فهم دور المقياس الهيدروكربوني - الحديدي في تطوير الفولط غير المغنطيسي

الصلة بين البنية الدقيقة والاختبارات المغناطيسية في السل

والسلوك المغناطيسي في الفولاذ نابع من الترتيب الذروي ومن التواؤم الإلكتروني للذرات الحديدية، وتظهر في الحرف (الك الحديدية المكعبة) ضعف الخصيص في درجة حرارة الغرفة بسبب هيكلها البلوري وقلة كربونها، غير أن خصائصها المغناطيسية تتأثر بشدة بحجم الحبوب، والاختلالات، ووجود مراحل ثانية مثل الأسمنت، والزراعة.

ومن ناحية أخرى، يوجد في أوستنيت هيكل مكعب مهيأ للوجه، وهو شبه مغنطيسي في جميع درجات الحرارة - يعني أنه لا يظهر مغناطيسا دائما، ويتمتع بسعة مغناطيسية نسبية قريبة من 1 (مثل الهواء أو الفراغ) مما يجعل من المحصول المثالي للفولاذات غير المغنطيسية، غير أن درجة الحرارة المتطاولة لا تتجاوز سوى درجة حرارة الجسم ألف في مستويات منخفضة من الكربون.

كما أن كمية وتوزيع الرافعات - خاصة الأسمنت - تؤثر أيضاً على الأداء المغناطيسي، وتميل الفولاذات ذات المحتوى الكربوني الأعلى إلى تكوين المزيد من الأسمنت عند التبريد، وزيادة الاستجابة المغنطية، بل إن الكميات الصغيرة من المهيمنات الخصبية يمكن أن تخفض الخواص غير المغنطية لعنصر ما، وبالتالي فإن التحكم في محتوى الكربون والعلاج الحراري لمنع تهيبة الكاربيدية هو المقياس الأول(27).

دور وحدة الكربون في تحقيق السلوك غير المغنطيسي

ومحتويات الكربون هي أول متغير يتم تناوله عند استخدام مخطط الكربون للتصميم الفولاذي غير المغنطيزي، أما بالنسبة للصلب الذي يُقصد به أن يكون له هياكل صغرية خصبة، فلا بد من إبقاء الكربون منخفضاً إلى أدنى حد من 0.02 في المائة بالوزن، مما يجعل تركيبة المنطقة المحمّدة ذات المرحلة الواحدة في درجة حرارة، حيث لا يوجد قدر كاف من الكربون في شكل كميات كبيرة من الإسمنت.

غير أن التكوين الطفيف ليس غير مغنطيسي تماماً، بل إنه لا يزال يظهر بعض الاستجابة المغناطيسية بسبب الإلكترونية غير المأهولة في التمرين الحديدي، فبالنسبة للحد الأدنى من القابلية للذوبان المغناطيسي، يفضل الفولاذ المغنطيسي، ويحقق استقراراً في درجة حرارة الغرفة، ويؤدي الكربون دوراً مزدوجاً، أولاً، إن تركيب الكربون هو مثبت بنسبة مئوية من الحديد

ولذلك، فإن الكربون، بالنسبة للفولاذ غير المغنطيسية غير القابل للذوبان (مثل 304 أو 316)، يظل منخفضاً (بدون 0.08 في المائة) للتقليل من تكوين الكربيدات، في حين أن النيكل والمنغنيز يضافان إلى استقرار الأوستنت، أما بالنسبة للفولاذ المغنطيني العالي الكربون المستخدم في تطبيقات مقاومة للارتداء (مثل فولاذ هادفيلدي المنغني، الذي يحتوي على نحو 1.0-1.4 في المائة)

استراتيجيات معالجة الحرارة مسترشدة بمقياس المرحلة

أما المعالجة بالهواء فهي حيث يصبح رسم الخرائط الكربونية أداة تشغيلية، أما بالنسبة للفولاذ غير المغنطيسي، فإن الهدف هو إنشاء وصيانة بنية مصغرة خالية من المراحل الفائقة الحرارة، وتشمل دورة المعالجة الحرارية العادية تسخين الفولاذ إلى منطقة الأوستنيت الوحيدة (فوق خط الألف 3) والاحتفاظ به لضمان حل كامل للمحتوى الفرطي للكربونات.

