مقدمة عن عمليات المعالجة الحرارية الشائعة لسلاسل البكرات

مقدمة عن عمليات المعالجة الحرارية الشائعة لسلاسل البكرات
في عملية تصنيع سلاسل البكرات، تُعدّ المعالجة الحرارية حلقةً أساسيةً لتحسين أدائها. فمن خلال هذه المعالجة، يُمكن تحسين قوة وصلابة ومقاومة التآكل ومتانة سلاسل البكرات بشكلٍ ملحوظ، مما يُطيل عمرها الافتراضي ويُلبي متطلبات الاستخدام في مختلف ظروف التشغيل المعقدة. فيما يلي شرحٌ مُفصّلٌ لعددٍ من عمليات المعالجة الحرارية الشائعة لسلاسل البكرات:

أولاً: عملية التبريد والتلطيف
(أ) التبريد
التبريد السريع هو عملية تسخين سلسلة البكرات إلى درجة حرارة معينة (عادةً أعلى من Ac3 أو Ac1)، والحفاظ عليها دافئة لفترة زمنية محددة، ثم تبريدها بسرعة. والهدف من ذلك هو إكساب سلسلة البكرات بنية مارتنسيتية عالية الصلابة والقوة. تشمل وسائط التبريد الشائعة الماء والزيت والماء المالح. يتميز الماء بسرعة تبريد عالية، وهو مناسب لسلاسل البكرات ذات الأشكال البسيطة والأحجام الصغيرة؛ بينما يتميز الزيت بسرعة تبريد بطيئة نسبيًا، وهو مناسب لسلاسل البكرات ذات الأشكال المعقدة والأحجام الكبيرة.
(٢) التصليد
التلدين هو عملية إعادة تسخين سلسلة الأسطوانات المبردة إلى درجة حرارة معينة (عادةً أقل من Ac1)، مع الحفاظ على دفئها، ثم تبريدها. يهدف التلدين إلى إزالة الإجهاد الداخلي المتولد أثناء عملية التبريد، وضبط الصلابة، وتحسين المتانة. ويمكن تقسيم التلدين، وفقًا لدرجة حرارته، إلى تلدين منخفض الحرارة (150-250 درجة مئوية)، وتلدين متوسط ​​الحرارة (350-500 درجة مئوية)، وتلدين عالي الحرارة (500-650 درجة مئوية). يُنتج التلدين منخفض الحرارة بنية مارتنسيتية مُلدّنة ذات صلابة عالية ومتانة جيدة؛ بينما يُنتج التلدين متوسط ​​الحرارة بنية تروستيتية مُلدّنة ذات مقاومة خضوع عالية وليونة ومتانة جيدتين؛ أما التلدين عالي الحرارة فيُنتج بنية تروستيتية مُلدّنة ذات خصائص ميكانيكية شاملة جيدة.

2. عملية الكربنة
تُعرف عملية الكربنة بأنها إدخال ذرات الكربون إلى سطح سلسلة البكرات لتشكيل طبقة كربونية عالية، مما يُحسّن صلابة السطح ومقاومته للتآكل، مع احتفاظ اللب بمتانة الفولاذ منخفض الكربون. تشمل عمليات الكربنة الكربنة الصلبة، والكربنة الغازية، والكربنة السائلة. وتُعد الكربنة الغازية الأكثر شيوعًا. فبوضع سلسلة البكرات في جو الكربنة، تتغلغل ذرات الكربون في السطح عند درجة حرارة ووقت محددين. بعد الكربنة، عادةً ما يلزم التبريد السريع والتطبيع بدرجة حرارة منخفضة لزيادة تحسين صلابة السطح ومقاومته للتآكل.

