تسطيح المعادن: معنى ، أنواع والاختيار

بعد قراءة هذه المقالة سوف تتعلم عن: - 1. معنى تسطيح 2. أنواع تسطيح 3. اختيار عملية تسطيح 4. المواد من الركيزة 5. اختيار المواد تسطيح 6. التطبيقات.

معنى تسطيح:

التسطيح هو عملية ترسيب أحد المعادن أو السبائك على آخر (معدن أساس أو ركيزة) لتحسين خصائص مقاومته للتآكل مثل مقاومة التآكل أو التآكل أو الاحتكاك أو لتحقيق تحكم الأبعاد واحتياجات الميتالورجيا.

إن العمليات المستخدمة بشكل شائع في عمليات التسطيح هي عمليات اللحام بالصهر مثل اللحام بالغاز ، اللحام القوسي ، إلخ. يبدو أن عملية التطريق تم تطويرها في البداية لاحتياجات صناعة حفر آبار النفط ، ولكنها تستخدم الآن على نطاق واسع في جميع أنواع المعدات والأدوات والحاويات لتحسين حياتهم ضد التآكل والعمل الكيميائي.

تسطيح ينطبق على قدم المساواة لتصنيع المنتجات الجديدة واستصلاح المنتجات البالية. في كلتا الحالتين يمتد عمر الخدمة للمنتج ويوفر المواد باهظة الثمن. هذا يؤدي إلى مكاسب اقتصادية كبيرة.

أنواع التسطيح:

التسطيح هو من أنواع مختلفة ، التكسية ، الصلابة ، البناء ، والزبدة لتحقيق مقاومة التآكل (للتآكل الكيميائي) ، ومقاومة التآكل (للبلى الجسدي) ، والتحكم في الأبعاد (لإعادة بناء المكونات البالية) ، واحتياجات الميتالورجي على التوالي.

تتم مناقشة هذه الأنواع الأربعة من طرق التسطيح باختصار في هذا القسم:

1. الكسوة:

في الكسوة يتم وضع طبقة سميكة من بعض المعادن اللحام مثل الفولاذ المقاوم للصدأ على كربون أو ألواح فولاذية منخفضة السبائك لجعلها مقاومة للتآكل. كما يجب أن يقاوم التكسية التآكل الموضعي مثل التأريض ، التآكل الشقوق ، التآكل الحبيبي ، والتكسير الناتج عن التآكل.

بالنسبة للتكسية ، يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ أو أحد سبائك النيكل أساسًا على الرغم من استخدام سبائك النحاس الأساسية والفضة والرصاص أيضًا في بعض التطبيقات المحددة.

على الرغم من أن الميزة الرئيسية للتكسية هي إنشاء سطح مقاوم للتآكل منخفض التكلفة ، إلا أنه يجمع أيضًا بين مادة ذات قوة عالية مثل الفولاذ السبائكي منخفض الدعم مع مواد مقاومة للتآكل مثل الفولاذ المقاوم للصدأ. ومع ذلك ، كقاعدة عامة ، لا يتم حساب قوة مادة الكسوة في تصميم المكون.

يتم الاستخدام الرئيسي للكسوة في إنتاج السفن لمصانع الكيماويات ، والورق ، وتكرير البترول ، ومحطات الطاقة النووية. تستخدم المفاعلات المبطنة بالنحاس لإنتاج الجعة التي تسبب تآكلًا أيضًا ، بينما تستخدم مصانع معالجة وتعليب المواد الغذائية استخدامًا واسعًا للصلب غير القابل للصدأ لتجنب العمل الأكّال للأطعمة.

2. hardfacing:

في الصلابة يوضع معدن على سطح آخر لزيادة صلابة السطح ولجعله مقاومًا للتآكل والتأثير والتآكل والارتعاش والتجويف. كما هو الحال في الكسوة ، لا يتم تضمين قوة الطبقة الصلبة في تصميم المكون.

