ما هو هدأ? | عملية, درجة حرارة & التأثيرات على الفولاذ

تعتبر عملية التقسية واحدة من أكثر عمليات المعالجة الحرارية تأسيسًا ولكن يساء فهمها على نطاق واسع في صناعة المعادن.

تقريبًا كل مكون فولاذي مروي يخضع للتلطيف كعملية ثانوية إلزامية بعد التسقية, ومع ذلك فإن العديد من المهندسين وفرق الإنتاج يتعاملون مع الأمر على أنه أمر تافه, خطوة موحدة بدلاً من عملية يتم التحكم فيها بدقة والتي تحدد القوة النهائية, صلابة, حالة التوتر الداخلي, وخدمة الحياة.

في الممارسة العملية, أقفال التبريد في الثابت, هش, هيكل مارتنسيتي مثقل بالإجهاد وغير قابل للاستخدام وظيفيًا في معظم التطبيقات الهندسية.

التقسية - تسخين يتم التحكم فيه بعناية تحت درجة حرارة التحول الحرجة - تعمل على تصميم البنية المجهرية المروية لتوفير التوازن الدقيق للصلابة, صلابة, استقرار الأبعاد, ومقاومة التعب المطلوبة للخدمة.

لذلك يتم استخدام التقسية بشكل شائع في صناعة فولاذ الأدوات, يموت الفولاذ, فولاذ الربيع, مكونات تحمل, التروس, مهاوي, قطع غيار السيارات, قوالب, ومكونات الآلة الهيكلية.

1. ما هو هدأ?

في علم المعادن, هدأ هي عملية معالجة حرارية يتم فيها إعادة تسخين سبيكة حديدية مقساة مسبقًا إلى درجة حرارة تحت درجة الحرارة الحرجة المنخفضة (أ₁), عقدت لفترة محددة, ثم يتم تبريده تحت ظروف خاضعة للرقابة.

عادي-فولاذ الكربون, درجة حرارة eutectoid المرتبطة بالخط A₁ تقريبًا 727درجة مئوية (1341درجة فهرنهايت), على الرغم من أن درجات الحرارة الحرجة الفعلية تختلف باختلاف التركيب الكيميائي.

يتم تطبيق التقسية بشكل أساسي بعد التبريد لتعديل البنية المارتنسيتية المسقية.

الأهداف الرئيسية هي تقليل الهشاشة والإجهاد المتبقي مع الحفاظ على مستوى مناسب من الصلابة والقوة.

عن طريق اختيار درجة الحرارة وعقد الوقت, يمكن للمصنعين ضبط التوازن بين الصلابة, صلابة, ليونة, مقاومة التآكل, واستقرار الأبعاد.

وتشمل الآثار الرئيسية للتلطيف:

يتم اختيار درجة حرارة التقسية وفقًا لدرجة الفولاذ والخصائص النهائية المطلوبة.

أ مزاج درجة حرارة منخفضة يمكن استخدامه عندما يجب الاحتفاظ بالصلابة العالية, في حين أن درجة حرارة التقسية الأعلى تنتج بشكل عام صلابة وليونة أكبر مع انخفاض مماثل في الصلابة.

لا ينبغي الخلط بين التقسية والتليين. يهدف التلدين عادةً إلى تليين الفولاذ وتعزيز استقراره نسبيًا, البنية المجهرية اللدنة, غالبًا ما تتضمن تسخينًا أعلى من درجة حرارة التحول الحرجة يليها تبريد بطيء.

هدأ, في المقابل, يتم تطبيقه على الفولاذ المتصلب ويتم إجراؤه تحت نطاق التحويل الحرج لتعديل الحالة المتصلبة بدلاً من إزالتها تمامًا.

في تصنيع الصلب العملي, لذلك من الأفضل فهم عملية التقسية على أنها تعديل متحكم فيه للبنية المجهرية الناتجة عن التبريد.

الهدف ليس مجرد جعل الفولاذ المتصلب أكثر ليونة, ولكن لتحويل البنية شديدة الهشاشة والمروية إلى بنية توفر مزيجًا هندسيًا أكثر فائدة من الخصائص.

2. لماذا هدأ ضروري: العلم وراء الفولاذ المروي

لفهم هدأ, يجب على المرء أولاً أن يفهم ما يفعله التبريد.

عندما يتم تسخين الفولاذ في مجال الطور الأوستينيت - عادة ما يكون أعلى من 800-900 درجة مئوية اعتمادًا على التركيب - يصبح هيكله البلوري مكعبًا مركزيًا على الوجه (لجنة الاتصالات الفيدرالية).

يمكن للأوستينيت إذابة كميات كبيرة من الكربون. إذا تم تبريد الفولاذ بسرعة, عادة في الماء, زيت, أو البوليمر, ذرات الكربون ليس لديها الوقت للانتشار.

يحاول الهيكل البلوري التحول إلى مكعب متمركز حول الجسم (نسخة مخفية الوجهة) الفريت, لكن الكربون المحبوس يشوه الشبكة إلى شكل رباعي يتمركز حول الجسم (الفريق القتالي) الهيكل المعروف باسم مارتنسيت.

يتميز المارتينسيت ب:

• صلابة عالية جدا.
• قوة العائد العالية.
• ليونة منخفضة والمتانة.
• الضغوط المتبقية عالية.
• الميل نحو التشقق المتأخر.
• وجود الأوستينيت المحتفظ به في العديد من السبائك.

