الحل لعدم كفاية صلابة التبريد للأنابيب الفولاذية

في بعض الأحيان، تحدث صلابة غير كافية بعد التبريد في الإنتاج، وهو عيب شائع في عملية التبريد بالمعالجة الحرارية. هناك مظهران لـ 'الصلابة غير الكافية'، أحدهما هو أن قيمة الصلابة لقطعة العمل بأكملها منخفضة، والآخر هو أن الصلابة المحلية غير كافية أو ظهور بقع ناعمة. عند حدوث صلابة غير كافية، من الضروري استخدام اختبارات الصلابة أو طرق تحليل دراسة المعادن لتحليل نوع 'الصلابة غير الكافية'، ومن ثم العثور على الأسباب من جوانب المواد الخام، وعملية التسخين، ووسط التبريد، وطريقة التبريد ، وتلطيف درجة الحرارة، لإيجاد الحلول.

1. المواد الخام

1.1 الاختيار غير الصحيح للمواد الخام أو المواد الخاطئة: الأجزاء التي يجب أن تكون مصنوعة من الفولاذ الكربوني المتوسط ​​أو الفولاذ عالي الكربون مصنوعة عن طريق الخطأ من الفولاذ منخفض الكربون، والأجزاء التي يجب أن تكون مصنوعة من سبائك الصلب مصنوعة عن طريق الخطأ من الفولاذ العادي عالي الكربون، مما سيسبب صلابة غير كافية أو بقع ناعمة.

مثال 1: يجب أن يكون الترس مصنوعًا من الفولاذ 45#، ويجب أن تكون صلابة التبريد حوالي 55HRC، ولكن تم اختياره بالخطأ على أنه فولاذ 25#، مما يؤدي إلى صلابة حوالي 380HBS فقط.

مثال 2: يجب أن يكون القالب مصنوعاً من 9Mn2V، ولكن تم استخدام الفولاذ T8 عن طريق الخطأ. نظرًا لأنه من الصعب التمييز بين شرارة الفولاذ 9Mn2V وT8، فقد تم استخدام عملية التبريد لـ 9Mn2V بشكل خاطئ أثناء التبريد، وتم استخدام تبريد الزيت. ونتيجة لذلك، فإن الصلابة تبلغ حوالي 50HRC فقط.

تنتمي الحالتان المذكورتان أعلاه إلى صلابة إجمالية غير كافية، والتي يمكن تحديدها عن طريق اختبار الصلابة أو اختبار فحص المعادن.

الحل: اختيار المواد المناسبة أثناء التصميم؛ تعزيز إدارة المواد، وإجراء التحليل الكيميائي قبل دخول المواد إلى المستودع، ثم تصنيفها ووضع علامات عليها، مما يمكن أن يتجنب بشكل فعال إرسال مواد خاطئة؛ يجب على مشغلي المعالجة الحرارية إجراء تحليل الشرارة قبل التشغيل لتحديد ما إذا كانت مادة الجزء تلبي متطلبات الرسم؛ عندما يكون المقطع العرضي لقطعة الشغل كبيرًا أو يكون سمك المقطع العرضي لقطعة الشغل مختلفًا تمامًا، إذا تم استخدام فولاذ الأداة، نظرًا لضعف صلابته، فسوف يتسبب ذلك في انخفاض الصلابة الداخلية للمقطع العرضي الكبير . في هذا الوقت، يجب استخدام سبائك الفولاذ ذات الصلابة الجيدة بدلاً من ذلك.

1.2 البنية المجهرية غير المستوية للمواد الخام تسبب صلابة غير كافية أو بقع ناعمة في المنطقة المحلية: إذا كانت البنية المجهرية تحتوي على أحد الشروط التالية: فصل أو تجميع الكربيد، مثل تجميع الفريت، الجرافيت، بنية شديدة الانحدار، وما إلى ذلك، صلابة غير كافية أو سوف تحدث بقع ناعمة.

الحل: التزوير المتكرر أو المعالجة الحرارية التحضيرية (مثل التطبيع أو التلدين المتجانس) قبل التبريد لجعل الهيكل موحدًا.

