المعالجة الحرارية للسبائك. أنواع المعالجة الحرارية

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

المعالجة الحرارية للسبائك هي جزء لا يتجزأ من عملية إنتاج المعادن الحديدية وغير الحديدية. نتيجة لهذا الإجراء ، يمكن للمعادن تغيير خصائصها إلى القيم المطلوبة. في هذه المقالة سوف ننظر في الأنواع الرئيسية للمعالجة الحرارية المستخدمة في الصناعة الحديثة.

جوهر المعالجة الحرارية

أثناء إنتاج المنتجات شبه المصنعة ، تتم معالجة الأجزاء المعدنية بالحرارة لمنحها الخصائص المرغوبة (القوة ، مقاومة التآكل والتآكل ، إلخ). المعالجة الحرارية للسبائك عبارة عن مجموعة من العمليات التي تم إنشاؤها بشكل مصطنع والتي تحدث خلالها تغييرات هيكلية وفيزيائية وميكانيكية في السبائك تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة ، ولكن يتم الحفاظ على التركيب الكيميائي للمادة.

غرض المعالجة الحرارية

يجب أن تلبي المنتجات المعدنية المستخدمة يوميًا في جميع قطاعات الاقتصاد الوطني متطلبات عالية لمقاومة التآكل. المعدن ، كمادة خام ، يحتاج إلى التعزيز بخصائص الأداء اللازمة ، والتي يمكن أن تكون كذلكتتعرض لدرجات حرارة عالية. تؤدي المعالجة الحرارية للسبائك ذات درجات الحرارة المرتفعة إلى تغيير الهيكل الأولي للمادة ، وإعادة توزيع المكونات المكونة لها ، وتغيير حجم وشكل البلورات. كل هذا يؤدي إلى تقليل الضغط الداخلي للمعدن وبالتالي زيادة خواصه الفيزيائية والميكانيكية.

أنواع المعالجة الحرارية

تنحصر المعالجة الحرارية للسبائك المعدنية في ثلاث عمليات بسيطة: تسخين المادة الخام (منتج نصف نهائي) إلى درجة الحرارة المطلوبة ، وإبقائها تحت الظروف المحددة للوقت المطلوب والتبريد السريع. في الإنتاج الحديث ، يتم استخدام عدة أنواع من المعالجة الحرارية ، والتي تختلف في بعض الميزات التكنولوجية ، لكن خوارزمية العملية بشكل عام تظل كما هي في كل مكان.

حسب طريقة إجراء المعالجة الحرارية هناك الأنواع التالية:

• حراري (تصلب ، تلدين ، تلدين ، تقادم ، معالجة مبردة).
• المعالجة الميكانيكية الحرارية تتضمن معالجة درجة حرارة عالية مقترنة بعمل ميكانيكي على السبيكة.
• تتضمن المعالجة الكيميائية الحرارية المعالجة الحرارية للمعدن ، يليها إثراء سطح المنتج بالعناصر الكيميائية (الكربون ، النيتروجين ، الكروم ، إلخ).

التلدين

التلدين هو عملية تصنيع يتم فيها تسخين المعادن والسبائك إلى درجة حرارة محددة مسبقًا ، وبعد ذلك ، جنبًا إلى جنب مع الفرن الذي تم فيه الإجراء ، تبرد ببطء شديد بشكل طبيعي. نتيجة التلدين ، من الممكن القضاء على عدم تجانس التركيب الكيميائيالمواد ، وتخفيف الضغط الداخلي ، وتحقيق بنية حبيبية وتحسينها على هذا النحو ، وكذلك تقليل صلابة السبيكة لتسهيل مزيد من معالجتها. هناك نوعان من التلدين: التلدين من النوع الأول والثاني.

التلدين من الدرجة الأولى يعني المعالجة الحرارية ، ونتيجة لذلك لا يوجد تغيير طفيف أو معدوم في حالة طور السبيكة. كما أن لها أصنافها الخاصة: متجانسة - درجة حرارة التلدين هي 1100-1200 ، في ظل هذه الظروف ، يتم الاحتفاظ بالسبائك لمدة 8-15 ساعة ، وإعادة التبلور (عند 100-200) يتم استخدام التلدين للصلب المُثبت ، أي مشوه بالفعل البرد.

