عمليات معالجة الحرارة: آنالينغ، كوينشينغ، وتمجيد

وتمثل عمليات معالجة الحرارة حجر الزاوية في علوم الميولجات والمواد الحديثة، مما يمكّن المهندسين والمصنعين من التحكم بدقة في الخواص الميكانيكية للمعادن والسبائك، وتشمل هذه العمليات الحرارية المتطورة دورات التدفئة والتبريد التي تُخضع للرقابة الدقيقة والتي تؤدي أساساً إلى تغيير الهيكل الجزئي للمواد، مما يؤدي إلى تغييرات كبيرة في خصائصها المادية والميكانيكية، وسواء كان الهدف هو زيادة صعوبة قطع الأدوات، أو تحسين القدرة على معالجة المواد ذات التأثير الاصطناعي.

فهم أساسيات معالجة الحرارة

إن معالجة الحرارة عملية تخضع للرقابة تشمل تسخين وتبريد المعادن والسبائك لتغيير خصائصها المادية والميكانيكية دون تغيير شكل المنتج، وتسير العملية بتعديل الهيكل الجزئي للمواد على المستويين الذري والبلوري، مما يؤثر على خصائص مثل الصلاة والقوة والقسوة والخصوبة والنبيلة، وتتوقف فعالية أي عملية معالجة حرارية على ثلاثة عوامل حاسمة هي درجة الحرارة التي تُعالج بها المادة.

فالعلم الذي يخلف العلاج الحراري متجذر في التحولات التدريجية التي تحدث في المعادن عند التعرض لدورات حرارية، ومعظم المعادن موجودة في هياكل بلورية، ويمكن لهذه الهياكل أن تتغير في درجات حرارة معينة، وبالنسبة للفولاذ، وهو أكثر المواد المعالجة بالحرارة شيوعا، والتحول بين الأسمدة، والذرة، والبيرليت، والبينيت، والمستنقعات المهرة، يحدد الخواص النهائية للمواد المبردة.

وتستجيب مختلف الفلزات والسبائك إلى عمليات المعالجة الحرارية بشكل مختلف، فالفلزات الحديدية، ولا سيما الفولاذ، هي أكثر المواد المعالجة بحراً نظراً لتنوعها الواسع من الممتلكات القابلة للتحقيق وأهميتها في التطبيقات الصناعية، كما أن المعادن غير الحديدية مثل الألمنيوم والنحاس والتيتانيوم، كما يمكن معالجة حرارية، وإن كانت العمليات المحددة ودرجات الحرارة تختلف اختلافاً كبيراً عن تلك المستخدمة في المواد الصلبة.

ما هي آنالينغ؟

إن الأنالينغ عملية معالجة حرارية مصممة لتخفف المواد، وتحسين الخصوبة، وتخفيف الضغوط الداخلية، وتحسين هيكل الحبوب، وتحسين القدرة على الصنع، وتشمل هذه العملية تسخين مادة إلى درجة حرارة محددة أعلى من درجة حرارة الاستجمام، ولكنها تقل عن درجة حرارة الارتحال التي تصيبها في تلك الدرجة من الحرارة لفترة محددة سلفاً تسمح بإجراء تغييرات في فروة البنية التحتية الدقيقة، ثم تبطئها عادة في معدلها.

عملية التسخين تعمل من خلال السماح للذرات داخل بنية البلورة المعدن بإعادة توزيعها إلى تشكيلة أكثر استقراراً وأقل طاقة، وأثناء التدفئة، فإن الطاقة الحرارية المتزايدة تمكن الذرات من التحرك بحرية أكبر، مما يسمح بالتفككات وغيرها من العيوب الكريستالية بالهجرة وإبادة المعادن، وهذا التكرير الذروي يؤدي إلى تكوين أحجار جديدة خالية من الإجهاد من خلال عملية

وتكتسب آنالينغ أهمية خاصة بالنسبة للمواد التي تُستخدم في عمليات مثل التدحرج أو السحب أو التزيين، وتُحدث عمليات العمل الميكانيكية هذه ضغوطا داخلية كبيرة وتزيد من كثافة التشريد، مما يجعل المواد أكثر رشاً وصعوبة في مواصلة العملية، كما أن آنالينغ يُعكس هذه الآثار ويعيد تشغيل الخلايا ويجعل المواد مناسبة لعمليات التكوين الإضافية، كما تستخدم هذه العملية في إعداد مواد كيميائية لاحقة.

أنواع عمليات الأنالينغ

وتوجد عدة تغييرات في الانحراف، كل منها يهدف إلى تحقيق نتائج محددة تستند إلى نوع المواد والممتلكات المرغوبة، ويتيح فهم هذه العمليات المختلفة للميتالورجين والمهندسين اختيار أنسب علاج لتطبيقها المحدد.

كاملة

إن التكفير الكامل، المعروف أيضاً باسم التكفير الكامل، هو أكثر أشكال العلاج الشائك شمولاً، وتشمل هذه العملية تسخين الفولاذ إلى ما يقرب من 30 إلى 50 درجة مئوية فوق درجة حرارته العليا (Ac3 بالنسبة للصلب الناقص)، مع الاحتفاظ به عند تلك الدرجة من الحرارة لمدة كافية تسمح بالتحول الكامل إلى التمساح، ثم تبريده ببطء شديد، عادة بمعدلات الفرن 10-20 درجة مئوية في الساعة.

ويستخدم التحلل الكامل أساساً في الفولاذات المتوسطة والعالية الكربون التي تعرضت لعمل بارد جداً أو التي طورت هياكل صغيرة غير صالحة للأكل أثناء التجهيز السابق، وتنتج هذه العملية هيكلاً موحداً ومثقلاً بدرجة عالية من المرونة والعقاقير، مما يجعل المثل الأعلى المادي لعمليات الصنع أو التكوين اللاحقة، غير أن التحلل الكامل هو معالجة تستغرق وقتاً طويلاً وتزيد من كثافة الطاقة بسبب دورة التدفئة والتدفئة الممتدة.

عملية آنالينغ

كما أن عملية الحرق، التي تسمى أيضاً التحلل المتوسط، أو التحلل دون الحرجة، أو التحلل في العمليات، تستخدم أساساً في الفولاذ المنخفض الكربون الذي كان يعمل بدوام بارد، وخلافاً للتحلل الكامل، فإن عملية الحرق تشمل تسخين المادة إلى درجة حرارة أقل من درجة الحرارة الحرجة (نحو 550-650 درجة مئوية من الفولاذ)، مما يجعلها تحت درجة الحرارة، ثم تبرد.

وهذا النوع من الحرق هو أمر اقتصادي بصفة خاصة بالنسبة للمواد التي تخضع لعمليات متعددة من عمليات العمل البارد، مثل رسم الأسلاك أو تكوين المعادن، وبعد كل خطوة من خطوات العمل الباردة، تصبح المواد أكثر صعوبة وازدهارا نتيجة لتقوية العمل، وتعيد عملية العزل بين العمليات إلى القدرة على الاستمرار في العمل البارد دون تفكيك أو فشل، وتخفض درجات الحرارة وفترات الإنتاج الأقصر مقارنة بعملية الإنتاج الفعالة الكاملة.

التطريز

إن التطريز أو التطريز في التحلل هو عملية حرق متخصصة مصممة لإنتاج شكل من أشكال الكربيدات في الفولاذ في الغلاف الجوي أو في شكل عالمي، وتشمل هذه العملية التدفئة المطولة عند درجات الحرارة التي تقل عن درجة الحرارة الحرجة الأدنى (عادة 650-700 درجة مئوية من الفولاذ)، وكثيرا ما تكون التدفئة الدورية والتبريد حول هذه الدرجة.

وتتيح هذه الهياكل الصغرى عدة مزايا، لا سيما بالنسبة للفولاذ العالي الكربون والفولاذ، ويعرض الصلب المكبوت أقصى قدر ممكن من اللينة بالنسبة لمحتوى معين من الكربون، وقابلية للتشغيل الممتاز، وخصائص جيدة من صنع البارد، ويقل احتمال أن تسبب الرافعات السائلة في ارتداء أدوية أثناء الترشيد مقارنة بالسيارات المصهر التي وجدت في زي اللؤلد.

الإغاثة آنالينغ

إن معالجة حرارة الضغط منخفضة الحرارة، وهي معالجة تهدف تحديداً إلى الحد من التوترات المتبقية في المواد دون تغيير كبير في خصائصها الميكانيكية أو هياكلها الدقيقة، وتشمل هذه العملية تسخين المواد إلى درجات حرارة تتراوح عادة بين 450 و650 درجة مئوية للصلب، مع الاحتفاظ بها عند درجة الحرارة تلك لفترة تناسب سميكة القسم، ثم التبريد ببطء وباس، وفي هذه درجات الحرارة، تظل المادة أقل من درجة حرارة الاستجمام، وبالتالي لا تحدث أي تغيرات.

