طريقة تصنيع عملية المعالجة الحرارية للبراغي

التقنيات الأساسية:

مثبتات عالية القوة يتطلب الأمر معالجة التبريد والتلطيف وفقًا للمتطلبات الفنية. المعالجة الحرارية: التبريد والتطبيع يهدف هذا إلى تحسين الخصائص الميكانيكية الشاملة للمثبتات لتلبية متطلبات قوة الشد ونسبة الخضوع المحددة للمنتجات. تؤثر عملية المعالجة الحرارية بشكل حاسم على الجودة الداخلية للمثبتات عالية القوة، وخاصة جودتها الداخلية. خلال عملية التبريد والتطبيع، يُضاف عادةً غاز مؤكسد من خارج الفرن. يتفاعل هذا الغاز مع البرغي، مما يؤدي إلى إزالة الكربون من سطحه. ونظرًا لاختلاف البنية السطحية والداخلية، تختلف معاملات التمدد. قد تحدث تشققات سطحية أثناء التبريد، مما يقلل من جودة المنتج. تتضمن عملية المعالجة الحرارية التقليدية وضع البراغي مباشرةً في فرن التبريد للتبريد السريع عند درجة حرارة عالية. خلال عملية التبريد والتطبيع، من المرجح حدوث مشاكل مثل عدم كفاية الصلابة في حالة التبريد، وعدم انتظام الصلابة، والتشوه المفرط الناتج عن التبريد، والتشقق الناتج عن التبريد. لذا، من الضروري إدخال تحسينات على عملية المعالجة الحرارية التقليدية.

عناصر التنفيذ التقني:

لمعالجة أوجه القصور في التكنولوجيا الحالية، يهدف الاختراع الحالي إلى توفير عملية معالجة حرارية للمسامير ذات تأثير تبريد أفضل، وجودة منتج محسنة، وعمر خدمة منتج ممتد.

ولتحقيق الأهداف المذكورة أعلاه، يعتمد هذا الاختراع الحل التقني التالي:

تتضمن عملية المعالجة الحرارية للمسامير الخطوات التالية:

S1. إزالة الفوسفور؛

S2. المعالجة المسبقة: ضع المنتج في فرن التسخين المسبق وقم بحقن غاز النيتروجين عالي الحرارة باستمرار في فرن التسخين المسبق. بعد التسخين المسبق لمدة 2.5 إلى 3 ساعات، أخرجه وضعه في فرن الكربنة لإجراء معالجة الكربنة؛

الخطوة الثالثة: التبريد السريع: ضع المنتج في فرن التبريد السريع، وقم بحقن النيتروجين فيه بشكل مستمر. بعد حقن النيتروجين لمدة 30-40 دقيقة، ارفع درجة حرارة فرن التبريد ببطء إلى 460-500 درجة مئوية، وحافظ عليها لمدة 15-20 دقيقة قبل البدء بالمرحلة الأولى من عملية التبريد السريع. ارفع درجة حرارة فرن التبريد ببطء إلى 550-700 درجة مئوية، وحافظ عليها لمدة 20-35 دقيقة قبل البدء بالمرحلة الثانية من عملية التبريد السريع. ارفع درجة حرارة فرن التبريد ببطء إلى 750-850 درجة مئوية، وحافظ عليها لمدة 30-45 دقيقة قبل البدء بالمرحلة الثالثة من عملية التبريد السريع.

S4. التبريد بالزيت: أخرج المنتج المبرد وضعه في خزان زيت التبريد الأول للتبريد بالزيت، مع التقليب كل 15 دقيقة والحفاظ عليه لمدة 20-30 دقيقة؛ بعد الإخراج، ضعه في خزان زيت التبريد الثاني للتبريد بالزيت، مع التقليب كل 15 دقيقة حتى تنخفض درجة حرارة المنتج إلى 100 درجة مئوية؛

S5. إزالة الزيت: أخرج المنتج المبرد واتركه لمدة 35-45 دقيقة، ثم قم بنفخ زيت التبريد الموجود على سطح المنتج من خلال الهواء البارد؛

الخطوة 6: التلدين: ضع المنتج المُزال منه الشحوم في فرن التلدين، واضبط درجة حرارة التلدين على 110-180 درجة مئوية، ومدة التلدين على 1.5-3 ساعات. نفّذ المرحلة الأولى من التلدين؛ ارفع درجة الحرارة إلى 370-410 درجة مئوية، واترك المنتج يلدّن لمدة 3-6 ساعات قبل البدء بالمرحلة الثانية من التلدين؛ بعد التلدين، اترك المنتج يبرد في الهواء حتى يصل إلى درجة حرارة الغرفة.

