ملخص المعرفة الأساسية للمعالجة الحرارية للمعادن

تعد المعالجة الحرارية للمعادن إحدى العمليات المهمة في التصنيع الميكانيكي. بالمقارنة مع عمليات المعالجة الأخرى، فإن المعالجة الحرارية بشكل عام لا تغير الشكل والتركيب الكيميائي العام لمنتج الفولاذ، ولكنها تغير البنية الدقيقة داخل المنتج أو تغير التركيب الكيميائي للسطح، وبالتالي تعزيز أداء المنتج أو تحسينه. الغرض من المعالجة الحرارية للمعادن هو تحسين الجودة الجوهرية للمعدن بحيث يكون لديه الخواص الميكانيكية والخواص الفيزيائية والخواص الكيميائية المطلوبة. بالإضافة إلى الاختيار المعقول للمواد وعمليات التشكيل المختلفة، غالبًا ما تكون عمليات المعالجة الحرارية ضرورية. الصلب هو المادة الأكثر استخدامًا في الصناعة الميكانيكية. البنية المجهرية للصلب معقدة ويمكن التحكم فيها من خلال المعالجة الحرارية. ولذلك، فإن المعالجة الحرارية للصلب هي المحتوى الرئيسي للمعالجة الحرارية للمعادن.

عملية المعالجة الحرارية

تتضمن عملية المعالجة الحرارية عمومًا ثلاث عمليات: التسخين والعزل والتبريد. في بعض الأحيان هناك عمليتان فقط: التدفئة والتبريد. هذه العمليات مترابطة ولا يمكن مقاطعتها. التدفئة هي واحدة من العمليات الهامة للمعالجة الحرارية. هناك العديد من طرق التسخين للمعالجة الحرارية للمعادن. تم استخدام الفحم الحجري والفحم الحجري لأول مرة كمصادر للحرارة، ثم تم استخدام الوقود السائل والغازي مؤخرًا. إن تطبيق الكهرباء يجعل من السهل التحكم في التسخين وليس له أي تلوث بيئي. يمكن استخدام مصادر الحرارة هذه للتدفئة المباشرة، أو التدفئة غير المباشرة من خلال الملح أو المعدن المنصهر، أو حتى الجزيئات العائمة.

تعد درجة حرارة التسخين إحدى معلمات العملية المهمة لعملية المعالجة الحرارية. يعد اختيار درجة حرارة التسخين والتحكم فيها من أهم القضايا لضمان جودة المعالجة الحرارية. تختلف درجة حرارة التسخين حسب المادة المعدنية التي يتم معالجتها والغرض من المعالجة الحرارية، ولكن بشكل عام يتم تسخينها إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة تحويل الطور للحصول على هيكل عالي الحرارة. وبالإضافة إلى ذلك، يتطلب التحول قدرا معينا من الوقت. لذلك، عندما يصل سطح المعدن إلى درجة حرارة التسخين المطلوبة، يجب الحفاظ عليه عند درجة الحرارة هذه لفترة زمنية معينة لجعل درجات الحرارة الداخلية والخارجية متسقة وإكمال تحول البنية الدقيقة. هذه الفترة الزمنية تسمى العزل. عند استخدام التسخين عالي الكثافة للطاقة والمعالجة الحرارية السطحية، تكون سرعة التسخين سريعة للغاية ولا يوجد وقت عزل بشكل عام، في حين أن وقت العزل للمعالجة الحرارية الكيميائية غالبًا ما يكون أطول.

يعد التبريد أيضًا خطوة لا غنى عنها في عملية المعالجة الحرارية. تختلف طرق التبريد حسب العملية، حيث يتم التحكم بشكل أساسي في معدل التبريد. بشكل عام، التلدين لديه أبطأ معدل تبريد، والتطبيع له معدل تبريد أسرع، والتبريد له معدل تبريد أسرع من التطبيع. ولكن هناك أيضًا متطلبات مختلفة بسبب أنواع الفولاذ المختلفة.

المعالجة الحرارية السطحية هي عملية معالجة حرارية للمعادن تعمل فقط على تسخين الطبقة السطحية من المعدن لتغيير الخواص الميكانيكية للطبقة السطحية. من أجل تسخين سطح المعدن فقط دون نقل الكثير من الحرارة إلى داخل المعدن، يجب أن يكون لمصدر الحرارة المستخدم كثافة طاقة عالية، أي يتم إعطاء كمية كبيرة من الطاقة الحرارية للمعدن لكل وحدة مساحة، بحيث يمكن للسطح أو جزء من المعدن أن يصل إلى درجات حرارة عالية في وقت قصير. تشمل الطرق الرئيسية للمعالجة الحرارية السطحية إخماد اللهب والمعالجة الحرارية بالتسخين التعريفي. تشمل مصادر الحرارة شائعة الاستخدام الأكسجين الأسيتيلين والبروبان الأكسجين والتيار المستحث والليزر وشعاع الإلكترون.

المعالجة الحرارية الكيميائية هي عملية معالجة حرارية للمعادن تعمل على تغيير التركيب الكيميائي وبنية وخصائص سطح المعدن. المعالجة الحرارية الكيميائية هي تسخين المعدن في وسط (غاز، سائل، صلب) يحتوي على الكربون أو الملح أو عناصر صناعة السبائك الأخرى، وإبقائه دافئًا لفترة طويلة، بحيث يمكن لسطح المعدن اختراق عناصر مثل الكربون والنيتروجين والبورون والكروم. بعد أن يتم تسلل العناصر، يتم أحيانًا إجراء عمليات معالجة حرارية أخرى مثل التبريد والتلطيف. تشمل الطرق الرئيسية للمعالجة الحرارية الكيميائية الكربنة والنيترة والتعدين.

بشكل عام، تعتبر المعالجة الحرارية للمعادن إحدى العمليات المهمة في عملية تصنيع الأجزاء الميكانيكية والأدوات والقوالب. يمكنه ضمان وتحسين الخصائص المختلفة للمعدن، مثل مقاومة التآكل، ومقاومة التآكل، وما إلى ذلك. ومن ناحية أخرى، يمكنه أيضًا تحسين الهيكل وحالة الضغط للفراغ لتسهيل المعالجة الباردة والساخنة المختلفة.