المعالجة الحرارية للفولاذ الكربوني

​الغرض من المعالجة الحرارية للفولاذ الكربوني هو تغيير الخواص الميكانيكية للفولاذ، وعادةً ما تكون ليونة، أو صلابة، أو قوة الخضوع، أو مقاومة الصدمات. لاحظ أن التوصيل الكهربائي والحراري يتغير قليلاً فقط. كما هو الحال مع معظم تقنيات تقوية الفولاذ، فإن معامل يونغ (المرونة) لا يتأثر. جميع معالجات الفولاذ تتاجر بالليونة لزيادة القوة والعكس. يتمتع الحديد بقدرة أعلى على ذوبان الكربون في الطور الأوستينيت؛ ولذلك، فإن جميع المعالجات الحرارية، باستثناء المعالجة الكروية والتليين، تبدأ بتسخين الفولاذ إلى درجة حرارة يمكن أن توجد فيها المرحلة الأوستنيتي. يتم بعد ذلك إخماد الفولاذ (سحب الحرارة) بمعدل مرتفع مما يؤدي إلى ترسب الأسمنتيت وأخيراً تصلب الحديد النقي المتبقي. يؤثر معدل تبريد الفولاذ من خلال درجة حرارة الأيوتكتويد على المعدل الذي ينتشر به الكربون من الأوستينيت ويشكل السمنتيت. بشكل عام، التبريد السريع سوف يترك كربيد الحديد مشتتًا بشكل ناعم وينتج بيرليت ذو حبيبات دقيقة (حتى يتم الوصول إلى درجة الحرارة الحرجة للمارتنسيت) والتبريد ببطء سيعطي بيرليت أكثر خشونة. يؤدي تبريد الفولاذ ناقص اليوتكتويد (أقل من 0.77% بالوزن C) إلى تكوين بنية صفائحية بيرليتية من طبقات كربيد الحديد معα-الفريت (الحديد النقي) بين. إذا كان الفولاذ مفرط اليوتكتويد (أكثر من 0.77 بالوزن٪ C) فإن الهيكل يكون برليتًا كاملاً مع حبيبات صغيرة (أكبر من صفيحة البرليت) من السمنتيت المنتشرة في جميع الأنحاء. تم العثور على الكميات النسبية للمكونات باستخدام قاعدة الرافعة. فيما يلي قائمة بأنواع المعالجات الحرارية الممكنة:

·الكروي: يتشكل الكروي عند تسخين الفولاذ الكربوني إلى ما يقرب من 700°ج- لأكثر من 30 ساعة. يمكن أن يتشكل الشبه الكروي عند درجات حرارة منخفضة ولكن الوقت اللازم يزداد بشكل كبير، لأن هذه عملية يتم التحكم في انتشارها. والنتيجة هي هيكل من قضبان أو مجالات من سمنتيت داخل الهيكل الأساسي (الفريت أو البرليت، اعتمادا على أي جانب من eutectoid الذي أنت عليه). والغرض من ذلك هو تليين الفولاذ عالي الكربون والسماح بمزيد من القابلية للتشكيل. هذا هو الشكل الأكثر ليونة والأكثر ليونة من الفولاذ. تُظهر الصورة الموجودة على اليمين مكان حدوث عملية الكروية عادةً.

التلدين الكامل: يتم تسخين الفولاذ الكربوني إلى درجة حرارة 40 تقريبًا°C فوق Ac3؟ أو أكم؟ لمدة ساعة واحدة وهذا يضمن تحول كل الفريت إلى الأوستينيت (على الرغم من أن السمنتيت قد يظل موجودًا إذا كان محتوى الكربون أكبر من الأيوتكتويد). يجب بعد ذلك تبريد الفولاذ ببطء، في عالم 20 درجة°ج(36°ف) في الساعة. عادةً ما يتم تبريده بالفرن فقط، حيث يتم إيقاف تشغيل الفرن مع بقاء الفولاذ بداخله. وينتج عن ذلك بنية بيرليتية خشنة، مما يعني أن "شرائط" البرليت سميكة. الفولاذ الملدن بالكامل ناعم ومرن، مع عدم وجود ضغوط داخلية، وهو أمر ضروري غالبًا للتشكيل الفعال من حيث التكلفة. فقط الفولاذ الكروي هو أكثر ليونة وأكثر ليونة.

·عملية التلدين: عملية تستخدم لتخفيف الضغط في الفولاذ الكربوني المشغول على البارد بنسبة أقل من 0.3% بالوزن درجة مئوية. وعادة ما يتم تسخين الفولاذ حتى درجة حرارة 550 درجة مئوية.-650°درجة مئوية لمدة ساعة واحدة، ولكن في بعض الأحيان تصل درجات الحرارة إلى 700 درجة مئوية°ج. الصورة الموجودة على اليمين [بحاجة للتوضيح] توضح المنطقة التي تحدث فيها عملية التلدين.