3. عملية النتردة
تُعرف عملية النتردة بتسريب ذرات النيتروجين إلى سطح سلسلة البكرات لتكوين النتريدات، مما يُحسّن صلابة السطح ومقاومته للتآكل وقوة تحمله للإجهاد. تشمل عملية النتردة النتردة الغازية، والنتردة الأيونية، والنتردة السائلة. في النتردة الغازية، تُوضع سلسلة البكرات في جوٍّ يحتوي على النيتروجين، وعند درجة حرارة ومدة محددتين، تُترك ذرات النيتروجين لتتغلغل في السطح. تتميز سلسلة البكرات بعد النتردة بصلابة سطح عالية، ومقاومة جيدة للتآكل، وتشوه طفيف، مما يجعلها مناسبة لسلاسل البكرات ذات الأشكال المعقدة.

4. عملية الكربنة النيتروجينية
تُعرف عملية الكربنة النيتروجينية بتشريب الكربون والنيتروجين في سطح سلسلة البكرات في آنٍ واحد لتكوين مركبات الكربون النيتروجينية، مما يُحسّن صلابة السطح ومقاومته للتآكل وقوة تحمله للإجهاد. تشمل عملية الكربنة النيتروجينية نوعين: الكربنة النيتروجينية الغازية والكربنة النيتروجينية السائلة. في الكربنة النيتروجينية الغازية، تُوضع سلسلة البكرات في جوٍّ يحتوي على الكربون والنيتروجين، وعند درجة حرارة ومدة محددتين، يُسمح للكربون والنيتروجين بالتغلغل في السطح في آنٍ واحد. تتميز سلسلة البكرات بعد عملية الكربنة النيتروجينية بصلابة سطح عالية، ومقاومة جيدة للتآكل، وأداء ممتاز في مقاومة التآكل.

5. عملية التلدين
التلدين عملية يتم فيها تسخين سلسلة البكرات إلى درجة حرارة معينة (عادةً ما بين 30 و50 درجة مئوية فوق Ac3)، ثم تُحفظ دافئة لفترة محددة، وتُبرد ببطء إلى أقل من 500 درجة مئوية داخل الفرن، ثم تُبرد في الهواء. يهدف التلدين إلى تقليل الصلابة، وتحسين اللدونة والمتانة، وتسهيل عملية التصنيع والمعالجة الحرارية اللاحقة. تتميز سلسلة البكرات بعد التلدين ببنية متجانسة وصلابة معتدلة، مما يُحسّن أداء القطع.

6. عملية التطبيع
التطبيع عملية يتم فيها تسخين سلسلة الأسطوانات إلى درجة حرارة معينة (عادةً أعلى من Ac3 أو Acm)، ثم تُحفظ دافئة، وتُخرج من الفرن لتبرد في الهواء. يهدف هذا الإجراء إلى تحسين بنية الحبيبات، وتوحيد التركيب، وزيادة الصلابة والمتانة، وتحسين أداء القطع. تتميز سلسلة الأسطوانات بعد التطبيع ببنية موحدة وصلابة متوسطة، مما يجعلها مناسبة للاستخدام كمعالجة حرارية نهائية أو كمعالجة حرارية أولية.

7. عملية علاج الشيخوخة
المعالجة الحرارية هي عملية يتم فيها تسخين سلسلة البكرات إلى درجة حرارة معينة، والحفاظ عليها دافئة لفترة محددة، ثم تبريدها. وتهدف هذه العملية إلى إزالة الإجهاد المتبقي، وتثبيت الأبعاد، وتحسين القوة والصلابة. وتنقسم المعالجة الحرارية إلى نوعين: المعالجة الحرارية الطبيعية والمعالجة الحرارية الاصطناعية. في المعالجة الحرارية الطبيعية، تُترك سلسلة البكرات في درجة حرارة الغرفة أو في ظروف طبيعية لفترة طويلة لإزالة الإجهاد المتبقي تدريجيًا؛ أما في المعالجة الحرارية الاصطناعية، فتُسخن سلسلة البكرات إلى درجة حرارة أعلى وتُجرى عليها المعالجة الحرارية في وقت أقصر.

