---
title: "التشوه والإجهادات المتبقية في الفولاذ الناتجان عن المعالجة…"
description: "تعرّف على كيفية تسبّب المعالجة الحرارية في تشوّه الفولاذ والإجهادات المتبقية من خلال التدرجات الحرارية، وتغيّرات الطور، والتبريد السريع."
canonical: https://steelequivalents.com/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9
language: ar
robots: index, follow
og_type: article
type: wiki-article
language_alternates:
  en: https://steelequivalents.com/wiki/heat-treatment/heat-treatment-distortion-and-residual-stress-in-steel.md
  cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/tepelné-zpracování/deformace-v-důsledku-tepelného-zpracování-a-zbytkové-napětí-v-oceli.md
  de: https://steelequivalents.com/de/wiki/wärmebehandlung/wärmebehandlungsbedingter-verzug-und-eigenspannungen-in-stahl.md
  es: https://steelequivalents.com/es/wiki/tratamiento-térmico/distorsión-por-tratamiento-térmico-y-tensiones-residuales-en-el-acero.md
  fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/traitement-thermique/distorsion-et-contraintes-résiduelles-dans-l-acier-dues-au-traitement-thermique.md
  hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/hőkezelés/a-hőkezelés-okozta-alakváltozás-és-maradó-feszültség-acélban.md
  it: https://steelequivalents.com/it/wiki/trattamento-termico/distorsione-da-trattamento-termico-e-tensioni-residue-nell-acciaio.md
  nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/warmtebehandeling/vervorming-door-warmtebehandeling-en-restspanningen-in-staal.md
  pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/obróbka-cieplna/odkształcenia-powstałe-podczas-obróbki-cieplnej-i-naprężenia-resztkowe-w-stali.md
  pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/tratamento-térmico/distorção-provocada-pelo-tratamento-térmico-e-tensões-residuais-no-aço.md
  ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/термическая-обработка/деформация-и-остаточные-напряжения-в-стали-после-термической-обработки.md
  tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/ısıl-işlem/çelikte-isıl-işlem-deformasyonu-ve-artık-gerilme.md
  zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/热处理/钢材热处理变形与残余应力.md
  ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/熱処理/鋼の熱処理による変形と残留応力.md
  ar: https://steelequivalents.com/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9.md
  ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/열처리/강의-열처리-변형-및-잔류-응력.md
  pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/tratamento-térmico/distorção-e-tensão-residual-no-tratamento-térmico-do-aço.md
  hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/ऊष्मा-उपचार/इस्पात-में-ऊष्मा-उपचार-के-कारण-विकृति-और-अवशिष्ट-तनाव.md
content_hash: sha256:8d5dc634a94f4e73081185f70b858fbaddd48c7229ae6fee1bcdafc4a9afa2c9
generated: 2026-09-26
---

> **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page,
> served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML.
> Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9
> Canonical URL: https://steelequivalents.com/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9
> Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi
> Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything
> below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. Compare it to detect a real
> content change; `generated` moves on every render and is not a change signal.

![التشوه والإجهادات المتبقية في الفولاذ الناتجان عن المعالجة الحرارية](/images/uploads/04bd29f1-6a80-48dd-bc9b-7031d130dae1/wiki-hero-a-red-hot-steel-shaft-being-lifted-from-a-quench-tank-with-vapor-rising-from-its-1920x823.jpg)

المعالجة الحرارية

# التشوه والإجهادات المتبقية في الفولاذ الناتجان عن المعالجة الحرارية

تعرّف على كيفية تسبّب المعالجة الحرارية في تشوّه الفولاذ والإجهادات المتبقية من خلال التدرجات الحرارية، وتغيّرات الطور، والتبريد السريع.

![صورة Anders Bergström، مراسل قطاع الفولاذ](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg)

 **[Anders Bergström](/ar/أخبار/مؤلف/anders-bergstrom "Anders Bergström")** المعالجة الحرارية قراءة 60+ دقائق تم التحديث 14‏/08‏/2026 مُراجَع علمياً

  في هذه الصفحةفي هذه الصفحة

- [1. معنى التشوه الناتج عن المعالجة الحرارية والإجهاد المتبقي](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#1-معنى-التشوه-الناتج-عن-المعالجة-الحرارية-والإجهاد-المتبقي "1. معنى التشوه الناتج عن المعالجة الحرارية والإجهاد المتبقي")
- [2. المصادر الرئيسية الثلاثة للإجهاد المتبقي في الفولاذ المعالج حرارياً](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#2-المصادر-الرئيسية-الثلاثة-للإجهاد-المتبقي-في-الفولاذ-المعالج-حراريا "2. المصادر الرئيسية الثلاثة للإجهاد المتبقي في الفولاذ المعالج حرارياً")
- [3. التسخين: المرحلة الأولى من مخاطر التشوه](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#3-التسخين-المرحلة-الأولى-من-مخاطر-التشوه "3. التسخين: المرحلة الأولى من مخاطر التشوه")
- [4. الأوستنة والحالة المعدنية قبل الإخماد](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#4-الأوستنة-والحالة-المعدنية-قبل-الإخماد "4. الأوستنة والحالة المعدنية قبل الإخماد")
- [5. التبريد السريع بوصفه مسألة مقترنة بانتقال الحرارة والتحول](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#5-التبريد-السريع-بوصفه-مسألة-مقترنة-بانتقال-الحرارة-والتحول "5. التبريد السريع بوصفه مسألة مقترنة بانتقال الحرارة والتحول")
- [6. التحولات الطورية والانفعال الناجم عن التحول](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#6-التحولات-الطورية-والانفعال-الناجم-عن-التحول "6. التحولات الطورية والانفعال الناجم عن التحول")
- [7. الهندسة، وسُمك المقطع، وتصميم المكوّنات](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#7-الهندسة-وس-مك-المقطع-وتصميم-المكو-نات "7. الهندسة، وسُمك المقطع، وتصميم المكوّنات")
- [8. مقاطع الإجهادات المتبقية بعد التبريد السريع](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#8-مقاطع-الإجهادات-المتبقية-بعد-التبريد-السريع "8. مقاطع الإجهادات المتبقية بعد التبريد السريع")
- [9. المراجعة، وتخفيف الإجهادات، والمعالجة الحرارية اللاحقة](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#9-المراجعة-وتخفيف-الإجهادات-والمعالجة-الحرارية-اللاحقة "9. المراجعة، وتخفيف الإجهادات، والمعالجة الحرارية اللاحقة")
- [10. التشغيل الآلي والطحن وتحرير الإجهادات الخفية](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#10-التشغيل-الآلي-والطحن-وتحرير-الإجهادات-الخفية "10. التشغيل الآلي والطحن وتحرير الإجهادات الخفية")
- [11. التشقق وإعادة العمل وعواقب الخدمة](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#11-التشقق-وإعادة-العمل-وعواقب-الخدمة "11. التشقق وإعادة العمل وعواقب الخدمة")
- [12. قياس التشوه والإجهاد المتبقي](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#12-قياس-التشوه-والإجهاد-المتبقي "12. قياس التشوه والإجهاد المتبقي")
- [13. نمذجة ومحاكاة التشوه الناتج عن المعالجة الحرارية](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#13-نمذجة-ومحاكاة-التشوه-الناتج-عن-المعالجة-الحرارية "13. نمذجة ومحاكاة التشوه الناتج عن المعالجة الحرارية")
- [14. استراتيجيات العمليات والتصميم للتحكم في التشوه](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#14-استراتيجيات-العمليات-والتصميم-للتحكم-في-التشوه "14. استراتيجيات العمليات والتصميم للتحكم في التشوه")
- [15. اعتبارات الدرجة والمعيار ومواصفات العملية](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#15-اعتبارات-الدرجة-والمعيار-ومواصفات-العملية "15. اعتبارات الدرجة والمعيار ومواصفات العملية")
- [16. إطار تشخيص حالات فشل التشوه](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#16-إطار-تشخيص-حالات-فشل-التشوه "16. إطار تشخيص حالات فشل التشوه")
- [17. الفروق الأساسية والمفاهيم الخاطئة الشائعة](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#17-الفروق-الأساسية-والمفاهيم-الخاطئة-الشائعة "17. الفروق الأساسية والمفاهيم الخاطئة الشائعة")
- [18. جداول مرجعية وقائمة تحقق عملية](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#18-جداول-مرجعية-وقائمة-تحقق-عملية "18. جداول مرجعية وقائمة تحقق عملية")

## 1. معنى التشوه الناتج عن المعالجة الحرارية والإجهاد المتبقي

#### تسلسل المعالجة الحرارية

1. **التسخين** تنشئ تدرجات الحرارة تمددًا حراريًا تفاضليًا وقد تسبب انفعالًا لدنًا مبكرًا.
2. **التثبيت** يتكوّن الأوستنيت، وتُعاد موازنة الكربون وعناصر السبك، ويتطور حجم الحبيبات.
3. **التبريد السريع** تتضافر اختلافات التبريد بين السطح واللب مع انفعال التحول الطوري والتقييد.
4. **المراجعة الحرارية** يتغير المارتنسيت، ويسترخي بعض الإجهاد، وقد يستمر الأوستنيت المتبقي في التحول.

تُغيّر المعالجة الحرارية ما هو أكثر من الصلادة. فعند التسخين، والتثبيت، والتبريد السريع، والمراجعة، يتعرض الجزء الفولاذي لتدرجات حرارية، وتحولات طورية، وتغيرات في الحجم، وانفعالات مرنة، وتدفق لدن، وتغيرات في المقاومة. ولذلك تنشأ أبعاده النهائية وحالة الإجهاد الداخلية فيه نتيجة عملية حرارية-ميكانيكية ومعدنية متقترنة، لا نتيجة التاريخ الحراري وحده. \[1\] \[1\] [**Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels: A Review**](https://doi.org/10.1007/s11665-022-06667-x). Authors in the review. Journal of Materials Engineering and Performance, 2022.

قد تبرد الحافة الرقيقة وتتحول قبل القلب. وقد تنكمش الطبقة المكربنة بطريقة مختلفة عن الجزء الداخلي منخفض الكربون. وقد يحتوي المسبوك أصلًا على إجهاد ناتج عن التصلب قبل دخوله إلى الفرن. كما يمكن لحركة سائل التبريد، ودرجة حرارة الحمام، واتجاه الجزء، وسماكة المقطع، وقابلية السبيكة للتقسية، بل وحتى تسلسل التشغيل الآلي، أن تغيّر النتيجة. وتحدد المراجعة المنشورة عام 2022 من قِبل مؤلفين في *Journal of Materials Engineering and Performance* التفاعلات بين انتقال الحرارة، والتحول الطوري، والهندسة، وسماكة المقطع، واختيار سائل التبريد، وشدة التبريد السريع بوصفها عوامل متحكمة، لا متغيرات مستقلة ([مراجعة 2022](https://doi.org/10.1007/s11665-022-06667-x "مراجعة 2022")).

### التشوه الأبعادي مقابل الإجهاد الداخلي

**التشوه** هو تغير غير مقصود في شكل الجزء أو أبعاده. ويشمل التقوس، والانحناء، والالتواء، والبيضاوية، والتدُّرج، والتمدد أو الانكماش الموضعي، والتغيرات في الاستواء أو الانحراف الدوراني. فإذا أصبح عمود مُبرَّد سريعًا على شكل موزة، فقد حدث له تشوه. وإذا تغيرت حلقة محمل من الشكل الدائري إلى الشكل البيضاوي، فقد حدث لها تشوه، حتى لو تغير قطرها المتوسط تغيرًا طفيفًا جدًا. ويُكتشف التشوه من خلال الفحص البُعدي، أو القياس الإحداثي، أو المقاييس، أو المقارنة بهندسة الجزء قبل المعالجة.

**الإجهاد المتبقي** هو الإجهاد الذي يظل موجودًا داخل جسم ما بعد زوال الحمل الخارجي، أو فرق درجة الحرارة، أو عملية المعالجة التي أنتجته. وهو متزن ذاتيًا؛ إذ تتعايش مناطق الشد والضغط بحيث يحقق الجزء اتزان القوى والعزوم الكلي من دون حمل مطبق. وقد يكون السطح تحت الضغط بينما تكون المنطقة الواقعة أسفل السطح تحت الشد، أو العكس. ويمكن للجزء أن يبدو مستقيمًا مع بقاء هذه الإجهادات كبيرة.

المصادر الرئيسية الثلاثة للإجهاد المتبقي في الفولاذ المعالج حراريًا.
| مصدر الإجهاد | السبب الرئيسي | النتيجة المعتادة |
|---|---|---|
| حراري | تمدد أو انكماش غير متساوٍ | إجهادات في السطح واللب، أو انحناء، أو التواء تشوهي |
| تحولي | تغيرات طورية وانفعالات تحولية مختلفة | نمو، أو انكماش، أو بيضاوية، أو انعكاس الإجهاد |
| تقسية | خضوع موضعي وتطور في المقاومة | انفعال دائم، وإعادة توزيع، وخطر التشقق |

يفصل فصل ASM International المعنون «الإجهادات المتبقية والتشوه في الفولاذ المُبرَّد سريعًا والمُراجَع» بين الإجهادات المتبقية الحرارية، والتحولية، وإجهادات التقسية. وينشأ الإجهاد المتبقي الحراري عندما تنكمش مناطق مختلفة بمقادير مختلفة أثناء التبريد. أما الإجهاد المتبقي التحولي فينشأ عندما يتحول الأوستنيت إلى نواتج مثل المارتنسيت، أو البينيت، أو البرليت في أزمنة ومواضع مختلفة. ويعكس إجهاد التقسية تفاعل هذه التأثيرات مع المقاومة واللدونة المتغيرتين للفولاذ. وتتداخل هذه الفئات في الجزء الفعلي، لكن هذا التمييز يساعد على تحديد مصدر المشكلة البُعدية ([ASM International](https://doi.org/10.31399/asm.hb.v04b.a0005936 "ASM International")).

#### التمييز الأساسي

يمكن لجزء ما أن يفي بسماحات الأبعاد مع احتفاظه بمجال إجهاد داخلي شديد، أو يمكن أن يتشوه بعد التشغيل الآلي عندما تؤدي إزالة المادة إلى تحرير حالة إجهاد متوازنة.

يمكن لمكوّن ما أن يفي بسماحات الأبعاد مع احتفاظه بمجال إجهاد داخلي شديد يؤدي لاحقًا إلى تحريك الجزء أو إتلافه. Strong evidence

غالبًا ما يحدث التشوه والإجهاد المتبقي معًا، لكنهما ليسا مترادفين. فقد يُظهر الجزء انبعاجًا واضحًا مع إجهاد محبوس محدود نسبيًا بعد حدوث قدر كبير من الاسترخاء اللدن. كما قد يحقق الجزء التفاوتات البُعدية مع حمله مجال إجهاد داخلي شديد. وتكمن خطورة الحالة الأخيرة في أن التشغيل الآلي اللاحق، أو التجليخ، أو اللحام، أو أحمال الخدمة، أو الدورات الحرارية قد يحرر الإجهاد أو يعيد توزيعه. ويصف كتاب *Metallurgy of Heat Treatment*، المحفوظ في أرشيف بيانات المواد التابع لـ National Institute of Standards and Technology، كيف يمكن لإجهادات التبريد السريع غير المُزاحة أن تسبب الانبعاج أثناء التشغيل الآلي؛ إذ يؤدي نزع المادة إلى تغيير الاتزان الذي كان يحافظ سابقًا على شكل الجزء المقاس ([أرشيف NIST لبيانات المواد](https://materialsdata.nist.gov/bitstream/handle/11115/189/Metallurgy%20of%20Heat%20Treatment.pdf "أرشيف NIST لبيانات المواد")).

ولهذا فإن الفحص النهائي الذي يُجرى مباشرة بعد التبريد السريع لا يصف الاستقرار البُعدي وصفًا كاملًا. فقد يجتاز ترس فحص الانحراف الدوراني، ثم يتحرك أثناء التجليخ النهائي. وقد تظل صفيحة مستوية إلى أن تُفرَز إحدى واجهتيها. وقد لا يُظهر عمود مُقسى تغيرًا كبيرًا ما دام مسنودًا، لكنه ينحني بعد فك تثبيته. ولا تُعد صحة الأبعاد في مرحلة معينة دليلًا على أن حالة الإجهاد غير ضارة.

### لماذا يمكن أن يكون الجزء صحيح الأبعاد رغم تعرضه لإجهادات عالية

يبقى الجزء صحيح الأبعاد عندما تكون الانفعالات الناتجة أثناء المعالجة متوافقة مع شكله، وقيوده، واستجابة مادته، حتى إذا كانت الإجهادات الداخلية مرتفعة. ولنتأمل قضيبًا طويلًا ومتجانسًا يُسخَّن ويُبرَّد بصورة شبه متماثلة. فقد تنشأ في سطحه وقلبه إجهادات متعاكسة، ومع ذلك يظل عزم الانحناء الصافي قريبًا من الصفر. ويبقى القضيب مستقيمًا بينما تتوازن إجهادات الشد والضغط عبر مقطعه.

وقد تحدث نتيجة مماثلة في حلقة أو قرص عندما يكون مجال الإجهاد متماثلًا محوريًا. فقد يتمدد الجزء أو ينكمش بانتظام كافٍ ليظل دائريًا، رغم انحباس إجهادات شعاعية ومحيطية داخل المادة. ويسجل القياس البُعدي النتيجة الخارجية، لكنه لا يكشف مباشرة عن توزيع الإجهاد الداخلي.

والعكس ممكن أيضًا. فإذا برد أحد الجانبين بسرعة أكبر، أو إذا تحول شُعَيب رقيق قبل محور سميك، فإن الانفعال غير المتوافق يؤدي إلى الانحناء أو الالتواء. ويُزال بعض الإجهاد بالتشوه اللدن، تاركًا تغيرًا دائمًا في الشكل. ولذلك قد يُظهر الجزء النهائي تشوهًا واضحًا حتى بعد زوال جزء كبير من الإجهاد الأصلي.

ويحدد كتاب ASM، *Basic Principles and Design Guidelines for Heat Treating of Steel*، تقليل التشوه والإجهاد المتبقي غير المرغوب فيه بوصفه أحد معايير التصميم الأساسية للمعالجة الحرارية. وهذه الصياغة مهمة: فتقليل التغير البُعدي وحده غير كافٍ. فقد تَحافظ عملية ما على استقامة الجزء بواسطة تثبيت قسري شديد، لكنها تترك إجهادًا مرتفعًا يظهر لاحقًا في صورة تشقق، أو تلف ناتج عن التجليخ، أو عدم استقرار أثناء الخدمة. كما تربط وزارة الطاقة الأمريكية الإجهادات الحرارية والمتبقية في المسبوكات الفولاذية بالتشوه، والتشقق، وإعادة التشغيل، وإصلاح اللحام، والخطأ البُعدي، وانخفاض أداء الخدمة ([تقرير DOE](https://www.osti.gov/servlets/purl/1216205 "تقرير DOE")).

كما يغير تاريخ المادة نقطة البداية. فقد تؤثر عمليات الحدادة السابقة، أو السباكة، أو اللحام، أو التشغيل على البارد، أو التشغيل الآلي، أو الكربنة، أو النتردة، أو إزالة الإجهاد، في بنية الحبيبات، والصلادة، والإجهاد المتبقي، وسلوك التحول. ويؤكد عمل University of Iowa بشأن المسبوكات الفولاذية ضرورة إدراج تاريخ السباكة عند التنبؤ بالأبعاد النهائية والإجهادات المتبقية. ولذلك يمكن لمحاكاة المعالجة الحرارية التي تبدأ ببنية مجهرية متجانسة ومفترضة الخلو من الإجهاد أن تنتج إجابة دقيقة عن المشكلة الخطأ.

### الانفعال المرن، والانفعال اللدن، والتغير الدائم في الشكل

الانفعال المرن **الانفعال المرن** تشوه يستعيده الجسم عند إزالة الإجهاد المطبق، شريطة ألا تكون المادة قد تجاوزت حد الخضوع.

الانفعال المرن هو تشوه قابل للاسترداد. فعندما يُزال الإجهاد، تعود المادة نحو شكلها السابق. وأثناء التبريد السريع، تولد فروق درجات الحرارة وانفعالات التحول إجهادًا مرنًا في البداية، ولكن فقط ما دام الإجهاد الموضعي أدنى من مقاومة الخضوع المعتمدة على درجة الحرارة.

أما الانفعال اللدن فهو تشوه دائم ينتج عندما يتجاوز الإجهاد الموضعي مقاومة الخضوع المتغيرة. ويخضع الفولاذ الساخن بسهولة أثناء التسخين؛ وقد تصبح المناطق الأبرد والمتحولة قوية بما يكفي لمقاومة التشوه، بينما تواصل المناطق المجاورة الانكماش أو التحول. وبما أن مقاومة الخضوع، ومعامل التمدد الحراري، وتركيب الأطوار تتغير أثناء المعالجة، فإن الحد الفاصل بين السلوك المرن واللدن يتحرك في جميع أنحاء الجزء. \[2\] \[2\] [**Residual Stresses in Quenched Steel: Parts I and II**](<https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007941; https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007942>). Authors of the IJMPT discussions. International Journal of Materials and Product Technology, 2005.

ينتج التشوه الدائم عندما تكون الانفعالات اللدنة غير متوافقة مكانيًا. فإذا انكمشت كل منطقة بالمقدار نفسه، لأصبح الجزء أصغر فحسب. أما إذا انكمشت منطقة أكثر من أخرى ولم يمكن استيعاب الفرق مرنًا، فإن الجزء ينحني أو يلتوي أو يتغير شكله الجانبي. وتضيف التحولات الطورية مصدرًا آخر للانفعال؛ فتكوّن المارتنسيت، مثلًا، ينطوي على زيادة في الحجم، في حين تختلف التحولات الأخرى في توقيتها ومقدارها. وتحدد مناقشة *International Journal of Materials and Product Technology* المنشورة عام 2005 التدرجات الحرارية غير المنتظمة بوصفها مصدرًا رئيسيًا لتشوه التبريد السريع، وتربط الإجهاد المتبقي بالتشوه اللدن على المستوى المجهري، وظروف سائل التبريد، والتقسية السطحية وتقسية الطبقة، والتجليخ النهائي ([الجزء الأول](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007941 "الجزء الأول")؛ [الجزء الثاني](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007942 "الجزء الثاني")).

ويعرض تقرير Worcester Polytechnic Institute النقطة نفسها بوصفها مسألة متقترنة تشمل انتقال الحرارة، والتحول الطوري، والإجهاد، والانفعال، والتغير البنيوي المجهري ([تقرير WPI](https://bpb-us-w2.wpmucdn.com/wp.wpi.edu/dist/3/125/files/2021/06/Distortion-and-Residual-Stress.pdf "تقرير WPI")). وهذه هي نقطة الانطلاق المفيدة لبقية هذه المقالة: فالمعالجة الحرارية لا تفرض مجرد برنامج لدرجات الحرارة على الفولاذ، بل تنشئ مجالًا متحركًا ومتفاعلًا من الانفعالات الحرارية والمعدنية، وتكون الأبعاد النهائية هي الباقي المرئي لذلك التاريخ.

## 2. المصادر الرئيسية الثلاثة للإجهاد المتبقي في الفولاذ المعالج حرارياً

الإجهاد المتبقي هو الإجهاد الذي يبقى بعد إزالة الأحمال الخارجية وتدرجات درجات الحرارة. أما التشوه فهو تغير أبعادي، مثل الانحناء، والبيضاوية، والتمدد، والانكماش، والالتواء، أو تغير الاستواء. والنتيجتان مرتبطتان، لكنهما ليستا متماثلتين. فقد يحتفظ أحد المكونات بإجهاد متبقٍ مرتفع مع بقائه دقيقاً من الناحية الأبعادية، أو قد يتشوه بعد التشغيل الميكانيكي لأن إزالة المادة تحرر مجال إجهاد كان متوازناً في السابق.

تقسم منظمة ASM International الإجهاد المتبقي الناتج عن المعالجة الحرارية إلى ثلاثة مصادر رئيسية: الإجهاد الحراري، وإجهاد التحول، والإجهاد المتبقي الناتج عن التصلد. ويُعد هذا التصنيف مفيداً لأن الآليات تختلف، حتى وإن عملت في الوقت نفسه داخل قطعة فولاذ حقيقية. ولذلك فإن عبارة مثل «إجهاد التبريد السريع» تخفي التسلسل الفعلي للأحداث. فانتقال الحرارة، وتحول الطور، وسماكة المقطع، والهندسة، وقابلية تصلد السبيكة، واختيار وسط التبريد، والتاريخ السابق للمادة، كلها تحدد الآلية المهيمنة في موضع معين.

![رسم تخطيطي يوضح انكماش سطح فولاذي أبرد حول قلب أكثر سخونة أثناء التبريد السريع](/images/uploads/2de32911-7d9e-4383-ada8-c336ccac9605/wiki-inline-a-cross-section-of-a-steel-bar-showing-surface-to-core-cooling-thermal-contracti-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/2de32911-7d9e-4383-ada8-c336ccac9605/wiki-inline-a-cross-section-of-a-steel-bar-showing-surface-to-core-cooling-thermal-contracti-2027x2560.avif "تكبير الصورة — رسم تخطيطي يوضح انكماش سطح فولاذي أبرد حول قلب أكثر سخونة أثناء التبريد السريع")Surface-to-core temperature differences create changing thermal stress during cooling.

