المعالجة الحرارية للمعادن اللاحديدية كالمسامير على الطائرات

تم تجهيز مسامير البرشام م الألمنيوم بالتركيبات التالية: سبائك 1100، 5056، 2117، 2017 و2024، حيث تُستخدم المسامير المصنوعة من السبائك 1100 لربط صفائح الألمنيوم، حيث يكون البرشام منخفض القوة مناسبًا لها، وتُستخدم مسامير برشام السبيكة 5056 في حالة تصنيعها لتثبيط صفائح سبائك المغنيسيوم.

المعالجة الحرارية للمسامير المصنوعة من سبائك الألومنيوم

تتميز مسامير البرشام المصنوعة من السبائك المعدنية 2117 بقوة عالية بشكل معتدل، وهي مناسبة لربط صفائح الألمنيوم، حيث تتلقى هذه المسامير معالجة حرارية واحدة فقط، والتي يتم إجراؤها بواسطة الشركة المصنعة ويتم معالجتها بأكسيد الألومنيوم بعد المعالجة الحرارية، كما لا تتطلب معالجة حرارية أخرى قبل استخدامها، حيث تحتفظ المسامير المصنوعة من السبائك 2117 بخصائصها إلى أجل غير مسمى بعد المعالجة الحرارية ويمكن دفعها في أي وقت، أما المسامير المصنوعة من هذه السبيكة هي الأكثر استخدامًا في صناعة الطائرات.

وتعتبر المسامير المصنوعة من سبائك 2017 و 2024 مسامير برشام عالية القوة مناسبة للاستخدام مع هياكل سبائك الألومنيوم، يتم شراؤها من الشركة المصنعة في حالة المعالجة الحرارية، ونظرًا لأن خصائص التقادم لهذه السبائك في درجات حرارة الغرفة تجعل المسامير غير صالحة للاستخدام، فيجب إعادة تسخينها قبل استخدامها مباشرة، حيث تصبح مسامير البرشام المصنوعة من السبائك المعدنية صعبة للغاية على القيادة في غضون ساعة واحدة تقريبًا بعد التبريد، وتتصلب مسامير البرشام المصنوعة من السبائك 2024 في غضون 10 دقائق بعد التبريد.

كما يمكن إعادة تسخين كلا السبيكتين كلما تطلب الأمر ذلك ومع ذلك، يجب أن تكون مؤكسدة قبل المعالجة الأولى؛ لإعادة التسخين لمنع الأكسدة الحبيبية للمادة، وإذا تم تخزين هذه المسامير في الثلاجة عند درجة حرارة أقل من 32 درجة فهرنهايت مباشرة بعد التبريد فستظل ناعمة بما يكفي لتكون قابلة للاستخدام لعدة أيام.

يتم تسخين المسامير التي تتطلب معالجة حرارية إما في حاويات أنبوبية في حمام ملح أو في سلال سلكية صغيرة في فرن الهواء، حيث تتكون المعالجة الحرارية لمسامير البرشام 2017 من تعريض المسامير لدرجة حرارة تتراوح بين 930 درجة فهرنهايت إلى 950 درجة فهرنهايت لمدة 30 دقيقة تقريبًا، كما يكون التبريد الفوري في الماء البارد، حيث تصل هذه المسامير إلى أقصى قوة في حوالي 9 أيام بعد القيادة، ويجب تسخين المسامير المصنوعة من السبائك 2024 إلى درجة حرارة 910 درجة فهرنهايت إلى 930 درجة فهرنهايت وإخمادها على الفور في الماء البارد، كما أن قوة قص أكبر من المسامير 2017 وتستخدم في المواقع التي تتطلب قوة إضافية وتتطور مسامير البرشام المصنوعة من السبائك 2024 أقصى قوة قص لها في يوم واحد بعد القيادة.

يجب تشغيل برشام 2017 في غضون ساعة واحدة تقريبًا وبرشام 2024 في غضون 10 إلى 20 دقيقة بعد المعالجة الحرارية أو إزالتها من التبريد، وإذا لم يتم استخدامها خلال هذه الأوقات، يجب إعادة معالجة المسامير بالحرارة قبل تبريدها.

ممارسات الترسيب

تعتمد درجات الحرارة المستخدمة لتصلب الترسيب على السبيكة والخصائص المرغوبة، والتي تتراوح من 250 درجة فهرنهايت إلى 375 درجة فهرنهايت، كما يجب التحكم فيها ضمن نطاق ضيق جدًا (± 5 درجة فهرنهايت) للحصول على أفضل النتائج.

 شروط المعالجة الحرارية لسبائك الألومنيوم

يعتمد الوقت عند درجة الحرارة على درجة الحرارة المستخدمة والخصائص المرغوبة والسبيكة، حيث يتراوح من 8 إلى 96 ساعة وزيادة درجة حرارة الشيخوخة تقلل من فترة النقع اللازمة للشيخوخة المناسبة ومع ذلك، فإن التحكم الدقيق في كل من الوقت ودرجة الحرارة ضروري عند استخدام درجات الحرارة المرتفعة.

بعد تلقي معالجة الترسيب الحراري، يجب تبريد المادة بالهواء إلى درجة حرارة الغرفة إن تبريد المياه، رغم أنه ليس ضروريًا لا ينتج عنه أي آثار سيئة، كما يميل تبريد الفرن إلى إنتاج فائض.

