Table of Contents

مقدمة إلى شركة ماغنيسيوم للخطوط الهندسية

وقد أصبحت سبائك المغنيسيوم مادة اختيار للمهندسين الذين يصممون مكونات هيكلية خفيفة الوزن عبر الفضاء الجوي والسيارات والصناعات الإلكترونية الاستهلاكية، حيث أن كثافة المواد التي تبلغ نحو 1.74 غ/كميل3 - أي أقل بنسبة 33 في المائة تقريبا من الألمنيوم و 75 في المائة من الفولاذ - فإن هذه المحاور توفر نسبة استثنائية من القوة إلى الوزن تترجم مباشرة إلى كفاءة في الوقود، وانخفاض في الانبعاثات، وتحسين القدرة على معالجة الحمولة الأكليل.

إن الخصائص المتأصلة للمغنيزيوم - هيكله البلوري المكشوف ومنظوماته المحدودة من الزلازل في درجة حرارة الغرف - تتيح فرصا وقيودا على السواء، وتعالج المعالجة الحرارية السليمة هذه القيود بتعديل حجم الحبوب، وتحلل المراحل الثانوية، وتهيأ الجسيمات المقوى، وتوفر هذه المادة فحصا شاملا لعمليات المعالجة الحرارية في سبائك المغنيسيوم، والآليات الميتالورجية التي تدفع إلى تحسين وزن الممتلكات، ويجب أن تُعالج الاعتبارات العملية.

Understanding Magnesium Alloy Systems and their Metallurgy

عناصر التكوين والحياكة

وترتكز سبائك الماجنيسيوم على المغنزيوم مع إضافة مختارة بعناية إلى عناصر مثل الألمنيوم والزنك والمنغنيز والسيليكون والكالسيوم والفلزات الأرضية النادرة (بما في ذلك العسير والنيوديوم واليتريوم) وفي بعض الحالات، يؤدي كل عنصر من عناصر الصقل إلى وظيفة قياسية محددة.

Cast against Wrought Magnesium Alloys

وتستجيب الفئتان العامتان من سبائك المغنيسيوم - الصبغة والهجوم - بشكل مختلف إلى المعالجة الحرارية، وتُحدد المحارم المصنوعة من التكوين والمجهزة عادة بصبغ الرمل أو الصبغة الدهنية الدائمة، وهي أكثر الطرق استخداما في التطبيقات الهيكلية.

مقاييس المرحلة وتطور الهياكل الأساسية

ويكمن الأساس المميت للجراحة لمعالجة السواحل المغنسية في مخططاتها في المرحلة، وفي نظام Mg-Al، ينتج التفاعل الدقيق مزيجا من الحل الصلب ألفا، وينطوي على تسلسل حراري متعدد الفلزات Mg17Al12، ويحول هذا التسلسل الصنعي الذي يتحول إلى مرحلة متقدمة في مرحلة ما قبل النزاع ألفا، ويخلق زيادة في التسلسل الصلب المستقر.

عمليات معالجة مياه المهبل

العلاج

إن معالجة التسول، المعروفة أيضاً باسم التحلل، تنطوي على تسخين سبائك المغنيسيوم إلى درجة حرارة في المرحلة الواحدة من ألفا، وعادة ما تتراوح بين 380 درجة مئوية و560 درجة مئوية تبعاً لتكوين السكك الحديدية، والغرض من ذلك هو حل المراحل المتداعية بين الفلزات إلى مصفوفة المغنزيوم، وتحقيق حل متجانس للخلية ألف 91، معالجة الحل عند 410 درجة مئوية

العمر الاصطناعي (الحد الأقصى للتنقيب)

وينتج عصر التأهل الحراري الذي يتبع معالجة الحل والتصفيق، ويعاد تسخين السبيكة إلى درجة حرارة متوسطة تتراوح عادة بين ١٥٠ درجة مئوية و ٢٥٠ درجة مئوية، ويحتفظ به لفترة محددة سلفا للسماح بالتهيج المراقب لتقوية المراحل من المصفوفة المشبعة، ويؤثر ارتفاع درجة الحرارة والوقت تأثيرا مباشرا على حجم وتوزيع وتزامن المحركات الميكانيكية التي تبلغ ١٦٨ درجة مئوية.

