريد تحت درجة حرارة الغرفة.

التحول الحراري

إن رد الفعل المميت في الفولاذ يحدث عادة بطريقة حرارية، أي أثناء التبريد في نطاق حرارة يمكن تحديده بدقة بالنسبة لفولاذ معين، ويعني التحول الحراري أن كمية المرطوبة التي تشكلت تعتمد فقط على درجة الحرارة التي تم الوصول إليها، وليس على الوقت الذي تُحتل فيه تلك الحرارة، وهذا يتعارض مع التحولات الحرارية مثل التكوين الطيني، حيث يتحول المبلغ إلى ارتفاعات مع الزمن عند درجة الحرارة الثابتة.

إن الطبيعة الحرارية للتحولات المهستنسية تعكس طابعها اللاهيف، وبما أنه لا يلزم نشرها، فإن التحول يمكن أن يسير بسرعة عندما يمكن للتفاعل أن يتحرك، وهو فوري أساسا على نطاق زمني عملي، ويتوقف التحول عند توقف التبريد، ويستأنف عندما يستمر التبريد، مع تحول الكسر حسب درجة الحرارة فقط.

العوامل المؤثرة في التحولات المرتنسية

معدل التبريد

وربما يكون معدل التبريد هو أهم عامل في تحديد ما إذا كان التحول المرتنزي قد حدث، ومن أجل الحصول على رد الفعل المارتيني، من الضروري عادة أن يتم التبريد السريع للصلب، بحيث يصل إلى السيدة إذا كان التبريد بطيئا جدا، فإن التحولات التي تسيطر على الانتشار ستتحقق قبل بلوغ درجة حرارة السيدة، مما يحول دون تحول المارتيني.

ويتوقف معدل التبريد المطلوب بشدة على تركيب الفولاذ، إذ يتطلب الفولاذ الكربوني معدلات التبريد السريعة جدا، التي لا يمكن تحقيقها إلا في كثير من الأحيان مع تهدئة المياه أو التنظيف، ويقلل الفولاذ المحار من معدلات التبريد الحرجة بسبب تأثير عناصر السكك الحديدية في التحولات التي تسيطر عليها عملية التفكك، مما يسمح بالنفط أو حتى بالتصفير الجوي لإنتاج هياكل مستنسية.

كما يؤثر معدل التبريد على توحد التحول في جميع أجزاء الجزء، حيث أن أجزاء التكرير تبرد ببطء أكبر في الوسط مما في السطح، مما قد يؤدي إلى هياكل صغيرة مختلطة ذات مرحلتين سطحية وناعمة في القاع، ولهذا السبب فإن القدرة على تشكيل موقع رستنتي في جميع أجزاء التقاطع تعتبر من الاعتبارات الهامة في اختيار الفولاذ.

Alloy Composition and Carbon Content

ويتأثر التحول المارتيني بشدة بالتركيب الكيميائي للفولاذ، ويؤدي الكربون دورا حاسما في زيادة صعوبة المرطوبة، والكربون هو أهم عنصر يؤثر على درجة حرارة السيدة وعلى صعوبة الموقع المرتجف.

وتسود المرحلة المارتنسية من الصلب في شكل كربونات، وبالتالي فهي تخضع لتعزيز الحلول الصلبة، وتخلق ذرات الكربون المحصورة في المواقع المشتركة بين التركيب الذي يرتكز على الجسم تشوهات حادة في البطاطا تعوق حركة التفكك، مما يؤدي إلى ارتفاع القوة والقوى.

ومحتويات الفولاذ الكربونية هي العامل الرئيسي في تحديد درجات الحرارة والزمن ومستويات المصاعب والقسوة التي تتحقق عن طريق التكسير والإغراء، وبالنسبة للفولاذات المنخفضة والمتوسطة الكربون، فإن التكسير والإغراء يحسنان كثيراً من الصرامة والقوة، ونظراً لأن نسبة ارتفاع الكربون، فإن الفولاذ المعالجة بالحرارة يميل إلى أن يكون أكثر رشاقة بل وأكثر مقاومة للارتداء.

وبالنسبة للفولاذ المحار، فإن وجود عناصر مثل المنغنيز والكروم والنيكل والموليبدينوم يعزز فوائد التكسير والإغراء، وهذه العناصر المحبة تؤثر على التحول بطرق عدة: فهي تقلل درجة حرارة السيدة، وتخفض معدل التبريد الحرج، وتزيد من صعوبة التحمل، ويمكن أن تشكل مشابكات تؤثر على الممتلكات النهائية.