وتتطور الضغوط المتبقية في المواد من خلال عمليات تصنيع مختلفة، بما في ذلك اللحام والقذف والتشويش والعمل البارد، وحتى من المعالجة الحرارية السابقة، ويمكن أن تؤدي هذه الضغوط الداخلية إلى التشويه أثناء التجهيز اللاحق، وعدم الاستقرار البعدي في الخدمة، وزيادة إمكانية الإجهاد من جراء التآكل، ويتيح إجهاد الإغاثة فرصة تخفيف هذه الضغوط الداخلية من خلال التشوهات المحلية في درجات الحرارة المرتفعة، مما يؤدي إلى تحسين

إعادة تركيب الأنالينغ

وتتم عملية إعادة تركيب المعادن ذات العمل البارد من أجل استعادة قابليتها للاختلال والحد من الجسام عن طريق تشجيع تكوين أحجار جديدة خالية من الضواحي، وتشمل هذه العملية تسخين المواد إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الاستجمام، ولكن دون نقطة الانصهار، مع الاحتفاظ بها عند درجة الحرارة هذه للسماح بتقويم ونمو حبوب جديدة، ثم التبريد بمعدل حرارة متحكم فيه.

خلال العمل البارد، يُصبح هيكل الحبوب المعدني مُنقَلَاً ومشوَّفاً، مع كثافة عالية من التشتات التي تزيد من القوة والصعوبة بينما تخفض من قابلية التكتل، وتُعكس عملية التكرير هذه الآثار بإتاحة الحبوب الجديدة المُعادَلة لتكوينها ونموها، وتستهلك الهيكل المُشوَّف، ويتوقف حجم الحبوب النهائي على درجة حرارة أقل، عند درجة حرارة العمل المُ السابقة.

تطبيقات واستحقاقات آنية

وتجد شركة آنالينغ تطبيقا واسع النطاق في العديد من الصناعات وعمليات التصنيع، وتستخدم في صناعة السيارات، الحرق لتنظيف مكونات الفولاذ قبل تشكيل العمليات وتخفيف حدة التوتر في التجمعات المبللة، وتعتمد الصناعة الكهربائية على إنتاج أسلاك نحاسية ناعمة عالية الجودة، وتصنيع سلاسل فولاذية للسيليكون للمتحولين والمركبات.

وتمتد فوائد الحرق إلى ما يتجاوز مجرد التهاون، إذ أن العملية تحسن القدرة على إحداث هياكل صغيرة متجانسة ومرنة نسبياً، مما يقلل من ارتدائها ويسمح بزيادة سرعة القطع، وقد يؤدي آنالينغ إلى تعزيز التكوين، وإلى تمكين الأشكال المعقدة من إنتاجها عن طريق عمليات التخميد أو السحب العميق أو الإقراض دون تفكيكها، كما أن العملية تحسن أيضاً من تجانس المواد الطبقية أو المواد المتطورة عن طريق الحد من العزل الكيميائي وإعادة تحديد الهيكل.

ما هو (كوينشينج)؟

إن التكسير هو عملية التبريد السريع التي تستخدم في استئصال المعادن والسبائك من خلال منع تكوين هياكل ميكولوجية توازنية، وبدلا من ذلك، إنتاج متغيرات ذات خصائص مختلفة إلى حد كبير، وتشمل هذه العملية تدفئة المواد إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرجة في منطقة المصب العليا من أجل حملها عند تلك الدرجة من الحرارة لضمان التحول الكامل والتجانس، ثم التبريد السريع في مرحلة التحلل.

وتتوقف فعالية التصفيق على تحقيق معدل مرتفع بما فيه الكفاية للتبريد في جميع أجزاء العنصر، ويجب أن يتجاوز معدل التبريد هذا المعدل الحرج بالنسبة للسبائك المحدد، وهو الحد الأدنى اللازم لقمع تشكيل المراحل الميسرة وإنتاج المرحلة الصلبة المنشودة، ويعني هذا بالنسبة للفولاذ التبريد بسرعة كافية لمنع تكوين الأسمدة أو اللؤلؤ أو الطينية البكية، وبدلا من ذلك إنتاج المحار، وهي المرحلة الأصعب.

إن عملية الفصل هي أساسية في المعالجة الحرارية للعديد من المواد الهندسية، ولا سيما الصلبان من الأدوات، والصلب الهيكلي، ومختلف السبيكات غير الحديدية، وهي تزيد كثيرا من الصرامة والقوة، وتضاعف هذه الممتلكات أو تضاعفها ثلاث مرات، مقارنة بالوضع الذي لازم، غير أن التسريح يلقي أيضا ضغوطا داخلية كبيرة بسبب التبريد السريع والتغييرات في الحجم المرتبطة بالتحولات التدريجية، وهذه الضغوط يمكن أن تؤدي إلى تشويه أو حتى تفكيك العناصر المتوسطة.

التصفيات المتوسطة والخصائص

إن اختيار وسيط مناسب للتشذيب أمر حاسم لتحقيق المصاعب المرجوة مع التقليل إلى أدنى حد من التشويه وخطر التصدع، وتوفر وسائط الإعلام المختلفة التي تُفكك مختلف معدلات التبريد وخصائص التبريد، مما يتيح للميتالورجين التوفيق بين شدة التفكيك والمتطلبات المحددة للمواد والمقاييس الأرضية المكوّنة.

فصل المياه

فالماء هو أحد أكثر وسائط التكسير شيوعا بسبب توافره وانخفاض تكلفته وارتفاع معدل التبريد، وتوفر المياه التبريد السريع جدا، ولا سيما في درجة الحرارة البالغة 400-600 درجة مئوية، حيث ينهار تشكيل بطانية بخار على سطح المكوّن ويبدأ تغليه النواة، وهذا التبريد السريع يجعل من الميول المثلى لتكدس فولاذ الكربون العادي والصلب المنخفض طوله 300 درجة مئوية، التي تتطلب معدلات عالية للتبريد.

بيد أن العمل الحاد في مجال المياه يطرح أيضا تحديات كبيرة، إذ أن التبريد السريع والطابع غير الرسمي لتشكيل بطانية البخار يمكن أن يؤدي إلى ارتفاع مستويات الحرارة داخل هذا العنصر، مما يؤدي إلى ضغوط داخلية كبيرة، وإلى التشويه، وإلى زيادة خطر كسر الشق، كما أن التسرب من الماء يثير إشكالية خاصة بالنسبة للمكونات ذات التوليدات الأرضية المعقدة، أو الزوايا الحادة، أو إلى تغييرات أسرع في سميك الفرع.

Oil Quenching

ويوفِّر التكسير النفطي معدلاً أكثر اعتدالاً للتبريد مقارنة بالمياه، مما يجعله ملائماً للفولاذ المحموم الذي يتحلى بقدر أكبر من الصعاب، وللمكونات التي تثير فيها التشويه والتشقق شواغل، وتُعدّ الزيوت المُعدّلة خصيصاً بمنتجات نفطية محددة، ومُنطلقات مُضَحَة، وخصَّصات تبريد، ومعدل يُعدَّلَر بدرجة أكبر بكثير من حيث تُتْتْتْتْتْتْتْتْتْتْتْتْتْتْتْها.

وتشمل مزايا التكسير النفطي زيادة التبريد الموحد، وانخفاض التدرج الحراري، وانخفاض الضغوط المتبقية، وانخفاض خطر التشويه والتشقق، كما أن النفط يوفر خصائص أفضل للتبريد، ويحافظ على اتصال أفضل بسطح المكون طوال عملية التسميد، وتتوفر أنواع مختلفة من الزيوت المخففة، بما في ذلك الزيوت السريعة والزيوت التقليدية والزيوت الساخنة، التي توفر معدلات مختلفة للتبريد لمواكبة متطلبات محددة من حيث التكلفة.

Brine Quenching

ويوفِّر البلين، وهو حل للملح (كلوريد الصوديوم) في الماء، التبريد أسرع من الماء العادي، ويتسبب تركيز الملح، الذي عادة ما يكون 5-10 في المائة بالوزن، في تعطيل بطانية البخار التي تشكل على سطح المكوِّن أثناء التكسير، وتشجِّع التبريد بشكل أسرع وأزياء موحدة، ويمكن أن تحقق التكرير معدلات تبريد تتراوح بين 300 و500 درجة مئوية في الثانية، مما يجعلها أكثر سرعة وسرعة في بعض الأحيان متوسط التكليلات التكسير.

ويجعل معدل التبريد المرتفع جداً من الرشاوى نافذاً لتحقيق أقصى قدر من الصرامة، ولكنه يزيد أيضاً بدرجة كبيرة من خطر التشويه والتشقق، ولا يستخدم عموماً إلا إذا كان ذلك ضرورياً على الإطلاق لتحقيق المصاعب المطلوبة، ويقتصر عادة على الأشكال البسيطة نسبياً التي تُصنع من المواد التي يمكن أن تحمل الصدمة الحرارية الحادة، وتُدرج اعتبارات إضافية مع التكسير الدقيق في طابعه المتآكل، الذي يتطلب التهرب من الغسيل والحرق.

Polymer Quenching

ويعرض المكوِّنات المتعددة الكلورات، التي تتألف من بوليمرات حلب المياه مثل خليول البوليكالين أو الكحول المتعدد الفينيل، معدلات التبريد القابلة للتعديل بين الماء والنفط، وباختلاف التركيزات المتعددة الزمان، من 5 إلى 30 في المائة، يمكن التحكم بدقة في معدل التبريد بحيث يضاهي متطلبات مواد معينة ومقاييس التبريد في سطح المكوِّنات.

