عمليتان للمعالجة الحرارية للمعادن

تتضمن عملية المعالجة الحرارية للمعادن عادةً ثلاث مراحل: التسخين، والعزل، والتبريد. وفي بعض الأحيان، تقتصر على مرحلتين فقط: التسخين والتبريد. هذه المراحل مترابطة ولا يمكن إيقافها.

1. التسخين

يُعدّ التسخين من أهم عمليات المعالجة الحرارية. وتتعدد طرق تسخين المعادن، بدءًا من استخدام الفحم النباتي والفحم الحجري كمصدر للحرارة، ثم استخدام الوقود السائل والغازي. ويُسهّل استخدام الكهرباء عملية التسخين ويجعلها أكثر تحكمًا، كما أنه لا يُسبب أي تلوث بيئي. ويمكن استخدام مصادر الحرارة هذه للتسخين المباشر، أو التسخين غير المباشر عبر الملح المنصهر أو المعدن، أو حتى الجزيئات العالقة.

عند تسخين المعدن، يتعرض المشغول للهواء، مما يؤدي غالبًا إلى الأكسدة ونقص الكربون (أي انخفاض محتوى الكربون على سطح قطعة الفولاذ)، وهو ما يؤثر سلبًا على خصائص سطح القطع بعد المعالجة الحرارية. لذا، يُفضل تسخين المعادن في جو مُتحكم به أو جو واقٍ، أو في ملح منصهر، أو في فراغ. كما يُمكن توفير التسخين الوقائي عن طريق الطلاء أو التغليف.

تُعدّ درجة حرارة التسخين من أهمّ معايير عملية المعالجة الحرارية. ويُشكّل اختيار درجة حرارة التسخين والتحكّم بها المسألة الأساسية لضمان جودة المعالجة. تختلف درجة حرارة التسخين باختلاف نوع المعدن المُعالَج والغرض من المعالجة، ولكن عادةً ما يتم تسخين المعدن إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة تحوّل مميّزة للحصول على بنية عالية الحرارة. إضافةً إلى ذلك، يتطلّب هذا التحوّل فترة زمنية محدّدة. لذلك، عندما يصل سطح قطعة العمل المعدنية إلى درجة حرارة التسخين المطلوبة، يجب تثبيته عند هذه الدرجة لفترة زمنية محدّدة لضمان تساوي درجات الحرارة الداخلية والخارجية واكتمال تحوّل البنية المجهرية. تُسمّى هذه الفترة الزمنية بفترة التثبيت. عند استخدام التسخين عالي الكثافة الطاقية والمعالجة الحرارية السطحية، تكون سرعة التسخين فائقة السرعة، وعادةً لا توجد فترة تثبيت، بينما تكون فترة التثبيت في المعالجة الحرارية الكيميائية أطول في أغلب الأحيان.

2. التبريد

يُعدّ التبريد خطوةً أساسيةً في عملية المعالجة الحرارية. وتختلف طرق التبريد باختلاف العملية، ويتمثل جوهرها في التحكم بمعدل التبريد. عمومًا، تتميز عملية التلدين بأبطأ معدل تبريد، تليها عملية التطبيع، ثم عملية التبريد السريع. مع ذلك، تختلف المتطلبات باختلاف أنواع الفولاذ. فعلى سبيل المثال، يمكن تقوية الفولاذ المُصلّد بالهواء بنفس معدل التبريد المستخدم في عملية التطبيع.