أولاً: مقدمة التقرير
يُستخدم الحديد الزهر الكروي على نطاق واسع في تصنيع المعادن السوداء لأجزاء الماكينات الهندسية، وقطع غيار السيارات، والصمامات والأنابيب بسبب قوته العالية، ومرونته الكبيرة، وأدائه الجيد في الصب. ومع ذلك، أثناء عملية الصب، وبسبب جودة الرمل، ودرجة حرارة الصب، ومعايير العملية، قد تظهر عيوب مثل الثقوب الهوائية، والانكماش/الفراغات، والشقوق، وحفر الرمل، والشوائب المدمجة. التخلص المباشر من القطع المعيبة يؤدي إلى هدر المواد الخام، وارتفاع تكلفة الإنتاج، وتمديد دورة الإنتاج. كمهندس مختص باللحام والمعالجة الحرارية، يجب استخدام عمليات إصلاح علمية لضمان أن تكون الخصائص الميكانيكية والهيكل الميكروي للمنطقة المعالجة متوافقة مع الجسم الأساسي، وبالتالي تحقيق إعادة استخدام القطع المعيبة. يستند هذا التقرير إلى الإنتاج الفعلي لمصنع المعادن السوداء، ويستعرض بشكل منهجي خطوات عملية إصلاح عيوب قطع الحديد الزهر الكروي ونقاط التحكم الأساسية.
ثانياً: تصنيف العيوب الشائعة للحديد الزهر الكروي ومعايير تحديدها
(1) أنواع العيوب الرئيسية وخصائصها
1. الثقوب الهوائية: تظهر على السطح أو داخليًا كدوائر أو بيضاويات، وجدرانها الداخلية ناعمة، غالبًا بسبب ضعف نفاذية الرمل، أو عدم تصريف الغازات أثناء الصب، أو احتواء المعدن المصهور على كمية كبيرة من الغاز.
2. الانكماش/الفراغات: تظهر في الأجزاء السميكة للقطعة كفتحات غير منتظمة مع بلورات متفرعة، نتيجة انكماش حجم المعدن المصهور أثناء التجمد وعدم توفر التغذية الكافية.
3. الشقوق: تنقسم إلى شقوق حرارية (تظهر أثناء التجمد، متعرجة، ذات لون أكسيدي) وشقوق باردة (تظهر بعد التبريد للحرارة المحيطة، مستقيمة، بدون أكسيد)، غالبًا بسبب تركيز الإجهاد وعدم انتظام التبريد.
4. حفر الرمل: تحتوي العيوب على جزيئات رمل، غير منتظمة الشكل، بسبب سقوط الرمل أو عدم تنظيف التجويف بشكل كامل.
5. الشوائب المدمجة: تحتوي العيوب على شوائب غير معدنية (مثل أكاسيد أو كبريتيدات)، رمادية أو سوداء، نتيجة قلة نقاء المعدن المصهور أو ضعف نظام تصريف الشوائب.
(2) معايير تحديد العيوب
وفقًا لـ GB/T 9444-2020 (اختبار المغناطيسية لقطع الصلب المصبوب)، و GB/T 9443-2020 (اختبار الاختراق لقطع الصلب المصبوب)، والمعايير الداخلية للمصنع:
· العيوب السطحية: قطر الثقوب الهوائية وحفر الرمل ≤3مم، ومساحة كل عيب ≤10مم²، والمسافة بين العيوب على نفس المستوى ≥50مم.
· العيوب الداخلية: يظهر اختبار الموجات فوق الصوتية (UT) أن العيب ≤φ2مم، والشقوق غير مسموح بها.
· المكونات الحرجة: مثل العمود المرفقي أو جسم الصمام، يجب أن تلبي معايير القوة الميكانيكية بعد الإصلاح: مقاومة الشد ≥500MPa، والمرونة عند الصدمة (-20℃) ≥15J/cm².
