عمليات تشكيل المعادن

ما هي عمليات تشكيل المعادن؟

إن عمليات تشكيل المعادن تحتوي على خصائص عامة، وأهم هذه الخصائص هو الاستفادة من قابلية المعدن على الجريان بشكل لدن في الحالة الصلبة، حيث أن تكوين المعدن وتحويله إلى الشكل المطلوب يتم من دون إزالة كميات منه.
المعدن المفقود خلال عملية تحويله يكون أقل ما يمكن أو أنه معدوم ويحتاج إلى قوى كبيرة وطاقة مرتفعة، كما أن المكان والمعدات المستعملة في التشكيل تكون عالية الكلفة لهذا السبب يجب أن يكون حجم الإنتاج كبير لتكون العملية اقتصادية.

أسس تصنيف عمليات تشكيل المعادن:

يتم تصنيف عمليات التشكيل للمعادن بالاعتماد على درجة حرارة المعدن المتشكل، وأول العمليات هي عمليات التشكيل المعدني البارد، تتم هذه العملية عادةً في درجة حرارة الغرفة، كما أنه تم استعمال درجات حرارة مرتفعة عرضياً بهدف تحسين المطيلية وهنا تكون عمليات إعادة التصنيع غير مفيدة، تتميز هذه العملية عن غيرها بأنها تحتاج إلى أقل مقدار ممكن من التسخين وقد لا تحتاج.
تمتلك هذه العملية على إنهاء سطحي جيد للمنتج ومن الممكن الحصول على دقة أبعاد جيدة تغني عن الحاجة لعمليات أخرى، ويحدث فيها تطوير مقاومة الشد ومقاومة الكلال ومقاومة البليان، ومن عيوب هذه العملية أنها تحتاج إلى قوى مرتفعة (مقاومة الخضوع للمادة الناتجة تكون أكبر ومقاومتها للمطيلية تكون أقل، الاصلاد الاجهادي يتم بسبب التشوه اللدن) لهذا السبب تحتاج عمليات التشكيل المعدني على البارد معدات ثقيلة وقدرة عالية لذلك تستعمل للإنتاج الكمي.
خلال هذه العملية يجب أن تكون سطوح المعدن نظيفة وخالية من الأكاسيد، حيث أن وجود الأكاسيد أو الصدأ يتسبب في عطب القوالب والدرافيل، من الممكن أن يتم ترك جهود داخلية في المعدن، ومن خصائص المعدن الذي يتشكل على البارد أنه يكون ذو مقاومة خضوع قليلة ومطيلية مرتفعة، في حين أن عمليات القطع تتم بشكل أفضل للمواد القصفة (brittle).
كما يفضل استعمال المواد التي تتميز بمرونة عالية مع مقاومة خضوع قليلة، مما يتسبب في تقليل من الرجوعية (sprring back)، كما يجب أن يتم إزالة الصدأ من السطح عن طريق حمام حامضي، حيث يغطس في الحامض ومن ثم يتم غسله، كما يجب أن يكون المعدن ذو سمك متجانس وسطح صقيل من أجل الحصول على أبعاد جيدة للمعدن لهذا السبب فإن الصفائح المعدنية أحياناً تحتاج إلى عملية تشكيل بسيطة على البارد قبل دخولها إلى عملية التشكيل الأساسية.
إن ظاهرة نقطة الخضوع التي تكون شائعة في فولاذ قليل الكربون من الممكن الاستفادة منها عن طريق شوط من الدرفلة على البارد، فإذا كانت عملية التشكيل تحتوي على معدل تشوية كبير فإن مطيلية المعدن من الممكن زيادتها قبل العملية عن طريق معامل حراري يُسمى التخمير، حيث أن عملية التخمير تكون وسطية خلال مراحل التشكيل لزيادة المطيلية.
وثاني العمليات في تشكيل المعادن هي عمليات التشكيل الساخن، حيث أن درجة الحرارة في هذه العمليات تكون أعلى بمقدار 0.6 من درجة حرارة انصهار المعدن المتشكل، فإذا كانت درجة حرارة التشكيل مرتفعة جداً فإنها تؤدي إلى نمو حبيبات كبيرة وخشنة تتسبب في ضعف مقاومة الفولاذ، أما إذا كانت درجة الحرارة قليلة جداً سيحدث تشويه للحبيبات.
كما تكون درجة الحرارة أكبر من درجة حرارة التبلور، لهذا السبب فإن التبلور يحدث بشكل مستمر خلال التشكيل، أي أن درجة الحرارة تقوم بالاعتماد على المادة المشكلة، كما يتم استبدال البلورة المشوهة بسبب التشكيل ببلورات وليدة أثناء طور التشكل ذات حجم أصغر، أي أن التشكيل الساخن لا يعني بالضرورة استخدام درجة حرارة عالية، فبعض المواد تكون ذات درجة حرارة مساوية لدرجة حرارة الغرفة مثل الرصاص والقصدير.
نستنتج من ذلك بأن مفهوم التشكيل البارد الصحيح هو التشكيل في درجة حرارة أقل من درجة حرارة التبلور، كما أن التشوه اللدن فوق درجة حرارة التبلور لا يتسبب في زيادة مقاومة الخضوع، وبذلك يصبح مخطط الجهد الانفعالي الحقيقي أفقي متتابع فوق قيمة مقاومة الخضوع، وهكذا فإنه من الممكن تطبيق تغييرات كبيرة وجذرية في شكل المعدن من غير حدوث فشل أو توجيه قوى عالية جداً.
إن درجة الحرارة العالية تقوم بتحسين عملية الانتشار للعناصر، لهذا السبب فإن التشوه اللدن يساعد في التغلب على العيوب التي قد تظهر على المعدن، وباستعمال التشويه اللدن الساخن يتم تعريض الجسيمات الشائبة في المعدن للتحطيم، حيث تنتشر لتُشكل ألياف طولية تجعل المعدن أقوى، كما أنه يتسبب في تقليل حدوث التشققات.