ما هو التخمير؟ عملية التخمير في الفولاذ وأنواعها

التخمير هو عملية معالجة حرارية تُطبَّق على المعادن — وخاصة الفولاذ — حيث يتم تسخين المادة إلى درجة حرارة محددة ثم تبريدها بطريقة مُتحكَّم بها بهدف تحسين خصائصها الميكانيكية.

بعبارة مبسطة، يمنح التخمير الفولاذ "حياة ثانية"، إذ يجعل المادة أكثر متانة وأكثر قابلية للتشكيل.

خلال عمليات إنتاج الفولاذ، تتكوّن إجهادات داخلية نتيجة عمليات التشكيل على البارد مثل الدرفلة أو الطرق. وقد تؤدي هذه الإجهادات إلى حدوث تشققات أو كسور هشة. تعمل عملية التخمير على إزالة هذه الإجهادات، وإعادة تنظيم البنية المجهرية، واستعادة التوازن الداخلي للمادة.

عادةً ما يتم تسخين الفولاذ أثناء التخمير إلى درجات حرارة تتراوح بين 723°C و 950°C، وذلك حسب نوع الفولاذ ونسبة الكربون. بعد ذلك، يتم التبريد البطيء داخل الفرن، مما يسمح بالحصول على بنية بلورية أكثر تجانسًا ومادة أكثر ليونة ومرونة.

ما هو هدف التخمير؟ ولماذا يُطبَّق على الفولاذ؟

الهدف الأساسي من التخمير هو تحسين الخصائص الميكانيكية للفولاذ وإزالة الإجهادات الداخلية الناتجة عن عمليات التصنيع.

من الناحية المعدنية، يُسهِّل التخمير عمليات التشغيل، والتشكيل، واللحام.

أسباب تطبيق التخمير

إزالة الإجهادات الداخلية
عمليات مثل الصب أو الطرق أو الدرفلة قد تُحدث اختلالات داخل البنية. يساعد التخمير على استقرار البنية الداخلية.

تقليل الصلادة
الفولاذ شديد الصلادة يصعب تشغيله. يعمل التخمير على خفض الصلادة مما يُسهِّل عمليات القطع والثقب واللحام.

زيادة المطيلية والمتانة
يصبح الفولاذ بعد التخمير أقل عرضة للكسر وأكثر قدرة على التشكل دون فشل.

تحسين البنية المجهرية
تصبح بنية الحبيبات أكثر تجانسًا، مما يُحسِّن الأداء الميكانيكي وجودة السطح.

تحقيق التجانس في المادة
يُصبح الفولاذ بعد التخمير أكثر توازنًا من الناحية الفيزيائية والكيميائية، مما يضمن ثبات الجودة في الإنتاج.

فوائد التخمير وتأثيراته

لا يقتصر التخمير على تحسين الخصائص الميكانيكية فحسب، بل يؤثر أيضًا بشكل مباشر على كفاءة الإنتاج وجودة المنتج.

أهم الفوائد

تحسين قابلية التشغيل
انخفاض الصلادة وزيادة المطيلية يُسهِّلان عمليات التشغيل مثل الخراطة والتفريز والقطع.

تحقيق توازن الخصائص الميكانيكية
يمنع تكوّن البنى الهشة أو شديدة الصلابة.

تجانس البنية المجهرية
يساعد في ضبط حجم الحبيبات، مما يُحسِّن قدرة التحمل ويزيد عمر الخدمة.

تحسين قابلية اللحام
يقلل من مخاطر التشقق والتشوه أثناء اللحام.

إزالة الإجهادات المتبقية
يُحسِّن الاستقرار البُعدي للمادة مع مرور الزمن.

تحسين غير مباشر لمقاومة التآكل
قد تُسهم البنية السطحية الأكثر انتظامًا في تحسين مقاومة الأكسدة.

تغير خصائص المادة

أنواع التخمير

التخمير الكامل

يُستخدم لتليين الفولاذ بالكامل وإزالة الإجهادات الداخلية، ويُطبَّق غالبًا على الفولاذ عالي الكربون.

الخصائص:

• انخفاض ملحوظ في الصلادة

• زيادة عالية في المطيلية

• بنية مجهرية متجانسة

• تحسين قابلية التشغيل

التطبيع الحراري (Normalizing)

يشبه التخمير الكامل ولكن يتم التبريد في الهواء.

الخصائص:

• صلادة متوسطة

• توازن بين المتانة والصلابة

• تحسين بنية الحبيبات

• بنية مجهرية متجانسة

تخمير إزالة الإجهادات

يُطبَّق لإزالة الإجهادات المتبقية دون تغيير كبير في مقاومة المادة.

نطاق الحرارة النموذجي: 550–650°C

الخصائص:

• استقرار أبعادي

• مناسب للهياكل الملحومة

• دون تغيير ملحوظ في المقاومة

تخمير التليين

يُستخدم بشكل رئيسي لتحسين قابلية التشغيل في الفولاذ عالي الكربون.

التخمير الكروي

يحوّل الكربيدات إلى شكل كروي لتحسين قابلية التشغيل.

مراحل عملية التخمير

1. مرحلة التسخين
يتم تسخين الفولاذ إلى درجة الحرارة المناسبة حسب تركيبه.

2. مرحلة المكوث الحراري
يتم الحفاظ على درجة الحرارة لضمان توزيع متساوٍ للحرارة.

3. مرحلة التبريد
تبريد بطيء ومُتحكَّم به، غالبًا داخل الفرن.

أهمية درجة الحرارة وسرعة التبريد

تُعد درجة حرارة التخمير وسرعة التبريد العاملين الأكثر تأثيرًا على الخصائص النهائية للفولاذ.

قد يؤدي اختيار درجة حرارة غير مناسبة إلى:

• تحولات غير مكتملة

• نمو مفرط للحبيبات

• انخفاض المتانة

تؤثر سرعة التبريد على:

• الصلادة

• المطيلية

• حجم الحبيبات

• التوازن البنيوي

استخدامات التخمير في الصناعة

يُستخدم التخمير على نطاق واسع في:

صناعة السيارات
التروس، الأعمدة، مكونات المحركات

إنتاج الفولاذ الإنشائي

تصنيع الآلات

صناعة الصب والقوالب

قطاع الطاقة والدفاع

الفرق بين التخمير والتطبيع

نقاط يجب الانتباه لها أثناء التخمير

• اختيار درجة الحرارة المناسبة

• مدة مكوث كافية

• تسخين مُتحكَّم به

• تبريد مناسب

• ضبط جو الفرن

قد تؤدي الأخطاء إلى:

• تشققات

• تشوهات

• نمو الحبيبات

• أكسدة السطح

أسئلة شائعة

هل يقلل التخمير من مقاومة الفولاذ؟
يقلل الصلادة لكنه يُحسِّن المطيلية والمتانة.

لماذا يتغير لون السطح؟
بسبب الأكسدة في الأجواء غير المحمية.

ما هو تخمير إزالة الإجهادات؟
عملية لإزالة الإجهادات دون تغيير مقاومة المادة.

التخمير: إعادة ميلاد الفولاذ

يُعد التخمير من أهم عمليات المعالجة الحرارية التي تحدد جودة الفولاذ.

عند تطبيقه بدرجة الحرارة والمدة والتبريد المناسبين، يصبح الفولاذ:

• أكثر متانة

• أسهل في التشغيل

• مستقرًا بُعديًا

• أطول عمرًا

في Çağ Çelik، نستخدم تقنيات معالجة حرارية متوافقة مع المعايير الدولية لضمان أعلى مستويات الكفاءة والأداء.