ثالثاً: خطوات عملية إصلاح عيوب الحديد الزهر الكروي
تتبع عملية الإصلاح مبدأ "الكشف عن العيوب → تنظيف العيوب → إصلاح باللحام → المعالجة الحرارية بعد اللحام → فحص الجودة"، ويجب التحكم بدقة في المعلمات التقنية لكل خطوة.
(1) الخطوة الأولى: كشف العيوب وتحديدها
1. اختيار طريقة الكشف:
o العيوب السطحية: الكشف البصري (VT) أوليًا، ثم اختبار الاختراق (PT) لتحديد حدود العيب بدقة.
o العيوب الداخلية: للقطع السميكة أو المكونات الحرجة (سمك ≥50مم)، يتم استخدام اختبار الموجات فوق الصوتية (UT) بتردد 2.5-5MHz لتحديد العمق والشكل والتوزيع.
2. تحديد موقع العيوب: يُستخدم قلم تعليم لتحديد مركز العيب، وحدوده وعمقه على السطح، لتسهيل عملية التنظيف لاحقًا.
(2) الخطوة الثانية: تنظيف العيوب (نقطة التحكم الأساسية 1)
الهدف الأساسي: إزالة العيوب تمامًا لتجنب فشل اللحام، والمتطلبات:
1. طرق التنظيف:
o العيوب السطحية الصغيرة (≤5مم): استخدام مطحنة زاوية مع قرص رمل راتنجي φ100مم، مع الاتجاه عمودي على امتداد العيب.
o العيوب العميقة (>5مم): تنظيف أولي بمطرقة هوائية (0.6-0.8MPa)، ثم تشطيب دقيق باستخدام ماكينة CNC أو رأس مطرقة كهربائية، مع التأكد من عدم وجود زوايا حادة (نصف قطر ≥3مم).
o العيوب على شكل شقوق: حفر فتحات وقف الشق (φ5-8مم، عمق 2-3مم أكثر من نهايته)، ثم تشكيل "V" أو "U" بزاوية 60°-80° وسمك حافة 2-3مم.
2. متطلبات الجودة بعد التنظيف:
o خشونة سطح الفتحة Ra ≤12.5μm، خالي من الأكسيد والزيوت والرمل، يُفحص بالكحول.
o إعادة اختبار PT أو UT للتأكد من إزالة العيب تمامًا.
(3) الخطوة الثالثة: إصلاح باللحام (نقطة التحكم الأساسية 2)
لحام الحديد الزهر الكروي معرض للعيوب البيضاء، الشقوق الباردة، والفقاعات، ويتطلب مطابقة المواد، التحكم بالمعلمات، والتسخين المسبق:
1. اختيار مواد اللحام:
o يفضل استخدام أقطاب نيكلية (ENiFe-CI، EZNiFe-1) ≥50% نيكل، لتجنب العيوب البيضاء ومطابقة ليونة اللحام مع الجسم الأساسي.
o للقطع غير الحرجة، يمكن استخدام أقطاب Fe-Ni (EZNiCu-1) لتقليل التكلفة، مع الالتزام الصارم بعملية اللحام.
2. معدات اللحام والمعلمات:
o آلة لحام قوسية يدوية DC (ZX7-400)، مع قطبية عكسية (القطب موجب).
o معلمات اللحام حسب قطر القطب وسمك العيب:
| قطر القطب (مم) | تيار اللحام (A) | جهد اللحام (V) | سرعة اللحام (مم/دقيقة) |
| 3.2 | 80-110 | 22-24 | 80-100 |
| 4.0 | 120-150 | 24-26 | 100-120 |
3. المعالجة المسبقة قبل اللحام:
o التسخين المسبق حسب سمك القطعة: ≤20مم: 200-250℃، 20-50مم: 250-350℃، >50مم: 350-400℃.
o نطاق التسخين: 100-150مم حول العيب، استخدام صفائح تسخين متساوية ±15℃، حفظ الحرارة 30-60 دقيقة.