وفي الفولاذ الذي يُستخدم في الفلزات مثل النيكل والمنغنيز، تصبح درجة الحرارة البكتريّة أقل بكثير، ولكن الحواجز الحركية التي تحول دون الانتقال التدريجي لا تزال هي نفسها، وهذا يتيح للاختناق أن يبدأ في درجة حرارة أقل، مما يجعل العملية أسهل بكثير، كما أن الفولاذ العالي السرعة قد أضاف التنغستن، الذي يؤدي إلى رفع الحواجز الحركية، التي تعطي، ضمن آثار أخرى، خصائص الارت (الحدودة)

التدرج والزمن

ويؤثر ارتفاع درجة الحرارة والوقت قبل التكسير تأثيراً كبيراً على التحول، ويؤدي عموماً إلى حل أكثر اكتمالاً للسيارات، مما يؤدي إلى ارتفاع محتوى الكربون في الموقع، وبالتالي في الموقع المستنقع، ويزيد من صعوبة ذلك أيضاً، ولكنه يقلل أيضاً درجة حرارة السيدة ويزيد من كمية المحسوب المحتفظ به.

وقد تسبب ارتفاع درجات الحرارة المفرطة في التسخين نمو في الحبوب، مما يؤثر على التحول، ويمكن للحبوب الأوزتينية الكبيرة أن تقلل درجة حرارة السيدة قليلاً وتؤثر على مورفولوجيا المرطوبة، كما يؤثر حجم الحبوب أيضاً على الخصائص الميكانيكية، حيث توفر الحبوب الحسنة عموماً درجة أقوى من القوة.

ويجب أن يكون الوقت الذي يُقحم في درجة الحرارة المخففة كافياً لضمان التحول الكامل إلى التكتل والتوحيد في التكوين، وقد يؤدي عدم كفاية الصويا إلى تحول غير كامل وخواص غير موحدة، غير أن الإفراط في تضخيم الوقت قد يؤدي إلى تبديد الطاقة ويمكن أن يؤدي إلى نمو الحبوب وحرق سطح الأرض.

الهياكل الأساسية الدقيقة السابقة

فالهيكلات الدقيقة الموجودة قبل التسخين يمكن أن تؤثر على التحول، فالهياكل البيرلية أو التطريزية الجميلة تتحول إلى التهوية بسرعة أكبر وبدرجات حرارة أقل من الهياكل البيرلية للزراعة الكاروسية، وهذا يرجع إلى أن هياكل الدقائق لديها مسافات أقل لنشرها في مجال تجانس الكربون.

كما أن البنية الدقيقة السابقة تؤثر على حجم الحبوب المتأصلة التي تتطور أثناء الاستيعاب، وتميل الهياكل الأولية الجميلة إلى إنتاج الحبوب الأوستينية الدقيقة التي يمكن أن تكون مفيدة للممتلكات الميكانيكية، وتستخدم أحياناً معالجة صقل الحبوب قبل التصفيق لتحسين الخواص النهائية للصلب المكشوف والمغري.

علم المورفولوجيا المريخية والهياكل الدقيقة

Lath Martensite

وبالنسبة للفولاذ الذي يتراوح بين صفر و0.6 في المائة من الكربون، فإن المارتينيين يظهرون في القشرة ويسمى لاث مارتينيت، وهو المورفولوجي الغالب في الفولاذ المنخفض والمتوسط الكربون، وهو يتألف من قطع أو لوحات موازية مرتبة في عبوات ذات توجهات بلورية مماثلة.

كل حبة من الأوستينيت تتحول من خلال التكوين المفاجئ لللوحات الرقيقة أو لثباتات من السمعة البلورية المذهلة، وعادة ما تكون هذه الأنهار بضع مئات من النانومترات واسعة وطول عدة ميكرومات، وفي كل حبة من الحبوب المأخوذة سابقاً، تكون عبوات متعددة من القمصات ذات توجهات مختلفة تتناسب مع مختلف المتغيرات البلورية.

إن منطقة لاث مارتينيت بها كثافة عالية في عدم المواقع، عادة ما يكون ذلك على أساس 1015 إلى 1016 متراً مربعاً، وتنشأ هذه الاضطرابات من أجل استيعاب التغيير الشكلي المرتبط بالتحول، وتسهم كثافة التشريد المرتفعة إسهاماً كبيراً في قوة الرستنة في القشرة، بالإضافة إلى تعزيز الحل الصلب من الكربون.

ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط ط

وبالنسبة للفولاذ الذي يزيد عن 1 في المائة من الكربون، فإنه سيشكل هيكلاً شبيهاً بالطبقات يسمى المرطوبة، وبين هاتين النسبتين، فإن المظهر المادي للحبوب هو مزيج من الاثنين، والأشكال المشابهة للفولاذات ذات الكبريت العالية الكربون، وتتميز بلوحات أكبر من ذي شكل عدني يمكن أن تُصفع الحبوب المُستَغَطَرة بأكملها.

ويحتوي الطفيلي على كثافة عالية من التوأم بدلا من التشريد، ويتكون التوأم من أجل استيعاب التغيير الشكلي، وهو عادة ما يكون جيدا جدا، على نحو يُعد قليلا من المصابيح، ويسهم الهيكل التوأم في التطرف الشديد للمستحضرات الرطبة عالية الكربون، بل أيضا في براثنها.

ويحدث الانتقال من موقع الرستنة إلى الطبق تدريجياً مع ارتفاع محتوى الكربون، حيث توجد المورفات المختلطة في نطاق الكربون الوسيط، ولا يؤثر المورفولوجيا على المظهر فحسب بل أيضاً على الممتلكات الميكانيكية، حيث يصبح موقع المارتينة أكثر صعوبة بل أكثر رشوة من موقع الروث المحتوي على الكربون نفسه.

Crystallographic Variants

ومن وجهة معينة للمرحلة الأم، يمكن إدخال عدة متغيرات في المرطوبة ذات توجهات مختلفة، ويتوقف عدد المتغيرات المحتملة على تماثل مرحلتي الوالد والمنتجات، وبالنسبة للعاملين في الفئة الفنية إلى التحول في الفولاذ، هناك 24 متغيراً بلورياً محتملاً.

وخلال التحول، تتشكل المتغيرات المتعددة عادة في كل حبر أوستنيتي، ويتطور التحول الناجم عن الحرارة إلى هيكل ميكروبي متعدد الطرازات مع الحفظ الذاتي، أي أن التشوهات المرتبطة بطبقة مارتيني واحد تعوضها متغيرات الجوار، ولا تعطي تغييرا صافيا في شكل الكراكين، وهذا التعايش الذاتي يقلل من التحول إلى الحد الأدنى من الطاقة المرتبطة بالإجهاد.

Mechanical Properties of Martensite

القوة والقوى

فكل ما يتحول عادة إلى هيكل مروع - هيكل صلب جدا - وهو أساس تصعيد الفولاذ - هو مرحلة جديدة - هي مرحلة مميتة - تصيبها بلورة مشوهة وتعطيها درجة عالية من الصلابة المادية.

ويولد التحول المرتنزي للكربون الحديدي زيادة في المصاعب، إذ إن صعوبة المارتينيات تزداد بمحتوى الكربون، إذ تتراوح بين نحو 200 من الفيروسات الهاشمية بالنسبة لموقع رستنة الكربون المنخفض جداً إلى أكثر من 900 من الهايف في منطقة القطب الجنوبي المرتفعة الكربون، وهذه الزيادة الكبيرة في التصلب مع محتوى الكربون تعكس تزايد التشويه في البطيخ وتعزيز الحلول الصلبة.

وفي فولاذ الكربون، حيث يزيد حجم المارتيني، يزداد الصعاب ويزداد القوام، ولكن الاتساع ينخفض، ويتوقف حجم هذه الآثار اعتماداً قوياً على محتوى الكربون من الفولاذ، حيث إن ارتفاع قوة القشرة وصعوبة استخدامها يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب مقاومة وقوة عالية.

الرشوة والحاجة إلى التمهيد

وغالباً ما يكون السبيكة الحديدية أو الفولاذية، بعد التصفيق، صلباً ومهتزاً للغاية بسبب الإفراط في الرخام، وبعد التصفيق، يصبح الفولاذ صلباً للغاية ولكن معشوقاً جداً، وبما أن معظم تطبيقات الفولاذ تحتاج إلى مزيج من الصلاة والشدة، يجب الحد من هذا الرشوة، ويتم ذلك عن طريق الإغراء.

غير أن هذه الهياكل الصغيرة تؤدي إلى زيادة القوة والصعوبة بالنسبة للصلب، ولكنها تترك الصلب عرضة للكسر، مع انخفاض كبير في قابلية الطهي، وتنشأ رشوة الطفيلي المزود بالمضغوط من الضغوط الداخلية العالية، والارتفاع المفرط في الكربون، وعدم وجود مراحل من الموصلات.

