تُعد عمليات المعالجة الحرارية ضرورية في علم المعادن لتعديل الخواص الفيزيائية والميكانيكية للمعادن، وخاصة السبائك الحديدية. ومن بين هذه العمليات، يتم استخدام التقسية والتقسية على نطاق واسع لتحسين أداء مكونات الصلب والحديد الزهر. في حين أن كلاهما يهدف إلى تحسين الصلابة وتقليل الهشاشة، إلا أنهما يختلفان اختلافًا كبيرًا في المنهجية والبنى المجهرية الناتجة والتطبيقات.
نظرة عامة على التقسية
التقسية هي عملية معالجة حرارية يتم تطبيقها على الفولاذ المروي لتقليل الهشاشة وتخفيف الضغوط الداخلية. وتتضمن العملية إعادة تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة الانصهار (عادةً ما بين 150 درجة مئوية و650 درجة مئوية)، وتثبيته عند درجة الحرارة هذه لمدة محددة، ثم تبريده. تسمح هذه المعالجة بتكوين المارتينسيت المقسّى الذي يوازن بين الصلابة والليونة.
خطوات العملية:
-
التدفئة: يتم إعادة تسخين الفولاذ المروي إلى درجة حرارة محددة مسبقًا أقل من نقطة الانصهار.
-
الحجز: يتم الحفاظ على المادة عند درجة الحرارة هذه لفترة زمنية محددة للسماح بتحول البنية المجهرية.
-
التبريد: ثم يتم تبريد الفولاذ، عادةً في الهواء، إلى درجة حرارة الغرفة.
البنية المجهرية:
تكون البنية المجهرية الناتجة عبارة عن مارتينسيت مقسّى، والذي يُظهر صلابة محسنة وهشاشة أقل مقارنةً بالمارتينسيت المقسّى.
لمحة عامة عن التقشير التقويمي
التقشير التقويمي عبارة عن عملية معالجة حرارية متساوية الحرارة تُطبق على السبائك الحديدية لإنتاج بنية مجهرية ثنائية. تنطوي العملية على تسخين المادة إلى درجة حرارة الأوستنيت وتبريدها إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة بداية المارتينسيت (Ms)، وتثبيتها عند درجة الحرارة هذه لفترة زمنية محددة للسماح بالتحول إلى البينيت. تؤدي هذه المعالجة إلى تحسين القوة والصلابة دون الحاجة إلى تقسية لاحقة.
خطوات العملية:
-
التقويم: يتم تسخين المادة إلى درجة حرارة تصل إلى درجة حرارة التصلب التي تتراوح عادةً بين 800 درجة مئوية و900 درجة مئوية.
-
التبريد: يتم تبريد المادة بسرعة إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة السيدة (Ms)، وعادةً ما تتراوح بين 250 درجة مئوية و400 درجة مئوية.
-
الحجز: يتم الاحتفاظ بالمادة عند درجة الحرارة هذه لمدة محددة للسماح بالتحول إلى باينيت.
-
التبريد: يتم بعد ذلك تبريد المادة إلى درجة حرارة الغرفة.
البنية المجهرية:
وتكون البنية المجهرية الناتجة عبارة عن بنية مجهرية باينيت، والتي توفر مزيجًا من القوة والصلابة العالية.
تحليل مقارن: التقسية مقابل التقسية بالتقسية
| الميزة | التقسية | أوستيمبيرينج |
|---|---|---|
| الغرض | الحد من الهشاشة وتخفيف الضغوطات | الحصول على بنية مجهرية بينيتية بدون تقسية لاحقة |
| نطاق درجة الحرارة | 150 درجة مئوية إلى 650 درجة مئوية | 250 درجة مئوية إلى 400 درجة مئوية |
| معدل التبريد | بطيء (تبريد الهواء) | سريع (إخماد سريع) |
| البنية المجهرية النهائية | مارتينسيت مقسّى | باينيت |
| الحاجة إلى العلاج اللاحق | نعم (التلطيف مطلوب) | لا (ترطيب ذاتي) |
| التطبيقات | الأدوات والنوابض ومكونات السيارات | تروس السيارات وأجزاء التعليق |
الاختلافات في البنية المجهرية
-
المارتينسيت المقسّى: يتم تشكيلها عن طريق إعادة تسخين المارتينسيت المروي إلى درجة حرارة أقل من نقطة الانصهار مما ينتج عنه بنية مجهرية توازن بين الصلابة والليونة.
-
باينيت: يتم تشكيلها عن طريق تثبيت المادة عند درجة حرارة أعلى من درجة حرارة السيدة مما ينتج عنه بنية مجهرية توفر مزيجًا من القوة والمتانة العالية.
