Table of Contents
مقدمة إلى هيئة الفصل والإجهاد الرجعي
إن التكسير هو عملية أساسية لمعالجة الحرارة تستخدم لتحقيق خصائص ميكانيكية محددة في المعادن، مثل زيادة الصلابة والقوة، وتشمل هذه العملية تسخين عنصر معدني إلى درجة حرارة عالية أعلى من نطاق التحول، ثم التبريد السريع لها في وسط مثل الماء أو النفط أو الهواء، وتخلق الشرائح المعدنية الرقيقة التي تقل سماتها عن ٣ مم تحديات فريدة بسبب التغير السريع في درجات الحرارة.
وتصنف الضغوط المتبقية على السطح على أنها توتر أو ضغط حسب اتجاه القوة الداخلية فيما يتعلق بسطح المواد، وفي صحائف رقيقة، يمكن للإجهاد السطحي أن يعزز بدء التصدع والتشغيل، في حين أن الضغوط المضغوطة يمكن أن تكون مفيدة للمقاومة الدهنية ولكنها قد تسبب التكتم إذا كانت غير متكافئة، ولذلك فإن فهم العلاقة بين سرعة التصفح وتكوين الإجهاد المتبقي أمر أساسي بالنسبة للمهندسين العاملين في الصناعات التحويلية الإجهادية.
فيزياء العرافات الحرارية أثناء الفصل
فعندما تُزال ورقة معدنية من فرن في درجة حرارة عالية ومسدسة في كتلة، فإن هناك فرقا كبيرا في درجة الحرارة بين السطح واللب، حيث تتدفق الحرارة من الداخل إلى السطح ثم إلى وسط التكتل، ويتوقف معدل استخراج الحرارة على عدة عوامل: السمية الحرارية للمعدن، ومعامل الانتقال الحراري لسمك التكتل، ودرجة الحرارة الأولية.
ويتناسب حجم الضغط المتبقي مع الفرق في درجة الحرارة بين السطح والجوهر في الوقت الذي تصبح فيه المواد حادة ويتجاوز ضغط الغلة محليا، وبالنسبة للصحائف الرقيقة، فإن الاستجابة الحرارية تحددها إلى حد كبير رقم التردي الحيوي (Bi) الذي يقارن المقاومة الحرارية الداخلية لمقاومة التكتل السطحي، وعندما يكون الإجهاد ضعيفا، فإن الشرائح تظهر رقماً ثابتاً؛ وعندما يكون الإجهاد البطيء ثابتاً.
أثر سرعة الحداد على ملامح الإجهاد المتردي
الفصل السريع
فالتخفيض العالي السرعة، الذي يتحقق باستخدام المياه أو الرشوة أو الطائرات النفاثة ذات السرعة العالية، يؤدي إلى حدوث تدرج حراري كبير في سميك الشرائح، ويزداد سرعة التآكل في السطح، ويزداد التآكل في القاع، ويقلل من حدة الإجهاد البلاستيكي الذي ينجم عنه التحلل الحاد.
الفصل الحديث
إن سرعة التكسير الحديثة، التي تتحقق عادة مع طيور متعددة الزواحف أو الزيت الدافئ، توفر توازنا بين التدرج الحراري والاستجابة الآخذة في التكدس، حيث يؤدي وجود سلوك مؤجل للتبريد: فهي تشكل بطانية رقيقة في البداية، ثم الانتقال إلى التغليب النواة، وأخيرا إلى التبريد المتزامن، وهذا الاستخراج الحرائي المتحكم يقلل من درجة الحرارة العالية في النسبة المئوية للفرق بين السطح والوسط.
بطيئة الفصل
ومن ثم فإن التحلل البطيء، الذي كثيرا ما يؤديه التبريد في الهواء المطلق أو الهواء القسري، أو باستخدام زيوت منخفضة القدرة على التحلل ذات الحساسية العالية، ينتج عن التبريد شبه النظامي في سميك الفولاذ، ويظل التدرج الحراري في أدنى مستوياته، ويقلل من حدة التوترات التي تصيب الفوسبة في الفوسم المنخفض، غير أن بطء التصفير قد لا يحقق القدرة على التكسير.
