لماذا يتسبب فرن التصلب في حدوث كسر في قطعة العمل وحلولها

يعد الكسر الهش لقطعة العمل عيبًا شائعًا في الجودة في المعالجة الحرارية لفرن التصلب. بعد معالجة التصلب، تكون قطع العمل المعدنية ذات صلابة عالية ولكن صلابة ضعيفة، وعرضة للكسر المفاجئ تحت تأثير طفيف، والالتواء وحمل الانحناء، مما يؤدي إلى تخريد المنتج والخسارة الاقتصادية. ترجع هذه المشكلة بشكل أساسي إلى معلمات العملية غير المعقولة والتشغيل غير القياسي والتحكم غير المناسب في المعدات والمعالجة اللاحقة غير المكتملة. يعد إتقان الأسباب وطرق التحسين المستهدفة أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق التوازن بين صلابة قطعة العمل ومتانتها وتقليل معدل الكسر الهش.

1. درجة حرارة التصلب المفرطة ووقت النقع الطويل

تعد درجة حرارة الفرن العالية جدًا والنقع لفترة طويلة في درجة حرارة ثابتة من الأسباب الرئيسية لهشاشة قطعة العمل. سوف تؤدي درجة الحرارة المرتفعة بشكل مفرط إلى خشونة الحبوب المعدنية، وتدمير البنية الدقيقة الأصلية الدقيقة والموحدة للصلب، وتشكيل بنية مارتنزيت الخشنة. يتميز هذا الهيكل بصلابة عالية للغاية ولكن صلابة سيئة للغاية ومقاومة للصدمات، مما يؤدي إلى كسر هش تحت الحمل المنخفض. سيؤدي النقع في درجة حرارة عالية على المدى الطويل إلى تفاقم نمو الحبوب وتراكم الضغط الهيكلي الداخلي.

الحلول: التنفيذ الصارم لمعايير درجة حرارة التصلب وفقًا لمواد قطعة العمل، وتجنب التسخين بدرجة الحرارة الزائدة؛ تقصير وقت النقع غير الضروري على أساس ضمان التحول الكامل للمرحلة؛ اعتماد عملية تسخين متعددة المراحل لتحقيق الاستقرار في مجال درجة الحرارة ومنع ارتفاع درجة حرارة قطع العمل المحلية.

2. وضع التبريد غير المعقول وإجهاد التبريد المفرط

سوف تؤدي سرعة التبريد غير المناسبة واختيار الوسط إلى إجهاد داخلي متبقي ضخم في قطع العمل. التبريد السريع مثل التبريد بالماء النقي للفولاذ عالي الكربون وسبائك الفولاذ سوف يسبب عدم تناسق شديد بين انكماش السطح والقلب، مما يؤدي إلى إجهاد حراري مركز وإجهاد هيكلي. الضغط الداخلي غير المخفف سيجعل قطعة العمل في حالة شديدة الهشاشة، وسوف تتوسع الشقوق الصغيرة بسرعة لتسبب الكسر أثناء الاستخدام.

الحلول: مطابقة وسط التبريد وفقاً لنوع الفولاذ وهيكل قطعة العمل؛ اعتماد التبريد بالزيت أو التبريد المتدرج للمواد الفولاذية عالية الهشاشة لتقليل سرعة التبريد؛ استخدم عملية التبريد البطيئة المرحلية لقطع العمل السميكة والمعقدة لتحرير الضغط الداخلي تدريجيًا وتجنب تركيز الضغط.

3. عدم وجود هدأ في الوقت المناسب بعد المعالجة

ستنتج معالجة التصلب حتمًا إجهادًا متبقيًا وبنية مارتنزيت عالية الهشاشة. إذا لم يتم إجراء معالجة التقسية في الوقت المناسب بعد التصلب، فلا يمكن التخلص من الإجهاد المتبقي، ولا يمكن استعادة صلابة المواد، مما يؤدي إلى هشاشة عالية لقطع العمل على المدى الطويل. سيؤدي تأخر التقسية أيضًا إلى شيخوخة الإجهاد، مما يزيد من خطر الكسر الهش المتأخر لقطع العمل.

الحلول: معالجة كاملة للتلطيف خلال 24 ساعة بعد التصلب؛ حدد درجة حرارة منخفضة أو درجة حرارة متوسطة وفقًا لمتطلبات صلابة قطعة العمل للتخلص من الإجهاد المتبقي، وضبط البنية المجهرية، وموازنة صلابة قطعة العمل ومتانتها؛ تجنب التخزين طويل الأمد لقطع العمل المتصلبة غير المقسى.

4. مواد الشغل غير المؤهلة وعيوب ما قبل المعالجة

المواد الفولاذية ذات المحتوى الزائد من الشوائب، والتوزيع غير المتساوي للكربون ونسبة السبائك غير المؤهلة لها صلابة متأصلة ضعيفة، وتكون عرضة للكسر الهش بعد التصلب. بالإضافة إلى ذلك، سيتم تضخيم الإجهاد الميكانيكي المتبقي والشقوق الصغيرة السطحية وعيوب طبقة الأكسيد المتكونة في عمليات الحدادة والتصنيع والدرفلة بعد التصلب بدرجة الحرارة العالية، لتصبح مصادر كسر لقطع العمل.

الحلول: فحص المواد الخام بدقة لضمان تكوين الفولاذ المؤهل ومحتوى الشوائب؛ التلدين الكامل لتخفيف الضغط قبل التصلب للتخلص من الإجهاد المتبقي قبل المعالجة؛ تلميع وتنظيف سطح قطعة العمل لإزالة العيوب الدقيقة ومقياس الأكسيد قبل تحميل الفرن.

5. التحميل غير المناسب للفرن واختلاف تجانس التسخين

يؤدي التحميل المفرط للكثافة في الفرن ووضع قطع العمل بشكل غير منتظم إلى تسخين غير متساوٍ في الفرن، مما يؤدي إلى تحول غير متناسق في البنية المجهرية لقطع العمل. يؤدي ارتفاع درجة الحرارة المحلية إلى هشاشة جزئية، بينما يؤدي التسخين غير الكافي إلى تحول طور غير كامل، مما يشكل اختلافات هيكلية داخل قطعة العمل، مما يؤدي بسهولة إلى فشل الكسر تحت الحمل الخارجي.

الحلول: توحيد كثافة تحميل الفرن ووضع قطع العمل، وحجز فجوات موحدة لتدوير الغاز الساخن؛ معايرة توحيد درجة حرارة الفرن بانتظام للتخلص من المناطق الميتة في درجة الحرارة؛ اعتماد التحكم في درجة الحرارة المجزأة لضمان التسخين المتسق لسطح قطعة العمل والقلب.

التحسين الشامل لعملية التصلب ومواصفات التشغيل وإجراءات ما بعد المعالجة يمكن أن يقلل بشكل فعال من معدل كسر هش قطعة العمل بأكثر من 90٪، ويحقق مزيجًا مثاليًا من الصلابة العالية والمتانة العالية لقطع العمل المعدنية، ويحسن استقرار خدمة المنتج.