ويوفِّر المستنقعات المتعددة مزايا على وسائط الإعلام التقليدية، إذ تتيح مراقبة أفضل لمعدلات التبريد، وتقليص التشويه مقارنة بالمياه، وإزالة مخاطر الحريق المرتبطة بالنفط، وتنظيف الأجزاء المكشوفة بسهولة، ويمكن تعديل خصائص التبريد ليس فقط من خلال التركيز، بل أيضا من خلال درجة حرارة الحل ومعدل الهطول، مما يتيح مرونة في العملية، ويتزايد انتشار الشك في عمليات المعالجة الحرارية الحديثة، ولا سيما بالنسبة للنظم المتماسكة.

Gas Quenching

ويستخدم تسكّب الغازات الغازات الخاملة عالية الضغط، وهي عادة النيتروجين أو الهيليوم، في المكونات المبردة، وفي حين أن تسكّن الغازات يوفر معدلات تبريد أبطأ بكثير من معدلات التبريد في وسائط الإعلام السائلة التي تبلغ 10.5 درجة مئوية في الثانية، حسب ضغط الغاز ومعدل التدفق، فإنه يتيح مزايا فريدة لتطبيقات محددة، بينما يؤدي التسريح إلى الحد الأدنى من التشويه، ويترك أجزاء نظارة نظيفة ومجية عالية، ويزيد من الضغط الحر.

وتُعدّ عملية التسميد الغازي ذات قيمة خاصة بالنسبة إلى الفولاذات ذات المحار العالية والصلب اللاصق الذي يصعب الحصول عليه بشكل ممتاز ولا تتطلب التبريد السريع لتحقيق الصلابة الكاملة، كما تستخدم هذه العملية في مكونات دقيقة يكون فيها الاستقرار البعدي بالغ الأهمية، وفي المواد الحساسة لكسر الكتل، وتتمثل القيود الرئيسية لتصفيق الغاز في معدلات التبريد البطيئة، التي تحد من استخدامه في استخدام المواد ذات التكلفة العالية.

تقنيات وأساليب الفصل

وبالإضافة إلى اختيار الوسائل المتوسطة، وضعت أساليب مختلفة للتصفيق من أجل تحقيق أقصى قدر من عملية التضييق في تطبيقات محددة والتقليل إلى أدنى حد من المشاكل مثل التشويه والتشقق.

الفصل المباشر

ويستلزم التساؤل المباشر، الذي يسمى أيضاً التساؤل التقليدي، نقل العنصر المسخَّن مباشرة من الفرن المخفف إلى وسيط التنظيف، وهذا هو أكثر الطرق شيوعاً للتصفيق، ويوفر أسرع معدل لتبريد شامل، حيث أن الوقت المتاح للجزء لكي يبرد في الهواء قبل دخوله إلى الغلاف الجوي، ويناسب التسريح المباشر معظم التطبيقات التي تتطلب أقصى قدر من الصعوبة، وحيث يمكن للصدمة المادية والجغرافية أن تكون سريعة.

الوقت

ويستلزم التساؤل عن الوقت، المعروف أيضاً باسم التصفيق المقطع أو التأخير في التكسير، السماح للمكون بالتبريد في الهواء لفترة قصيرة قبل الاختراق في الملتوي، وهذا التأخير يسمح بالحد من درجة الحرارة السطحية على نحو طفيف، ويقلل من حدة الصدمة الحرارية عندما يدخل العنصر الوسيط الملتوي، ويمكن أن يساعد التصفيق الزمني على الحد من التشويه وكسر المخاطر بالنسبة للعناصر ذات المستويات الجغرافية المعقدة أو الاختلافات الكبيرة.

Martempering (Marquenching)

كما أن التمارين، الذي يسمى بالتمارة، هو عملية تعديل للتصفيق تهدف إلى التقليل إلى أدنى حد من التشويه والحد من خطر التصدع مع استمرار إنتاج هيكل مطاطي، وتشمل هذه العملية تهدئة العنصر في وسط يحافظ عليه بدرجة حرارة أعلى من درجة حرارة المارتيني (Ms)، حيث عادة ما تكون 150-250 درجة مئوية للصلب، ويُحتفظ العنصر عند هذه الدرجة إلى أن تتساوى درجة الحرارة في جميع مراحل التحول إلى ما بعد ذلك.

وهذه التقنية تقلل بدرجة كبيرة من التدرجات الحرارية وما يرتبط بها من ضغوط مقارنة بالتصفيق التقليدي، إذ إن السماح للمكون بالوصول إلى درجة حرارة موحدة قبل بدء التحول في الموقع، يضمن التأشير أن التحول يحدث بشكل أكثر اتساقا في جميع أجزاءه، ويقلل من التشويه إلى أدنى حد، وهذه العملية قيمة بوجه خاص بالنسبة للأشكال المعقدة، والأجزاء الرقيقة، والعناصر ذات درجات حرارة المتوسطة المختلفة.

Austempering

فالتأبين هو عملية معالجة حرارة طبيعية تنتج هيكلاً بحرياً مع مزيج ممتاز من القوة والقوة والخصوبة، مثل التمارين، والتمثيل، ينطوي على فصل العنصر إلى درجة حرارة متوسطة، وعادة ما تكون 250-400 درجة مئوية من الفولاذ، ولكن بدلاً من التبريد الفوري من خلال النطاق المميت، يُحتفظ العنصر عند هذه الدرجة من الحرارة لفترة طويلة تسمح بالتحول الكامل إلى الخلية.

ويُعتبر التمدد أمراً بالغ الأهمية لإنتاج مكونات عالية القوة تتطلب مقاومة للأثر الجيد وممتلكات الدهون، وتُستخدم هذه العملية على نطاق واسع لتصنيع مكونات الحديد النقال، والصلب الربيعي، ومختلف أجزاء السيارات، ويتطلب التمهيد ضبطاً دقيقاً للحرارة، والوقت الكافي للاحتجاز في درجة الحرارة المعاصرة لضمان التحول الكامل، الذي يتراوح عادة بين دقائق وساعات حسب التركيبة المواد وسمكها.

العوامل التي تؤثر على النتائج في الفصل

ويتوقف النجاح في التساؤل على التحكم في العديد من المتغيرات التي تؤثر على معدل التبريد، وتوزيع الصلابة، وخطر التشويه أو التشقق، ويؤثر تغيير الوسط الذي يصف بالبطولة على درجة التبريد من خلال تعطيل طبقة البخار والحدود التي تشكل حول سطح المكوّن، وتشجيع نقل حراري أسرع وأزياء موحدة، وتدمج نظم التسريح الحديثة الغوغاء عن طريق المضخات أو المدافعين أو الحركة المكوّمة لضمان تحقيق نتائج متسقة.

ويؤدي عنصر الهندسة دورا حاسما في تحديد النتائج، إذ أن الأقسام ذات الصلة تبرد بسرعة أكبر من الأجزاء السميكة، مما قد يؤدي إلى صعوبة غير موحدة وتشويه، وثبات حادة وثباتات سريعة أكثر من السطح المسطح أو المناطق الداخلية، مما يخلق تركيزات للإجهاد يمكن أن تشرع في عمليات الشق، ويجب على المصممين أن ينظروا في هذه العوامل عند تحديد متطلبات المعالجة الحرارية، وربما تعديل العناصر الجيولوجية لتعزيز التبريد الأوحدي أو تحديد وسائل الإعلام الأقل حدة.

كما أن ارتفاع درجة الحرارة والوقت يؤثر تأثيراً كبيراً في نتائج التسرب، إذ أن ارتفاع درجة الحرارة وطول فترات الحوزة يعزز نمو الحبوب ويزيد من حل الموانع، ويحسن عموماً القدرة على الصمود، ولكنه قد يقلل من حدة القوة، ويمكن أن يؤدي عدم كفاية الوقت المتاح إلى تحول غير كامل إلى توزيع الكربون على فترات متقادمة وغير موحدة، مما يؤدي إلى انخفاض حجم المواد التي تُنقل بعد التسرب.

ما هو التمبراطورية؟

فالتأرجح هو عملية معالجة حرارية تطبق على الصلب المكدس للحد من الرشوة، وتخفيف الضغوط الداخلية، وتحسين القوة مع الحفاظ على معظم الجسامة التي اكتسبت أثناء التصفيق، وتشمل هذه العملية إعادة تسخين المواد المكشوفة إلى درجة حرارة أقل من درجة الحرارة الحرجة (تمثل في 150-650 درجة مئوية من الفولاذ)، مع الاحتفاظ بها عند درجة الحرارة لفترة محددة، ثم تبردها إلى درجة حرارة الغرفة.

وتسير عملية الإغراء من خلال سلسلة من التغييرات المعقدة في البنية التحتية الدقيقة التي تحدث مع تحولات المطاط إلى هياكل أكثر استقرارا، وفي درجات الحرارة المنخفضة، تنتشر ذرات الكربون من مواقعها المزرية في المرفأ لتشكل مواضع مائية جيدة للسيارات، مما يقلل قليلا من صعوبة الارتداد ويحسن درجة الحرارة العالية، وترتفع هذه المصفوفة التي ترتفع فيها درجات الحرارة.