مقاومة التآكل هي أهم تطبيق في مجال الصلابة. بشكل عام ، يتم إيداع ثلاث طبقات كحد أقصى من السبائك الصلبة. بما أن التخفيف المفرط يقلل من فعالية الصلابة ، فمن الضروري بالتالي تجنب الاختراق المفرط وربطة العنق الضعيفة للخرز المجاور. يجب أن يكون التصميم مثل لتوفير الدعم الكافي لطلاء الأسطح وبأقصى قدر ممكن يجب أن يتم تحميله في الضغط بدلاً من التوتر أو القص. في ظل هذه الظروف ، يمكن أن يثبت الوضع القوي مزاياه الاقتصادية بشكل فعال.

يجد Hardfacing الاستخدام المكثف في معدات البناء بما في ذلك شفرات الجرافة وشفرات الكاشطات ومزالق الصخور وكذلك لمعدات النسيج وواجهات صمام المحرك.

3. بناء المتابعة:

تراكب البناء هو إعادة بناء الأجزاء البالية لاستعادتها إلى الشكل والأبعاد الأصلية. على عكس التكسية والصلابة فإن قوة لحام اللحام التي تشكل تراكمها تعتبر اعتبارًا ضروريًا في تصميم المكون لأن المادة يجب أن تحل محل بعض الأجزاء الأصلية من المكوِّن الذي تآكل.

هذا هو السبب في أن تكوين وخصائص لحام المعادن المودعة عادة ما تكون مشابهة لتلك الخاصة بالمعادن الأساسية المراد بناؤها.

تستخدم طريقة بناء الأسطح على نطاق واسع في معدات تحريك الأرض ، على سبيل المثال أسنان دلاء dragline ، يتم استعادة حواف شفرات جرافة وكاشطات عن طريق تراكم. السكك الحديدية أيضا الاستفادة من تراكم لاستعادة ارتداء عجلات السكك الحديدية وكذلك نقاط السكك الحديدية والتقاطعات.

4. المذاق:

الزبدة هي عملية ترسب طبقة أو أكثر من مادة ما بين تلك المواد غير المتوافقة معادن والتي تتوافق بشكل فردي مع المادة المكونة لطبقة الزبدة. يتم استخدامه بشكل خاص للانضمام إلى الفولاذ المقاوم للصدأ إلى معدن كربوني أو سبيكة معدنية منخفضة.

إذا لم يتم استخدام طبقة من التذرية سيتم تخفيض مقاومة التآكل من الفولاذ المقاوم للصدأ ولكن إذا تم ترسيب طبقة من النيكل العالي أو مادة النيتروجين Cr على المعدن الباس قبل إيداع الفولاذ المقاوم للصدأ سبائك عالية لوحظ عدم وجود مقاومة للتآكل.

تم العثور على مثال شائع لهذه العملية في محطة الطاقة النووية للانضمام إلى الفولاذ المقاوم للصدأ المكسو إلى فوهة فولاذية منخفضة السبائك يتم زبدةها مع سبيكة Ni-Cr-Fe إلى أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام معدن حشو Ni-Cr-Fe. كما يمكن استخدامه للانضمام إلى الفولاذ الكربوني إلى صلب منخفض السبائك عندما يكون تجنب الإجهاد من اللحام المكتمل هو تجنبه.

يمكن معالجة المكوِّن الحراري بعد الزبدة. يجب أخذ قوة طبقة الزبدة في الاعتبار أثناء تصميم المفصل.

على الرغم من تراكم واستخدام الزبدة الشائعة إلا أنها لا تتمتع بوضع رسمي ؛ السطحية أو في كثير من الأحيان يستخدم مصطلح الكسوة لتشمل لهم.

اختيار عملية تسطيح:

يعتمد اختيار عملية التسطيح على مادة الركيزة ، ونوع وطبيعة الإيداع المطلوب ، ومعدل الإنتاج ، وحجم وشكل المكون الذي سيتم عرضه ، وظروف الخدمة التي سيتم وضعها وتوافر المعدات.

يستخدم Oxy-acetylene surfacing للعديد من التطبيقات في كل من وظائف المتجر والوظائف الميدانية ، حيث لا تعتبر مشكلة التقاط الكربون مشكلة. هذه العملية تنتج تسخين وتبريد بطيء للركيزة وبالتالي فإن فرصة تطوير الضغط وتكسير هو أقل. تكلفة المعدات منخفضة. وعادة ما يستخدم في تطبيق سبائك الكوبالت المتخصصة على حافة رقيقة نسبيا. قطع بت قطع الفحم ، على سبيل المثال ، غالبا ما تكون صلبة من خلال عملية تسطيح الأكسجين الأسيتيلين.

