ما هي انواع التخمير   : Annealing

 هو عملية معالجة حرارية يتم فيها تسخين المعدن إلى درجة حرارة معينة، ثم تبريده بمعدل بطيء. ينتج عن هذه العملية بنية معدنية تسمى الفيرايت، وهي بنية ذات بنية بلورية منتظمة وقوة منخفضة ومرونة عالية.

   الغرض من التخمير:

التخمير من المعالجات الحرارية الهامة والمستخدمة في الصلب بغرض الحصول علي الآتي :

- بنية لدنه ( طرية ) .

- زيادة المرونة والقدرة علي امتصاص الصدمات .

- زيادة القدرة علي التشغيل .

- إزالة الاجهادات الداخلية التي تكون قد تكونت ،إما عند اللحام ، أو الدرفلة علي البارد ، أو  

   عند التشغيل بالآلات  ، أو بعد الصب ، أو بعد الطرق .

-    بنية داخلية ذات حبيبات دقيقة صغيرة الحجم .

 

** ويوجد أنواع مختلفة من التخمير يمكن تقسيمها كما يلي :

 

 أولا :التخمير الذي يحدث فيه تحول :

 

1 - التخمير الكامل  :   Full Annealing

    

 ويتم ذلك علي مسبوكات الصلب  وعلي الصلب المشكل علي الساخن للحصول علي حبيبات دقيقة مع إكساب الصلب ليونة ( مطيلية )عالية 

وعند المقارنة بين التخمير الكامل والمعادلة : Normalizing - التي سيأتي بيانها بعد – فان التخمير الكامل ينتج عنه  صلبا أكثر ليونة  و ذو قابلية أفضل للتشغيل بالآلات ، ويحسن الخواص الكهربائية والمغناطيسية  .

 

ويتم ذلك في الصلب اليوتكتويدي :Eutectoid   أي عند وجود نسبة به تعادل (0.8%) والتحت يوتكتويدي)C ( أقل من0.8%   : Hypo-eutectoid عن طريق تسخين  الجزء حتى درجة حرارة     ( 30 - 50 ) º C   فوق خط التحول A₃ ( درجة الحرارة الحرجــة العليا ) ، وفي حالة الصلب فوق اليوتكتيدي :  Hyper-eutectoid  تكون درجة حرارة التخمير 50 )º C ) فوق خط التحول A₁

 ( درجة الحرارة الحرجــة السفلي ) ثم يتم تـثبيت درجة حــرارة  الجـــزء عند هذه الدرجة لـفـــترة زمــــنية تعـتمد علي حـجــمه وشكـله وبعد ذلك يتم تبريده داخــل الفرن بمعدل بطيء  طبقا للتركيب الكيميائي للصلب المستخدم ، شكل رقم ( 6 ) .

 وهذا التبريد البطيء يعطي الفرصة للاوستنيت لكي يتحول إلى البرليت والفريت (هذا في حالة الصلبHypo-eutectoid & Eutectoid :  ). وينتج من هذه المعالجة تركيب بنائي أكثر دقة وحبيبات ناعمة ، ومنتظمة ،ومتساوية الأبعاد، وتكون خالية من الاجهادات . 

 

-         وأما في حالة الصلب  فوق اليوتكتيدي :  Hyper-eutectoid فسوف تتغلظ    حبيباته ويصبح قصيفا ويتكون من شبكة من السيـمنتيت Fe₃C: المــحيطة بالـبيرليت   ذو حبــيبات كبيرة       : Coarse pearlite

     .

 

2- التخمير للانتشار:

Homogenizing( Diffusion ) Annealing

     ويطبق هذا النوع من التخمير علي مسبوكات الصلب وخاصة الكبيرة منها لإزالة عدم التجانس الكيميائي الذي يحدث أثناء التحول من الطور السائل إلى الطور الصلب ويتم ذلك بتسخين عند درجة حرارة 

( ºC ( 1000-1200 حيث تتوافر الظروف الملائمة لحدوث الانتشار بسهولة وحتى يتم التجانس الكيميائي للبنية الداخلية .

 

ويجب أن يكون زمن الثبوت الحراري عند هذه الدرجة كافي لحدوث التجانس طبقا لحجم الجزء أو المسبوك وفي نفس الوقت يكون هذا الزمن أقل ما يمكن حيث يتعرض الصلب عند درجات الحرارة العالية لمعدلات عالية من الأكسدة وفقد المعدن، ويعـقب ذلك تبريد المسبوك داخـل الفرن حتى درجة حرارة  ( ºC ) 800 - 850  ثم يتم التبريد في الهواء حتى درجة حرارة الغرفة.

 

 وعادة بعد إجراء عملية التخمير بالانتشار يتم إجراء تخمير كامل علي المسبوك للتحكم وتقليل حجم الحبيبات .

 

 

ثانيا :التخمير الذي لا يحدث فيه تحول :

1-     التخمير الأيثوثرمي( بالثبوت الحراري ) :

 Isothermal Annealing   

      ويتم في هذا النوع من التخمير تسخين الصلب للطور الاوستنيتي المستقر ثم إجراء تبريد سريع لدرجات حرارة أقل من الدرجة   ( A1) في حدود ºC ( 50-100 )  ويتم تثبيت حرارة الصلب عند هذه الدرجة لفترة زمنية كافية لحدوث تحول الطور الاوستنيتي شبه المستقر إلى الفريت والبرليت في الصلب التحت يوتكتويدي أو البرليت في الصلب اليوتكتويدي، ثم يعقب ذلك تبريد سريع حتى درجة حرارة الغرفة.  