في هذه الحالة المطفأة, غالبًا ما يكون الفولاذ هشًا جدًا للاستخدام العملي. قد تتشقق أداة القطع. قد يتشقق العمود أثناء التجميع. قد تنكسر سن الترس تحت تأثير التحميل المفاجئ.

يقلل التهدئة من هذه المخاطر من خلال السماح بالانتشار المتحكم فيه وإعادة ترتيب البنية المجهرية.

ولذلك فإن ضرورة التقسية هي علمية وعملية على حد سواء.

علميا, فهو يسمح للصلب بالاقتراب من التوازن عن طريق تخفيف إجهاد الشبكة وترسيب الكربيدات. عمليا, فهو يمكّن الفولاذ من البقاء على قيد الحياة في ظروف الخدمة الواقعية.

3. ما هي نطاقات درجة الحرارة الرئيسية هدأ?

تعتبر درجة الحرارة أحد أهم المتغيرات في المعالجة الحرارية للصلب لأنها تتحكم بشكل مباشر في مدى التغير في البنية الدقيقة بعد التبريد.

كلما زادت درجة حرارة التهدئة, انتشار الكربون, هطول كربيد, استعادة, ويصبح تحول الأوستينيت المحتفظ به أكثر وضوحًا بشكل عام.

لا يوجد نطاق درجة حرارة واحد ينطبق على كل الفولاذ.

درجة حرارة منخفضة

يتم استخدام التقسية بدرجة حرارة منخفضة بشكل شائع عندما يجب أن يحتفظ المكون بمستوى عالٍ من الصلابة ومقاومة التآكل مع تقليل الهشاشة المرتبطة بالمارتنسيت الطازج.

درجات الحرارة النموذجية تقريبًا 150-250 درجة مئوية (300-480 درجة فهرنهايت), على الرغم من أن النطاق المناسب يعتمد على الفولاذ.

في هذه المرحلة, يبدأ الكربون في إعادة التوزيع من المارتينسيت المفرط التشبع, قد تتطور مراحل كربيد غرامة, ويتم تقليل الضغوط المتبقية من التبريد.

عادةً ما يكون الانخفاض في الصلابة محدودًا مقارنةً بالتلطيف بدرجة الحرارة المرتفعة.

هذا العلاج شائع لتطبيقات مثل:

• أدوات القطع
• يموت
• مكونات مقاومة للاهتراء
• مكونات تحمل معينة
• أجزاء فولاذية عالية الصلابة

والمقايضة هي أن المتانة تظل محدودة نسبيًا مقارنة بالمتوسطة- أو الظروف المناخية ذات درجات الحرارة العالية.

درجة حرارة متوسطة

هدأ درجة الحرارة المتوسطة, تقريبًا 250-450 درجة مئوية (480-840 درجة فهرنهايت), ينتج تعديلًا أكبر للبنية المجهرية المروية.

يصبح هطول الأمطار بالكربيد أكثر تطوراً, يصبح المارتينسيت أقل تشبعًا, وتستمر الضغوط الداخلية في الانخفاض.

يمكن أن تكون هذه المنطقة مفيدة عندما يتطلب أحد المكونات مجموعة أكثر توازناً من قوة, صلابة, صلابة, وارتداء المقاومة.

تختلف الاستجابة الدقيقة بشكل كبير حسب الفولاذ. تظهر بعض أنواع الفولاذ أيضًا ظاهرة التقصف في درجات حرارة معينة, مما يعني أن كلاً من درجة حرارة التخفيف وممارسة التبريد اللاحقة قد تتطلب الاهتمام.

درجة حرارة عالية

يتم إجراء عملية التقسية بدرجة الحرارة العالية بشكل عام عند حوالي 450-700 درجة مئوية (840-1290 درجة فهرنهايت), بشرط أن تظل درجة الحرارة مناسبة للفولاذ المحدد وأقل من نطاق التحول الحرج ذي الصلة.

في درجات الحرارة هذه, تخضع البنية المجهرية لعملية انتعاش أكثر شمولاً وتطورًا للكربيد.

يتم تقليل الضغوط المتبقية بشكل كبير, وتطور المادة عمومًا صلابة وليونة أعلى بكثير مما كانت عليه في الحالة المسقية أو المنخفضة الحرارة.

يرتبط التقسية بدرجة الحرارة المرتفعة على نطاق واسع بالفولاذ الإنشائي المروي والمخفف, سبيكة الفولاذ, مهاوي, التروس, المكونات التي تحتوي على الضغط, وأجزاء الآلات المحملة بشكل كبير.

والفرق المهم بشكل خاص هو أن درجات الحرارة المرتفعة لا تعني بالضرورة ضعف القوة.

يمكن للفولاذ المخلوط والمعالج بالحرارة بشكل صحيح أن يحتفظ بقدر كبير من الإنتاجية وقوة الشد مع اكتساب مقاومة أفضل للكسر.

تصلب الثانوية أثناء هدأ

تتصرف بعض أنواع الفولاذ عالية السبائك بشكل مختلف. بدلاً من التناقص المستمر في الصلابة مع زيادة درجة حرارة التقسية, قد يظهرون أ ذروة التصلب الثانوي, في كثير من الأحيان ضمن نطاق هدأ أعلى.

