شرح تزوير المعادن: ما هي المعادن وأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ وكيف تعمل

تزوير المعادن هي عملية تشكيل المعدن باستخدام قوة الضغط — من خلال الطرق أو الضغط أو التدحرج — عادةً أثناء تسخين المعدن لجعله أكثر مرونة. تقريبًا أي معدن يمكن تسخينه دون أن يصبح هشًا للغاية يمكن تزويره من الناحية الفنية، ولكن من الناحية العملية، يهيمن الفولاذ الكربوني وسبائك الصلب والألومنيوم والتيتانيوم وسبائك النحاس على التزوير الصناعي لأنها توفر أفضل مزيج من قابلية التشغيل وتحسينات الخواص الميكانيكية التي يوفرها التزوير.

ما هي المعادن التي يمكن تزويرها ولماذا بعضها أفضل من غيرها

تعتمد قابلية صقل المعدن على ليونته عند درجة حرارة الحدادة وكيفية استجابة هيكله الحبيبي للتشوه. يتشوه الفولاذ ذو البنية البلورية المكعبة ذات الوجه (FCC) عند درجة حرارة عالية بشكل أكثر تجانسًا تحت الضغط، وهو جزء من سبب كون الفولاذ هو المعدن الأكثر شيوعًا في البيئات الصناعية.

المعادن التي تحتوي على نسبة عالية من الكربون أعلى تقريبًا 0.6% ، وكذلك الحديد الزهر، تعتبر عمومًا مرشحة ضعيفة للتزوير لأنها تفتقر إلى الليونة الكافية حتى في درجات الحرارة المرتفعة ويميل إلى التشقق بدلاً من التشوه تحت المطرقة أو قوة الضغط.

كيف تقوم بتشكيل الفولاذ: شرح العملية الأساسية

يتبع تشكيل الفولاذ تسلسلًا لم يتغير بشكل أساسي منذ الحدادة التقليدية، حتى مع تطور المقياس والمعدات بشكل كبير في البيئات الصناعية.

1. التدفئة: يتم تسخين الفولاذ في المسبك - تقليديًا بالفحم أو فحم الكوك، والآن غالبًا ما يتم تسخينه بالغاز أو بالحث - إلى درجة حرارة الحدادة، عادةً بين 1,100 درجة مئوية و1,250 درجة مئوية (2000 درجة فهرنهايت إلى 2300 درجة فهرنهايت) لمعظم الفولاذ الكربوني، ويمكن التعرف عليه بلون برتقالي إلى أصفر ساطع.
2. التشوه: يتم تطبيق قوة الضغط من خلال الطرق أو الضغط أو الدرفلة لتشكيل الفولاذ الساخن - يمكن أن يكون هذا قالبًا مفتوحًا (تشكيل حر) أو قالبًا مغلقًا (إجبار المعدن على الدخول في تجويف على شكل).
3. إعادة التسخين حسب الحاجة: يبرد الفولاذ بسرعة بمجرد إزالته من المسبوك، وعندما ينخفض إلى ما دون نطاق درجة حرارة المسبوكة، يجب إعادته إلى مصدر الحرارة قبل الاستمرار - فعمل الفولاذ البارد جدًا قد يؤدي إلى التشقق بدلاً من التشوه.
4. التطبيع أو الصلب: بعد التشكيل، غالبًا ما يتم إعادة تسخين القطعة المطروقة إلى درجة حرارة يمكن التحكم فيها وتبريدها ببطء لتخفيف الضغوط الداخلية الناتجة أثناء التشكيل وتحسين بنية الحبوب.
5. التشطيب: يتم قطع المواد الزائدة (الفلاش، في التشكيل المغلق)، وقد يخضع الجزء لمعالجة حرارية إضافية، أو تصنيع آلي، أو تشطيب سطحي اعتمادًا على التطبيق النهائي.

أنواع عمليات تزوير المعادن

يتم تصنيف الطرق الصناعية عمومًا حسب درجة الحرارة وتكوين القالب المستخدم، ويعتمد الاختيار بين هذه الطرق على تعقيد الجزء وحجم الإنتاج والخصائص الميكانيكية المطلوبة.