يفضل في الخطوة s1 أعلاه أن يتكون محلول التنظيف من المكونات التالية بالكتلة: 20-36 جزءًا من أسيتات البوتيل، 10-13 جزءًا من حمض البولي جليكوليك، 16-20 جزءًا من حمض الأمينوأسيتيك، 13-22 جزءًا من أكريلات الإيثيل، 5-9 أجزاء من ملح ثلاثي إيثانول أمين حمض الأوليك، 3-16 جزءًا من الإيثانولامين، و18-26 جزءًا من الماء، مما يمكن أن يزيل بقع الزيت على سطح المنتج بشكل فعال ويتجنب التأثير على تأثير التبريد.

والأفضل من ذلك، أن يكون خزان إزالة الفوسفور المذكور مزودًا بمحلول لإزالة الفوسفور، والذي يختار محلول هيدروكسيد البوتاسيوم بتركيز 2.2-6.5 جم/لتر أو محلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 2.8-6.9 جم/لتر.

والأفضل من ذلك، في الخطوة المذكورة سابقًا (s2)، أن يكون غاز النيتروجين عالي الحرارة المُدخل إلى فرن التسخين المسبق هو نفسه غاز النيتروجين المستخدم في فرن التبريد في الخطوة (s3)، بمعدل تدفق يتراوح بين 2.5 و3.5 لتر/ساعة. يُسهم التسخين المسبق للمنتج في تجفيف محلول التنظيف الموجود على سطحه، كما يمنع الارتفاع المفاجئ في درجة الحرارة في فرن التبريد من التأثير على جودة المنتج.

علاوة على ذلك، يفضل في الخطوة s3 أعلاه أن يكون معدل تدفق النيتروجين 4-5 لتر/ساعة، مما يمكن أن يزيل الهواء من فرن التسخين المسبق، ويتجنب تفاعل الأكسدة بين الأكسجين والمنتج، ويتجنب إزالة الكربون، مما قد يتسبب في فشل المثبتات الملولبة وتقصير عمر خدمة المنتج.

على وجه التحديد، في الخطوة s3 المذكورة أعلاه، يبلغ معدل تسخين فرن التبريد خلال فترة التسخين إلى 460-500 درجة مئوية 30-40 درجة مئوية/دقيقة، وخلال فترة التسخين إلى 550-700 درجة مئوية 50-60 درجة مئوية/دقيقة، وخلال فترة التسخين إلى 750-850 درجة مئوية 70-90 درجة مئوية/دقيقة. تُحسّن معالجة التبريد التدريجي بالتسخين من فعالية التبريد للمنتج وجودته.

يفضل في الخطوة s4 أن تكون درجة حرارة زيت التبريد في خزان زيت التبريد الأول 250-300 درجة مئوية، وأن تكون درجة حرارة زيت التبريد في خزان زيت التبريد الثاني 50-70 درجة مئوية.

والأفضل من ذلك، في الخطوة s5 أعلاه، أن تكون درجة حرارة الهواء البارد 30-35 درجة مئوية، وسرعة الرياح 20-25 متر/ثانية.

