المعالجة الحرارية الميكانيكية

المعالجة الحرارية الميكانيكية هي عملية تعدينية تجمع بين عمليات التشكيل الميكانيكي أو اللدن مثل الضغط أو التشكيل أو الدرفلة ، وما إلى ذلك، مع العمليات الحرارية مثل المعالجة الحرارية والتبريد بالماء والتسخين والتبريد بمعدلات مختلفة في عملية واحدة. ^{[ 1 ]}

تُنتج عملية التبريد السريع قضيبًا عالي القوة من فولاذ منخفض الكربون رخيص الثمن . تعمل هذه العملية على تبريد الطبقة السطحية للقضيب، مما يؤدي إلى ضغط وتشويه البنية البلورية للطبقات المتوسطة، وفي الوقت نفسه تبدأ في تليين الطبقات المبردة باستخدام الحرارة المنبعثة من لب القضيب.

تُسخّن سبائك الصلب بمساحة 130 مم² ("سبائك قلم الرصاص") إلى درجة حرارة تتراوح بين 1200 و1250 درجة مئوية تقريبًا في فرن إعادة التسخين. ثم تُدرفل تدريجيًا لتقليل حجمها إلى الحجم والشكل النهائيين لقضبان التسليح . بعد آخر مرحلة من الدرفلة، تنتقل السبيكة عبر صندوق التبريد السريع. يُحوّل التبريد السريع الطبقة السطحية للسبيكة إلى مارتنسيت ، مما يؤدي إلى انكماشها. يُؤدي هذا الانكماش إلى زيادة الضغط على اللب، مما يُساعد على تكوين البنية البلورية الصحيحة. يبقى اللب ساخنًا وأوستنيتيًا . يتحكم معالج دقيق في تدفق الماء إلى صندوق التبريد السريع، لإدارة فرق درجة الحرارة عبر المقطع العرضي للقضبان. يضمن فرق درجة الحرارة الصحيح حدوث جميع العمليات، واكتساب القضبان للخواص الميكانيكية اللازمة. ^{[ 2 ]}

يخرج القضيب من صندوق التبريد مع وجود تدرج حراري عبر مقطعه العرضي. ومع تبريد القضيب، تتدفق الحرارة من مركزه إلى سطحه، بحيث تعمل حرارة القضيب وضغطه على تليين حلقة وسيطة من المارتنسيت والباينيت بشكل صحيح .

وأخيراً، فإن التبريد البطيء بعد التبريد السريع يعمل تلقائياً على تليين اللب الأوستنيتي وتحويله إلى الفريت والبيرلايت على طبقة التبريد.

وبالتالي، تُظهر هذه القضبان اختلافًا في البنية المجهرية في مقطعها العرضي، حيث تحتوي على مارتنسيت قوي وصلب ومقسى في الطبقة السطحية للقضيب، وطبقة وسيطة من المارتنسيت والباينيت، ونواة من الفريت والبيرلايت المصقولة والصلبة والمرنة.

عند معالجة أطراف قضبان التسليح الحراري الميكانيكي (TMT ) المقطوعة بمحلول نيتال (مزيج من حمض النيتريك والميثانول )، تظهر ثلاث حلقات متميزة: 1. حلقة خارجية مُقسّاة من المارتنسيت، 2. حلقة وسطى شبه مُقسّاة من المارتنسيت والباينيت، 3. نواة دائرية معتدلة من الباينيت والفريت والبيرلايت. هذه هي البنية المجهرية المطلوبة لقضبان التسليح عالية الجودة في الإنشاءات.

على النقيض من ذلك، تُعرَّض قضبان التسليح منخفضة الجودة للالتواء وهي باردة، مما يؤدي إلى تقويتها وزيادة مقاومتها. أما بعد المعالجة الحرارية الميكانيكية (TMT)، فلا تحتاج القضبان إلى مزيد من التقوية. ولعدم وجود التواء أثناء هذه المعالجة، لا يتولد إجهاد التوائي، وبالتالي لا يمكن أن يُسبب هذا الإجهاد عيوبًا سطحية في قضبان TMT. لذلك، تُقاوم قضبان TMT التآكل بشكل أفضل من قضبان التسليح الباردة الملتوية والمشوهة (CTD).

بعد المعالجة الحرارية الميكانيكية، تشمل بعض الدرجات التي يمكن تغطية قضبان TMT بها Fe: 415 /500 /550 / 600. هذه القضبان أقوى بكثير مقارنة بقضبان CTD التقليدية وتمنح ما يصل إلى 20٪ قوة إضافية للهيكل الخرساني بنفس كمية الفولاذ.