أجواء عمليات أفران الغاز: تخفيف الإجهاد، والتطبيع، والتلدين، والتصليد اللامع
تُستخدم أفران الغاز في معظم عمليات المعالجة الحرارية واسعة النطاق في صناعة المعادن. ومن التطبيقات الشائعة تخفيف الإجهاد في الهياكل الملحومة، وتطبيع المشغولات المطروقة، وتلدين المسبوكات، والتصليد اللامع للأجزاء الصغيرة، ويختلف تصميم الفرن والتحكم في بيئته لكل تطبيق. دعوني أستعرض لكم أهم تطبيقات هذه العمليات، والتصميم النموذجي للأفران، ومتطلبات البيئة المحيطة بها.
تخفيف التوتر
يُعدّ تخفيف الإجهاد التطبيق الأكثر شيوعًا لأفران الغاز. تقوم هذه العملية بتسخين قطعة ملحومة أو مُشَكَّلة آليًا إلى درجة حرارة تتراوح بين 550 و700 درجة مئوية (بحسب نوع الفولاذ)، ثم تُثبَّت عند هذه الدرجة لفترة زمنية تتناسب مع سُمك القطعة، ثم تُبرَّد ببطء. والهدف من ذلك هو تخفيف الإجهادات المتبقية من اللحام أو التشغيل الآلي أو التشكيل على البارد، دون إحداث تغيير ملحوظ في البنية المجهرية.
الفرن القياسي هو فرن ذو قاعدة متحركة أو فرن ذو غطاء علوي، مزود بأنابيب إشعاعية تعمل بالغاز أو مواقد تعمل بالوقود المباشر. ويكون الغلاف الجوي عادةً هواءً (للفولاذ الكربوني) أو غلافًا مؤكسدًا قليلاً. وتتراوح مدة دورة التشغيل من 12 إلى 24 ساعة لكل حمولة، وذلك حسب حجم القطعة وسماكة المقطع.
يُشترط توحيد درجة الحرارة ضمن نطاق ±10 درجات مئوية في جميع أنحاء منطقة العمل، وذلك باستخدام نظام تحكم يتكون من 3 إلى 5 مناطق. ويتم ضبط معدل التسخين عند 100 إلى 150 درجة مئوية في الساعة لتجنب تشقق الإجهاد الحراري في الأجزاء السميكة.
تُزوّد شركة مونتي إنتليجنس أفرانًا ذات قاعدة متحركة وأفرانًا ذات غطاء علوي لتطبيقات تخفيف الإجهاد في صناعات أوعية الضغط، وأبراج الرياح، وبناء السفن، والآلات الثقيلة. وتستوعب أكبر منشأة أحمالًا تصل إلى 200 طن في غرفة أبعادها 6 أمتار عرضًا × 8 أمتار ارتفاعًا × 30 مترًا طولًا.
التطبيع
تُسخّن عملية التطبيع قطعةً مطروقةً أو مدرفلةً إلى درجة حرارة تتراوح بين 850 و950 درجة مئوية، وتُثبّت عند هذه الدرجة لفترة زمنية تتناسب مع سُمك المقطع، ثم تُبرّد في هواء ساكن. والهدف من هذه العملية هو تحسين بنية الحبيبات، وتعزيز التجانس، وإنتاج خصائص ميكانيكية متسقة.
الفرن القياسي هو فرن ذو قاعدة متحركة، مزود بمواقد تعمل بالغاز ونظام استعادة الحرارة. عادةً ما يكون الجو المحيط به هواءً أو جوًا مؤكسدًا قليلاً. تتراوح مدة دورة التشغيل من 18 إلى 36 ساعة لكل حمولة، وذلك حسب حجم القطعة وسماكة المقطع.