تتميز هذه التقنية بمزايا عديدة، منها بساطة عملية المعالجة الحرارية للبرغي وسهولة تشغيلها، فضلاً عن فعاليتها العالية في التبريد السريع. فمن خلال التسخين المسبق للمنتج، يمكن تجفيف محلول التنظيف المتراكم على سطحه، كما يمكن تجنب الارتفاع المفاجئ في درجة الحرارة داخل فرن التبريد السريع، مما يؤثر سلبًا على جودة المنتج. ويُستمد النيتروجين عالي الحرارة المستخدم في فرن التسخين المسبق من فرن التبريد السريع نفسه، مما يُغني عن الحاجة إلى جهاز تسخين إضافي، وبالتالي توفير الطاقة وخفض تكاليف الإنتاج. كما يُسهم حقن النيتروجين في فرني التسخين المسبق والتبريد السريع في إزالة الهواء الموجود بداخلهما، مما يمنع تفاعلات الأكسدة بين الأكسجين والمنتج، وبالتالي يمنع إزالة الكربون وتلف المثبتات الملولبة، ويُطيل عمر المنتج. وتُحسّن عملية التبريد السريع بالتسخين المرحلي من فعالية التبريد السريع للمنتج وجودته. كما تُساهم عملية التبريد بالزيت المرحلي في تبريد المنتجات عالية الحرارة بكفاءة عالية دون الإضرار بجودتها.

طريقة التنفيذ المحددة

فيما يلي مقدمة محددة للاختراع الحالي بالاقتران مع نماذج محددة.

المثال 1

تتضمن عملية المعالجة الحرارية للمسامير الخطوات التالية:

S1. إزالة الفوسفور؛

يتكون محلول التنظيف من المكونات التالية بالكتلة: 20 جزءًا من أسيتات البوتيل، و10 أجزاء من حمض البولي جليكوليك، و16 جزءًا من حمض الأمينوأسيتيك، و13 جزءًا من أكريلات الإيثيل، و5 أجزاء من ملح ثلاثي إيثانول أمين حمض الأوليك، و3 أجزاء من الإيثانولامين، و18 جزءًا من الماء؛ تم تجهيز خزان إزالة الفوسفور بمحلول إزالة الفوسفور، والذي يستخدم محلول هيدروكسيد البوتاسيوم بتركيز 2.2 جم/لتر؛

S2. المعالجة المسبقة: ضع المنتج في فرن التسخين المسبق وقم بحقن غاز النيتروجين عالي الحرارة باستمرار في فرن التسخين المسبق. بعد التسخين المسبق لمدة ساعتين ونصف، أخرجه وضعه في فرن الكربنة لإجراء معالجة الكربنة؛

المرحلة الثالثة: التبريد السريع: ضع المنتج في فرن التبريد السريع، وقم بحقن غاز النيتروجين فيه بشكل مستمر. معدل تدفق غاز النيتروجين هو 4 لتر/ساعة. بعد حقن غاز النيتروجين لمدة 30 دقيقة، ارفع درجة حرارة فرن التبريد السريع ببطء إلى 460 درجة مئوية، بمعدل تسخين 30 درجة مئوية/دقيقة، وثبّتها لمدة 15 دقيقة قبل البدء بالمرحلة الأولى من عملية التبريد السريع. ارفع درجة حرارة فرن التبريد السريع ببطء إلى 550 درجة مئوية، بمعدل تسخين 50 درجة مئوية/دقيقة، وثبّتها لمدة 20 دقيقة قبل البدء بالمرحلة الثانية من عملية التبريد السريع. ارفع درجة حرارة فرن التبريد السريع ببطء إلى 750 درجة مئوية، بمعدل تسخين 70 درجة مئوية/دقيقة، وثبّتها لمدة 30 دقيقة قبل البدء بالمرحلة الثالثة من عملية التبريد السريع.

الخطوة الرابعة: التبريد بالزيت: أخرج المنتج المبرد وضعه في خزان زيت التبريد الأول. درجة حرارة زيت التبريد 250 درجة مئوية، مع التقليب كل 15 دقيقة لمدة 20 دقيقة. بعد إخراجه، ضعه في خزان زيت التبريد الثاني، مع ضبط درجة حرارة زيت التبريد على 50 درجة مئوية، مع التقليب كل 15 دقيقة حتى تنخفض درجة حرارة المنتج إلى 100 درجة مئوية.

