أساسياتالمعالجة الحرارية

المعالجة الحرارية  :

         تعتبر المعالجة الحرارية من العمليات الهامة في خطوات تصنيع العديد من الأجزاء والمكونات المعدنية ، ومن خلالها يمكن الوصول إلى المواصفات والخصائص الميكانيكية المطلوبة في المعدات وأدوات القطع المختلفة .

- ما هي المعالجة الحرارية ؟

إن مصطلح المعالجة الحرارية للفلزات والسبائك المعدنية هو تعبير عام واسع الدلالات يمكن أن يشير إلى واحدة من عدد كبير من عمليات التسخين والتبريد المنظم للحصول علي شكل بلوري معين مرغوب فيه لأنه ذو المواصفات المطلوبة .

 

- و  لَمْ يَعُدْ أن تَستطيعُ إسْتِعْمال طرقِ المُعَالَجَة الحراريِة التي تكون منتظمة  فقط، و بسرعة كافية  واقتصادية. بل يَجِبُ أيضاً أَنْ تَكُونَ ملائمة للبيئة .

 

أساسيات المعالجة الحرارية :

 

     الذرة و العنصر و البلورة :-

 

من المعروف أن تركيب المواد عبارة عن مجموعة من العناصر مرتبة ترتيبا معينا في الفراغ وان أصغر عنصر في هذا الترتيب هو الذرة و يسمي التركيب الفراغي لذرات العناصر بالبلورة و التي تتميز به العناصر من بعضها و كل المواد الموجودة هي عبارة عن مجموعة من الكريستالات  crystallites or grain   ذات الحجم الصغير جدا المتجاورة و المختلفة الاتجاه في الفراغ . و نصف قطر هذه الحبيبات يسمي بحجم الحبيبة و يوجد بين الحبيبات المختلفة منطقة مشتركة تسمي حدود الحبيبة ( grain boundary ) وهـــذه للحبيـــبات المتشابــهة بينــــما الحبيـــبات المختلـــفة تسمي حــــدود الطــور  ( phase boundary ) .

    التركيب البلوري للحديد النقي :

 

يعتمد التركيب البلوري للحديد النقي علي درجة الحرارة فيمكن أن يكون ألفا (α )أو أن يكون جاما (γ) و يوجد اختلاف كبير بين كل من ألفا(α ) و جاما (γ)  في وضع الذرات داخل البلورة الفرعية حيث التركيب البلوري ألفا ذرات الحديد توجد في أركان المكعب الثمانية ذرات و أيضا يوجد ذرة في مركز هذا المكعب و يسمي ( مكعب مركزي الجسم :  BCC) كما بالشكل السابق  . بينما التركيب البلوري جاما فان ذرات الحديد توجد في أركان المكعب الثمانية و توجد أيضا ذرة حديد في مركز كل وجه من أوجه المكعب و لا يوجد أي ذرات حديد في مركز المكعب و يسمي ( مكعب مركزي الوجه :   FCC) كما بالشكل المقابل .  

    

 

      

 فعند دراسة الحديد من الناحية البلورية عند  تسحين الحديد النقي من درجة حرارة الغرفة إلى حوالي 910◦ م  نلاحظ أن الحديد النقي في هذه الدرجة في صورة ألفا بينما اعلي من هذه الدرجة يكون الحديد في صورة جاما ثم مع استمرار عملية التسخين يتحول الحديد مرة أخرى إلى في صورة دلتا (δ ) وهو ( مكعب مركزي الجسم ) كما بالشكل أيضا و ذلك من درجة حرارة 1401 إلى 1539 ◦ م وأعلي من هذه درجات الحرارة يتحول الحديد إلى حديد منصهر ليس له تركيب بلوري محدد 

 

** أهمـية المعالجات الحرارية  :  

 

ويمكن تلخيص أهمـية عمل المعالجات الحرارية  بصورة عامة إلى :

 

1-     زيادة الصلادة ورفع المقاومة الميكانيكية .

 

2-    رفع المتانة لجعل الصلب له قوة شد عالية ولتحسين المطيلية و جعله قادرا علي مقاومة الصدمات العالية .

 

3-     تليين المادة لتسهيل عمليات التشكيل التالية أو لتحسين و لتسهيل عمليات التشغيل علي

      الماكينات  .

 

4-     إزالة الاجهادات الداخلية الناتجة من عدم الانتظام في التبريد  , والناتجة عن التشغيل بالآلات  

     علي البارد ، أومن الحدادة ، أو الصب .

