أثناء المعالجة الحرارية للألمنيوم وسبائك الألومنيوم، غالبًا ما نواجه العديد من المشكلات، مثل:
-وضع الأجزاء بشكل غير صحيح: يمكن أن يؤدي هذا إلى تشوه الأجزاء، غالبًا بسبب عدم إزالة الحرارة بشكل كافٍ بواسطة وسط الإخماد بمعدل سريع بما يكفي لتحقيق الخصائص الميكانيكية المطلوبة.
- التسخين السريع: يمكن أن يؤدي ذلك إلى تشوه حراري؛ يساعد وضع الأجزاء بشكل صحيح على ضمان التسخين المتساوي.
-ارتفاع درجة الحرارة: يمكن أن يؤدي ذلك إلى ذوبان جزئي أو ذوبان إيتكتيكي.
-تقشير السطح/الأكسدة ذات درجات الحرارة العالية.
-المعالجة المفرطة أو غير الكافية للشيخوخة، وكلاهما يمكن أن يؤدي إلى فقدان الخصائص الميكانيكية.
- التقلبات في معلمات الوقت/درجة الحرارة/التبريد التي يمكن أن تسبب انحرافات في الخصائص الميكانيكية و/أو الفيزيائية بين الأجزاء والدفعات.
-بالإضافة إلى ذلك، فإن ضعف توحيد درجة الحرارة، ووقت العزل غير الكافي، والتبريد غير الكافي أثناء المعالجة الحرارية للمحلول، كل ذلك يمكن أن يساهم في الحصول على نتائج غير كافية.
تعتبر المعالجة الحرارية عملية حرارية بالغة الأهمية في صناعة الألومنيوم، دعونا نتعمق في المزيد من المعرفة ذات الصلة.
1. المعالجة المسبقة
تُعدّ عمليات المعالجة المسبقة التي تُحسّن البنية وتُخفّف الضغط قبل الإخماد مفيدةً في تقليل التشوهات. عادةً ما تشمل المعالجة المسبقة عملياتٍ مثل التلدين الكروي والتلدين المُخفّف الضغط، كما يعتمد بعضها أيضًا على الإخماد والتطبيع أو المعالجة بالتطبيع.
التلدين لتخفيف الإجهادأثناء التشغيل الآلي، قد تتشكل إجهادات متبقية نتيجة عوامل مثل طرق التشغيل، وسرعة تشغيل الأدوات، وسرعات القطع. قد يؤدي التوزيع غير المتساوي لهذه الإجهادات إلى تشوهات أثناء الإخماد. لتخفيف هذه الآثار، يلزم إجراء عملية التلدين لتخفيف الإجهاد قبل الإخماد. تتراوح درجة حرارة التلدين لتخفيف الإجهاد عادةً بين 500 و700 درجة مئوية. عند التسخين في وسط هوائي، تُستخدم درجة حرارة بين 500 و550 درجة مئوية مع مدة تثبيت تتراوح بين ساعتين وثلاث ساعات لمنع الأكسدة وإزالة الكربون. يجب مراعاة تشوهات الأجزاء الناتجة عن الوزن الذاتي أثناء التحميل، وتتشابه الإجراءات الأخرى مع التلدين القياسي.
المعالجة الحرارية المسبقة لتحسين الهيكل:يشمل ذلك عملية التلدين والتبريد والتلطيف والتطبيع.
- التلدين الكروي: يُعدّ الهيكل الناتج عن التلدين الكروي ضروريًا لفولاذ الأدوات الكربوني وفولاذ الأدوات السبائكي أثناء المعالجة الحرارية، حيث يؤثر بشكل كبير على اتجاه التشوه أثناء الإخماد. بتعديل هيكل ما بعد التلدين، يُمكن تقليل التشوه المنتظم أثناء الإخماد.
-طرق المعالجة المسبقة الأخرىيمكن استخدام طرق مختلفة لتقليل تشوه الإخماد، مثل الإخماد والتطبيع، ومعالجة التطبيع. اختيار معالجات مسبقة مناسبة، مثل الإخماد والتطبيع، ومعالجة التطبيع بناءً على سبب التشوه ومادة القطعة، يمكن أن يقلل التشوه بفعالية. مع ذلك، يجب توخي الحذر عند زيادة الإجهادات المتبقية والصلابة بعد التطبيع، خاصةً أن معالجة الإخماد والتطبيع يمكن أن تقلل من التمدد أثناء الإخماد للفولاذ المحتوي على W وMn، ولكن تأثيرها ضئيل في تقليل التشوه للفولاذ مثل GCr15.