S5. إزالة الزيت: أخرج المنتج المبرد واتركه لمدة 35 دقيقة. قم بنفخ زيت التبريد الموجود على سطح المنتج بالهواء البارد عند درجة حرارة 30 درجة مئوية وسرعة رياح 20 م/ث؛

الخطوة 6: التلدين: ضع المنتج المُزال منه الشحوم في فرن التلدين، واضبط درجة حرارة التلدين على 110 درجة مئوية، ومدة التلدين على ساعة ونصف. نفّذ المرحلة الأولى من التلدين؛ ارفع درجة الحرارة إلى 370 درجة مئوية، وقم بالتلدين لمدة 3 ساعات، ثم تابع المرحلة الثانية من التلدين؛ بعد التلدين، اترك المنتج ليبرد في الهواء حتى يصل إلى درجة حرارة الغرفة.

إن غاز النيتروجين ذو درجة الحرارة العالية الذي يتم إدخاله إلى فرن التسخين المسبق في الخطوة s2 من هذا التجسيد هو غاز النيتروجين من فرن التبريد في الخطوة s3، ومعدل تدفق غاز النيتروجين ذو درجة الحرارة العالية هو 2.5 لتر/ساعة.

المثال 2

تتشابه خطوات العملية في هذا النموذج مع تلك الواردة في المثال 1، باستثناء شروط العملية المحددة، والتي تشمل الخطوات التالية:

الخطوة 1: إزالة الفوسفور: ضع المنتج في آلة التنظيف واسكب محلول التنظيف حتى يغمر المنتج تمامًا. اضبط درجة حرارة التنظيف على 50 درجة مئوية وحركه كل 15 دقيقة. بعد التنظيف لمدة 3 ساعات، أخرج المنتج وضعه في خزان إزالة الفوسفور لمعالجته.

يتكون محلول التنظيف من المكونات التالية بالكتلة: 36 جزءًا من أسيتات البوتيل، و13 جزءًا من حمض البولي جليكوليك، و20 جزءًا من حمض الأمينوأسيتيك، و22 جزءًا من أكريلات الإيثيل، و9 أجزاء من ملح ثلاثي إيثانول أمين حمض الأوليك، و16 جزءًا من الإيثانولامين، و26 جزءًا من الماء؛ تم تجهيز خزان إزالة الفوسفور بمحلول إزالة الفوسفور، والذي تم اختياره كمحلول هيدروكسيد البوتاسيوم بتركيز 6.5 جم/لتر أو محلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 6.9 جم/لتر؛

S2. المعالجة المسبقة: ضع المنتج في فرن التسخين المسبق وقم بحقن غاز النيتروجين عالي الحرارة باستمرار في فرن التسخين المسبق. بعد التسخين المسبق لمدة 3 ساعات، أخرجه وضعه في فرن الكربنة لإجراء معالجة الكربنة؛

الخطوة الثالثة: التبريد السريع: ضع المنتج في فرن التبريد السريع، وقم بحقن غاز النيتروجين فيه بشكل مستمر. معدل تدفق غاز النيتروجين 5 لتر/ساعة. بعد حقن غاز النيتروجين لمدة 40 دقيقة، ارفع درجة حرارة فرن التبريد السريع ببطء إلى 500 درجة مئوية، بمعدل تسخين 40 درجة مئوية/دقيقة، وثبّتها لمدة 20 دقيقة قبل البدء بالمرحلة الأولى من عملية التبريد السريع. ارفع درجة حرارة فرن التبريد السريع ببطء إلى 700 درجة مئوية، بمعدل تسخين 60 درجة مئوية/دقيقة، وثبّتها لمدة 35 دقيقة قبل البدء بالمرحلة الثانية من عملية التبريد السريع. ارفع درجة حرارة فرن التبريد السريع ببطء إلى 850 درجة مئوية، بمعدل تسخين 90 درجة مئوية/دقيقة، وثبّتها لمدة 45 دقيقة قبل البدء بالمرحلة الثالثة من عملية التبريد السريع.

الخطوة الرابعة: التبريد بالزيت: أخرج المنتج المبرد وضعه في خزان زيت التبريد الأول. درجة حرارة زيت التبريد 300 درجة مئوية، مع التقليب كل 15 دقيقة لمدة 30 دقيقة. بعد إخراجه، ضعه في خزان زيت التبريد الثاني، مع ضبط درجة حرارة زيت التبريد على 70 درجة مئوية، مع التقليب كل 15 دقيقة حتى تنخفض درجة حرارة المنتج إلى 100 درجة مئوية.