وبعد التهدئة، يحدد مسار التبريد الهيكل النهائي للميكرومرات، أما بالنسبة للفولاذ الخصبي غير المغنطيسي، فإن التبريد البطيء )تبريد الهواء أو التبريد المتحكم به( يتيح التحول إلى التخصيب والرسمية بدلا من الأسمنت، فالغاز الخماسي غير المغنطيسي والناعم، الذي يمكن أن يكون مفيدا، ولكن بالنسبة لمعظم التطبيقات التجارية، لا يعرف الفولاذ الأسمدة تماماً.

وبالنسبة لفولاذ المنغنيز الهادفيلدي، تنطوي المعالجة الحرارية على الاستيعاب عند حوالي 1050 درجة مئوية، يليها التكتل المائي، ويحتفظ هذا بالهيكل الأوستنتي في درجة حرارة الغرفة، ويعطي الفولاذ طابعه غير المغنطيسي وشديده، وإذا ما تبريدت ببطء شديد، فإن الكاربيدات تفتت على طول الحدود، وتخفض من الصرامة، وتضع المقاييس في المعالجة.

Post-treatment stress relief is sometimes performed at temperatures below 300°C to avoid any phase transformations. The diagram reminds us that at these low temperatures, in the absence of deformation, the micro structure is stable, and no magnetic phases will form if the composition is correct.]

Alloying Elements and their Effect on the Phase Diagram

وفي حين أن الرسم البياني الثنائي للكربون هو الأساس، فإن الصلب غير المغنطيزي العملي هو سبائك متعددة العناصر، كما أن عناصر مثل النيكل والمنغنيز والنحاس والنيتروجين تتحول جميعها إلى حدود المرحلة، ويشهد النيكل والمنغنيز مثبتات أوستنت؛ ويخفضون درجة حرارة الـ A4 ويرفعون درجة حرارة الـ3 فيما يتعلق بالرسم البياني، ويزيدون درجة الحرارة بنسبة 8 في المائة إلى حد أدنى.

وبعض العناصر، مثل الكروم والموليبدينوم والسيلكون، هي مثبتات للخصوبة، وهي تتقلص في المجال الأوستنيتي ويمكنها تعزيز تكوين الأسمدة الدلتا في درجات حرارة عالية أو في درجة حرارة الغرفة، أما بالنسبة لتصميم الفولاذ غير المغنطي، فلا بد من حساب التوازن بين المثبتات المحسوبة والخصيبة بدقة، كما أن الرسم البياني للكربونات المستخدمة كنقطة بداية، ولكن بالنسبة لجميع المواد المركبة

فالكربون نفسه مثبت قوي للمستعمرات، ولكن يجب أن يُدار تركيزه لتجنب تكوين الكاربيدات، ونيتروجين، الذي هو مثبت للكربون، ولا يشكل مبردات، ويمكن أن يحل جزئياً محل الكربون في بعض الصلبات غير المغنطية ذات الصبغة المغنطية، والفولاذ النيتروجين العالي (مثلاً، يحتوي على 0.3.6 في المائة من النيتروجين)

التطبيقات العملية للفولاذ غير المغنطيسية ودور الديغرام

فالفولاذ غير المغنطيسي لا غنى عنه في مجموعة من التكنولوجيات، ففي نظم الطاقة الكهربائية، تتطلب نواة المحولات قدرة مغناطيسية منخفضة على التقليل إلى أدنى حد من الخسائر الأساسية، وقابلية التدفق العالية لتراكمات التدفق الكفؤ، ومع ذلك، تستخدم الصلب غير المغنطيسي في أجزاء هيكلية لتجنب تشوه الحقول المغناطيسية، وكذلك في أجهزة التلقيم المغناطيسي التي لا تتدخل في تركيبات المغناطيسية.

