تأثير وقت المعالجة بالبورون ودرجة الحرارة على سماكة طبقة الحديد الزهر

 

  تأثير البورون على خصائص سطح الحديد الزهر 

مقدمة:

تُعاني الآلات والمعدات من التآكل والتآكل، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة. لتحسين خصائص سطح المواد وتقليل هذه الخسائر.

 ويُعد الحديد الزهر من أكثر المواد شيوعًا في صناعة الآلات، إلا أنه يُعاني من قلة مقاومة التآكل الميكانكي والتآكل الكيميائي. 

تُستخدم تقنية البورون Boriding  لتحسين خصائص سطح الحديد الزهر ، مما يزيد من مقاومته   للتآكل الميكانيكي ويطيل عمره.

الحديد الزهر

• سبيكة من الحديد تحتوي على 2-5٪ من الكربون.

• تتميز بسهولة الصب، ومقاومة التآكل، وتخميد الاهتزاز.                                             
  

   أنواع الحديد الزهر:    

  • الحديد الزهر الرمادي
    

• يحتوي على 2.5-5٪ كربون و 0.8-3٪ سيليكون.
• يشتمل على رقائق جرافيت في تركيبه.
• صلابة منخفضة، لكن قوة انضغاطية عالية.
  
  

  •  الحديد الزهر المرن:

  • • يحتوي على 3.2-3.8٪ كربون و 2.4-2.8٪ سيليكون.
    • جزيئات الجرافيت على شكل كروي.
    • قوة وقابلية تشغيل آلي أفضل من الحديد الزهر الرمادي.

  • حديد الجرافيت المضغوط:

    • جزيئات الجرافيت على شكل "دودي".
    • خصائص ميكانيكية محسنة مقارنة بالحديد الزهر الرمادي.

البورون

• معالجة حرارية كيميائية تُثري سطح المادة بذرات البورون.
• تُستخدم على جميع المواد الحديدية، وسبائك النيكل، وسبائك التيتانيوم، والكربيدات الملبدة.
• تزيد من صلابة السطح ومقاومة التآكل الميكانيكي.
• تتشكل طبقة بوريد على سطح المادة.
• تتراوح صلابة طبقة البوريد بين HV 2000 و HV 3000.

• تعتمد خصائص طبقة البوريد على:

  • الحالة الفيزيائية لمصدر البوريد.
  • درجة حرارة البورون.
  • وقت المعالجة.
  • خصائص المادة البورونية.

• التطبيقات الصناعية للمواد المقاومة للتآكل:

  • أعمدة الإدارة.
  • أعمدة الكامات.
  • البكرات.
  • مسارات انزلاق الماكينات.
  • الخزانات.
  • أجزاء الآلات الزراعية.

 الهدف من الدراسة:

تهدف هذه الدراسة إلى تحسين خصائص سطح الحديد الزهر باستخدام تقنية البورون.

المواد والدراسة التجريبية:

• تم استخدام ثلاث أنواع من الحديد لزهر:    

  - الحديد الزهر الرمادي، والحديد الزهر المرن، وحديد الزهر الجرافيت المضغوط.  

  - تم تحضير أسطح العينات الأسطوانية لمعالجة البورون. تم استخدام مسحوق EKabor® 3 التجاري كعامل بورون.

  - تم إجراء معالجة البورون في درجات حرارة مختلفة (850، 900، 950، و 1000 درجة مئوية) ولمدة مختلفة (2، 3، 4، 5، و 6 ساعات). 

  - تم فحص سمك وصلابة طبقة البوريد، والبنية المجهرية في العينات البورونية. تُفضل طريقة البورون الصندوقي بسبب سهولة العلاج وتوافرها.

  - تم تحضير عينات معالجة البورون بشكل أسطواني  بقطر 10 مم  وطول 7 مم من كل مادة.

النتائج والمناقشة:

• أظهرت النتائج أن معالجة البورون تؤدي إلى تكوين طبقة بوريد ذات بنية على شكل سن على سطح الحديد الزهر.
• تزداد سماكة طبقة البوريد مع زيادة وقت المعالجة ودرجة الحرارة.
• تتميز طبقة البوريد بصلابة عالية، مما يزيد من مقاومة الحديد الزهر للتآكل والتآكل.
• تُظهر البنية المجهرية لطبقة البوريد وجود مراحل FeB و Fe2B.
• تُشكل كربيدات غنية بالبورون مثل Fe2B و Fe3B أثناء بورينج الحديد الزهر الرمادي، مما يقلل من استجابة التصلب المحتملة للحديد الزهر الرمادي.

الاستنتاجات:

• تُعد تقنية البورونBoriding طريقة فعالة لتحسين خصائص سطح الحديد الزهر.
• تؤدي معالجة البورونBoriding إلى تكوين طبقة بوريد ذات صلابة عالية ومقاومة للتآكل.
  
• تُعد تقنية البورون أكثر فعالية لتحسين خصائص الاحتكاك للحديد الزهر الرمادي مقارنة بالزهر المقسي بالتبريد.
  
• تعمل هذه الأشكال على تقليل استجابة التصلب المحتملة للحديد الزهر الرمادي.

• تتشكل كربيدات غنية بالبورون مثل Fe2B و Fe3B أثناء بورينج الحديد الزهر الرمادي.
• يتميز الفولاذ البوروني والحديد الزهر بزيادة صلابة السطح وزيادة مقاومة التآكل.  عندما يتم بورنة المواد ذات الأساس الحديدي عند درجات حرارة تتراوح بين 800-1000 درجة مئوية لفترات تتراوح بين 1 إلى 8  ساعات، (Fe ₂ B + FeB) أو Fe ₂ B تتشكل أطوار بوريد الحديد على سطح المادة وطبقة بوريد تصل إلى  يتم إنتاج صلابة HV 2000 في حدود 40-270 ميكرومتر. 
  

 الخلاصة:

أظهرت هذه الدراسة أن تقنية البورون تُعد طريقة فعالة لتحسين خصائص سطح الحديد الزهر، مما يزيد من مقاومته للتآكل ويطيل عمره.

• تم بورنة الحديد الزهر الرمادي والحديد المرن وحديد الجرافيت المضغوط.
• تم استخدام مسحوق EKabor® 3 التجاري كعامل بورون.
• تم إجراء المعالجات عند 850، 900، 950

  تم بورنة الحديد الرمادي والحديد المرن وحديد الجرافيت المضغوط بمواد 

  صلبة منتجة للبورون بطريقة البورون الصندوقي. 

  يُستخدم مسحوق EKabor ^® 3 التجاري كعامل بورون ويتم تنفيذ المعالجات 

 عند 850 و900 و950 درجة مئوية لمدة 2 و3 و4 و5 و6 ساعات. 

  تم الإبلاغ عن سمك طبقة البوريد والصلابة الدقيقة، والبنية المجهرية للعينات

 البورونية.

                     أتمنى أن تكون هذه المقالة مفيدة لك!

•  

•