S5. إزالة الزيت: أخرج المنتج المبرد واتركه لمدة 45 دقيقة. قم بنفخ زيت التبريد الموجود على سطح المنتج بهواء بارد بدرجة حرارة 35 درجة مئوية وسرعة رياح 25 م/ث؛

الخطوة 6: التلدين: ضع المنتج المُزال منه الشحوم في فرن التلدين، واضبط درجة حرارة التلدين على 180 درجة مئوية، ومدة التلدين على 3 ساعات. نفّذ المرحلة الأولى من التلدين؛ ارفع درجة الحرارة إلى 410 درجة مئوية، وقم بالتلدين لمدة 6 ساعات، ثم تابع المرحلة الثانية من التلدين؛ بعد التلدين، اترك المنتج ليبرد في الهواء حتى يصل إلى درجة حرارة الغرفة.

إن غاز النيتروجين ذو درجة الحرارة العالية الذي يتم إدخاله إلى فرن التسخين المسبق في الخطوة s2 من هذا التجسيد هو غاز النيتروجين من فرن التبريد في الخطوة s3، بمعدل تدفق 3.5 لتر/ساعة لغاز النيتروجين ذو درجة الحرارة العالية.

المثال 3

تتشابه خطوات العملية في هذا النموذج مع تلك الواردة في المثال 1، باستثناء شروط العملية المحددة، والتي تشمل الخطوات التالية:

S1. إزالة الفوسفور؛

يتكون محلول التنظيف من المكونات التالية بالكتلة: 28 جزءًا من أسيتات البوتيل، و12 جزءًا من حمض البولي جليكوليك، و18 جزءًا من حمض الأمينوأسيتيك، و18 جزءًا من أكريلات الإيثيل، و7 أجزاء من ملح ثلاثي إيثانول أمين حمض الأوليك، و10 أجزاء من الإيثانولامين، و22 جزءًا من الماء؛ تم تجهيز خزان إزالة الفوسفور بمحلول إزالة الفوسفور، والذي تم اختياره كمحلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 4.5 جم/لتر؛

S2. المعالجة المسبقة: ضع المنتج في فرن التسخين المسبق وقم بحقن غاز النيتروجين عالي الحرارة باستمرار في فرن التسخين المسبق. بعد التسخين المسبق لمدة 2.7 ساعة، أخرجه وضعه في فرن الكربنة لإجراء معالجة الكربنة؛

المرحلة الثالثة: التبريد السريع: ضع المنتج في فرن التبريد السريع، وقم بحقن غاز النيتروجين فيه بشكل مستمر. معدل تدفق غاز النيتروجين هو 4.5 لتر/ساعة. بعد حقن غاز النيتروجين لمدة 35 دقيقة، ارفع درجة حرارة فرن التبريد السريع ببطء إلى 480 درجة مئوية، بمعدل تسخين 35 درجة مئوية/دقيقة، وثبّتها لمدة 18 دقيقة قبل البدء بالمرحلة الأولى من عملية التبريد السريع. ارفع درجة حرارة فرن التبريد السريع ببطء إلى 575 درجة مئوية، بمعدل تسخين 55 درجة مئوية/دقيقة، وثبّتها لمدة 27 دقيقة قبل البدء بالمرحلة الثانية من عملية التبريد السريع. ارفع درجة حرارة فرن التبريد السريع ببطء إلى 800 درجة مئوية، بمعدل تسخين 80 درجة مئوية/دقيقة، وثبّتها لمدة 38 دقيقة قبل البدء بالمرحلة الثالثة من عملية التبريد السريع.

الخطوة الرابعة: التبريد بالزيت: أخرج المنتج المبرد وضعه في خزان زيت التبريد الأول. درجة حرارة زيت التبريد 275 درجة مئوية، مع التقليب كل 15 دقيقة لمدة 25 دقيقة. بعد إخراجه، ضعه في خزان زيت التبريد الثاني، مع ضبط درجة حرارة زيت التبريد على 60 درجة مئوية، مع التقليب كل 15 دقيقة حتى تنخفض درجة حرارة المنتج إلى 100 درجة مئوية.