فالتعقيم أمر أساسي بالنسبة لجميع مكونات الفولاذ المكشوفة المستخدمة في التطبيقات الهندسية، وبدون الإغراءات، فإن الفولاذ المكبوت غير قابل للاختراق إلى حد كبير بالنسبة لمعظم الاستخدامات، وقد يتصدع تلقائيا بسبب الضغوط الداخلية، ولا سيما إذا تعرض لحمولات التأثير أو للتدوير الحراري، وتحوّل عملية الأداء المعتدل المادة من حالة صعبة ولكن مرنة إلى حالة تنطوي على مزيج أمثل من المصاعب، والقدرة على الانتقاء، والاختيار، والقابلية، والخدمة.

درجة الحرارة الثابتة والآثار

وتؤثر درجة الحرارة المتقلبة تأثيرا عميقا على الخواص النهائية للصلب، حيث تنتج درجات حرارة مختلفة هياكل دقيقة مختلفة بشكل واضح ومجمعات ملكية، ويسمح فهم هذه العلاقات للمهندسين باختيار بارامترات مؤقتة مناسبة لتطبيقات محددة.

درجة الحرارة المنخفضة (150-250 درجة مئوية)

ويؤدي تدني درجة الحرارة إلى الحد الأدنى من المصاعب، بينما يؤدي إلى تحسين كبير للقسوة مقارنة بالوضع الذي يُحكم عليه، وفي هذه درجات الحرارة، تبدأ ذرات الكربون في الانفصال عن الموقع الرطب، حيث تشكل موانع انتقالية جيدة جدا (كربيد الزائف) بينما يُحتفظ به هيكل الموقع المرتعش إلى حد كبير، وتُسمى أحيانا المرحلة الأولى من التقلبات، وتخفف بعض الضغوط الداخلية وتخفض

وتحتفظ العناصر المتقلبة في درجات الحرارة المنخفضة عادة بنسبة 90-95% من شدّتها التي تُعاني من الإجهاد الشديد بينما تكتسب صعوبة كافية في مقاومة الرقاقة والفشل المبكر، وتظل البنية الدقيقة في الغالب مروعة مع وجود مهيمنات عالية الدقة في الكربويد، وهي بالكاد تكون واضحة حتى في إطار جهاز التكسير العالي التضليل، وكثيرا ما يتم ذلك فورا بعد التسريح، وأحيانا ما يكون العنصر لا يزال دافئا من الزمن.

درجة الحرارة المتوسطة (250-450 درجة مئوية)

وينتج الإغراء المتوسط الأجل انخفاضاً أكبر في الصلابة والقوة في الوقت الذي يوفر فيه تحسينات كبيرة في القوة والعبوة، وفي هذا النطاق الحرفي الانتقالي الذي شكل أثناء تقلب الحرارة إلى التخصيب (الكاربيد الزائف، ومركبات الكربون) ويُحتفظ به في كثير من الأحيان في درجة الحرارة المرتفعة عند الارتفاع، ويُطلق عليه أن هيكل الجسم المختلط يُفقد حرارة الجسم.

ورغم إمكانية جذب المزاج في بعض السكك، فإن الإغراء المتوسط الأجل يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب توازناً في المصاعب والعزيمة، مثل الينابيع، والأدوات اليدوية، والعناصر الهيكلية، ويتناقص التصلب عادة إلى 4050 لجنة حقوق الإنسان، تبعاً لتكوين الفولاذ ودرجة الحرارة المغرية المحددة، وتظهر المكونات المتناقلة في هذا النطاق مقاومة جيدة للتأثير والإجهاد، مع الحفاظ على كفاية التطبيقات الهندسية.

درجة الحرارة العالية (450-650 درجة مئوية)

وينتج الإغراء العالي التمرين أكبر انخفاض في الصلابة والقوة ولكنه يوفر أقصى قدر من القوة والعناية، وفي هذه درجات الحرارة المرتفعة، تستخدم الجسيمات الأسمنتية كوارسن بشكل كبير، وتخضع مصفوفة الأسمدة للتعافي وإعادة التركيب الجزئي، وتتكون البنية الدقيقة الناتجة، التي تسمى المرطب المتحرك، من جسيمات كبريتيدية عالية نسبيا في مصفوفة خصبة.

إن الجمع بين التكسير والضغط العالي التقلب، الذي كثيرا ما يسمى بـ "الضغط والضغط" أو معالجة "الضغط والتأثير" هو أحد أكثر عمليات المعالجة الحرارية شيوعاً بالنسبة للفولاذات المحروقة المتوسطة الكربون، وهذا العلاج ينتج مزيجاً ممتازاً من القوة والقسوة لا يمكن تحقيقه من خلال عمليات معالجة حرارية أخرى.

اعتبارات التمهيد الخاصة

وهناك عدة ظواهر والاعتبارات الهامة تؤثر على الممارسة المغرية ويجب فهمها لتحقيق نتائج مثلى وتجنب المشاكل المحتملة.

معبد الهزات

يشير خلط المعبد إلى ظاهرتين متميزتين يمكن أن تقلل من قوة الفولاذ المغري، الأول الذي يسمى "350 درجة مئوية" أو "إختلاق خطوة واحدة" عندما يكون بعض الفولاذ في حدود 250-400 درجة مئوية، مما يؤدي إلى شدّة أقل مما كان متوقعاً، وهذا النوع من الرشوة يرتبط بتفكك المواقع المحتفظ بها تحت درجة الحرارة.

النوع الثاني، الذي يسمى "إختلاس مؤقت" أو "إختلاس خطوتين" يحدث عندما يتم تهدئة بعض الفولاذ المحار ببطء من خلال نطاق 350-575 درجة مئوية أو يتم الاحتفاظ به في هذا النطاق لفترات طويلة، وهذه الظاهرة ناتجة عن فصل عناصر الزحف مثل الفوسفور، والقصدير، والارتباك، والزراعة إلى حد الحد الأدنى، والحد من تماسك الحدود والقسوة.

الارتفاع الثانوي

وتشهد بعض الفولاذات المحورة للغاية، ولا سيما الصلبان بالأدوات التي تحتوي على كميات كبيرة من الكروم، أو الموليبدينوم، أو الفاناديوم، أو التنغستن، وعندما تُغرى هذه الفولاذات في درجات حرارة أعلى من 500 درجة مئوية، تزداد قوتها فعليا بدلا من الانخفاض، بما يخالف السلوك المغري، وينتج عن هذا الارتداد من آثار التعافي الغرامية الشديدة.

ويُستغل التصلب الثانوي في المعالجة الحرارية لأدوات العمل الساخنة والفولاذات ذات السرعة العالية، التي تهدف إلى الحفاظ على مصاعبها في درجات الحرارة المرتفعة في الخدمة، وتُعرض هذه المواد عادةً عند درجة حرارة 500-600 درجة مئوية، وأحياناً مع دورات متأنية متعددة، لتطوير أقصى درجة من الجاذبية الثانوية، وتحتوي البنية الدقيقة الناتجة على كثافة عالية من العابير الطفية التي توفر مقاومة ممتازة ودرجة حرارة.

المعبد المتعدد

وينطوي الاغراء المتعدد، الذي يسمى أيضا الإغراء المزدوج أو الثلاثي، على أداء دورتين أو ثلاث دورات متأنية منفصلة بدلا من دورة واحدة، وهذه الممارسة شائعة بالنسبة للفولاذيات ذات الفولاذ العالي الكربون، وأي تطبيق يتطلبه الاستقرار البعدي الأقصى، ويخدم الاعتدال المتعدد أغراضا عديدة: فهو يشجع على التحول الكامل لأية أوزتين محتفظ بها قد تكون حاضرة، ويوفر خصائص أكثر اتساقا واستقرارا، ويقلل من خصائص الإجهاد المتبقي.

ويثير الاستيعاب المحتفظ به إشكالية خاصة لأنه قابل للقابلية ويمكن أن يتحول إلى المذيب أثناء الخدمة، مما يسبب تغيرات في البعد وإمكانية التشقق، ففي أثناء الدورة الأولى من التقلبات، يتحول بعض الشق إلى المرطوبة، التي تُجرى بعد ذلك أثناء الدورات اللاحقة، ويُجرى كل دورة قياسية في درجة الحرارة نفسها، مع التبريد إلى درجة حرارة في الغرفة بين الدورات.

استحقاقات وتطبيقات التمهيد

ويوفر التقلبات فوائد عديدة تجعلها عملية لا غنى عنها في المعالجة الحرارية للصلب، وتتمثل الفائدة الرئيسية في التحسن الكبير في القوة والعقم مقارنة بالوضع الذي كان عليه، وتحويل المواد المجمدة والمعرضة للشقق إلى عناصر قوية وموثوقة قادرة على تحمل آثارها وتركيزات الإجهاد، كما أن التمهيد يعفي من الضغوط المتبقية العالية التي أُدخلت أثناء التصفيق، ويحسن الاستقرار البعدي، ويقلل من مخاطر التشويه أو اللاحق.

فالقدرة على التحكم بدقة في التوازن بين المصاعب والصعوبة من خلال انتقاء درجات الحرارة المغرية تتيح للمهندسين أن يستغلوا الخصائص المادية لتطبيقات محددة، وتستخدم التطبيقات العالية المهارة مثل قطع الأدوات وقطع الغيار الإغراءات المنخفضة المدة للحفاظ على أقصى درجة من الصعوبة مع اكتساب القدرة الكافية على منع التغريد، وتستخدم التطبيقات الهيكلية التي تتطلب قوة عالية مع قوة عالية في استخدام المقاييس العالية للتقلبات الفولاذية لتحقيق توازن أمثل.

