معرفة

من بين جميع معادن الصب، يُعدّ الحديد الزهر الرمادي الأكثر تنوعًا. يتميز بخصائص مرغوبة لا تمتلكها أي سبيكة صب أخرى، وهو أرخص مادة حديدية يمكن استخدامها بفعالية. يتميز الحديد الزهر الرمادي بأقل درجة حرارة صب بين سبائك الحديد، وهو ما يتضح من سيولته العالية وقدرته على الصب عند صب التجاويف المعقدة. بفضل آلية التصلب الفريدة، يتميز الحديد الزهر الرمادي بانكماش منخفض جدًا في الطور السائل أو الصلب، مما يُسهّل الحصول على مصبوبات عالية الجودة. بالمقارنة مع سبائك الحديد التي تتمتع بنفس قوة الشد، يتميز الحديد الزهر الرمادي بسهولة التشغيل وقدرة أفضل على تخميد الاهتزازات، وموصلية حرارية أعلى، ومقاومة جيدة للتآكل والأكسدة والتآكل.

 

في معظم التطبيقات، يُستخدم الحديد الزهر الرمادي غالبًا في حالته المصبوبة، وتُحدد خصائصه الميكانيكية بشكل أساسي من خلال التركيب الكيميائي وظروف التبريد في القالب. من خلال تعديل التركيب المناسب، يمكن زيادة قوة شد المسبوكات من أقل من 140 ميجا باسكال إلى أكثر من 400 ميجا باسكال في حالته المصبوبة، ويمكن زيادة صلابتها من 100 HBV إلى 300 HBV. يمكن تحسين أداء المسبوكات بشكل أكبر من خلال المعالجة الحرارية اللاحقة. بعد المعالجة الحرارية، لا يتغير شكل الجرافيت، على الرغم من أن حجم الجرافيت يزداد عند تحوله من بيرليت إلى فيريت، إلا أن الجرافيت المترسب يلتصق فقط بطبقات الجرافيت الأصلية. التغييرات في المصفوفة الناتجة عن المعالجة الحرارية هي في الأساس نفسها التي تحدث في الفولاذ.

 

يمكن تحقيق التحسينات التالية من خلال المعالجة الحرارية:

1. التخلص من التوتر الداخلي

2. تحسين قابلية التشغيل

3. تعزيز القوة

4. زيادة مقاومة التآكل

5. تحسين تجانس الأداء في الأجزاء السميكة والكبيرة

 

1.1 التخلص من التوتر الداخلي

إن التخلص الكامل من الإجهاد الداخلي يمنع حدوث مشاكل مثل الالتواء والتشقق أو الانحرافات البعدية التي قد تحدث أثناء المعالجة أو الاستخدام اللاحق. ويرجع ذلك إلى أن الإجهاد المتبقي الناتج عن تصلب الصب هو السبب الرئيسي للانحرافات البعدية.

تتضمن عملية المعالجة الحرارية لتخفيف الضغط تسخين الصب ببطء إلى درجة حرارة عالية بما فيه الكفاية، عادةً ما بين 500°C و 600°ج، لتخفيف الضغط المتبقي من خلال التشوه البلاستيكي. ثم يُحفظ الصب عند هذه الدرجة من الحرارة لأكثر من ساعة قبل تبريده ببطء في الفرن إلى ٢٠٠ درجة مئوية.°C ل300°ج، ثم يُبرَّد بالهواء إلى درجة حرارة الغرفة. هذه المعالجة الحرارية لها تأثير ضئيل للغاية على القوة والصلابة الأصلية للصب.

يمكن أيضًا استخدام عملية المعالجة الحرارية المذكورة أعلاه لتخفيف الضغط الناتج أثناء عمليات التشغيل أو العمل البارد أو اللحام.

 

1.2 تحسين قابلية التصنيع:

يمكن تحسين قابلية تشغيل الحديد الزهر من خلال التلدين أو التطبيع. تتطلب كلتا عمليتي المعالجة الحرارية تسخين المسبوكات إلى نطاق درجة حرارة الأوستينيت.

تتضمن عملية التلدين تسخين المسبوكات إلى درجة حرارة حرجة أعلى من 900°C ل940°ج، مع الثبات لمدة ساعة، وزيادة مدة الثبات ساعةً واحدةً لكل ٢٥ مم إضافية في سمك جدار الصب. بعد ذلك، تُبرَّد المسبوكات ببطء في الفرن إلى ٣٠٠ درجة مئوية.°ج، ثم يُبرَّد بالهواء إلى درجة حرارة الغرفة. التلدين يُليِّن الحديد الزهر بتحويل بنيته الدقيقة إلى فيريت وكربيدات حرة.