S5. إزالة الزيت: أخرج المنتج المبرد واتركه لمدة 40 دقيقة. قم بنفخ زيت التبريد الموجود على سطح المنتج من خلال هواء بارد، بدرجة حرارة 33 درجة مئوية وسرعة رياح 22 م/ث؛

الخطوة 6: التلدين: ضع المنتج المُزال منه الشحوم في فرن التلدين، واضبط درجة حرارة التلدين على 145 درجة مئوية، ومدة التلدين على 2.2 ساعة. نفّذ المرحلة الأولى من التلدين؛ ارفع درجة الحرارة إلى 390 درجة مئوية، وقم بالتلدين لمدة 4.5 ساعات، ثم تابع المرحلة الثانية من التلدين؛ بعد التلدين، اترك المنتج ليبرد في الهواء حتى يصل إلى درجة حرارة الغرفة.

إن النيتروجين ذو درجة الحرارة العالية الذي يتم إدخاله في فرن التسخين المسبق في الخطوة s2 من هذا التجسيد هو النيتروجين الموجود في فرن التبريد في الخطوة s3، بمعدل تدفق 3 لتر/ساعة.

اختبار الأداء الميكانيكي

وفقًا لنتائج الاختبار، يمكن ملاحظة أن مستوى قوة البراغي المعالجة بعملية المعالجة الحرارية للاختراع الحالي يزيد عن 10.5، وهو ما يفي بمتطلبات الجودة.

تتميز عملية المعالجة الحرارية للبرغي في هذا الاختراع بالبساطة وسهولة التشغيل، كما أنها تُحقق تبريدًا فعالًا. فمن خلال التسخين المسبق للمنتج، يُمكن تجفيف محلول التنظيف الموجود على سطحه، مما يمنع الارتفاع المفاجئ في درجة الحرارة داخل فرن التبريد من التأثير على جودة المنتج. ويُستمد النيتروجين عالي الحرارة المستخدم في فرن التسخين المسبق من فرن التبريد نفسه، مما يُغني عن الحاجة إلى جهاز تسخين في فرن التسخين المسبق، وبالتالي توفير الطاقة وخفض تكاليف الإنتاج. كما يُساهم حقن النيتروجين في فرني التسخين المسبق والتبريد في إزالة الهواء الموجود بداخلهما، مما يمنع تفاعلات الأكسدة بين الأكسجين والمنتج، وبالتالي يمنع إزالة الكربون وتلف المثبتات الملولبة، ويُطيل عمر المنتج. وتُحسّن عملية التبريد التدريجي بالتسخين من فعالية التبريد وجودة المنتج. كما تُساهم عملية التبريد التدريجي بالزيت في تبريد المنتجات عالية الحرارة بكفاءة دون الإضرار بجودتها.

في وصف هذه المواصفات، تشير عبارات مثل "تجسيد واحد" أو "بعض التجسيدات" أو "أمثلة" أو "أمثلة محددة" إلى أن السمات أو الهياكل أو المواد أو الخصائص المحددة الموصوفة بالاقتران مع التجسيد أو المثال واردة في تجسيد أو مثال واحد على الأقل من هذا الاختراع. ولا تشير التعبيرات التخطيطية للمصطلحات المذكورة أعلاه بالضرورة إلى نفس التجسيدات أو الأمثلة. كما يمكن دمج السمات أو الهياكل أو المواد أو الخصائص المحددة الموصوفة بطريقة مناسبة في أي تجسيد أو مثال واحد أو أكثر.

يوضح ما سبق ويصف المبادئ الأساسية والخصائص الرئيسية ومزايا هذا الاختراع. يجب على الفنيين في هذا المجال أن يدركوا أن الأمثلة المذكورة أعلاه لا تحد بأي حال من الأحوال من نطاق هذا الاختراع، وأن أي حلول تقنية يتم الحصول عليها من خلال الاستبدال المكافئ أو التحويل المكافئ تندرج ضمن نطاق حماية هذا الاختراع.