ما هي المعالجة الحرارية؟ شرح العملية، الأنواع، والفوائد

تُغيّر عملية المعالجة الحرارية آلية عمل المعدن، فهي تُحسّن خصائصه كالصلابة والقوة والمرونة، مما يُساعد على إطالة عمر الأجزاء وزيادة كفاءتها. وتُعدّ هذه العملية مفيدةً جدًا في صناعات مُختلفة، مثل صناعة السيارات والفضاء وصناعة الأدوات.

ما هي المعالجة الحرارية؟

المعالجة الحرارية هي طريقة لتغيير البنية الداخلية للمعدن من خلال دورات تسخين وتبريد دقيقة. هذا يجعل المعدن أقوى أو أكثر ليونة وأسهل تشكيلًا.

الهدف الرئيسي من المعالجة الحرارية هو تحسين صلابة المعدن ومتانته. ليس هذا فحسب، بل تُحسّن أيضًا قابليته للسحب ومقاومته للصدأ. وقد استُخدمت هذه العملية لسنوات عديدة. استخدم الحدادون الأوائل عمليات التسخين والتبريد لصياغة الأدوات والسيوف. أما اليوم، فتستخدم المصانع معدات عالية التقنية لنفس العملية.

كيف تعمل المعالجة الحرارية: العملية الأساسية

تتبع هذه العملية ثلاث خطوات رئيسية، ويجب اتباع كل منها بشكل صحيح للحصول على أفضل نتيجة:

• التدفئة: هنا، يُسخّن المعدن الذي تعمل به إلى درجة حرارة معينة. تعتمد درجة الحرارة المستخدمة على نوع المعدن.
• القابضة: وهذا عندما يتم الاحتفاظ بقطعة العمل عند درجة الحرارة المحددة لفترة من الوقت، مما يسمح لها بالانتشار بالتساوي في جميع أنحاء الجزء.
• تبريد: ويتم بعد ذلك تبريد المعدن بطريقة متحكم بها، مما يؤثر على البنية الداخلية.

تؤثر سرعة التبريد أيضًا على صلابة المعدن. فإذا تم التبريد بسرعة، يصبح المعدن صلبًا جدًا، بينما إذا تم ببطء، يصبح المعدن لينًا. وتختلف بيئات التسخين، سواءً أكانت هواءً أم فراغًا أم حمامًا ملحيًا أم غازًا، في أغراضها.

تضمن حمامات الملح تسخين الأجزاء المعدنية بالتساوي، بينما تساعد المساحة المفرغة من الهواء على منع التفاعلات غير المرغوب فيها.

أنواع عمليات المعالجة الحرارية

التلدين

تُستخدم هذه العملية لتليين المعادن، مما يجعلها أكثر ليونة وسهولة في التعامل معها. كما أنها تُخفف الضغط الناتج عن عمليات التشكيل أو القطع. وتُستخدم عادةً في صناعة الصفائح المعدنية والأدوات.

التطبيع

هذه عملية تُستخدم عادةً على الفولاذ المطروق أو المصبوب. تُعطي المعدن بنية حبيبية موحدة، مما يُحسّن متانته ويزيد من استقراره. 

التصلب

تُستخدم عملية التصليب لتحسين صلابة سطح المعدن. يُسخّن الجزء ويُبرّد بسرعة، مما يُشكّل بنية صلبة داخله تُسمى مارتنسيتهذا الهيكل يكون هشًا عادةً، لذا تتبع العملية عملية التلطيف.

التلطيف

هنا، تُقلل هشاشة قطعة العمل، وتُحسّن متانتها. يُعاد تسخين القطعة إلى درجة حرارة أقل، ويُحفظ لفترة من الوقت لموازنة قوتها ومرونتها.

إخماد

هنا، يُبرَّد المعدن بسرعة كبيرة. ويمكن استخدام أوساط مختلفة للتبريد بسرعات مختلفة، مثل الماء والهواء والزيت. 

تصلب العلبة (التكربنة، النترتة)

تُصلّب هذه العملية سطح قطعة العمل فقط، بينما يبقى الجزء الداخلي طريًا. تُضيف عملية الكربنة الكربون إلى سطح المعدن، بينما تستخدم عملية النترجة غاز النيتروجين لتشكيل سطح صلب. تُحسّن كلتا الطريقتين مقاومة القطعة للصدأ.

المعالجة الحرارية للمعادن المختلفة

فُولاَذ

هذا هو المعدن الأكثر استخدامًا في المعالجة الحرارية. يمكن تعديل نسبة الكربون فيه لتغيير صلابته أو متانته. ويمكن استخدام طرق تسخين وتبريد مختلفة لتغيير بنيته.

سبائك الألومنيوم

عند تطبيق المعالجة الحرارية على الألومنيوم، قد تكون العملية معقدة للغاية. ولأنه ينصهر عند درجة حرارة أقل من الفولاذ، يجب التحكم في الحرارة بدقة. يُصلَّب الألومنيوم غالبًا عن طريق التصلب بالترسيب، مما يُحسِّن متانته.