8. عملية التبريد السطحي
التبريد السطحي هو عملية تسخين سطح سلسلة البكرات إلى درجة حرارة معينة ثم تبريدها بسرعة. يهدف هذا الإجراء إلى تحسين صلابة السطح ومقاومته للتآكل، مع الحفاظ على متانة اللب. تشمل عمليات التبريد السطحي التبريد بالتسخين الحثي، والتبريد باللهب، والتبريد بالتلامس الكهربائي. يعتمد التبريد بالتسخين الحثي على الحرارة المتولدة من التيار المستحث لتسخين سطح سلسلة البكرات، مما يوفر مزايا سرعة التسخين العالية، وجودة التبريد الممتازة، والتشوه الطفيف.

9. عملية تقوية السطح
تتمثل عملية تقوية السطح في تكوين طبقة تقوية ذات خصائص مميزة على سطح سلسلة البكرات باستخدام طرق فيزيائية أو كيميائية، مما يُحسّن صلابة السطح ومقاومته للتآكل وقوة تحمله للإجهاد. تشمل عمليات تقوية السطح الشائعة التشكيل بالدق، والتقوية بالدرفلة، والتقوية بالتسريب المعدني، وغيرها. تعتمد عملية التشكيل بالدق على استخدام دقات عالية السرعة لضرب سطح سلسلة البكرات، مما يُولّد إجهادًا انضغاطيًا متبقيًا على السطح، وبالتالي يُحسّن قوة تحمله للإجهاد. أما التقوية بالدرفلة فتعتمد على استخدام أدوات الدرفلة لدرفلة سطح سلسلة البكرات، مما يُحدث تشوهًا لدنًا على السطح، وبالتالي يُحسّن صلابة السطح ومقاومته للتآكل.

10. عملية البورينغ
عملية البورْد هي عملية إدخال ذرات البورون في سطح سلسلة البكرات لتكوين البوريدات، مما يُحسّن صلابة السطح ومقاومته للتآكل. تشمل عمليات البورْد البورْد الغازي والبورْد السائل. في البورْد الغازي، تُوضع سلسلة البكرات في جوٍّ يحتوي على البورون، وعند درجة حرارة ووقت مُحددين، تُترك ذرات البورون لتتغلغل في السطح. تتميز سلسلة البكرات بعد البورْد بصلابة سطح عالية، ومقاومة جيدة للتآكل، وأداء ممتاز في مقاومة التآكل.

11. عملية المعالجة الحرارية للتبريد الثانوي المركب
المعالجة الحرارية المركبة بالتبريد الثانوي هي عملية معالجة حرارية متقدمة، تُحسّن بشكل ملحوظ أداء سلاسل البكرات من خلال عمليتي تبريد وتلطيف. تتضمن هذه العملية عادةً الخطوات التالية:
(أ) التبريد الأول
تُسخّن سلسلة البكرات إلى درجة حرارة أعلى (عادةً أعلى من درجة حرارة التبريد التقليدية) لتحويل بنيتها الداخلية إلى الأوستنيت بالكامل، ثم تُبرّد بسرعة لتشكيل بنية مارتنسيتية. والهدف من هذه الخطوة هو تحسين صلابة وقوة سلسلة البكرات.
(II) التطبيع الأول
بعد عملية التبريد الأولى، تُسخّن سلسلة البكرات إلى درجة حرارة متوسطة (عادةً ما بين 300 و500 درجة مئوية)، وتُحفظ دافئة لفترة محددة ثم تُبرّد. والهدف من هذه الخطوة هو التخلص من الإجهاد الداخلي المتولد أثناء عملية التبريد، مع ضبط الصلابة وتحسين المتانة.
(III) التبريد الثاني
بعد عملية التصليد الأولى، تُسخّن سلسلة البكرات مرة أخرى إلى درجة حرارة أعلى، ولكنها أقل قليلاً من درجة حرارة التبريد الأولى، ثم تُبرّد بسرعة. والهدف من هذه الخطوة هو تحسين بنية المارتنسيت وزيادة صلابة سلسلة البكرات ومقاومتها للتآكل.
(رابعاً) التطبيع الثاني
بعد عملية التبريد الثانية، تُسخّن سلسلة البكرات إلى درجة حرارة منخفضة (عادةً ما بين 150 و250 درجة مئوية)، وتُحفظ دافئة لفترة زمنية محددة، ثم تُبرّد. والهدف من هذه الخطوة هو تقليل الإجهاد الداخلي، وتثبيت الأبعاد، والحفاظ على صلابة عالية ومقاومة للتآكل.