تسطيح عملية اللحام بالقوس المعدني المحمي أسرع وأرخص من حيث التكلفة إذا كان هناك عدد كبير من المكونات. المهارة المطلوبة أقل مما هي عليه في عملية تسخين غاز الأكسجين بالوقود. ومع ذلك ، وبسبب سرعة معدلات التسخين والتبريد ، فإن الإجهادات الحرارية التي تم تطويرها في المعدن الأساسي والتراكب عالية جداً مما أدى إلى زيادة القابلية للتكسير.

هذه العملية تستخدم على نطاق واسع لإصلاح الأغراض العامة والبناء الذي تتوفر به الأقطاب المطلوبة. هذه العملية اقتصادية ومتوفرة بسهولة في معظم المحلات وورش العمل الميدانية. إنها تجد استخدامًا واسعًا في مكونات السطح ، الأجزاء المتحركة ، رؤوس قطع الحفارة ، الأعمدة ، والأدوات ، إلخ.

يوضع قوس القوس المغمور في المحلات التجارية وليس في الميدان. وهي مناسبة بشكل أفضل لإلغاء التطبيقات عند ظهور الأجزاء نفسها أو الأجزاء المماثلة على أساس روتيني ، على سبيل المثال ، أحذية الجنزير الدوارة ، والطبول ، والعتاد الدائري المجرف الدائري. غالباً ما تستخدم عملية القوس المغمور التي تستخدم إلكترودات شريط من الفولاذ المقاوم للصدأ لزرع السفن النووية لتعزيز حياة خدمتها ولتقليل التكلفة الأولية.

ﯾﻣﮐن اﺳﺗﺧدام اﻟﺗﺳطﯾﺢ ﺑواﺳطﺔ ﻋﻣﻟﯾﺔ FCAW ﻓﻲ اﻟﺗطﺑﯾﻘﺎت اﻟﺗﻲ ﯾُﺳﺗﺧدم ﻓﯾﮭﺎ SMAW ﻋﺎدة ، إﻻ أﻧﮫ ﯾﺗطﻟب ﺗواﻓر ﺳﻟك ﻣﺎﺋل اﻟﺗدﻓق ﻓﻲ ﺷﮐل ﻣﺧﻔر. ويمكن استخدامه في كل من واجبات المتاجر والورش مثل شحذ شفط الأسطح.

غالبا ما يستخدم GMAW لبناء التطبيقات مثل الأعمدة الصغيرة في كل من صيغتها الأوتوماتيكية والأوتوماتيكية. كما أنه يستخدم بشكل أساسي في تسخين المكونات الصغيرة من الأشكال المعقدة التي يصعب التعامل معها إذا كان من الضروري إزالة الخبث بين أشواط مختلفة. يمكن تطبيق التسطيح عن طريق القوس القصير الدائرة ، أي تقنية نقل dip بشكل مفيد للمكونات الأسطوانية بقطر من 8 إلى 200 ملم.

يتم استخدام عملية GTAW لتطفو على السطح لوضع رواسب نوعية ممتازة تتطلب أقل عملية بعد عملية ، على سبيل المثال أدوات ويموت.

تستخدم طريقة ترقيق قوس البلازما في تطبيقات مشابهة لتلك التي تعالجها عملية GTAW. ومع ذلك ، نظرًا لارتفاع درجة حرارة البلازما ، يمكن استخدامه في الحالات التي لا يمكن فيها تسطيح السطح بواسطة GTAW.

تُستخدم طريقة تجليخ القوس الكهربائي لإيداع كمية كبيرة من المعدن أو للتطبيقات الخاصة ، على سبيل المثال ، تستخدم على نطاق واسع لإعادة بناء المطارق المطرقية. لهذا التطبيق يتم توظيف تركيبات خاصة لتسريع الانتهاء من الوظيفة في وقت قصير.

يمكن التعامل مع وظائف الطوارئ على أفضل وجه بواسطة تفجير الفرن بشرط توفر فرن مناسب للقيام بالعملية.