في الإنتاج العملي، يُعد تحديد سبب تشوه الإخماد، سواءً كان ناتجًا عن إجهادات متبقية أو ضعف في البنية، أمرًا أساسيًا لفعالية المعالجة. ينبغي إجراء التلدين لتخفيف الإجهاد للتشوهات الناتجة عن الإجهادات المتبقية، بينما لا تكون معالجات مثل التطبيع التي تُغير البنية ضرورية، والعكس صحيح. عندها فقط يُمكن تحقيق هدف تقليل تشوه الإخماد لخفض التكاليف وضمان الجودة.
2. عملية التسخين بالتبريد
درجة حرارة التبريد:تؤثر درجة حرارة الإخماد بشكل كبير على التشوه. يمكننا تحقيق الغرض من تقليل التشوه عن طريق ضبط درجة حرارة الإخماد، أو أن يكون بدل التشغيل المحجوز هو نفسه درجة حرارة الإخماد لتحقيق الغرض من تقليل التشوه، أو يتم اختيار بدل التشغيل ودرجة حرارة الإخماد بشكل معقول والاحتفاظ بهما بعد اختبارات المعالجة الحرارية، وذلك لتقليل بدل التشغيل اللاحق. لا يرتبط تأثير درجة حرارة الإخماد على تشوه الإخماد فقط بالمادة المستخدمة في قطعة العمل، ولكن يتعلق أيضًا بحجم وشكل قطعة العمل. عندما يكون شكل وحجم قطعة العمل مختلفين تمامًا، على الرغم من أن مادة قطعة العمل هي نفسها، فإن اتجاه تشوه الإخماد يكون مختلفًا تمامًا، ويجب على المشغل الانتباه إلى هذا الوضع في الإنتاج الفعلي.
وقت الاحتفاظ بالتبريدلا يضمن اختيار مدة التثبيت التسخين الكامل والحصول على الصلابة المطلوبة أو الخواص الميكانيكية بعد الإخماد فحسب، بل يُراعي أيضًا تأثيره على التشوه. يؤدي إطالة مدة التثبيت إلى زيادة درجة حرارة الإخماد بشكل كبير، ويتجلى ذلك بشكل خاص في الفولاذ عالي الكربون والكروم.
طرق التحميل:إذا تم وضع قطعة العمل في شكل غير معقول أثناء التسخين، فسوف يتسبب ذلك في حدوث تشوه بسبب وزن قطعة العمل أو تشوه بسبب البثق المتبادل بين قطع العمل، أو تشوه بسبب التسخين والتبريد غير المتساوي بسبب التكديس المفرط لقطع العمل.
طريقة التسخينبالنسبة لقطع العمل ذات الأشكال المعقدة وسمكها المتفاوت، وخاصةً تلك التي تحتوي على عناصر عالية الكربون والسبائك، فإن عملية التسخين البطيئة والموحدة ضرورية. غالبًا ما يكون استخدام التسخين المسبق ضروريًا، ويتطلب أحيانًا دورات تسخين مسبق متعددة. بالنسبة لقطع العمل الأكبر حجمًا التي لا تُعالَج بفعالية بالتسخين المسبق، فإن استخدام فرن مقاومة صندوقية مع تسخين مُتحكَّم فيه يُقلِّل التشوه الناتج عن التسخين السريع.
3. عملية التبريد
ينتج تشوه الإخماد بشكل أساسي عن عملية التبريد. يؤثر اختيار وسيط الإخماد المناسب، والتشغيل الماهر، وكل خطوة من خطوات عملية التبريد بشكل مباشر على تشوه الإخماد.
اختيار وسيط الإطفاءمع ضمان الصلابة المطلوبة بعد التبريد، يُفضّل استخدام وسائط تبريد أضعف لتقليل التشوه. يُنصح باستخدام وسائط تبريد ساخنة (لتسهيل عملية التسوية بينما لا تزال القطعة ساخنة)، أو حتى تبريدها بالهواء. كما يُمكن استخدام وسائط ذات معدلات تبريد تتراوح بين الماء والزيت، بدلاً من الوسائط المزدوجة (الماء والزيت).
