معرفة

 

 

أولا: المبادئ الأساسية للتحول التنظيمي

أثناء عملية تسخين الفولاذ، فإن تحويل البنية الدقيقة هو عملية يتم فيها تحويل طور بلوري واحد إلى طور آخر. مع الأخذ في الاعتبار الفولاذ المفرط في التكتونية كمثال:

- فولاذ يوتكتويد:يبلغ محتوى الكربون حوالي 0.77%، وفي درجة حرارة الغرفة، يوجد بشكل رئيسي على شكل بيرليت (هيكل طبقي يتكون من الفريت والسمنتيت).

- الأوستينيت: بنية مكعبية ذات وجه مركزي (FCC)، قادرة على إذابة كمية أكبر من الكربون، وهي المرحلة المستقرة في درجات الحرارة العالية.

وفقًا لمخطط طور الحديد والكربون، من الناحية النظرية، عندما يتم تسخين الفولاذ إلى 723 درجة مئوية، يتحول البيرلايت إلى أوستينيت. ومع ذلك، في الواقع، نظرًا لسرعة التسخين ومدة عملية التحويل، فإن درجة حرارة التحويل الفعلية أعلى من 723 درجة مئوية، وهو ما يُعرف بالهستيريسيس الحراري. نحدد درجة حرارة التحويل الفعلية هذه بـ Ac1. كلما زادت سرعة التسخين، زادت قيمة Ac1، وقصر وقت التحويل. (نظرًا لوجود حد أدنى لوقت التحويل للانتقال من البيرلايت إلى الأوستينيت، فلا يمكن إكماله على الفور مثل التحول من الأوستينيت إلى المارتنسيت. لذلك، سيكون للتحول من البيرلايت إلى الأوستينيت حد أدنى من الوقت. خلال هذا الوقت، لا تكون أهمية زيادة Ac1 كبيرة. ومع ذلك، هناك استثناء لهذه القاعدة. وهو عكس المارتنسيت. أي أن المارتنسيت يتحول مباشرة إلى أوستينيت. سيكون وقت التحويل في هذه الحالة قصيرًا جدًا أيضًا.)

II. عملية التحول من البيرلايت إلى الأوستينيت

يمكن تقسيم هذه العملية إلى ثلاث خطوات رئيسية:

1. التبلور

- حالة درجة الحرارة: تتجاوز درجة الحرارة 723 درجة مئوية، وتصل إلى أو تتجاوز Ac1.

- التغير البنيوي: تبدأ نوى الأوستينيت بالتشكل داخل البيرلايت.

- الآلية: يتغير هيكل الشبكة البلورية للحديد من مكعب مركز الجسم (BCC) إلى مكعب مركز الوجه (FCC)، وفي نفس الوقت، يتم إعادة توزيع الكربون في الفريت والسمنتيت، ليشكل في البداية نوى أوستينيت.

2. نمو النواة

- العملية: تبدأ نواة الأوستينيت بالنمو والانتشار في جميع أنحاء البيرلايت.

- آلية التمدد: يتحول الفريت بشكل مستمر إلى أوستينيت، وينتشر الكربون الموجود في السمنتيت إلى الأوستينيت ويذوب تدريجيًا.

- درجة الحرارة والوقت: تستمر هذه العملية حتى يتحول البيرلايت بالكامل إلى أوستينيت. وكلما ارتفعت درجة الحرارة، كلما كانت عملية التحول أسرع، ولكن درجات الحرارة المرتفعة بشكل مفرط ستؤدي إلى خشونة الحبيبات.

3. تجانس المكونات

- الهدف: توحيد محتوى الكربون داخل الأوستينيت.

- دالة زمن الانتظار: بعد اكتمال التحول من البرليت إلى الأوستينيت، هناك حاجة إلى فترة معينة من زمن الانتظار للسماح للكربون بالانتشار بشكل كامل داخل الأوستينيت، وتحقيق التجانس.