يُعدّ معدل التبريد عاملاً حاسماً. تُبرّد الأجزاء عادةً في هواء ساكن على العربة بعد فترة التسخين، ثم تُنقل العربة من الفرن إلى منطقة التبريد. يتراوح معدل التبريد بين 50 و100 درجة مئوية في الساعة، وذلك تبعاً لسُمك المقطع.
تُزوّد شركة مونتي إنتليجنس أفرانًا ذات قاعدة متحركة لتطبيقات التطبيع في صناعات الحدادة والصب. صُممت هذه الأفران لأحمال تتراوح بين 10 و200 طن، مع تحكم في 3 إلى 5 مناطق، وتجانس حراري يتراوح بين ±5 و±10 درجات مئوية.
التلدين
التلدين هو معالجة حرارية لطيفة تُسخّن فيها القطعة إلى درجة حرارة تتراوح بين 700 و900 درجة مئوية، وتُثبّت عند هذه الدرجة لفترة طويلة، ثم تُبرّد ببطء داخل الفرن. والهدف من ذلك هو تليين المادة، وتحسين مطيليتها، وتخفيف الإجهادات الداخلية. يُستخدم التلدين بشكل شائع في المسبوكات، والفولاذ المدرفل على البارد، وسبائك النحاس.
الفرن القياسي هو فرن ذو قاعدة متحركة، أو فرن ذو غطاء علوي، أو فرن ذو قاعدة متحركة، مزود بمواقد تعمل بالغاز. عادةً ما يكون الهواء هو الغلاف الجوي المستخدم في صناعة الفولاذ الكربوني، بينما يُستخدم غلاف جوي واقٍ (نيتروجين أو أرجون) لصناعة الفولاذ المقاوم للصدأ وفولاذ الأدوات. تتراوح مدة دورة التشغيل من 24 إلى 48 ساعة لكل حمولة، وذلك حسب حجم القطعة ومعدل التبريد.
تصلب لامع
التصليد اللامع هو عملية تصليد تُنتج سطحًا نظيفًا وخاليًا من الأكسيد. تتضمن هذه العملية تسخين قطعة فولاذية إلى درجة حرارة الأوستنة (من 840 إلى 880 درجة مئوية، حسب نوع الفولاذ)، ثم تثبيتها عند هذه الدرجة لفترة زمنية تتناسب مع حجم المقطع، ثم تبريدها فجأة في الزيت أو البوليمر. يُعدّ الجو المحيط بالغ الأهمية، إذ يجب أن يكون جوًا واقيًا مُتحكمًا فيه لمنع الأكسدة وإزالة الكربون.
الفرن القياسي هو فرن ذو حزام شبكي مستمر أو فرن ذو موقد هزاز، مزود بأنابيب إشعاعية تعمل بالغاز. عادةً ما يكون الغلاف الجوي غازًا ماصًا للحرارة مع إمكانية تحكم في محتوى الكربون، أو مزيجًا من النيتروجين والميثانول لإنتاج كميات أقل. يتراوح استهلاك الغلاف الجوي بين 5 و15 مترًا مكعبًا في الساعة في فرن الحزام الشبكي النموذجي.
تُدمج وحدة التبريد السريع مع الفرن. تخرج القطع من حجرة التسخين وتدخل حجرة التبريد السريع في غضون ثوانٍ. يُستخدم الزيت للتبريد السريع للفولاذ عالي الصلابة، بينما يُستخدم البوليمر للفولاذ منخفض الصلابة. تُضبط درجة حرارة التبريد السريع والتحريك لضمان الوصول إلى الصلابة المطلوبة دون حدوث تشققات.
تُزوّد شركة مونتي إنتليجنس أفرانًا ذات حزام شبكي للتصليد اللامع للمثبتات والتروس الصغيرة والزنبركات. تستخدم هذه الأفران التسخين الإشعاعي الأنبوبي مع جو غازي ماص للحرارة، وتدمج عمليتي التبريد والغسل في خط إنتاج واحد متصل.