فالفصل هو عملية تضييق أساسية تؤدي إلى حد كبير إلى حد صلب وشديد الرشوة، غير أن حالات الاستخدام الحديثة للصلب هذه الرشوة قليلة وكبيرة بين ذلك، ويعقبها دائما تقريبا عمليات معالجة حرارية لاحقة تسعى إلى الحفاظ على بعض من الصعاب والقوة التي تكسبها التبريد السريع، مع زيادة القوة والقابلية للاختناق.

عملية التمهيد

وفي هذه الحالات، يجري تطبيق أسلوب آخر لمعالجة الحرارة يعرف بالإغراء على المواد المكشوفة لزيادة قوة السكك الحديدية، ويُجرى الاعصاب عادة بعد التصلب، لتقليل بعض المصاعب الزائدة، ويتم ذلك بتدفئة المعدن إلى درجة حرارة أقل من النقطة الحرجة لفترة زمنية معينة، ثم يسمح له بالتبريد في الهواء المطلق.

ويمكن أن يؤدي التصفيق أيضا إلى قذف المعادن، وبالتالي يعقبه إغراء، حيث يعاد تدوير المعدن إلى درجة حرارة أقل ثم يبرد مرة أخرى، وهذه الخطوة تقلل من الرشوة مع الحفاظ على القوة والقسوة، ويميل الفولاذ إلى الحد من بعض الصعاب وزيادة قابلية النقاش، ويسخن لفترة زمنية محددة عند درجة حرارة تتراوح بين 400 و105 1 درجة ف.

وخلال المزاج، يزيل الموقع المطاطي المطهول إلى مراحل أكثر استقرارا، ويعمد إلى التخدير والسيارات الغرامية، ويخفف هذا التحلل من الضغوط الداخلية، ويقلل من حدة المصاعب إلى حد ما، ولكنه يحسن بشكل كبير من القوة والخصوبة، ويتحكم في درجة الحرارة المؤلمة والزمن النهائي للممتلكات، حيث ينتج ارتفاع درجات الحرارة حداً أكثر مرونةً وأكثر صرامة.

فالفولاذ المصفوف والمغري هو نوع من الفولاذ الذي خضعت لعملية معالجة حرارية ذات خطين لتعزيز خصائصه الميكانيكية، حيث يُستحل الفولاذ أولاً لزيادة قوته وقوته، ويعقب ذلك إغراء الحد من الرشوة مع الحفاظ على القوة والقسوة، وهذا الجمع بين التسكين والإغراء هو واحد من أكثر عمليات المعالجة الحرارية استخداماً في الصناعة.

الإجهادات المتبقية والتخريب

ويمكن أن يُدخل التصفيق ضغوطاً متبقية في المعدن بسبب عدم التكافؤ في معدلات التبريد، وتبريد السطح وعقوده أسرع من المناطق الداخلية، مما يؤدي إلى ضغوط متشابكة على السطح والإجهاد المضغوط داخل هذه الضغوط، وإذا لم تُدار على النحو المناسب، فإن هذه الضغوط المتبقية يمكن أن تسبب الارتباك أو التشويه أو حتى التشقق.

ويساهم التوسع في الحجم المرتبط بالتحولات المرتجلة أيضا في الضغوط المتبقية، وعندما يتحول السطح إلى مناطق مرنة قبل القاع، فإن السطح الآخذ في الاتساع يقيده القاع الذي لا يزال قائما، ويولد أنماطا من الإجهاد المعقدة، ويمكن أن تؤدي هذه الضغوط إلى تشويه أو تشقق، ولا سيما في أجزاء ذات تركيزات معقدة من الجيولوجيا أو الإجهاد.

ويرافق التحول المارتيني توسعاً في التكتل، وينتج هذا ضغطاً احتياطياً مُفضلاً على السطح ويزيد كثيراً من قوة الضغط، وعندما يُتحكم فيها على النحو الصحيح، فإن الضغوط المتبقية من التسريح يمكن أن تكون مفيدة بالفعل، لا سيما بالنسبة للمقاومة البدينة، والإجهادات المضغوطة السطحية التي لا تعوق بدء الشق وتكاثره، مما يؤدي إلى تحسين الحياة البغيضة.