وتشمل التطبيقات المشتركة للفولاذ المغري مكونات السيارات مثل المعدات والسرقات والفاكس وأجزاء التعليق؛ ومكونات معدات البناء؛ وأدوات اليد وعناصر أدوات الطاقة؛ والينابيع والعجلات؛ والعلامات والعناصر ذات التأثير؛ وأدوات القطع ومكونات الأدوات الآلية؛ والوفاة والبارود؛ والتطبيقات الأخرى التي لا تحصى والتي تتطلب قوة عالية، وحسنة، ومقاومة الارتداء، والمقاييس المحددة لعملية الفرز الواسعة النطاق،

مقارنة عمليات معالجة السماوات

إن فهم العلاقات والاختلافات بين النيل والاختناق والاغراء أمر أساسي لاختيار عمليات المعالجة الحرارية المناسبة لتطبيقات محددة، وهذه العمليات الثلاث تمثل نقاطا مختلفة بشأن طيف إمكانيات المعالجة الحرارية، وكل منها ينتج هياكل وممتلكات مختلفة اختلافا واضحا.

ويمثل الإصغاء والتصفيق متطرفين من حيث معدل التبريد والممتلكات الناتجة، ويستخدم الأنال أبطأ عملية تبريد ممكنة لإنتاج أكثر الحالات نزاهة ودرجة حرارة مع الحد الأدنى من الإجهاد الداخلي، ويستخدم الفصل أسرع عملية تبريد ممكنة لإنتاج أقصى قدر من القوة، مع ارتفاع القوة، كما يُستخدم التكتل في التقلبات الشديدة والضغوط الداخلية التي تُشغل أرضاً متوسطة، مما يُعدل الهيكل المكَل.

ويعتمد اختيار عملية معالجة الحرارة على التطبيق المقصود والممتلكات المطلوبة، وعادة ما تكون العناصر التي ستخضع لعمليات واسعة النطاق أو عمليات تشكيلية، بحاجة إلى أقصى قدر من اللينة والعقاقير، وتُحلى العناصر التي تتطلب أقصى قدر من الصعاب والمقاومة بالارتداء، وتُخفى العناصر التي تتطلب قوة عالية مع قوة جيدة وتُحدَّد في درجات حرارة أعلى.

كما أن الوقت والتكاليف المرتبطة بمختلف عمليات المعالجة الحرارية تُدخل في عملية الاختيار، فالتأجير، ولا سيما التكتل الكامل، يستغرق وقتا طويلا ويكلف بسبب طول دورات التدفئة والتبريد المطلوبة، ويُعتبر الفصل سريع نسبيا، ولكنه يتطلب مراقبة دقيقة لتجنب التشويه والتشقيق، كما أن التمهيد سريع نسبيا، ولكنه يضيف خطوة إضافية بعد التسرب، وكثيرا ما تستخدم نظم المعالجة الحرارية الحديثة فترات الاستخدام الأمثل.

معدات ومرافق معالجة النفايات

وتتطلب المعالجة الحرارية الناجحة معدات متخصصة قادرة على التحكم الدقيق في درجة الحرارة والغلاف الجوي ومعدل التبريد، ويعتمد اختيار المعدات المناسبة على العمليات المحددة التي يجري أداؤها، وحجم الإنتاج، وحجم المكونات، والمقاييس الجيولوجية، ومعايير الجودة المطلوبة.

أنواع الوقود

كما أن الأفران التي تسمى أفران الغرف هي أفران من النوع المائي تناسب مجموعة واسعة من عمليات المعالجة الحرارية، وهي تتألف من حجرة معدة تضم عناصر للتدفئة وباباً لتحميل وتفريغ المكونات، والأفران التي تُعد مثالية لحجم الإنتاج المنخفض إلى المتوسط، ولعنصر ذات أحجام مختلفة ومتطلبات معالجة الحرارة، ويمكن استخدامها في التسكّب والإجهاد.

وتصمم الأفران المستمرة للإنتاج العالي الحجم حيث تنتقل المكونات عبر الفرن على شبكة نقل أو ضغط، وعادة ما تكون هذه الأفران مناطق متعددة تُصان بدرجات حرارة مختلفة، مما يتيح للمكونات أن تكون مسخنة، وتُحمَّل في درجة الحرارة، وأحياناً تبرد في عملية مستمرة، كما أن الأفران المستمرة توفر إنتاجية ممتازة واتساقاً لعمليات ذات حجم عال ولكنها أقل مرونة من فرون الدفع، وتتطلب تدفقاً ثابتاً للإنتاج.

وتوفر الأفران الواقية معالجة حرارة في جو متحكم فيه أو فراغ، وتمنع تسمم وحرق أسطح المكونات، وهذه الأفران ضرورية لمعالجة حرارة الفولاذ العالي الطحال، والصلب اللاصق، والفلزات التفاعلية مثل التيتانيوم، ولا تتطلب عادة في الأفران الغامضة نظماً للتصفيح عالي الضغط، مما يتيح إجراء دورات كاملة لمعالجة الحرارة دون تعريض مكونات الهواء.

وتستخدم أفران حمّام الملح المميتة كملح مخفف كمتوسط التدفئة وفي بعض الحالات وسيط التسخين، وتوفر هذه الأفران درجة حرارة موحّدة للغاية، وتجعلها مثالية لعمليات مثل التمارين والتأمل التي تتطلب وجود مكونات احتياطية في درجات حرارة وسيطة محددة، كما توفر حمايتها من الأكسدة ويمكن أن تسخن المكونات بسرعة كبيرة نظراً لخصائص الصيانة الممتازة للملح.

وتستخدم نظم التدفئة التمهيدية التوجيه الكهرومغناطيسي على نحو سريع وانتقائي، وهذه النظم ذات قيمة خاصة لعمليات التصعيد السطحي حيث لا يلزم تصعيد طبقة خارجية مكون ما، وللتطبيقات التي تتطلب دورات تدفئة سريعة جدا، وتوفر التدفئة الإرشادية كفاءة عالية في الطاقة ويمكن أن تكون مؤتمتة بسهولة من أجل إنتاج ذات حجم عال، ويمكن تصميم المعدات لتدفئة مناطق محددة من المكونات المعقدة مع ترك مناطق أخرى غير متأثرة.

Atmosphere Control

إن التحكم في الغلاف الجوي الفرني أمر حاسم لمنع تسمم وتطهير سطح المكون أثناء المعالجة الحرارية، وينتج الاختناق حجما يجب إزالتها من خلال عمليات التنظيف اللاحقة، بينما يقلل التطهير من الكربون من طبقة السطح ويعرض الصعاب ويرتدي المقاومة بعد معالجة الحرارة، وتستخدم أساليب مختلفة لمراقبة الغلاف الجوي تبعا للمواد والعمليات والجودة السطحية المطلوبة.

وتستخدم في العادة أجواء الحماية مثل النيتروجين أو خلائط النيتروجين - الهيدروجين أو الغازات الدهونية لمنع التسخين أثناء التدفئة، وتخضع هذه الجو لرقابة دقيقة للحفاظ على التوازن السليم بين تأكسد الأنواع وخفضها، ومنع التكسد والإفراط في الحرق أو الدفن، ويتوقف التركيب الجوي المحدد على المواد التي تعالج ودرجة حرارة العمليات، مع اختلاف الجو اللازم لتطبيقات مختلفة.

ويقضي العلاج الحرفي الغامض على التلوث في الغلاف الجوي كلياً من خلال أداء العملية في فراغ، عادةً في ضغط يقل عن 10-3 ملبار، وينتج هذا النهج أنظف سطح ممكن، وهو ضروري للمواد الرجعية والصلب عالي الطواف، غير أن الأفران المكنسة أغلى من الأفران التي تسيطر عليها الغلاف الجوي وتستغرق وقتاً أطول بسبب الحاجة إلى إجلاء واستبدال الغرفة لكل دورة.

قياس درجة الحرارة والتحكم فيها

ويعد قياس درجة الحرارة والسيطرة عليها أساسيان لنجاح المعالجة الحرارية، وتستخدم الأفران الحديثة لمعالجة الحرارة أجهزة أشعة أو أجهزة استشعار أخرى لدرجات الحرارة ترتبط بأجهزة التحكم المتطورة التي تحافظ على درجة الحرارة في إطار تسامح شديد، عادة ما تستخدم سعة تتراوح بين 5 و 10 درجات مئوية بالنسبة لمعظم العمليات، وكثيرا ما تستخدم أجهزة الأشعة المتعددة لرصد التوحيد الحراري في جميع أنحاء منطقة العمل التي تعمل بالأفران، بما يكفل حصول جميع المكونات على نفس العلاج الحراري بغض النظر عن موقعها.

وتجري دراسات استقصائية عن التوحيد الزمني بصورة دورية للتحقق من أن الفرن يحافظ على التوحيد المقبول لدرجات الحرارة في جميع أنحاء منطقة عمله، وهذه الدراسات الاستقصائية، التي كثيرا ما تتطلبها معايير الجودة مثل AMS2750 أو CQI-9، تنطوي على وضع أشعة حرارية متعددة في جميع أنحاء الفرن وتسجيل درجات الحرارة على مر الزمن لضمان بقاء جميع المواقع ضمن حدود تسامح محدد، ويجب إصلاح المبيدات التي لا تُجرى فيها دراسات قياسية وإعادة استخدامها قبل إعادتها.