التلدين متساوي الحرارة: هي عملية يتم فيها تسخين الفولاذ ناقص الإيوتكتويد فوق درجة الحرارة الحرجة العليا ويتم الحفاظ على درجة الحرارة هذه لفترة من الوقت ثم يتم خفض درجة الحرارة إلى ما دون درجة الحرارة الحرجة الأدنى ويتم الحفاظ عليها مرة أخرى. ثم يتم تبريده أخيرًا في درجة حرارة الغرفة. هذه الطريقة تتخلص من أي تدرج في درجة الحرارة.

التطبيع: يتم تسخين الفولاذ الكربوني إلى درجة حرارة 55 تقريبًا°C فوق Ac3 أو Acm لمدة ساعة واحدة؛ وهذا يضمن تحول الفولاذ بالكامل إلى الأوستينيت. يتم بعد ذلك تبريد الفولاذ بالهواء، وهو معدل تبريد يبلغ حوالي 38°ج(100°ف) في الدقيقة. وينتج عن هذا بنية بيرليتية دقيقة، وبنية أكثر اتساقًا. يتمتع الفولاذ الطبيعي بقوة أعلى من الفولاذ الملدن. فهو يتمتع بقوة وصلابة عالية نسبيًا.

التسقية: يتم تسخين الفولاذ الكربوني الذي يحتوي على 0.4% بالوزن من الكربون على الأقل إلى درجات حرارة طبيعية ثم يتم تبريده بسرعة (إطفائه) في الماء أو الماء المالح أو الزيت إلى درجة الحرارة الحرجة. وتعتمد درجة الحرارة الحرجة على محتوى الكربون، ولكنها كقاعدة عامة تكون أقل مع زيادة محتوى الكربون. وهذا يؤدي إلى بنية مارتنسيتية. شكل من أشكال الفولاذ يحتوي على محتوى كربون مشبع للغاية في بنية بلورية مشوهة مكعبة مركزية الجسم (BCC)، تسمى بشكل صحيح رباعي الزوايا مركزية الجسم (BCT)، مع الكثير من الضغط الداخلي. وبالتالي فإن الفولاذ المسقي يكون صلبًا للغاية ولكنه هش، وعادةً ما يكون هشًا للغاية بالنسبة للأغراض العملية. هذه الضغوط الداخلية تسبب شقوق الإجهاد على السطح. يكون الفولاذ المروي أقوى بحوالي ثلاثة إلى أربعة أضعاف (مع المزيد من الكربون) من الفولاذ الطبيعي.

Martempering (Marquenching): إن Martempering ليس في الواقع إجراء تقسية، ومن هنا جاء مصطلح "marquenching". وهو شكل من أشكال المعالجة الحرارية متساوية الحرارة يتم تطبيقه بعد التبريد الأولي عادةً في حمام الملح المنصهر عند درجة حرارة أعلى مباشرة من "درجة حرارة بداية المارتنسيت". عند درجة الحرارة هذه، يتم تخفيف الضغوط المتبقية داخل المادة وقد يتم تشكيل بعض الباينيت من الأوستينيت المحتجز والذي لم يكن لديه الوقت للتحول إلى أي شيء آخر. في الصناعة، تُستخدم هذه العملية للتحكم في ليونة المادة وصلابتها. مع التطعيم لفترة أطول، تزداد الليونة مع فقدان الحد الأدنى من القوة؛ يتم الاحتفاظ بالفولاذ في هذا المحلول حتى تتساوى درجات الحرارة الداخلية والخارجية. ثم يتم تبريد الفولاذ بسرعة معتدلة للحفاظ على الحد الأدنى من التدرج في درجة الحرارة. لا تؤدي هذه العملية إلى تقليل الضغوط الداخلية وشقوق الإجهاد فحسب، بل إنها تزيد أيضًا من مقاومة الصدمات.

التبريد والتلطيف: هذه هي المعالجة الحرارية الأكثر شيوعًا، لأن الخصائص النهائية يمكن تحديدها بدقة من خلال درجة الحرارة ووقت التقسية. تتضمن عملية التقسية إعادة تسخين الفولاذ المروي إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة الإيوتكتويد ثم تبريده. تسمح درجة الحرارة المرتفعة بتكوين كميات صغيرة جدًا من الشبه الكروي، مما يعيد الليونة، ولكنه يقلل من الصلابة. يتم اختيار درجات الحرارة والأوقات الفعلية بعناية لكل تركيبة.

التقشف: عملية التقشف هي نفس عملية التقشير، باستثناء الفولاذ الذي يتم الاحتفاظ به في حمام الملح المنصهر من خلال درجات حرارة تحويل الباينيت، ثم يتم تبريده بشكل معتدل. يتمتع فولاذ الباينيت الناتج بمرونة أكبر، ومقاومة أعلى للصدمات، وتشويه أقل. عيب التقشير هو أنه لا يمكن استخدامه إلا على عدد قليل من أنواع الفولاذ، ويتطلب حمامًا ملحيًا خاصًا.