2. عملية التسخين

2.1 درجة حرارة تسخين منخفضة للتبريد ووقت احتجاز غير كافٍ: على سبيل المثال، بالنسبة للفولاذ شديد اليوتكتويد، عندما تكون درجة حرارة التسخين بين Ac3 وAc1 (على سبيل المثال، درجة حرارة تسخين التبريد للفولاذ 25# أقل من 860 درجة مئوية)، لأن الفريت ليس كذلك يذوب تمامًا في الأوستينيت، ولا يمكن الحصول على مارتنسيت موحد بعد التبريد، ويتم الحصول على الفريت والمارتنسيت، مما يؤثر على صلابة قطعة العمل. من تحليل المعادن، يمكن ملاحظة أن الفريت لا يذوب. بالنسبة للفولاذ عالي الكربون، وخاصة الفولاذ عالي السبائك، إذا كان التسخين أو وقت الاحتفاظ غير كافٍ، فلا يمكن تحويل البرليت إلى أوستينيت، ولا يمكن الحصول على مارتنسيت. في الإنتاج الفعلي، غالبًا ما يكون سبب الموقف المذكور أعلاه هو الانحراف في مؤشر الجهاز (درجة الحرارة المشار إليها مرتفعة جدًا) أو درجة حرارة الفرن غير المتساوية، مما يجعل درجة الحرارة الفعلية لقطعة العمل منخفضة جدًا؛ تم تقدير سمك قطعة العمل بشكل غير صحيح، مما أدى إلى قصر وقت التثبيت.

الحل: التحكم في سرعة التسخين لتجنب أن تكون سرعة التسخين سريعة جدًا، مما قد يتسبب في درجة حرارة غير متساوية للفرن، وسيتسبب أيضًا في وقت احتجاز سابق لأوانه، مما يؤدي إلى عدم كفاية وقت الانتظار؛ التحقق بشكل متكرر مما إذا كان مؤشر درجة الحرارة سليمًا ودقيقًا لتجنب الظاهرة التي يظهر فيها المؤشر درجة الحرارة التي تم الوصول إليها ولكن درجة الحرارة الفعلية غير كافية؛ تحديد صارم لسرعة تسخين التبريد ودرجة حرارة التسخين وفقًا لدليل المواد لمنع درجة حرارة التبريد من أن تكون منخفضة جدًا أو مرتفعة جدًا؛ تقدير سمك المادة بشكل صحيح، خاصة بالنسبة للأجزاء ذات الشكل الخاص.

2.2 درجة حرارة تسخين التبريد مرتفعة جدًا ووقت التثبيت طويل جدًا: بالنسبة لفولاذ الأدوات (مثل فولاذ T8)، عندما تكون درجة حرارة تسخين التبريد 780 درجة مئوية، يتم الحصول على الأوستينيت والكربيد (Fe3C). في هذا الوقت، يكون محتوى الكربون في الأوستينيت أعلى قليلاً من 0.77%، ويتحول الأوستينيت إلى مارتنسيت بعد التبريد. إذا كانت درجة حرارة التسخين مرتفعة جدًا أو كان وقت الاحتفاظ طويلًا جدًا، فإن كمية كبيرة من الكربون في الكربيد (Fe3C) سوف تذوب في الأوستينيت، مما يؤدي إلى ارتفاع محتوى الكربون في الأوستينيت، وزيادة ثباته بشكل كبير، مما يتسبب في تحول الأوستينيت إلى الأوستينيت. مارتنزيت (AyM). تبدأ درجة الحرارة في الانخفاض، لذلك يتم الاحتفاظ بكمية كبيرة من الأوستينيت المتبقي (Ac) في قطعة العمل بعد التبريد، ويكون الهيكل الناتج هو M+Ac. نظرًا لأن الأوستينيت المتبقي له خصائص الأوستينيت، أي صلابة منخفضة، فإن الصلابة تنخفض بعد التبريد.

تأثير درجة حرارة التسخين ودرجة الحرارة على محتوى الأوستينيت المتبقي

الحل: التحكم بشكل صارم في درجة حرارة تسخين التبريد ووقت الانتظار لمنع الكربون الزائد من الذوبان في الأوستينيت (A). ومن الأهم التحكم في درجة حرارة التدفئة. تقليل معدل التبريد بالتبريد، أو استخدام التبريد المتدرج لتحويل الأوستينيت فائق التبريد بالكامل إلى مارتنسيت؛ استخدام المعالجة الباردة لتحويل الأوستينيت المتبقي إلى مارتنسيت؛ استخدم درجة حرارة عالية لتقليل الأوستينيت المتبقي، وستزداد الصلابة بدلاً من ذلك.

2.3 أثناء التبريد والتسخين، يتم إزالة الكربنة من سطح قطعة العمل: بعد تبريد الفولاذ 45#، من خلال التحليل الميتالوغرافي، يكون سطحه من الفريت والمارتنسيت منخفض الكربون، وبعد طحن طبقة إزالة الكربنة من السطح، فإن الصلابة تلبي المتطلبات. يحدث هذا الوضع غالبًا في الفرن الصندوقي بدون حماية أو حماية ضعيفة، أو التسخين في حمام ملح ضعيف الأكسدة، مما يتسبب في تفاعل الأكسجين مع ذرات الكربون في قطعة العمل لتوليد ثاني أكسيد الكربون، مما يقلل محتوى الكربون على سطح قطعة العمل ويتسبب في سطحها صلابة لتكون غير كافية.