(أ) التحقق من دقة النظام (الامتحانات) من دقة أجهزة الفرن عن طريق مقارنة قراءات أجهزة الحرارة الحرارية الفرنية بالقياس إلى أجهزة الترموز المرجعية ذات الجودة المعايرة، وتجرى هذه الاختبارات على فترات منتظمة لضمان بقاء نظام قياس درجة الحرارة دقيقاً مع مرور الوقت، كما أن من الضروري إجراء معايرة دقيقة والتحقق السليمين من نظم قياس درجة الحرارة من أجل تحقيق نتائج متسقة عالية الجودة لمعالجة الحرارة وتلبية متطلبات نظام الجودة.

مراقبة الجودة والاختبار في معالجة الحرارة

كما أن مراقبة الجودة أساسية في عمليات المعالجة الحرارية لضمان استيفاء العناصر لشروط محددة والقيام بعمل موثوق به، وتستخدم أساليب اختبار مختلفة للتحقق من أن عمليات المعالجة الحرارية قد أجريت بشكل صحيح وأن الممتلكات الناتجة عن ذلك تستوفي المواصفات.

اختبار القوة

اختبار الارتداد هو أكثر الطرق شيوعا للتحقق من نتائج المعالجة الحرارية، وهناك طرق مختلفة للاختبارات الجاد، منها روكويل، وبرينيل، وفيكر، وكينوب، وكلها مناسبة لمختلف التطبيقات والظروف المادية، واختبار روكويل هو أكثر الطرق استخداما في الفولاذ المعالجة بالحرارة بسبب سرعة هذا الاختناق، والقراءة المباشرة لقيم الصلبة، كما أن نطاق روكويل C هو معيار للصلب الصلب المك الصلب المكعب.

ويجري اختبار الارتداد عادة في كل مكان من مواقع المعالجة الحرارية، مع إجراء قياسات متعددة للتحقق من التوحيد، وبالنسبة للتطبيقات الحرجة، يمكن إجراء دراسات استقصائية عن الجُد عبر أجزاء المكوّن للتحقق من أن الصلابة تفي بمواصفات في جميع أنحاء الجزء، وليس على السطح فحسب، ويُستخدم اختبار المايكرودنيس باستخدام الفيكر أو أساليب النوب لقياس مدى صعوبة الطبقات السطحية الرقيقة أو المكونات الصغيرة أو خصائص البنية الدقيقة المحددة.

الامتحانات الطبوغرافية

ويشتمل الفحص الطبي على إعداد أجزاء من العناصر المعالجة بالحرارة من خلال فحص الميكروسكوبات، التي تُظهر البنية الدقيقة التي تنتج عن المعالجة الحرارية، مما يتيح التحقق من وجود المراحل الصحيحة، وأن البنية الدقيقة موحدة ومتحررة من العيوب، ويمكن أن تحدد المساحات مشاكل مثل التصلب غير الكامل، والنمو المفرط في الحبوب، وتطهير السحوم، ومختلف عيوب الهياكل الدقيقة التي قد لا تكون مقصودة.

ويعتبر الفحص الطبي بالأشعة المميتة ذا قيمة خاصة بالنسبة لتطوير العمليات، وتشويه الاضطرابات، وتحليل الفشل، إذ يمكن للميتالورجين، من خلال فحص الهياكل الدقيقة، أن يحددوا ما إذا كانت معايير المعالجة الحرارية مناسبة وأن يحددوا أسباب الممتلكات غير المتوقعة أو الفشل في العناصر، ويمكن أن تقيس التقنيات الكمية لقياس حجم الحبوب، والجزؤ التدريجي، وغير ذلك من السمات الهيكلية الدقيقة التي تؤثر على الممتلكات والأداء.

الاختبارات الميكانيكية

ويوفر الاختبار الميكانيكي معلومات أكثر شمولا عن الممتلكات المادية من اختبارات الإجهاد وحدها، ويتخذ تدابير اختبار الحيازة والقنوات والخصائص المرنة عن طريق سحب عينة اختبارية إلى أن تكسر، ويتخذ اختبار الأثر عادة استخدام أساليب المسح أو الزواد، ويقيّم مدى القوة ومقاومة كسر الرشاة، ويقيّم اختبار الزوايا مقاومة التحميل الدورية، وهو أمر حاسم بالنسبة للعناصر التي تخضع لدورات الإجهاد المتكررة في الخدمة.

ويجرى الاختبار الميكانيكي عادة على قسائم الاختبار المجهزة إلى جانب مكونات الإنتاج أو على العينات المقطعة من أجزاء الإنتاج، ويتوقف تواتر الاختبار على الأهمية الحيوية التي يتسم بها التطبيق، مع تطبيقات الفضاء الجوي وغيرها من التطبيقات الحساسة المتعلقة بالسلامة التي تتطلب اختبارا واسعا، بينما قد تعتمد التطبيقات الأقل أهمية في المقام الأول على اختبار الصلابة مع إجراء اختبارات ميكانيكية دورية للتحقق منها، وتقارن نتائج الاختبارات بالمواصفات للتحقق من أن المعالجة الحرارية قد أسفرت عن الممتلكات المطلوبة.

الاختبار غير التعدي

(ج) تسمح أساليب الاختبار غير التدميري بتفتيش العناصر المعالجة بالحرارة دون المساس بها، ويكشف التفتيش الجسيمي المغنطيسية والتفتيش السائل عن الشقوق السطحية التي قد تكون قد شكلت أثناء التصفيق، ويمكن للاختبارات البنفسجية أن تكتشف الشقوق الداخلية وتتحقق من عمق الحالات في المكونات المرفوعة السطح، ويمكن للاختبار الجاري الدي قياس عمق الازج في المواد السلوكية.

وتكتسي هذه المادة أهمية خاصة بالنسبة للعناصر الحاسمة التي يمكن أن تؤدي فيها الشقوق غير المكتشفة إلى حدوث إخفاقات كارثية، وتتطلب مواصفات كثيرة مادة النيتروز من جميع العناصر المعالجة بالحرارة، ولا سيما بعد عمليات التسكّب التي يكون فيها خطر التصدّع أعلى، وتتوقف الأساليب المحددة التي تستخدمها مادة النيتروز على المواد، والمقاييس الجيولوجية المكوّنة، وأنواع العيوب التي يجب اكتشافها.

الآثار والوقاية من العلاج المشترك

ويعتبر فهم العيوب المشتركة في معالجة الحرارة وأسبابها وأساليب الوقاية أمرا أساسيا لإنتاج عناصر عالية الجودة باستمرار، ويمكن منع العديد من العيوب من خلال تصميم العمليات على نحو سليم، وصيانة المعدات، وتدريب المشغلين.

كراك الفصل

وتشكل شقوق الكينش واحدا من أخطر عيوب المعالجة الحرارية، مما يجعل المكونات غير قابلة للاستخدام، وربما تسبب فشلا كارثيا إذا لم يتم اكتشافها، وهذه الشقوق تتحول أثناء التصفيق بسبب ارتفاع الضغط الحراري والتحويلات التي تتطور مع تبرد المكون بسرعة وتمر بمرحلة تحول، وتنشأ الشق الكينية عادة بتركيزات الإجهاد مثل الزوايا الحادة، أو الفتحات، أو الانتقال السريع للجزء.

ويتطلب منع حدوث عمليات تشجير الكتان الاهتمام بعوامل متعددة، وينبغي أن يقلل تصميم المكونات من تركيزات الإجهاد باستخدام الأشعة السخي، وتجنب الزوايا الحادة، وتوفير الانتقالات التدريجية للفصل، وينبغي أن ينظر اختيار المواد في إمكانية الصقل، مع وجود حد أعلى من القابلية للتأثر، بحيث يسمح باستخدام وسائل الإعلام الأقل صرامة، وينبغي أن يوازن الاختيار المتوسط بين الحاجة إلى معدل مناسب للتبريد من مخاطر التشقق، مع تفضيل الزمان أو التكثيرات المتعددة على المياه عندما يكون من الحرارة فيها مفضل على الماء صلبا.

Distortion and Warping

والاختلال أثناء المعالجة الحرارية ناتج عن التدفئة أو التبريد غير النظامي، والضغوط على التحول التدريجي، وتخفيف الضغوط المتبقية من المعالجة المسبقة، وفي حين أن بعض التشوهات لا مفر منها، فإن التشويه المفرط يمكن أن يتسبب في تجاوز العناصر للتسامح البعدي، مما يتطلب عمليات تصحيحية مكلفة أو تخريد، فالعناصر الطويلة والمندسة يمكن أن تشوه، شأنها شأن المكونات التي لها مستويات جغرافية معقدة أو اختلافات كبيرة.

فالتقليل من التشويه يتطلب اهتماماً دقيقاً لتحديد وتدفئة وتبريد الممارسات واختيار العمليات، وينبغي دعم العناصر على النحو المناسب أثناء التدفئة والتصفيق لمنع التفاخر أو الإقراض تحت وزنها، وينبغي أن يكون التدفئة موحّداً، مع إتاحة الوقت الكافي للتكافؤ في درجات الحرارة قبل التكسير، وينبغي أن يكون الفصل في أقرب وقت ممكن، مع وجود تضليل مناسب وتوجه عنصري.