### الإجهاد الحراري المتبقي

يبدأ الإجهاد الحراري المتبقي بالتسخين أو التبريد غير المتجانس. يتمدد الفولاذ عند تسخينه وينكمش عند تبريده، لكن المكوّن لا تتغير درجة حرارته في جميع المواضع بالمعدل نفسه. فالسطح يستجيب أولاً، بينما يتأخر القلب. كما يكتسب كل من الحافة الرقيقة، والمحور السميك، والزاوية الحادة، والثقب المحفور تاريخاً حرارياً مختلفاً.

أثناء التبريد، يميل الجزء الداخلي الساخن إلى البقاء متمداً، بينما ينكمش السطح الأبرد. ويقيّد القلب الساخن السطح، ولذلك قد يدخل السطح في حالة انضغاط، في حين يتطور إجهاد شد في القلب. وإذا برد السطح وانكمش بعد أن يكون القلب قد برد بالفعل، فقد ينعكس نمط الإجهاد. ولا تحدد كلمة «تبريد سريع» وحدها إشارة الإجهاد النهائية؛ إذ تعتمد هذه الإشارة على التسلسل الزمني، والهندسة المحلية، والموصلية الحرارية، وشدة التبريد، وما إذا كان الخضوع قد حدث أثناء الحالة الانتقالية.

وقد ينتج عن التسخين التسلسل المعاكس. فالسطح الذي يسخن بسرعة يحاول التمدد مقابل الجزء الداخلي الأبرد، وقد يخضع تحت تأثير الانضغاط. وعند التبريد اللاحق، قد يترك هذا السطح الذي تعرض لتغير لدن إجهاداً متبقياً شدياً. كما يؤثر تجانس الفرن، وترتيب التحميل، واتجاه وضع الجزء، والتلامس مع التجهيزات، في مجال درجات الحرارة قبل بدء التبريد السريع.

يحدد كتاب ASM المعنون *المبادئ الأساسية وإرشادات التصميم للمعالجة الحرارية للفولاذ* تقليل التشوه والإجهادات المتبقية غير المرغوبة باعتبارهما من معايير التصميم الرئيسية للمعالجة الحرارية. وتكمن الأهمية العملية في أن التدرجات الحرارية ليست مجرد مسألة تتعلق بالتحكم في درجة الحرارة؛ فهي تولد انفعالات غير متوافقة، وقد تصبح هذه الانفعالات دائمة عندما يتجاوز الإجهاد المحلي مقاومة الخضوع المعتمدة على درجة الحرارة.

وقد حُددت التدرجات الحرارية غير المتجانسة أثناء التبريد السريع باعتبارها مصدراً رئيسياً لتشوه التبريد في *المجلة الدولية لتكنولوجيا المواد والمنتجات*. فقد ينحني عمود طويل ونحيل لأن أحد جانبيه يبرد أسرع من الآخر. وقد تتحول الحلقة إلى شكل بيضاوي لأن سطحيها الخارجي والداخلي يتبادلان الحرارة بمعدلين مختلفين. وقد ينحني اللوح تقعرًا أو تحدبًا عندما تتعرض وجهاه لتبريد غير متساوٍ. ويمكن أن يتغير الإجهاد المتبقي من الشد إلى الانضغاط عبر بضعة مليمترات، ولذلك فإن قيمة متوسطة واحدة لا تقدم معلومات كافية عن خطر التشقق أو عن حركة الجزء أثناء التشغيل الميكانيكي اللاحق.

### إجهاد التحول المتبقي

ينشأ إجهاد التحول المتبقي عندما يغير الفولاذ بنيته البلورية، ومن ثم يغير حجمه واستجابته الميكانيكية. وعند التبريد من الأوستنيت، قد تتحول المناطق المختلفة إلى الفريت، أو البرليت، أو البينيت، أو المارتنسيت عند درجات حرارة مختلفة. وينتج عن التحول المارتنسيتي انفعال تحولي ملحوظ، في حين يعتمد مقدار التغير الأبعادي واتجاهه أيضاً على محتوى الكربون، والعناصر السبائكية، والأوستنيت المحتجز، ونسبة كل مكوّن.

غالباً ما يبرد سطح الجزء المبرد سريعاً ويتحول قبل القلب. فإذا تكوّن المارتنسيت على السطح بينما ظل الجزء الداخلي أوستنيتياً، يتمدد السطح في حين يبقى القلب ساخناً وقابلاً للتشوه نسبياً. وبعد ذلك يتحول القلب ويتمدد، لكن السطح المتصلد بالفعل يقاوم هذه الحركة. ونتيجة لذلك قد تتغير حالة الإجهاد أثناء التبريد السريع. فقد ينتهي سطح كان في البداية تحت تأثير الشد إلى حالة انضغاط، أو يحدث العكس، تبعاً لتوقيت التحول ودرجة التقييد.

ولهذا لا يمكن التعامل مع إجهاد التحول باعتباره مجرد تصحيح منتظم ناتج عن «تمدد المارتنسيت». فانفعال التحول محلي، وقد تكون المادة المحيطة عند درجة حرارة مختلفة، وبكسر طوري مختلف، ومقاومة خضوع مختلفة. كما أن طبقة متصلدة فوق قلب أكثر ليونة تتصرف على نحو مختلف عن مقطع متصلد بالكامل. وتطور الأجزاء المكربنة، والمنترتة، والمتصلدة بالحث، تدرجات حادة في البنية المجهرية والانفعال. وقد يتحول الأوستنيت المحتجز لاحقاً أثناء المراجعة، أو الخدمة، أو التجليخ، أو التخزين، مما ينتج تغيراً أبعادياً إضافياً واسترخاءً للإجهاد.

ويؤثر التحول أيضاً في الإجهاد من خلال اللدونة التحولية. فعندما تتعرض منطقة متحولة لإجهاد مطبق أو متولد داخلياً، يمكنها أن تتشوه لدناً عند إجهادات أدنى من مقاومة الخضوع العادية. ويستوعب التحول عندئذ جزءاً من الانفعال المفروض، ولكن ليس بالضرورة بطريقة تحافظ على الشكل الأصلي. ويمكن أن تسهم اللدونة التحولية المحلية في الانحناء، والبيضاوية، وتغير الاستقامة.

تصف المراجعة المنشورة عام 2022 بعنوان «الإجهاد المتبقي والتشوه أثناء التصلد بالتبريد السريع للفولاذ: مراجعة»، والمنشورة في *مجلة هندسة المواد والأداء*، الإجهاد المتبقي والتشوه باعتبارهما ناتجين عن التفاعل بين انتقال الحرارة، وتحول الطور، والهندسة، وسماكة المقطع، واختيار وسط التبريد، وشدة التبريد. وهذا التفاعل محوري. فقد يزيد وسط التبريد الأسرع التدرج الحراري، ويغير تسلسل التحول، وينتج سطحاً أصلد في الوقت نفسه؛ ولذلك يصعب فصل هذه التأثيرات بعد حدوثها.

### إجهاد التصلد والتشوه اللدن

المصدر الثالث هو الإجهاد الذي يتولد عندما يمنع الخضوع المحلي، أو التصلد بالتشوه، أو التقييد حدوث تشوه متوافق. ولا يتمتع الفولاذ بالقوة نفسها في جميع مراحل المعالجة الحرارية. فتتغير مقاومة الخضوع بحدة مع درجة الحرارة والبنية المجهرية. ويمكن للأوستنيت عند درجة حرارة التبريد السريع أن يتشوه بسهولة، في حين يكون المارتنسيت المتكون حديثاً أقوى بكثير وأقل مطيلية. ولذلك قد يخضع أحد أجزاء المقطع، بينما يبقى جزء آخر مرناً.

لنفترض أن طبقة سطحية تنكمش أثناء التبريد، لكن قلباً أكثر سخونة يقيّدها. فإذا تجاوز إجهاد السطح مقاومة الخضوع اللحظية، فإنه يتعرض لانفعال لدن دائم. وعندما يصبح مجال درجات الحرارة أكثر تجانساً لاحقاً، لا يستطيع الارتداد المرن إزالة ذلك الانفعال اللدن. ويكون عدم التطابق المرن المتبقي هو الإجهاد المتبقي. وإذا خضع أحد جانبي المكوّن بدرجة أكبر من الجانب الآخر، يظهر عدم التطابق على هيئة تشوه بالإضافة إلى الإجهاد.

ويزيد التصلد هذا التأثير من خلال تثبيت الفروق المحلية. فقد تقاوم طبقة مارتنسيتية انكماش قلب أقل تصلداً؛ وقد يستوعب القلب اللين بعض الانفعال، لكن استمرار التبريد والتحول قد يعكسان توزيع الإجهاد. ويحدد تجانس التبريد السريع، والتحريك، ودرجة حرارة وسط التبريد، وموضع الجزء، ما إذا كانت المقاطع المتطابقة اسمياً ستتصلد بالطريقة نفسها. وقد يضيف التجليخ النهائي طبقة أخرى من الإجهاد القريب من السطح بسبب التسخين الموضعي والتشوه الميكانيكي.

وتعزو *المجلة الدولية لتكنولوجيا المواد والمنتجات* الإجهادات المتبقية في الفولاذ المبرد سريعاً إلى التشوه اللدن على مقياس البنية المجهرية، وتناقش تأثيرات ظروف وسط التبريد، والتصلد السطحي وتصلد الطبقة السطحية، والتجليخ النهائي. وتفسر هذه الآلية سبب عدم جواز افتراض أن قياسات الإجهاد عند السطح تمثل القلب. كما تفسر سبب وجوب اختيار إزالة الإجهاد بالمراجعة، أو المعالجة الحرارية، أو الأساليب الميكانيكية المضبوطة، مع مراعاة حالة المادة والأبعاد المطلوبة.

تتداخل هذه المصادر الثلاثة باستمرار. فالإجهاد الحراري يغير مسار التحول، وانفعال التحول يغير التقييد الحراري والميكانيكي، والخضوع المحلي يعيد توزيع كليهما. كما يغير تاريخ الصب، وانفعال الحدادة، والانفصال، والتشغيل الميكانيكي، والتطبيع أو التخمير السابق، الحالة الابتدائية. وتربط تقارير جامعة أيوا ووزارة الطاقة الأمريكية هذه الإجهادات المتبقية بالتشوه، والتشقق، وإعادة التشغيل، وإصلاح اللحام، والأخطاء الأبعادية، وانخفاض أداء الخدمة. ويشير أرشيف بيانات المواد التابع للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا أيضاً إلى أن إجهاد التبريد السريع غير المزال قد يسبب الالتواء أثناء التشغيل الميكانيكي عندما تؤدي إزالة المادة إلى اختلال التوازن الأصلي.

ولذلك يجب أن يسأل التقييم الصحيح عن مواضع وجود الإجهاد في حالة شد أو انضغاط، وكيف يتغير مقداره عبر المقطع، وكيف يتغير من ميزة هندسية إلى أخرى. فقد تختلف الإجابة عند السطح، وحدود الطبقة السطحية والقلب، ومنتصف السماكة، والتجويف، ونصف قطر الوصلة، والوجه الطرفي. إن «إجهاد التبريد السريع» تسمية للعملية، وليس آلية.

## 3. التسخين: المرحلة الأولى من مخاطر التشوه

لا يبدأ التشوه عندما يدخل مكوّن فولاذي إلى وسط التبريد المفاجئ، بل يبدأ بمجرد وصول مناطق مختلفة من الجزء إلى درجات حرارة مختلفة ومحاولتها التمدد بمقادير متفاوتة. وقد يبقى الإجهاد الناتج مرناً، أو قد يتجاوز حد الخضوع الموضعي ويُحدث انفعالاً دائماً. وفي كلتا الحالتين، تحدد دورة التسخين الحالة الميكانيكية التي ستتفاعل لاحقاً مع التحول والتبريد المفاجئ.

يرتبط الإجهاد المتبقي بالتشوه، لكنهما ليسا متماثلين. فالإجهاد المتبقي هو إجهاد متوازن ذاتياً يبقى داخل الجزء بعد زوال الأحمال الخارجية وفروق درجات الحرارة. أما التشوه فهو تغير في الأبعاد أو الشكل. وقد يحتفظ أحد المكونات بإجهاد متبقٍ كبير من دون اعوجاج واضح، في حين يمكن لكمية صغيرة من الانفعال اللدن الموضعي أن تُحدث انحناءً قابلاً للقياس أو فقداناً للاستدارة. وتحدد ASM International الإجهادات المتبقية الحرارية وإجهادات التحول وإجهادات التقسية باعتبارها عوامل مساهمة منفصلة في الفولاذ المقسّى والمراجَع، وتتعامل مع تقليل التشوه والإجهاد المتبقي غير المرغوب فيه بوصفه من معايير التصميم الأساسية للمعالجة الحرارية.

### تدرجات درجات الحرارة أثناء التسخين في الفرن

قد يحافظ الفرن على درجة حرارة مضبوطة ومستقرة، بينما تظل قطعة الشغل بعيدة عن التجانس الحراري. يمتص السطح الحرارة أولاً، أما القلب فيستجيب لاحقاً لأن الحرارة يجب أن تنتقل بالتوصيل عبر المقطع. وقد تقترب حافة رقيقة أو سن أو ضلع أو نتوء من درجة حرارة الفرن، في حين يظل المحور السميك أو مركز اللوح بارداً نسبياً. تحاول المنطقة الساخنة التمدد، لكن الجزء الداخلي الأبرد يقيدها. وينتج عن ذلك نمط متغير من الإجهادات الانضغاطية والشدية خلال فترة التسخين.

ولا يكون هذا النمط ثابتاً. ففي المراحل الأولى من التسخين، يضع القلب الأبرد السطح الأكثر سخونة عادةً تحت ضغط، بينما يوضع القلب تحت شد. ومع تحرك جبهة الحرارة إلى الداخل، يتغير توزيع الإجهاد، وقد يحدث خضوع موضعي إذا كان فرق درجات الحرارة كبيراً بما يكفي. وعندما تتعادل درجات الحرارة في الجزء لاحقاً، لا تختفي تلك الانفعالات اللدنة السابقة، بل تصبح جزءاً من الحالة الابتدائية لعملية التبريد المفاجئ.

لذلك تهم سرعة التسخين حتى عندما تكون درجة حرارة الأوستنة النهائية متطابقة. فقد يؤدي الارتفاع السريع في درجة الحرارة إلى زيادة الفروق الحرارية بين السطح والقلب، في حين يمكن للتسخين المرحلي أو فترة التثبيت عند التسخين المسبق أن يقللا منها. لكن ذلك لا يجعل التسخين البطيء علاجاً شاملاً؛ فالتعرض الطويل قد يغير حجم الحبيبات، أو يسبب نزع الكربون، أو يؤثر في ذوبان الكربيدات أو الأكسدة، كما قد تستمر التجهيزات في تقييد الجزء طوال الدورة. ويعتمد البرنامج المناسب على نوع الفولاذ، وسماكة المقطع، وجو الفرن، والتغير البُعدي المسموح به.

تصف المراجعة المنشورة عام 2022 بقلم مؤلفين في *مجلة هندسة المواد والأداء* التشوه بأنه تفاعل بين انتقال الحرارة، وتحول الطور، والهندسة، وسماكة المقطع، واختيار سائل التبريد، وشدة التبريد. ويُعد التسخين الجزء الأول من هذه السلسلة. فوجود مجال حراري غير متجانس عند خروج الجزء من الفرن يمنح عملية التبريد المفاجئ نقطة بداية حرارية وميكانيكية غير متساوية.

### قيود التمدد الحراري وهندسة المكوّن

يمكن لقضيب حر ومتجانس أن يتمدد من دون توليد إجهاد داخلي كبير. لكن المكونات الحقيقية نادراً ما تكون حرة أو متجانسة. فقد يثبت جهاز التثبيت شفةً، أو يسند عموداً عند نقطتين، أو يمنع حلقة من التحرك شعاعياً. ويمكن للاحتكاك عند نقاط التلامس أن يثبت منطقة معينة بينما تتمدد منطقة أخرى. كما يمكن لميزة مجاورة أن تعمل كقيد داخلي حتى في غياب أي جهاز تثبيت خارجي.

تركز الهندسة هذه التأثيرات. فنتوء سميك متصل بشبكة رقيقة يسخن ببطء ويتمدد وفق جدول زمني مختلف. وقد يقيد ضلعٌ لوحاً في اتجاه واحد، فينتج عن ذلك انحناء بدلاً من نمو خطي بسيط. وتُدخل الثقوب أسطحاً حرة وتقلل الصلابة الموضعية؛ وقد يؤدي صف من الثقوب إلى تسخين أحد جانبي المكوّن وتمددِه بصورة مختلفة عن الجانب الآخر. كما تُنشئ مجاري المفاتيح، والفتحات، والأسنان، والزوايا الحادة، والتغيرات المفاجئة في المقطع تدرجات حرارية موضعية وتركيزات للإجهاد. وقد يتشوه جزء يبدو متماثلاً إذا كانت كتلته غير متماثلة أو إذا لم تكن نقاط إسناده مرتبة بصورة متماثلة.

وتتأثر المكونات الطويلة والنحيلة بصفة خاصة بالفروق الصغيرة في التمدد على طول السطحين المتقابلين. فقد يؤدي ارتفاع طفيف في حرارة أحد السطحين إلى إحداث تقوس قبل حدوث أي تحول طوري. وقد تغير الحلقات والأقراص أقطارها أو تفقد استوائها عندما تتبع حوافها ومراكزها سجلات حرارية مختلفة. كما قد تحتوي المسبوكات الكبيرة والمطروقات الثقيلة على مناطق تستجيب ببطء كافٍ لتظل باردة، بينما تكون البروزات الرقيقة قد اقتربت بالفعل من نطاق الأوستنة.

تحد التجهيزات من الحركة، لكنها تنقل أيضاً الأحمال إلى الجزء. فقد يؤدي التثبيت الصلب إلى كبح أحد أنماط التشوه الظاهرة، مع زيادة الإجهاد المخزن الذي يتحرر أثناء فك التثبيت أو التبريد المفاجئ. ولذلك ينبغي اعتبار جهاز التثبيت جزءاً من النظام الحراري والميكانيكي، لا مجرد أداة للحفاظ على الأبعاد. وينطبق تركيز مراجعة عام 2022 على الهندسة وسماكة المقطع على تصميم التجهيزات، كما ينطبق على الفولاذ نفسه.

### الإجهاد الموجود مسبقاً، وتاريخ الصب، والمعالجة السابقة

يدخل المكوّن إلى الفرن حاملاً تاريخاً سابقاً. فاللحام يترك إجهادات انكماش حراري، وقد ينشئ منطقة متأثرة بالحرارة ذات بنية مجهرية ومقاومة تختلفان عن الفولاذ الأساسي. وتنتج عملية الحدادة تدفقاً اتجاهياً، وتبريداً غير متساوٍ، واحتمال وجود إجهاد متبقٍ بين المناطق التي تعرضت لتشغيل مكثف وتلك التي تعرضت لتشغيل محدود. وقد يترك الصب بنية حبيبية غير متجانسة، وانفصالاً مكونياً، ومسامية، وضرراً ناتجاً عن التمزق الساخن، وإجهاداً متبقياً ناجماً عن التصلب والتبريد. وترفع المعالجة على البارد كثافة الانخلاعات وتخزن الطاقة، في حين يمكن للتشغيل الآلي أن يزيل طبقة سطحية مجهدة ويغير توازن القوى عبر المقطع.

ويؤكد العمل التقني لجامعة آيوا بشأن المسبوكات الفولاذية ضرورة إدراج تاريخ الصب عند التنبؤ بالأبعاد النهائية والإجهادات المتبقية. وتمتد هذه النقطة إلى ما هو أبعد من المسبوكات: فنموذج المعالجة الحرارية الذي يبدأ بقطعة أولية متجانسة وخالية من الإجهاد قد لا يفسر سبب انحناء جزء حقيقي. كما تربط وزارة الطاقة الأمريكية الإجهادات الحرارية والمتبقية في المسبوكات الفولاذية بالتشوه، والتشقق، وإصلاح اللحام، وإعادة التشغيل، والأخطاء البُعدية، وانخفاض أداء الخدمة.

وتستحق المعالجة الآلية السابقة اهتماماً خاصاً. إذ يذكر كتاب *علم المعادن في المعالجة الحرارية*، المحفوظ في أرشيف بيانات المواد التابع للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، أن إجهادات التبريد المفاجئ غير المُزالة قد تسبب الاعوجاج أثناء التشغيل الآلي، لأن إزالة المادة تخل بتوازن الإجهاد المتبقي. ويمكن للمبدأ نفسه أن يعمل أثناء التسخين: فقد تستجيب الأسطح الواقعة تحت الضغط أو الشد بصورة مختلفة عن الجزء الداخلي، كما يمكن لدورة الفرن أن تكشف هذا الاختلال.

قد يقلل تخفيف الإجهاد، أو التطبيع، أو التسخين المسبق المتحكم فيه، أو إجراء تسلسل متوسط من عمليات التشغيل الآلي من المخاطر، لكن لا شيء من ذلك يمحو تاريخ المادة تلقائياً. فقد يحرر التسخين بعض الإجهاد السابق من خلال الاسترجاع أو التدفق اللدن، بينما ينشئ في الوقت نفسه إجهاداً حرارياً جديداً. وبحلول بدء التبريد المفاجئ، قد يحتوي الجزء بالفعل على مجال حراري غير متجانس، وبنية مجهرية متغيرة، وحالة إجهاد غير متساوية. وتساعد هذه الظروف في تحديد ما إذا كان التحول اللاحق سيؤدي إلى تغير بُعدي غير ضار، أو اعوجاج واضح، أو تشقق.

## 4. الأوستنة والحالة المعدنية قبل الإخماد

لا يبدأ الإخماد بالغمر في الزيت أو البوليمر أو الماء أو الغاز، بل يبدأ بالحالة المعدنية التي تتكوّن أثناء التسخين. ويحدد حجم حبيبات الأوستنيت، وتوزيع الكربون، وعناصر السبائك الذائبة، والبنية المجهرية السابقة، وكيمياء السطح، وتجانس درجة الحرارة، ودرجة حرارة المقطع، متى يبدأ التحول ومقدار الانفعال الذي يمكن للقطعة استيعابه. ولذلك فإن الحالة الموجودة مباشرة قبل الإخماد تتحكم في كلٍّ من تسلسل التحول والإجهادات التي تتطور أثناء تبريد القطعة.

تحدد ASM International ثلاثة عوامل مساهمة في الإجهاد المتبقي الناتج عن المعالجة الحرارية للفولاذ: الإجهادات الحرارية، وإجهادات التحول، وإجهادات التصلب ([دليل ASM، «الإجهادات المتبقية والتشوه في الفولاذ المُخمَد والمُراجَع»](https://doi.org/10.31399/asm.hb.v04b.a0005936 "دليل ASM، «الإجهادات المتبقية والتشوه في الفولاذ المُخمَد والمُراجَع»")). وتتداخل هذه الفئات عمليًا. إذ يسبب التدرج الحراري انكماشًا تفاضليًا، ويضيف تدرج التحول تغيرًا حجميًا موضعيًا، وقد يؤدي عدم التطابق الناتج إلى تشوه لدن. وقد تخرج القطعة من عملية الإخماد بأبعاد مقبولة، مع احتوائها رغم ذلك على قدر كافٍ من الإجهاد غير المتحرر يجعلها تتقوس أثناء التشغيل الآلي، لأن إزالة المادة تغير توازن القوى الداخلية، كما هو موضح في *علم الفلزات للمعالجة الحرارية* ضمن أرشيف بيانات المواد التابع للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا.

### تكوّن الأوستنيت والتجانس

كيفية تأثير حالة الأوستنة في الحالة السابقة للتبريد السريع.
| حالة الأوستنة | النتيجة المعدنية المحتملة | دلالة التشوه |
|---|---|---|
| تسخين أو تثبيت غير كافٍ | كربيدات غير مذابة وتباين موضعي في الكربون | تحول وانفعال غير متجانسين |
| تسخين وتثبيت مضبوط | حالة أوستنيت أكثر تجانسًا | استجابة تبريد أكثر اتساقًا |
| درجة حرارة مفرطة أو تعرض مطول | تخشّن حبيبات الأوستنيت | تغير توقيت التحول والاستجابة الميكانيكية |

بالنسبة إلى الفولاذ ناقص اليوتكتيك، يتيح التسخين إلى ما فوق درجة الحرارة الحرجة العليا ذات الصلة تحول الفيريت والبرليت نحو الأوستنيت. أما في الفولاذ اليوتكتيكي وفوق اليوتكتيكي، فتختلف المكونات الابتدائية ودرجة الحرارة المطلوبة، لكن المسألة العملية نفسها تظل قائمة: يجب أن يتكوّن الأوستنيت مع توزيع مضبوط للكربون ومن دون نمو مفرط للحبيبات. فالأوستنة ليست مجرد بلوغ نقطة الضبط في الفرن. وقد يصل السطح إلى درجة الحرارة المستهدفة بينما تظل النواة أبرد، ولا سيما في المقاطع السميكة أو القطع التي تتضمن تغيرات مفاجئة في السمك.

يجب أن يذوب الكربون من السمنتيت والكربيدات الأخرى لإرساء التركيب الأوستنيتي المتاح للتحول اللاحق. فإذا كان التسخين غير كافٍ أو كانت مدة التمسك قصيرة، بقيت كربيدات غير ذائبة وتفاوتات موضعية في الكربون. وإذا كان التسخين مفرطًا أو مطولًا، فقد تنمو حبيبات الأوستنيت نموًا خشنًا. ويغير كلا الشرطين توقيت التحول والاستجابة الميكانيكية أثناء الإخماد. ويسمح الأوستنيت الخشن عادةً بتكوّن نواتج التحول في ظروف تختلف عن تلك الخاصة بالأوستنيت الدقيق، في حين تعني اختلافات التركيب الموضعية أن المناطق المتجاورة قد لا تبدأ التحول أو تنهيه في الوقت نفسه.