التحولات في المرحلة ودورها في تكوين الإجهاد المتردي
وفي كثير من الفلزات - ولا سيما الصلب - تؤدي عملية التكسير إلى إحداث تحولات في المرحلة تؤثر تأثيراً كبيراً على تطور الإجهاد المتبقّى، وعندما يتحول التكوين السطحي المتأصل إلى درجة حرارة مائلة، فإن التسلسل الحراري المتتالي في درجة الحرارة المتدنية قد يحدث بالفعل، وهذا التوسيع يُع عكسي الانكماش الحراري إلى حد ما.
تقنيات القياس للإجهادات المتبقية في صحائف ثين
(أ) أن تكون العينات المتطورة (العملية) ذات التأثير الحساس، و(الأشعة المقطعية) هي أيضاً الطريقة الأكثر شيوعاً في مجال التخصيب، و(الثقب) التي يمكن أن تكون متزامنة، و(الضغط) هي الطريقة الأكثر شيوعاً في القياسات الحادية (المقياس الإجهادي)
العوامل التي تؤثر على نتائج الإجهاد بعد الفصل
(أ) إذا كانت سرعة التصفير هي المحرك الرئيسي، فإن عدة عوامل أخرى تتفاعل لتحديد حالة الإجهاد النهائي المتبقّى في صحف معدنية. [تمثل في إحداث تغيرات في درجة الحرارة]
الآثار العملية للصناعات عبر أنحاء العالم
الفضاء الجوي
وفي مجال صناعة الفضاء الجوي، كثيراً ما تكون صحائف الألومنيوم الرقيقة (مثل 2024T3، 7075 - ت6) محلول معالجة حرارية، ثم تُفرَق في الماء أو البوليمر، وهذه السبيكات قابلة للتأثر بالعمر، ويجب أن تكون سرعة التكتل سريعة بما يكفي للإبقاء على الحل الصلب المهيمن، ولكن لا تُحدث ذلك بسرعة كبيرة مما يتسبب في التشويه المفرطة أو في التشقق.
السيارات
وتتزايد استخدام صناعة السيارات في تركيبات الجسم الخفيف ذات الارتفاع العالي، وتتحقق هذه الصلبات قوتها من خلال مزيج من المارتينيت، والخلية، وتحتفظ بمثلات التحلل الحراري، وتستعمل أجهزة التحلل الحرارية بعد التصفيح الساخن (التحليل) نظاماً للديزول المائي لتبريد الغطاء النباتي بسرعة، وتزيد سرعة التحلل في نظام التغذية عن 100 درجة مئوية.
المكونات الإلكترونية والدقيقة
وفي الأجهزة الإلكترونية، تستخدم صحائف المعادن الرقيقة التي تصنع من سبائك النحاس، ونحاس البيريليوم، والصلب اللاصق في أجهزة الاتصال، والينابيع، والدرع، وتحتاج هذه المكونات إلى ظروف ممتازة من التسطح والضغط لضمان الاتصال الكهربائي الموثوق به، ويُعتبر التباطؤ في الغلاف الجوي غير المصحح أو استخدام النفط المصاغ خصيصاً أمراً عادياً، بل إن الضغوط المتردية المعتدلة يمكن أن تتسبب في إحداث تغييرات في مقاومة الاتصال أو في التحميلات الدهية().
استراتيجيات تحقيق الاستخدام الأمثل لإدارة التأكيدات المتبقية
ونظراً إلى التضارب بين الإجهاد والإجهاد، وضع المهندسون مجموعة من استراتيجيات الترميز الأمثل.
وقد أصبح محاكاة العناصر الزائفة أداة لا غنى عنها لتصميم عمليات التسكّب، إذ يمكن للمهندسين، من خلال وضع نماذج لسلوك الحرارة والميكانيكي والمراحل، التنبؤ بتوزيع الإجهاد في الجيولوجيا ذات الكبريت العالية، وتعديل سرعة التكتل محلياً، باستخدام الأشعة المتغيرة السرعة أو الديوكسينات المتطورة.
خاتمة
(أ) أن يكون المقياس الأكثر تأثيراً في تركيب الإجهاد المتبقي في صحائف المعادن النحيلة، وينتج التصفيق السريع عن عوامل كبيرة من التدرج الحراري، وضغوط سطحية عالية، ويعرض التشويه للاختلالات، ويقلل من الضغط إلى أدنى حد، ولكن قد لا يحقق الخصائص الميكانيكية المنشودة.