إعادة تركيب الأنالينغ

وتتوقف المحار المغنزيونية التي تتعرض للإبادة أو التدحرج أو التطوير على هياكل مصغرة شديدة التحلل مع وجود أحشاء متخلفة، وزيادة كثافة التشت، والنسيج البوليرمي القوي، وتشتمل عملية إعادة التوازن إلى مستويات الحرارة على نحو غير متجانس، على تسخين المحار إلى درجة حرارة أعلى من عتبة الاستجمام - التي عادة ما بين 250 درجة مئوية و400 درجة مئوية -

الإغاثة آنالينغ

وبالإضافة إلى دورات المعالجة الأولية للحرارة، كثيرا ما يُطبق تخفيف الضغط على عناصر سبائك المغنيسيوم التي تم تركيبها أو إشعالها أو إخضاعها للعمل البارد، وهذه المعالجة المنخفضة الحرارة التي تُجرى عادة عند 200 درجة مئوية إلى 300 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة إلى ثلاث ساعات، تقلل من الضغوط المتبقية دون أن تُحدث تغييرا كبيرا في أبعاد التهطال أو هيكل الحبوب.

Heat Treatment of Specific Magnesium Alloy Systems

AZ Series (Mg-Al-Zn)

وتمثل سلسلة التكوين، بما فيها AZ91 وAZ31 وAZ61، أكثر الأسر استخداما من سبائك المغنيسيوم، وتستجيب مجموعة الألف 91 من العجلات، وتستجيب بشدة لـ 6 من المعالجة الحرارية - معالجة تبلغ 350 درجة مئوية لمدة 16 ساعة، ودرجة الحرارة الاصطناعية عند 168 درجة مئوية لمدة 16 ساعة، وتزيد هذه الدورة من قوة التراكمية التي تبلغ في نهاية المطاف 150 درجة مئوية.

AM Series (Mg-Al-Mn)

(أ) تُستخدم في تطبيقات التلفزة بالسيارات حيث يتم تحديد أولويات القابلية للاختلال واستيعاب الطاقة على أقصى حد ممكن، وتحتوي هذه السكك الحديدية على محتوى أقل من الألفينوم (AZ91) مما يؤدي إلى انخفاض حجم المرحلة (Mg17Al12)

ZK Series (Mg-Zn-Zr)

(ز ك 60) هو سبائك متطور جداً يُحقق خصائص ميكانيكية ممتازة من خلال الشيخوخة، وتشمل دورة المعالجة الحرارية للزك 60 عادة معالجة حلية تبلغ 500 درجة مئوية لمدة ساعتين إلى 4 ساعات، وتصفح المياه، وتُعدّد الاصطناعيات عند 150 درجة مئوية لمدة 24 ساعة، ويمكن أن يتجاوز حجم العائد الناتج 330 درجة مئوية مع مقاومة جيدة للخصوبة وكميات الدهون.

مجموعة من الأسلحة النووية (Mg-RE-Zr)

ويتكون الموقع الشبكي W43 وW54 من سبائك مغنيسيوم تحتوي على اليتريوم وعناصر أرضية نادرة إلى جانب الزركونيوم، مصممة لخدمة درجات الحرارة المرتفعة حتى 300 درجة مئوية، وتظهر هذه السواحل مقاومة شديدة والاحتفاظ بالقوام في درجات حرارة عالية، مما يجعلها مناسبة لمكونات المحركات ومساكن الانتقال، وتشمل المعالجة الحرارية للشبكة دورة طولها 6: معالجة الحل عند 525 درجة مئوية لمدة 4 ساعات و 8 ساعات

AE Series (Mg-Al-RE)

AE44 هي سباحة للبث الغذائي تجمع بين الألمنيوم وضباب الأرض النادرة الغنية بالسيريوم، وتزيد إضافة الأرض النادرة من المقاومة المزروعة والقوة العالية الحرارة مع الحفاظ على القدرة على الصبغة الجيدة، وكثيرا ما تتبع معالجة الحرارة في AE44 درجة حرارة طولها 5 درجات - وهي شيخوخة اصطناعية مباشرة بعد القذف دون معالجة مسبقة - عند 200 درجة مئوية من القوة المحركية لمدة 4 إلى 6 ساعات.