ويتعلق التجانس بدرجة الحرارة أيضًا، وليس بالكيمياء وحدها. فقد يكون لكل من الحافة المشفهة، وجذر السن، والثقب، والحافة الرقيقة تاريخ حراري مختلف ضمن حمولة الفرن نفسها. وعند الإخماد، تفقد المنطقة الرقيقة الحرارة عادةً بسرعة أكبر، بينما يظل الجزء الداخلي من المقطع الثقيل ساخنًا ويواصل انكماشه في وقت لاحق. وتؤكد المراجعة المنشورة عام 2022 من مؤلفي *الإجهاد المتبقي والتشوه أثناء تصلب الفولاذ بالإخماد* في *مجلة هندسة المواد وأدائها* أن انتقال الحرارة، وتحول الطور، والهندسة، وسمك المقطع، واختيار وسط الإخماد، وشدة الإخماد، تتفاعل فيما بينها. ويؤدي التعامل مع الإخماد باعتباره قيمة واحدة لمعدل التبريد إلى إخفاء التدرجات التي تولد التشوه.

ويحمل الأوستنيت أيضًا تاريخ المادة الخاص بالقطعة. فقد يؤدي الانفصال الكيميائي السابق الناتج عن الصب، أو انسياب التشكيل، أو الدورات الحرارية للحام، أو البنى ذات التخطط، أو معالجات التطبيع أو التصلب السابقة، إلى تكوين مناطق تختلف في حجم الحبيبات أو توزيع الكربيدات. وتوضح تقارير جامعة أيوا ووزارة الطاقة الأمريكية بشأن مسبوكات الفولاذ سبب ضرورة إدراج تاريخ الإنتاج في التنبؤ بالأبعاد: إذ يمكن للإجهادات الحرارية والمتبقية الناتجة عن التسخين والتبريد أن تسهم في التشوه، والتشقق، وإعادة التشغيل، وإصلاح اللحام، وانخفاض أداء الخدمة.

### كيمياء السبائك وقابلية التصلب

قابلية التقسية **قابلية التقسية** قدرة مقطع فولاذي على تكوين المارتنسيت إلى عمق محدد تحت حالة تبريد معينة.

يؤثر الكربون في كلٍّ من الصلادة الممكن بلوغها للمارتنسيت ودرجة حرارة التحول وحركيته. وتغير عناصر السبائك مثل المنغنيز والكروم والموليبدينوم والنيكل سلوك التحول عمومًا، وقد تزيد قابلية التصلب، أي إن مقطعًا أكبر يمكن أن يتكوّن فيه المارتنسيت عند حالة تبريد محددة مقارنةً بفولاذ أقل قابلية للتصلب. وقابلية التصلب ليست هي الصلادة. فقد تكون درجة فولاذية ما عالية القابلية للتصلب، لكنها تحتاج إلى مستوى معين من الكربون وحالة إخماد محددة للوصول إلى صلادة معينة.

ويكتسب هذا التمييز أهمية بالنسبة إلى الإجهاد. ففي معالجة التصلب الكامل للمقطع، يبرد السطح أولًا وقد يتحول إلى مارتنسيت بينما تظل النواة أوستنيتية. ويميل السطح عندئذٍ إلى التمدد أثناء التحول المارتنسيتي، في حين قد تظل النواة منكمشة حراريًا. وقد يؤدي التحول اللاحق للنواة إلى عكس حالة الإجهاد السابقة أو تعزيزها. ويعتمد الإجهاد المتبقي النهائي على التسلسل، والتقييد، والجريان اللدن، وانفعالات التحول، وليس على الصلادة وحدها.

وتغير كيمياء السبائك هذا التسلسل من خلال تأثيرها في درجات حرارة بدء التحول، ومعدلات التحول، واستقرار الكربيدات، ومعدل التبريد اللازم لكبح النواتج الانتشارية. ولذلك يمكنها أن تغير مواضع تكوّن البرليت أو البينيت أو المارتنسيت أو الأوستنيت المتبقي داخل المقطع. وتظل الهندسة مؤثرة أيضًا. فقد تنتج الدرجة نفسها والمعالجة الحرارية الاسمية نفسها أنماطًا مختلفة من الإجهاد في حلقة رقيقة، وعمود ذي كتف، ومسبوك ثقيل، لأن استخلاص الحرارة والتقييد الميكانيكي يختلفان بينها.

ليس التبريد السريع الأشد هو الطريقة الأفضل عالميًا لتقليل التشوه. Limited evidence

يحدد كتاب ASM المعنون *المبادئ الأساسية وإرشادات التصميم للمعالجة الحرارية للفولاذ* تقليل التشوه والإجهاد المتبقي غير المرغوب فيه بوصفه من معايير التصميم الأساسية للمعالجة الحرارية. ويجب اتخاذ قرار التصميم هذا مع النظر في قابلية تصلب الفولاذ وسمك مقطع القطعة معًا. فقد تؤدي زيادة شدة الإخماد إلى تعزيز التصلب العميق، لكنها قد تزيد أيضًا التدرجات الحرارية والانفعال اللدن. وقد يقلل الإخماد الأبطأ أو الأكثر تجانسًا من التشوه، مع ترك تحول في النواة يختلف عن الهدف البنيوي المجهري المحدد. ولا يوجد حل شامل يتمثل في «إخماد أقوى».

### الكربنة والنترتة وتدرجات عمق الطبقة

تخلق المعالجات السطحية ومعالجات الطبقة مشكلة مختلفة عن التصلب الكامل للمقطع، لأن عدم تجانس المادة يكون مقصودًا. ففي الكربنة، يدخل الكربون إلى السطح عند درجة حرارة مرتفعة، محدثًا تدرجًا في تركيز الكربون من الطبقة نحو النواة. وبعد الأوستنة والإخماد، قد تختلف الطبقة والنواة في درجات حرارة التحول، واستجابات قابلية التصلب، ومحتويات الكربون في المارتنسيت، ونسب الأوستنيت المتبقي، وانفعالات التحول. ولذلك فإن عمق الطبقة ليس مجرد منحنى للصلادة، بل هو أيضًا منحنى للانفعال والإجهاد.

وقد تتحول النواة في وقت لاحق من الطبقة عالية الكربون، وتُقيّد المنطقتان إحداهما الأخرى أثناء انكماشهما وتحولهما. وتحدد هندسة القطعة ما إذا كان هذا التفاعل سيولد إجهادًا سطحيًا انضغاطيًا مفيدًا، أو إجهادًا شدّيًا غير مرغوب فيه في منطقة أخرى، أو انحناءً، أو لااستدارة، أو تشققًا موضعيًا. وقد تكشف عملية التجليخ النهائي هذه الإجهادات أو تعيد توزيعها. وتحدد *المجلة الدولية لتكنولوجيا المواد والمنتجات* التشوه اللدن على المقياس المجهري، وظروف وسط الإخماد، والتصلب السطحي وتصلب الطبقة، والتجليخ النهائي، بوصفها عوامل في الإجهاد المتبقي في الفولاذ المُخمَد ([الجزء الثاني](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007942 "الجزء الثاني")).

وتختلف النترتة لأن النيتروجين يُدخل في عملية فريتية ذات درجة حرارة منخفضة نسبيًا، فتتكون أطوار حاوية للنيتروجين ونتريدات سبائكية بدلًا من الاعتماد على آلية الطبقة المكربنة والمخمَدة نفسها. وقد تكون استجابتها البعدية أصغر من استجابة دورة كربنة وإخماد شديدة، لكنها ليست محايدة أبعاديًا تلقائيًا. ولذلك يتطلب سمك الطبقة المركبة، وعمق الانتشار، وحالة النواة السابقة، والإجهاد المتبقي، والهندسة الموضعية، تقييمًا منفصلًا. \[3\] \[3\] [**Distortion and Residual Stress**](https://bpb-us-w2.wpmucdn.com/wp.wpi.edu/dist/3/125/files/2021/06/Distortion-and-Residual-Stress.pdf). Worcester Polytechnic Institute report authors. Worcester Polytechnic Institute report, 2021.

وتستحق المعالجة الحرارية بالتفريغ تحليلًا منفصلًا للتشوه أيضًا. إذ يغير التفريغ تفاعلات السطح، وخطر نزع الكربون، وانتقال الحرارة في الفرن، واختيار ضغط غاز الإخماد وتدفقه؛ لكنه لا يزيل التدرجات الحرارية أو انفعال التحول. ويصف تقرير معهد وورستر للفنون التطبيقية تشوه الإخماد بأنه مشكلة مترابطة تشمل انتقال الحرارة، وتحول الطور، والإجهاد، والانفعال، وتطور البنية المجهرية. وينطبق هذا الوصف على القطع المتصلبة بكامل مقطعها، والمكربنة، والمنترتة، والمعالجة بالتفريغ على حد سواء. فالحالة المعدنية قبل التبريد تحدد الشروط الابتدائية؛ أما الإخماد فلا يفعل سوى كشف كيفية تفاعل تلك الشروط مع الشكل والتقييد.

## 5. التبريد السريع بوصفه مسألة مقترنة بانتقال الحرارة والتحول

المعالجة الحرارية تسلسل تتفاعل فيه الحالة المعدنية الابتدائية والتبريد السريع والمراجعة الحرارية.

غالبًا ما يُوصَف التبريد السريع بأنه خطوة تبريد سريعة تحوّل الأوستنيت إلى مارتنسيت. إلا أن هذا الوصف غير مكتمل. فلا يبرد الجزء الفولاذي بمعدل موحّد في جميع أجزائه، كما أنه لا يتحول في كل موضع عند درجة الحرارة أو الزمن نفسيهما. وتتطور أبعاده النهائية ونمط الإجهادات المتبقية فيه من خلال تفاعل انتقال الحرارة، وتحول الطور، والقيد المرن، والجريان اللدن، والهندسة، وسُمك المقطع، والتاريخ الحراري للمادة، وظروف مائع التبريد السريع المحلية.

تتعامل المراجعة المنشورة عام 2022 بعنوان “Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels” في *Journal of Materials Engineering and Performance* مع هذه المتغيرات بوصفها نظامًا متفاعلًا، لا إعدادات مستقلة للعملية. ويظهر الاستنتاج نفسه في تقرير Worcester Polytechnic Institute بعنوان *Distortion and Residual Stress*: إذ يقترن تشوه التبريد السريع بانتقال الحرارة، وتحول الطور، والإجهاد، والانفعال، وتطور البنية المجهرية. وتكمن أهمية ذلك في أن تغيير متغير واحد قد يحسّن جانبًا من العملية بينما يزيد سوء جانب آخر.

### الفروق في التبريد بين السطح واللب

عندما يدخل مكوّن فولاذي ساخن إلى مائع التبريد السريع، يفقد السطح حرارته أولًا. ثم تتدفق الحرارة من اللب الأعلى حرارة نحو السطح الأبرد، ولذلك يتغير مجال درجة الحرارة باستمرار عبر المقطع. وقد تقترب حافة رقيقة من درجة حرارة مائع التبريد، بينما يظل مركز ترس أو عمود أو قالب أو مسبوكة سميكة أوستنيتيًا. وكلما ازداد سُمك المقطع، طال استمرار هذا التفاوت.

يؤدي الفرق في درجة الحرارة بين السطح واللب إلى توليد انفعال حراري. إذ يحاول السطح الأبرد أن ينكمش، بينما يقاوم الجزء الداخلي الأعلى حرارة هذا الانكماش. وعند درجات الحرارة المرتفعة، تكون مقاومة خضوع الفولاذ منخفضة نسبيًا، ولذلك قد يُستوعَب جزء من عدم التطابق بالتشوه اللدن. ومع انخفاض درجة الحرارة، تقل قدرة المادة على الجريان، وقد تنحبس الإجهادات داخل الجزء. وقد يظهر التشوه الناتج في صورة تقوس أو لا دائرية أو التواء أو تغير في قطر الثقب؛ كما قد تبقى الإجهادات المتبقية حتى عندما تبدو الأبعاد المقاسة مقبولة.

يضيف التحول انفعالًا ثانيًا يعتمد على الزمن. ففي الفولاذ الكربوني العادي أو الفولاذ منخفض السبائكية، قد يتحول السطح من الأوستنيت إلى المارتنسيت بينما يظل اللب أوستنيتًا ساخنًا. وينطوي التحول المارتنسيتي عمومًا على تمدد، في حين يؤدي تبريد الأوستنيت غير المتحول إلى انكماش حراري. ويكون السطح المتمدد في مرحلة مبكرة مقيدًا باللب. ثم، عندما يتحول اللب، يكون تمدده مقيدًا بالمنطقة الخارجية التي تحولت وأصبحت أبرد بالفعل. واستنادًا إلى نوع الفولاذ، ومسار التبريد، ودرجة الحرارة التي يتحول عندها كل جزء، قد تتغير حالة الإجهاد من إشارة إلى الإشارة المعاكسة أثناء التبريد السريع.

وقد يتشكل البينيت أو البرليت بدلًا من المارتنسيت إذا بردت منطقة ما ببطء شديد أو إذا لم يمتلك الفولاذ قابلية تصليب كافية. وتختلف انفعالات تحولهما وخواصهما الميكانيكية عن تلك الخاصة بالمارتنسيت. كما يمكن للأوستنيت المحتجز أن يضيف تغيرًا آخر في الأبعاد أثناء التبريد اللاحق أو المراجعة أو الخدمة أو التجليخ. ولذلك قد تمتلك مواضعان لهما الصلادة النهائية نفسها إجهادات متبقية مختلفة، إذا اتبعا مسارين حراريين ومساري تحول مختلفين.

تحدد مراجعة *International Journal of Materials and Product Technology* التدرجات الحرارية غير المنتظمة بوصفها مصدرًا رئيسيًا لتشوه التبريد السريع. ولا ينبغي اختزال هذه العبارة في أن «السطح يبرد بسرعة أكبر». فالمسألة المهمة هي التدرج المتطور والقيد الميكانيكي المرتبط به. وتتحكم الهندسة في كليهما. إذ تمتلك الزاوية الحادة مساحة سطح أكبر لكل وحدة حجم مقارنةً بجسر مركزي، بينما يغير الثقب الأعمى أو مجرى المفتاح أو الحافة الرقيقة أو السطح المتقطع وصول المائع المحلي وتدفق الحرارة. كما تتحول الطبقة المكربنة في فولاذ منخفض الكربون، مثل مكوّن مكربن من SAE 8620، بطريقة مختلفة عن لبه ذي المحتوى الكربوني الأقل. ويطرح مقطع من AISI 4140 مقسّى بالتصلب الكامل مسألة حرارية ومسألة تحول مختلفتين عن ذلك الجزء المقسّى سطحيًا.

### شدة التبريد السريع وتجانسه

لا تحدد أسماء أوساط التبريد السريع، بحد ذاتها، تاريخ التبريد.
| نوع وسط التبريد السريع | السمة العامة للعملية | الجانب الرئيسي محل التحكم |
|---|---|---|
| الماء | استخلاص سريع للحرارة | تدرجات حادة وصدمة حرارية |
| محلول بوليمري | يختلف سلوك التبريد باختلاف التركيز والتحريك | تجانس التركيز والتدفق |
| الزيت | تبريد أبطأ عمومًا | درجة الحرارة واللزوجة والدوران |
| الغاز | شدة أقل مع تدفق اتجاهي مضبوط | الضغط والسرعة ومدة التعرض |
| الملح المنصهر | استجابة حرارية مرحلية أو مضبوطة | حالة الحمام وتوقيت النقل |

تصف شدة التبريد السريع قدرة نظام التبريد على إزالة الحرارة من الفولاذ. ويعبّر تحليل Grossmann عن شدة التبريد بالمعلمة *H*، إلا أن *H* ليست ثابتًا ماديًا عامًا. فهي تعتمد على مائع التبريد، ودرجة الحرارة، والتحريك، وحالة السطح، واتجاه الجزء، والعلاقة بين المائع وسطح المكوّن. ويمكن لعملية تبريد بالماء أو بمحلول بوليمري أو بالزيت أو بالغاز أو بالملح المنصهر أن تنتج منحنيات تبريد مختلفة جدًا، كما يمكن لمائع التبريد الاسمي نفسه أن يتصرف بطريقة مختلفة في خزانات منفصلة.

#### تحذير بشأن التبريد السريع

اختَر شدة التبريد السريع بما يتوافق مع قابلية تقسية الفولاذ، وسماكة المقطع، والهندسة، والبنية المجهرية المطلوبة. يمكن للتبريد الأسرع أن يحسن التقسية في اللب، مع زيادة التدرجات وخطر التشقق.

تزيد الشدة الأعلى من معدل التبريد، وقد تعزز تشكل المارتنسيت في لب مقطع قابل للتصليب. لكنها قد تزيد أيضًا الفرق في درجة الحرارة بين السطح واللب، ولا سيما عندما يكون وصول المائع غير متجانس. وقد يؤدي ذلك إلى رفع الإجهاد الحراري والتشوه. ومع ذلك، فالتبريد الأبطأ ليس أكثر أمانًا تلقائيًا؛ إذ قد يسمح التبريد البطيء بتشكل البرليت أو البينيت في بعض المناطق، ويمدّد الفترة التي توجد خلالها فروق في درجات الحرارة، وينتج حالات عدم تطابق في التحول بين المقاطع المتجاورة. ولا توجد قاعدة عامة تقضي بأن التبريد الأشد يزيد التشوه دائمًا أو يقلله دائمًا.

والسؤال المناسب هو: كيف يتفاعل منحنى التبريد بأكمله مع الفولاذ والجزء؟ فقد تصل سبيكة عالية القابلية للتصليب إلى التحول المطلوب في اللب باستخدام تبريد متوسط الشدة، بينما قد تتطلب درجة أقل قابلية للتصليب تبريدًا أسرع. وقد يقلل التبريد الشديد التشوه في هندسة معينة من خلال تقصير الزمن المتاح للتبريد التفاضلي، لكنه قد يزيده في هندسة أخرى بفرض تدرج لحظي أكبر أو بالتسبب في غليان غير منتظم. وتربط مراجعة *Journal of Materials Engineering and Performance* لعام 2022 التشوه والإجهاد المتبقي تحديدًا بتفاعل اختيار مائع التبريد، وشدة التبريد، والهندسة، وسُمك المقطع، وانتقال الحرارة، وتحول الطور.

ومن ثم، فإن التجانس لا يقل أهمية عن الشدة الاسمية. فإذا تلقى أحد جانبي صفيحة حركة قوية للمائع، بينما يقع الجانب المقابل في منطقة ساكنة، فقد يتحول الجانبان في أوقات مختلفة. وقد يطور عمود طويل معدلات تبريد مختلفة على امتداد طوله بسبب تدفق الخزان، أو التركيبات، أو تأثيرات النهايات، أو التباين في المساحة المعرضة. وقد تحجب الأجزاء المعبأة بكثافة بعضها عن بعض. كما يمكن للسلال، والحوامل، والأقنعة، ونقاط التلامس أن تُحدث فروقًا محلية في انتقال الحرارة، تكون كبيرة بما يكفي لتغيير الصلادة والشكل. \[4\] \[4\] [**Metallurgy of Heat Treatment**](https://materialsdata.nist.gov/bitstream/handle/11115/189/Metallurgy%20of%20Heat%20Treatment.pdf). Authors of Metallurgy of Heat Treatment. National Institute of Standards and Technology materials-data archive.

الإجهاد المتبقي ليس مرادفًا للتشوه. فقد يحتفظ جزء ما بإجهاد ذاتي متزن بدرجة كبيرة مع تغير أبعاده قليلًا في البداية، بينما قد يتشوه جزء آخر بصورة واضحة لأن اختلالًا أصغر في الإجهاد يؤدي إلى جريان لدن. وتصبح هذه التفرقة مهمة أثناء التشغيل الآلي. إذ يذكر كتاب *Metallurgy of Heat Treatment*، المحفوظ في أرشيف National Institute of Standards and Technology، أن إجهادات التبريد السريع غير المزالَة قد تسبب التواءً عندما تؤدي إزالة المادة إلى اضطراب توازن الإجهاد الأصلي. فالجزء المستقيم بعد التبريد السريع ليس بالضرورة خاليًا من الإجهاد.

### درجة حرارة مائع التبريد وحركته وسلوك الغليان

يزيل مائع التبريد الحرارة عبر عدة مراحل، وتتأثر هذه المراحل بشدة بدرجة حرارة المائع وحركته. ففي الماء أو الزيت، قد يولد سطح فولاذ ساخن في البداية غلافًا بخاريًا. وتعزل هذه الطبقة السطح، وقد تجعله يبرد بفاعلية أقل مما هو متوقع. وعندما تنهار طبقة البخار، يمكن للغليان النويّي أن يزيل الحرارة بسرعة أكبر بكثير. وعند انخفاض درجات حرارة السطح، يتراجع الغليان ويصبح الحمل الحراري آلية التبريد الرئيسية.

ونادرًا ما يكون الغشاء البخاري منتظمًا حول مكوّن حقيقي. فقد يستمر على سطح متجه إلى أعلى، أو ينهار قرب حافة، أو ينقطع بصورة غير منتظمة حول زاوية. وتنتج هذه الفروق المحلية تبريدًا غير متجانس. ولهذا السبب يمكن للتحريك أن يقلل التشوه، رغم أن التحريك يزيد غالبًا متوسط شدة التبريد: إذ تعمل الحركة على تفكيك الأغلفة البخارية وتحسين التجانس. إلا أن الحركة المفرطة أو الموجهة بصورة سيئة قد تنشئ مجالات جريان محلية مختلفة، وقد تزيد شدة التبريد على أحد الأوجه أكثر من الوجه الآخر.

وتغير درجة حرارة مائع التبريد لزوجته، وسلوك غليانه، وسعته الحرارية، واستقرار الغشاء البخاري. وقد يوفر الماء البارد استخلاصًا سريعًا للحرارة، لكنه قد يولد أيضًا تدرجات حادة وصدمة حرارية كبيرة. ويبرد الزيت الأدفأ عادةً ببطء أكبر، بينما يغير تركيز البوليمر معدل التبريد وكذلك الانتقال بين الغليان والحمل الحراري. ويكون التبريد بالغاز أقل شدة، لكنه قد يوفر جريانًا موجهًا ومضبوطًا في المعالجة الحرارية بالتفريغ. وينبغي أن تستند المقارنة الصحيحة إلى منحنيات تبريد مقاسة في مواضع ذات صلة، لا إلى اسم مائع التبريد وحده.

كما يهم تصميم الخزان وحركة الجزء. فقد يؤدي الدوران إلى معادلة التبريد المحيطي في جزء أسطواني، إلا أن سرعة الدوران غير المناسبة قد تغير إزالة البخار من دون تصحيح الفروق المحورية. وقد يمر مكوّن يُنزَل داخل الخزان بتاريخ حراري مختلف عن مكوّن يُغمَر دفعة واحدة. ويجب أخذ وصول المائع المحلي حول الثقوب، والأسنان، والتجاويف، والتركيبات الملامسة في الحسبان.

وتحدد ASM International الإجهادات المتبقية الحرارية، وإجهادات التحول، وإجهادات التصليب بوصفها مساهمات متميزة في الفولاذ المقسّى والمراجَع، كما تسمي إرشاداتها الخاصة بتصميم المعالجة الحرارية تقليل التشوه والإجهادات المتبقية غير المرغوبة معيارين أساسيين للتصميم. ويتطلب تحقيق هذين المعيارين التحكم في تسلسل التبريد السريع بأكمله: مجال درجة الحرارة بين السطح واللب، وتوقيت التحول ومداه، واستجابة الإجهاد والانفعال اللدن، والتجانس المكاني لإزالة الحرارة. فالتبريد السريع ليس معدل تبريد واحدًا، بل هو شرط حدّي حراري ومعدني متحرك يُطبَّق على مادة صلبة مقيدة ومتغيرة.

## 6. التحولات الطورية والانفعال الناجم عن التحول

لا يبرد الفولاذ بوصفه جسماً صلباً مرناً متجانساً. أثناء التبريد السريع، قد يمر السطح عبر نطاق تحول بينما يظل القلب أوستنيتياً؛ ثم يتحول القلب لاحقاً تحت حالة إجهاد مختلفة وبمعدل تبريد مختلف. ولذلك يتبع كل جزء مساره الحراري والمعدني الخاص. وتتحدد الأبعاد الناتجة بفعل التأثيرات المشتركة للانكماش الحراري، وانفعال التحول الطوري، والإجهاد المرن، والجريان اللدن، والهندسة، والتقييد.

تفصل ASM International الإجهادات المتبقية الناتجة عن المعالجة الحرارية إلى مساهمات حرارية وتحولية وتصلبية. وتساعد هذه الفئات في وصف الآليات، لكنها ليست مستقلة في المكوّن الفعلي. فتدرج درجة الحرارة يولّد إجهاداً؛ ويغيّر هذا الإجهاد الانفعال المصاحب للتحول؛ كما تغيّر المنطقة المتحولة حجمها وصلابتها، مما يؤدي بدوره إلى إعادة توزيع الإجهاد في المادة المجاورة. ولذلك تتعامل المراجعة المنشورة عام 2022 بعنوان *الإجهاد المتبقي والتشوه أثناء التقسية بالتبريد للفولاذ: مراجعة*، التي أعدها مؤلفوها في *مجلة هندسة المواد وأدائها*، مع انتقال الحرارة، والتحول الطوري، والهندسة، وسماكة المقطع، واختيار وسيط التبريد، وشدة التبريد بوصفها متغيرات متفاعلة، لا عوامل تصحيح منفصلة.