التلدين من النوع الثاني يؤدي إلى تغيرات كبيرة في الطور في السبيكة. كما أن لديها عدة أصناف:

• التلدين الكامل - تسخين السبيكة 30-50 فوق درجة الحرارة الحرجة المميزة لهذه المادة والتبريد بمعدل محدد (200 / ساعة - فولاذ كربوني ، 100 / ساعة و 50 / ساعة - سبيكة منخفضة وعالية -الفولاذ السبائكي على التوالي).
• غير مكتمل - التسخين إلى نقطة حرجة والتبريد البطيء.
• انتشار - تلدين درجة حرارة 1100-1200.
• متساوي الحرارة - يحدث التسخين بنفس الطريقة التي يحدث بها التلدين الكامل ، ومع ذلك ، بعد ذلك ، يتم إجراء التبريد السريع إلى درجة حرارة أقل قليلاً من درجة الحرارة الحرجة ويترك ليبرد في الهواء.
• التطبيع - التلدين الكامل مع التبريد اللاحق للمعدن في الهواء ، وليس في الفرن.

تصلب

تلطيف هو التلاعبباستخدام سبيكة ، الغرض منها هو تحقيق تحول مارتنسيتي للمعدن ، مما يقلل من ليونة المنتج ويزيد من قوته. يتضمن التسقية ، بالإضافة إلى التلدين ، تسخين المعدن في فرن أعلى من درجة الحرارة الحرجة لدرجة حرارة التبريد ، ويكمن الاختلاف في معدل التبريد الأعلى الذي يحدث في الحمام السائل. اعتمادًا على المعدن وحتى شكله ، يتم استخدام أنواع مختلفة من التقسية:

• تصلب في نفس البيئة ، أي في نفس الحمام مع السائل (ماء لأجزاء كبيرة ، زيت لأجزاء صغيرة).
• التصلب المتقطع - يحدث التبريد على مرحلتين متتاليتين: أولاً في سائل (مبرد أكثر حدة) إلى درجة حرارة تقارب 300 ، ثم في الهواء أو في حمام زيت آخر.
• متدرج - عندما يصل المنتج إلى درجة حرارة التصلب ، يتم تبريده لبعض الوقت في أملاح مصهورة ، متبوعًا بالتبريد في الهواء.
• متساوي الحرارة - تشبه التكنولوجيا إلى حد بعيد التصلب التدريجي ، ولا تختلف إلا في وقت الاحتفاظ بالمنتج عند درجة حرارة التحول المارتينز.
• يختلف التصلب الذاتي عن الأنواع الأخرى من حيث أن المعدن المسخن لا يتم تبريده تمامًا ، مما يترك منطقة دافئة في منتصف الجزء. نتيجة لهذا التلاعب ، يكتسب المنتج خصائص القوة المتزايدة على السطح واللزوجة العالية في الوسط. هذا المزيج ضروري لآلات الإيقاع (المطارق ، الأزاميل ، إلخ.)

عطلة

التقسية هي المرحلة الأخيرة من المعالجة الحرارية للسبائك ، والتي تحددالهيكل النهائي للمعدن. الغرض الرئيسي من التقسية هو تقليل هشاشة المنتج المعدني. المبدأ هو تسخين الجزء إلى درجة حرارة أقل من درجة الحرارة الحرجة وتبريده. نظرًا لأن أوضاع المعالجة الحرارية ومعدل تبريد المنتجات المعدنية لأغراض مختلفة قد تختلف ، فهناك ثلاثة أنواع من التقسية:

• مرتفع - تتراوح درجة حرارة التسخين من 350-600 إلى قيمة أقل من الدرجة الحرجة. غالبًا ما يستخدم هذا الإجراء للهياكل المعدنية.
• متوسط - معالجة حرارية على t 350-500 ، شائعة لمنتجات الزنبرك والينابيع.
• منخفض - درجة حرارة تسخين المنتج لا تزيد عن 250 ، مما يسمح بتحقيق قوة عالية ومقاومة التآكل للأجزاء.