- تأثير وقت الاحتفاظ المفرط: سيؤدي وقت الاحتفاظ المفرط إلى نمو حبيبات الأوستينيت بشكل أكبر، مما يؤدي إلى تكوين بنية حبيبات خشنة، وبالتالي تقليل الخصائص الميكانيكية للمادة.

ثالثا: حجم الحبوب والتحكم فيها

يعد حجم الحبيبات عاملاً مهمًا يؤثر على الخواص الميكانيكية للصلب. فكلما كانت الحبيبات أدق، زادت قوة وصلابة المادة. وتختلف درجات الفولاذ المختلفة في حساسيتها لارتفاع درجة الحرارة:

- فولاذ ذو حبيبات خشنة بشكل أساسي: حساسة للغاية للحرارة الزائدة؛ عندما تكون درجة الحرارة أعلى قليلاً، تنمو الحبوب بسرعة.

- الفولاذ ذو الحبيبات الدقيقة الأساسية: إنه غير حساس للحرارة الزائدة ويمكنه الحفاظ على الحبوب الدقيقة في درجات حرارة أعلى.

يختلف حجم وكمية الحبيبات باختلاف مدة الاحتفاظ ودرجة الحرارة. عندما تحدثنا عن المارتنسيت سابقًا، ذكرنا أيضًا أنه كلما كانت الحبيبات أدق وأكثر عددًا، كلما كانت حدود الحبيبات أكثر تعقيدًا، وكلما زادت القوة المقابلة. وعلى العكس من ذلك، ستكون القوة أقل نسبيًا. لذلك، فإن التحكم في حجم الحبيبات مهم بشكل خاص. ومع ذلك، في الإنتاج الفعلي، تتفاعل درجات الصلب المختلفة بشكل مختلف مع درجة الحرارة. بعض أنواع الصلب حساسة للغاية للسخونة الزائدة وستنمو الحبيبات بشكل كبير عندما تكون درجة الحرارة أعلى قليلاً. بينما بالنسبة لبعض أنواع الصلب الأخرى، لا يتغير حجم الحبيبات بشكل كبير ضمن نطاق معين من السخونة الزائدة. في الإنتاج، يُطلق على الأول اسم الفولاذ الخشن الحبيبي الأساسي ويُطلق على الأخير اسم الفولاذ الدقيق الحبيبي الأساسي. يوضح الشكل التالي العلاقة بين الميل بين الفولاذ الخشن الحبيبي الأساسي والفولاذ الدقيق الحبيبي الأساسي.

في الإنتاج الفعلي، يجب التحكم في درجة حرارة التسخين ووقت التثبيت وفقًا لنوع الفولاذ المحدد ومتطلبات العملية لتحقيق أفضل حجم حبيبات. أولاً وقبل كل شيء، ما يسمى "الحبيبات الخشنة أساسًا" و"الحبيبات الدقيقة أساسًا" هي فقط من حيث حساسيتها للحرارة الزائدة ولا تمثل المقارنة الفعلية لأحجام حبيباتها النهائية. إذا تم التحكم في درجة الحرارة بشكل صحيح، يمكن للحبيبات الخشنة أساسًا أيضًا تحقيق أحجام حبيبات دقيقة جدًا، والعكس صحيح، يمكن للحبيبات الدقيقة أساسًا أن تكون خشنة جدًا أيضًا. على سبيل المثال، بالنسبة لـ 20Cr، عند تسخينه بشكل طبيعي (ليس أعلى من 930 درجة مئوية)، يكون حجم حبيبات 20Cr دقيقًا جدًا. ومع ذلك، عندما تكون معالجة الكربنة مطلوبة، نظرًا لأن درجة حرارة التسخين غالبًا ما تحتاج إلى أن تكون أعلى من 930 درجة مئوية، فقد يصبح حجم الحبيبات الفعلي أكثر خشونة. ثانيًا، لن نتعمق هنا في أي فولاذ خشن أساسًا وأي فولاذ ناعم أساسًا. لأنه كتصنيف، ليس له أهمية توجيهية كبيرة للتطبيقات العملية.