الحل: استخدم فرن تسخين غير مؤكسد مع جو وقائي، مثل جو وقائي من تكسير الكحول أو الميثانول؛ استخدام التبريد التدفئة فراغ. بالنسبة لأفران الصناديق العامة، يمكن استخدام برادة الحديد الخام أو الفحم لختم الصناديق؛ يتم تطبيق الطلاء المضاد للأكسدة على سطح قطعة العمل؛ يتم وضع الفحم في الفرن. يتم طلاء قطعة العمل بحمض البوريك أو محلول الكحول قبل التسخين.

3. مشاكل عملية التبريد

3.1 الاختيار غير الصحيح لوسط التبريد: إذا تم تبريد قطعة العمل التي يجب تبريدها في الماء أو حمام الملح في الزيت، فإن قدرة التبريد تكون غير كافية وسرعة التبريد بطيئة للغاية. أثناء عملية التبريد، يتحول الأوستينيت إلى بنية من النوع البرليت (AyP)، ولا يمكن الحصول على المارتنسيت (M) (خاصة في قلب قطعة العمل)، مما يؤدي إلى انخفاض صلابة قطعة العمل. على سبيل المثال، تبلغ صلابة المطرقة اليدوية المصنوعة من T10 حوالي 45HRC فقط عند تبريدها بالزيت. من خلال تحليل دراسة المعادن، يمكن ملاحظة أن البنية التي تم الحصول عليها هي تروستايت بدلاً من مارتنسيت.

الحل: يجب اختيار وسط التبريد المناسب حسب مادة قطعة العمل وشكلها وحجمها.

3.2 تأثير درجة حرارة التبريد المتوسطة: عند التبريد في الماء، يتم إخماد عدد كبير من الأجزاء بشكل مستمر. إذا لم يكن هناك نظام تبريد متداول، فسوف ترتفع درجة حرارة الماء، وستنخفض قدرة التبريد، ولن يتم تصلب التبريد. عند التبريد في الزيت، تكون درجة حرارة الزيت منخفضة وتكون السيولة ضعيفة في بداية التبريد، وبالتالي فإن قدرة التبريد ليست قوية، مما يؤدي إلى فشل التبريد.

الحل: عند تبريد الماء، يجب استخدام نظام تبريد دائري للحفاظ على درجة حرارة الماء عند حوالي 20 درجة مئوية؛ عند تبريد الزيت، خاصة في البداية، يجب تسخينه بشكل صحيح إلى درجة حرارة تزيد عن 80 درجة مئوية. هذا هو سبب 'الماء البارد والزيت الساخن' عند التبريد.

3.3 الوسيط قديم جدًا أثناء التبريد: عندما يحتوي الحمام القلوي (الملح) على المزيد من الشوائب أو القليل جدًا من الماء، يتم إنتاج بقع ناعمة للتبريد بسهولة.

الحل: يجب استبدال وسط التبريد في الوقت المناسب ويجب التحكم في محتوى الماء في الحمام القلوي (الملح).

3.4 التحكم غير المناسب في وقت التبريد: عندما يتم استخدام الفولاذ الكربوني لصنع مفاتيح ذات أجزاء معقدة أو كبيرة المقطع، يتم استخدام التبريد بالماء والتبريد بالزيت لمنع التشوه والتشقق. تبقى الأجزاء في الماء لفترة قصيرة جدًا أو تبقى في الهواء لفترة طويلة جدًا بعد إخراجها من الماء ثم نقلها إلى الزيت. بسبب ارتفاع درجة حرارة الأجزاء نفسها، وخاصة سرعة التبريد البطيئة للنواة، لا يمكن الحصول على مارتنسيت موحد وكامل.

الحل: التحكم بشكل صحيح في وقت تبريد الماء. إذا قمت بتثبيت قطعة العمل بالكماشة، فقم بنقلها على الفور إلى الزيت عندما لا تشعر بالاهتزاز. بالنسبة للقوالب ذات التجاويف الأكبر، يجب إزالة النفايات أولاً لتقليل سمك قطعة العمل قبل التبريد. أثناء التبريد المتدرج، يحدث تحول الباينيت عندما تبقى قطعة العمل في حمام الملح لفترة طويلة، مما يؤدي إلى عدم كفاية الصلابة.

باختصار، غالبًا ما يحدث التبريد غير الكافي، ويجب على المشغل تحليل الموقف المحدد وفقًا للمواقف المختلفة، ومعرفة الأسباب، والتغلب عليها.