فرسم الخرائط بالكربونات الحديدية يؤدي دورا في تصنيع هذه الأجزاء، مثلا، عندما يلقي الضوء على مكونات فولاذية ضخمة من الصمامات النفطية والغازية (حيث تكون الممتلكات غير المغنطيسية لازمة لتجنب التدخل في معدات الاستشعار)، يجب التحكم في معدل التبريد بعد الصبغ لمنع التكوين التدريجي غير القابل للتلف، ويساعد الرسم البياني على التنبؤ بمدى الفصل وخطر التحول الحراري المختار.

وتشمل التطبيقات الأخرى طاقات الحفر غير المغنطيسية للحفر التوجيهي، ومقاطعات فراغ في أجهزة كسر الدوائر، ومكونات في أجهزة التناوب العالية السرعة التي يجب فيها التقليل إلى أدنى حد من الخسائر الحالية الناشئة، وكثيرا ما تكون هناك حاجة إلى التحكم في قابلية الاختراق المغناطيسي إلى مستويات تقل عن ١,٠١ )مما يتصل بكسر الدائرة(، ويوفر الرسم البياني للكربون أول معالجة للكميات المحتوية على الكربون.

التحديات والقيود في استخدام مقياس المرحلة

وعلى الرغم من فائدتها، فإن رسم الخرائط المحتوية على كميات محدودة، فهي تمثل أولاً ظروف التوازن، التي نادراً ما تتحقق في التجهيز الصناعي، والتبريد الفعلي هو عدم التوازن، مما يؤدي إلى حدوث مجازف مثل الرستنت أو الطين، ولا يمكن للرسم البياني أن يتوقّع مباشرة هذه المراحل؛ ولا بد من وجود مخططات إضافية (TTT and CCT curves)().

وثمة تحد آخر هو أن الممتلكات غير المغنطيسية ليست ثنائية تماما؛ فهي تتوقف على حجم المرحلتين المغناطيسية وتكوينها؛ بل إن كمية صغيرة من الأسمدة الداهنية الحديدية في مصفوفة أوستنية يمكن أن تسبب استجابة مغناطيسية قابلة للقياس، وأن الحد الأقصى للشهادة غير المغنطية (مثلا، بالنسبة للمستويات A888 أو المشابهة للكربون) كثيرا ما يكون قابلا للاختراق الدقيق للتحكم في نقطة البداية.

وأخيراً، لا يُعزى الرسم البياني إلى التحول الذي يسببه السلال، إذ إن إيواء الفولاذ المشبع بالعمل يمكن أن يؤدي إلى تضليل الطفيلي الذي يسببه التشوه، وهو ماغني، وهذه مشكلة في المكونات المزودة بالأجهزة المزودة بالأجهزة المزودة بالأجهزة المزودة بالأجهزة المزودة بالأجهزة المزودة بالأجهزة الكهربائية، ولا يمكن للرسوم أن تُحدِّد إلى أدنى حد من المخاطر التي تُحدِّدّها.

خاتمة

ولا يزال رسم مخطط مرحلة الكربون الحديدي أداة أساسية في تطوير الفولاذ غير المغنطيسي، ومن اختيار مستويات الكربون المناسبة لتصميم دورات العلاج الحراري التي تزيد من استبقاء المركب وتخفض إلى أدنى حد من تكوين الكربيدات، فإن الرسم البياني يوفر الإطار الديناميكي الحراري اللازم لتصميم الهياكل الدقيقة، وفي حين أن الفولاذات في العالم الحقيقي، مع الحد الأدنى من الارتداد المركب وغير المتوازن، يتطلب بيانات إضافية