تفاصيل تشوه المعالجة الحرارية لأنابيب الصلب

أولاً، يتعرض إجهاد الإخماد إلى تغير في الأبعاد وتغير في الشكل.
إجهاد الإخماد (التشوه) له نوعان: تغير في الأبعاد وتغير في الشكل (تشوه). ما يسمى بالتغير البعدي هو التغير البعدي الناتج عن التمدد أو الانكماش الناتج عن تغير الطور أثناء الإخماد، ويشير بشكل أساسي إلى التشوهات المتشابهة مثل الاستطالة والتقصير والتكثيف والترقق. يحدث التشوه بشكل أساسي بسبب الترهل الناتج عن الوزن الميت للأجزاء وتشوه الشكل الناتج عن الإجهاد، مثل التشوهات غير المتشابهة مثل الالتواء والانحناء والالتواء. بالطبع، إذا تغير الحجم، يتغير شكله أيضًا، لذلك من الشائع الخلط بين ما إذا كان تغيرًا في الأبعاد أو تشوهًا، وغالبًا ما تتداخل التغيرات البعدية والتشوه. من الأنسب التعبير عنه مجازيًا باستخدام إجهاد الإخماد. تعريف إجهاد الإخماد في علم المعادن هو الحالة التي يميل فيها مجموع الضغوط الناتجة عن الأجزاء بعد المعالجة الحرارية إلى الصفر.
يتضمن ظهور إجهاد الإخماد ثلاث مراحل:
① التدفئة (على أساس القضاء على الإجهاد الداخلي)؛
② العزل (الترهل بسبب الوزن الذاتي، أي الترهل والانحناء)؛
③ التبريد (يعتمد على التبريد غير المتساوي والتحول الطوري). تتداخل هذه المراحل الثلاث، مما يؤدي في النهاية إلى إجهاد إخماد للأجزاء.

ثانياً، 6 أسئلة حول التغيرات الأبعادية
١. ما سبب تغير الأبعاد؟ عادةً ما يحدث تغير الأبعاد نتيجة تغير تنظيمي، أي التمدد والانكماش الناتج عن تحول الطور. يحدث التمدد عندما يُولّد الإخماد مارتنسيت، بينما يحدث الانكماش عند توليد الأوستينيت المتبقي، وتتناسب كمية الانكماش طرديًا مع كمية الأوستينيت المتبقي. عند المعالجة الحرارية، عادةً ما يكون الانكماش، ويُعدّ الفولاذ السبائكي الذي خضع للمعالجة الحرارية والتصليد عدة مرات تمددًا. بالإضافة إلى ذلك، عند المعالجة الباردة، يتمدد مارتنسيت الأوستينيت المتبقي، مما يُسبب تغيرات في الأبعاد. يزداد الحجم النوعي لهذه التنظيمات بزيادة محتوى الكربون. كلما زادت نسبة الكربون، زاد التغير في الأبعاد.
٢. التغيرات المادية والأبعادية: يختلف التغير في الأبعاد (إجهاد التبريد) الناتج عن التبريد باختلاف مادة الفولاذ. تؤثر عناصر P وMo وCr وC وMn بشكل كبير على التغير في الأبعاد، بينما يؤثر Si وNi بشكل طفيف على التغير في الأبعاد. فولاذا القياس والقطع SKS3 وSKS31 (فولاذ أداة W-Cr-Mn) هما فولاذان يتميزان بتشوهات تبريد طفيفة، ويُطلق عليهما أيضًا فولاذ لا يتعرض لإجهاد التبريد. ثانيًا، يؤثر خط التدفق البلاستيكي للفولاذ بشكل كبير على التغير في الأبعاد الناتج عن التبريد. يكون التغير في الأبعاد كبيرًا على طول خط التدفق البلاستيكي، أي في الاتجاه الطولي؛ ويكون التغير في الأبعاد صغيرًا في الاتجاه العمودي على الاتجاه الطولي، أي في الاتجاه العرضي. لذلك، عند اختيار المواد، من الضروري مراعاة اتساق اتجاه خط التدفق البلاستيكي. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر الفصل الخطي للكربيدات أيضًا على التغير في الأبعاد.
3. الإخماد والتغيير الأبعادي
(١) تغير في الأبعاد ناتج فقط عن تغير في الهيكل: عند إخماد أجزاء الفولاذ، تحدث تغيرات تنظيمية متنوعة. هذه التغيرات التنظيمية تُسبب تغيرات في الأبعاد. عند تحويل بنية الأوستينيت إلى بنية مارتنسيت (إخماد كامل)، يكون التغير في الأبعاد (التمدد) للجزء هو الأكبر؛ وعند تحويل بنية الأوستينيت إلى بنية الباينيت، يكون التغير في الأبعاد حوالي ثلث ما سبق؛ وعند تحويلها إلى بنية بيرليت (التلدين)، يكون حوالي ربع ما سبق. بالإضافة إلى ذلك، يزداد التمدد الناتج عن المارتنسيت مع زيادة محتوى الكربون في الفولاذ.