4. التحكم أثناء اللحام:
o ترتيب اللحام: "لحام متقطع من المركز إلى الحافة"، طول كل قطعة 50-80مم لتجنب ارتفاع الحرارة.
o درجة حرارة الطبقات: ضمن ±50℃ من التسخين المسبق.
o شكل اللحام: تنظيف كل طبقة، إزالة الفقاعات والشوائب، السماكة النهائية 2-3مم أعلى السطح للمعالجة اللاحقة، وانسيابية جيدة.
(4) الخطوة الرابعة: المعالجة الحرارية بعد اللحام (نقطة التحكم الأساسية 3)
وظيفة المعالجة: إزالة الإجهاد الداخلي، تحسين الهيكل الميكروي للحام والمنطقة المتأثرة حراريًا، وتجنب العيوب البيضاء.
1. نوع المعالجة:
o الإصلاح العادي: إزالة الإجهاد.
o وجود عيوب بيضاء: أولاً تسخين لتليين، ثم إزالة الإجهاد.
2. معلمات المعالجة:
o تليين: 850-900℃، 1.5-2 ساعة (كل 25مم ساعة واحدة)، تبريد داخل الفرن حتى 500℃ ثم تبريد بالهواء.
o إزالة الإجهاد: 550-600℃، 2-3 ساعات، تبريد بطيء ≤50℃/h حتى 300℃ ثم تبريد بالهواء.
o المراقبة: أجهزة قياس حرارة، معدل التسخين ≤100℃/h.
3. الفحص بعد المعالجة:
o فحص السطح: خالٍ من التشوه والشقوق.
o اختبار الصلابة: HBW ≤220، الفرق مع الجسم ≤30.
(5) الخطوة الخامسة: فحص الجودة
1. الفحص البصري: سطح اللحام مستوي، خالٍ من الفقاعات، الشقوق والشوائب، سلس مع سطح القطعة.
2. اختبار غير مدمر:
o سطح: PT للعينة ومحيط 20مم.
o داخلي: UT، لا عيوب >φ2مم.
3. اختبار الخصائص الميكانيكية: أخذ 1-2 عينة من كل دفعة، اختبار الشد والصدم حسب GB/T 228.1 وGB/T 229.
4. الفحص الميكروي: يجب عدم وجود العيوب البيضاء، تصنيف الجرافة ≥4، محتوى البيرلايت متوافق (30%-50%).
رابعاً: ملاحظات السلامة ومتطلبات العملية
1. ملاحظات عملية:
o بعد إصلاح الشقوق، ترك القطعة 24 ساعة ثم إعادة الاختبار.
o للقطع السميكة، تركها 72 ساعة للتخلص من الإجهاد.
o ضبط مواد اللحام والمعالجة حسب نوع الحديد الزهر (QT450-10، QT600-3).
2. متطلبات السلامة:
o أثناء اللحام: خوذة، قفازات، ملابس مقاومة للهب، تهوية جيدة، طفايات حريق.
o المعالجة الحرارية: قفازات مقاومة للحرارة، خطوط تحذير حول الفرن.
o الطحن والرياح: كمامات، نظارات واقية.
خامساً: استنتاج التقرير
تتطلب عملية إصلاح الحديد الزهر الكروي اتباع مبدأ "الكشف الدقيق، تنظيف كامل، لحام مطابق، معالجة حرارية دقيقة، وفحص صارم". النقاط الأساسية: إزالة العيوب بالكامل، التحكم في درجات حرارة اللحام، ومطابقة المعالجة الحرارية. هذه العملية تضمن خصائص ميكانيكية وهيكلية متوافقة، تقلل الهدر، وتدعم خفض التكاليف وزيادة الإنتاجية. يجب تعديل المعلمات حسب المادة ونوع العيب وظروف الاستخدام لضمان جودة الإصلاح.