 

5-     الحصول علي حبيبات منتظمة الحجم وتنقية الحبيبات للصلب المشغل علي الساخن الذي      

     يحدث له نمو في الحبيبات . 

 

6-     شكل بلوري آمن مناسب من الحبيبات.

 

7-     تغيير أو تحسين الخواص المغناطيسية للصلب وذلك تحول الاوستنيت  البارامغناطيسي إلى

     المارتنزيت ذي الإنقاذية المغناطيسية العالية .

 

8-     تحسين الخواص الكهربائية .  

 

9-     تحسين خاصية القطع لصلب العدة .

    ومن أهم المعالجات الحرارية المستخدمة في الصلب :

 1 - التقسية السطحية      :    Case-hardening

 2 - التقسية الكلية          :      Hardening Full

 3- المراجعة                :   Tempering            

 4- التخمير                  :  Annealing              

 5- المعادلة                  :         Normalizing

 

أولا : التقسية السطحية   :   Case-hardening

-

 التقسية السطحية     :

 

التصلّيد السطحي ,هو العملية التي تَتضمّنُ نوع مختلف مِنْ تقنياتِ يُستَعملُ لتَحسين مقاومة الأجزاءِ  للبري بدون تَأثير على قلب الجزءِ اللين والمتين . 

 

هذه المجموعةِ مِنْ السطِوح المقساة والمقاومة للصدماتِ تكونِ مفيدةُ في الأجزاءِ مثل التروس  أَو الكامات التي يَجِبُ أَنْ يكونَ لها صلادة عالية على السطح لمُقَاوَمَة البري ، مع  ليونة القلب للجزء المُقَاوَمَ للتأثيرِ الذي يَحْدثُ أثناء الصدمة علاوة علي أن الصلّب المقسى سطحيا ( المغلف )

 

 له ميزة أخري هي أنه أقل في السعر ( صلب منخفض الكربون ، وصلب متوسط الكربون ) وأقل في التشوه والشروخ التي تكون مصاحبة لتقسية الأجزاء السميكةِ .

 

** التقسية السطحية تتم بعدة طرق نذكر منها ما يلي :

 

أ- التقسية السطحية باللهب .

ب-عملية الكربنة ( بالغاز – بالملح المنصهر ).

ج-عملية النتردة ( بالغاز – بالملح المنصهر ).

 د- عملية السيندة ( بالغاز – بالملح المنصهر ).

 

 جدول لتوضيح التركيب البلّوري والأطوار المهمة :

 

م	الطور	التركيب البلوري	الخصائص
1	Ferrite -α) حديد)	BCC	طور ذو درجةِ حرارة منخفضةِ - لين نسبياً؛ طور متوازن مستقرِ
2	Ferrite - δ) حديد)	BCC	متماثل مَع حديد ألفا ؛ طور ذو درجةِ حرارة عاليةِ ؛ طور متوازن مستقرِ
3	Austenite γ) - حديد)	FCC	طور ذو درجةِ حرارة متوسّطةِ - لين نسبياً اكثر من  Ferrite طور متوازن مستقرِ
4	Cementite (Fe 3C)	مركّب  orthorhombic	طور مستقر صلد
5	الجرافيت : teGraphi	السداسيةHexgonal	طور متوازن مستقرِ
6	Pearlite	Fe 3C + Ferrite	مستقر      Microconstituent ؛  خَلِيْط رقائقي  من الـ ferrite والـ Cementite
7	Martensite	BCT ( محلول مُشَبَّع من  الكربونِ في ferrite)	طور مستقر صلد  على شكل شرائح: Lath  morphology عندما يكون <0.6 C % wt؛  ويكون على شكل صحنِ: plate morphology عندما      يكون   > 1.0 C % wt وخَلِيْط من أولئك في النسبة الوسط  بينهما (  0.6-1.0  ) C % wt
8	Bainite		مستقر صلد   Microconstituent ؛ خَلِيْط غير رقائقي لferrite ، و Cementite على مِقياس دقيق جداً؛ Bainite Upper شكّلَه في درجاتِ الحرارة الأعلى يكون في  مظهره شكل الريشية ؛ Bainite Lower شكّلَ في درجاتِ الحرارة الأوطأِ عِنْدَهُ ظهورُه أبريُ.تَزِيدُ صلادتة ال  Bainite بنَقْص درجةِ حرارة التشكيلِ.