وصف مفصل للتخفيف والمعالجة الحرارية المتقاطعة
معالجة الحرارة والمعالجة الحرارية: وصف مفصل
التبريد والتخفيف (Q&T) هو معالجة حرارية من مرحلتين ** ** العملية المستخدمة على المعادن الحديدية (عادة الفولاذ) لتحقيق مجموعة من ** القوة العالية ، المتانة الجيدة ، والليونة المرغوبة **. إنها واحدة من عمليات المعالجة الحرارية الأكثر شيوعًا وهامة في التصنيع.
الهدف الأساسي هو تحويل البنية المجهرية للصلب لإنشاء توازن مثالي للخصائص الميكانيكية التي لا يمكن تحقيقها من خلال صناعة السبائك وحدها.
---
المرحلة 1: التبريد (تصلب) **
تم تصميم مرحلة التبريد لإنتاج بنية صعبة للغاية ، ولكن هشة ، تسمى ** Martensite **.
** 1. أوستنتيز: **
*** التسخين: ** يتم تسخين مكون الصلب بشكل موحد إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة ** العلوية الحرجة (خط AC3 أو ACM على مخطط الطور) **. تكون درجة الحرارة هذه خاصة بمحتوى الكربون من الصلب وعناصر صناعة السبائك ، والتي تتراوح عادة من 800 درجة مئوية إلى 950 درجة مئوية (1475 درجة فهرنهايت إلى 1750 درجة فهرنهايت).
*** التغيير المجهرية: ** في درجة الحرارة هذه ، تتحول البنية المجهرية بالكامل إلى ** أوستنيت ** (مكعب يركز على الوجه ، FCC ، بنية بلورية من الحديد). يتمتع أوستنيت بذوبان عالي للكربون ، مما يسمح لذرات الكربون بالذوبان بشكل موحد داخل الشبكة البلورية.
*** نقع: ** يتم الاحتفاظ بالمكون في درجة الحرارة هذه لفترة زمنية كافية (وقت نقع) لضمان درجة حرارة موحدة وبنية أوستنيكية متجانسة طوال مقطعها العرضي. يعتمد وقت النقع على أبعاد جزء وخصائص الفرن.
** 2. التبريد السريع: **
*بعد نقعه ، يتم تبريد المكون بسرعة (** مرسى **) عن طريق غمره في وسيط التبريد.
*معدل التبريد السريع (الذي يتجاوز ** معدل التبريد الحرج ** من الصلب) يقمع التكوين القائم على الانتشار للمراحل الأكثر ليونة مثل الفريت والبيرليت.
*بدلاً من ذلك ، يخضع الأوستينيت لتحويل القص غير المنتشف إلى ** Martensite **.
*** Martensite ** هو هيكل رباعي (BCT) الذي يركز على الجسم-وهو محلول مشبع للغاية من الكربون في الحديد. سلالة الشبكة هذه هي سبب صلابة وقوتها الشديدة ، ولكن أيضًا بسبب هشاشةها وضغوطها الداخلية.
** وسائط التبريد الشائعة (من أجل زيادة معدل التبريد): **
*** الهواء: ** من أجل الفولاذ العالي ذات الصلابة العالية (على سبيل المثال ، فولاذ أداة تصلب الهواء).
*** الزيت: ** وسيلة شائعة تقدم إخماد أقل حدة من الماء ، مما يقلل من خطر التكسير والتشويه.
*** بوليمر (على سبيل المثال ، حلول PAG): ** الوسائط متعددة الاستخدامات التي يمكن تعديل معدل تبريدها عن طريق التركيز ودرجة الحرارة.
*** الماء: ** إخماد شديد للغاية ، يستخدم في الفولاذ المنخفض.
*** محلول ملحي (المياه المالحة): ** إخماد أشد ، مما يوفر أسرع معدلات التبريد.
بعد التبريد ، يكون الصلب صعبًا للغاية ولكنه هش للغاية بالنسبة لمعظم التطبيقات الهندسية. أنه يحتوي على ضغوط داخلية عالية وعرضة للتصدع. هذا يستلزم المرحلة الثانية: التخفيف.
---
المرحلة 2: تقع **
التخفيف هو ** معالجة حرارة ثانوية ** يتم تنفيذها مباشرة بعد التبريد. الغرض منه هو تخفيف الضغوط الداخلية ، وتقليل الهشاشة ، وزيادة الصلابة والليونة ** على حساب بعض الصلابة والقوة.