لقد حددت بلادنا درجات مختلفة من 1 إلى 8 لتقييم حجم الحبيبات. يوضح الشكل التالي الرسم التخطيطي لدرجات حجم الحبيبات القياسية للصلب.

رابعا: العيوب والوقاية منها أثناء عملية التسخين

1. ارتفاع درجة الحرارة

- المظهر: خشونة حبيبات الأوستينيت، وتدهور خصائص المادة.

- الوقاية: التحكم في درجة حرارة التسخين ومدته. وإذا لزم الأمر، إعادة تنقية الحبوب من خلال المعالجة الطبيعية أو المعالجة بالتلدين.

2. الحرق الزائد

- المظهر: يحدث أكسدة لحدود حبيبات الأوستينيت وحتى الانصهار المحلي، مما يؤدي إلى هشاشة المواد وتلفها بشكل لا يمكن إصلاحه.

- الوقاية والسيطرة: التحكم الصارم في درجة حرارة التسخين لتجنب الوصول إلى درجة حرارة الحرق الزائد.

3. الأكسدة

- المظهر: يحدث الأكسدة على سطح الفولاذ، مما يشكل طبقة أكسيد، مما يؤثر على دقة الأبعاد وجودة السطح. بالنسبة للأكسدة التي تقل عن 560 درجة مئوية، نظرًا لأنها تتكون بشكل أساسي من ثلاثي أكسيد الحديد، فإن السطح كثيف ويمكن أن يمنع بشكل فعال المزيد من الأكسدة. ومع ذلك، عندما تتجاوز درجة الحرارة 560 درجة مئوية (وهي درجة حرارة التسخين لمعظم معالجات الحرارة للصلب)، تتشكل طبقة FeO فضفاضة، والتي لا يمكنها منع المزيد من الأكسدة. لذلك، كلما طال الوقت، كلما كانت التغييرات الأبعادية والخشونة الناتجة عن الأكسدة أكثر شدة. لذلك، في الممارسة العملية، يجب اتخاذ تدابير وقائية لتجنب الأكسدة.

- الوقاية والسيطرة: استخدام أجواء واقية أثناء التسخين أو تطبيق طلاءات مضادة للأكسدة.

4. إزالة الكربنة

- المظهر: يتم أكسدة الكربون السطحي لتشكيل طبقة إزالة الكربون، مما يقلل من صلابة السطح ومقاومته للتآكل.

- الوقاية والسيطرة: استخدم جوًا أو طلاءً واقيًا لتقليل التلامس مع الأكسجين والغازات المؤكسدة الأخرى.

5. تحسين عملية التسخين

من أجل تحسين عملية التسخين، يجب مراعاة العوامل التالية بشكل شامل:

1. خصائص المواد: بناءً على مخططات حالة درجات الفولاذ المختلفة، حدد درجة حرارة التسخين المناسبة ووقت الاحتفاظ.

2. أبعاد وأشكال الأجزاء: ضع في الاعتبار الاختلافات في أبعاد ومقاطع الأجزاء، واضبط سرعة التسخين ووقت الإمساك لتجنب التشوه والتشقق.

3. التدابير الوقائية: استخدم أجواء وقائية أو طلاءات أو تدابير أخرى لمنع الأكسدة وإزالة الكربنة.

من خلال التحكم المعقول في عملية التسخين، مع ضمان التحول الموحد للبنية الدقيقة، يمكن تجنب العيوب مثل ارتفاع درجة الحرارة، والحرق الزائد، والأكسدة، وإزالة الكربنة، وبالتالي الحصول على خصائص ميكانيكية ممتازة.

إذا كان لديك أي أسئلة أو طلبات بشأن المعالجة الحرارية أو تطوير الأجزاء أو تحسين سلسلة التوريد الخاصة بك، فلا تتردد في الاتصال بنا على info@castings-forging.com