Spots and Incomplete Hardening

وتتمحور البقع الطفيفة حول المناطق ذات الصلابة المنخفضة التي لا تحددها، نتيجة لعدم كفاية التبريد أثناء التسميد، وهذه العيوب تحدث عادة في المناطق التي تُحمى من المتوفى، مثل المناطق التي تُجرى فيها اتصالات بالتجهيزات، أو المناطق التي تشكل فيها جيوب البخار، أو الأقسام السميكة التي لا تكفي فيها معدلات التبريد لإنتاج الصلص الكامل، وتُخل البقع الطفية بأداء العنصر ويمكن أن تؤدي إلى ارتد أو فشل في الخدمة.

ويتطلب منع البقع اللينة ضمان معدل مناسب للتبريد في جميع أنحاء العنصر، فالتصميم السليم يقلل من مناطق الاتصال ويتيح إمكانية الوصول إلى جميع السطح، كما أن التطريز الكافي يمنع تكوين جيب البخار ويكفل التبريد، أما بالنسبة للمكونات ذات الأقسام السميكة، فيجب اختيار المواد التي تكون ذات قدرة كافية على الصقل، أو قد تكون عمليات التثبيت السطحية أكثر ملاءمة من التركيز من خلال التسكين.

الدفن والتخزين

إن التطهير هو فقدان الكربون من طبقة الصلب السطحية أثناء التدفئة في جو مؤكسد، حيث أن طبقة الديكر المحترقة تقل محتوى الكربون عن المادة السائبة، وبالتالي لا يمكنها أن تحقق الصلصة الكاملة أثناء التكسير، مما يؤدي إلى طبقة سطحية لينة ذات مقاومة ضعيفة، وينتج الاختناق حجما على سطح المكون الذي يجب إزالتها من خلال عمليات التنظيف اللاحقة ويمكن أن يتسبب في تغييرات في البُعد وفي نهاية سطحية الرديئة.

ويستلزم منع التطهير من السموم والأكسدة مراقبة مناسبة للغلاف الجوي أثناء التدفئة، فباستخدام الغلاف الجوي الواقي أو فرون الفراغ أو حمامات الملح يحول دون حدوث هجوم في الغلاف الجوي على سطح المكون، وعندما تستخدم الغلاف الجوي الواقي، فإن التركيب السليم للغلاف الجوي وختم الفرن أمران أساسيان لمنع التسلل الجوي، وقد يكون من الممكن قبول بعض عمليات الحرق في حال حدوث الضرر.

النمو المرتفع المفرط

ويحدث نمو كبير عندما يُحتَجز الفولاذ في درجات حرارة مرتفعة لفترات طويلة، ولا سيما في درجات الحرارة أعلى بكثير من درجة الحرارة الحرجة، ويقلل نمو الحبوب المفرطة من حدة التوتر ويزيد من خطر كسر الشقوق والتشويه، كما أن الهياكل المُقرنة بالزراعة المُحْصَلة بالوزنات تُظهر أيضاً قوة أقل من الضبابية وتزيد من إمكانية التعرض للكسر الرنيع مقارنة بالهياكل المُنَّة.

ويتطلب منع النمو المفرط في الحبوب استخدام درجات حرارة وزمن ملائمة مخففة، وينبغي أن تكون درجة الحرارة المخففة مرتفعة بما يكفي لضمان التحول الكامل إلى الحوسبة وحل العابدين، ولكن ليس مرتفعاً إلى حد أن نمو الحبوب المفرط قد يحدث، وينبغي أن تكون فترات الحضيض كافية لتحقيق التكافؤ في درجات الحرارة والتحول دون إطالة أمدها دون ضرورة، وبالنسبة للمواد المعرضة لنمو الحبوب، فإن عوامل الحد الأدنى للزراعة قد تكون أكثر من حيث

عمليات معالجة الحرارة المتقدمة

وبالإضافة إلى العمليات الأساسية المتمثلة في الحرق والتصفيق والإغراء، تم تطوير العديد من عمليات المعالجة الحرارية المتقدمة لتحقيق مزيج محدد من الممتلكات أو لمعالجة مجالات مختارة فقط من العناصر.

عمليات تسوية القضايا

وتنتج عمليات تصعيد الحالات طبقة سطحية صلبة مقاومة للارتداء على أساس صلب، ومنتج، وتوفر مزيجا مثاليا من الممتلكات للعديد من التطبيقات، وتشمل عمليات الحرق نشر الكربون في طبقة سطحية من الفولاذ المنخفض الكربون في درجات حرارة مرتفعة، وعادة ما تكون 850-950 درجة مئوية، في جو غني بالكربون، وبعد الحرق، يُسحب العنصر إلى طبقة عالية الكربون ذات الحرق النسبي.

ويدخل الترايد النيتروجين إلى طبقة سطحية من الفولاذ عند درجات حرارة تبلغ 500-550 درجة مئوية، ويشكل مركبات النيتريد الصلب التي توفر مقاومة ممتازة للملابس وقوام الدهون، وعلى عكس الحرق، يتم القذف في درجات حرارة دون النقطة الحرجة، وبالتالي لا يلزم التصفيق اللاحق، ولا يُعتبر التشويه إلا أدنى من ذلك، فالتغريم له قيمة خاصة بالنسبة للعناصر التي تتطلب استقراراً عالياًاًاً في البُعد، وبالنسبة للمواد التي يصعب التغلب عليها.

الاختراع

ويستخدم التكرير الإجرائي في توجيه الكهرومغناطيسي لتسخين طبقة سطحية مكون بسرعة، يليه التسريح الفوري لإنتاج حالة مشددة، ويخضع عمق التصعيد لتواتر التدفئة والوقت التدفئة، مع ارتفاع الترددات التي تنتج حالات ضحلة، ويزداد الإجهاد في الإصرار إلى حد بعيد، ويحتاج في كثير من الأحيان إلى ثوان من وقت التدفئة، ويمكن التحكم فيه بدقة لتقويم في مناطق محددة مع ترك عناصر أخرى.

سعة الصمامات

ويستخدم تآكل الذباب لهيب الأوكسي والوقود لتدفئة طبقة سطحية مكون، تليها طلاء الماء لإنتاج حالة مجهدة، مثل التصلب في الحواف، فإن حرقها يتيح التصلب الانتقائي لمناطق معينة، ويناسب بشكل خاص العناصر الكبيرة التي تكون فيها معدات التصلب المعوّق غير عملية، وهذه العملية أقل دقة من التعرّض، ولكنها أكثر مرونة وتتطلب قدرا أقل من الاستثمار في المعدات.

العلاج المسبب للمرض

وتشمل المعالجة المسببة للمرض التحلل إلى درجات حرارة أقل بكثير من درجة حرارة الغرفة، وعادة ما - 80 درجة مئوية إلى -196 درجة مئوية باستخدام النيتروجين السائل، وتحويل أوستنيت المحتفظ به إلى المارتي، وتشجيع تكوين مواسير سداسيات جيدة، وتتم المعالجة عادة بين التسككك والتغريب، ويمكن أن تؤدي إلى تحسين المقاومة، واستقرار البعد البعد البعدي، وأحياناً إلى درجة كبيرة من الثبات.

تطبيقات الصناعة في عمليات معالجة النفايات

وعمليات معالجة الحرارة أساسية في جميع الصناعات تقريبا التي تستخدم المكونات المعدنية، مع اختلاف العمليات والاحتياجات المحددة تبعا لشروط التطبيق والخدمات.

الصناعة الذاتية

وصناعة السيارات هي أحد أكبر مستخدمي المكونات المعالجة بالحرارة، حيث تتراوح التطبيقات بين مكونات المحرك والإرسال إلى أجزاء التعليق والفوضى، وتُسدَّد الطحالب والسرقات والعلامات في العادة لتوفير مقاومة للارتداء مع الحفاظ على القدرة الأساسية، وتُستَحلَّى عمليات التكتل الحرارية، والثبات الرئوي، وتُنقَفَّفَفَض معدلات الإنتاج الربيعي العالية القوة بمقاومة الدهون.

صناعة الفضاء الجوي

وتتطلب التطبيقات الفضائية الجوية أعلى معالجة حرارة عالية الجودة مع مراقبة العمليات الدقيقة وتوثيقها، وتعالج عناصر معدات الهبوط، وأجزاء المحركات، والعناصر الهيكلية معالجة حرارية لتحقيق مزيج أمثل من القوة والقوة والمقاومة الدهونية مع تقليل الوزن إلى أدنى حد، ويستخدم العلاج الحراري الغامض عادة لمنع التلوث السطحي وتحقيق السطحي النظيف اللازم للتفتيش والخدمة، ويستلزم إجراء اختبارات وتوثيقات واسعة النطاق لمعالجة الحرارة الجوية من خلال الطلب على سلامة الطيران.