**عملية:**
*يتم إعادة تسخين الفولاذ الذي تم إخماده إلى درجة حرارة ** أقل بكثير من درجة الحرارة الحرجة المنخفضة (خط A1) ** ، عادة ما بين 150 درجة مئوية و 650 درجة مئوية (300 درجة فهرنهايت و 1200 درجة فهرنهايت).
* يتم الاحتفاظ به في درجة الحرارة هذه لفترة محددة مسبقًا (عادة ما تكون 1-2 ساعات في البوصة) ثم تبريدها ، في أغلب الأحيان في الهواء.
** التغييرات المجهرية: **
مع زيادة درجة حرارة التخفيف ، تحدث سلسلة من التحولات القابلة للانتقال داخل Martensite:
1. ** هطول الأمطار من كربيد إبسيلون (درجة حرارة منخفضة: 150-200 درجة مئوية): ** يبدأ الكربون في أن يترسب من المارتينسيت غير المشبعة ، ويشكل كربيدات رائعة. هذا يخفف بعض التوتر الداخلي دون فقدان كبير في الصلابة.
2. ** تشكيل martensite المقرار (200-300 درجة مئوية): ** يتحلل الأوستينيت المتبقية (إذا كانت موجودة).
3. ** التحويل إلى الأسمنت (Fe₃c) وإعادة التبلور (300-450 درجة مئوية): ** تتحول الكربيد إلى شكل أكثر استقرارًا (الأسمنت). يتم تقليل الضغوط الداخلية بشكل كبير ، وتبدأ المتانة في الزيادة بشكل ملحوظ.
4. ** العروال العزيلة الأسمنت والخداش (450-700 درجة مئوية): ** في درجات حرارة أعلى ، تتجمع جزيئات الأسمنت والكروية. المصفوفة يتعافى وتبدأ في التحول إلى الفريت. غالبًا ما يسمى هذا الهيكل ** كرويويدي ** عند تليينه بالكامل. هذا يزيد بشكل كبير من ليونة وصباقة ولكنها تؤدي إلى فقدان كبير للصلابة (عملية تعرف باسم ** الصلب ** إذا تم ذلك في أعلى نطاق).
** المفاضلة الرئيسية: **
يتم التحكم مباشرة في الخصائص النهائية ** من درجة حرارة التخفيف **:
*** انخفاض درجة الحرارة في درجة الحرارة (150-250 درجة مئوية): ** ينتج صلابة وقوة عالية ، ومقاومة جيدة للارتداء ، ولكن أقل صلابة وليونة. تستخدم للأدوات والمحامل والمكونات المقاومة للبلى.
*** درجة حرارة متوسطة (350-450 درجة مئوية): ** يوفر توازنًا جيدًا في القوة والمتانة (خصائص تشبه الربيع). تستخدم للينابيع ، والانفجار ، ومكونات السيارات.
*** ارتفاع درجة الحرارة في درجة الحرارة (450-650 درجة مئوية): ** ينتج عن صلابة عالية ، ليونة ، ومقاومة تأثير مع قوة معتدلة. هذا هو الحالة التي يشار إليها في أغلب الأحيان باسم "** Martensite **" بنية مجهرية وهي الهدف من الفولاذ الهيكلي عالي القوة.
---
ملخص المزايا والتطبيقات **
** المزايا: **
*يحقق نسبة ممتازة ** قوة إلى الوزن **.
*يوفر مجموعة متفوقة ** من الخواص الميكانيكية ** (القوة ، المتانة ، ليونة) مقارنة بالتصلب أو التطبيع فقط.
* يمكن تصميمها بمتطلبات تطبيق محددة عن طريق ضبط درجة حرارة التخفيف.
** التطبيقات: **
*** السيارات: ** العمود المرفقي ، توصيل قضبان ، تروس ، محاور.
*** الفضاء الجوي: ** مكونات ترس الهبوط ، السحابات الهيكلية.
*** البناء: ** مسامير عالية القوة ، قضبان المرساة ، المكونات الهيكلية.
*** الأدوات: ** المطارق ، المحاور ، التدريبات ، ويموت (غالبًا مع مزاج درجات الحرارة المنخفضة).
*** التصنيع: ** مهاوي ، مغزل ، وقطع غيار الماكينة التي تتطلب أداءً عالياً.
في الختام ، يعد التبريد والخداع عملية أساسية تتيح للمهندسين تخصيص خصائص الصلب بدقة لتحمل ظروف الخدمة المحددة ، مما يجعلها حجر الزاوية في المعادن الحديثة والتصنيع.