يحدث هذا عند صناعة السبائك مثل الكروم, الموليبدينوم, التنغستن, أو الفاناديوم يترسب على ما يرام, كربيدات سبائك مستقرة.

تعيق هذه الجسيمات حركة الخلع ويمكن أن تزيد من الصلابة أو تحافظ عليها.

يعد التصلب الثانوي مهمًا بشكل خاص للفولاذ عالي السرعة وفولاذ الأدوات المحدد المخصص للخدمة في درجات الحرارة المرتفعة.

4. ما هي عملية هدأ?

عملية التقسية هي دورة حرارية يتم التحكم فيها ويتم إجراؤها بعد التصلب أو أي معالجة أخرى تنتج بنية مجهرية صلبة بدرجة كافية.

على الرغم من أن الإجراء يبدو واضحًا, يتطلب تحقيق نتائج متسقة التحكم في درجة الحرارة, وقت, توحيد الفرن, تحميل, تبريد, وحالة الفولاذ المروي.

يمكن تمثيل تسلسل التقسية الصناعي النموذجي على النحو التالي::

التبريد ← النقل إلى التقسية ← التسخين ← النقع ← التبريد المتحكم فيه ← الفحص

خطوة 1: إخماد الفولاذ

يبدأ التقسية عادة بمكون مروي بشكل صحيح.

يتم أوستنيتيت الفولاذ أولاً ثم يتم تبريده بسرعة بمعدل كافٍ لإنتاج الهيكل المتصلب المقصود.

قد تشمل وسيلة التبريد:

• زيت
• ماء
• محلول البوليمر
• غاز مضغوط
• الملح المنصهر

يعتمد الوسط الصحيح على هندسة السبيكة والمكونات.

الهدف هو تحقيق الصلابة والبنية الدقيقة المطلوبة مع تقليل التشقق والتشويه.

خطوة 2: نقل المكون إلى فرن التقسية

بعد التبريد, يجب أن يتم تخفيف المكون وفقًا لإجراءات الإنتاج المحددة.

لدرجات عديدة, يعد التقسية السريعة أمرًا مرغوبًا فيه لأن الحالة المروية حديثًا تحتوي على ضغوط عالية متبقية.

يجب أن تتجنب عملية النقل أيضًا الصدمة الحرارية غير الضرورية أو التبريد غير المنضبط الذي قد يؤثر على حالة المعالجة الحرارية النهائية.

للمكونات الحرجة, يجب أن توثق سجلات الفرن دورة درجة الحرارة الفعلية بدلاً من الاعتماد فقط على نقطة ضبط الفرن.

خطوة 3: الحرارة إلى درجة الحرارة المحددة هدأ

يتم تسخين المكون إلى درجة حرارة التخفيف المحددة, والتي قد تتراوح من تقريبًا 150درجة مئوية إلى 700 درجة مئوية اعتمادا على الصلب.

يجب التحكم في التدفئة بشكل كافٍ لمنع التدرجات المفرطة في درجة الحرارة, خاصة في المكونات الكبيرة أو المعقدة.

يجب أن يوفر الفرن المناسب:

• توحيد درجة الحرارة
• التحكم في الجو عند الاقتضاء
• تداول الأحمال
• معايرة الصك
• تسجيل درجة الحرارة

للمعالجة الحرارية الدقيقة, ال درجة حرارة الشغل الفعلية أكثر أهمية من درجة حرارة الفرن المبرمجة.

خطوة 4: نقع في درجة الحرارة

بمجرد وصول المكون إلى درجة الحرارة المطلوبة, يتم عقده لفترة محددة.

خلال هذه المرحلة النقع, تخضع البنية المجهرية لتفاعلات التقسية المناسبة للصلب:

• إعادة توزيع الكربون
• هطول كربيد
• تحلل مارتنسيت
• استرخاء التوتر
• استرداد المصفوفة
• تحول الأوستينيت المحتجز
• ترسيب سبائك كربيد في الفولاذ المتصلب الثانوي

يعتمد وقت النقع المطلوب على حجم المكون, الهندسة, سبيكة, نوع الفرن, والمواصفات المعمول بها.

خطوة 5: التبريد المتحكم فيه

بعد مدة الانتظار المطلوبة, يتم تبريد المكون وفقًا لمواصفات العملية.

يمكن تبريد العديد من أنواع الفولاذ في الهواء بعد التقسية, في حين أن بعض أنظمة السبائك أو المكونات الهامة قد تتطلب ممارسة تبريد محددة.

يمكن أن تؤثر ظروف التبريد على استقرار الأبعاد و, في بعض الفولاذ, القابلية ل هشاشة المزاج. لذلك, ولا ينبغي التعامل مع "التبريد" باعتباره خطوة نهائية غير ذات أهمية.

خطوة 6: كرر التقسية عند الحاجة

تتطلب بعض أنواع الفولاذ هدأ مزدوج أو ثلاثي بدلاً من دورة واحدة.

يمكن استخدام التقسية المتكررة ل:

• مزيد من الاستقرار الاحتفاظ بالأوستينيت
• خفف من مارتنسيت المشكل حديثًا بعد تحول الأوستينيت المحتفظ به
• تحسين استقرار الأبعاد
• تطوير هيكل كربيد أكثر استقرارا
• تحقيق خصائص متسقة في جميع أنحاء المكون

هذه الممارسة شائعة بشكل خاص بالنسبة لفولاذ الأدوات عالي السبائك.