يتم التحول إلى البيرليت في الصلب اليوتكتويدي أثناء التخمير الايثوثرمي (بالثبوت الحراري) حيـث تكون بداية التحول ونهايته عند  درجــة حـرارة الثبـوت الحـراري وعند التــقاطع مع خـــطـوط منحني التحـــول  (  T.T.T. Diagram) . 

 

 *علاقة بين الزمن ودرجة الحرارة يوضح معدلات التبريد المختلفة والتحولات إلى الأطوار المختلفة

 

أهم مزايا التخمير الايثوثرمي :

 ومن أهم مزايا التخمير الايثوثرمي ( بالثبوت الحراري ) أنه قصير الفترة الزمنية التي تستغرقها المعالجة الحرارية وخاصة في الصلب السبائكي الذي يتطلب تخميره معدلات تبريد بطيئة جدا حتى نحصل علي الطبقة اللدنة المطلوبة من التخمير . 

 

ويطبق هذا النوع من التخمير علي الشحنات الصغيرة من الصلب المدرفل أو المطروقات ذات الأحجام المحدودة . 

ولا يستخدم هذا النوع من التخمير في الأجزاء الكبيرة المدرفلة  أو المشكلة حيث أن معدلات التبريد في هذه الأجزاء الكبيرة غير متشابهة علي السطح وفي الداخل .

2-     التخمير لاعادة التبلور  :  

 Annealing Recrystallization  

    

  تجري هذه المعالجة علي الصلب بعد تعرضه لدرجات عالية من التشكيل علي البارد وتتم بتسخين الصلب لدرجة حرارة أعلي من درجة حرارة التبلور للصلب, والتي تعتمد علي التركيب الكيميائي للصلب وحجم الحبيبات ، ثم يتم تثبيت درجة حرارة الجزء عند هذه الدرجة    Recrystallization Temperature ) :T_R  ) 

 لفترة زمنية تعتمد علي حجمه و شكله وبعد ذلك يتم التبريد إلى درجة حرارة الغرفة . 

 

ويتم بعد هذه المعالجة الحصول علي حبيبات جديدة دقيقة ومتماثلة بدلا من الحبيبات المشكلة والتي تعرضت لتشوهات نتيجة التشكيل علي البارد .    

                              

وبالتالي يستعيد الصلب اللدونة و الممطولية العالية والتي قد يفقد الكثير منها بعد عمليات التشكيل علي البارد مثل الدرفلة, و البثق ، والسحب ، والطرق .

وللحصول علي درجة حرارة اعادة التبلور التي تتم عندها عملية المعالجة تطبق المعادلات الآتية  :  

 

                                           Tm  X  0.4  =  T_R  للسبائك   

 

                                          Tm  X  0.3    = T_R  و للمواد النقية 

 

حيث أن :   T_R     :  درجة حرارة إعادة التبلور .  

           ،  Tm  :  درجة حرارة الانصهار للخامة.

 درجة انصهار الحديد = 1539 درجة مئوية 

درجة انصهار النحاس = 1060 درجة مئوية 

درجة انصهار الألومنيوم = 660 درجة مئوية

 

3-التخمير التكويري (التخمير للحصول علي السيمنتايت المتكور):   

(Spheroidizing Annealing)  Annealing to obtain granular Cementite

   

ويستخدم هذا النوع من التخمير في صلب العدة  والصلب عالي الكربون لتحويل البيرليت الشرائحي  إلى بيرليت متكور عن طريق تكوير الطور السيمنتيت . 

   وتتم هذه المعالجة بالتسخين أعلي مباشرة من الخط اليوتكتويدي

 ºC ( (730 -770 وتثبيت الجزء عند هذه الدرجة لفترة زمنية تعتمد علي حجمه وشكله . 

ثم يلي ذلك تبريد بطيء حتى درجة حرارة ( ºC 660 )  يتبعه تبريد سريع حتى درجة حرارة الغرفة للصلب فوق اليوتكتويدى والصلب اليوتكتويدى.

 

وفي هذه العملية يكتسب السيمنتيت شكل حبيبات كروية بدلا من شكل الصفائح أو الشرائح التي تضعف البنية البلورية بينما يؤدي السيمنتيت الكروي إلى زيادة قوة ومطيلة المنتج وكذلك سهولة تشغيله.

 

المزايا

يتمتع التخمير بعدد من المزايا، بما في ذلك:

• تحسين المرونة: يؤدي التخمير إلى زيادة مرونة المعدن بشكل كبير، مما يجعله أكثر مقاومة للتشوهات.

• إزالة الإجهادات الداخلية: يمكن أن يؤدي التخمير إلى تخفيف هذه الإجهادات، مما يقلل من خطر حدوث التشقق أو الكسر.

• تحسين قابلية التشغيل على البارد: يمكن أن يجعل التخمير المعدن أكثر قابلية للتشغيل على البارد، مما يسهل تشكيله أو اللحامه.

العيوب

يتمتع التخمير بعدد من العيوب، بما في ذلك:

• يتطلب وقتًا طويلاً: قد تستغرق عملية التخمير عدة ساعات أو حتى أيامًا.
  

• يمكن أن يكون مكلفًا: تتطلب عملية التخمير استخدام معدات متخصصة، مثل أفران المعالجة الحرارية.