تلدين سبائك الألومنيوم

يتكون إجراء التلدين لسبائك الألومنيوم من تسخين السبائك إلى درجة حرارة مرتفعة والاحتفاظ بها أو نقعها في درجة الحرارة لفترة من الوقت اعتمادًا على كتلة المعدن، ثم التبريد في الهواء الساكن وفي التلدين يترك المعدن في أفضل حالة للعمل على البارد ومع ذلك، عند وجود عمليات تشكيل مطولة، سيتخذ المعدن حالة تعرف باسم الصلابة الميكانيكية وسيقاوم المزيد من العمل، كما قد يكون من الضروري صلب جزء عدة مرات أثناء عملية التشكيل لتجنب التشقق، ويجب عدم استخدام سبائك الألومنيوم في الحالة الصلبة للأجزاء أو التركيبات.

يجب تسخين الأجزاء المكسوة بأسرع ما يمكن وبعناية قدر الإمكان، لأن التعرض الطويل للحرارة يميل إلى التسبب في انتشار بعض مكونات اللب في الكسوة، هذا يقلل من مقاومة التآكل للكسوة.

المعالجة الحرارية لسبائك المغنيسيوم

تستجيب مصبوبات سبائك المغنيسيوم بسهولة للمعالجة الحرارية، حيث أن حوالي 95 في المائة من المغنيسيوم المستخدم في بناء الطائرات يكون في شكل مصبوب، كما تشبه المعالجة الحرارية لمسبوكات سبائك المغنيسيوم المعالجة الحرارية لسبائك الألومنيوم في وجود نوعين من المعالجة الحرارية: المعالجة الحرارية للمحلول والمعالجة الحرارية للترسيب الشيخوخة؛ أي تفدم العمر عليها ومع ذلك، فإن المغنيسيوم يطور تغييرًا ضئيلًا في خصائصه عندما يُسمح له بالتقدم في العمر بشكل طبيعي في درجات حرارة الغرفة.

المعالجة الحرارية للمحلول

مصبوبات سبائك المغنيسيوم عبارة عن محلول معالج بالحرارة لتحسين قوة الشد والليونة ومقاومة الصدمات، حيث تتم الإشارة إلى حالة المعالجة الحرارية هذه باستخدام الرمز (T4) بعد تسمية السبيكة، تم تعيين المعالجة الحرارية للمحلول بالإضافة إلى الشيخوخة الاصطناعية (T6) الشيخوخة الاصطناعية ضرورية لتطوير الخصائص الكاملة للمعدن.

تتراوح درجات حرارة المعالجة الحرارية للمحلول لمسبوكات سبائك المغنيسيوم من 730 درجة فهرنهايت إلى 780 درجة فهرنهايت، وهو النطاق الدقيق اعتمادًا على نوع السبيكة، حيث يتم سرد نطاق درجة الحرارة لكل نوع من السبائك في المواصفة (MIL-H-6857) الحد الأعلى لكل نطاق مدرج في المواصفات هو درجة الحرارة القصوى التي يمكن تسخين السبيكة عندها دون خطر ذوبان المعدن، كما أنه يتراوح وقت النقع من 10 إلى 18 ساعة وهو الوقت المحدد اعتمادًا على نوع السبيكة وكذلك سمك الجزء، وقد تكون فترات النقع التي تزيد عن 18 ساعة ضرورية للمسبوكات التي يزيد سمكها عن 2 بوصة، يجب عدم القيام أبدًا بتسخين سبائك المغنيسيوم في حمام الملح لأن هذا قد يؤدي إلى حدوث انفجار.

يوجد حريق محتمل خطير في المعالجة الحرارية لسبائك المغنيسيوم، إذا تم تجاوز درجات الحرارة القصوى من خلال الإشراف أو تعطل الجهاز، فقد تشتعل الصب وتحترق بحرية لهذا السبب، يجب أن يكون الفرن المستخدم مزودًا بقطع أمان يعمل على فصل الطاقة عن عناصر التسخين والمنافخ في حالة تعطل أو فشل معدات التحكم العادية، كما تتطلب بعض سبائك المغنيسيوم جوًا وقائيًا من غاز ثاني أكسيد الكبريت أثناء المعالجة الحرارية للمحلول، حيث أن هذا يساعد في منع نشوب حريق حتى لو تم تجاوز حدود درجة الحرارة بشكل طفيف، ويتم استخدام تبريد الهواء بعد المعالجة الحرارية للمحلول لسبائك المغنيسيوم حيث يبدو أنه لا توجد ميزة في التبريد السائل.

المعالجة الحرارية للهطول Precipitation Heat Treatment

بعد المعالجة بالمحلول، يمكن إعطاء سبائك المغنيسيوم معالجة الشيخوخة لزيادة الصلابة وقوة الخضوع، بشكل عام  تُستخدم معالجات الشيخوخة فقط لتخفيف الضغط وتثبيت السبائك من أجل منع تغيرات الأبعاد لاحقًا، خاصة أثناء أو بعد المعالجة، كما يتم تحسين قوة الخضوع والصلابة إلى حد ما من خلال هذا العلاج على حساب قدر ضئيل من الليونة، كما يتم تحسين مقاومة التآكل أيضًا، مما يجعلها أقرب إلى سبيكة الزهر.

درجات حرارة المعالجة الحرارية للترسيب أقل بكثير من درجات حرارة المعالجة الحرارية للمحلول، وتتراوح من 325 درجة فهرنهايت إلى 500 درجة فهرنهايت، كما يتراوح وقت النقع من 4 إلى 18 ساعة.