المواد من الركيزة في تسطيح:

على الرغم من أن اختيار مواد الأسطح يعتمد على الخدمة المقصودة ، فإن اختيار المادة الأساسية لو بمثابة طبقة سفلية لا تمليها فقط قابلية اللحام والخواص الميكانيكية ولكن أيضًا من خلال التصميم الهيكلي أو اعتبارات التكوين.

وبالنسبة للتطبيقات ذات الأغراض العامة ، فإن أفضل المواد الأساسية عادة ما تكون غير مسبوقة الكربون الصلب مع محتوى من الكربون يتراوح من 0.20 إلى 0.95 في المائة ، وهو يغطي الجزء الرئيسي من الفولاذ الكربوني المنخفض والمنخفض ، ودرجات منخفضة من الفولاذ الكربوني العالي. المعدن الأساسي من الفولاذ الكربوني العادي الذي يحتوي على نسبة كربون بنسبة 0.45٪ يحظى بشعبية كبيرة بسبب قابلية اللحام الجيدة والقوة بعد تسطيح السطح.

يمكن أن يظهر السطح الفولاذي المحتوي على نسبة 0.50٪ أو أكثر من الكربون بطريقة مرضية مع عملية الأكسجين الأسيتيلين بسبب انخفاض درجة الحرارة ودورة التبريد الممتدة بسبب انتشار الحرارة. إن التسخين المسبق لدرجة حرارة من 260 إلى 315 درجة مئوية أمر ضروري لتجنب الصدمة الحرارية للتدفئة الأولية والتشتيت السريع للحرارة عند إجراء عملية التسطيح باستخدام عملية اللحام بالقوس المحمي المحمي.

قد يتم عرض مكونات فولاذية منخفضة السبائك عن طريق اتباع نفس الإجراء تقريباً المستخدم في الفولاذ الكربوني العادي الذي له اتجاهات مشابهة للتصلب.

بالنسبة لركيزة قوية للغاية ، فإن فولاذ المنجنيز الأوستنيتي المعروف باسم فولاذ هادفيلد هو على الأرجح الأصعب والأكثر رخصًا في شكل الصب. وهو قابل للحام ولديه قوة إنتاج تبلغ حوالي 380 ميجا باسكال.

تتطلب المسبوكات الرمادية اللون بسبب هشاشتها الاحتياطات الخاصة في السطوح باستخدام السبائك الحديدية. ومع ذلك فإن بعض السبائك الأوستنتية المنخفضة نقطة الانصهار ، سبائك السبائك الكوبالت ، وسبائك النيكل والنحاس قابلة للتطبيق.

لا يُنصح باستخدام الحديد الزهر الأبيض وحديد الزهر القابل للطرق لاستخدامه كطبقة سفلية لطبقة السطح لأنها تفقد خصائصها الأساسية بسبب التدفئة. كما أن النحاس والنحاس والبرونز لا تتناسب بشكل جيد مع الركائز المستخدمة في تسطيح السطح.

اختيار مواد تسطيح:

يعتمد اختيار سبيكة التكسية على طبيعة التآكل الذي سيخضع فيه المكون المضمن خلال الخدمة.

تنتج هذه الظروف المنتجة للتآكل عادةً عن الأنواع الستة التالية من المجموعات:

1. التآكل دون تأثير ثقيل ،

2. الجمع بين كشط وتأثير ثقيل ،

3. المتداول ، انزلاق ، والمعدن إلى المعدن الاتصال ،

4. التآكل والتآكل ،

5. حواف القطع تعمل في درجات الحرارة العادية ، و

6. السطوح الخاضعة للخدمة في درجات حرارة مرتفعة.

الأسطح المعرضة للتآكل دون تأثير كثيف مثل حصادات المحراث ، والمجارف ، ورافعات الجرارات ، وآبار النفط الآبار الدوارة ، وألواح القالب ، ومشابك الزركشة ، ومزالج المواد لنقل المواد السائبة تظهر مع مواد مثل كربيد الكروم.

ويواجه التآكل المشترك والتأثير الثقيل في معدات مثل قاذفات مجارف الطاقة والأسنان ومخروطات كسارة الصخور وشفة الجرافة وأسنان القشرة الطينية والمزلاجات التي يتم التخلص من القطع الثقيلة عليها. المواد الأكثر ملاءمة لطلاء هذه المكونات هي الفولاذ شبه الأوستنيتي والفولاذ المنغنيز.