مقارنة الخصائص الميكانيكية
| الممتلكات | المارتينسيت المقسّى | باينيت |
|---|---|---|
| الصلابة | عالية | عالية |
| الصلابة | معتدل | عالية |
| مقاومة التآكل | جيد | ممتاز |
| تشويه | معتدل | منخفضة |
| مقاومة التعب والإرهاق | معتدل | عالية |
تطبيقات التقسية والتقسية بالتقسية والتقوية
التقسية:
-
الأدوات والقوالب: لتقليل الهشاشة وتحسين الصلابة.
-
مكونات السيارات: مثل التروس والأعمدة، لتعزيز المتانة.
-
الينابيع: لتحقيق التوازن المطلوب بين القوة والليونة.
التقشير:
-
تروس السيارات: لتحقيق قوة وصلابة عالية بدون تقسية لاحقة.
-
مكونات التعليق: مثل أذرع التحكم والمغازل، لتحسين الأداء.
-
مصبوبات حديد الدكتايل: لإنتاج مكونات ذات خواص ميكانيكية محسنة.
المزايا والقيود
التقسية:
المزايا:
-
يسمح بالتحكم الدقيق في الصلابة والمتانة.
-
ينطبق على نطاق واسع على مختلف درجات الصلب.
القيود:
-
يتطلب خطوات معالجة إضافية، مما يزيد من الوقت والتكلفة.
-
قد يؤدي إلى تشويه أعلى مقارنةً بالتقشير.
التقشير:
المزايا:
-
يحقق الخواص الميكانيكية المطلوبة دون الحاجة إلى تقسية لاحقة.
-
يقلل من التشوه والإجهادات المتبقية.
القيود:
-
تقتصر على تركيبات سبيكة محددة.
-
يتطلب تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة والوقت.
الأسئلة الشائعة (FAQs)
1. ما الفرق الأساسي بين التقسية والتقوية؟
يكمن الاختلاف الأساسي في عملية المعالجة الحرارية والبنية المجهرية الناتجة عنها. تتضمن عملية التقسية إعادة تسخين الفولاذ المروي إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة نقطة الانصهار لتقليل الهشاشة وتخفيف الضغوط الداخلية، مما يؤدي إلى ظهور المارتينسيت المقسى. من ناحية أخرى، ينطوي التقسية على إخماد المادة إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة بدء المارتينسيت وإبقائها عند درجة الحرارة هذه لتشكيل البينيت، مما يلغي الحاجة إلى التقسية اللاحقة.
2. هل يمكن تطبيق التقشير على جميع أنواع الفولاذ؟
كلا، ينطبق التقشير الأوستيمبير في المقام الأول على الفولاذ الكربوني المتوسط إلى العالي ومسبوكات حديد الدكتايل. يلزم وجود تركيبات سبيكة ذات صلابة كافية لتحقيق البنية المجهرية البينية المرغوبة.
3. هل يلغي التقسية الحاجة إلى التقسية؟
أجل، ينتج عن التقسية التقوية الأوستيمبير بنية مجهرية بينية توفر توازنًا بين القوة والصلابة، مما يلغي الحاجة إلى التقسية اللاحقة.
4. ما هي مزايا التقسية بالتبريد والتبريد التقليدي؟
يوفر التقسية تقليل التشوه وتحسين مقاومة الكلال ومقاومة أفضل للتآكل مقارنةً بالتبريد والتلطيف التقليدي. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يلغي الحاجة إلى خطوة تقسية منفصلة، مما يسهل عملية المعالجة الحرارية.
5. ما هي الصناعات التي يشيع استخدام التقشير في صناعات مثل صناعة التقطير؟
يشيع استخدام التقسية في صناعة السيارات للمكونات مثل التروس وأجزاء التعليق ومسبوكات حديد الدكتايل التي تتطلب قوة وصلابة عالية.
6. هل هناك أي قيود على استخدام تقنية austempering؟
نعم، تتطلب عملية التقوية بالتقوية تحكمًا دقيقًا في درجة الحرارة والوقت، وتقتصر على تركيبات محددة من السبائك. وبالإضافة إلى ذلك، قد لا تكون العملية مناسبة للمكونات ذات الأشكال الهندسية المعقدة أو المساحات المستعرضة الكبيرة.
الخاتمة
يُعد كل من التقسية والتلطيف من عمليات المعالجة الحرارية الحيوية التي تعزز الخواص الميكانيكية للسبائك الحديدية. في حين أن التقسية قابلة للتطبيق على نطاق واسع وتسمح بالتحكم الدقيق في الصلابة والمتانة، فإن التقسية توفر مزايا من حيث تقليل التشوه وإلغاء الحاجة إلى التقسية اللاحقة. ويعتمد الاختيار بين العمليتين على المتطلبات المحددة للتطبيق، بما في ذلك تركيب المواد والخصائص المطلوبة واعتبارات التصنيع.
AR 
EN