5. لماذا تتطلب بعض أنواع الفولاذ تقسية مزدوجة أو ثلاثية؟?

تعتبر دورة التقسية الواحدة كافية للعديد من أنواع الفولاذ المسقى, ولكن سبائك عالية فولاذ الأداة وغالبًا ما تتطلب بعض أنواع الفولاذ عالي الكربون دورتين أو حتى ثلاث دورات تقسية.

السبب الرئيسي هو أن معالجة التقسية الأولى يمكن أن تغير من استقرار الأوستينيت المحتجز وإنتاج مارتنسيت طازج أثناء التبريد اللاحق.

ثم يعمل المزاج الثاني أو الثالث على تلطيف هذا المارتنسيت المتكون حديثًا وتحسين استقرار البنية المجهرية النهائية.

الأوستينيت المحتجز هو السبب الرئيسي

بعد التبريد, تحتفظ بعض أنواع الفولاذ بجزء من الأوستينيت الأصلي لأن التحول المارتنسيتي لا يستمر حتى الاكتمال.

وهذا مهم بشكل خاص في الفولاذ الذي يحتوي على مستويات عالية نسبيًا من عناصر الكربون والسبائك.

خلال دورة التقسية الأولى, يمكن أن يتغير استقرار الأوستينيت المحتفظ به. على التبريد بعد هدأ, قد يتحول بعض من هذا الأوستينيت المحتفظ به إلى طازج, مارتنسيت غير مخفف.

وهذا يخلق مشكلة جديدة: على الرغم من أن مارتنسيت الأصلي قد تم تلطيفه, مارتنسيت المشكل حديثًا لم يفعل ذلك.

ولذلك يتم استخدام دورة تقسية ثانية لتلطيف هذا المارتنسيت الطازج.

لماذا يعتبر المارتينسيت الطازج مصدر قلق؟?

المارتنسيت الطازج له نفس العيوب الأساسية مثل الهيكل الأصلي المروي:

• صلابة عالية
• ارتفاع الإجهاد المتبقي
• ليونة منخفضة
• صلابة سيئة نسبيا
• زيادة القابلية للتشقق

ترك هذا الهيكل دون علاج يمكن أن يؤدي إلى اختلافات محلية في الصلابة والمتانة. في الفولاذ أداة الدقة, يمكن أن يساهم أيضًا في عدم استقرار الأبعاد.

وبالتالي فإن التقسية المزدوجة تساعد على التأكد من أن كلا من المارتينسيت الأصلي والمارتنسيت المتكون بعد دورة التقسية الأولى قد تم تلطيفهما بشكل صحيح.

متى يتم استخدام التقسية الثلاثية؟?

يتم استخدام التقسية الثلاثية عندما تكون هناك حاجة إلى درجة أعلى من التثبيت المجهري.

وهو شائع بشكل خاص في بعض أنواع الفولاذ عالي السرعة, فولاذ أداة العمل الساخن, والفولاذ عالي السبائك, اعتمادًا على مواصفات المعالجة الحرارية للشركة المصنعة.

يمكن اختيار دورة ثالثة ل:

• مزيد من الاستقرار الاحتفاظ بالأوستينيت
• قم بتهدئة أي مارتنزيت تم تشكيله حديثًا
• صقل التوازن بين الصلابة والمتانة
• تحسين استقرار الأبعاد
• تحديد حالة التصلب الثانوي المطلوبة

لا ينبغي تطبيق التقسية الثلاثية تلقائيًا. يتم تبريره فقط عندما تتطلب درجة الفولاذ والخصائص المطلوبة ذلك.

الفولاذ النموذجي الذي يتطلب التقسية المتكررة

يعتبر التقسية المتكررة ذات صلة بشكل خاص بالفولاذ مثل:

• H13 الصلب أداة العمل الساخن
• فولاذ عالي السرعة
• فولاذ عالي الجودة لأدوات العمل البارد
• تم اختيار الفولاذ للعمل الساخن والفولاذ
• ترسيب معين أو فولاذ أداة تصلب ثانوي

يجب أن يتبع العدد الفعلي لدورات التقسية دائمًا درجة الفولاذ المحددة وإجراءات المعالجة الحرارية المؤهلة. المزيد من الدورات لا يعني تلقائيًا أداءً أفضل.

6. ما هو التصلب الثانوي أثناء التقسية؟?

تصلب الثانوية هي ظاهرة تتطور فيها أنواع معينة من الفولاذ عالي السبائك إلى صلابة متزايدة أثناء التقسية في درجات حرارة عالية نسبيًا, على الرغم من أن التقسية العادية للفولاذ الكربوني تؤدي بشكل عام إلى انخفاض الصلابة.

هذا السلوك هو سمة من سمات الفولاذ الذي يحتوي على كميات كبيرة من عناصر صناعة السبائك المكونة للكربيد, خصوصًا الموليبدينوم, التنغستن, الفاناديوم, والكروم.

لماذا يحدث تصلب الثانوي?

أثناء التقسية التقليدية, تنخفض صلابة المارتنسيت المروي عادةً عندما يترك الكربون المصفوفة المفرطة التشبع وتصبح الكربيدات أكثر استقرارًا.