Tool and Die Manufacturing

وتتطلب الأدوات والوفاة مزيجا محددا من المصاعب، والارتداء بالمقاومة، والقسوة التي لا يمكن تحقيقها إلا من خلال المعالجة السليمة للحرارة، وتصعب عادة أدوات قطع الأشجار إلى أقصى حد مع إطراء الضوء لتوفير مقاومة والاحتفاظ بدرجات عالية، وتزداد صعوبة تحديد درجات الحرارة في الوقت الذي تُبقي فيه على درجة الحرارة العالية، وتُستخدم فيها القدرة على مقاومة الشظايا والتشقق.

Oil and Gas Industry

وتستخدم صناعة النفط والغاز مكونات معالجة حرارة في معدات الحفر والصمامات والمضخات ومكونات الأنابيب، وكثيرا ما تنطوي هذه التطبيقات على بيئات متآكلة، وضغوط عالية، ودرجات حرارة مرتفعة أو مسببة للبكاء، مما يتطلب مواد ذات تركيبات محددة في الممتلكات، ويستخدم الفصل والضغط المغري لتحقيق قوة عالية في الفولاذات الوعرة وفولاذات الصوم الميكانيكية المعالجة المثلى.

معدات التشييد والتعدين

ويجب أن تتحمل عناصر معدات البناء والتعدين أعباء شديدة الأثر، والارتداء البخاري، والظروف البيئية القاسية، وعادة ما تكون أسنان الدلوجة، ومكونات السحق، واللوحات مزودة بأجهزة محاطة أو مرفوعة على سطح الأرض لمقاومة اللبس الشائك، وتُصنع المكونات الهيكلية مثل الازدهار والأطر من الصلب المكبوت والمغري لتوفير قدر كبير من القوة مع حسن القوة والقابلية للذوبان.

الاعتبارات البيئية والمتعلقة بالسلامة

وتشمل عمليات معالجة الحرارة ارتفاع درجات الحرارة والمواد الخطرة واستهلاك الطاقة بدرجة كبيرة، مما يتطلب اهتماماً دقيقاً لحماية البيئة وسلامة العمال، ويجب أن تمتثل مرافق المعالجة الحرارية الحديثة للعديد من الأنظمة البيئية التي تحكم الانبعاثات الجوية، وتصريف المياه، والتخلص من النفايات، مع الحفاظ على ظروف عمل آمنة للموظفين.

وتمثل كفاءة الطاقة شاغلا رئيسيا في المعالجة الحرارية بسبب ارتفاع درجات الحرارة وطول فترات الدورة، وتشمل الأفران الحديثة تحسين العزل، وزيادة كفاءة عناصر التدفئة، والضوابط المتطورة للتقليل إلى أدنى حد من استهلاك الطاقة، وتلتقط نظم استعادة الحرارة النفايات من الأفران وخزانات الكنش لاستخدامها في عمليات أخرى أو في تدفئة المرافق، وتساعد زيادة حجم البطاقات وبرمجة الإنتاج على ضمان أن تعمل الأفران بكفاءة كاملة.

وتشكل عمليات الفصل عدة تحديات بيئية، ويمكن أن تولد أجهزة التكتل النفطية الدخان والبخرة التي يجب أسرها ومعالجتها قبل أن تفرغ للغلاف الجوي، ويجب التخلص من النفط المخفف أو إعادة تدويره على النحو المناسب، وقد يتطلب ذلك معالجة المواد المستطيلة من المياه قبل تصريفها لإزالة الملوثات، كما أن المستنكفين من البوليمرات يقدمون مزايا بيئية على النفط، بما في ذلك انخفاض الانبعاثات وسهولة معالجة النفايات، مما يسهم في زيادة شعبيتها.

وتتطلب سلامة العمال في عمليات المعالجة الحرارية الحماية من درجات الحرارة العالية، والمعدات المتحركة، والمواد الخطرة، كما أن المعدات الواقية الشخصية الصالحة، بما في ذلك القفازات المقاومة للحرارة، والدروع الواقية، والملابس الواقية، هي عناصر أساسية، حيث أن نظم المناولة الآلية تقلل من تعرض العمال لدرجات حرارة عالية وحمولات ثقيلة، وتزيل نظم التهوية الخرسانية الصمامة وتحافظ على ظروف العمل المريحة، كما يكفل التدريب المنتظم أن يفهم العمال المخاطر والإجراءات المناسبة اللازمة للتشغيل الآمن.

الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا معالجة النفايات

ولا تزال تكنولوجيا معالجة الحرارة تتطور، مدفوعة بمطالب تحسين النوعية، وخفض التكاليف، والاستدامة البيئية، ويجري تطوير نظم متقدمة لمراقبة العمليات باستخدام المعلومات الاستخبارية الاصطناعية والتعلم الآلاتي من أجل تحقيق الحد الأمثل من معايير المعالجة الحرارية في الوقت الحقيقي، وتحسين الاتساق والحد من استهلاك الطاقة، ويمكن لهذه النظم تحليل كميات كبيرة من بيانات العمليات لتحديد المعايير المثلى والتنبؤ بقضايا النوعية المحتملة قبل حدوثها.

وقد أخذت أدوات المحاكاة والنمذجة تتطور بشكل متزايد، مما يتيح للمهندسين التنبؤ بنتائج المعالجة الحرارية قبل تجهيز المكونات الفعلية، ويمكن لتحليل العناصر الزائفة أن يُعدّ توزيعاً لدرجات الحرارة، وعمليات التحول التدريجي، وتطوير الإجهاد أثناء المعالجة الحرارية، مما يساعد على تحقيق أفضل مستوى للعمليات ويمنع العيوب، وهذه الأدوات قيمة بوجه خاص بالنسبة لتطوير عمليات معالجة الحرارة بالنسبة للمواد الجديدة والمكونات الأرضية المعقدة، مما يقلل من وقت وتكلف عملية تطوير العمليات.

فالصناعة المضافة تخلق تحديات وفرصا جديدة لمعالجة الحرارة، وكثيرا ما تكون للمكونات التي تنتجها الطباعة بواسطة 3D هياكل صغيرة فريدة وأنماط للإجهاد المتبقية تتطلب نُهجا متخصصة لمعالجة الحرارة، كما أن معالجة الحرارة ضرورية لتحقيق أفضل خصائص في المكونات المعدنية المصنعة بصورة مضافة، ويجري تطوير عمليات جديدة خصيصا لهذه المواد، كما أن القدرة على إنتاج قياسات جغرافية معقدة من خلال التصنيع المضاف يتيح أيضا تصميمات الجديدة التي تستفيد من المعالجة الحرارية الانتقائية لتحقيق أداء الممتلكات.

وتدفع الشواغل المتعلقة باستدامة الطاقة إلى تطوير عمليات ومعدات أكثر ملاءمة للبيئة لمعالجة الحرارة، إذ يؤدي انخفاض ضغط السجاد وارتفاع ضغط الغاز إلى خفض أو إزالة الحاجة إلى كشب النفط وما يتصل به من مسائل بيئية، ويقلل تحسين تصميمات الفرن والضوابط استهلاك الطاقة، كما أن وسائل التكسير البديلة مثل كتلات البوليمر والزيوت القائمة على النبات توفر مزايا بيئية على الزيوت التقليدية القائمة على النفط.

For more information on metallurgical processes and materials science, visit ASM International, a leading professional organization for materials scientists and engineers. Additional resources on heat treatment standards and specifications can be found at ]SAE International. The National research techniques[FT

خاتمة

إن عمليات معالجة الحرارة، والتصفيق، والتمثيل، والأدوات الأساسية في ترسانة الميكالورجيين، من أجل السيطرة على ممتلكات الفلزات والسبائك وتحقيق الحد الأمثل لها، وهذه العمليات، استنادا إلى دورات حرارية خاضعة للمراقبة بعناية، تتيح تحويل المواد لتلبية متطلبات الطلب في التطبيقات الهندسية الحديثة، وتوفر آنالنغ المرونة والقابلية للارتداء اللازمين لتكوين الإجهاد والتشويش في الوقت نفسه.

ويتطلب النجاح في تطبيق المعالجة الحرارية فهما عميقا لعلوم المواد، ومراقبة العمليات بدقة، والمعدات المناسبة، وضمان الجودة الصارمة، ويجب أن ينظر اختيار بارامترات المعالجة الحرارية في التركيبة المادية، والتقديرات الجيولوجية المكوّنة، والممتلكات المرغوبة، وشروط الخدمة، وتستخدم مرافق المعالجة الحرارية الحديثة معدات متطورة، وضوابط متقدمة، واختبار شامل لضمان تحقيق نتائج متسقة وراقية الجودة، مع استمرار تطور عمليات المعالجة الحرارية، وإدراج تقنيات جديدة، وتحسين المعدات التحويلية، وتعزيز مراقبة العمليات.

ولا يمكن الإفراط في تقدير أهمية المعالجة الحرارية في الصناعة الحديثة، إذ إن من المكونات الآلية التي توفر النقل الآمن والموثوق إلى الأجزاء الفضائية الجوية التي تتيح الطيران، من الأدوات التي تشكل مواد أخرى إلى العناصر الهيكلية التي تدعم المباني والهياكل الأساسية، والعناصر المعالجة بالحرارة، هي عناصر أساسية للحياة الحديثة، فهم هذه العمليات الأساسية - آلياتها وتطبيقاتها، والقيود - وهي أساسية للمهندسين والميتالورجيين، ومهنيين الصناعة التحويلية الذين يعملون على تطوير وإنتاج مكونات عالية الجودة.