استحقاقات العلاج السليم للصدمات

التحسينات في القوة والصعوبة

وتتمثل أهم الفوائد المباشرة للعلاج الحر في الزيادة الكبيرة في القوة الضاربة والعائدية، ويمكن أن يؤدي التصلب التهجي من خلال مقياس T6 إلى زيادة القوة بنسبة 40 في المائة إلى 70 في المائة مقارنة بالوضع الذي كان قائماً أو كان متخلفاً، فعلى سبيل المثال، تحقق المنظمة قوة تفوق 300 إم بي أي بعد المعالجة الكاملة من قبل T6، مما يجعلها قادرة على المنافسة مع العديد من المحارين الألمنيوم على أساس محدد من القوة.

تعزيز القابلية للدوافع والسعال

وفي حين أن المعالجة الناشئة تستهدف أساساً القوة، فإن إعادة تركيب القاع تؤدي إلى تحسين كبير في الخصوبة وفي صعوبة الكسور، فإن السبيكات التي تصيبها مثل AZ31، بعد أن تُنقّل بشكل سليم، يمكن أن تحقق مستويات تتراوح بين 15 و 25 في المائة، مما يتيح عمليات السحب العميق والتكوين المعقدة، وفي حالة القذف، فإن المعالجة الحلية تفكك شبكات التعبئة الحكيمية التي تعمل على أساس الضبط.

تحسين مقاومة الكوروسيون

وتؤثر معالجة الحرارة على سلوك المحار المغنزيوم من خلال التغيرات في التوزيع التدريجي والتجانس الكيميائي، وفي منطقة AZ91، تؤدي معالجة الحل إلى خفض نسبة التراكم في المرحلة البترولية من حيث الحدود، مما يقلل من التآكل السطحي المستقر، غير أن الشيخوخة يمكن أن تؤدي إلى إعادة ظهور عوامل تآكل دقيقة تخلق خلايا ملحية، مما قد يؤدي إلى زيادة معدلات التآكل السطحي في حالة عدم وجود معالجتها.

مقاومة الغراب في المواقف المتصاعدة

وبالنسبة للتطبيقات التي تنطوي على حمولات مستمرة عند درجات الحرارة فوق 100 درجة مئوية، مثل مكونات المحرك أو الهياكل القريبة من الظهور، تصبح المقاومة الزائفة شديدة الأهمية، وتتطور معالجة السبيكة في سبائك المغنيزيوم النادرة التي تحتوي على الأرض، مراحل هطول مستقرة حرارياً تحصر حدود الحبوب وتعرقل تسلق التفكك، ويحتفظ الموقع الشبكي التالي بأكثر من 80 في المائة من قوة حرارة غرفه عند درجة حرارة 250 درجة مئوية، وهو مستوى أداء يتطلب تحسيناً في مرحلة ما قبل التسلسل.

التحديات والنظر في معالجة الحرارة

الاختلاط والقابلية للاشتعال

وتتفاعل السبيكة المغنزية بشكل كبير في درجات الحرارة المرتفعة، مما يشكل خطرا كبيرا على السلامة أثناء المعالجة الحرارية، ويمكن أن تشتعل في الهواء حوالي 450 درجة مئوية، وتشتعل فيها النيران ذات اللهب الأبيض الشديد التي يصعب إطفاؤها، ولهذا السبب يجب التحكم في الغلاف الجوي الفرني لمنع الاتصال بالأكسجين.

مراقبة النمو في المناطق الحضرية

وفي حين أن التصليح ونمو الحبوب هما عمليتان ضروريتان لاستعادة القدرة على التخصيب، فإن ارتفاع معدل التحلل في الحبوب يؤدي إلى تدهور الممتلكات الميكانيكية، فالنمو في الحبوب هو عملية تخضع للسيطرة على الانتشار وتتسارع بدرجة الحرارة والزمن، وبالنسبة للعناصر الهيكلية المحسنة، ينبغي أن تظل درجات الحرارة في العلاج الحراري منخفضة قدر الإمكان، مع تحقيق التغييرات المنشودة في البنية المجهرية.

الإجهادات المتبقية والتخريب

فالتبريد السريع أثناء التسكينات يستحدث التدرج الحراري الذي يولد ضغوطا متبقية داخل العنصر، وهذه الضغوط يمكن أن تسبب التشوه، ولا سيما في الأجزاء ذات الجدران العالية أو غير المتناظرة، مما يؤدي إلى حدوث انحرافات في البعد تتطلب معالجة حرارة بعد التسخين أو الرفض، والتحذير يمثل مشكلة خاصة بالنسبة للألواح الكبيرة والأقسام المذبة المستخدمة في هياكل الفضاء الجوي.