في الفولاذ أداة عالية السبائك, لكن, يمكن أن تحدث عملية مختلفة في درجات حرارة أعلى. تنتشر عناصر صناعة السبائك وتتشكل بشكل جيد جدًا كربيدات سبائك.

يمكن أن تكون هذه الرواسب فعالة للغاية في مقاومة حركة الخلع.

التعزيز الناتج يمكن أن يعوض, وتتجاوز أحيانا, الصلابة المفقودة خلال المراحل المبكرة من التقسية.

التسلسل العام هو:

التبريد ← التخفيف/التليين الأولي ← ترسيب سبائك كربيد ← التصلب الثانوي

عناصر صناعة السبائك المعنية

وتشمل أهم العناصر:

يعتمد نوع الكربيد الدقيق على تركيبة الفولاذ وتاريخ المعالجة الحرارية.

لماذا يعد التصلب الثانوي مهمًا؟?

يسمح التصلب الثانوي لبعض أدوات الفولاذ بتحقيق صلابة عالية بعد التقسية عند درجات حرارة أعلى بكثير من تلك المستخدمة في التقسية التقليدية ذات درجات الحرارة المنخفضة.

يعد هذا أمرًا مهمًا لأن درجات الحرارة المرتفعة يمكن أن تتحسن أيضًا:

• مقاومة المزاج
• الاستقرار الأبعاد
• الاستقرار الهيكلي
• صلابة ساخنة
• مقاومة التليين أثناء الخدمة

للأدوات التي تعمل في درجة حرارة مرتفعة, قد يكون الحفاظ على الصلابة أثناء الخدمة أكثر أهمية من تحقيق أقصى قدر ممكن من الصلابة في درجة حرارة الغرفة.

التصلب الثانوي وأداة الصلب H13

H13 عبارة عن فولاذ تمثيلي لأدوات العمل الساخن حيث يساهم ترسيب سبائك كربيد في استجابته أثناء درجات الحرارة المرتفعة.

تم تصميم المعالجة الحرارية لتحقيق توازن مناسب للصلابة, صلابة, مقاومة التعب الحراري, ومقاومة التليين.

تعتمد الاستجابة الدقيقة للتصلب الثانوي على كيمياء الفولاذ, درجة حرارة الأوستن, طريقة التبريد, درجة حرارة تقع, وعقد الوقت.

ولذلك فمن غير الصحيح التعامل مع التصلب الثانوي على أنه مجرد "التصلب عن طريق إعادة التسخين".

هذه الظاهرة هي نتيجة الترسيب المتحكم فيه للكربيدات الغنية بالسبائك داخل بنية مجهرية صلبة سابقًا.

7. كيف يؤثر التقسية على الخواص الميكانيكية?

يؤدي التقسية إلى تغيير الخواص الميكانيكية للصلب عن طريق تعديل البنية المارتنسيتية شديدة التشبع والمجهدة الناتجة عن التبريد.

يعتمد حجم واتجاه هذه التغييرات على درجة الفولاذ وحالة التقسية, لذلك ينبغي فهم العلاقة على أنها اتجاه عام وليس قاعدة ثابتة.

التأثير العام للتلطيف

*الاتجاهات العامة للفولاذ المروي التقليدي; قد يظهر الفولاذ عالي السبائك سلوكًا مختلفًا, خاصة عندما يحدث تصلب ثانوي.

وبالتالي فإن الهدف العملي للتلطيف هو اختيار توازن الخاصية الصحيح بدلاً من تعظيم أي خاصية ميكانيكية واحدة.

قد تتطلب أداة القطع أقصى قدر من الصلابة العملية ومقاومة التآكل, في حين أن الترس أو العمود قد يتطلب صلابة أكبر ومقاومة للتعب.

من خلال التحكم في درجة حرارة ووقت التقسية للصلب المحدد, يمكن للمصنعين تصميم البنية المجهرية النهائية وفقًا لمتطلبات الخدمة الفعلية.

8. ما هو التخفيف مقابل التلدين مقابل التطبيع مقابل تخفيف التوتر?

هدأ, الصلب, التطبيع, وتخفيف التوتر كلها عمليات المعالجة الحرارية, لكنهم كذلك غير قابلة للتبديل.

تتراوح درجة حرارتها, بدء الهياكل المجهرية, طرق التبريد, الآليات المعدنية, والنتائج المقصودة مختلفة.

9. تقسية أنواع الفولاذ المختلفة

تستجيب أنواع الفولاذ المختلفة بشكل مختلف للتلطيف. يعد فهم هذه الاختلافات أمرًا ضروريًا لاختيار جدول التقسية المناسب.

الفولاذ الكربوني العادي:

بسيطة المزاج. فولاذ منخفض الكربون (<0.3% ج) ونادرا ما يتم إخمادها وتلطيفها لأنها لا تتصلب بشكل كبير.

فولاذ متوسط ​​الكربون (0.3-0.6% ج) عادة ما يتم إخمادها وتلطيفها للأعمدة, التروس, والمحاور. فولاذ عالي الكربون (>0.6% ج) تستخدم للأدوات, الينابيع, والسكاكين.

سبيكة الفولاذ:

تحتوي على عناصر مثل الكروم, النيكل, الموليبدينوم, والفاناديوم.