### بدء التحول وانتهاؤه عبر المقطع

عند تحول الأوستنيت أثناء التبريد، لا تكون درجات الحرارة المهمة قيماً مفردة للجزء بأكمله، بل أحداثاً محلية. يبدأ البرليت عند درجة حرارة بدء البرليت المحلية وينتهي عند درجة حرارة أقل؛ ويبدأ البينايت عند درجة حرارة بدء البينايت، التي يُرمز إليها عادةً بـ Bs، وينتهي قرب Bf. يبدأ المارتنسيت عند Ms، ويتقدم مع انخفاض درجة الحرارة باتجاه درجة حرارة انتهاء المارتنسيت، Mf. وتؤدي تركيبة السبيكة، وحجم حبيبات الأوستنيت، ومحتوى الكربون، والمعالجة السابقة، ومعدل التبريد إلى إزاحة هذه الدرجات وتغيير الكسر المتكون.

قد يصل سطح مقطع رقيق إلى Ms بينما يظل مركز مقطع سميك فوق نطاق البينايت أو البرليت. ففي مكوّن من فولاذ AISI 4140 خضع للتبريد السريع، يمكن للطبقة الخارجية، على سبيل المثال، أن تكوّن المارتنسيت أولاً، فتكتسب انفعال التحول بينما يظل القلب الساخن ينكمش حرارياً ويبقى أكثر قابلية للتشوه نسبياً. وعندما يتحول القلب لاحقاً، يكون مقيداً بالقشرة المتصلبة. ولذلك يمكن للفولاذ الاسمي نفسه أن يحتوي على مارتنسيت عند السطح، وبينايت أو برليت في الجزء الداخلي الذي برد ببطء، وإجهادات متبقية مختلفة عبر منطقة الانتقال.

تُظهر مخططات التحول هذا التنافس بدلالة الزمن ودرجة الحرارة، وليس بدلالة درجة الحرارة وحدها. وقد يتجاوز مسار التحول بالتبريد المستمر نطاقي البرليت والبينايت إذا كان التبريد سريعاً بما يكفي، إلا أن سماكة المقطع واستخراج الحرارة يحددان ما إذا كان ذلك الشرط ينطبق في جميع المواضع. كما يغيّر التحريك، ودرجة حرارة وسيط التبريد، وتكوّن غشاء البخار، واتجاه الجزء، والهندسة المحلية مسار التبريد. فالحواف الحادة، والثقوب، والوصلات الرقيقة، والنتوءات السميكة لا تبرد في الوقت نفسه.

ولا يشير «بدء التحول» إلى مجرد تغير يمكن رؤيته في صورة مجهرية، بل يحدد أيضاً بداية عملية مولّدة للانفعال. فقبل التحول، يمكن للمنطقة الأوستنيتية أن تحمل الإجهاد الحراري مرناً ولدنياً. وبمجرد بدء تكوّن الفيريت أو السمنتيت أو البينايت أو المارتنسيت، يتغير معامل المرونة المحلي، ومقاومة الخضوع، والكثافة، وسلوك التمدد الحراري. ولا يعني انتهاء التحول أن كل الحركة البعدية أو تطور الإجهاد قد توقف؛ إذ يمكن أن تستمر درجة الحرارة في التغير، كما قد يستمر توزع الكربون في بعض النواتج، وقد يبقى أوستنيت غير متحول.

اللدونة التحولية **اللدونة التحولية** تشوه لدن يساعد عليه تحول طوري تحت تأثير إجهاد مطبق أو متولد داخليًا.

### تغير الحجم واللدونة التحولية

تختلف كثافة الأطوار الناتجة عن كثافة الأوستنيت، ولذلك يغير التحول الحجم. وتعتمد إشارة التغير ومقداره على التركيب والناتج. فعادةً ما يكون للمارتنسيت حجم نوعي أكبر من الأوستنيت الأم، ولا سيما مع ارتفاع محتوى الكربون، بينما يعمل الانكماش الحراري في الاتجاه المعاكس أثناء التبريد. كما ينتج البينايت والبرليت انفعالات تحول، وإن اختلفت بنيتهما المجهرية، وتوزيع الكربون فيهما، ودرجة حرارة تحولهما عن تلك الخاصة بالمارتنسيت.

ولا تتمثل النتيجة البعدية المهمة في قيمة واحدة للتمدد الحر. فقد تتغير أبعاد عينة صغيرة تتحول بصورة متجانسة من دون أن تنحني. أما المكوّن الفعلي فيتحول تدريجياً عبر مقطعه، ولذلك تقيد طبقةٌ طبقةً أخرى. وإذا تجاوز انفعال التحول المحلي مقدارَ التكيف المرن المتاح، يحدث تشوه لدن. وعندئذ يمكن للمكوّن أن يحتفظ بالتشوه بعد عودته إلى درجة حرارة الغرفة، حتى عندما يبدو متوسط تغير الحجم النهائي متواضعاً.

اللدونة التحولية هي الانفعال اللدن الإضافي الناتج عندما يحدث تحول طوري بينما تكون المادة واقعة تحت إجهاد مسلط أو داخلي. ولا يتطلب ذلك أن يكون الإجهاد مرتفعاً بما يكفي لإحداث جريان لدن عادي في الأوستنيت غير المتحول. إذ يغير التحول استجابة المادة للتشوه، بينما يوجّه الإجهاد اتجاه الانفعال الناتج أو يغير مقداره. ولذلك يمكن لحلقة أو صفيحة أو سن ترس أن ينحني أو يلتوي أو يغير قطره أثناء مرور جبهة التحول خلاله.

تفسر هذه الآلية سبب ترابط الإجهاد المتبقي والتشوه، مع أنهما ليسا متطابقين. فالإجهاد المتبقي هو مجال إجهاد متزن ذاتياً يبقى بعد التبريد وإزالة الحمل؛ أما التشوه فهو تغير دائم في الشكل أو الأبعاد. وقد يوجد الإجهاد مع تشوه مرئي ضئيل إذا وازنت الهندسة والمناطق المتقابلة تأثيره. وعلى العكس، يمكن لللدونة التحولية أن تحول مجال إجهاد داخلي غير متجانس إلى التواء أو تقوس. ويصف تقرير *معهد ووستر للفنون التطبيقية* تشوه التبريد السريع بأنه مسألة مترابطة تشمل انتقال الحرارة، والتحول الطوري، والإجهاد، والانفعال، والتطور البنيوي المجهري؛ وهو وصف أدق من التعامل مع التشوه بوصفه مشكلة مرتبطة بوسط التبريد وحده.

### المارتنسيت والبينايت والبرليت والأوستنيت المحتجز

غالباً ما يكون المارتنسيت أكبر مصدر منفرد لانفعال التبريد السريع في الفولاذ المتصلب. فهو يتكون بتحول قصي لا انتشاري، ولذلك يبقى الكربون محبوساً في بنية رباعية مركزية الجسم فائقة الإشباع، بدلاً من توزعه ببطء بين الفيريت والسمنتيت. ويؤدي تكوّنه إلى زيادة سريعة في الحجم وإلى انفعال شكلي. ولأن المارتنسيت يتكون ضمن مجال من درجات الحرارة لا عند لحظة واحدة، يمكن لأجزاء مختلفة من المكوّن أن تتحول تحت ظروف تقييد مختلفة. وتكون القشرة المارتنسيتية الصلبة المحيطة بقلب أكثر ليونة عرضة بوجه خاص لإعادة توزيع الإجهاد.

يتكون البينايت عند درجات حرارة أدنى من نطاق البرليت وأعلى من نطاق بدء المارتنسيت، مع أن المجالات الدقيقة تعتمد على كيمياء السبيكة وتاريخ التبريد. ويختلف البينايت العلوي والبينايت السفلي في البنية المجهرية وسلوك الانفعال. وقد يؤدي التحول البينايتي إلى تغيرات بعدية كبيرة، ولا سيما عندما يحدث بصورة غير متجانسة في مقاطع سميكة أو معقدة. وقد يقلل من كسر المارتنسيت ويغير نمط الإجهاد النهائي، لكنه لا يزيل تشوه التحول.

يتكون البرليت من خلال النمو التعاوني للفيريت والسمنتيت عند درجات حرارة تحول أعلى نسبياً. ويجري استيعاب انفعال تحوله عموماً خلال فترة أطول من فترة تكوّن المارتنسيت، مما يتيح قدراً أكبر من الاسترخاء الحراري واللدن. غير أن ذلك لا يجعل البرليت غير مهم من الناحية البعدية. فقد يفرض قلب بطيء التبريد، يتكون فيه البرليت بينما يكون السطح قد تصلب بالفعل، تقييداً على القشرة، وقد يتحرر الإجهاد الناتج لاحقاً أثناء التشغيل الآلي.

الأوستنيت المتبقي **الأوستنيت المتبقي** أوستنيت يبقى دون تحول بعد التبريد، وقد يتحول لاحقًا أثناء المراجعة الحرارية أو الخدمة أو التجليخ أو التخزين.

الأوستنيت المحتجز هو الأوستنيت الذي يبقى تحت درجة حرارة الغرفة لأن درجة حرارة Mf المحلية لم تُبلَغ، أو لأن الكربون وعناصر السبيكة تعمل على تثبيته. ويمكن للفولاذ عالي الكربون، والقشور المكربنة، والدرجات شديدة السبك أن تحتفظ بكميات كبيرة منه. ويغير وجوده كلاً من الأبعاد الفورية والاستقرار البعدي اللاحق. وأثناء الخدمة أو المراجعة أو المعالجة تحت الصفر أو التجليخ أو التحميل اللاحق، قد يتحول الأوستنيت المحتجز إلى مارتنسيت أو إلى ناتج آخر. ويمكن لذلك التحول اللاحق أن يزيد الحجم ويغير الشكل بعد اكتمال المعالجة الحرارية الاسمية.

ويُعد هذا التغير المتأخر أحد أسباب عدم إمكانية قصر الفحص البعدي دائماً على مرحلة خروج المكوّن من الفرن. فقد يجتاز المكوّن القياس الأولي، ثم يتحرك أثناء المراجعة أو التجليخ النهائي. ويشير كتاب NIST بعنوان *علم معادن المعالجة الحرارية* إلى أن إجهادات التبريد غير المفرغة يمكن أن تسبب التقوس أثناء التشغيل الآلي عندما تؤدي إزالة المادة إلى اختلال توازن الإجهاد المتبقي. ولذلك تحدد إرشادات ASM لتصميم المعالجة الحرارية تقليل التشوه والإجهاد المتبقي غير المرغوب فيه بوصفهما معيارين أساسيين للتصميم. ويجب النظر في الكسور الطورية، ودرجات حرارة التحول، والأوستنيت المحتجز معاً، إلى جانب سماكة المقطع وانتظام التبريد السريع، لا إضافتها بوصفها تصحيحات لاحقة.

## 7. الهندسة، وسُمك المقطع، وتصميم المكوّنات

تحدد الهندسة مدى سرعة دخول الحرارة إلى المكوّن الفولاذي وخروجها منه، وموضع بدء التحول، ومقدار تمدد كل منطقة أو انكماشها من دون تقييد. لذلك، فإن تطبيق عملية التبريد نفسها على عمود من AISI 4140 وعلى صفيحة من AISI 4140 تحتوي على أضلاع ونتوءات وثقوب عمياء لن ينتج نمط الإجهاد نفسه. ولا تزال الدرجة، وقابلية التصلد، والبنية المجهرية السابقة، ومعدل التسخين، وممارسات الأستنة، ووسط التبريد عوامل مهمة، إلا أن شكل المقطع هو الذي يحدد كيفية توزّع هذه المتغيرات عبر المكوّن.

تحدد ASM International الإجهادات الحرارية، وإجهادات التحول، والإجهادات المتبقية الناتجة عن التصلد بوصفها عوامل منفصلة تسهم في الإجهادات المتبقية في الفولاذ المقسّى والمُراجَع. لكنها لا تبقى منفصلة في المكوّن الحقيقي. إذ يؤدي اختلاف درجة الحرارة إلى انفعال حراري، ويضيف اختلاف التحول انفعال التحول، بينما تقيّد المادة المحيطة كلا الانفعالين، فتنتج إجهادات مرنة، وعندما يتجاوز الإجهاد الموضعي مقاومة الجريان، يحدث تشوه لدن. ولذلك، تتعامل المراجعة المنشورة عام 2022 في *مجلة هندسة المواد وأدائها* مع انتقال الحرارة، والتحول الطوري، والهندسة، وسُمك المقطع، واختيار وسط التبريد، وشدة التبريد بوصفها عوامل متفاعلة، لا مدخلات مستقلة.

![مخطط لمحور ومتن فولاذيين يوضحان معدلات تبريد مختلفة عند منطقة الانتقال من مقطع سميك إلى مقطع رقيق](/images/uploads/425cfc88-60d7-4be9-871c-da11bb2a3a2c/wiki-inline-a-steel-component-with-a-thick-hub-thin-web-and-filleted-transition-showing-diff-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/425cfc88-60d7-4be9-871c-da11bb2a3a2c/wiki-inline-a-steel-component-with-a-thick-hub-thin-web-and-filleted-transition-showing-diff-1920x1288.avif "تكبير الصورة — مخطط لمحور ومتن فولاذيين يوضحان معدلات تبريد مختلفة عند منطقة الانتقال من مقطع سميك إلى مقطع رقيق")Section changes alter heat flow, transformation timing, and local restraint.

### الانتقالات من المقاطع السميكة إلى الرقيقة والكتلة الحرارية

تحتوي المنطقة السميكة على كتلة حرارية أكبر لكل وحدة من مساحة السطح مقارنة بالمنطقة الرقيقة. وأثناء التسخين، قد يصل المقطع الرقيق إلى درجة حرارة الأستنة أولًا، في حين تظل المنطقة السميكة أكثر برودة عند لبّها. وأثناء التبريد، ينعكس التسلسل بطريقة مختلفة: إذ تفقد المنطقة الرقيقة حرارتها بسرعة، بينما تحتفظ المنطقة السميكة بالحرارة، وقد تستمر في التحول بعد أن تكون المنطقة الرقيقة قد تصلّدت بالفعل. وبالتالي، قد تختلف المسارات الزمنية لدرجات حرارتهما، وأزمنة التحول، وكسور المارتنسيت، وتغيرات الحجم الموضعية.

ويُعد الكتف المفاجئ بين نتوء بقطر 40 mm ومتن بسمك 10 mm منطقة تقييد نموذجية. فقد ينكمش المتن بينما يظل النتوء ساخنًا ومتمددًا من الناحية البُعدية. ثم ينكمش النتوء لاحقًا، وقد يسحب المتن إلى شكل مختلف. وإذا تحولت المنطقة الأكثر سماكة في وقت لاحق، فإن تمددها أو انكماشها قد يغير حالة الإجهاد التي نشأت أثناء المرحلة الأولى من التبريد. وقد تكون النتيجة خضوعًا موضعيًا، أو تركّزًا للإجهادات المتبقية، أو تغيرًا بُعديًا لا يمكن التنبؤ به من خلال مجرد إضافة سماحية لانكماش تبريد موحد.

ينبغي أن يفضّل التصميم الانتقالات التدريجية، مثل أنصاف الأقطار الكبيرة، والمتون المتدرجة، والنتوءات المندمجة تدريجيًا، وسماكات الجدران الأقرب إلى التوحّد. ولا يلغي التغير التدريجي التدرجات الحرارية، لكنه يوزعها على مسافة أكبر ويقلل التقييد الحاد المفروض عند حد مقطع واحد. وعندما يتعذر تجنب المقطع السميك، ينبغي أن يحدد الرسم الهندسي منطقة الانتقال بوصفها سمة مرتبطة بالمعالجة الحرارية، لا مجرد تفصيل متعلق بالتشغيل الآلي. وعندئذ يمكن لمحاكاة التسخين والتبريد أن تدرس التاريخ المحلي لدرجة الحرارة والتحول الطوري، بدلًا من التعامل مع المكوّن على أنه كتلة متجانسة.

وينطبق المبدأ نفسه على الأجزاء المكربنة، والمنترتة، والمقسّاة بالحث. فوجود طبقة سطحية صلبة فوق لبّ لين أو بطيء التبريد ينشئ عدم تطابق آخر مرتبط بالسماكة. وتغير عمليات التقسية السطحية وتقسية الطبقة موضع الإجهاد المتبقي ومقداره، كما نوقش في الجزأين الأول والثاني من دراسة *المجلة الدولية للمواد وتكنولوجيا المنتجات*. وقد يؤدي التجليخ النهائي أيضًا إلى تحرير هذه الإجهادات أو إعادة توزيعها. ويشير أرشيف بيانات المواد التابع للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، في *علم الفلزات للمعالجة الحرارية*، إلى أن إجهادات التبريد غير المحررة قد تسبب الالتواء أثناء التشغيل الآلي، لأن إزالة المادة تغير توازن الإجهادات المتبقية.

ولذلك، ينبغي للمصممين ترك سماحية تشغيلية مع مراعاة التقييد، وإسناد المناطق الرقيقة أثناء المعالجة حيثما كان ذلك عمليًا، وتحديد إزالة إجهادات وسيطة أو مراجعة عندما يتطلب تسلسل العملية ذلك. ولا تمثل السماحية ضمانًا ضد الحركة؛ فهي تتيح فقط إجراء تصحيح مضبوط بعد عمليات توليد الإجهاد الرئيسية.

### التناظر، وعدم الاتزان، وأنماط الالتواء

يميل الجزء المتناظر هندسيًا إلى تكوين انفعالات حرارية وانفعالات تحول أكثر اتزانًا. ولا يضمن التناظر انعدام التشوه، لأن جريان وسط التبريد، والتثبيت، والتحميل، والتاريخ المادي يمكن أن تخلّ بهذا الاتزان. لكنه يزيل مصدرًا رئيسيًا من مصادر التقييد غير المتساوي. ويبرد المكوّن غير المتناظر بمعدلات مختلفة على جانبيه المتقابلين، وقد يتحول أحد الجانبين في وقت أبكر أو يصل إلى حالة مختلفة من المارتنسيت أو البينايت أو الأوستنيت المحتجز. وينتج عن الانفعال غير المتساوي انحناء أو التواء.

وقد تنحني صفيحة مسطحة ذات ضلع ثقيل واحد نحو الضلع أو بعيدًا عنه، مع خضوع الجانبين لمسارات مختلفة من الانكماش. ويمكن لعمود ذي مجرى مفتاح لا مركزي أن ينحني أو يلتوي، لأن جانب المجرى يحتوي على كتلة أقل وله مساحة سطح تبريد مختلفة. وقد تتحول حلقة ذات سماكة جدار غير متساوية إلى شكل بيضوي بدلًا من بقائها دائرية. وإذا اختلفت الفروق الحرارية وفروق التحول على طول الجزء، فقد يحدث أيضًا تدرج في الحلقة أو العمود. وهذه أنماط نموذجية وليست نتائج عامة؛ إذ يعتمد الاتجاه والمقدار على درجة الفولاذ، وقابلية التصلد، وأبعاد المقطع، وشدة التبريد، والتحريك، والاتجاه، والتقييد.

#### أنماط التشوه

- **التقوس** انحناء على امتداد محور صفيحة أو قضيب أو عمود.
- **الالتواء** دوران زاوي على امتداد الطول.
- **البيضاوية** فقدان الشكل الدائري في الحلقات والأجزاء الأسطوانية.
- **التدرج المخروطي** تغير تدريجي في البعد على امتداد طول ما.
- **النمو أو الانكماش** تغير في الأبعاد ناتج عن التحول أو الانكماش الحراري أو تحرير الإجهاد.

للتغيرات البُعدية الشائعة تعبيرات هندسية مميزة:

- **الانحناء** هو تقوس على امتداد محور صفيحة أو قضيب أو عمود، ويرتبط غالبًا بانفعال غير متساوٍ بين السطحين المتقابلين.
- **الالتواء** هو دوران زاوي على امتداد الطول، وتساعد على حدوثه عادةً الأضلاع أو المفاتيح أو الفتحات غير المتناظرة، أو عدم تساوي وصول وسط التبريد.
- **البيضاوية** هي فقدان الشكل الدائري في الحلقات والأجزاء الأسطوانية عندما يكون التبريد أو التحول حول المحيط غير متساوٍ.
- **التدرج المخروطي** هو تغير تدريجي في البعد على امتداد الطول، تسببه تغيرات المقطع أو انتقال الحرارة أو تاريخ التحول.
- قد يحدث **النمو** مع التحول أو سلوك الأوستنيت المحتجز، في حين قد ينتج **الانكماش** عن الانكماش الحراري، وانفعال التحول، وتحرير إجهادات التشغيل الآلي.

وقد تجتمع هذه الأنماط. فقد ينمو ترس مُبرَّد عبر اتجاه قياس معين، ويصبح بيضويًا قليلًا، ويتطور فيه خلوص محوري. ويكون وصف الجزء بأنه يعاني من «تشوه التبريد» أقل فائدة من تحديد النمط المقاس وربطه بالهندسة التي أوجدت التقييد غير المتساوي.

ويضع كتاب ASM بعنوان *المبادئ الأساسية وإرشادات التصميم للمعالجة الحرارية للفولاذ* تقليل التشوه والإجهادات المتبقية غير المرغوبة ضمن معايير التصميم الأساسية للمعالجة الحرارية. ويفضّل هذا المبدأ المقاطع العرضية المتزنة، والسمات المتمركزة، والإسناد الموحد، وإتاحة وصول وسط التبريد بصورة متشابهة حول المكوّن. كما يؤيد تصميم أسطح الإسناد ونقاط الفحص وفق نمط التشوه المتوقع، بدلًا من افتراض أن كل بُعد سيتغير بالمقدار نفسه.

### الثقوب، والحواف، والزوايا، والتغيرات الحادة في المقطع

الثقب ليس تفصيلًا فارغًا من منظور انتقال الحرارة. فقد يبرد سطحه الداخلي من اتجاه يختلف عن اتجاه السطح الخارجي، في حين قد تكون الكتلة الحرارية للمادة المحيطة بثقب صغير محدودة. ويمكن للثقب النافذ أيضًا أن يسمح بدخول وسط التبريد وأن ينشئ اختلافات موضعية في الجريان. أما الثقوب العمياء فتتصرف بصورة مختلفة، لأن نهاياتها قد تحتفظ بالحرارة وتقيّد حركة السائل. وتترك الثقوب المتقاربة جسورًا رقيقة تبرد وتتحول بسرعة، بينما تظل المنطقة المادية المحيطة بها أكثر سخونة وأكثر تعرضًا للتقييد.

ولذلك، ينبغي أخذ حجم الثقوب، وتباعدها، وعمقها، واتجاهها في الاعتبار أثناء تصميم المعالجة الحرارية. وعندما تكون الدقة البُعدية حرجة، ينبغي تجنب وضع ثقب صغير بجانب نتوء ثقيل أو كتف داخلي حاد، ما لم يُقيَّم الإجهاد والتشوه الموضعيان الناتجان. كما ينبغي ترتيب نمط الثقوب بصورة متناظرة بالقدر الذي تسمح به الوظيفة. وبالنسبة إلى المكوّنات المكربنة أو المنترتة، يضيف عمق الطبقة المحدد واللب غير المتحول تفاعلًا آخر بين الهندسة والإجهادات المتبقية.

تتميز الحواف والزوايا بنسبة مرتفعة بين مساحة السطح والحجم، وغالبًا ما تبرد قبل الأسطح العريضة. وقد يطور الركن الخارجي الحاد تدرجًا حراريًا شديدًا من الحافة إلى الداخل. ويمكن للركن الداخلي أن يحتفظ بالحرارة، ويقيّد جريان وسط التبريد، ويركّز الإجهاد في الوقت نفسه. ولذلك قد يتحول الركن في وقت يختلف عن وقت تحول أي من السطحين المتصلين به. كما تحتوي الحواف الحادة على مادة أقل متاحة لتوزيع الانفعال، مما يجعل التشوه اللدن الموضعي والتشقق أكثر احتمالًا أثناء التبريد الشديد.

وتقلل أنصاف الأقطار الكبيرة والشطفات من كلٍّ من عدم الاستمرارية الحرارية وتركيز الإجهاد الميكانيكي. وينبغي تحديد أبعادها مع مراعاة متطلبات التشغيل الآلي، والتعب، والطلاء، والتقسية؛ فقد يظل نصف القطر الملائم للتشغيل الآلي صغيرًا جدًا بالنسبة إلى تبريد شديد. وتحدد *المجلة الدولية للمواد وتكنولوجيا المنتجات* التدرجات الحرارية غير المنتظمة بوصفها مصدرًا رئيسيًا لتشوه التبريد، بينما يصف معهد ورسستر للفنون التطبيقية الظاهرة بأنها اقتران بين انتقال الحرارة، والتحول الطوري، والإجهاد، والانفعال، والتغير البنيوي المجهري. ولا يمكن لتصميم المكوّنات فصل هذه الأحداث بعضها عن بعض، لكنه يستطيع جعل تفاعلها أقل حدة. كما يربط كلٌّ من وزارة الطاقة الأمريكية وجامعة أيوا الإجهادات الحرارية والمتبقية في المسبوكات الفولاذية بالتشوه، والتشقق، وإعادة العمل، وإصلاح اللحام، والأخطاء البُعدية، وانخفاض أداء الخدمة. ويجب إدراج تاريخ الصب، بما في ذلك الدورات الحرارية السابقة وظروف التصلب المحلية، عند التنبؤ بالأبعاد النهائية والإجهادات المتبقية.