—التبريد بالهواء:يُعد التبريد الهوائي فعالاً في تقليل تشوه التبريد في الفولاذ عالي السرعة، وفولاذ الكروم المصبوب، والفولاذ ذي التشوهات الدقيقة المبرد بالهواء. بالنسبة لفولاذ 3Cr2W8V الذي لا يتطلب صلابة عالية بعد التبريد، يمكن استخدام التبريد الهوائي أيضاً لتقليل التشوه عن طريق ضبط درجة حرارة التبريد بشكل صحيح.
—تبريد الزيت والتبريدالزيت وسيط تبريد ذو معدل تبريد أقل بكثير من الماء، ولكن بالنسبة لقطع العمل ذات الصلابة العالية والحجم الصغير والأشكال المعقدة وقابلية التشوه الكبيرة، يكون معدل تبريد الزيت مرتفعًا جدًا. أما بالنسبة لقطع العمل ذات الحجم الصغير وضعف الصلابة، فإن معدل تبريد الزيت غير كافٍ. لحل هذه التناقضات والاستفادة الكاملة من تبريد الزيت لتقليل تشوه قطع العمل الناتج عن التبريد، تم اعتماد أساليب ضبط درجة حرارة الزيت وزيادة درجة حرارة التبريد لتوسيع نطاق استخدام الزيت.
—تغيير درجة حرارة زيت التبريد: استخدام نفس درجة حرارة الزيت للتبريد لتقليل تشوه التبريد لا يزال يواجه المشاكل التالية: عندما تكون درجة حرارة الزيت منخفضة، يظل تشوه التبريد كبيرًا، وعندما تكون درجة حرارة الزيت مرتفعة، يصعب ضمان صلابة قطعة العمل بعد التبريد. تحت التأثير المشترك لشكل ومادة بعض قطع العمل، قد تؤدي زيادة درجة حرارة زيت التبريد أيضًا إلى زيادة تشوهها. لذلك، من الضروري للغاية تحديد درجة حرارة زيت التبريد بعد اجتياز الاختبار وفقًا للظروف الفعلية لمادة قطعة العمل وحجم المقطع العرضي وشكلها.
عند استخدام الزيت الساخن للتبريد، لتجنب الحرائق الناتجة عن ارتفاع درجة حرارة الزيت أثناء التبريد، يجب تجهيز معدات مكافحة الحرائق اللازمة بالقرب من خزان الزيت. بالإضافة إلى ذلك، يجب فحص مؤشر جودة زيت التبريد بانتظام، واستبدال الزيت الجديد في الوقت المناسب.
—زيادة درجة حرارة التبريدهذه الطريقة مناسبة لقطع الفولاذ الكربوني صغيرة المقطع العرضي، وقطع الفولاذ السبائكي الأكبر حجمًا قليلًا، والتي لا تلبي متطلبات الصلابة بعد التسخين والحفاظ على الحرارة في درجات حرارة التبريد العادية والتبريد بالزيت. بزيادة درجة حرارة التبريد المناسبة، ثم التبريد بالزيت، يمكن تحقيق تأثير التصلب وتقليل التشوه. عند استخدام هذه الطريقة للتبريد، يجب توخي الحذر لتجنب مشاكل مثل خشونة الحبيبات، وانخفاض الخواص الميكانيكية، وعمر خدمة قطعة العمل الناتج عن ارتفاع درجة حرارة التبريد.
—التصنيف والتخميرعندما تلبي صلابة الإخماد متطلبات التصميم، يجب الاستفادة الكاملة من تصنيف وسط الحمام الساخن وتقسية الفولاذ (الأوستيمينغ) لتقليل تشوه الإخماد. تُعد هذه الطريقة فعالة أيضًا في الفولاذ الهيكلي الكربوني صغير المقطع وفولاذ الأدوات ذي القابلية المنخفضة للتصلب، وخاصةً فولاذ القوالب المحتوي على الكروم وقطع العمل الفولاذية عالية السرعة ذات القابلية العالية للتصلب. يُعد تصنيف وسط الحمام الساخن وطريقة التبريد بالتقسية (الأوستيمينغ) من طرق الإخماد الأساسية لهذا النوع من الفولاذ. وبالمثل، تُعد هذه الطريقة فعالة أيضًا في الفولاذ الكربوني والفولاذ الهيكلي منخفض السبائك الذي لا يتطلب صلابة إخماد عالية.