تُستخدم عملية التلدين في درجات حرارة منخفضة أو دون الحرجة للمصبوبات ذات مصفوفة الفريت والكربيدات الحرة. تتضمن العملية تسخين المصبوبات إلى 675 درجة مئوية.°C ل725°ج، مع الثبات لمدة ساعة، وزيادة مدة الثبات ساعةً واحدةً لكل ٢٥ مم إضافية في سمك جدار الصب. بعد ذلك، تُبرَّد المسبوكات في الفرن إلى ٣٠٠ درجة مئوية.°ج، ثم يُبرَّد بالهواء إلى درجة حرارة الغرفة. التلدين دون الحرج لا يُدمِّر الكربيدات.

بما أن الكربون والسيليكون يُسرّعان تحلل البيرليت عند درجات حرارة التلدين، فيجب تقليل زمن التلدين عند زيادة محتواهما. من ناحية أخرى، تُطيل العناصر التي تُثبّت البيرليت، مثل الأنتيمون والقصدير والفاناديوم والكروم والنحاس والمنغنيز والفوسفور، مدة تحلل البيرليت.

تتضمن عملية التطبيع تسخين المصبوبات فوق النقطة الحرجة، مع تثبيتها لفترة زمنية محددة (درجة حرارة التسخين ومدة التثبيت هما نفس درجة حرارة التلدين)، ثم تبريدها بالهواء مباشرةً إلى درجة حرارة الغرفة. تُدمّر عملية التطبيع الكربيدات، لكنها لا تُغيّر بنية البيرلايت، وهي مناسبة لإنتاج قطع حديد زهر عالية القوة والصلابة.

ستؤدي زيادة درجة حرارة التطبيع إلى زيادة محتوى الكربون في الأوستينيت وحجم السمنتيت في البيرليت المتبقي. ستؤدي زيادة السمنتيت في البيرليت إلى زيادة صلابة أجزاء الحديد الزهر ومتانتها عند الشد.

هناك عامل آخر يؤثر على صلابة وقوة شد قطع الحديد الزهر الرمادي، وهو تباعد صفائح البيرلايت، والذي يتحدد بمعدل التبريد بعد الأوستنيتية وتركيب السبيكة. كلما زادت سرعة التبريد، قلّ تباعد البيرلايت، وارتفعت الصلابة وقوة الشد. ومع ذلك، قد يؤدي ارتفاع معدل التبريد بشكل مفرط إلى تحول مارتنسيتي جزئي أو كلي. لذلك، فإن ارتفاع درجة حرارة التطبيع ومعدل التبريد المرتفع يعززان التحول المارتنسيتي.

 

1.3 Enهانس قوة

يمكن تحقيق أعلى قوة شد من خلال المعالجة الحرارية للتبريد والتطبيع. تتضمن هذه العملية عادةً تبريد الزيت، يليه التطبيع عند درجة حرارة 400 درجة مئوية.°C ل550°C.

تقتصر عملية المعالجة الحرارية هذه على المصبوبات ذات الأشكال البسيطة، لأن التبريد بالزيت قد يُسبب تشوهًا أو تشققًا في المصبوبات المعقدة. وبشكل عام، تُعد هذه الطريقة أفضل من زيادة المتانة عن طريق السبائك.

 

1.4 تحسين مقاومة التآكل

تُستخدم معالجة الإخماد والتسخين أيضًا لتحسين مقاومة التآكل لأجزاء الحديد الزهر. يُثبط الإخماد في الزيت أو الماء فوق النقطة الحرجة تحول الفريت والبيرلايت، ويشكل بنية مارتنسيتية. بعد ذلك، تُجرى عملية التسخين عند درجات حرارة مختلفة للحصول على الصلابة المطلوبة. وبالمثل، لا تُستخدم هذه المعالجة إلا في المسبوكات ذات الأشكال البسيطة نسبيًا.

يُستخدم التصلب باللهب أو التصلب الحثي أيضًا بكثرة لتحسين مقاومة التآكل لسطح عمل أجزاء الحديد الزهر. ومن الأمثلة الشائعة السطح المحدب لعمود كامات السيارات.

 

1.5 التجانس

قد تختلف خصائص قطع الحديد الزهر في حالتها المصبوبة اختلافًا كبيرًا باختلاف المواقع، وخاصةً القطع المعقدة وتلك التي تختلف سماكة جدرانها اختلافًا كبيرًا. بعد عمليات المعالجة الحرارية، مثل التلدين والتطبيع، تصبح خصائص مختلف أجزاء المسبوكات أكثر اتساقًا.

 

تتمتع شركة فيجور بخبرة تزيد عن 20 عامًا في إنتاج المسبوكات والتشكيل والمعالجة الحرارية اللازمة. إذا كان لدينا أي مساعدة أو كنت بحاجة إلى تطوير أي أجزاء، فلا تتردد في التواصل معنا على info@castings-forging.com