تحقيق المستوى الأمثل من الوعي بالكمي والارتداد

وتظهر مختلف المحاور المغنزية حساسية مختلفة لمعدل الشك، إذ أن بعض المحاور، ولا سيما تلك التي تحتوي على مادة من مادة الألمنيوم العالية، تتطلب التبريد السريع للإبقاء على الحل الصلب المسبق للشيخوخة اللاحقة، كما أن بعضها الآخر، مثل تلك التي تحتوي على أرض نادرة، يمكن أن يتساهل مع معدلات التبريد البطيئة دون أن يلحقها قدر كبير من القدرة على استيعاب العمر.

التثبيت السطحي والتدبير

وفي أثناء المعالجة الحرارية العالية الحرارة، يمكن أن تتفاعل السبيكات المغنزية مع ما تبقى من الأكسجين أو بخار الماء أو الأنواع المحتوية على الكربون في الغلاف الجوي الفرني، وقد يؤدي تأكسد السطح وتكوين أكاسيد المغنزيوم أو طبقات الهيدروكسيد إلى تقويض مقاومة التآكل والتدخل في عمليات التغليف أو الانضمام اللاحقة، وفي الحالات القصوى يمكن أن تحدث عوامل التكسير الحرارية التي تخفف من سوائل السطحية.

تطبيقات في العناصر الهيكلية للوزن الخفيف

الهياكل الفضائية الجوية

وتقيم صناعة الفضاء الجوي المحاور المغنزية لوفورات وزنها في المكونات الهيكلية غير الحرجة، وتستخدم الشبكة العالمية (W43) المعالجة بالهواء في مبانٍ للطائرات العمودية، وخياطة المحركات، وأطرا للمقعد حيث يكون الاحتفاظ بحجم القوة عند درجات الحرارة المرتفعة أمرا أساسيا، وكثيرا ما يؤدي انخفاض وزن عناصر نقل المغنيزيوم إلى تحسين اقتصاد الوقود والقدرة على التحميل، وفي الطائرات الثابتة، تستخدم المحاورات المغنزية في هياكل داخلية.

الوزن الخفيف

وقد أخذت شركات التصنيع الآلية تعتمد على نحو متزايد سبائك المغنيسيوم بالنسبة للمكونات الهيكلية كجزء من استراتيجيات ترجيح المركبات، وتستخدم مركبات الصواريخ AM60 وAZ91 في أجهزة الدفع المتحركة، وأطر المقاعد، وأحزمة الألواح، والحالات التي تنقلها، وقابلت معالجة البطاريات الحرارية - التي عادة T5 أو T6 - متطلبات معالجة مكثفة للقوى والطاقة، بينما تساعد 30 في المائة على معالجة مكافئات من الصلبة.

المواد الإلكترونية الاستهلاكية والأجهزة النقالة

ويستخدم قطاع الإلكترونيات الاستهلاكية سبائك المغنيسيوم المعالجة بالحرارة للفوضى المحمولة، والأطر المأة، وهيئات التصوير، والهياكل الداخلية ذات السماعات الذكية، وينتج الجمع بين الوزن الخفيف، والثبات الكهرومغناطيسي، والثغرة المغناطيسية خيارا جذابا لأجهزة أقساط التنظيف، ويحتاج التلقيح المتحرك الدقيق، والهجائن إلى معالجة حرارية على نحو يرتطام دون تشوه.

المعدات العسكرية ومعدات الدفاع

وتستفيد التطبيقات الدفاعية من وفورات الوزن التي توفرها سبائك المغنيسيوم في المعدات المحمولة، ونظم الأسلحة، وعناصر المركبات، وتستخدم سبائك المغنيسيوم المعالجة بالهواء في لوحات قاعات الهاون، ومساكن نظام التوجيه، والأطر الهيكلية للالكترونيات المحمولة، وتكتسي المواصفات العسكرية أهمية حاسمة في هذه التطبيقات، وكثيرا ما تفرض متطلبات إضافية لمقاومة التآكل، وعملية المعالجة الطويلة الأجل في بيئات القاسية.

