عملية المعالجة الحرارية لأنابيب الصلب غير الملحومة

تُعرف عملية التلدين بتسخين أنابيب الفولاذ اللامع الدقيق المدلفنة على البارد إلى درجة حرارة مناسبة، مع اختلاف مدة التسخين تبعًا لنوع المادة وحجم قطعة العمل، ثم تبريدها ببطء. والهدف من ذلك هو جعل البنية الداخلية للمعدن تصل إلى حالة توازن أو تقترب منها، مما يُحسّن أداء العملية وسهولة الاستخدام. أو قد يُهيئ ذلك الأنبوب لمزيد من التبريد السريع.
التطبيع هو تسخين أنبوب فولاذي لامع عالي الدقة مدلفن على البارد إلى درجة حرارة مناسبة ثم تبريده في الهواء. يشبه تأثير التطبيع تأثير التلدين، إلا أن البنية الناتجة تكون أدق. يُستخدم غالبًا لتحسين قابلية قطع المادة، ويُستخدم أحيانًا لتلبية متطلبات معينة. لا يُستخدم كمعالجة حرارية نهائية للأجزاء عالية الجودة.

التبريد السريع هو عملية تسخين وعزل أنبوب الفولاذ اللامع عالي الدقة المدلفن على البارد، ثم تبريده بسرعة في وسط تبريد مثل الماء أو الزيت أو الأملاح غير العضوية الأخرى، أو المحاليل المائية العضوية. بعد التبريد السريع، يصبح أنبوب الفولاذ اللامع عالي الدقة المدلفن على البارد صلبًا ولكنه في الوقت نفسه يصبح هشًا.

لتقليل هشاشة أنابيب الصلب المصقولة الدقيقة المدرفلة على البارد، تُحفظ هذه الأنابيب بعد تبريدها لفترة طويلة عند درجة حرارة مناسبة أعلى من درجة حرارة الغرفة ولكن أقل من 650 درجة مئوية، ثم تُبرد. تُسمى هذه العملية بالتطبيع.

تُعرف عمليات التلدين والتطبيع والتبريد السريع والتطبيع باسم "العمليات الأربع" في المعالجة الحرارية الشاملة. ومن بينها، يرتبط التبريد السريع والتطبيع ارتباطًا وثيقًا، وغالبًا ما يُستخدمان معًا، وهما عمليتان لا غنى عنهما.

طوّرت شركة "فور فايرز" عمليات معالجة حرارية مختلفة بدرجات حرارة تسخين وطرق تبريد متباينة. وللحصول على قوة ومتانة محددتين، تُعرف عملية الجمع بين التبريد السريع والتطبيع بدرجة حرارة عالية باسم التبريد والتطبيع. بعد تبريد بعض السبائك لتكوين محلول صلب فوق مشبع، تُحفظ في درجة حرارة الغرفة أو درجة حرارة أعلى قليلاً لفترة أطول لتحسين صلابة السبيكة أو قوتها أو خصائصها الكهرومغناطيسية. تُعرف هذه العملية باسم المعالجة الحرارية بالتقادم.

تُعرف طريقة الجمع الفعال والدقيق بين تشكيل الضغط والمعالجة الحرارية للحصول على قوة ومتانة عاليتين لأنابيب الصلب اللامع الدقيق المدرفلة على البارد باسم المعالجة الحرارية بالتشكيل؛ أما المعالجة الحرارية التي تُجرى في جو ذي ضغط سلبي أو في الفراغ فتُسمى المعالجة الحرارية الفراغية. ولا تقتصر فوائد هذه الطريقة على منع أكسدة أنابيب الصلب اللامع الدقيق المدرفلة على البارد وإزالة الكربون منها، والحفاظ على سطحها أملسًا ونظيفًا بعد المعالجة، وتحسين أداء القطعة، بل يمكن أيضًا استخدام عامل اختراق للمعالجة الحرارية الكيميائية.

المعالجة الحرارية السطحية هي عملية معالجة حرارية للمعادن تُسخّن فقط الطبقة السطحية لأنابيب الصلب اللامع الدقيق المدرفلة على البارد، بهدف تغيير خواصها الميكانيكية. ولضمان تسخين الطبقة السطحية فقط دون نقل كمية كبيرة من الحرارة إلى داخل الأنبوب، يجب أن يتمتع مصدر الحرارة المستخدم بكثافة طاقة عالية، أي أن تُزوّد ​​الأنبوب بكمية كبيرة من الطاقة الحرارية لكل وحدة مساحة، بحيث تصل درجة حرارة السطح أو جزء منه إلى مستويات عالية في وقت قصير أو فوري. تشمل الطرق الرئيسية للمعالجة الحرارية السطحية التبريد باللهب والتسخين بالحث. ومن مصادر الحرارة الشائعة الاستخدام: الأكسجين الأسيتيليني أو الأكسجين البروباني، بالإضافة إلى أنواع أخرى من اللهب، والتيار المستحث، والليزر، وشعاع الإلكترون.

المعالجة الحرارية الكيميائية هي عملية معالجة حرارية للمعادن تُغير التركيب الكيميائي والبنية وخصائص الطبقة السطحية لأنابيب الصلب اللامعة الدقيقة المدرفلة على البارد. ويكمن الفرق بين المعالجة الحرارية الكيميائية والمعالجة الحرارية السطحية في أن الأخيرة تُغير التركيب الكيميائي للطبقة السطحية لقطعة العمل. أما المعالجة الحرارية الكيميائية فتعتمد على تسخين قطعة العمل في وسط (غاز، سائل، صلب) يحتوي على الكربون أو النيتروجين أو عناصر سبائكية أخرى، مع الحفاظ على درجة حرارتها مرتفعة لفترة طويلة حتى يتمكن سطح قطعة العمل من اختراق عناصر مثل الكربون والنيتروجين والبورون والكروم. بعد تغلغل هذه العناصر، تُجرى أحيانًا عمليات معالجة حرارية أخرى مثل التبريد السريع والتطبيع. وتشمل الطرق الرئيسية للمعالجة الحرارية الكيميائية الكربنة والنتردة والطلاء المعدني.

تُعدّ المعالجة الحرارية إحدى العمليات المهمة في تصنيع الأدوات والقوالب الميكانيكية. وبشكل عام، تُسهم في ضمان وتحسين خصائص أنابيب الصلب اللامع الدقيقة المدرفلة على البارد، مثل مقاومة التآكل والصدأ. كما تُحسّن بنية وحالة الإجهاد في القطعة الخام لتسهيل عمليات التشكيل المختلفة على البارد والساخن.

على سبيل المثال، يمكن تلدين الحديد الزهر الأبيض لفترة طويلة للحصول على حديد زهر قابل للطرق لتحسين مرونته؛ ومن خلال اعتماد عملية المعالجة الحرارية الصحيحة للتروس، يمكن مضاعفة عمرها الافتراضي أو حتى عشرات المرات أطول من عمر التروس غير المعالجة حرارياً؛ بالإضافة إلى ذلك، يمكن دمج الفولاذ الكربوني الرخيص في بعض عناصر السبائك التي تتمتع بخصائص معينة من سبائك الفولاذ باهظة الثمن ويمكن أن تحل محل بعض أنواع الفولاذ المقاوم للحرارة والفولاذ المقاوم للصدأ؛ تحتاج جميع الأدوات والقوالب تقريباً إلى المعالجة الحرارية قبل استخدامها.