النحاس والتيتانيوم وسبائك أخرى

يمكن أيضًا معالجة معادن وسبائك أخرى حراريًا. عادةً ما يُليّن النحاس بالتلدين، بينما تُصلّب بعض سبائك النحاس الأخرى. عند معالجة سبائك التيتانيوم حراريًا، يجب توخي الحذر الشديد لأنها تتفاعل مع الأكسجين عند تسخينها.

فوائد المعالجة الحرارية

موارد: AZom-كيف يؤدي المعالجة الحرارية إلى تغيير خصائص الفولاذ؟

هناك العديد من المزايا التي تحصل عليها عند المعالجة الحرارية للمعادن، مثل:

• تعمل هذه العملية على تحسين الخصائص الميكانيكية للمعادن، مما يجعلها تدوم لفترة أطول تحت الضغط.
• كما يُسهّل العمل بالمعادن بتليينها من خلال عمليات مثل التلدين. كما تحافظ المعادن الصلبة على حوافها لفترة أطول.
• تتمتع الأجزاء المعالجة حرارياً بمقاومة أفضل للتآكل والتآكل، وهو أمر مهم للأدوات المعرضة للبيئات الحمضية.
• وتعمل هذه العملية أيضًا على تعزيز الاستقرار الأبعادي للأجزاء، مما يخفف الضغط الداخلي ويمنع الجزء من الانحناء بمرور الوقت.

معدات وتكنولوجيا المعالجة الحرارية

تستخدم معظم المصانع معدات وأدوات خاصة للتحكم في عمليات المعالجة الحرارية.

الأفران

هناك أنواع مختلفة من الأفران المستخدمة في عملية المعالجة الحرارية. تُستخدم أفران الدفعات لمعالجة حمولة واحدة في كل مرة، ويُفضل استخدامها للأجزاء الصغيرة. أما الأفران المستمرة فتُبقي الأجزاء المتحركة عبر نفق تسخين طويل، وتُستخدم بشكل أفضل للأعمال ذات الكميات الكبيرة.

على الجانب الآخر، أفران التفريغ تُبقي الهواء خارجًا لمنع الصدأ أو أي تلف سطحي. تُستخدم غالبًا للأعمال الدقيقة والنظيفة.

الحث والتصلب بالليزر

يستخدم التصلب الحثي مجالات مغناطيسية لتسخين سطح قطعة العمل بسرعة. وهو فعال جدًا في صناعة أعمدة أو أسنان التروس. أما التصلب بالليزر، فيؤدي الغرض نفسه، ولكن باستخدام شعاع دقيق وساخن جدًا لتسخين بقعة صغيرة.

أنظمة التحكم

تُستخدم أنظمة التحكم هذه لمراقبة درجة الحرارة والوقت بدقة، مما يضمن حصول المعدن على المعالجة المناسبة اللازمة للعمل.

التطبيقات الشائعة للمعالجة الحرارية

السيارات

تُستخدم العديد من الأجزاء المعالجة حرارياً في صناعة السيارات لمتانتها. من هذه الأجزاء:

• التروس
• أعمدة الكرنك
• المحاور

كانت هذه الأجزاء بحاجة إلى معالجة حرارية لأنها عادةً ما تحمل أوزانًا ثقيلة. إذا لم تتم هذه المعالجة، فستتآكل الأجزاء بسرعة.

الفضاء الجوي

عادةً ما تتعرض أجزاء الطائرات لحرارة وضغط كبيرين. تُستخدم المعالجة الحرارية لصنع أجزاء، مثل:

• شفرات
• معدات الهبوط
• هياكل الطائرات

الأدوات

المعالجة الحرارية مهمة أيضًا عند تصنيع أنواع مختلفة من أدوات العمل. وتشمل هذه:

• رؤوس المثقاب
• يموت
• قوالب

يجب أن تحافظ هذه الأجزاء على صلابتها دون أن تصبح هشة. ويمكن تحقيق ذلك من خلال طرق تسخين وتبريد مُتحكم بها.

السلع الاستهلاكية

تحتاج معظم العناصر التي نستخدمها يوميًا إلى قوة وتحكم مناسبين في الشكل. تُستخدم المعالجة الحرارية لعناصر مثل:

• السكاكين
• الينابيع
• براغي

اختيار عملية المعالجة الحرارية المناسبة

يعتمد اختيار العملية المناسبة لعملك على عوامل مختلفة.

نوع المادة وخصائصها

يُحدد نوع المعدن الذي تعمل به الخيارات المتاحة لك. قد تؤثر مكونات السبائك على درجة الحرارة ومعدلات التبريد. يتحمل الفولاذ عالي الكربون عملية التصلب بشكل جيد، ولكن عليك توخي الحذر عند العمل بالألمنيوم.

ومن الضروري أيضًا ملاحظة الخصائص التي تريدها، سواء كانت القوة أو مقاومة التآكل.

الاستشارة المهنية

إذا لم تكن متأكدًا مما يجب فعله، فمن الأفضل طلب المساعدة من متخصص. فهم على دراية تامة بكيفية عمل المعادن، وسيساعدونك على تجنب الأخطاء وإهدار المال.

خاتمة

يعتمد كل جزء تُصنّعه على قوة المعدن. تُساعدك المعالجة الحرارية على تلبية احتياجات مشروعك من حيث القوة والصلابة والمرونة. إذا كنت ترغب في البدء اليوم، ففريقنا هنا لمساعدتك.