تعد المعالجة الحرارية طريقة شائعة لتغيير الخواص الميكانيكية لبعض المعادن. إحدى أفضل الطرق لتكييف المعدن مع متطلبات بيئة أو تطبيق معين هي القدرة على تعديل قوته وصلابته دون تغيير تركيبه الكيميائي بشكل كبير. يمكن معالجة المعادن بالحرارة بعدة طرق، لكن التسقية هي واحدة من أكثر التقنيات استخدامًا.
ما هو التبريد؟
التبريد هو خطوة في العديد من عمليات المعالجة الحرارية التي تتضمن تسخين الجزء إلى درجة الحرارة المطلوبة وغمره في وسط التبريد لتبريده بسرعة. غالبًا ما تتبع عمليات المعالجة الحرارية الأخرى التبريد، مثل التعتيق أو التقسية أو التلدين لتحقيق النتائج المرجوة. من خلال التبريد السريع للمعدن، يمكنك منع أو تشجيع تكوين هياكل مجهرية مختلفة داخل الفولاذ لتحقيق الخصائص التي تحتاجها للتطبيق المقصود.
تشمل الأنواع المختلفة من الهياكل المجهرية البلورية ما يلي:
· الأوستينيت: يتشكل الأوستينيت عند تسخين الحديد أثناء تشغيل المعادن. إنها بنية مجهرية قوية ولكنها قابلة للتشكيل وهي ممتازة للحام. يمتلك الفولاذ الأوستنيتي مجموعة متنوعة من التطبيقات، ولكن غالبًا ما يتم العمل عليه بشكل أكبر لإنشاء الفولاذ المارتنسيتي.
· مارتنسيت: التحول المارتنسيتي هو ما يحدث عند تبريد المعدن الساخن بسرعة. على الرغم من أن الفولاذ المارتنسيتي صلب، إلا أنه هش جدًا أيضًا. يساعد تشغيل المعدن بعد التبريد على استعادة بعض الليونة له وتخفيف الضغوط الداخلية.
· الفريت: الفريت عبارة عن بنية مجهرية ناعمة ومستقرة من الناحية الديناميكية الحرارية تتشكل قبل أن تتحول إلى الأوستينيت. يحدث في الغالب في الفولاذ منخفض الكربون.
· سمنتيت: الأسمنت عبارة عن بنية مجهرية غير مستقرة من الناحية الديناميكية الحرارية وتحتوي على الحديد والكربون. ينتج عن بنيتها المجهرية الصلبة معدنًا شديد الصلابة ولكنه هش.
· البرليت: يؤدي التبريد البطيء إلى تكوين بنية مجهرية من البرلايت، والتي تتكون من طبقات متناوبة من الفريت والسمنتيت. هذا الهيكل قوي وخفيف الوزن مع مقاومة عالية للتآكل.
· بينيت: الباينيت عبارة عن بنية مجهرية صلبة وهشة تتشكل عندما يتم تبريد مكون الفولاذ بشكل أسرع من معدل تبريد البرليت ولكن أبطأ من المارتنسيت.
نوع وسائل الإعلام التبريد
يمكن تنفيذ عملية التبريد باستخدام مجموعة من وسائط التبريد. كل وسيلة لها خصائص التبريد الخاصة بها. تعتبر سرعة التبريد، ومشاكل التبريد البيئية، واستبدال وسائط التبريد، وتكلفة وسائط التبريد من العوامل التي يجب أخذها في الاعتبار عند تحديد نوع استخدام الوسائط. وفيما يلي الأنواع الرئيسية لوسائط التبريد:
هواء
الهواء هو وسيلة تبريد شعبية تستخدم لتبريد المعادن للتبريد. تعتبر القدرة على تحمل التكاليف إحدى الفوائد الرئيسية للهواء؛ القدرة على تحمل التكاليف هي نتيجة لوفرة وجودها على الأرض. في الواقع، أي مادة يتم تسخينها ثم تركها لتبرد إلى درجة حرارة الغرفة ببساطة عن طريق تركها بمفردها تعتبر مسقية بالهواء. يتم أيضًا إجراء تبريد الهواء بشكل أكثر تعمدًا عندما يتم ضغطه وقسره حول المعدن الذي يتم تبريده. يؤدي هذا إلى تبريد الجزء بسرعة أكبر من الهواء الساكن، على الرغم من أن الهواء المضغوط قد يبرد العديد من المعادن ببطء شديد بحيث لا يغير الخواص الميكانيكية.
ماء
الماء قادر على إخماد المعادن الساخنة بسرعة أيضًا. يمكن تبريد الفولاذ بسرعة عن طريق سقيه في الماء، وهو أمر رائع للوصول إلى أعلى صلابة ممكنة في بعض التطبيقات. ومع ذلك، بسبب تراكم التوتر الداخلي، فإن سرعة التبريد يمكن أن تسبب أيضًا تشوهات وتشققات. وبالتالي، هناك حاجة إلى إجراءات معدنية إضافية لإكمال المكون.
يتم الحصول على الماء بسهولة، مثل العديد من الغازات، وليس له أي تأثير على البيئة، مما يجعله وسيلة تبريد مستدامة. يمكن أن تعيق جيوب البخار عملية التبريد بالماء؛ إذا حدث هذا، فيجب على الحداد تحريك المكون في الوسط لمنع جيوب الهواء الرطبة من تكوين الملوثات وإدخالها.
زيت
يستطيع الزيت إخماد المعادن الساخنة بسرعة أكبر بكثير من الهواء المضغوط. يتم إسقاط العنصر الذي تم تسخينه في خزان مملوء بالزيت ليتم إخماده. يمكن أيضًا مسح الجزء بالزيت. نظرًا لأن الأنواع المختلفة من الزيوت لها سرعات تبريد ونقاط وميض مختلفة، فإنها كثيرًا ما تستخدم في تطبيقات مختلفة.
محلول ملحي
يعتبر الماء المالح أو الماء المالح وسيلة تبريد ممتازة للتبريد السريع. يبرد بشكل أسرع من الهواء والماء والزيت. وذلك لأنه عندما يتلامس خليط الملح والماء مع معدن ساخن، فإنه يمنع تكوين كريات الهواء. ونتيجة لذلك، سيغطي السائل جزءًا أكبر من سطح المعدن مقارنة بفقاعات الهواء.
إخماد تصلب الصلب
يستحق الفولاذ إشارة خاصة عند مناقشة عملية التبريد لأن خواصه الميكانيكية حساسة جدًا للتبريد. من خلال عملية التبريد المعروفة باسم تصلب التبريد، يتم رفع الفولاذ إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة إعادة البلورة ويتم تبريده بسرعة من خلال عملية التبريد. يؤدي التبريد السريع إلى تغيير البنية البلورية للفولاذ، مقارنة بالتبريد البطيء. اعتمادًا على محتوى الكربون وعناصر السبائك في الفولاذ، يمكن أن يُترك ببنية مجهرية أكثر صلابة وهشاشة، مثل المارتنسيت أو الباينيت، عندما يخضع لعملية تصلب التبريد. تؤدي هذه الهياكل المجهرية إلى زيادة قوة وصلابة الفولاذ. ومع ذلك، فإنها تترك الفولاذ عرضة للتشقق مع انخفاض كبير في الليونة. لهذا السبب، يتم تلدين بعض أنواع الفولاذ أو تطبيعها بعد عملية تصلب التبريد.