## 8. مقاطع الإجهادات المتبقية بعد التبريد السريع

لا يترك التبريد السريع الجزء الفولاذي بقيمة واحدة من الإجهاد المتبقي، بل يترك مجالًا إجهاديًا ثلاثي الأبعاد يتغير من السطح إلى القلب، وحول الزوايا، وعلى امتداد التغيرات في سُمك المقطع، وبالقرب من الثقوب ومجارِي المفاتيح والأنصاف الملساء والأسطح المتقطعة. وينتج المقطع النهائي عن التنافس بين الانكماش الحراري، وانفعال التحول الطوري، والتقييد المرن، والجريان اللدن الموضعي. وتقسم ASM International هذه المساهمات إلى إجهادات متبقية حرارية، وتحولية، وإجهادات التصلد، مع أن الآليات تتفاعل خلال دورة التسخين والتبريد نفسها ([ASM International](https://doi.org/10.31399/asm.hb.v04b.a0005936 "ASM International")).

يرتبط الإجهاد المتبقي بالتشوه، لكنهما ليسا متماثلين. فقد يحتفظ الجزء بإجهاد كبير مع إظهار تغير أبعادي ضئيل، لأن الانفعالات المتعاكسة توازن بعضها بعضًا. وعلى العكس، يمكن لمجال إجهاد متواضع أن يسبب تقوسًا ملحوظًا عندما تؤدي الخراطة أو التجليخ أو أحمال الخدمة إلى إزالة التقييد الذي كان يحافظ على استقرار الشكل الأصلي.

![مخطط لمقطع الإجهاد المتبقي عبر أسطوانة فولاذية مبردة بسرعة](/images/uploads/3ca82320-70c1-4785-85e8-c62d27fd7b64/wiki-inline-a-quenched-steel-cylinder-with-a-through-section-residual-stress-profile-showing-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/3ca82320-70c1-4785-85e8-c62d27fd7b64/wiki-inline-a-quenched-steel-cylinder-with-a-through-section-residual-stress-profile-showing-1920x1094.avif "تكبير الصورة — مخطط لمقطع الإجهاد المتبقي عبر أسطوانة فولاذية مبردة بسرعة")A quenched section can contain balancing compressive and tensile regions from surface to core.

### أنماط الإجهاد في السطح والقلب

تعتمد دلائل الإجهاد المتبقي على التسلسل، لا على كلمة «تبريد سريع» وحدها.
| تسلسل التبريد والتحول | نمط الإجهاد النهائي المحتمل | المتغيرات المهمة |
|---|---|---|
| ينكمش السطح أولًا؛ بينما يظل اللب ساخنًا | قد يتطور شدّ سطحي في مرحلة مبكرة | تدرج التبريد والخضوع عند درجات الحرارة المرتفعة |
| ينكمش اللب أو يتحول لاحقًا | قد يبقى السطح في حالة ضغط واللب في حالة شد | توقيت التحول والتقييد |
| تبريد غير متساوٍ حول ميزة هندسية | مناطق محلية مختلطة من الشد والضغط | الهندسة، وإتاحة وصول المائع، وسماكة المقطع |

يُعد النمط المألوف الذي يكون فيه سطح الفولاذ المبرد سريعًا تحت إجهاد انضغاطي وقلبه تحت إجهاد شد شائعًا، لكنه ليس قاعدة عامة. ففي المرحلة المبكرة من التبريد السريع، يبرد السطح وينكمش، بينما يقيّد الجزء الداخلي الأعلى حرارة هذا الانكماش. ولذلك قد يدخل السطح في إجهاد شد، يتجاوز أحيانًا حد خضوعه، في حين يوضع القلب تحت إجهاد انضغاطي. ومع استمرار التبريد، ينكمش القلب وقد يتحول بعد أن يكون السطح قد برد بدرجة كبيرة. وعندئذ يمكن أن ينعكس نمط الإجهاد، فيبقى السطح انضغاطيًا والجزء الداخلي شدّيًا.

ويعقد التحول المارتنسيتي هذا التسلسل. يتمدد الأوستنيت عند تحوله إلى المارتنسيت، وتعتمد كمية التمدد على محتوى الكربون، وتركيب السبيكة، ودرجة حرارة التحول، والكسر المتحول. فإذا تحول السطح أولًا، قُيّد تمدده بواسطة المادة الأبرد أو التي لا تزال أوستنيتية تحته. وإذا تحول القلب لاحقًا، فقد يغير تمدده حالة الإجهاد التي تكونت بالفعل عند السطح. ويسهم كل من الباينيت والبيرليت والمارتنسيت والأوستنيت المحتفظ به بانفعالات تحول مختلفة. ولذلك قد يكون للسطح الذي يبرد بسرعة كافية لتكوين المارتنسيت مقطع إجهاد مختلف عن قلب يتكون فيه الباينيت أو بنية مختلطة.

ويكتسب موضع إجهاد الشد أهمية لأن إجهاد الشد السطحي يرتبط ارتباطًا وثيقًا ببدء تشكل الشقوق، في حين يمكن لإجهاد الضغط السطحي أن يؤخر انفتاح شقوق الكلال. غير أن منطقة الشد قد تقع أسفل طبقة سطحية انضغاطية، ولذلك لن يكشف عنها القياس السطحي. وعادةً ما يأخذ حيود الأشعة السينية عينات من حجم سطحي قريب ضحل فقط؛ ومن ثم فإن النتيجة تصف تلك الطبقة، لا الجزء بأكمله. ويمكن لحيود النيوترونات، وطرائق السنكروترون، وتقسيم الجزء، وحفر الثقوب، والمقاطع المحسوبة بالنمذجة أن توفر معلومات على أعماق أكبر، إلا أن لكل طريقة دقتها وافتراضاتها الخاصة.

تغير الهندسة هذا النمط. فقد يبرد شريط رقيق ويتحول تقريبًا عبر سُمكه كله، في حين يحتفظ محور سميك أو جذر سن أو شفة بجزء داخلي ساخن مدة أطول. وتفقد الزوايا والحواف الحرارة عبر أكثر من سطح واحد، وقد تتحول قبل المادة المجاورة. ولذلك يمكن للانتقال الحاد في سُمك المقطع أن يركز كلًا من التدرجات الحرارية وعدم تطابق التحول. وتحدد مناقشة عام 2005 في *المجلة الدولية لتكنولوجيا المواد والمنتجات* التدرجات الحرارية غير المتجانسة بوصفها مصدرًا رئيسيًا لتشوه التبريد السريع ([الجزء الأول](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007941 "الجزء الأول")).

وتحدد درجة حرارة وسيط التبريد، والتحريك، واللزوجة، وسلوك البلل، والجريان الموضعي مدى سرعة خروج الحرارة من كل سطح. وينتج الزيت والماء ومحلول البوليمر والملح المنصهر والغاز مسارات مختلفة لانتقال الحرارة. وحتى داخل الحوض الواحد، قد يبرد السطح المحجوب ببطء أكبر من السطح المكشوف. ولذلك تتعامل المراجعة المنشورة عام 2022 في *مجلة هندسة المواد والأداء* مع انتقال الحرارة، والتحول الطوري، والهندسة، وسُمك المقطع، واختيار وسيط التبريد، وشدة التبريد بوصفها متغيرات متفاعلة لا ضوابط مستقلة ([مراجعة عام 2022](https://doi.org/10.1007/s11665-022-06667-x "مراجعة عام 2022")).

### الاتزان الذاتي وإعادة توزيع الإجهاد

لا يمكن لجزء حر أن يحتفظ بقوة محصلة أو عزم محصلة غير متوازنين بعد التبريد. ويجب أن تحقق الإجهادات المتبقية الاتزان الذاتي عبر الجزء: إذ تتوازن مناطق الشد والضغط من حيث القوى، كما يتوازن توزيعها أيضًا من حيث عزوم الانحناء. ولا يعني ذلك أن كل إجهاد موضعي صغير، بل يعني أن وجود طبقة شد عالية يتطلب ضغطًا تعويضيًا في موضع آخر، أو أن المجال ثلاثي الأبعاد الكامل يضم إجهادات موازنة في اتجاه آخر.

ويغير إزالة المادة ذلك الاتزان. ويذكر كتاب *علم تعدين المعالجة الحرارية* المحفوظ لدى المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا أن إجهادات التبريد السريع غير المفرغة يمكن أن تسبب التقوس أثناء التشغيل الآلي، لأن إزالة المادة تخل بتوازن الإجهادات المتبقية ([أرشيف بيانات المواد لدى NIST](https://materialsdata.nist.gov/bitstream/handle/11115/189/Metallurgy%20of%20Heat%20Treatment.pdf "أرشيف بيانات المواد لدى NIST")). فقد تنفتح حلقة بعد التجويف؛ وقد ينحني لوح بعد تفريز أحد وجهيه؛ وقد يتحرك ترس مقسى أثناء التجليخ النهائي. وهذه ليست إجهادات جديدة أنشأتها الآلة وحدها، بل هي النتيجة المرئية لتحرير مجال موجود مسبقًا.

ويؤدي التشوه اللدن على المقياس المجهري دورًا محوريًا في إعادة التوزيع هذه. فلا تتحول الحبيبات والحزم كلها في الوقت نفسه أو بالطريقة نفسها. وتسبب الاختلافات في الاتجاه البلوري، وتركيز الكربون الموضعي، وبنية حبيبات الأوستنيت السابقة، وتقييد الأطوار المجاورة انفعالات لدنة صغيرة. وتنسب المقالة في الجزء الثاني من *المجلة الدولية لتكنولوجيا المواد والمنتجات* الإجهاد المتبقي في الفولاذ المبرد سريعًا جزئيًا إلى هذا التشوه اللدن المجهري، وتربط النتيجة بظروف وسيط التبريد، والتقسية السطحية وتقسية الطبقة، والتجليخ النهائي ([الجزء الثاني](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007942 "الجزء الثاني")). ويمكن للمراجعة الحرارية أن تخفف الإجهاد بالسماح بالاسترجاع وبقدر محدود من التعديل البنيوي، لكنها لا تضمن الحصول على جزء خالٍ من الإجهاد.

### التقسية عبر المقطع في مقابل التقسية السطحية وتقسية الطبقة

تميل التقسية عبر المقطع إلى إنشاء مجال إجهاد عبر معظم المقطع أو كله، شريطة أن يكون المقطع صغيرًا بما يكفي وأن يمتلك الفولاذ قابلية تصلب كافية. فقد تشكل درجة منخفضة السبيكة مثل AISI 1045 مارتنسيت بالقرب من السطح، مع احتفاظها بنواتج تحول أكثر ليونة باتجاه المركز في مقطع سميك. ويمكن لدرجة أعلى قابلية للتصلب مثل AISI 4140 أن تتحول إلى عمق أكبر تحت التبريد السريع الاسمي نفسه، مما يغير كلًا من مقطع الصلادة وتوزيع انفعال التحول. ولذلك يعتمد مقطع الإجهاد المتبقي الناتج على المقطع الفعلي، وممارسة التسخين إلى الأوستنة، والبنية المجهرية السابقة، وشدة التبريد، وليس على تسمية الدرجة وحدها.

وتنشئ التقسية السطحية تباينًا ماديًا أكثر حدة. فالتقسية بالحث تسخن طبقة سطحية بسرعة، في حين تزيد الكربنة محتوى الكربون في الأوستنيت القريب من السطح قبل التبريد السريع؛ أما النتردة فتكون طبقة مركبة أو طبقة انتشار صلدة دون اتباع مسار التحول الكتلي نفسه المستخدم في الكربنة. وفي الفولاذ المكربن، قد تتحول الطبقة عالية الكربون عند درجة حرارة أقل وتحتفظ ببعض الأوستنيت، بينما يتحول القلب الأقل كربونًا بطريقة مختلفة. ويمكن لتمدد الطبقة، وتقييد القلب، والأوستنيت المحتفظ به، واللدونة الموضعية أن تترك الطبقة في حالة ضغط أو شد أو في مقطع مختلط، تبعًا للتوقيت وظروف العملية. ولذلك لا تعني التقسية السطحية، من منظور الإجهاد، ببساطة «صلب من الخارج وليّن من الداخل».

وتكتسب تجانسية التبريد السريع أهمية خاصة في التروس المقساة طبقيًا، والأعمدة، ومكونات المحامل. فقد يؤدي التبريد غير المتساوي حول المحيط إلى انفعال تحول غير متماثل وإلى انحناء، حتى عندما يكون عمق الطبقة متسقًا اسميًا. وقد يغير التجليخ النهائي حالة الإجهاد السطحي بدرجة إضافية بفعل التأثير الحراري والميكانيكي؛ إذ يمكن للتجليخ المفرط أن يُدخل إجهادًا شدّيًا أو يحرر توازن الضغط الذي تأسس أثناء التبريد السريع.

وتحدد *المبادئ الأساسية وإرشادات التصميم للمعالجة الحرارية للفولاذ* الصادرة عن ASM أن تقليل التشوه والإجهادات المتبقية غير المرغوبة يمثلان معيارين أساسيين لتصميم المعالجة الحرارية ([ASM International](https://doi.org/10.31399/asm.hb.mhde2.a0003195 "ASM International")). ويتطلب هذا المعيار التفكير من منظور المقطع الكامل. وتربط وزارة الطاقة الأمريكية الإجهادات الحرارية والمتبقية في المسبوكات الفولاذية بالتشوه، والتشقق، وإعادة التشغيل، وإصلاح اللحام، والأخطاء البُعدية، وانخفاض أداء الخدمة ([تقرير وزارة الطاقة](https://www.osti.gov/servlets/purl/1216205 "تقرير وزارة الطاقة")). ويمكن لتاريخ السباكة، كما تؤكد أعمال جامعة آيوا، أن يؤثر أيضًا في البنية الابتدائية ومجال الإجهاد. ولذلك يتعامل تقرير معهد ورسيستر للفنون التطبيقية مع تشوه التبريد السريع بوصفه مشكلة مترابطة تشمل انتقال الحرارة، والتحول الطوري، والإجهاد، والانفعال، وتطور البنية المجهرية ([تقرير معهد ورسيستر للفنون التطبيقية](https://bpb-us-w2.wpmucdn.com/wp.wpi.edu/dist/3/125/files/2021/06/Distortion-and-Residual-Stress.pdf "تقرير معهد ورسيستر للفنون التطبيقية")). فالقراءة السطحية ملاحظة واحدة، أما سلوك المكوّن فيتحدد بالمقطع الكامل.

## 9. المراجعة، وتخفيف الإجهادات، والمعالجة الحرارية اللاحقة

### ما الذي تغيّره المراجعة وما الذي لا يمكنها ضمانه

المراجعة هي معالجة إعادة تسخين مضبوطة تُجرى بعد التصلّب، وعادةً تحت درجة الحرارة الحرجة السفلى Ac⁢1. ويتمثل هدفها المباشر في تعديل المارتنسيت الناتج بعد التبريد السريع: إذ يُعاد توزيع الكربون، وتتكوّن كربيدات انتقالية أو سمنتيت، وتفقد الشبكة المارتنسيتية فائقة الإشباع جزءًا من تشوّهها الرباعي. ومع زيادة درجة حرارة المراجعة وزمنها، تنخفض الصلادة عمومًا، بينما تتحسن المتانة والاستقرار الأبعادي. وتعتمد الاستجابة على كيمياء السبيكة، وممارسات الأوستنة السابقة، وحجم المقطع، ومعدل التبريد السريع، ونسبة الأوستنيت المحتجز.

#### حدود المراجعة الحرارية

يمكن للمراجعة الحرارية أن تقلل بعض الإجهاد وتحسن الاستقرار البُعدي، لكنها لا تستطيع عكس كل تغير شكلي سببه التبريد غير المتساوي أو انفعال التحول أو الخضوع الموضعي.

لذلك تغيّر المراجعة الخواص الميكانيكية والإجهادات المتبقية معًا، لكنها ليست وسيلة شاملة لمحو التشوه. فقد يظل الجزء الذي يغادر عملية التبريد السريع منحنياً أو ملتوياً أو بيضاوي الشكل على حاله بعد المراجعة. ويمكن للمراجعة أن تخفف بعض الإجهادات المرنة وأن تسمح بقدر محدود من التكيّف اللدن، لكنها لا تستطيع عكس كل تغير شكلي نتج بالفعل عن التبريد غير المتجانس، أو انفعال التحول، أو الخضوع الموضعي. وقد يستمر عمود ذو نسب مختلفة من المارتنسيت على سطحه وفي قلبه في تغيير أبعاده أثناء المراجعة؛ كما قد يستجيب مكوّن مكربن بشكل مختلف في طبقته السطحية وقلبه؛ وقد يتحول الأوستنيت المحتجز أثناء المراجعة أو خلال الخدمة اللاحقة، مما يؤدي إلى تغير حجمي إضافي.

ويتوافق هذا التمييز مع فصل ASM Handbook المعنون *Residual Stresses and Distortion in Quenched and Tempered Steels*، الذي يميّز بين الإجهادات المتبقية الحرارية وإجهادات التحول وإجهادات التصلّب، مع إظهار أنها تعمل معًا. كما تتناول مراجعة عام 2022 التي أعدها مؤلفو *Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels: A Review* في *Journal of Materials Engineering and Performance* انتقال الحرارة، وتحول الطور، والهندسة، وسماكة المقطع، واختيار وسيط التبريد السريع، وشدة التبريد السريع بوصفها متغيرات متفاعلة. ولا تستطيع المراجعة التعويض عن نمط تبريد سريع سيئ، أو أداة تثبيت غير مناسبة، أو انتقال مفاجئ في المقطع.

وقد يؤدي التعرض الحراري اللاحق إلى حدوث حركة أبعادية جديدة. فالمراجعة الثانية، أو دورة إزالة الإجهادات، أو النترتة، أو الكربنة، أو التصلّب بالحث، أو اللحام بالنحاس، أو اللحام، أو التجليخ النهائي، قد تغيّر مجال درجات الحرارة وتوازن الأطوار. وقد تستمر مراجعة المارتنسيت، أو يتحول الأوستنيت المحتجز، أو يغير ترسب الكربيدات الحجم الموضعي ومقاومة الخضوع. ومن ثم، فإن البعد النهائي هو نتيجة لتاريخ المعالجة، وليس مجرد البعد المقاس بعد التبريد السريع.

### الإزالة الحرارية للإجهادات

تعمل الإزالة الحرارية للإجهادات على خفض الإجهادات المتبقية بتسخين الفولاذ إلى درجة حرارة تسمح بالجريان اللدن الموضعي والاسترخاء المعتمد على الزمن، من دون إجراء أوستنة متعمدة للجزء بأكمله. ويجب أن تظل درجة الحرارة المختارة متوافقة مع الصلادة والمتانة وعمق الطبقة السطحية والحدود المسموح بها أبعاديًا والحالة المعدنية المطلوبة. ولا يجوز نقل دورة إزالة الإجهادات المحددة لفولاذ منخفض الكربون مُطبَّع كما هي إلى أداة مقسّاة ومراجعة، أو ترس مكربن، أو مكوّن منترت.

ويحدد كتاب *Metallurgy of Heat Treatment*، المحفوظ في أرشيف بيانات المواد التابع لـ National Institute of Standards and Technology، المعالجة الحرارية بوصفها إحدى الطرق المستخدمة لخفض الإجهادات المتبقية، ويحذّر من أن إجهادات التبريد السريع غير المُزالة قد تسبب الالتواء أثناء التشغيل الآلي. والآلية واضحة: إذ يؤدي التسخين إلى خفض مقاومة الخضوع، مما يسمح للإجهادات المحتجزة بالاسترخاء من خلال انفعالات لدنة صغيرة وجريان شبيه بالزحف. وبعد ذلك يجب التحكم في التبريد. فإذا سُخّن الجزء بشكل غير متجانس، أو أُبقي عند درجة الحرارة مدة قصيرة جدًا، أو بُرّد مع نشوء فرق جديد في درجة الحرارة بين السطح والقلب، فقد تستبدل المعالجة نمطًا من الإجهادات بنمط آخر.

كما أن إزالة الإجهادات لا تضمن غياب التشوه تمامًا. فقد تتغير استدارة حلقة شديدة الإجهاد مع استرخاء مجال الإجهادات، رغم أن المعالجة تكون قد خفضت القوة الدافعة للحركة اللاحقة. وقد تستجيب المسبوكة وفق تاريخ تجمدها، وسماكة المقطع، وموقع المغذي، وإصلاح اللحام السابق. ويربط تقرير صادر عن U.S. Department of Energy بشأن المسبوكات الفولاذية بين إجهادات التسخين والتبريد السريع وبين التشوه، والتشقق، وإعادة التشغيل، وإصلاح اللحام، والخطأ الأبعادي، وانخفاض أداء الخدمة؛ كما تؤكد أعمال University of Iowa أن تاريخ المسبوكات يجب أن يؤخذ في الحسبان عند التنبؤ بالأبعاد النهائية والإجهادات المتبقية.

ولهذا السبب، ينبغي تخطيط إزالة الإجهادات الحرارية حول التسلسل الكامل للمعالجة. فقد يؤدي التشغيل الآلي الخشن قبل إزالة الإجهادات إلى إزالة مادة مجهدة وكشف الحركة؛ أما إزالة الإجهادات قبل التشغيل الآلي الخشن فقد تخفف ذلك الخطر، لكن دورة إعادة التسخين نفسها قد تُحدث تغيرًا أبعاديًا. وينبغي أن يتبع التشغيل الآلي الدقيق والتجليخ المعالجة المعدنية النهائية كلما اقتضى الأمر تحقيق السماحية المطلوبة. وتتطلب الأجزاء المقسّاة سطحيًا والمقسّاة بالطبقة السطحية عناية خاصة، لأن الطبقة السطحية ومنطقة الانتقال والقلب لها تراكيب ودرجات حرارة تحول وظروف تقييد مختلفة.

### الإزالة الميكانيكية للإجهادات والتقويم

تغيّر الإزالة الميكانيكية للإجهادات الشكل أو توزيع الإجهادات من خلال تطبيق قوة، بدلًا من الاعتماد أساسًا على درجة الحرارة. ويمكن لتقويم المكبس، والتقويم بالدرافيل، والتقشير بالطرق، والتحجيم، والكبس التشكيلي، والتشوه اللدن البارد المضبوط، تصحيح انحناء أو انحراف قابل للقياس. وتعمل هذه العمليات بدفع مناطق محددة إلى ما يتجاوز حدها المرن، بحيث تترك الاستعادة المرنة والانفعال اللدن الجزء أقرب إلى الهندسة المطلوبة.

غير أن هذا التصحيح لا يكون خاليًا من الإجهادات. فالتقويم يعيد توزيع الإجهادات المتبقية، وقد يُدخل إجهادًا شدّيًا في جانب من المقطع وإجهادًا ضاغطًا في الجانب الآخر، أو يسبب خضوعًا موضعيًا بالقرب من الدعامات ونقاط التلامس. وفي الفولاذ المقسّى، قد تؤدي القوة المفرطة إلى التشقق؛ أما في البنية المارتنسيتية عالية المقاومة، فقد يقلل التقويم البارد من مقاومة الكسر. ويخفض التقويم الساخن القوة المطلوبة، لكنه يضيف دورة حرارية قد تؤدي إلى مراجعة المارتنسيت، أو تغيّر الأوستنيت المحتجز، أو تولّد تدرجًا حراريًا جديدًا. ولذلك تعتمد الطريقة المسموح بها على النوع، والصلادة، وهندسة المقطع، ومتطلبات الفحص.

وقد يخفي التصحيح الميكانيكي جزءًا غير مستقر بدلًا من معالجة السبب الأساسي. فإذا أزال التشغيل الآلي لاحقًا طبقة سطحية مجهدة، فقد يعود المكوّن المصحح إلى الانحناء أو يتحرك في اتجاه مختلف. ويصف كتاب *Metallurgy of Heat Treatment* المستضاف لدى NIST على وجه التحديد الالتواء الناتج عن التشغيل الآلي بسبب اختلال توازن الإجهادات المتبقية. كما تربط دراسات *International Journal of Materials and Product Technology* الإجهادات المتبقية في الفولاذ المبرّد سريعًا بالتشوه اللدن على المستوى المجهري، وبظروف وسيط التبريد السريع، والتصلّب السطحي أو بالتغليف السطحي، والتجليخ النهائي.

لذلك يتمثل التسلسل السليم في خفض الإجهادات التي يمكن تجنبها أثناء الأوستنة والتبريد السريع، وإجراء المراجعة promptly، وتطبيق معالجة حرارية متوافقة لإزالة الإجهادات عند الحاجة، ثم إجراء التشغيل الآلي الخشن، والقياس، والتقويم فقط ضمن إجراء مضبوط، وإتمام التشغيل الآلي أو التجليخ بعد آخر تعرض حراري. وتصف Worcester Polytechnic Institute تشوه التبريد السريع بأنه مشكلة مترابطة تشمل انتقال الحرارة، وتحول الطور، والإجهاد، والانفعال، والتطور البنيوي المجهري. ولذلك يجب تقييم التقويم وإزالة الإجهادات ضمن التسلسل نفسه. فهي تقللان المخاطر عند ضبطهما؛ أما إعادة التسخين أو تطبيق القوة أو إزالة المادة بطريقة سيئة الضبط، فقد تُحدث التغير الأبعادي التالي.