تحقيق الاستخدام الأمثل لعملية الشيخوخة من خلال الأساليب الحاسوبية

ويحول النموذج الحاسوبي تطوير عملية معالجة الحرارة في سبائك المغنيسيوم، وتتيح قواعد البيانات الحرارية الدينامية والمحاكاة في الحقول المرحلة للمهندسين التنبؤ بتشكيلات حركية التهطال، ونمو الحبوب، وتطور الممتلكات، بوصفها وظائف من حيث الوقت ودرجة الحرارة، ويمكن أن تحدد الجداول الزمنية للتعلم الماكين التي يتم تدريبها على مجموعات البيانات الكبيرة من نتائج المعالجة الحرارية الدورات المثلى لتطبيقات الملكية المعينة، مما يقلل من الحاجة إلى إجراء تجارب سريعة.

التحديث السطحي عبر لازر و إلكترون بيام

ويوفر العلاج السطحي للأشعة الليزرية والكهربائية طريقة دقيقة لتعديل الهيكل الجزئي القريب من السطح لمكونات السواحل المغنيسيوم دون معالجة حرارة السائبة، وينتج الذوبان السطحي والترسيب السريع هياكل محسنة ومزيد من المرونة الصلبة، ويعزز صعوبة السطح ويقاومه، ويدخل التبول في الأشعة المكثفة ضغوطا متبقية تؤدي إلى تحسين الحياة المهينة.

المعالجة المسببة للمرض

ويجري استكشاف المعالجة المسببة للمرض - وهي تبريد السكك الحديدية إلى درجات الحرارة المبردة، التي تستخدم النيتروجين السائل عادة - بوصفها مكملا للعلاج الحراري التقليدي للمحار المغنسيوم، وتخفض عملية التبريد القصوى هيكل الحبوب، وتخفف من حدة التوترات المتبقية، ويمكن أن تعزز تكوين المهيستيرات الدقيقة خلال الشيخوخة اللاحقة، وقد أظهرت الدراسات المبكرة بشأن الازدحام والارتداد في المقاومة بعد دورات البحثية التي يمكن معالجتها بالبكاء.

مبدئيا متقدمين من طراز T7 و T6 لتحسين جمعيات الممتلكات

ويواصل مطورو الطيارات صقل دورات الإغراء لدفع حدود القوة، والقابلية للاختلال، ومقاومة التآكل، ويستخدم الإفراط في التغليف (المتوسط) في بعض السواحل لتحسين مقاومة الإجهاد والقسوة، ولا سيما في التطبيقات الفضائية الجوية، حيث يمكن أن تؤدي عناصر النمو في المرحلتين إلى زيادة درجة الحرارة عند مستوى أعلى من درجة الحرارة في عمليات التوزيع المغذية، ومن ثم تحقيق درجة حرارة أعلى.

الاستنتاجات

إن معالجة الحرارة أداة لا غنى عنها لتحقيق الإمكانات الكاملة للمحار المغنزييوم في التطبيقات الهيكلية ذات الوزن الخفيف، ومن خلال دورات معالجة الحل، والشيخوخة الصناعية، والحرق، يمكن للمهندسين أن يصمموا الهيكل الجزئي لهذه السكك الحديدية لتحقيق مزيج محدد من القوة، والخصوبة، ومقاومة التآكل، والأداء العالي التقلب، وكل نظام من نظام التطهير - من أهداف المعالجة المميزة للزراعة إلى الإجهاد المتطور.

ومع استمرار الصناعات في الحد من الوزن لأسباب اقتصادية وبيئية، فإن سبائك المغنيسيوم ستؤدي دورا متناميا في التصميم الهيكلي، وتصبح تكنولوجيات المعالجة الحرارية الناشئة - وهي الاستخدام الأمثل للحوسبة، والمعالجة السطحية المحلية، والتجهيز المبرد - توسع نطاق قدرات هذه المواد وفتح فرص تطبيق جديدة، وتستلزم النجاح في تنفيذ المعالجة الحرارية للمحار المغنزييوم بذل جهد تعاوني يشمل علماء العمليات، ومهندسي الوزن الصنعين لتطوير دورات إنتاجية فعالة.

وللحصول على مزيد من القراءة عن الميكاليورجي ومعالجة حرارة سبائك المغنيسيوم، يرجى الرجوع إلى موارد مثل الكتيب الدولي الخاص بالمغنزيوم وسبائكه والمنشورات المتخصصة الصادرة عن الرابطة الدولية للماجنيسيوم، وتوفر هذه المصادر بيانات شاملة عن مخططات المرحلة، والجدول الزمني الموصى به لمعالجة الحرارة، والربط بين الممتلكات الميكانيكية للمجموعة الكاملة من السبيكات المغنسية التجارية.