الطرق التي يمكن بها التحكم في خواص المعادن الميكانيكية

  ما هي الطرق التي يمكن بها التحكم في خواص المعادن الميكانيكية؟

طرق التحكم في خواص المعادن الميكانيكية:

1. التركيب الكيميائي:

• التركيب: تغيير تركيبة المعدن عن طريق إضافة أو إزالة العناصر.

  • إضافة عناصر مُشَوِّبة:
    • إضافة عناصر مُشَوِّبة ذات حجم ذري أكبر: تُسبب هذه العناصر تشوهات في بنية المعدن، مما يزيد من صلابته وقوته.
    • إضافة عناصر مُشَوِّبة ذات حجم ذري أصغر: تُسبب هذه العناصر تشوهات في بنية المعدن، مما يزيد من مرونته.
  • إزالة الشوائب: تُزيل الشوائب التي تُضعف المعدن وتُقلل من خصائصه الميكانيكية.
• السبيكة: دمج معدنين أو أكثر لتكوين مادة جديدة ذات خصائص محسّنة.
  • السبيكة البسيطة: تتكون من معدنين رئيسيين فقط.
  • السبيكة المعقدة: تتكون من ثلاثة أو أكثر من العناصر.
  • مثال : سبيكة النحاس والقصدير لإنتاج البرونز.

2. المعالجة الحرارية:

هي مجموعة عمليات ميتالورجية لتحسين الخصائص الفيزيائية وأحياناً الكيميائية للصلب  ، وينتج عن ذلك التحكم في مدى صلابة وليونة المنتج الصلب. 

وتقسم المعالجة الحرارية إلى عدة أقسام كلاً على حسب طريق التبريد، حيث أن كل أنواع المعالجات الحرارية تتشابه في مراحل التسخين إلا أنهم يختلفون في عملية التبريد.

• التلدين او التخمير: 

   تسخين المعدن إلى درجة حرارة عالية ثم تبريده ببطء.

  • التلدين الكامل: يُستخدم لتحسين ليونة المعدن وقابليته للتشكيل.
  • التلدين غير الكامل: يُستخدم لتحسين صلابة المعدن وازالة الاجهادات الداخلية.

• التقسية اوالتبريد السريع او الطش : 

  تسخين المعدن إلى درجة حرارة عالية ثم تبريده بسرعة.

  • التبريد الكامل: يُستخدم لزيادة صلادة المعدن وقوة الشد له.
  • التبريد غير الكامل: يُستخدم لتحسين مقاومة المعدن للتآكل.

• المراجعة: 

  تسخين الصلب إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة التلدين ثم تبريده ببطء.

  • تستخدم لتحسين المرونة والمتانة للصلب.

 3. المعالجة الميكانيكية:

• التشغيل: إزالة المواد من المعدن باستخدام أدوات القطع.
  • التشغيل بالخراطة: يُستخدم لصنع قطع معدنية ذات شكل أسطواني.
  • التشغيل بالمخرطة: يُستخدم لصنع قطع معدنية ذات شكل مخروطي.
  • التشغيل بالمثقاب: يُستخدم لصنع ثقوب في المعدن.
• التشكيل: تغيير شكل المعدن باستخدام القوة.
  • التشكيل بالضغط: يُستخدم لتشكيل المعدن باستخدام الضغط.
  • التشكيل بالشد: يُستخدم لتشكيل المعدن باستخدام الشد.
  • التشكيل باللف: يُستخدم لتشكيل المعدن باستخدام اللف.
  • التشكيل بالبثق .
    
• اللحام: ربط قطعتين من المعدن معًا باستخدام الحرارة أو المواد المضافة.
  • اللحام بالكهرباء: يُستخدم لربط قطعتين من المعدن معًا باستخدام تيار كهربائي.
  • اللحام بالغاز: يُستخدم لربط قطعتين من المعدن معًا باستخدام شعلة غاز.
  • اللحام بالليزر: يُستخدم لربط قطعتين من المعدن معًا باستخدام شعاع ليزر.

 4. الطلاء:

• الطلاء المعدني: تغطية سطح المعدن بطبقة من معدن آخر لتحسين مقاومته للتآكل أو خصائصه الميكانيكية.

5. المعالجة السطحية:

•  التقسية السطحية : بالكربنة - السيندة -النتردة -وغيرها ...
  
• الترسيب الكيميائي: ترسيب طبقة من مادة على سطح المعدن باستخدام تفاعل كيميائي.
• الترسيب الفيزيائي للبخار: ترسيب طبقة من مادة على سطح المعدن باستخدام عملية تبخير.

6. تقنيات النانو:

• تغيير بنية المعدن على نطاق النانو: يمكن استخدام تقنيات النانو لتغيير بنية المعدن على نطاق النانو، مما يُحسّن من خصائصه الميكانيكية.
• إضافة مواد جديدة على نطاق النانو: يمكن استخدام تقنيات النانو لإضافة مواد جديدة إلى سطح المعدن على نطاق النانو، مما يُحسّن من خصائصه الميكانيكية.

7. تقنيات أخرى:

• الطباعة ثلاثية الأبعاد: يمكن استخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء أشياء معدنية ذات خصائص ميكانيكية مُحددة.
• التعريض للإشعاع: تعريض المعدن للإشعاع لتحسين خصائصه الميكانيكية.
• التعديل بالليزر: استخدام الليزر لتغيير خصائص سطح المعدن.
• التعرض للبلازما : لتغيير خصائص الميكانيكية.

ملاحظة:

• هذه ليست قائمة شاملة بجميع الطرق المُستخدمة للتحكم في خواص المعادن الميكانيكية.
• تُستخدم بعض هذه الطرق على نطاق واسع، بينما لا تزال بعضها الآخر قيد التطوير.

أمثلة:

• زيادة الصلابة: يمكن زيادة صلابة المعدن عن طريق إضافة عناصر مُشَوِّبة ذات حجم ذري أكبر أو عن طريق المعالجة بالليزر.
• زيادة المتانة: يمكن زيادة متانة المعدن عن طريق إضافة عناصر مُشَوِّبة ذات حجم ذري أصغر أو عن طريق المعالجة بالليزر.
• تحسين مقاومة التآكل: يمكن تحسين مقاومة المعدن للتآكل عن طريق إضافة مواد جديدة إلى سطحه باستخدام تقنيات النانو.
• تحسين كل الخواص الميكانيكية : بإضافة الكربون إلى الحديد لإنتاج الفولاذ.