12. عملية الكربنة السائلة
الكربنة السائلة هي عملية كربنة خاصة تسمح لذرات الكربون باختراق السطح عن طريق غمر سلسلة البكرات في وسط كربنة سائل. تتميز هذه العملية بسرعة الكربنة، وتجانس طبقة الكربنة، وسهولة التحكم بها. وهي مناسبة لسلاسل البكرات ذات الأشكال المعقدة والتي تتطلب دقة أبعاد عالية. بعد الكربنة السائلة، عادةً ما يلزم التبريد السريع والتطبيع بدرجة حرارة منخفضة لزيادة صلابة السطح ومقاومته للتآكل.

13. عملية التصلب
يشير التصليد إلى تحسين صلابة سلسلة البكرات ومقاومتها للتآكل من خلال تحسين بنيتها الداخلية. وفيما يلي الخطوات المحددة:
(أ) التسخين
يتم تسخين سلسلة البكرات إلى درجة حرارة التصلب لإذابة ونشر عناصر مثل الكربون والنيتروجين في السلسلة.
(ii) العزل
بعد الوصول إلى درجة حرارة التصلب، حافظ على فترة عزل معينة لجعل العناصر تنتشر بالتساوي وتشكل محلولًا صلبًا.
(ثالثاً) التبريد
قم بتبريد السلسلة بسرعة، وسيشكل المحلول الصلب بنية حبيبية دقيقة، مما يحسن الصلابة ومقاومة التآكل.

14. عملية ترشيح المعادن
تتمثل عملية ترشيح المعادن في إدخال عناصر معدنية إلى سطح سلسلة البكرات لتكوين مركبات معدنية، مما يُحسّن صلابة السطح ومقاومته للتآكل. تشمل عمليات ترشيح المعادن الشائعة الكرومية وترشيح الفاناديوم. في عملية الكرومية، تُوضع سلسلة البكرات في جو يحتوي على الكروم، وعند درجة حرارة ووقت محددين، تتخلل ذرات الكروم السطح لتكوين مركبات الكروم، مما يُحسّن صلابة السطح ومقاومته للتآكل.

15. عملية التمعدن بالألومنيوم
تتمثل عملية التمعدن بالألومنيوم في إدخال ذرات الألومنيوم إلى سطح سلسلة البكرات لتكوين مركبات الألومنيوم، مما يُحسّن مقاومة السطح للأكسدة والتآكل. تشمل عمليات التمعدن بالألومنيوم التمعدن بالغاز والتمعدن بالألومنيوم السائل. في التمعدن بالغاز، تُوضع سلسلة البكرات في جو يحتوي على الألومنيوم، وعند درجة حرارة ووقت محددين، تتغلغل ذرات الألومنيوم في السطح. يتميز سطح سلسلة البكرات بعد تغلغل الألومنيوم بمقاومة جيدة للأكسدة والتآكل، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في البيئات ذات درجات الحرارة العالية والبيئات المسببة للتآكل.