لديهم صلابة أفضل ويستجيبون بشكل جيد للتلطيف. يعد التصلب الثانوي أمرًا شائعًا في السبائك التي تحتوي على صانعات كربيد قوية.

فولاذ الأداة:

تشمل تصلب المياه, تصلب الزيت, تصلب الهواء, عالية السرعة, والفولاذ الساخن العمل.

تختلف جداول التهدئة على نطاق واسع. يتم تقسية الفولاذ عالي السرعة ثلاث مرات عند درجة حرارة 540-560 درجة مئوية. يتم تقسية الفولاذ الساخن مثل H13 بدرجة حرارة 500-550 درجة مئوية.

الفولاذ المقاوم للصدأ:

الفولاذ المقاوم للصدأ مارتينيسيتي (على سبيل المثال, 410, 420, 440ج) يمكن أن تصلب وتخفف. الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ (على سبيل المثال, 304, 316) لا يمكن تصلبها بالتبريد ولا يتم تلطيفها.

عموما لا يتم تصلب الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي. لقد أصبح الفولاذ المقاوم للصدأ المتصلب بالترسيب قديمًا, لا خفف.

ماراجينج ستيل:

هذه منخفضة الكربون, سبائك النيكل العالية التي يتم تقويتها بالشيخوخة, ليس عن طريق هدأ مارتنسيت.

لكن, قد يخضعون لمعالجة محلولية وعملية شيخوخة تشبه من الناحية المفاهيمية عملية التقسية.

10. هدأ أداة H13 الصلب: مثال عملي

أداة الصلب H13 عبارة عن أداة فولاذية للعمل الساخن مصنوعة من الكروم والموليبدينوم والفاناديوم تستخدم على نطاق واسع في قوالب الصب, يموت تزوير, أدوات البثق, وغيرها من الأدوات التي تتعرض للتسخين والتبريد المتكرر.

مزيج من القوة الساخنة, صلابة, مقاومة المزاج, ومقاومة التعب الحراري تجعلها مثالًا تمثيليًا عن سبب وجوب التحكم الدقيق في التقسية في سبائك فولاذ الأدوات.

بعد الأوستنيتينغ والتبريد, يطور H13 بنية مارتنسيتية صلبة مع ضغوط متبقية وبعض الأوستينيت المحتفظ به.

وبالتالي فإن معالجة التقسية اللاحقة مصممة ليس فقط لتقليل الهشاشة, ولكن أيضًا لتطوير استجابة التصلب الثانوية المطلوبة واستقرار البنية المجهرية.

جدول تقسية H13 النموذجي

H13 شائع خفف مزدوج, مع مزاج ثالث محدد أحيانًا للمكونات الكبيرة أو المهمة بشكل خاص.

يجب أن تتبع المعلمات الدقيقة مواصفات المواد المطبقة وإجراءات المعالجة الحرارية المؤهلة.

تعتبر ظروف الأوستنة والتبريد الفعلية مهمة أيضًا.

عادة ما يتم معالجة H13 بالأوستينيت تقريبًا 1,020-1,050 درجة مئوية, يليه التبريد المتحكم فيه مثل التبريد بالهواء أو الغاز, اعتمادًا على حجم القسم, معدات, والخصائص المطلوبة.

الصلابة الناتجة النموذجية

عادة ما يصل مكون H13 المعالج بالحرارة بشكل صحيح إلى الصلابة النهائية في منطقة حوالي 48-52 HRC, على الرغم من أن الصلابة الفعلية تعتمد على حالة الأوستنيتي, معدل التبريد, درجة حرارة تقع, عقد الوقت, وكيمياء المواد.

ضمن نطاق هدأ المعلن, الاتجاه العام هو:

• حوالي 500 درجة مئوية: صلابة أعلى, مع تليين أقل المرتبطة بالتلطيف.
• حوالي 550 درجة مئوية: صلابة أقل إلى حد ما, عموما مع قدر أكبر من الصلابة وتخفيف التوتر.

العلاقة ليست خطية تماما, ويمكن أن يعرض H13 تصلب ثانوي بسبب ترسيب كربيدات السبائك الدقيقة أثناء درجات الحرارة العالية.

لماذا هو H13 مزدوج خفف?

السبب الرئيسي للتقلب المزدوج هو سلوك احتفظ أوستنيت بعد التبريد.

بعد دورة التقسية الأولى, قد يتحول بعض الأوستينيت المحتفظ به أثناء التبريد إلى مارتنسيت طازج.

لم يخضع هذا المارتنسيت المتكون حديثًا للتلطيف بعد، وبالتالي قد يحتوي على إجهاد متبقي مرتفع نسبيًا وهشاشة.

تعالج دورة التقسية الثانية هذا المارتنسيت الطازج وتساعد في إنتاج بنية مجهرية نهائية أكثر اتساقًا:

التبريد ← الحرارة الأولى ← تحويل الأوستينيت المحتفظ به ← مارتنزيت الطازج ← الحرارة الثانية

يساعد التقسية المزدوجة أيضًا على إكمال تفاعلات الترسيب المطلوبة وتحسين اتساق الصلابة واستقرار الأبعاد.

لمكونات H13 الكبيرة أو شديدة الأهمية, أ المزاج الثالث يمكن استخدامه عند الحاجة إلى مواصفات المعالجة الحرارية, خاصة عندما يكون التثبيت الإضافي مفيدًا.

