عملية الإنتاج
إن عملية إنتاج الفولاذ القالبي معقدة للغاية، ويجب التحكم في كل مرحلة بدقة لضمان جودة المنتج النهائي. فيما يلي وصف أكثر تفصيلاً لعملية إنتاج الفولاذ القالبي:
1.صهر
الصهر هو الخطوة الأولى في إنتاج الفولاذ المصبوب، حيث يتم صهر المواد الخام وإضافة عناصر السبائك لضبط تركيبة وأداء الفولاذ. تشمل معدات الصهر الشائعة ما يلي:
فرن القوس الكهربائي (فرن كهربائي كهربائي):تستخدم بشكل أساسي في صهر خردة الفولاذ، حيث يتم صهر الخردة بواسطة درجة حرارة عالية للقوس الكهربائي، ثم يتم إضافة عناصر السبائك المختلفة حسب الحاجة.
الصهر بالحث الفراغي (همة):يتم صهر الفولاذ في بيئة مفرغة من الهواء، مما يؤدي إلى إزالة الغازات والشوائب من الفولاذ المنصهر بشكل فعال، وتحسين نقائه، وضمان التوزيع الموحد لعناصر السبائك. تُستخدم هذه الطريقة لإنتاج فولاذ قوالب عالي الجودة.
إعادة صهر الخبث الكهربائي (معدل ترسيب كرات الدم الحمراء):في هذه العملية، يتم إعادة صهر الفولاذ المنصهر من خلال التيار الكهربائي في حمام الخبث، مما يساعد على التخلص من الشوائب وتحسين بنية الحبوب، مما يؤدي إلى الحصول على منتج أكثر تناسقًا وعالي الجودة.
أثناء عملية الصهر، تتم إضافة عناصر السبائك المختلفة (مثل الكروم والموليبدينوم والتنجستن والفاناديوم والنيكل والكوبالت وما إلى ذلك) وفقًا لنوع الفولاذ المطلوب وخصائص الأداء. تؤثر عناصر السبائك هذه على خصائص مثل الصلابة ومقاومة التآكل والصلابة والاستقرار الحراري.
2.صب
بعد الصهر، يتم صب الفولاذ المنصهر في سبائك أو كتل، وعادة ما يتم ذلك باستخدام الطرق التالية:
صب السبائك:يتم صب الفولاذ المنصهر في قوالب لتبريده وتشكيل الفولاذ المصبوب على شكل سبائك أو كتل. يستخدم صب السبائك عادةً للأحجام الأكبر، والتي ستخضع لاحقًا للتشكيل.
الصب المستمر:يتم صب الفولاذ المنصهر بشكل مستمر في قوالب، مما يوفر تجانسًا أفضل وعيوبًا أقل. هذه الطريقة مناسبة للإنتاج على نطاق واسع والتحكم الدقيق في خصائص الفولاذ.
أثناء عملية الصب، يجب التحكم في سرعة التبريد بشكل صارم. قد يؤدي التبريد السريع أو البطيء للغاية إلى عيوب مثل المسامية أو الشقوق. يؤثر التحكم السليم في التبريد بشكل مباشر على البنية الدقيقة للصلب وخصائصه الفيزيائية.
3.تشكيل
التشكيل هو عملية تسخين سبائك الفولاذ المصبوب إلى درجات حرارة عالية وتطبيق ضغط ميكانيكي عليها لتشويهها بلاستيكيًا، مما يؤدي إلى تحسين بنيتها الداخلية وخصائصها الميكانيكية بشكل أكبر.
التدفئة:يتم تسخين سبيكة الفولاذ أولاً إلى درجة حرارة التشكيل (عادةً 1000-1200 درجة مئوية)، مما يضمن أن المادة بلاستيكية بدرجة كافية للتشكيل.
تشكيل:يتم تعريض السبيكة لضغط من آلة التشكيل، والتي تقوم بضغطها وإطالتها إلى الشكل المطلوب، مثل القضبان المستديرة والقضبان المربعة وما إلى ذلك. أثناء التشكيل، يتم تحسين بنية حبيبات الفولاذ، مما يؤدي إلى زيادة القوة والصلابة.
إزالة العيوب الداخلية:تساعد عملية التشكيل بالطرق أيضًا على إزالة العيوب الداخلية المتكونة أثناء الصب، مثل فقاعات الغاز أو الشوائب، مما يؤدي إلى تحسين كثافة الفولاذ وتوحيده.
بعد التشكيل، يخضع الفولاذ القالب لتحسينات كبيرة في كل من البنية الكبرى والصغرى، مع حجم حبيبات أكثر تناسقًا وقوة شد أعلى.
4.المعالجة الحرارية
تعتبر المعالجة الحرارية خطوة بالغة الأهمية في إنتاج الفولاذ المصبوب. والهدف من ذلك هو تعديل البنية الدقيقة للفولاذ لتعزيز صلابته ومقاومته للتآكل ومتانته. تشمل عمليات المعالجة الحرارية الشائعة ما يلي:
التلدين:تتضمن عملية التلدين تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة معينة ثم تبريده ببطء للتخلص من الضغوط الداخلية الناجمة أثناء التشكيل، مما يجعل بنية المادة أكثر تناسقًا ويقلل الصلابة لتحسين قابلية التصنيع.