عند الإستحمام بالماء الساخن يجب الإنتباه إلى الأمور التالية:
أولاً، عند استخدام حمام الزيت للتصنيف والإطفاء المتساوي الحرارة، يجب التحكم في درجة حرارة الزيت بشكل صارم لمنع حدوث الحرائق.
ثانيًا، عند الإخماد بأنواع ملح النترات، يجب تجهيز خزان ملح النترات بالأدوات اللازمة وأجهزة تبريد المياه. للاطلاع على الاحتياطات الأخرى، يُرجى مراجعة المعلومات ذات الصلة، ولن أكررها هنا.
ثالثًا، يجب التحكم بدقة في درجة الحرارة المتساوية الحرارة أثناء الإخماد المتساوي الحرارة. فدرجات الحرارة العالية أو المنخفضة لا تساعد على تقليل تشوه الإخماد. بالإضافة إلى ذلك، أثناء عملية المعالجة الحرارية، يجب اختيار طريقة تعليق قطعة العمل لمنع التشوه الناتج عن وزنها.
رابعًا، عند استخدام التبريد المتساوي الحرارة أو المتدرج لتصحيح شكل قطعة العمل وهي ساخنة، يجب تجهيز الأدوات والتجهيزات بالكامل، وأن تكون العملية سريعة. هذا لتجنب أي آثار سلبية على جودة تبريد قطعة العمل.
عملية التبريد:إن التشغيل الماهر أثناء عملية التبريد له تأثير كبير على تشوه الإخماد، وخاصة عندما يتم استخدام وسائط إخماد الماء أو الزيت.
-الاتجاه الصحيح لدخول وسط الإطفاءعادةً، تُبرَّد قطع العمل المتوازنة أو الطويلة الشبيهة بالقضبان عموديًا في الوسط. أما الأجزاء غير المتماثلة، فيمكن تبريدها بزاوية. يهدف الاتجاه الصحيح إلى ضمان تبريد متساوٍ لجميع الأجزاء، مع دخول المناطق ذات التبريد البطيء إلى الوسط أولًا، تليها أقسام التبريد الأسرع. يُعدّ مراعاة شكل قطعة العمل وتأثيره على سرعة التبريد أمرًا بالغ الأهمية في الممارسة العملية.
-حركة قطع العمل في وسط الإطفاءيجب أن تكون الأجزاء بطيئة التبريد مواجهة لوسط التبريد. يجب أن تتبع قطع العمل ذات الأشكال المتماثلة مسارًا متوازنًا ومنتظمًا في الوسط، مع الحفاظ على سعة صغيرة وحركة سريعة. بالنسبة لقطع العمل الرقيقة والمستطيلة، يُعدّ الثبات أثناء التبريد أمرًا بالغ الأهمية. تجنب التأرجح، وفكّر في استخدام المشابك بدلًا من الربط السلكي لتحسين التحكم.
-سرعة الإطفاءيجب إخماد قطع العمل بسرعة. خاصةً بالنسبة لقطع العمل الرقيقة الشبيهة بالقضبان، قد تؤدي سرعات الإخماد البطيئة إلى زيادة تشوه الانحناء واختلاف التشوه بين المقاطع المُخمّدة في أوقات مختلفة.
-التبريد المتحكم:بالنسبة لقطع العمل ذات الاختلافات الكبيرة في حجم المقطع العرضي، قم بحماية الأقسام التي يتم تبريدها بشكل أسرع باستخدام مواد مثل حبل الأسبستوس أو الصفائح المعدنية لتقليل معدل تبريدها وتحقيق التبريد الموحد.
-وقت التبريد في الماءبالنسبة لقطع العمل التي تتعرض للتشوه بشكل رئيسي بسبب الإجهاد الهيكلي، يُنصح بتقصير مدة تبريدها في الماء. أما بالنسبة لقطع العمل التي تتعرض للتشوه بشكل رئيسي بسبب الإجهاد الحراري، فيُنصح بإطالة مدة تبريدها في الماء لتقليل تشوه الإخماد.
تم تحريره بواسطة ماي جيانج من MAT Aluminum
وقت النشر: ٢١ فبراير ٢٠٢٤