الأهمية الهندسية

الهدف من تقسية H13 ليس مجرد زيادة الصلابة إلى أقصى حد.

يجب أن يوازن الشرط النهائي بين الصلابة, القوة الساخنة, صلابة, مقاومة التعب الحراري, واستقرار الأبعاد.

لهذا السبب, تم تصميم قالب H13 مقسى عند درجة حرارة 500-550 درجة مئوية تقريبًا للاحتفاظ بالصلابة الكافية لمقاومة التآكل مع تطوير المتانة ومقاومة المزاج المطلوبة للدورة الحرارية المتكررة والتحميل الميكانيكي في الخدمة.

11. التطبيقات الصناعية للصلب المقسى

يستخدم الفولاذ المقسى على نطاق واسع في التصنيع الصناعي لأنه يوفر توازنًا يمكن التحكم فيه بين القوة, صلابة, صلابة, ليونة, مقاومة التعب, واستقرار الأبعاد.

التروس ومكونات ناقل الحركة

تخضع التروس عادةً للتبريد يليه التقسية للحصول على قوة عالية وصلابة كافية.

تعمل معالجة التقسية على تقليل الهشاشة والضغوط المتبقية المرتبطة بالحالة الصلبة مع الحفاظ على صلابة كافية لملامسة الأسنان ومقاومة التآكل.

وتشمل المكونات النموذجية:

• تروس ناقل الحركة
• ترس
• قيادة التروس
• أسنان العجلة
• مهاوي وأعمدة التروس

للتروس المحملة بشكل كبير, عادة ما يتم تصميم حالة المعالجة الحرارية النهائية حول قوة التعب, الإجهاد الاتصال, ومقاومة كسر الأسنان بدلاً من صلابتها وحدها.

مهاوي, محاور, ودبابيس

يتم استخدام سبائك الفولاذ المسقية والمخففة على نطاق واسع للأعمدة, المحاور, دبابيس, وعناصر الآلة المماثلة المعرضة للثني المشترك, التواء, تأثير, والتحميل الدوري.

بالمقارنة مع هيكل مروي, يوفر الهيكل المارتنسيتي المقسى بشكل صحيح صلابة ومقاومة أفضل لانتشار التشققات, مما يجعلها أكثر ملاءمة للمكونات المحملة ديناميكيًا.

الينابيع

يتطلب الفولاذ الزنبركي قوة مرنة عالية ومقاومة للتعب.

يتم استخدام التقسية بعد التصلب لضبط الصلابة وتخفيف الضغوط الداخلية مع الحفاظ على القوة المطلوبة للتحميل المرن المتكرر.

تشمل التطبيقات:

• نوابض لولبية
• ينابيع الأوراق
• نوابض الالتواء
• مكونات التعليق
• نوابض الصمام

يجب التحكم في حالة التقسية بعناية لأن النعومة المفرطة والهشاشة المفرطة يمكن أن تقلل من عمر الربيع.

يموت والأدوات

عادة ما يتم تقسية فولاذ الأدوات لتحقيق مزيج متحكم فيه من الصلابة, مقاومة التآكل, صلابة, ومقاومة التليين.

يتم تقسية فولاذ أدوات العمل الساخن مثل H13 عند درجات حرارة عالية نسبيًا للحصول على الاستقرار الحراري ومقاومة التسخين والتبريد المتكرر.

تستخدم أدوات الفولاذ عالية السرعة والعمل البارد جداول تقسية مختلفة اعتمادًا على أنظمة السبائك الخاصة بها وأداء القطع أو التشكيل المطلوب.

مكونات السيارات

يُستخدم الفولاذ المقسى على نطاق واسع في صناعة السيارات للمكونات التي يجب أن تتحمل التحميل والتأثير الميكانيكي المتكرر.

تشمل الأمثلة:

• مهاوي المحور
• مكونات التوجيه
• مهاوي القيادة
• ربط المكونات
• أجزاء التعليق
• مكونات ناقل الحركة

تتيح معالجة التبريد والتبريد لهذه المكونات تحقيق قوة عالية دون التضحية بالمتانة اللازمة لظروف الخدمة الواقعية.

البناء والمعدات الثقيلة

غالبًا ما تتعرض مكونات الآلات الثقيلة لأحمال عالية, صدمة, كشط, والإجهاد الدوري. ولذلك يتم استخدام سبائك الفولاذ المقسى على نطاق واسع:

• دبابيس والبطانات
• المكونات الهيدروليكية
• أجزاء حفارة ومحمل
• مكونات الرافعة
• مكونات الآلات الزراعية
• أجزاء معدات التعدين

في هذه التطبيقات, عادةً ما يتم تحديد حالة التخفيف المطلوبة وفقًا للتركيبة السائدة لمقاومة الصدمات, قوة التعب, وارتداء المقاومة.

معدات الضغط والطاقة

تستخدم بعض مكونات تحمل الضغط ونظام الطاقة الفولاذ المروي والمخفف لأن المعالجة يمكن أن توفر قوة عالية مع تحسين المتانة.