التطبيع:تشبه عملية التلدين ولكن بتبريد أسرع، وعادة ما تستخدم الهواء. تعمل عملية التطبيع على تعزيز الخصائص الميكانيكية للصلب، وخاصة قوة الشد والصلابة.
إخماد:يتم تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة الأوستنيت ثم يتم تبريده بسرعة (عادة في الماء أو الزيت) لتكوين المارتنسيت. تزيد عملية التبريد بشكل كبير من صلابة الفولاذ ولكنها قد تجعله هشًا أيضًا. لتحسين الصلابة، عادة ما تكون هناك حاجة إلى عملية تلطيف لاحقة.
التلطيف:بعد الإطفاء، يصبح الفولاذ شديد الصلابة ولكنه هش أيضًا. تتم عملية التلدين عن طريق إعادة تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة أقل لتقليل الصلابة مع تحسين المتانة ومقاومة التآكل. تعد درجة حرارة التلدين المحددة والوقت أمرًا بالغ الأهمية لتحديد الأداء النهائي.
5.التصنيع
بعد المعالجة الحرارية، تتم معالجة الفولاذ المصبوب بشكل أكبر من خلال التشغيل الآلي لضمان أن شكله وحجمه وجودة سطحه تلبي المواصفات المطلوبة. تشمل عمليات التشغيل الآلي الشائعة ما يلي:
القطع:يتم قطع الفولاذ إلى الحجم المطلوب باستخدام طرق مثل النشر أو القطع بالليزر أو القطع بالبلازما.
الخراطة، الطحن، الطحن:تستخدم هذه العمليات لتحسين شكل الفولاذ المصبوب، وضمان أبعاد دقيقة. تُستخدم عملية الطحن على وجه الخصوص لتحسين جودة السطح، وخاصة بالنسبة للفولاذ عالي الصلابة.
الحفر والتنصت:بالنسبة لبعض أنواع الفولاذ القالب، قد يكون الحفر أو النقر ضروريًا لإنشاء قنوات تبريد أو فتحات للتجميع.
6.معالجة السطح
لتحسين مقاومة التآكل أو التآكل أو مقاومة التعب للصلب المصبوب، يمكن تطبيق معالجات سطحية إضافية. تشمل معالجات السطح الشائعة ما يلي:
الكربنة:يتم تسخين الفولاذ ومعالجته في بيئة غنية بالكربون، مما يسمح للسطح بامتصاص الكربون وتكوين طبقة صلبة. تعمل عملية التكرير على تحسين مقاومة التآكل بشكل كبير، وهي تستخدم عادةً في تطبيقات القوالب عالية التآكل.
نيترة:يتم تسخين الفولاذ في بيئة غاز النيتروجين أو الأمونيا لتشكيل طبقة نتريد صلبة على السطح. توفر هذه الطبقة صلابة ممتازة ومقاومة للتآكل، مما يجعلها مثالية لفولاذ القوالب الذي يحتاج إلى مقاومة عالية للتآكل وعمر خدمة ممتد.
الطلاء الكهربائي أو الطلاء:يتم تطبيق طبقة معدنية أو سبيكة (مثل الكروم أو النيكل) على سطح الفولاذ من خلال عمليات الطلاء الكهربائي أو الطلاء لتعزيز مقاومة التآكل ومقاومة التآكل.
7.فحص الجودة
خلال عملية الإنتاج، يخضع الفولاذ المصبوب لمراقبة الجودة والاختبارات الصارمة. تشمل اختبارات الجودة الشائعة ما يلي:
تحليل التركيب الكيميائي:يتم استخدام الأساليب الطيفية أو الكيميائية لتحليل محتوى العناصر السبائكية المختلفة، مما يضمن أن الفولاذ يلبي المواصفات المطلوبة.
اختبار الصلابة:يعد اختبار الصلابة ضروريًا لتقييم مقاومة الفولاذ للتآكل ومقاومة التشوه. تشمل اختبارات الصلابة الشائعة اختبارات صلابة برينيل وروكويل وفيكرز.
اختبار الخواص الميكانيكية:يتضمن اختبار الشد واختبار التأثير واختبار التعب لضمان قوة الفولاذ ومتانته وقوته في ظل ظروف العمل.
الاختبارات غير المدمرة (الفحص غير التدميري):يتم استخدام طرق مثل الاختبار بالموجات فوق الصوتية، وتفتيش الجسيمات المغناطيسية، واختبار الأشعة السينية للكشف عن الشقوق الداخلية، أو المسامية، أو الشوائب التي يمكن أن تؤثر على سلامة الفولاذ.
8.التعبئة والتغليف والتسليم
بعد اكتمال جميع عمليات التصنيع والفحص، يتم تعبئة الفولاذ المصبوب للتسليم. يتم التغليف عادةً باستخدام صناديق خشبية أو منصات أو مواد أخرى لحماية الفولاذ من التلف أثناء النقل. اعتمادًا على متطلبات العميل، قد يتم قطع الفولاذ بأطوال أو أشكال أو معالجات سطحية مختلفة قبل شحنه.
من خلال مراحل الإنتاج المعقدة المذكورة أعلاه، يتم تحسين أداء الفولاذ المصبوب تدريجيًا لتلبية متطلبات مختلفة مثل الصلابة العالية ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل والصلابة. يتم التحكم في كل خطوة من خطوات العملية، من الصهر إلى التعبئة والتغليف، بعناية لضمان أن يكون المنتج النهائي عالي الجودة ويلبي احتياجات العملاء.