' 2` المواضيع المتقدمة في التحولات المرتنسية

موقع مارتيني

وفي بعض الفولاذ المحمص، يمكن تشكيل الموقع المارتيني عن طريق العمل على الفولاذ عند درجة حرارة السيدة عن طريق التصفيق إلى أقل من السيدة ثم العمل عن طريق التشوهات البلاستيكية لتخفيضات المساحة الفاصلة بين 20 في المائة و40 في المائة من أصلها، وهذا التكوين المميت المستمد من السلالات يختلف عن التحول الذي يحدث في أثناء التسريح.

والموقع المهبل الذي لا يشكل إلا بتطبيق سلالة من الخارج هو المرطوبة التي يمكن أن تغذي في نفس المكان من أوستنيت إذا تحولت إلى أسفل السيدة، والمرطوبة التي تشكل بتطبيق السلالة البلاستيكية من الخارج تسمى المرطوبة المسببة للإجهاد وهذه النواة في المواقع التي تعدها التشوهات البلاستيكية.

ويمكن أن يُستحث التكتل المتعدد الأطراف بتغيير درجة الحرارة (على التبريد) أو عن طريق تطبيق ضغط خارجي، ويمكن أن تُحدث التحولات المرتعشة من قبل القوى الميكانيكية أو من خلال تغييرات في درجة الحرارة في عملية التبريد، فالتحول الذي يسببه الضغط هو الأساس الذي يقوم عليه تأثير الذاكرة الشكلي والتطرف في بعض السبيكات.

Shape Memory Alloys and Thermoelastic Transformations

وتحدث التحولات المرتنسية الحرارية في مناطق أو - سيد، وني - تي، وبعض المحار القائمة على أساس نوعي ونظم أخرى، وبسبب تحولات الطينيات، وتحولات معكوسة بوجه خاص، تظهر السكك الحديدية سلوكيات غير عادية وثباتية للذاكرة، وتخضع هذه المواد للتحولات المهددة التي يمكن أن تفرز خصائص وظيفية فريدة.

ويحدث الأثر الشكلي للذاكرة عندما تبرد سبائكة لتشكل متغيرات متعددة من المطاط تستوعب بعضها البعض دون تغيير شكلي شامل، وعندما يُطبق ضغط على زراعة متغير مفضل، يمكن عكس الشكل الناتج عن ذلك بتدفئة المادة إلى حالتها المتعارف عليها، وإعادة الشكل الأصلي.

وتكاد تحدث التحولات من نوع الانفجار، التي هي نموذجية من الفولاذ المكبوت، بصورة غير طبيعية، وتتميز بتغير كبير في الحجم وبهستريس واسع (مئات الكهف)، في حين أن التحولات الرستنسية الحرارية لها تغير في الحجم الصغير، وهستريس منخفض (عشرات الكهف)، وقابلية للعكس، ويعكس الفرق في السلوك مختلف آليات الإقامة وضغوط الإجهاد.

التحول المرتنزي في النظم غير الحديدية

وقد وجدت أدلة على حدوثها في عدة معادن نقية مثل في وكوب وهغ ولي وتي وزرار ويو وبوي، وفي العديد من السواحل الحديدية وغير الحديدية وفي عدة أكاسيد ومركبات متعددة المعادن مثل زيرو2 وباتيو 3 وV3Si وNb3Sn وNTi وNAl. Martensitic transformations ليست محدودة في نظم واسعة النطاق من الصلب.

ويحدث التحول المرتنزي في العديد من النظم الأخرى مثل كو - آل، أو - كاد، أو - ني، وبعض السيراميكات، وهذا الاسم العام يصف التحولات التي تحدثها الخراف دون تغيير في التركيبة الكيميائية، والآلية الأساسية للتشريد الذري المنسق دون نشر شائعة في جميع هذه النظم، حتى وإن كانت الهياكل والخصائص الكريستالة المحددة تختلف.

البحث والتصنيع الحديث

ولحل هذه المشكلة الطويلة الأمد، نفحص هنا فولاذ لا يصق من طراز AISI 304، وهو فولاذ لا لزوم له طبقة ضالة/هيكلية مصغرة، مستمد من التناقص الميكانيكي السطحي، مما سمح لنا بتلقي عينة واحدة من جميع المناطق الرئيسية التي نشأت أثناء انتقال الأشعة دون الحمراء في الغاما، وهي حالة تحول شبه نمطي.