الشيخوخة

الشيخوخة هي المعالجة الحرارية للسبائك ، مما يتسبب في عمليات تحلل معدن مفرط التشبع بعد التبريد. نتيجة التقادم هي زيادة حدود الصلابة والمحصول وقوة المنتج النهائي. لا يتعرض الحديد الزهر للشيخوخة فحسب ، بل يتعرض أيضًا للمعادن غير الحديدية ، بما في ذلك سبائك الألومنيوم القابلة للتشوه بسهولة. إذا تم الاحتفاظ بمنتج معدني معرض للتصلب في درجة حرارة عادية ، تحدث عمليات فيه تؤدي إلى زيادة تلقائية في القوة وانخفاض في الليونة. وهذا ما يسمى الشيخوخة الطبيعية للمعدن. إذا تم إجراء نفس المعالجة في درجات حرارة مرتفعة ، فسيتم تسميتها بالشيخوخة الاصطناعية.

العلاج المبرد

تغييرات في هيكل السبائك ،مما يعني أن خصائصها لا يمكن أن تتحقق فقط من خلال درجات حرارة عالية ، ولكن أيضًا بدرجات حرارة منخفضة للغاية. تسمى المعالجة الحرارية للسبائك تحت الصفر بالتبريد. تستخدم هذه التقنية على نطاق واسع في مختلف قطاعات الاقتصاد الوطني كمكمل للمعالجة الحرارية ذات درجات الحرارة العالية ، حيث يمكن أن تقلل بشكل كبير من تكلفة عمليات التصلب الحراري.

يتم إجراء المعالجة المبردة للسبائك في t -196 في معالج خاص للتبريد. يمكن لهذه التقنية أن تزيد بشكل كبير من عمر خدمة الجزء المشكل وخصائص مقاومة التآكل ، فضلاً عن التخلص من الحاجة إلى إعادة المعالجة.

العلاج الميكانيكي الحراري

طريقة جديدة لمعالجة السبائك تجمع بين معالجة المعادن في درجات حرارة عالية والتشوه الميكانيكي للمنتجات التي تكون في حالة بلاستيكية. يمكن أن يكون العلاج الحراري الميكانيكي (TMT) حسب طريقة الإنجاز من ثلاثة أنواع:

• يتكون TMT لدرجات الحرارة المنخفضة من مرحلتين: تشوه البلاستيك متبوعًا بتبريد وتلطيف الجزء. الاختلاف الرئيسي عن الأنواع الأخرى من TMT هو درجة حرارة التسخين إلى الحالة الأوستنيتي للسبيكة.
• درجة الحرارة المرتفعة TMT تتضمن تسخين سبيكة إلى حالة مارتنسيتي بالتزامن مع تشوه البلاستيك.
• تمهيدي - يتم إجراء التشوه عند t 20 ، متبوعًا بصلابة المعدن وتلطيفه.

المعالجة الكيميائية الحرارية

تغيير هيكل وخصائص السبائكمن الممكن أيضًا بمساعدة المعالجة الحرارية الكيميائية ، التي تجمع بين التأثيرات الحرارية والكيميائية على المعادن. الهدف النهائي من هذا الإجراء ، بالإضافة إلى إضفاء مزيد من القوة والصلابة ومقاومة التآكل للمنتج ، هو أيضًا نقل مقاومة الأحماض ومقاومة الحريق إلى الجزء. تشمل هذه المجموعة الأنواع التالية من المعالجة الحرارية:

