ثلاث فئات من المعالجة الحرارية للمعادن

يمكن تقسيم عمليات المعالجة الحرارية للمعادن بشكل عام إلى ثلاث فئات: المعالجة الحرارية الكلية، والمعالجة الحرارية السطحية، والمعالجة الحرارية الكيميائية. وحسب وسط التسخين ودرجة الحرارة وطريقة التبريد، يمكن تقسيم كل فئة إلى عدة عمليات معالجة حرارية مختلفة. وباستخدام عمليات معالجة حرارية مختلفة، يمكن للمعدن نفسه الحصول على هياكل مختلفة، وبالتالي خصائص مختلفة. يُعد الفولاذ أكثر المعادن استخدامًا في الصناعة، كما أن بنيته الدقيقة هي الأكثر تعقيدًا، لذا تتعدد أنواع عمليات المعالجة الحرارية للفولاذ.

المعالجة الحرارية الشاملة هي عملية معالجة حرارية للمعادن، يتم فيها تسخين قطعة العمل ككل، ثم تبريدها بسرعة مناسبة لتغيير خصائصها الميكانيكية العامة. تتضمن المعالجة الحرارية الشاملة للفولاذ عمومًا أربع عمليات أساسية: التلدين، والتطبيع، والتبريد، والتطبيع الحراري.

1. التلدين

التلدين هو تسخين قطعة العمل إلى درجة حرارة مناسبة، مع مراعاة أوقات تثبيت مختلفة حسب المادة وحجم قطعة العمل، ثم تبريدها تدريجيًا. الهدف هو جعل البنية الداخلية للمعدن تصل إلى حالة توازن أو تقترب منها، أو لتخفيف الضغط الداخلي الناتج عن العملية السابقة. للحصول على أداء عملية وخدمة جيدين، أو لتجهيز الهيكل لمزيد من التبريد.

2. التطبيع

التطبيع هو تسخين قطعة العمل إلى درجة حرارة مناسبة ثم تبريدها بالهواء. يشبه تأثير التطبيع تأثير التلدين، إلا أن الهيكل الناتج يكون أدق. يُستخدم غالبًا لتحسين أداء قطع المواد، وأحيانًا لتلبية متطلبات معينة. تُستخدم الأجزاء غير العالية كمعالجة حرارية نهائية.

3.التبريد

التبريد هو تسخين قطعة العمل والحفاظ عليها، ثم تبريدها بسرعة في وسط تبريد مثل الماء أو الزيت أو غيرها من المحاليل الملحية غير العضوية، والمحاليل المائية العضوية.

4.التلطيف

بعد الإخماد، يصبح الفولاذ صلبًا وفي الوقت نفسه هشًا. لتقليل هشاشة أجزاء الفولاذ، تُحفظ هذه الأجزاء المُخمّدة عند درجة حرارة مناسبة أعلى من درجة حرارة الغرفة وأقل من 650 درجة مئوية لفترة طويلة، ثم تُبرّد. تُسمى هذه العملية بالتسخين. التلدين، والتطبيع، والإخماد، والتسخين هي "الحرائق الأربع" في المعالجة الحرارية الشاملة. من بينها، يرتبط الإخماد والتسخين ارتباطًا وثيقًا، وغالبًا ما يُستخدمان معًا، وهما عمليتان أساسيتان.

طورت "النيران الأربعة" عمليات معالجة حرارية مختلفة بدرجات حرارة تسخين مختلفة وطرق تبريد مختلفة. وللحصول على قوة وصلابة معينتين، تُسمى عملية الجمع بين التبريد والتطبيع بدرجة حرارة عالية التبريد والتطبيع. بعد تبريد بعض السبائك لتكوين محلول صلب فائق التشبع، تُحفظ في درجة حرارة الغرفة أو أعلى قليلاً لفترة أطول لتحسين صلابتها ومتانتها وخواصها الكهرومغناطيسية. تُسمى عملية المعالجة الحرارية هذه معالجة التقادم.

تُسمى طريقة الجمع الفعال والوثيق بين معالجة الضغط والتشوه والمعالجة الحرارية للحصول على قوة وصلابة جيدة لقطعة العمل بالمعالجة الحرارية للتشوه؛ وتُسمى المعالجة الحرارية التي تُجرى في جو من الضغط السلبي أو الفراغ بالمعالجة الحرارية بالفراغ، والتي لا تُمكّن فقط من منع تأكسد قطعة العمل أو إزالة الكربون منها، بل تُحافظ على سطحها أملسًا ونظيفًا، مما يُحسّن من أدائها. كما يُمكن معالجتها كيميائيًا بالحرارة باستخدام عامل اختراق.

في الوقت الحاضر، ومع تزايد نضج تقنيات الليزر والبلازما، تُستخدم هاتان التقنيتان لتطبيق طبقة من الطلاءات المقاومة للتآكل أو التآكل أو الحرارة على سطح قطع العمل الفولاذية العادية، وذلك لتغيير خصائص سطح قطعة العمل الأصلية. تُسمى هذه التقنية الجديدة "تعديل السطح".