## 10. التشغيل الآلي والطحن وتحرير الإجهادات الخفية

لا تترك المعالجة الحرارية دائماً الجزء الفولاذي بأبعاده النهائية الثابتة. فقد يجتاز مكوّن مُروى ومُراجَع فحصاً أولياً، ثم يتحرك أثناء الخراطة أو التفريز أو الثقب أو الطحن. وليس بالضرورة أن تكون عملية القطع قد أنشأت التشوه الأصلي؛ فقد تكون كشفت اختلالاً في الإجهادات المتبقية كان موجوداً أصلاً بعد التسخين والإخماد والتحول والمراجعة.

تفصل ASM International الإجهادات المتبقية الناجمة عن المعالجة الحرارية إلى إسهامات حرارية، وإسهامات ناتجة عن التحول، وإسهامات ناتجة عن التقسية ([ASM Handbook, Residual Stresses and Distortion in Quenched and Tempered Steels](https://doi.org/10.31399/asm.hb.v04b.a0005936 "ASM Handbook, Residual Stresses and Distortion in Quenched and Tempered Steels")). وتتعايش هذه الإجهادات مع التغيرات البُعدية الناجمة عن الانكماش الحراري، وتحول الطور، والتشوه اللدن الموضعي. وتصف مراجعة عام 2022 المنشورة في *Journal of Materials Engineering and Performance* النتيجة بأنها استجابة مقترنة تشمل انتقال الحرارة، وتحول الطور، والهندسة، وسُمك المقطع، واختيار سائل الإخماد، وشدة الإخماد ([مراجعة عام 2022](https://doi.org/10.1007/s11665-022-06667-x "مراجعة عام 2022")). وتحدث عملية التشغيل الآلي بعد هذا التاريخ الحراري، لا على قطعة أولية خالية من الإجهادات.

### لماذا يمكن للتشغيل الآلي أن يكشف تشوه المعالجة الحرارية؟

قد يبدو السطح المشغَّل آلياً صحيحاً هندسياً، في حين لا تزال القطعة تحتوي على إجهادات داخلية متوازنة ذاتياً. فقد تكون إحدى المناطق تحت إجهاد ضاغط، وأخرى تحت إجهاد شد، مع توازن القوتين والعزوم المتعاكستين عبر المكوّن بأكمله. وقد يظل هذا التوازن مستقراً إلى أن تزيل أداة القطع إحدى تلك المناطق.

وهذه هي الآلية العملية الموضحة في كتاب *Metallurgy of Heat Treatment*: إذ يمكن لإجهادات الإخماد غير المُخفَّفة أن تسبب التواءً أثناء التشغيل الآلي، لأن إزالة المادة تُخلّ بتوازن الإجهادات المتبقية ([أرشيف بيانات المواد التابع لـ NIST](https://materialsdata.nist.gov/bitstream/handle/11115/189/Metallurgy%20of%20Heat%20Treatment.pdf "أرشيف بيانات المواد التابع لـ NIST")). فقد تنحني صفيحة تحتوي على إجهاد شد بالقرب من أحد وجهيها وإجهاد ضغط تعويضي في عمقها بعد إزالة السطح المجهَد. وقد تتحول حلقة إلى شكل بيضاوي. وقد يتغير استقامة عمود بعد قطع طبقة لا مركزية منه. لقد غيّرت أداة القطع توزيع القوى، فتتشوه المعدة المتبقية إلى أن تبلغ توازناً جديداً.

ولا يعتمد مقدار الحركة على مقدار الإجهاد وحده. فطول القطعة، وسُمك الجدار، والتماثل، والصلابة الموضعية، وانتقالات المقطع، واتجاه مجال الإجهادات المتبقية، كلها عوامل مهمة. وقد تعمل حافة سميكة على تقييد حركة تكون واضحة في شبكة رقيقة. ويمكن لمجرى مفتاح أو ثقب عابر أن يزيل مادة من أحد الجانبين ويُحدث عزم انحناء. وقد تكون طبقة سطحية مكربنة أو منترتة ذات توزيع مختلف للإجهاد والصلادة عن القلب، ولذلك فإن القطع عبر الطبقة السطحية يغيّر كلاً من التوازن الميكانيكي ومسار الحمل الموضعي.

كما أن تاريخ المعالجة الحرارية مهم أيضاً. وتصف مراجعة عام 2022 وتقرير معهد ورشستر للفنون التطبيقية تشوه الإخماد بأنه نتيجة مقترنة لانتقال الحرارة، وتحول الطور، والإجهاد، والانفعال، والتطور البنيوي المجهري ([تقرير WPI](https://bpb-us-w2.wpmucdn.com/wp.wpi.edu/dist/3/125/files/2021/06/Distortion-and-Residual-Stress.pdf "تقرير WPI")). ولذلك يمكن لقطعتين متماثلتين اسمياً أن تستجيبا بشكل مختلف إذا اختلفت عمليات الطرق السابقة، أو الصب، أو التشغيل على البارد، أو بنية الحبيبات، أو معدل التسخين، أو تحريك سائل الإخماد. وتفيد وزارة الطاقة الأمريكية بأن الإجهادات الحرارية والمتبقية في المسبوكات الفولاذية يمكن أن تسهم في التشوه، والتشقق، وإعادة التشغيل، وإصلاح اللحام، والأخطاء البُعدية، وانخفاض أداء القطعة أثناء الخدمة ([تقرير DOE](https://www.osti.gov/servlets/purl/1216205 "تقرير DOE")). ولا يمحو التشغيل الآلي اللاحق تاريخ الصب.

### إزالة المادة وإعادة توزيع الإجهادات

يوفر بدل التشغيل الآلي مجالاً للتعامل مع هذا القدر من عدم اليقين، لكنه لا يضمن منع الحركة. ويجب النظر إلى البدل معاً مع توزيع الإجهادات المتوقع وتسلسل كشف الأسطح. فقد تؤدي إزالة كمية كبيرة من أحد جانبي الجزء المعالَج حرارياً إلى تحرير الانحناء أو الالتواء؛ أما إزالة كميات متقاربة من جانبين متقابلين فقد تقلل الاختلال الصافي، رغم أن التماثل وحده لا يضمن استقرار الأبعاد.

ولهذا السبب، تُعامل إزالة المادة على مراحل عادةً باعتبارها مفهوماً للتحكم في الأبعاد، لا وصفة عامة صالحة لكل الحالات. فقد يزيل التشغيل الخشن معظم البدل، مع ترك كمية كافية من المادة للسماح للقطعة بالاستجابة ولعملية لاحقة بتصحيح موضعها. ويمكن عندئذٍ لفحص وسيط أن يحدد الحركة قبل تثبيت الهندسة النهائية. وإذا كشف التشغيل الخشن عن تقوس أو لا دائرية كبيرين، فإن الانتقال مباشرة إلى البعد النهائي قد يكرر الخطأ ببساطة، مع قدرة تصحيحية متبقية أقل.

ويجب أن تتبع استراتيجية المراجع الهندسية الهندسة الوظيفية للقطعة وحالة إجهادها المتغيرة. فإن اعتماد كل عملية على سطح تحرك أثناء التشغيل الخشن قد ينقل التشوه إلى السمات اللاحقة. وعلى العكس، فإن تغيير المراجع من دون التحكم في العلاقة بينها قد ينشئ شكلاً آخر من الخطأ التراكمي. ففي العمود، قد يلزم ربط المحور المختار، ومقاعد المحامل، والوجوه الطرفية من خلال الفحص، بدلاً من افتراض بقائها ثابتة. وفي الصفيحة، قد يلزم إعادة تقييم الوجه المرجعي بعد التشغيل الخشن واسترخاء الإجهادات.

ولذلك فإن الفحص بعد التشغيل الخشن جزء من منطق العملية، وليس مجرد فحص جودة نهائي. فقد تتغير الاستقامة، والاستواء، والاستدارة، والتوازي، واللا مركزية الدورانية، ومواضع السمات الحرجة بين التشغيل الخشن، ومعالجة تخفيف الإجهادات، والتشغيل شبه النهائي، والتشطيب. وتحدد ASM «تقليل التشوه والإجهادات المتبقية غير المرغوبة» معياراً أساسياً في تصميم المعالجة الحرارية للفولاذ ([ASM Basic Principles and Design Guidelines for Heat Treating of Steel](https://doi.org/10.31399/asm.hb.mhde2.a0003195 "ASM Basic Principles and Design Guidelines for Heat Treating of Steel"))؛ ولا يمكن لممارسة التشغيل الآلي أن تعوّض عن كل حالة غير ملائمة للمعالجة الحرارية.

وقد تقلل عملية تخفيف الإجهادات من الحركة، لكن يجب أن تكون درجة حرارتها ومدتها متوافقتين مع رتبة الفولاذ، ومتطلبات الصلادة، وحالة المراجعة، ومعالجة السطح. كما يمكن لتخفيف الإجهادات ميكانيكياً أن يغير الأبعاد. ولا ينبغي افتراض أن أياً من الطريقتين يزيل جميع الإجهادات المتبقية.

### إجهادات الطحن وسلامة السطح

الإجهاد المتبقي الحجمي **الإجهاد المتبقي الحجمي** إجهاد متبقٍ موزع عبر عمق أو حجم كبير من المكوّن، بدلًا من انحصاره في طبقة سطحية ضحلة.

يمثل الطحن مشكلة مستقلة، لأن آثاره تتركز بالقرب من السطح. ويشير الإجهاد المتبقي الحجمي إلى إجهاد موزع عبر جزء كبير من المقطع، وقادر على إحداث انحناء أو التواء أو تغير شامل في الشكل عند إزالة المادة. أما الإجهاد الناجم عن الطحن فكثيراً ما يكون تأثيراً سطحياً ضحلاً ينتج عن التشوه الميكانيكي والحرارة. ويمكن أن يتعايش النوعان، لكنهما ليسا متكافئين.

وتعزو مراجعة *International Journal of Materials and Product Technology* الإجهادات المتبقية في الفولاذ المروى إلى التشوه اللدن على المقياس المجهري، وتناقش تأثير ظروف سائل الإخماد، والتقسية السطحية وتقسية الطبقة، والطحن النهائي ([الجزء الأول](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007941 "الجزء الأول")؛ [الجزء الثاني](https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007942 "الجزء الثاني")). ويمكن للطحن أن يفرض إجهاد شد من خلال التسخين الموضعي يتبعه تبريد سريع، أو إجهاد ضغط من خلال الاحتكاك الميكانيكي الشديد والجريان اللدن. وتعتمد إشارة الإجهاد وعمقه على مواصفات حجر الجلخ، وظروف التلامس، وتوصيل سائل التبريد، وكمية المادة المُزالة، وصلادة الفولاذ وبنيته المجهرية.

وقد تؤدي حرارة الطحن المفرطة إلى إتلاف حالة المراجعة، أو إحداث حرق الطحن، أو تليين مناطق محددة، أو تكوين مناطق أُعيدت تقسيـتها ومارتنسيت غير مُراجَع. وقد لا تُحدث هذه التغيرات تشوهاً واضحاً فورياً، لكنها يمكن أن تقلل أداء الكلال أو تسبب تغيراً بُعدياً لاحقاً. وتكون الشقوق السطحية خطرة بوجه خاص عندما تجتمع طبقة من إجهاد الشد المتبقي مع أحمال الخدمة الدورية.

وتعد مناقشة الجزء الثاني للطحن النهائي محورية في التحكم في الأبعاد: فهذه العملية الأخيرة تزيل كمية صغيرة من المادة، لكنها تحدد السطح الوظيفي، ولا تزال قادرة على تغيير حالة إجهاداته. ولذلك ينبغي التعامل مع الطحن النهائي باعتباره مرحلة تشطيب خاضعة للتحكم، مع فحص الهندسة وسلامة السطح بعده. فالقطعة التي استوفت المقاس قبل الطحن لا تكون بالضرورة قد استوفت حالتها النهائية. ويجب النظر معاً إلى السطح النهائي، والبنية المعالَجة حرارياً الواقعة تحته، ومجال الإجهادات.

## 11. التشقق وإعادة العمل وعواقب الخدمة

يمكن للمعالجة الحرارية أن تترك المكوّن الفولاذي مع خطأ أبعادي ومجال من الإجهادات المخزنة في آنٍ واحد. ويرتبط الأمران، لكنهما ليسا الشيء نفسه. يصف التشوّه تغيرًا في الشكل أو الحجم؛ أما الإجهاد المتبقي فيصف إجهادًا متوازنًا ذاتيًا يبقى بعد إزالة الحمل الحراري أو الميكانيكي الخارجي. فقد يكون الجزء مستقيمًا ظاهريًا، لكنه يحتوي على إجهاد شدّ ضار، في حين قد يكون جزء آخر ملتويًا، لكنه يحمل نمطًا من الإجهادات المتبقية لا يجعله عرضة للتشقق فورًا.

ويكتسب هذا التمييز أهمية في المسبوكات الفولاذية، لأن التسخين والتبريد وتاريخ التصلب والتشغيل الآلي واللحام وأحمال الخدمة، جميعها تغيّر الحالة النهائية. وتحدّد ASM International الإجهادات المتبقية الحرارية وإجهادات التحول وإجهادات التقسية بوصفها مساهمات منفصلة في الفولاذ المقسّى والمراجَع. كما تصف المراجعة المنشورة عام 2022 بقلم Totten وزملائه في *Journal of Materials Engineering and Performance* التشوّه بأنه نتيجة لتفاعل انتقال الحرارة وتحول الطور والهندسة وسماكة المقطع واختيار مائع التبريد وشدة التبريد. ولا يفسّر «إجهاد التبريد» الواحد كل حالات الفشل.

### متى يصبح الإجهاد المتبقي قوة دافعة للتشقق؟

يصبح الإجهاد المتبقي قوة دافعة للتشقق عندما يتركز إجهاد الشد عند عيب أو سمة هندسية حادة، فيرفع شدة الإجهاد المحلية أو معدل تحرر الطاقة. ولا يلزم أن يكون الإجهاد المخزن كبيرًا في أنحاء المكوّن بأكمله. إذ يمكن لمسام المسبوكات أو غشاء أكسيدي أو تجويف انكماشي أو شائبة لا فلزية أو منطقة نقص الانصهار أو أثر تشغيل آلي أو مجرى مفتاح أو تغير مفاجئ في المقطع أن يضخّم مجال الشد المحلي. ثم يضاف حمل الشد المطبق إلى هذا المجال. وقد يتشقق مكوّن يجتاز الفحص والمعالجة الحرارية لاحقًا عندما يوفّر التحميل الدوري أو الاهتزاز أو الضغط أو التدوير الحراري القوة الدافعة المتبقية.

وينطبق التفاعل نفسه على التشقق بمساعدة الهيدروجين. فقد يقلل الهيدروجين من قوة التماسك ويعزز اللدونة الموضعية، في حين يساعد إجهاد الشد المتبقي على فتح الشق أو استمرار نموه. ولذلك تكون الفولاذات المارتنسيتية عالية المقاومة، والأسطح المقسّاة، والمناطق المتأثرة باللحام، والمكوّنات المطلية كهربائيًا أو المعرّضة كيميائيًا، حساسة للحالة المركبة، لا للإجهاد المتبقي بمعزل عن غيره. وقد تؤخر طبقة سطحية انضغاطية انفتاح الشق، لكن إجهاد الشد تحت السطح أو أضرار التجليخ أو عيبًا موجودًا مسبقًا يمكن أن يظل العامل المسيطر في الفشل.

وتغيّر درجة الحرارة هذا التوازن. فعند ارتفاع درجة حرارة الخدمة، قد يؤدي استرخاء الإجهاد والزحف إلى خفض بعض الإجهادات المتبقية، إلا أن اختلافات التمدد الحراري قد تولّد إجهادات جديدة، كما يمكن للأكسدة أو التدهور البنيوي المجهري أن يضعفا المقطع. وعند انخفاض درجة الحرارة، قد تجعل المتانة المنخفضة العيب أكثر خطورة حتى إذا لم يزد الإجهاد المتبقي. كما يمكن للتحول الذي يحدث أثناء الخدمة أن يغيّر الحجم والصلابة. ويربط تقرير وزارة الطاقة الأمريكية بشأن المسبوكات الفولاذية بين الإجهادات الحرارية والمتبقية المتولدة أثناء التسخين والتبريد وبين التشقق والتشوّه وإعادة العمل وإصلاح اللحام وانخفاض أداء الخدمة؛ ودلالته العملية هي أن الفحص والتصميم يجب أن يراعيا التفاعل بين الإجهاد والعيب والخدمة.

وقد يصبح الإجهاد المتبقي خطيرًا أيضًا أثناء عمليات الإنهاء. ويشير كتاب *Metallurgy of Heat Treatment*، المتاح عبر أرشيف بيانات المواد التابع للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، إلى أن إجهادات التبريد غير المخففة قد تسبب الالتواء أثناء التشغيل الآلي، لأن إزالة المادة تخلّ بتوازن الإجهاد الأصلي. وقد تؤدي إزالة أحد جانبي المقطع إلى تحرير إجهاد الشد أو الضغط بشكل غير متساوٍ. وقد يظهر الشق عندئذٍ عند عيب انكشف حديثًا، لكن عملية التشغيل الآلي لم تنشئ بالضرورة مجال الإجهاد الأصلي.

### التشوّه وإصلاح اللحام وإعادة العمل

غالبًا ما يؤدي التشوّه إلى إعادة العمل قبل أن يسبب الكسر. فقد يفشل المسبوك الملتوي في فحص الأبعاد، أو لا يصطف مع الجزء المتزاوج، أو يتجاوز سماحية التشغيل الآلي، أو ينتج سطح إحكام غير مستوٍ. وقد تتبعه عمليات التقويم أو التسخين الموضعي أو التشغيل الآلي الإضافي أو القذف بالخردق أو إزالة الإجهاد أو إصلاح اللحام. وتغيّر كل عملية من هذه العمليات التاريخ الحراري والميكانيكي مرة أخرى.

ولا يُعد إصلاح اللحام تصحيحًا محايدًا. فاللحام يفرض مصدرًا حراريًا صغيرًا ومكثفًا بجوار فولاذ بارد نسبيًا، مولّدًا تدرجًا حراريًا جديدًا ومنطقة متأثرة بالحرارة وانكماشًا أثناء التبريد، وربما بنى مجهرية قاسية وهشة. وإذا كان المسبوك يحتوي أصلًا على إجهاد تبريد، فقد يراكب لحام الإصلاح إجهاد شد على منطقة تحتوي على مسامية أو شوائب أو عيوب انكماش أو تشققات سابقة. ولذلك تكتسب السيطرة على الهيدروجين، والتسخين المسبق، ودرجة الحرارة بين الطبقات، واختيار معدن الحشو، والمعالجة الحرارية بعد اللحام، والفحص، أهمية لا تقل عن أهمية مظهر اللحام المرئي.

وتكتسب نتائج وزارة الطاقة وأعمال جامعة أيوا بشأن المسبوكات الفولاذية أهمية لأنها تربط الدقة الأبعادية النهائية بتاريخ المسبوك. فتسلسل التصلب وسماكة المقطع المحلية وتصميم المغذيات وقيود التبريد والدورات الحرارية السابقة والمعالجة الحرارية اللاحقة، كلها تؤثر في مجال الإجهاد الأولي وفي الاستجابة للمعالجة اللاحقة. ولا يستطيع أي تنبؤ يستند فقط إلى التبريد النهائي أن يأخذ في الحسبان الإجهادات الموروثة من عملية الصب. ويؤكد تقرير أيوا تحديدًا ضرورة إدراج تاريخ الصب عند التنبؤ بالأبعاد النهائية والإجهادات المتبقية.

وقد تكشف إعادة العمل عن مشكلة ثانية: فقد يصبح المكوّن ضمن سماحية الرسم، مع احتفاظه بحالة إجهاد سيئة. ويمكن للتجليخ المكثف أن يزيل طبقة سطحية انضغاطية ويكشف مادة شد تحتها. كما قد يسبب التقويم الموضعي المتكرر انفعالًا لدنًا ويقلل هامش مقاومة الكلال. وعلى العكس، قد تقلل إزالة الإجهاد المنضبطة من خطر التشوّه، لكن التسخين المفرط أو غير المنضبط قد يغيّر الصلادة أو حالة المراجعة أو عمق الطبقة المكربنة أو الطبقات المنترتة أو الملاءمة الأبعادية. ولذلك يتعامل كتاب ASM، *Basic Principles and Design Guidelines for Heat Treating of Steel*، مع تقليل التشوّه والإجهاد المتبقي غير المرغوب فيه بوصفهما معيارين أساسيين للتصميم، لا مجرد مشكلتين تفتيشيتين تُصححان في النهاية.

### التغير الأبعادي أثناء الخدمة

ليس من الضروري أن يتشقق المكوّن حتى يفشل في أداء وظيفته. فقد يغيّر عدم الاستقرار الأبعادي حمل التحميل المسبق للمحمل، أو الخلوص بين أسنان التروس، أو محاذاة العمود، أو خلوص الصمام، أو انضغاط مانع التسرب، أو ضغط التلامس. وفي التجميعات الدقيقة، قد تسبب حركة صغيرة احتكاكًا أو تسرّبًا أو تقاسمًا غير متساوٍ للحمل أو تآكلًا متسارعًا. ويظل الجزء سليمًا من الناحية الإنشائية، إلا أن أداءه أثناء الخدمة ينخفض.

ويمكن لآليات عدة أن تُحدث تلك الحركة. فقد يسترخي الإجهاد المتبقي أثناء الخدمة، مما يسمح باسترداد مرن أو بإعادة توزيع لدن. وقد يتحول الأوستنيت المحتجز إلى مارتنسيت، مسببًا تمددًا؛ كما قد تقلل عملية المراجعة من حجم المارتنسيت وصلادته؛ وقد يعرّض التدوير الحراري الفروق بين الطبقة السطحية واللب بصورة متكررة. ولا تستجيب المقاطع المكربنة والمنترتة والمقسّاة بالحث والمقسّاة كليًا استجابةً متماثلة، لأن تدرجاتها في التركيب والصلادة ودرجة حرارة التحول والإجهاد المتبقي تختلف.

وقد يكتسب التجليخ النهائي أهمية أيضًا بعد المعالجة الحرارية. وتحدّد دراسات *International Journal of Materials and Product Technology* تدرجات التبريد غير المتجانسة بوصفها مصدرًا رئيسيًا للتشوّه، وتربط الإجهاد المتبقي بالتشوه اللدن على المستوى المجهري، وظروف مائع التبريد، والتقسية السطحية وتقسية الطبقة، والتجليخ النهائي. ويعرض تقرير معهد Worcester Polytechnic Institute المشكلة نفسها بوصفها اقترانًا بين انتقال الحرارة وتحول الطور والإجهاد والانفعال والتغير البنيوي المجهري. ولذلك يجب أن تتناول تأهيل الخدمة الانجراف الأبعادي، إلى جانب بدء التشقق. فالجزء المستقيم الخالي من الشقوق عند الشحن ليس بالضرورة جزءًا مستقرًا أثناء التشغيل.

## 12. قياس التشوه والإجهاد المتبقي

ينبغي أن يجمع الفحص بعد المعالجة الحرارية بين سجلين مختلفين: خريطة أبعادية تُظهر كيفية تحرك المكوّن، وتوصيف للإجهاد يوضح نوع الاختلال المرن أو اللدن المتبقي داخله. التشوه هو تغيّر في الشكل أو الحجم. أما الإجهاد المتبقي فهو مجال إجهاد متزن ذاتيًا يبقى بعد زوال الأحمال الخارجية وتدرجات درجات الحرارة. وهما مرتبطان، لكنهما ليسا قابلين للاستبدال. فقد يفي جزء ما بسماحية أبعادية مع احتفاظه بإجهاد شد قد يسبب لاحقًا تشققًا أو حركة أثناء التشغيل أو تلفًا بالتعب. وعلى العكس، قد يكون الجزء الملتوي ظاهريًا قد تعرض لانفعال تحول كبير حتى بعد زوال جزء كبير من إجهاده المتبقي.

تحدد ASM International الإجهادات المتبقية الحرارية، وإجهادات التحول، وإجهادات التقسية بوصفها مساهمات متميزة في الفولاذ المقسى والمراجَع. وتصف المراجعة المنشورة عام 2022 بقلم مؤلفي *Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels* في *Journal of Materials Engineering and Performance* النتيجة بأنها تفاعل بين انتقال الحرارة، وتحول الطور، والهندسة، وسماكة المقطع، واختيار مائع التبريد، وشدة التبريد (doi:10.1007/s11665-022-06667-x). ولذلك يجب أن يحافظ القياس على قدر كافٍ من المعلومات عن الجزء وتاريخه الحراري للتمييز بين عيب أبعادي موضعي واستجابة شاملة للعملية.

![آلة قياس إحداثية تفحص عمودًا فولاذيًا معالجًا حراريًا](/images/uploads/2e447bac-a3c4-4790-ab32-f5b73c8eafb4/wiki-inline-a-precision-steel-shaft-being-measured-on-a-coordinate-measuring-machine-after-h-1920x1434.jpg)[](/images/uploads/2e447bac-a3c4-4790-ab32-f5b73c8eafb4/wiki-inline-a-precision-steel-shaft-being-measured-on-a-coordinate-measuring-machine-after-h-1920x1434.avif "تكبير الصورة — آلة قياس إحداثية تفحص عمودًا فولاذيًا معالجًا حراريًا")Dimensional inspection records the visible result of the heat-treatment history.