• يتم تنفيذ التدعيم لإعطاء سطح المنتج قوة إضافية. جوهر الإجراء هو تشبع المعدن بالكربون. يمكن عمل الكربنة بطريقتين: الكربنة الصلبة والغازية. في الحالة الأولى ، يتم وضع المادة المعالجة ، جنبًا إلى جنب مع الفحم والمنشط ، في فرن ويتم تسخينها إلى درجة حرارة معينة ، ثم الاحتفاظ بها في هذه البيئة والتبريد. في حالة الكربنة الغازية ، يتم تسخين المنتج في فرن حتى 900 تحت تيار مستمر من الغاز الكربوني.
• Nitriding هي معالجة كيميائية حرارية للمنتجات المعدنية عن طريق تشبع سطحها في بيئات النيتروجين. نتيجة هذا الإجراء هي زيادة مقاومة الشد للجزء وزيادة مقاومة التآكل.
• Cyanidation هو تشبع المعدن بالنيتروجين والكربون في نفس الوقت. يمكن أن يكون الوسط سائلًا (أملاحًا مصهورة تحتوي على الكربون والنيتروجين) وغازيًا.
• الطلاء بالانتشار هو طريقة حديثة لإضفاء مقاومة الحرارة ومقاومة الأحماض ومقاومة التآكل للمنتجات المعدنية. سطح هذه السبائك مشبع بمعادن مختلفة (الألومنيوم والكروم) والمعادن (السيليكون والبورون).

الميزاتالمعالجة الحرارية للحديد الزهر

سبائك الحديد الزهر تخضع للمعالجة الحرارية باستخدام تقنية مختلفة قليلاً عن السبائك المعدنية غير الحديدية. يخضع الحديد الزهر (الرمادي ، عالي القوة ، المخلوط) لأنواع المعالجة الحرارية التالية: التلدين (عند 500-650 طن) ، التطبيع ، التصلب (المستمر ، متساوي الحرارة ، السطح) ، التقسية ، النيترة (الحديد المصبوب الرمادي) ، الألمنيوم (الحديد الزهر البرليت) ، والطلاء بالكروم. كل هذه الإجراءات نتيجة لذلك تحسن بشكل كبير من خصائص منتجات الحديد الزهر النهائية: زيادة عمر الخدمة ، والقضاء على احتمالية التشققات أثناء استخدام المنتج ، وزيادة القوة والمقاومة للحرارة من الحديد الزهر.

المعالجة الحرارية للسبائك غير الحديدية

المعادن غير الحديدية والسبائك لها خصائص مختلفة عن بعضها البعض ، لذلك يتم معالجتها بطرق مختلفة. وهكذا ، فإن سبائك النحاس تخضع لإعادة التبلور الصلب لموازنة التركيب الكيميائي. بالنسبة للنحاس الأصفر ، يتم توفير تقنية التلدين بدرجات الحرارة المنخفضة (200-300) ، نظرًا لأن هذه السبيكة عرضة للتشقق التلقائي في بيئة رطبة. يخضع البرونز للتجانس والصلب عند درجة حرارة تصل إلى 550 درجة. يتم تلدين المغنيسيوم وإخماده وتعريضه للشيخوخة الاصطناعية (لا تحدث الشيخوخة الطبيعية للمغنيسيوم المخمد). يخضع الألمنيوم ، مثل المغنيسيوم ، لثلاث طرق للمعالجة الحرارية: التلدين والتصلب والشيخوخة ، وبعد ذلك تزيد سبائك الألمنيوم المطاوع من قوتها بشكل كبير. تشمل معالجة سبائك التيتانيوم: التلدين بالتبلور ، والتصلب ، والشيخوخة ، والنترة ، والكربنة.

السيرة الذاتية

المعالجة الحرارية للمعادن والسبائك هي العملية التكنولوجية الرئيسية في كل من المعادن الحديدية وغير الحديدية. التقنيات الحديثة لديها مجموعة متنوعة من طرق المعالجة الحرارية لتحقيق الخصائص المرغوبة لكل نوع من السبائك المعالجة. كل معدن له درجة حرارته الحرجة ، مما يعني أنه يجب إجراء المعالجة الحرارية مع مراعاة الخصائص الهيكلية والفيزيائية الكيميائية للمادة. في النهاية ، لن يحقق هذا النتائج المرجوة فحسب ، بل سيؤدي أيضًا إلى تبسيط عمليات الإنتاج بشكل كبير.