وتتحقق هذه الملاحظات المباشرة لأول مرة من نموذج بوجيرز - بيرغرز - أولسون - كوهين الذي يبلغ من العمر 50 عاما، وتثري فهمنا لآليات إدارة تكنولوجيا المعلومات والاتصالات، وقد وفرت تقنيات التميز الحديثة، بما في ذلك عمليات التصويب الإلكترونية ذات النطاق العالي الاستبانة، والملاحظات على النطاق الذري، أفكارا غير مسبوقة في آليات التحول.

ويجري الآن استخدام أساليب حاسوبية متقدمة، بما في ذلك محاكاة الديناميات الجزيئية ونمذجة الحقل التدريجي، لدراسة التحولات الرطبة على المستوى الذري، وتكمل هذه النهج الملاحظات التجريبية وتوفر رؤية لآليات التنظيف، وهيكل الوصلات البينية، وأجهزة التحوّل التي يصعب الحصول عليها تجريبيا.

التطبيقات الصناعية والنظرات العملية

تطبيقات الصلبين المجهزين بالفصل والعالي

ويستخدم الفولاذ المصفوف والمزدوج على نطاق واسع في الصناعات التي تتطلب مواد عالية الارتداد ومقاومة للارتداء مثل البناء، وصنع السيارات، والآلات الثقيلة، وهو مثالي للاستخدام في الصناعات العسكرية والآلات والتعدين والتحجير والتحجير والتدمير والبناء، وكثيرا ما يستخدم في المنتجات التي تتعرض لأثر كبير مثل عجلات الترس، وقطع الحواف، وبطان التراب، وشاحنات الدفن.

وتشمل البنود التي يمكن أن تُحلى معدات وسرقات وقطع ملابس، وتكليف حزمة عالية وقسوة معقولة تتحقق عن طريق التنظيف والإغراء يجعلان هذه الفولاذات مناسبة للطلبات التي تتطلب مقاومة ومقاومة للأثر على حد سواء.

ويمثل فولاذ الثوران مجالاً آخر من مجالات التطبيقات الرئيسية للتحول المارتيني، حيث تقطع الأدوات وتموت وتعتمد اللكمات على الصعاب الشديدة للمرطوبة العالية الكربون من أجل مقاومة الارتداء، وتستخدم هذه التطبيقات عادة الفولاذات العالية الكربون أو ذات الطواف العالية التي تُستحلى لتشكل موقعاً مُرتعشاً ثم تُغرى بدرجة حرارة منخفضة نسبياً للحفاظ على الصعاب العالية مع تحسين الصلبة قليلاً.

مراقبة الجودة ورصد العمليات

ومن خلال فهم ومراقبة شاملين لعوامل مثل تركيب الفولاذ، والاختيار المتذمر، وسماكة الجزء، والهواء، ودرجات الحرارة في الحمام، يمكن للمصنعين أن يُفضيا إلى عملية التصفيق، مما يؤدي إلى تحول موحد إلى مناطق مُستنقعة، وبالتالي إلى تحقيق الممتلكات المادية المنشودة، ومن الأهمية بمكان أن تحقق عملية التحكم نتائج متسقة في معالجة حرارة الإنتاج.

بغض النظر عن حجمها، يجب أن تكون صهاريج الكنش قادرة على الحفاظ على درجات الحرارة في داخل نطاق متحكم به بدقة، و صهاريج فريق النسر يتم رصدها بواسطة معدات رصد الحرارة الرقمية في إدارة معالجة حرارية مكرسة للتأكد من أن درجات الحرارة المبردة في حدود المعايير التي حددها جهاز آلي و/أو متطلبات الزبائن الأخرى.

وتستخدم مرافق المعالجة الحديثة للحرارة نظما متطورة للرصد والمراقبة لضمان تحقيق نتائج متسقة في مجال التصفيق، فالرصد المُزمن، واختبار الممتلكات المتصفة، والتحقق من الصرامة، هي تدابير معيارية لمراقبة الجودة، وتساعد أساليب مراقبة العمليات الإحصائية على تحديد الاتجاهات ومنع العيوب قبل وقوعها.

التحديات والوقاية من الوطأة

ومن غير المناسب أن تؤدي وسائط الإعلام المختارة إلى زيادة التشقق والتشويه والصعوبة غير المتساوية، التي ترتفع فيها مستويات الخردة وإعادة العمل، وتكسير الكينش هو أحد أخطر العيوب التي يمكن أن تحدث أثناء المعالجة الحرارية، وينجم عن الضغوط المفرطة التي تولدت أثناء التبريد، ولا سيما عندما يكون التبريد سريعاً جداً أو عندما تكون هناك تركيزات للإجهاد.