### الفحص الأبعادي واختيار المراجع

#### تسلسل الفحص

1. **خط الأساس** قِس وسجّل المكوّن غير المعالج، والاتجاه، وحالة المادة، والمراجع الهندسية.
2. **القياس بعد المعالجة** قارن الأبعاد بعد التبريد السريع والمراجعة الحرارية باستخدام استراتيجية المراجع نفسها.
3. **القياس في مرحلة التشغيل الآلي** افحص بعد التشغيل الخشن وبعد إزالة كمية كبيرة من المادة لتحديد تحرر الإجهاد.
4. **توصيف الإجهاد** استخدم طريقة يتوافق عمقها واتجاهها مع تدرج الإجهاد المشتبه فيه.

يبدأ الفحص الأبعادي ذي المغزى قبل التسخين. ينبغي قياس المكوّن غير المعالج ووضع علامات عليه وتصويره، مع تسجيل حالته المادية واتجاهه. ويتضمن السجل المفيد تعيين الفولاذ، ورقم الدفعة أو رقم الصهيرة، وحالة التشغيل السابقة، ومعالجة السطح، واتجاه التثبيت، ودورة الفرن، ومدة النقل، ودرجة حرارة مائع التبريد وتحريكه، ودورة المراجعة، والزمن بين المعالجة والفحص. ويحذر أرشيف بيانات المواد التابع للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، في كتاب *Metallurgy of Heat Treatment*، من أن إجهادات التبريد غير المُزالة يمكن أن تسبب التواءً أثناء التشغيل، لأن إزالة المادة تغير توازن الإجهاد المتبقي. ولذلك فإن تسجيل الحالة «قبل المعالجة» ليس اختياريًا عندما يتبع التبريدَ تجليخٌ نهائي أو تشغيلٌ خشن.

يتحكم اختيار المراجع في معنى كل نتيجة لاحقة. وينبغي ربط المراجع بالأسطح الوظيفية أو بالسمات الهندسية المستقرة، لا بمجرد الحافة الأكثر ملاءمة. فقد ينحني سطح كبير نفسه أثناء التبريد؛ واستخدامه كمستوى مثالي قد يخفي ذلك الانحناء، إذ يجبر نظام الإحداثيات على اتباع العيب. وبالنسبة إلى العمود، يمكن أن يحدد محور الدوران السابق للمعالجة، وأسطح ارتكاز المحامل، ووجه طرف محدد، الإطار المرجعي. وبالنسبة إلى الصفيحة، قد يكون من المناسب استخدام مستوى مضبوط وحافتين متعامدتين، شريطة ألا يُتوقع أن تتعرض هذه السمات لتحول غير متجانس. وينبغي ألا تُقيّد التركيبات المكوّن إلا بالقدر الكافي لتحديد موضعه. فالتثبيت المفرط أثناء القياس قد يسوي جزءًا ملتويًا ويُظهر حالة التركيبة بدلًا من هندسة الجزء في حالته الحرة.

يمكن لآلات القياس الإحداثية رسم خرائط لمواضع الثقوب، وانحراف المظهر الجانبي، والتوازي، والتعامد، والاستواء، والتغيرات في موضع المحور. وتوفر سحابة النقاط معلومات أكثر من بضعة قراءات قصوى، لأنها تكشف ما إذا كان التشوه انحناءً عامًا، أو ارتفاعًا موضعيًا للحافة، أو بيضوية، أو التواءً، أو تغيرًا متركزًا حول انتقال من مقطع سميك إلى مقطع رقيق. وينبغي استخدام نظام الإحداثيات نفسه واستراتيجية المجس نفسها قبل المعالجة وبعدها. كما أن التعويض الحراري مهم؛ إذ يمكن لمكوّن فولاذي قيس عند درجات حرارة مختلفة أن يُظهر تغيرًا أبعاديًا ظاهريًا ناتجًا عن التمدد الحراري وحده.

تتطلب الأجزاء الدائرية إجراء فحوص للاستدارة والأسطوانية في عدة مواضع محورية. وقد يؤدي قياس قطر واحد فقط إلى إغفال التحدب الفصي أو انحناء المحور. وينبغي فحص الاستقامة على امتداد مولدات متعددة، وحيثما يكون ذلك مناسبًا، على امتداد المحور المحايد أو الوظيفي. فقد تحتفظ حلقة بقطرها المتوسط مع تحولها إلى شكل بيضوي؛ وقد تحتفظ ترس بمسافة ثابتة بين سن وآخر عند نصف قطر معين، بينما يظهر خلوص شعاعي في طوقها. وتفيد المقارنة القائمة على المقاطع في الأجزاء المعقدة: إذ تُقارن المقاطع العرضية عبر الجدران الرقيقة، والحوامل، والأضلاع، والأنصاف الدائرية، والمقاطع السميكة، ثم تُقارن المقاطع المتناظرة قبل المعالجة وبعدها. وغالبًا ما يشير النمط إلى تدرج حراري أو عدم تطابق في التحول.

ينبغي أن يميز الفحص بين التشوه في الحالة الحرة والتشوه الناجم عن التحرير أو القطع أو التثبيت. فإذا قُطع أحد المكوّنات لإجراء الفحص المعدني أو قياس الإجهاد، فينبغي تسجيل أبعاده قبل القطع وبعد كل خطوة من خطوات التحرير. وقد يكون تاريخ الصب مهمًا أيضًا. إذ تربط تقارير وزارة الطاقة الأمريكية وجامعة أيوا بين إجهادات التسخين والتبريد في المسبوكات الفولاذية وبين التشوه، والتشقق، وإعادة التشغيل، وإصلاح اللحام، والخطأ الأبعادي، وانخفاض أداء الخدمة؛ ويتضمن عمل جامعة أيوا تحديدًا تاريخ الصب عند التنبؤ بالأبعاد والإجهادات النهائية.

### طرائق قياس الإجهاد المتبقي

تقيس طرائق الإجهاد المتبقي أجزاء مختلفة من مجال الإجهاد.
| الطريقة | عمق أخذ العينة أو طبيعتها | القيد الرئيسي |
|---|---|---|
| حيود الأشعة السينية | انفعال الشبكة البلورية القريب من السطح | لا يصف، بحد ذاته، مجال الإجهاد في اللب |
| الحفر بالثقب | منحنى تدرج بعمق سطحي تزايدي | شبه إتلافي ويعتمد على النموذج |
| قياس المحيط أو التقطيع إلى مقاطع | تحرير الإجهاد عبر القطع | إتلافي وحساس لتأثيرات القطع |
| حيود النيوترونات | اختراق داخلي أكبر | يتطلب وصولًا متخصصًا وبيانات للشبكة البلورية المرجعية |

يقيس حيود الأشعة السينية (XRD) انفعال الشبكة البلورية القريب من السطح من خلال رصد انزياحات قمم الحيود. وباستخدام ثوابت مرنة مناسبة ومستوى حيود ملائم، تُحوَّل تلك الانفعالات إلى إجهاد. وتكون الطريقة حساسة للسطح عمومًا، ولذلك فهي مفيدة للطبقات المكربنة، والأسطح المجلوخة، والطبقات السطحية الناتجة عن التبريد، لكنها لا تستطيع بمفردها وصف مجال الإجهاد في مركز مقطع سميك. وقد يؤثر خشونة السطح، والنسيج البلوري، والأوستنيت المحتجز، ونزع الكربون، والإشعاع المختار في النتيجة. وينبغي أخذ القياسات في مواضع مختارة من خريطة الأبعاد: على الجانبين المحدب والمقعر للانحناء، وبالقرب من الأنصاف الدائرية، وفي المقاطع الرقيقة والسميكة، وعلى امتداد الاتجاهين الرئيسيين.

يُعد حفر الثقوب طريقة شبه إتلافية. إذ يُنشأ ثقب صغير تدريجيًا، بينما تكشف مقاييس الانفعال أو الطرائق البصرية الاسترخاء المرن الموضعي. ثم يقدّر حساب عكسي الإجهاد الأصلي بوصفه دالة في العمق. وتفحص هذه الطريقة عمقًا أكبر من XRD التقليدي، لكنها تظل طريقة قريبة من السطح، كما يفترض الحساب هندسة محددة، واستجابة مرنة، ومعرفة كافية بتغير الإجهاد. وقد ينتهك وجود ثقب بالقرب من حافة أو نصف دائري أو إصلاح لحام أو تدرج حاد في الصلادة تلك الافتراضات. كما أن الثقب نفسه يقطع استمرارية الجزء، ولذلك يجب اختيار موضعه حيث يكون الضرر الناتج مقبولًا.

تكشف قياسات المحيط، والقطع، والطرائق الإتلافية ذات الصلة، الإجهادَ من خلال السماح لجسم مقيد بالاسترخاء. ففي طرائق المحيط، يُقطع المكوّن على امتداد مستوى، ويُقاس السطح المكشوف حديثًا، ثم يعيد نموذج مرن بناء الإجهاد العمودي الذي أحدث الإزاحة. ويمكن للقطع أن يكشف مباشرةً حركات الانحناء والانفتاح، لكنه يحرر مجال إجهاد ثلاثي الأبعاد، وقد يتطلب تصحيحات لتشوه القطع، واللدونة، وضوضاء القياس. وتتميز هذه الطرائق بفاعليتها في المقاطع السميكة واللحامات، لكنها لا توفر فحصًا إنتاجيًا غير إتلافي.

يمكن لحيود النيوترونات قياس انفعال الشبكة البلورية على أعماق أكبر بكثير من XRD، لأن النيوترونات تخترق معظم أنواع الفولاذ إلى عمق أكبر. ويمكنها رسم خرائط للإجهادات الداخلية عبر المقطع دون قطع المكوّن، مع مراعاة متطلبات الوصول، وحجم القياس، والنسيج، والطور، والشبكة البلورية المرجعية. وتكون مفيدة بوجه خاص عندما تشير القياسات السطحية واستجابة التشغيل إلى تدرج إجهاد مدفون. ولا ينبغي توقع تطابق نتائج حيود النيوترونات وXRD وحفر الثقوب عند الموضع الاسمي نفسه، ما لم تكن الحجوم والأعماق التي تفحصها متماثلة تقريبًا.

### فصل خطأ العملية عن خطأ القياس

لا يثبت اختلاف نتيجتي فحص تلقائيًا أن عملية المعالجة الحرارية قد تغيرت. إذ يجب تقدير عدم اليقين في القياس بصورة منفصلة عن تباين العملية. وينبغي تكرار القياس نفسه من دون تحريك المكوّن، ثم إزالته وإعادة تركيبه وتكرار القياس مرة أخرى. ويفصل الفرق بين قابلية الجهاز للتكرار من جهة، وتأثيرات إعادة تحديد المرجع أو المشغّل أو التثبيت من جهة أخرى. كما تحدد المعايير المُعايرة، وقياس درجة الحرارة القابل للتتبع، وتأهيل المجس، وإجراء المحاذاة الموثق، ما إذا كان نظام الإحداثيات مستقرًا.

تُعد حالة السطح مصدرًا متكررًا للتفسير الخاطئ. فقد تؤثر القشور، والأكاسيد، والمادة منزوعة الكربون، وحروق التجليخ، والطبقات المقساة بالقذف بالخردق، والخشونة، في كل من الفحص الأبعادي بالمجس والحيود. وينبغي القياس قبل التنظيف وبعده وفق إجراء محدد، مع تسجيل أي إزالة للمادة. وإذا أعقب التبريدَ تجليخٌ، فينبغي فحص السطح قبل التجليخ وبعد كل مرحلة تشغيل مهمة. فقد يكون التغير في الخلوص الشعاعي بعد إزالة المادة نتيجة تحرر الإجهاد المتبقي، لا عيب تبريد جديدًا، بينما قد يعكس التغير في إجهاد XRD إزالة طبقة سطحية مجهدة.

يوفر التناظر أداة تشخيصية مهمة. وينبغي مقارنة النقاط المتكافئة على الجانبين المتقابلين لمكوّن متماثل اسميًا، لكن لا ينبغي حساب متوسطاتها بصورة عمياء. فمن المفترض أن تنتج العملية المتماثلة نتيجة متماثلة؛ وقد يشير اختلاف مستمر في جانب واحد إلى عدم تجانس تدفق مائع التبريد، أو تماس التركيبة، أو تحميل الفرن، أو خطأ تشغيل سابق. كما تجعل تدرجات الإجهاد القراءات ذات النقطة الواحدة غير موثوقة. ولذلك ينبغي رسم خرائط لعدة أعماق واتجاهات ومناطق هندسية، ثم مقارنة النمط بالصلادة، والبنية المجهرية، ومحتوى الأوستنيت المحتجز، والدورة الحرارية المسجلة. ويصف معهد وورستر للفنون التطبيقية تشوه التبريد بأنه مسألة مترابطة تشمل انتقال الحرارة، وتحول الطور، والإجهاد، والانفعال، والتطور البنيوي المجهري. ولذلك يجب أن يتحلى نظام الفحص بالانضباط نفسه في فصل تلك التأثيرات عن الأخطاء التي يُدخلها القياس ذاته.

## 13. نمذجة ومحاكاة التشوه الناتج عن المعالجة الحرارية

ليست محاكاة المعالجة الحرارية حاسبةً لمعدل التبريد السريع تُضاف إليها لاحقًا آلية لتصحيح التشوه. فالنموذج الموثوق يتنبأ بالتطور المتزامن لدرجة الحرارة، وكسور الأطوار، والانفعال، والإجهاد، والهندسة، أثناء تسخين الفولاذ وإبقائه عند درجة الحرارة، وتبريده السريع، ومراجعته، وأحيانًا تشغيله ميكانيكيًا. التشوه هو التغير في الشكل أو الأبعاد؛ أما الإجهاد المتبقي فهو الإجهاد الداخلي الذي يبقى بعد زوال الأحمال الخارجية وتدرجات الحرارة. وهما نتيجتان مختلفتان لتاريخ العملية نفسه. فقد يحتوي الجزء على إجهاد متبقٍ كبير مع تشوه مرئي ضئيل، أو قد يحدث له التواء واضح بعد تحرير الإجهادات بالتشغيل الميكانيكي.

تحدد ASM International الإجهادات المتبقية الحرارية وإجهادات التحول وإجهادات التصلد بوصفها مساهمات متميزة في الفولاذ المقسى والمراجع. ينشأ الإجهاد الحراري من التمدد والانكماش المقيدين. ويتطور إجهاد التحول عندما تتحول المناطق عند درجات حرارة مختلفة ويتغير حجمها في أوقات مختلفة. ويرتبط إجهاد التصلد بالاستجابة الميكانيكية للبنية المجهرية المتطورة، بما في ذلك التغيرات في مقاومة الخضوع والجريان اللدن. وقد ينتج عن نموذج يُغفل أيًّا من هذه الآليات منحنى درجة حرارة سلس، لكن أبعاده المتنبأ بها قد تكون خاطئة.

### الاقتران الحراري والمعدني والميكانيكي

يمثل المجال الحراري نقطة البداية، وليس الإجابة كاملة. يجب على المحلّل حساب التوصيل الحراري عبر الفولاذ، والإشعاع والحمل الحراري عند الأسطح المكشوفة، والتوصيل الحراري التلامسي عند التجهيزات، وإزالة الحرارة إلى سائل التبريد السريع. ويُعبَّر عن انتقال الحرارة السطحي عادةً من خلال شرط حدّي يعتمد على درجة الحرارة أو من خلال معامل انتقال حراري. ويتغير ذلك المعامل أثناء الغليان، والغليان النووي، والغليان الانتقالي، والحمل في السائل أو البخار. كما يتغير تبعًا للتحريك، واتجاه الجزء، ودرجة حرارة سائل التبريد، وكيمياء السائل، وحالة السطح المحلية.

تؤكد المراجعة المنشورة عام 2022 بعنوان «الإجهاد المتبقي والتشوه أثناء التصلد بالتبريد السريع للفولاذ» في *مجلة هندسة المواد والأداء* أن انتقال الحرارة، وتحول الطور، والهندسة، وسماكة المقطع، واختيار سائل التبريد، وشدة التبريد السريع، كلها عوامل متفاعلة. فحمام ذو درجة حرارة موحدة لا يُنشئ تاريخ تبريد موحدًا إذا كان أحد الأوجه محجوبًا، أو إذا كان التجويف يحبس البخار، أو إذا كان المركز السميك يبرد ببطء أكبر من الحافة الرقيقة. كما تحدد مقالات *المجلة الدولية للمواد وتكنولوجيا المنتجات* في الجزأين الأول والثاني التدرجات الحرارية غير الموحدة بوصفها مصدرًا رئيسيًا لتشوه التبريد السريع، وتربط الإجهاد المتبقي بظروف سائل التبريد، والتصلد السطحي وتصلد الطبقة السطحية، والطحن النهائي.

يحوّل النموذج المعدني درجة الحرارة والتركيب إلى تطور للأطوار. وقد يتحول الأوستنيت إلى فيريت، أو بيرليت، أو بينيت، أو مارتنسيت، أو أوستنيت محتجز، تبعًا لمسار التبريد المحلي وقابلية التصلد. ويمكن لكل تحول أن ينتج انفعال تحول، يشمل مكوّنًا حجميًا، ومكوّنًا يعتمد على الاتجاه في بعض النماذج. ثم يجمع النموذج التكويني بين الانفعال الحراري، وانفعال التحول، والانفعال المرن، والانفعال اللدن:

\\\[ \\boldsymbol{\\varepsilon}\_{total} = \\boldsymbol{\\varepsilon}\_{elastic} + \\boldsymbol{\\varepsilon}\_{plastic} + \\boldsymbol{\\varepsilon}\_{thermal} + \\boldsymbol{\\varepsilon}\_{transformation}. \\\]

يمثل هذا التفكيك إطارًا للنمذجة، وليس ادعاءً بأن الانفعالات تحدث بصورة مستقلة. فهي تتفاعل من خلال حالة الإجهاد ومقاومة الخضوع المعتمدة على درجة الحرارة. فقد تتكون منطقة مارتنسيتية بينما لا يزال الأوستنيت المحيط ساخنًا وقابلًا للتشوه؛ وقد يؤدي التبريد اللاحق إلى عكس نمط الإجهاد المحلي. وقد يحدث أيضًا اللدن المستحث بالتحول عندما يساعد الإجهاد على حدوث التحول أو عندما يعزز انفعال التحول الجريان اللدن.

ولذلك يجب أن يشمل الاقتران الميكانيكي معامل المرونة، وإجهاد الخضوع، وسلوك التصلد، ونسبة بواسون، وانفعال التحول، وكلها تعتمد على درجة الحرارة والطور، فضلًا عن استجابة الزحف أو اللزوجة-اللدونة عند الحاجة. وينبغي تمثيل القيود الناتجة عن التجهيزات، وقوالب الكبس، والقلوب، أو المقاطع المتجاورة تمثيلًا صريحًا. فالقضيب الحر، والحلقة المثبتة، والترس الموضوع على تجهيز، لا تعطي التنبؤ نفسه للتشوه حتى إن كانت مصنوعة من الفولاذ نفسه ووُضعت في حمام التبريد السريع نفسه.

### بيانات المواد وحركية التحول

تحدد بيانات المواد ما إذا كانت المحاكاة تصف درجة فولاذ معينة أم فولاذًا عامًا فحسب. وتشمل المدخلات المطلوبة عادةً التركيب الكيميائي، والكثافة، والموصلية الحرارية، والسعة الحرارية النوعية، والانبعاثية، ودرجات حرارة تحول الطور، والحرارة الكامنة، وكسور الأطوار، وحركية التحول، وانفعالات التحول، والخواص الميكانيكية لكل طور ذي صلة. ويمكن لبيانات قابلية التصلد، مثل منحنى جوميني أو سلوك مُعاير للتحول بالتبريد المستمر، أن تساعد في تحديد ما إذا كان المقطع سيكوّن مارتنسيت أو مزيجًا من البينيت والبيرليت.

يجب أن تتوافق الحركية مع الدورة الحرارية. فقد لا تكفي بيانات التحول متساوي الحرارة وحدها للتنبؤ بسبيكة مطروقة أو مصبوبة تُبرَّد باستمرار. وتحمل النماذج القائمة على مخططات التحول-الزمن-درجة الحرارة، أو مخططات التحول بالتبريد المستمر، أو علاقات مارتنسيت من نوع Koistinen–Marburger، أو إجراءات المجال الطوري والعناصر المحددة المُعايرة، افتراضات مختلفة بشأن التنوي، وفترة الحضانة، والتركيب، وبنية حبيبات الأوستنيت السابقة. وتتطلب تدرجات الكربون الناتجة عن الكربنة، وتدرجات النيتروجين الناتجة عن النتردة، والانفصال الناتج عن الصب، مدخلات متغيرة مكانيًا بدلًا من إسناد تركيب واحد إلى كل عنصر.

يوفر أرشيف بيانات المواد التابع للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا مصدرًا مفيدًا لخلفية المعالجة الحرارية، لكن لا تزال بيانات الأرشيف بحاجة إلى التحقق بمقارنتها بالدرجة الفعلية، وحجم المقطع، وحالة السطح، والمعدات. فقد تكون القيم المنشورة قد قِيست باستخدام أشكال عينات أو معدلات تبريد مختلفة. ولا ينبغي نقل نموذج مُعاير للتبريد السريع بالزيت، من دون اختبار، إلى محلول بوليمري، أو الماء، أو الغاز، أو تبريد سريع متقطع. فحد التبريد السريع جزء من مجموعة بيانات المادة والعملية.

ينبغي أن تقارن المعايرة درجات الحرارة المتنبأ بها، وكسور الأطوار، والصلادة، والأبعاد، والإجهادات، بالقياسات الناتجة عن العملية المحددة. ويمكن للمزدوجات الحرارية، والقياسات بالأشعة تحت الحمراء حيثما كان ذلك عمليًا، والتمددية، ومسارات قياس الصلادة، وقياسات الأطوار المعدنية المجهرية، والمسح باستخدام آلة القياس الإحداثي، والحيود بالأشعة السينية أو النيوترونات، أن تختبر أجزاء مختلفة من النموذج. وينبغي أن تشمل معايرة التشوه خصائص متعددة: قطر التجويف، واستواء الوجه، والانحراف، والطول، والتغير الزاوي. فقد يؤدي تطابق بُعد نهائي واحد إلى إخفاء أخطاء تعويضية في انتقال الحرارة وانفعال التحول.

وتكتسب حساسية الشبكة أهمية لأن الجدران الرقيقة، والانتقالات الحادة، ومجارِي المفاتيح، والثقوب، وانتقالات عمق الطبقة السطحية، ومناطق التلامس، تُنشئ تدرجات شديدة. ويكون تنقيح الشبكة إلى أن يتغير البعد النهائي المتنبأ به تغيرًا طفيفًا فقط أكثر دلالة من اختيار شبكة تبدو دقيقة بصريًا منذ البداية. وتستحق افتراضات الحدود القدر نفسه من التدقيق. فقد يؤدي التبريد المتماثل تمامًا، والتجهيزات الصلبة تمامًا، ومعاملات انتقال الحرارة الثابتة، والمساند عديمة الاحتكاك، إلى نتيجة منتظمة لا يُنشئها الفرن في الواقع. وينبغي أن تغيّر دراسات الحساسية كثافة الشبكة، ومعاملات السطح، وصلابة التجهيزات، والاحتكاك، ودرجة الحرارة الابتدائية، ومعلمات حركية الأطوار، لتحديد أوجه عدم اليقين التي تتحكم في النتيجة.

### تاريخ الصب والتنبؤ بالأبعاد النهائية

يمكن لتاريخ الصب والمعالجة السابقة أن يؤثرا تأثيرًا جوهريًا في الأبعاد النهائية المتوقعة والإجهادات المتبقية. Limited evidence

بالنسبة إلى الفولاذ المصبوب، تكون الحالة الابتدائية أصلًا حصيلة تاريخ حراري وميكانيكي. إذ يؤدي التصلب إلى الانفصال، وبنية التغصنات، والمسامية، والإجهاد المتبقي، وبنية حبيبية غير موحدة. ويمكن للتبريد بعد إزالة القالب، وإزالة مغذيات الصب، والتشغيل الخشن، وإصلاح اللحام، وتخفيف الإجهاد، أن تغيّر مجال الإجهاد قبل بدء التصلد. وتفيد وزارة الطاقة الأمريكية بأن الإجهادات الحرارية والمتبقية في مسبوكات الفولاذ يمكن أن تسهم في التشوه، والتشقق، وإعادة التشغيل، وإصلاح اللحام، والأخطاء البُعدية، وانخفاض أداء الخدمة. أما النموذج الذي يبدأ بكتلة خالية من الإجهاد وموحدة التركيب عند درجة حرارة الغرفة، فقد استبعد الأدلة التي تتحكم في جزء كبير من الاستجابة اللاحقة.

ويشير تقرير جامعة آيوا إلى النقطة نفسها من منظور التنبؤ: يجب إدراج تاريخ الصب عند تقدير الأبعاد النهائية والإجهادات المتبقية. وقد يتطلب ذلك سير عمل متسلسلًا. إذ تتنبأ محاكاة الصب أولًا بالتصلب، والتبريد، والانكماش، والإجهاد المتبقي؛ ثم تصبح مجالات درجة الحرارة، والطور، والتركيب، والإجهاد الناتجة، الحالة الابتدائية للأوستنة والتبريد السريع. وقد تُنمذج عملية التشغيل الخشن بعد ذلك بإزالة العناصر أو تغيير القيود، تليها عملية حساب اتزان أخرى. ويلتقط هذا التسلسل إعادة توزيع الإجهاد التي لا يمكن لخطوة معالجة حرارية واحدة التقاطها.