16. عملية ترشيح النحاس
تتمثل عملية ترشيح النحاس في إدخال ذرات النحاس إلى سطح سلسلة البكرات لتكوين مركبات نحاسية، مما يُحسّن مقاومة السطح للتآكل ومقاومة التلف. تشمل هذه العملية ترشيح النحاس بالغاز وترشيح النحاس السائل. في ترشيح النحاس بالغاز، تُوضع سلسلة البكرات في جو يحتوي على النحاس، وعند درجة حرارة ووقت محددين، تتخلل ذرات النحاس سطحها. يتميز سطح سلسلة البكرات بعد ترشيح النحاس بمقاومة جيدة للتآكل ومقاومة عالية للتلف، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في ظروف السرعات العالية والأحمال الثقيلة.

17. عملية ترشيح التيتانيوم
تتمثل عملية ترشيح التيتانيوم في إدخال ذرات التيتانيوم إلى سطح سلسلة البكرات لتكوين مركبات التيتانيوم، مما يُحسّن صلابة السطح ومقاومته للتآكل. تشمل هذه العملية ترشيح التيتانيوم بالغاز وترشيح التيتانيوم السائل. في ترشيح التيتانيوم بالغاز، تُوضع سلسلة البكرات في جو يحتوي على التيتانيوم، وعند درجة حرارة ووقت محددين، تُرشّح ذرات التيتانيوم إلى السطح. يتميز سطح سلسلة البكرات بعد ترشيح التيتانيوم بصلابة ومقاومة تآكل عاليتين، مما يجعله مناسبًا لظروف العمل التي تتطلب صلابة ومقاومة تآكل عاليتين.

18. عملية الكوبالت
تتمثل عملية الكوبالت في إدخال ذرات الكوبالت إلى سطح سلسلة البكرات لتكوين مركبات الكوبالت، مما يُحسّن صلابة السطح ومقاومته للتآكل. تشمل عملية الكوبالت نوعين: الكوبالت الغازي والكوبالت السائل. في الكوبالت الغازي، تُوضع سلسلة البكرات في جو يحتوي على الكوبالت، وعند درجة حرارة ووقت محددين، تُدخل ذرات الكوبالت إلى السطح. يتميز سطح سلسلة البكرات بعد الكوبالت بصلابة ومقاومة تآكل عاليتين، مما يجعله مناسبًا لظروف العمل التي تتطلب صلابة ومقاومة تآكل عاليتين.

19. عملية الزركونة
تتمثل عملية الزركونة في إدخال ذرات الزركونيوم إلى سطح سلسلة البكرات لتكوين مركبات الزركونيوم، مما يُحسّن صلابة السطح ومقاومته للتآكل. تشمل عملية الزركونة نوعين: الزركونة الغازية والزركونة السائلة. في الزركونة الغازية، تُوضع سلسلة البكرات في جو يحتوي على الزركونيوم، وعند درجة حرارة ومدة محددتين، تُدخل ذرات الزركونيوم إلى السطح. يتميز سطح سلسلة البكرات بعد عملية الزركونة بصلابة ومقاومة تآكل عاليتين، مما يجعله مناسبًا لظروف العمل التي تتطلب صلابة ومقاومة تآكل عاليتين.

20. عملية ترشيح الموليبدينوم
تتمثل عملية ترشيح الموليبدينوم في إدخال ذرات الموليبدينوم إلى سطح سلسلة البكرات لتكوين مركبات الموليبدينوم، مما يُحسّن صلابة السطح ومقاومته للتآكل. تشمل هذه العملية ترشيح الموليبدينوم الغازي وترشيح الموليبدينوم السائل. في الترشيح الغازي، تُوضع سلسلة البكرات في جو يحتوي على الموليبدينوم، وعند درجة حرارة ووقت محددين، تُترك ذرات الموليبدينوم لتتغلغل في السطح. يتميز سطح سلسلة البكرات بعد ترشيح الموليبدينوم بصلابة ومقاومة تآكل عاليتين، مما يجعله مناسبًا لظروف العمل التي تتطلب صلابة ومقاومة تآكل عاليتين.