• تزوير الساخنة: يتم إجراؤها فوق درجة حرارة إعادة تبلور المعدن، مما يسمح بتغيير كبير في الشكل بقوة منخفضة نسبيًا ويقلل من خطر التشقق - وهي الطريقة الأكثر شيوعًا للصلب.
• تزوير الباردة: يتم تنفيذه عند درجة حرارة الغرفة أو بالقرب منها، مما يؤدي إلى إنتاج أجزاء ذات تفاوتات أبعاد أكثر صرامة وسطح أكثر سلاسة، ولكنها تتطلب قوى أعلى بشكل ملحوظ وتحد من كمية التشوه الممكنة دون التشقق.
• تزوير دافئ: أرضية متوسطة يتم تنفيذها في درجات حرارة متوسطة، مما يوازن بين متطلبات القوة المنخفضة للطرق على الساخن مع بعض الفوائد الدقيقة للطرق على البارد.
• تزوير القالب المفتوح: يتم تشكيل المعدن بين قوالب مسطحة أو بسيطة الشكل لا تحيط به بالكامل، مما يسمح للمعدن بالتدفق باستثناء مكان ملامسة القوالب له - يستخدم للأشكال الكبيرة والبسيطة مثل الأعمدة والأقراص.
• تزوير القالب المغلق (قالب الانطباع): يتم دفع المعدن إلى تجويف القالب الذي يحيط به بالكامل، مما ينتج أشكالًا أكثر تعقيدًا ذات تفاوتات أكثر صرامة - تستخدم في الأجزاء كبيرة الحجم مثل مكونات السيارات.
• إسقاط تزوير: طريقة محددة للطرق تعتمد على المطرقة حيث يتم إسقاط وزن ثقيل على قطعة العمل الموضوعة داخل القالب أو عليه، وترتبط عادة بعمليات الطرق الصناعية التقليدية.

ما هو الفولاذ المطروق وكيف يؤثر محتوى الكربون على النتيجة؟

يشير "الفولاذ المطروق" إلى الفولاذ الذي تم تشكيله من خلال الحدادة بدلاً من الصب (صب المعدن المنصهر في قالب) أو التصنيع (قطع المواد بعيدًا عن الكتلة الصلبة). تقوم عملية الحدادة بضغط ومحاذاة البنية الحبيبية الداخلية للفولاذ على طول اتجاه التشوه، مما يؤدي بشكل عام إلى تحسين القوة والمتانة ومقاومة التعب مقارنة بجزء مصبوب من نفس التركيبة - ولهذا السبب غالبًا ما يتم تحديد المكونات المطروقة للأجزاء المعرضة لضغط أو تأثير عالي، مثل أعمدة الكرنك، والتروس، والتركيبات الهيكلية.

يعد محتوى الكربون هو العامل الأساسي الذي يميز درجات مختلفة من الفولاذ المطروق ويحدد المفاضلة بين القوة والصلابة والليونة بعد الحدادة:

يسمح المحتوى العالي من الكربون للجزء المطروق بالوصول إلى صلابة أكبر من خلال المعالجة الحرارية اللاحقة، ولكنه يضيق أيضًا نافذة درجة الحرارة التي يمكن من خلالها تشكيل الفولاذ بأمان دون تشقق - وهذا هو السبب في أن الفولاذ عالي الكربون يتم تشكيله مع تحكم أكثر إحكامًا في درجة الحرارة وإعادة التسخين بشكل متكرر.

ماذا يستخدم الحدادون: الأدوات والمعدات اللازمة للتزوير اليدوي

في حين أن الحدادة الصناعية تعتمد على المكابس الهيدروليكية والمطارق الميكانيكية، فإن الأدوات الأساسية التي يستخدمها الحدادون في الحدادة اليدوية تظل متسقة إلى حد كبير مع الممارسات التقليدية، والتي تتناسب مع حجم العمل الذي يتم إنجازه.

• صياغة: يستخدم مصدر الحرارة - تقليديًا المسبوكات التي تعمل بالفحم أو فحم الكوك، مع البروبان والمسبوكات الحثية الشائعة الآن - لجلب الفولاذ إلى درجة حرارة الحدادة
• السندان: كتلة فولاذية ثقيلة توفر سطحًا ثابتًا وصلبًا للطرق عليه، مع ميزات مختلفة (قرن، ثقب قوي، ثقب بريتشل) تستخدم في تقنيات تشكيل مختلفة
• المطارق: مجموعة من أوزان المطرقة وأشكال الوجه لمهام مختلفة — المطارق ذات الرؤوس المتقاطعة لسحب المعادن، والمطارق ذات الرؤوس الكروية والمطارق الدائرية للتركيب والتشكيل
• ملقط: يستخدم لتثبيت قطع العمل الساخنة بشكل آمن، مع أشكال فكية مختلفة مصممة للمخزون الدائري أو المسطح أو الأشكال الهندسية للأجزاء المحددة
• الأزاميل واللكمات: يستخدم عندما يكون المعدن ساخنًا في القطع أو الثقب أو إنشاء نسيج زخرفي
• خزان التبريد: حاوية من الماء أو الزيت أو أي مادة إخماد أخرى تستخدم لتبريد الفولاذ بسرعة للتصلب، مع اختيار مادة التبريد التي تؤثر على الصلابة الناتجة وخطر التشقق

بالنسبة لكل من الحدادة اليدوية والصناعية، يعد اللون هو المؤشر التقليدي لدرجة الحرارة - اللون الأصفر البرتقالي الساطع يتوافق بشكل عام مع نطاق الحدادة الأمثل لمعظم الفولاذ الكربوني، في حين يشير اللون الأحمر الباهت إلى أن الفولاذ قد تم تبريده إلى ما دون نطاق العمل الآمن ويتعرض لخطر التشقق إذا تم ضربه.