قد تشمل التطبيقات:

• مكونات الضغط عالية القوة
• الأجزاء الميكانيكية المتعلقة بالتوربينات
• السحابات الصناعية
• مكونات نقل الطاقة
• المكونات الهيكلية الثقيلة

للمكونات الهامة للسلامة, عادة ما يتم دعم عملية المعالجة الحرارية عن طريق اختبار الصلابة, الاختبار الميكانيكي, التفتيش الأبعاد, والتحقق المعدنية.

12. هدأ ما وراء الصلب: زجاج, الشوكولاته, ومواد أخرى

تُستخدم كلمة "تلطيف" أيضًا في مجالات أخرى, لكن الآليات مختلفة.

تقسية الزجاج

تتضمن عملية تقسية الزجاج تسخين الزجاج إلى حوالي 600-700 درجة مئوية ثم تبريد الأسطح بسرعة باستخدام نفاثات الهواء..

ينكمش السطح بشكل أسرع من الداخل, خلق ضغوط ضاغطة على السطح وضغوط الشد في القلب.

وهذا يجعل الزجاج المقسى أقوى بكثير ويتسبب في تكسره إلى أجزاء صغيرة, شظايا حادة بدلا من شظايا حادة. يتم استخدامه في نوافذ السيارات, أبواب الاستحمام, والزجاج المعماري.

هدأ الشوكولاته

تقسية الشوكولاتة هي عملية تسخين وتبريد يتم التحكم فيها والتي تشجع زبدة الكاكاو على التبلور في شكل مستقر, المعروف باسم النموذج V (بلورات بيتا).

الشوكولاتة المقسّمة بشكل صحيح لها لمسة نهائية لامعة, المفاجئة واضحة, وذوبان سلس. قد تزدهر الشوكولاتة غير المعالجة, يشعر محبب, أو تنعيم بسهولة شديدة.

مواد أخرى

بعض السبائك غير الحديدية, مثل بعض سبائك الألومنيوم والنحاس, الخضوع لعلاجات تصلب الترسيب أو الشيخوخة والتي تسمى أحيانًا بشكل عام التقسية.

لكن, يكون المصطلح أكثر دقة عند تطبيقه على المعادن الحديدية.

13. خاتمة

التقسية هي عملية معالجة حرارية أساسية للتحويل المروي, متوتر للغاية, والصلب الهش نسبيًا إلى مادة هندسية أكثر استقرارًا.

أهميتها لا تكمن فقط في تقليل الصلابة, ولكن في التحكم في تطور البنية المجهرية للمارتنسيت وتحقيق التوازن المطلوب بين الصلابة, قوة, صلابة, ليونة, واستقرار الأبعاد.

درجة حرارة التقسية هي متغير العملية الأكثر تأثيرًا, ولكن يجب أن يؤخذ في الاعتبار مع الاحتفاظ بالوقت, تكوين الصلب, ظروف الأوستنيتينغ والتبريد السابقة, حجم المكون, والخصائص النهائية المطلوبة.

وبالتالي فإن العلاج الصحيح للتلطيف هو درجة الصلب محددة وليس عالمية.

فولاذ الكربون, سبائك الفولاذ الهيكلي, فولاذ عالي الكربون, فولاذ الأداة, الفولاذ عالي السرعة, فولاذ العمل الساخن, والفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي يمكن أن يظهر استجابات مختلفة للتلطيف.

في الإنتاج الصناعي, وينبغي الحكم على عملية التقسية الناجحة من خلال الأداء النهائي للمكون، وليس من خلال درجة الحرارة وحدها.

تعمل عملية التقسية التي يتم التحكم فيها بشكل صحيح على تحويل الصلابة القصوى للحالة المسقية إلى مزيج موثوق من الخواص الميكانيكية المناسبة للتروس, مهاوي, الينابيع, يموت, قطع غيار السيارات, المعدات الثقيلة, وغيرها من التطبيقات الصعبة.

 

الأسئلة الشائعة

ما هو هدأ في الفولاذ?

التقسية هي عملية معالجة حرارية يتم فيها إعادة تسخين الفولاذ المقسى إلى درجة حرارة أقل من نطاق التحول الحرج, عقدت لفترة محددة, ثم تبرد.

يتم استخدامه في المقام الأول لتقليل الهشاشة والإجهاد المتبقي مع الحصول على توازن الصلابة المطلوب, قوة, والمتانة.

هل التخفيف يقلل من الصلابة؟?

بالنسبة لمعظم الفولاذ المروي التقليدي, تؤدي زيادة درجة حرارة التقسية بشكل عام إلى تقليل الصلابة والقوة مع تحسين المتانة والليونة.

يمكن لفولاذ الأدوات عالي السبائك أن يتصرف بشكل مختلف بسبب التصلب الثانوي.

ما هو الفرق بين التقسية والتليين?

يتم إجراء عملية التقسية عادة على الفولاذ المقسى تحت نطاق التحول الحرج لتعديل المارتنسيت.

يهدف التلدين عمومًا إلى تليين الفولاذ وإنشاء مادة أكثر ليونة, البنية المجهرية المستقرة, غالبًا ما يستخدم التبريد البطيء الذي يتم التحكم فيه.

كيف يتم فحص الفولاذ المقسى?

قد يشمل الفحص النموذجي اختبار الصلابة, التفتيش الأبعاد, فحص المعادن, والاختبارات الميكانيكية, مع اختبارات سطحية أو غير مدمرة إضافية حيثما يتطلب ذلك التطبيق أو المواصفات.