(٢) تأثير الأوستينيت المُحتفظ به: بسبب تأثير الإخماد، حتى مع بقاء كمية صغيرة من الأوستينيت، سينخفض ​​التغير البُعدي الناتج عن التمدد تبعًا لذلك. لذلك، يؤدي وجود كمية صغيرة من الأوستينيت المُحتفظ به إلى انخفاض التغير البُعدي. ومع ذلك، فإن وجود الأوستينيت المُحتفظ به سيُقلل من صلابة الإخماد وسيُسبب تشوهًا ناتجًا عن الشيخوخة عند وضعه في درجة حرارة الغرفة.
(٣) تأثير الكربيدات غير المذابة: أثناء التسخين بالإخماد، قلّت كمية الكربيدات المذابة في الأوستينيت؛ أي كلما زادت كمية الكربيدات المحتجزة، قلّ التغير في الأبعاد. لا تُسبب التغيرات في شكل ونوع الكربيدات المحتجزة نفسها تغيرات في الحجم، وبالتالي لا علاقة لها بالتغيرات في الأبعاد.
(4) تأثير المعالجة الباردة: عند إجراء المعالجة الباردة، تقل كمية الأوستينيت المحتفظ بها، وتزداد كمية المارتنسيت، وبالتالي يحدث تغيير أبعادي توسعي.
4. التلطيف والتغيير الأبعادي
(١) تحلل المارتنسيت: يُسبب تحلل المارتنسيت الناتج عن المعالجة الحرارية تغيرًا في أبعاده نتيجة الانكماش. ويختلف مقدار التغير في الأبعاد باختلاف محتوى الكربون في المارتنسيت. فكلما ارتفع محتوى الكربون في المارتنسيت، زاد التغير في الأبعاد. ومع ذلك، إذا اعتُبرت حالة المارتنسيت قبل التبريد معيارًا، فإن التغير الشامل في الأبعاد بعد التبريد والمعالجة الحرارية يظل توسعيًا في النهاية.
(2) تأثير الكربيدات غير المذابة: إذا كانت هناك كربيدات غير مذابة، فإن محتوى الكربون في الأوستينيت ينخفض، والكربيدات نفسها لا تؤثر على التغيير الأبعادي، وبالتالي فإن التغيير الأبعادي في المرحلة الأولى من التلطيف (التلطيف أقل من 200) هو الانكماش.
(3) تأثير الأوستينيت المُحتفظ به: في حالة وجود أوستينيت مُحتفظ به، يكون التغير في أبعاده الناتج عن عملية التصلب ضئيلاً؛ وعندما تتجاوز درجة حرارة التصلب 200 درجة مئوية، يتحول الأوستينيت المُحتفظ به إلى بينيت، مما يُسبب تغيرًا في أبعاده بسبب التمدد. لذلك، في المرحلة الأولى من التصلب (أقل من 200 درجة مئوية)، يُسبب الأوستينيت المُحتفظ به انكماشًا في الحجم. أما فوق هذه الدرجة، فترتفع درجة حرارة التصلب، ويؤدي تحلل الأوستينيت المُحتفظ به إلى تغيرات في الحجم ناتجة عن التمدد.
5. التغيرات في حجم سبائك الفولاذ
غالبًا ما تُذيب الكربيدات في الفولاذ السبائكي عناصر خاصة، ولكن حجمها النوعي يبقى ثابتًا تقريبًا. لذلك، فإن طريقة معالجة الفولاذ السبائكي هي نفسها الطريقة المذكورة أعلاه. الفرق هو أن كمية الأوستينيت المحتفظ بها تختلف باختلاف نوع وكمية عناصر السبائك، كما تختلف كمية الكربيدات أيضًا. لذلك، يجب مراعاة تغيرات الحجم.
6. كيفية تقليل تغييرات الحجم
تحدث تغيرات الحجم نتيجةً لتغيرات في البنية بعد الإخماد أو التطبيع. لذلك، يستحيل التخلص من تغيرات الحجم. يمكن تقليلها فقط بطرق المعالجة الحرارية:
(١) التمدد ناتج عن المارتنسيت: الانكماش ناتج عن الأوستينيت المحتجز، لذا يجب تقليل كمية المارتنسيت ومحتوى الكربون المذاب فيه، وزيادة كمية الأوستينيت المحتجز. مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن زيادة الأوستينيت المحتجز ستؤدي إلى تشوه الشيخوخة.
(٢) زيادة كمية الكربيدات غير المذابة (الكربيدات المتبقية). (٣) استخدام هياكل أخرى غير المارتنسيت لتصلب الفولاذ، ويُعدّ الباينيت الخيار الأمثل. يتميز الفولاذ الذي يحتوي على ٥٠٪ من الباينيت و٥٠٪ من المارتنسيت بصلابته وتغيرات أبعاده الطفيفة، مما يُسهّل التحكم في حجمه.
(4) يجب إجراء عملية التلطيف.