تؤثر عملية التقسية بشكل كبير على صلابة الفولاذ من خلال تعديل البنية المجهرية المتكونة أثناء عملية التصلب. تتضمن عملية التصلب تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة عالية ثم تبريده بسرعة، مما ينتج عنه بنية مارتينسيتية شديدة الصلابة ولكنها هشة أيضًا. التقسية هي معالجة حرارية لاحقة تقلل من هذه الهشاشة وتزيد من الصلابة من خلال السماح لبعض ذرات الكربون بالانتشار خارج المارتينسيت، وبالتالي تقليل الضغوط الداخلية والإجهاد الشبكي.
ملخص تأثير التقسية على الصلابة:
يقلل التقسية من صلابة الفولاذ من حالته المتصلبة ولكنه يحسن من صلابته وليونته. يتم تحقيق ذلك عن طريق تسخين الفولاذ المقسى إلى درجة حرارة أقل من النقطة الحرجة ثم تبريده ببطء، مما يسمح للبنية المجهرية بالتغيير، مما يقلل من الهشاشة ويزيد من الصلابة.
-
الشرح التفصيلي:
- عملية التصلب:
-
أثناء عملية التصلب، يتم تسخين الفولاذ فوق درجة حرارته الحرجة (عادةً فوق 900 درجة مئوية) ثم يتم تبريده أو إخماده بسرعة. يحبس هذا التبريد السريع ذرات الكربون داخل شبكة الحديد، مكوّناً بنية مارتينسيتية شديدة الصلابة ومقاومة للتآكل ولكنها هشة للغاية أيضاً.
- عملية التقسية:
- بعد التصلب، يتم إجراء عملية التقسية عن طريق إعادة تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة تتراوح عادةً بين 200 درجة مئوية إلى 700 درجة مئوية. ويُعد نطاق درجة الحرارة هذا أمرًا بالغ الأهمية لأنه يسمح للمارتينسيت بالتحول إلى هيكل أكثر ليونة وأقل هشاشة دون فقدان كل الصلابة المكتسبة أثناء التصلب. وتعتمد درجة الحرارة الدقيقة ومدة التقسية على التوازن المطلوب بين الصلابة والمتانة للاستخدام المحدد.
-
عندما يتم تقسية الفولاذ، تنتشر بعض ذرات الكربون خارج المارتينسيت، مما يقلل من إجهاد الشبكة والصلابة الكلية. وتعزز عملية الانتشار هذه أيضًا تكوين بنيات مجهرية أخرى مثل البينيت أو الفريت، والتي تكون أقل صلابة ولكنها أكثر مرونة وصلابة.
- ضبط خواص المواد:
-
يمكن التحكم في عملية التقسية بدرجة كبيرة، مما يسمح بإجراء تعديلات في خواص المواد مثل القوة والصلابة والمتانة. ومن خلال تغيير درجة حرارة التقسية ومدتها، يمكن للمهندسين ضبط الفولاذ لتلبية متطلبات ميكانيكية محددة. على سبيل المثال، سيؤدي ارتفاع درجة حرارة التقسية إلى الحصول على فولاذ أكثر ليونة وصلابة، بينما ستحافظ درجة الحرارة المنخفضة على المزيد من الصلابة الأصلية الناتجة عن عملية التصلب.
- المفاضلة بين القوة والصلابة:
هناك مفاضلة أساسية بين القوة (الصلابة) والصلابة في الفولاذ. في حين أن التصلب يزيد من القوة والصلابة، فإنه يجعل المادة أكثر هشاشة. يتم استخدام التقسية للتخفيف من هذه الهشاشة، ولكن على حساب بعض الصلابة. والهدف من ذلك هو إيجاد ظروف التقسية المثلى التي توفر أفضل مزيج من القوة والصلابة للاستخدام المقصود من الفولاذ.
وفي الختام، فإن التقسية هي عملية حاسمة في المعالجة الحرارية للصلب والتي تسمح بتعديل الصلابة والمتانة لتلبية متطلبات هندسية محددة. ومن خلال التحكم بعناية في عملية التقسية يمكن إنتاج مكونات فولاذية قوية ومقاومة للتآكل، وفي الوقت نفسه قوية بما يكفي لتحمل الصدمات وتجنب الفشل الهش.