وإذا لم يُقحم الجزء على الفور (عادة في غضون 90 دقيقة من التكسير)، فإن الجزء قد يكون عرضة للكسر في الكتل، ويمكن أن يحدث تأخير في التصدع ساعات أو حتى بعد أيام من التأخير في الإغراء، حيث أن الضغوط الداخلية العالية في المرطوبة يمكن أن تؤدي إلى تفككها بمرور الوقت.

فالنزعة إلى التحلل هي تحد مشترك آخر، إذ أن سلالات التبريد والتحويل غير النظامية يمكن أن تسبب أجزاء من أبعاد الحرق أو التغيير، كما أن اعتبارات التصميم مثل تجنب الزوايا الحادة، والحفاظ على قطع موحدة، واستخدام التثبيتات أثناء التصفيق يمكن أن تساعد على التقليل إلى أدنى حد من التشوه، كما أن العمليات البديلة مثل الترهيب أو التفكير يمكن أن تقلل من التشوه للأجزاء الحرجة.

الاعتبارات البيئية والمتعلقة بالسلامة

وتشمل عمليات التصفيق اعتبارات هامة تتعلق بالسلامة والبيئة، حيث يشكل التكسير النفطي مخاطر الحريق بسبب قابلية البترول للاشتعال، مما يتطلب التهوية المناسبة، ونظم إطفاء الحرائق، وإجراءات السلامة، وتولد المياه وأجهزة الاستنشاق بالبوليمرات البخار أثناء التكسير، التي يجب أن تُفتح على نحو سليم لمنع الحرق والحفاظ على الرؤية.

ويجب أن يمتثل التخلص من المواد الكيميائية المستعملة للوائح البيئية، ويمكن أن تصبح الزيوت الكثيفة ملوثة بمنتجات الأكسدة والمياه والحجم، مما يتطلب استبدالها في نهاية المطاف، والتصريف السليم أو إعادة تدوير الزيوت المستعملة أمر أساسي، وقد يتطلب ذلك معالجة المواد المستطيلة من المياه قبل التخلص منها لإزالة المعادن المذوبة وغيرها من الملوثات.

ويُعد استهلاك الطاقة من الاعتبارات الأخرى في عمليات التكسير، إذ إن أجزاء التسخين إلى درجة الحرارة تستلزم قدرا كبيرا من الطاقة، وتحسين كفاءة الفرن واستعادة الحرارة يمكن أن يقلل من تكاليف التشغيل والأثر البيئي، ويمكن أن يؤدي العزل السليم، والحرق الكفء، ونظم استعادة حرارة النفايات إلى تحسين كفاءة الطاقة بشكل كبير.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

السلالم المتقدمة ذات الطول العالي

صناعة السيارات للخفيف، السيارات الأقوى قد حفزت تطوير الصلب العالي الارتفاع المتطور الذي يستخدم التحولات المرطوبة،

ويستخدم الفولاذان المسببان للتحولات البلاستيكية الناتجة عن التحولات التي يسببها السلال في التخدير إلى المذيبات أثناء التشهير لتعزيز ضخ العمل واستيعاب الطاقة، وهذه الصلبات توفر أداء ممتازاً في مجال التحطم في تطبيقات السلامة الآلية، ويكتسي فهم التحول المارتيني والسيطرة عليه أهمية حاسمة في تحقيق الحد الأمثل من خصائص هذه المواد المتقدمة.

التصنيع الإضافي والتوطيد السريع

وتشمل عمليات التصنيع الاصطناعي مثل الانتقائية للليزر معدلات التبريد السريعة للغاية التي يمكن أن تنتج هياكل مرنة مباشرة أثناء الترسيخ، ومن المهم فهم التحول المهترفي في هذه الظروف غير المتوازنة لمعالجة المواد المصنّعة بصورة مضافة، ويمكن أن ينتج التبريد السريع المتأصل في هذه العمليات هياكل دقيقة فريدة لا يمكن تحقيقها من خلال التجهيز التقليدي.

ويمكن للتبريد السريع للغاية أن يحول دون تكوين جميع الهياكل الكريستالية، مما يؤدي إلى فلزات ضخمة أو زجاج معدني، وهذا يمثل حالة متطرفة حيث يتم التبريد بسرعة كبيرة بحيث يتم قمع التحولات المرتعشة، مما ينتج هيكلاً زجاجياً، وهذه المواد لها خصائص فريدة وتجد تطبيقات في مناطق متخصصة.