اللحام
تُستخدم عملية اللحام بالنحاس لربط جزأين معدنيين باستخدام معدن حشو ينصهر عند درجة حرارة أعلى من 450 درجة مئوية ولكن أقل من درجة انصهار المعادن الأساسية. وتُستخدم أفران الغاز عادةً في لحام النحاس الأصفر والنحاس الأحمر والفولاذ.
الفرن القياسي هو فرن ذو حزام شبكي، أو فرن حفرة، أو فرن جرس، وذلك حسب شكل القطعة. ويُستخدم عادةً خليط من النيتروجين والهيدروجين في لحام النحاس، والنيتروجين مع إضافة الفلور في لحام الألومنيوم، والهواء في لحام الفضة (مع طبقة من مادة الصهر). ويتراوح زمن الدورة بين 30 و90 دقيقة لكل حمولة، وذلك حسب حجم القطعة ونوع سبيكة اللحام.
تُزوّد شركة مونتي إنتليجنس أفران اللحام بالنحاس لمبادلات الحرارة في السيارات، ومكونات أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، ووصلات الأدوات. وتستخدم هذه الأفران نظام تحكم دقيق في الغلاف الجوي وتجانس درجة الحرارة لضمان جودة لحام متسقة.
التصليد والتقادم
تُعدّ عمليتا التقسية والتقادم من العمليات التي تتم في درجات حرارة منخفضة تتراوح بين 150 و650 درجة مئوية، وذلك بحسب نوع الفولاذ والصلابة المطلوبة. وتُجرى هذه العملية عادةً في فرن دفعي يعمل بالغاز (فرن صندوقي أو فرن ذو قاعدة متحركة) أو في فرن ذي حزام شبكي مستمر.
عادةً ما يكون الهواء هو الغلاف الجوي المستخدم في صناعة الفولاذ الكربوني، بينما يُستخدم غاز النيتروجين كغلاف واقٍ لصناعة الفولاذ السبائكي والفولاذ المقاوم للصدأ. تتراوح مدة دورة التشغيل من 4 إلى 12 ساعة لكل حمولة في أفران الدفعات، ومن 30 إلى 60 دقيقة في الأفران المستمرة.
اختيار نوع الفرن والجو المحيط
بالنسبة للمشترين الذين يحددون فرن غاز، يعتمد الاختيار على شكل القطعة، ووصفة العملية، ومعدل الإنتاج المستهدف، ومتطلبات تشطيب السطح. ويتم اختيار نوع الفرن (فرن ذو قاعدة متحركة، فرن ذو حزام شبكي، فرن ذو حفرة، فرن ذو جرس، فرن ذو عارضة متحركة، إلخ) ونظام الغلاف الجوي (الهواء، فرن ماص للحرارة، النيتروجين، الأرجون) بما يتناسب مع التطبيق.
بإمكان قسم الهندسة في شركة مونتي إنتليجنس مراجعة متطلبات التطبيق واقتراح تصميم فرن مناسب من حيث النوع والسعة وتصميم الموقد ونظام التحكم في الغلاف الجوي. والنتيجة هي مواصفات الفرن مع ضمانات الأداء.
تحدث إلى مونتي إنتليجنس حول تطبيقات أفران الغاز
بالنسبة للمشترين الذين يفكرون في استخدام فرن يعمل بالغاز لعملية محددة، يمكن لشركة مونتي إنتليجنس الهندسية أن توصي بتكوين يتناسب مع العملية، والإنتاجية، ومتطلبات تشطيب السطح. تفضل بزيارةwww.cnlymonte.com/products-gas-furnace.html للحصول على مواصفات المنتج. لمناقشة مشروع، يرجى إرسال بريد إلكتروني إلى helenxu@cnlymonte.com مع كتابة "تطبيق فرن الغاز" في خانة الموضوع، بالإضافة إلى تفاصيل حول وصفة العملية، وشكل الجزء، ومعدل الإنتاج المستهدف.