تحمي الناقلات اللولبية وأدوات الحفر الأرضي بشكل عام بواسطة المواد الصلبة مثل الكربيد. يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ لتوفير مقاومة التآكل والحماية من التآكل في مضخات المياه والآثار التي تتطلب مقاومة جيدة للتأثير.

الأسطح المعرضة للتدحرج والانزلاق والاتصال بين المعدن في أجزاء مثل الأسنان المسننة والأكمام والبطانات والأسطح الدوارة وعجلات الرافعة والأعمدة التي تعمل بالتشحيم يمكن أن تظهر مع الفولاذ المنغني أو الفولاذ الأوستنيتي الأوستنيتي في حين أن المحامل التي تعمل في درجات حرارة عالية تبرز مع كربيد الكروم ، والفولاذ المقاوم للصدأ ، والكروم العالي والنيكل.

يمكن الحد من التأثير أو التآكل المشترك والتآكل مثل ما يحدث في الصمامات ومقاعدها للتحكم في البخار والماء والنفط ، وما إلى ذلك ، من خلال الترسبات التي تتم عن طريق تسطيحها باستخدام سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي.

حواف القطع العاملة في درجات حرارة عادية مثل المقصات المعدنية ، واللكمات ، والفرامات العلفية (للأعلاف) ، وأدوات تجريف التربة ، وتقطيع الحفر الأرضية ، وشفرات التقطيع ، وما إلى ذلك ، يجب أن تظهر على السطح مع وجود مواد لها خصائص ذاتية الشحذ ؛ رواسب كربيد التنغستن تخدم هذه الحالة بشكل جيد.

تتطلب السطوح المعرضة للخدمات الساخنة مثل مقاعد صمام المحرك ، أو الرسم الساخن أو قوالب التشكيل الساخن ، إلخ ، المتانة والقوة الساخنة ومقاومة الزحف ومقاومة الأكسدة ومقاومة تآكل غاز العادم. المواد السطحية الأكثر ملاءمة لهذه التطبيقات هي سبائك Cr-Co-W ، الفولاذ الأوستنيتي ، الفولاذ الكربوني المتوسطي المارنيتي وسبائك النيكل Cr-Mo.

تطبيقات تسطيح:

تسطيح ينطبق على قدم المساواة لتصنيع جديدة واستصلاح المكونات البالية. في كلتا الحالتين يمتد عمر الخدمة للمنتج ويوفر المواد باهظة الثمن.

هناك عدد لا يحصى من المنتجات الهندسية التي تظهر بشكل منتظم لإبقائها في الخدمة حتى تكون قابلة للحياة اقتصاديا.

وبشكل أكثر تحديدًا ، يتم استخدام ميزة التصفيف في تصنيع أو استصلاح الأنواع التالية من المعدات:

1. أجزاء من المعدات الزراعية والأرضية المتحركة مثل لفات الدعم للجرارات ، أسنان القحمة ، حصادات المحراث ، مخاريط الحفر ، جرافات الجرارات ، دلاء الدرافات ، آلات تنظيف المزارع ، حفر فتحة الشرج ، إلخ.

2. معدات تكسير الفحم والأسمنت والنباتات المعدنية مثل القوالب ، فكوك الكسارة ، مخروط الفرن العالي ، لفات الكسارات والمطارق ، مسامير النقل ، مكابس إستعادة الفحم ، المجاذيف الخلاطية الإسفلتية ، إلخ.

3. صياغة وصحافة المكونات مثل القوالب ، اللكمات ، إلخ.

4. حفارات الحفر و قطع الفحم ، على سبيل المثال ، لقم الثقب ، أسنان القطع ، إلخ.

5. أدوات القطع مثل أسهم المطحنة المزهرة ، القطع ، الثقب ، أدوات التفريز والطحن ، وهكذا.

6. لفات درفلة.

7. حافات عجلات السكة الحديدية ونقاط السكك الحديدية والتقاطعات والضفادع.

8. الصمامات ومقاعد الصمام لمحركات الاحتراق الداخلي.

9. سفن الضغط وخزانات التخزين.

10. السكاكين والقطع مثل المروحية (للأعلاف) ، شفرات الصف ، سكاكين الطاحونة ، إلخ.