التصميم والنموذج الحاسوبيين

ويؤدي علم المواد الحاسوبية دورا متزايدا في فهم التحولات المهستنسية والتنبؤ بها، ويمكن أن تحاكي نماذج الحقول المرحلـة نواة ونمو لوحات المارتينيـت، مما يوفر معلومات عن تطور الهيكل الجزئي، ويمكن أن يتوقّع نموذج العناصر النادرة الإجهادات والتشوهات التي تحدث أثناء التصفيق، مما يمكّن من تحقيق أفضل تصميمات وإجراءات التكسير.

وقد بدأ تطبيق التعلم من الآلات والاستخبارات الاصطناعية على المعالجة المثلى للحرارة، ويمكن لهذه النهج تحليل مجموعات كبيرة من البيانات من معالجة حرارة الإنتاج لتحديد معايير المعالجة المثلى والتنبؤ بالممتلكات، كما أن إدماج أجهزة الاستشعار، وتحليل البيانات، ونظم مراقبة العمليات يتيح رصد ومراقبة عمليات التسريح على نحو أكثر تطورا.

العلاج المستدام للهكات

وقد أخذت الاستدامة تزداد أهمية في المعالجة الحرارية، إذ إن تطوير الأفران الأكثر كفاءة، واستعادة حرارة النفايات، وتحقيق الاستخدام الأمثل لدورات التجهيز يمكن أن يقلل استهلاك الطاقة، ويجري تطوير كتل بديلة ذات تأثير بيئي أقل، بما في ذلك الزيوت القائمة على البيولوجي، والمتفجرات المحسنة من البوليمرات.

ويمكن لنهج تكثيف العمليات التي تجمع بين خطوات المعالجة الحرارية المتعددة أو دمج المعالجة الحرارية مع عمليات التصنيع الأخرى أن تحسن الكفاءة العامة، فعلى سبيل المثال، يجمع التكثيف الاستحثائي بين التدفئة والتصفير في عملية واحدة سريعة، مما يقلل من استهلاك الطاقة والوقت المخصص لدورة المياه مقارنة بمعالجة حرارة الفرن التقليدي.

خاتمة

ويمثل التحول المرتنزي خلال عملية التسكين حجر الزاوية في الهندسة الحديثة للميتالورجيات والمواد، ولا يزال التحول المرتنزيائي موضوعا محوريا في علوم المواد والميتالورجي، ومع البحوث الجارية وتطوير السكك الحديدية الجديدة وتقنيات العلاج، سيواصل الاضطلاع بدور رئيسي في إيجاد المواد التي تعيد تحديد حدود الصلابة والقوة.

ويشمل علم التحولات المرتنزية البلورية الأساسية، وعلم الديناميكا الحرارية، وعلم الأحياء، فضلا عن الاعتبارات العملية للتجهيز، ومراقبة الجودة، والتطبيق، وفهم الطبيعة التي لا توصف للتحول، ودور معدل التبريد والتكوين، والتغيرات البلورية التي ينطوي عليها، وما ينتج عن ذلك من خصائص ميكانيكية، أمر أساسي لأي شخص يعمل مع الفولاذ المعالجة بالحرارة.

فمن خلال القرون الوسطى التي تُرفع السيوف إلى المصنعين الآليين الحديثين الذين ينتجون الصلبان العالي الارتفاع، كان التحول المرتنزي محورياً في إيجاد مواد ذات خصائص استثنائية، ومع استمرار تقدم علوم المواد، فإن فهمنا لهذا التحول الرائع يعمق، ويمكّن من تطوير مواد وعمليات جديدة تُدفع حدود ما هو ممكن.

إن استمرار أهمية التحول المكثف في التكنولوجيات الناشئة - من التصنيع المضاف إلى تشكيل مسارات الذاكرة إلى الصلبان الآلية المتقدمة - يدل على أن هذا الاكتشاف الذي دام قرن لا يزال حيوياً بالنسبة لهندسة المواد الحديثة، وبما أن الأدوات الحاسوبية وتقنيات التخصيص وتكنولوجيات التجهيز لا تزال تتقدم، فإن قدرتنا على التحكم في التحولات المهستنسية واستغلالها لن تتحسن إلا، بما يكفل استمرار أهميتها في علوم المواد والهندسة لعقود قادمة.

For those seeking to deepen their understanding of heat treatment processes, the ASM International) provides extensive resources on metallurgy and materials science. The National Institute of Standards and Technology] offers valuable data and research on phase transformations. Treten information on quenching processes and equipment can be found through