وبالتالي تكون الهندسة النهائية المتنبأ بها خاصة بالعملية. فهي تعتمد على تحميل الفرن، وزمن الأوستنة، وتأخر النقل، وحركة سائل التبريد السريع، وتلامس التجهيزات، والمراجعة، والتبريد بين العمليات، وتاريخ المادة. ولا تنتج المحاكاة قيمة تجريدية للتشوه تخص «الفولاذ» بمعزل عن هذه الظروف. بل تتنبأ باستجابة هندسة محددة، ودرجة فولاذ محددة، وحالة ابتدائية محددة، وإعداد معدات محدد، وجدول عملية محدد.

ويوضح هذا التمييز أيضًا سبب وجوب أن تدعم المحاكاة تجارب العملية بدلًا من أن تحل محل القياس. ويصف تقرير معهد ورشستر للفنون التطبيقية تشوه التبريد السريع بأنه مسألة مقترنة تشمل انتقال الحرارة، وتحول الطور، والإجهاد، والانفعال، والتغير في البنية المجهرية. ويكون النموذج موثوقًا عندما يعيد إنتاج السلوك المقاس لأكثر من جزء أو حالة واحدة، ويكشف أوجه الحساسية الرئيسية، ويوضح المواضع التي سيتحرر فيها الإجهاد المتبقي أثناء التشغيل الميكانيكي. ولذلك تتعامل إرشادات ASM لتصميم المعالجة الحرارية مع تقليل التشوه والإجهاد المتبقي غير المرغوب فيه بوصفهما معيارين أساسيين للتصميم، لا مجرد تصحيحات لاحقة للعملية.

## 14. استراتيجيات العمليات والتصميم للتحكم في التشوه

ينبغي تنظيم التحكم في التشوه حول تقليل الانفعالات غير المتوافقة، لا حول الوعد بانعدام التغيرات الأبعادية. أثناء التسخين والتبريد السريع، تتمدد مناطق مختلفة من الجزء وتنكمش وتتحول وتخضع للخضوع في أوقات مختلفة. وتحدد ASM International الإجهادات المتبقية الحرارية وإجهادات التحول وإجهادات التصليد بوصفها مساهمات منفصلة، رغم أنها تتطور معًا في المكوّن الفعلي. كما تصف مراجعة عام 2022 المنشورة في *Journal of Materials Engineering and Performance* تشوه التبريد السريع بأنه تفاعل بين انتقال الحرارة، وتحول الطور، والهندسة، وسماكة المقطع، واختيار مائع التبريد، وشدة التبريد السريع.

لذلك تحدّ العملية السليمة من الفروق بين المناطق المتجاورة. وهي لا تكتفي باختيار مائع تبريد أسرع أو بإضافة سماحية تشغيل أكبر.

### التصميم من أجل التسخين والتبريد المتجانسين

تُعد الهندسة أول متغير من متغيرات العملية. فالمحاور السميكة المتصلة بأضلاع رقيقة، والأكتاف المفاجئة، ومجارِي المفاتيح الحادة، والثقوب العمياء، والمقاطع ذات السماكات غير المتساوية، تخلق معدلات مختلفة للتسخين والتبريد. كما تولّد قيدًا موضعيًا؛ إذ تحاول منطقة ما الانكماش بينما تظل منطقة أخرى ساخنة ومتمددة. وقد يسبب الإجهاد الناتج تشوهًا لدنًا قبل تشكل المارتنسيت، أو قد يتحرر لاحقًا عند إعادة توزيع الإجهاد المتبقي.

ويؤدي تبسيط الشكل إلى تقليل حالات عدم التوافق هذه. استخدم انتقالات تدريجية بين المقاطع، وأنصاف أقطار كبيرة للتدوير، وسماكات جدران أقرب إلى الانتظام حيثما يسمح التصميم الوظيفي بذلك. وتجنب التغيرات المفاجئة في المقطع بالقرب من مقاعد المحامل، أو أسنان التروس، أو الأسطح المرجعية. وقد يكون للانتقال المتواضع في الرسم أثر كبير أثناء التبريد السريع، لأن المنطقة الرقيقة قد تصل إلى درجة بدء تشكل المارتنسيت بينما لا تزال المنطقة السميكة تخضع للانكماش الحراري. وتحدد *International Journal of Materials and Product Technology* التدرجات الحرارية غير المتجانسة أثناء التبريد السريع بوصفها مصدرًا رئيسيًا لتشوه التبريد السريع.

ويجب أن يكون التسخين متجانسًا أيضًا داخل كامل الحمولة. ينبغي ترتيب الأجزاء بحيث يتمكن جو الفرن من الدوران حولها، بدلًا من رصّها بإحكام بحيث تتلامس. وقد تؤخر السلال الثقيلة، والمكوّنات المكدسة، والأسطح المحجوبة التسخين موضعيًا. ويكون التسخين المسبق مفيدًا عندما قد ينشأ فرق كبير في درجة الحرارة بين السطح والقلب لولا ذلك، ولا سيما في الأجزاء السميكة أو المعقدة أو عالية السبيكة. ويمكن للدورة متعددة المراحل أن تقلل الصدمة الحرارية، لكن التسخين المسبق لا يلغي الحاجة إلى التحكم في درجة حرارة الأوستنة وزمن المكوث. وقد يؤدي التعرض المفرط إلى تكبير حبيبات الأوستنيت، وزيادة الأكسدة أو نزع الكربون، وتغيير استجابة التحول النهائية.

وتتساوى أهمية تجانس التبريد مع تجانس الفرن. إذ ينبغي أن يصل مائع التبريد إلى جميع الأسطح المعنية بمعدل متقارب، مع التحكم في درجة الحرارة والتحريك والنظافة. وتؤدي أغلفة البخار، والجيوب الساكنة، والممرات المسدودة، وأنماط الرش غير المتساوية إلى نشوء تاريخ تبريد موضعي مختلف. وقد تكون النتيجة سطحًا مارتنسيتيًا صلبًا بجوار منطقة تحتوي على البينيت أو البرليت أو الأوستنيت المحتجز، مصحوبًا بتغيرات حجمية وحالات مختلفة من الإجهاد المتبقي. وينبغي أن يزيل تحريك مائع التبريد البخار وأن يوفر انتقالًا حراريًا متكررًا دون إجبار سمة رقيقة على الانحناء تحت تأثير أحمال المائع أو المناولة.

ويجب أن تعكس سماحيات التشغيل هذا السلوك. إذ يمكن ترك مراجع الإسناد الحرجة بكمية كافية من المادة لعمليات الإنهاء بعد التبريد السريع والمراجعة، في حين ينبغي عدم إضافة مادة زائدة بصورة عشوائية، لأنها تزيد الكتلة الحرارية وقد تزيد الفروق بين المقاطع. كما تستحق عملية التجليخ النهائية الانتباه؛ إذ تربط دراسة IJMPT على الفولاذ المبرَّد سريعًا بين الإجهاد المتبقي وظروف مائع التبريد، والتصليد السطحي وتصليد الطبقة السطحية، والتجليخ النهائي.

### اختيار قابلية التصليد وظروف التبريد السريع

يحدد التركيب الكيميائي للفولاذ مدى سرعة تبريد المقطع لتجنب النواتج الانتشارية والحصول على البنية المجهرية المطلوبة. وينبغي أن تسترشد عملية الاختيار بقابلية التصليد، لا بالصلادة الاسمية وحدها. فعلى سبيل المثال، تتمتع AISI 4140 عمومًا بقابلية تصليد أكبر من فولاذ كربوني عادي ذي محتوى كربوني مماثل، لأن الكروم والموليبدينوم يؤخران التحول؛ أما AISI 52100 فتُختار لتطبيقات المحامل عالية الكربون، لكنها تتطلب تحكمًا دقيقًا في الأوستنة والتبريد السريع، لأن توزيع الكربيدات وحجم المقطع يؤثران في سلوك التحول. وتعتمد الدرجة الصحيحة على بروفيل الصلادة المطلوب، والمتانة، ومقاومة التآكل، والأبعاد، وإجهادات الخدمة.

وقد يسمح اختيار فولاذ ذي قابلية تصليد كافية باستخدام تبريد سريع أقل شدة. ويقلل ذلك الفرق في درجة الحرارة بين السطح والقلب، ويخفض الإجهاد الحراري اللازم لإنتاج البنية المستهدفة. وقد يؤدي التبريد السريع شديد القسوة إلى صلادة سطحية مرتفعة، لكنه قد يزيد أيضًا التشوه وخطر التشقق والإجهاد المتبقي دون تحسين خصائص القلب المطلوبة. وعلى العكس، قد تؤدي الشدة غير الكافية إلى بقاء مناطق لينة أو إلى زيادة البينيت والبرليت. ومن ثم فإن القرار يمثل موازنة معدنية، وليس تفضيلًا عامًا للزيت أو الماء أو البوليمر أو الغاز أو الملح.

ويجب تحديد تركيز مائع التبريد، ودرجة حرارته، وحركته، وصيانته بوصفها متغيرات للعملية. إذ يمكن لمحاليل البوليمر أن تغير سلوك التبريد مع تغير التركيز والتحريك؛ كما تؤثر لزوجة الزيت ودرجة حرارته في الدوران وانتقال الحرارة؛ ويعتمد التبريد بالغاز على الضغط والسرعة وتعرض الجزء. وقد يقلل التبريد بالملح أو التبريد متعدد المراحل نطاق درجات الحرارة الذي تتطور خلاله التدرجات الحرارية الشديدة، لكن يجب أن تظل الدورة موفرة للتحول المطلوب. وتؤكد مراجعة JMEP لعام 2022 أن اختيار مائع التبريد وشدة التبريد السريع لا يمكن فصلهما عن الهندسة وسماكة المقطع.

وتتطلب مسارات التصليد السطحي وتصليد الطبقة السطحية عناية خاصة. فالكربنة تغير محتوى الكربون قرب السطح، ومن ثم درجة حرارة التحول وقابلية التصليد والتغير الحجمي. وينتج التنترت منطقة مركبة أو منطقة انتشار متصلدة مع تحول حجمي أقل بكثير من الكربنة، لكن التشوه قد ينشأ مع ذلك من إجهادات التشغيل السابقة، والتسخين، وتقييد المثبتات، والتجليخ اللاحق للمعالجة. ويمكن للمعالجة الحرارية بالتفريغ أن تحسن التحكم في الجو، لكنها لا تضمن تلقائيًا تبريدًا متجانسًا إذا كان ترتيب الحمولة أو تدفق الغاز سيئًا.

وينبغي أن تتبع المراجعةُ التبريدَ السريعَ ضمن نافذة العملية المحددة. فهي تقلل خطر بقاء المارتنسيت غير المراجع وإجهادات التبريد السريع متاحين للتسبب في تشقق أو تقوس لاحق. وعندما يظل الإجهاد المتبقي غير مقبول، قد تكون إزالة الإجهادات ميكانيكيًا أو حراريًا مناسبة، شريطة ألا تؤثر المعالجة سلبًا في الصلادة، أو عمق الطبقة المتصلدة، أو السماحات الأبعادية، أو حالة السطح. وتحدد إرشادات ASM لتصميم المعالجة الحرارية تقليل التشوه والإجهاد المتبقي غير المرغوب فيه بوصفهما معيارين أساسيين للتصميم.

### المثبتات والاتجاه وتسلسل العملية

ينبغي أن تقيد المثبتات الحركة دون فرض مسار حمل جديد ومركز. إذ يمكن للتثبيت الصلب لجزء يحاول الانكماش أن يستبدل التشوه الحر بالحصر بإجهاد متبقٍ مرتفع، أو خضوع موضعي، أو تشقق. وينبغي أن تلامس الدعامات مناطق قوية وغير وظيفية حيثما أمكن، كما يجب أن يظل ضغط التلامس ثابتًا أثناء تغير درجة حرارة الجزء. وقد تحتاج الحلقات الرقيقة، والصفائح، والأعمدة إلى قوالب داخلية، أو مثبتات تعليق، أو دعامات موجهة، لكن يجب أن يسمح المثبت بالانكماش الحراري المقصود بدلًا من منعه تمامًا.

ويتحكم اتجاه الجزء في تأثيرات الجاذبية وفي وصول مائع التبريد معًا. فقد تُعلَّق الأعمدة الطويلة رأسيًا للحد من الترهل، بينما قد تحتاج الصفائح المسطحة إلى اتجاه يمنع جيوب البخار ويسمح بتبريد الوجهين بصورة متقاربة. وينبغي توجيه التجاويف، وأسنان التروس، والشقوق، والثقوب نحو التدفق بطريقة تتجنب احتجاز البخار أو ركود المائع. ويجب التحقق من اتجاه الحمولة في السلة الفعلية، لأن الأجزاء المتجاورة قد تحجب الأسطح وتغير معدلات التبريد الموضعية.

وتتساوى أهمية التسلسل. أجرِ التشغيل الخشن قبل المعالجة الحرارية، واحتفظ بسماحية إنهاء مضبوطة، ثم نفّذ التشغيل النهائي أو التجليخ بعد التبريد السريع والمراجعة، عندما تكون حالة الإجهاد المتبقي معروفة. وبالنسبة إلى المسبوكات الكبيرة أو الأجزاء المطروقة، فإن تحذير التقرير الفني من ولاية آيوا مهم: إذ يؤثر تاريخ الصب في الأبعاد النهائية والإجهادات المتبقية. وقد تبقى بنية التصلب، والدورات الحرارية السابقة، وإصلاحات اللحام، والمادة الزائدة غير المتساوية حتى المعالجة الحرارية، فتغير الاستجابة المتوقعة.

وقد تقلل إزالة الإجهادات قبل التصليد من إجهادات التشغيل والتصنيع التي كان من الممكن أن تتحد مع إجهادات التبريد السريع. ويمكن لعملية إزالة الإجهادات بعد التبريد السريع أن تقلل خطر التقوس في أنواع الفولاذ المناسبة، لكنها ليست علاجًا شاملًا. وتسجل مادة NIST المعنونة *Metallurgy of Heat Treatment* أن إجهادات التبريد السريع غير المُزالة قد تسبب التقوس أثناء التشغيل عندما تؤدي إزالة المادة إلى اضطراب توازن الإجهاد المتبقي. ولذلك ينبغي أن تقيس خطة العملية الأبعاد الحرجة بعد كل عملية رئيسية، لا عند الفحص النهائي فقط.

ويجب تحديد المجموعة الصحيحة من الهندسة، والتركيب الكيميائي للفولاذ، وقابلية التصليد، وحجم المقطع، والبنية المجهرية المطلوبة، ومائع التبريد، والمثبت، والاتجاه، وجدول إزالة الإجهادات للمكوّن والمعدات المحددين. ويمكن للنمذجة أن تساعد في ربط انتقال الحرارة، وتحول الطور، والإجهاد، والانفعال، والتطور البنيوي المجهري، كما وصف Worcester Polytechnic Institute، لكن تظل التجارب التشغيلية والقياس الأبعادي ضروريين، لأن ترتيب الحمولة وتاريخ المادة غالبًا ما يحددان ما إذا كان الانفعال المتوقع متوافقًا عمليًا.

## 15. اعتبارات الدرجة والمعيار ومواصفات العملية

### لماذا لا يتيح تحديد الدرجة وحده التنبؤ بالتشوه

تحدد درجة الفولاذ تركيبه، وفي بعض المعايير تحدد حدودًا للخواص الميكانيكية أو النظافة أو حالة التوريد أو قابلية التصليب. لكنها لا تفرض الشكل النهائي للمكوّن بعد المعالجة الحرارية. فقد تتعرض قطعتان مصنوعتان من الدرجة نفسها لتغيرات أبعادية مختلفة بسبب اختلاف هندستهما، وسماكة مقطعهما، وبنيتهما المجهرية السابقة، وتسلسل عمليات تشغيلهما.

فلا يتعرض عمود طويل ونحيل، ومحور سميك، ولوح رقيق للتاريخ الحراري نفسه أثناء التبريد السريع. إذ تبرد أسطحها بمعدلات مختلفة عن مراكزها، كما تركز الزوايا والثقوب ومجارٍ للمفاتيح والتغيرات المفاجئة في المقطع الإجهادات الحرارية وإجهادات التحول. لذلك قد يحتوي جزء يبدو متجانسًا اسميًا على مناطق من الإجهادات المتبقية الشدية والضاغطة تتوازن داخليًا، مع استمرار تسببها في الانحناء أو التبيّض أو الحركة الموضعية عند إزالة المادة.

كما أن تعيين المادة لا يوضح قابلية التصليب الفعلية للفولاذ في ظل فرن ودورة تبريد محددين. يؤثر التركيب السبائكي في استجابة التحول من خلال الزمن ودرجة الحرارة، وكذلك حجم حبيبات الأوستنيت، والحالة السابقة من الفيريت-البرليت أو البينيت، والانفصال الكيميائي، وتوزيع الكربيدات، والتشغيل البارد السابق. ولن تستجيب درجة مورّدة في حالة التطبيع بالطريقة نفسها تمامًا التي تستجيب بها الدرجة ذاتها إذا وُرّدت في حالة التقسية والمراجعة. وقد يضيف تاريخ الصب مساميةً وانفصالًا كيميائيًا وإجهادات سابقة الوجود؛ وتشدد الأعمال التقنية لجامعة آيوا بشأن مسبوكات الفولاذ على ضرورة إدراج هذا التاريخ عند التنبؤ بالأبعاد النهائية والإجهادات المتبقية.

تصف المراجعة المنشورة عام 2022 في *مجلة هندسة المواد وأدائها*، بعنوان «الإجهاد المتبقي والتشوه أثناء التقسية بالتبريد السريع للفولاذ: مراجعة»، النتيجة بأنها تفاعل بين انتقال الحرارة، وتحول الطور، والهندسة، وسماكة المقطع، واختيار وسط التبريد، وشدة التبريد. وهذا هو الإطار الهندسي الصحيح. كما تفصل الجمعية الدولية للمعادن، في مناقشتها ضمن *دليل ASM* للفولاذ المقسّى والمراجع، بين الإجهادات المتبقية الحرارية وإجهادات التحول وإجهادات التقسية. وترتبط هذه الإجهادات بالتشوه؛ إذ يمكن لإجهادات التحول أن تحفز الجريان اللدن، في حين يمكن للتدرجات الحرارية أن تغير توقيت ومكان تشكل المارتنسيت أو البينيت أو البرليت.

ولذلك ينبغي تسجيل تعيين مثل **42CrMo4** وفقًا للمعيار **EN 10083-3**، أو **AISI 4140** وفقًا لمواصفة **ASTM** أو **SAE** المنطبقة، بدقة كما هو محدد، ولكن لا ينبغي التعامل معه باعتباره ضمانًا ضد التشوه. فقد تخفي الأسماء غير الرسمية والتسميات التجارية اختلافات في حدود التركيب الكيميائي، وشكل المنتج، وحالة التوريد، وقابلية التصليب المطلوبة. فالمعيار مهم، وكذلك شهادة المادة الفعلية.

### مواصفات التقسية عبر كامل المقطع والتقسية السطحية

ينبغي أن يتضمن اشتراط التقسية عبر كامل المقطع أكثر من عبارة «قسِّ ومراجِع». إذ ينبغي أن يحدد درجة حرارة الأوستنة أو مجالها المسموح، وطريقة التسخين، وأساس تحديد زمن المكوث، وزمن النقل، ووسط التبريد، والتحريك، ودرجة حرارة التبريد، ودرجة حرارة المراجعة، وزمن المراجعة، والصلادة أو البنية المجهرية المطلوبة في مواضع محددة. ويجب أن تُذكر أبعاد المقطع مع هذا الاشتراط، لأن هدف الصلادة المقاس بالقرب من السطح لا يخبر إلا القليل عن المركز في مقطع كبير.

قد يشكل فولاذ عالي الكربون أو سبائكي المارتنسيت عبر مقطع صغير، لكنه لا يشكل في مركز مقطع سميك إلا بنية مختلطة. ويغير هذا الفرق كلًا من التغير الحجمي وتطور الإجهادات. وقد يؤدي التبريد السريع الشديد بما يكفي لتحقيق هدف صلادة المركز إلى زيادة فروق درجات الحرارة بين السطح والمركز، ومخاطر التشقق، والتشوه. أما التبريد الألطف أو المتقطع فقد يقلل التدرجات، لكنه قد يفشل في تحقيق مجال التحول المحدد. لذلك يجب أن تتناول المواصفة هذه المفاضلة، بدلًا من إسناد المسؤولية إلى اسم الدرجة.

وتضيف التقسية السطحية متغيرات أخرى. فالكربنة، والكربنة النترودية، والتنترة، والتقسية بالحث تنتج طبقة مقسّاة فوق بنية مختلفة للمركز؛ ولذلك ينبغي تحديد عمق الطبقة، وحالة الكربون أو النيتروجين على السطح، وحد الأوستنيت المتبقي، وصلادة المركز، وملف الانتقال. وتحدد الأدبيات المنشورة في *المجلة الدولية للمواد وتكنولوجيا المنتجات* التقسية السطحية وتقسية الطبقة بوصفهما عاملين مساهمين في الإجهادات المتبقية، إلى جانب ظروف وسط التبريد والجلخ النهائي. فقد يتشوه ترس مكربن بسبب تحول الطبقة، وتحول المركز، وهندسة الأسنان، والتعرض الحراري المرتبط بالكربنة، حتى عندما تظل درجته الكلية دون تغيير.

وبالنسبة إلى التقسية بالحث أو باللهب، يمكن للتردد، وكثافة القدرة، وسرعة المسح، والتراكب، وترتيب الرش، ودرجة حرارة البدء أن تغير المنطقة المسخنة وتسلسل التحول. أما في التنترة، فقد يتحكم اشتراط طبقة المركب وصلادة منطقة الانتشار في النمو الأبعادي بطريقة تختلف عن حالة الطبقة المارتنسيتية. كما أن الأوستنيت المتبقي مهم أيضًا؛ إذ يمكن للتحول اللاحق أثناء الخدمة أو المراجعة أو الجلخ أو التخزين أن يغير الأبعاد بعد التبريد السريع الأولي.

وتحدد إرشادات الجمعية الدولية للمعادن بشأن تصميم المعالجة الحرارية تقليل التشوه والإجهاد المتبقي غير المرغوب فيه بوصفهما معيارين أساسيين للتصميم، لا مسألتي فحص لا تعالجان إلا بعد انتهاء المعالجة. وتحدد مناقشة عام 2005 في *المجلة الدولية للمواد وتكنولوجيا المنتجات* التدرجات الحرارية غير المنتظمة بوصفها مصدرًا رئيسيًا لتشوه التبريد السريع. وبناءً على ذلك، يجب أن تظهر الهندسة، والتثبيت، وترتيب الحمولة، وحركة وسط التبريد، واتجاه الجزء في مواصفة العملية عندما تؤثر في انتظام التبريد.

### تسجيل حالة المعالجة الحرارية الكاملة

يربط السجل المفيد مواصفة المادة بالتاريخ الحراري والميكانيكي الفعلي. وينبغي، كحد أدنى، أن يحدد المعيار وتعيين الدرجة، وشكل المنتج، ورقم الصهرة أو السبيكة، وحالة التوريد، وحجم المقطع، وأي اشتراط معلن لقابلية التصليب. ثم ينبغي أن يسجل الدورة الكاملة: نوع الفرن والغلاف الجوي، وترتيب التحميل، ومراحل التسخين المسبق، ودرجة حرارة الأوستنة، والزمن عند درجة الحرارة، وتأخر النقل، وهوية وسط التبريد وتركيزه، ودرجة حرارة الحوض، والتحريك أو التدفق، وطريقة القطع أو الإيقاف، وجدول المراجعة.

كما ينبغي أن يحدد السجل معنى النجاح. فيجب أن تكون مواضع قياس الصلادة، والبنية المجهرية للمركز والسطح، وعمق الطبقة، وحد الأوستنيت المتبقي، والاستقامة، والاستدارة، والانحراف الدوراني، والتسطح، والتغير الأبعادي المسموح به قابلةً للقياس وفق معايير محددة. وينبغي أن يستخدم الفحص قبل المعالجة وبعدها المراجع نفسها حيثما أمكن، لأن تغيير المراجع قد يخلط بين الحركة الناتجة عن المعالجة الحرارية وخطأ التشغيل.

ويجب إدراج تسلسل التشغيل في السجل. وتشير *علم الفلزات في المعالجة الحرارية*، المحفوظة لدى المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، إلى أن إجهادات التبريد السريع غير المفرَّغة يمكن أن تسبب الالتواء عندما تزيل عمليات التشغيل المادة وتخل بتوازن الإجهادات المتبقية. ولذلك يمكن للتشغيل الخشن قبل التقسية، وتخفيف الإجهاد بين العمليات، وبدل المادة المخصص للجلخ، واتجاه الجلخ النهائي أن تغير النتيجة الملحوظة دون أي تغيير في درجة الفولاذ أو وصفة التبريد السريع.

وتفيد وزارة الطاقة الأمريكية بأن إجهادات التسخين والتبريد السريع في مسبوكات الفولاذ يمكن أن تسهم في التشوه، والتشقق، وإعادة التشغيل، وإصلاح اللحام، والأخطاء الأبعادية، وانخفاض أداء الخدمة. كما يتعامل تقرير معهد ورسستر للفنون التطبيقية مع تشوه التبريد السريع بوصفه مشكلة مترابطة تشمل انتقال الحرارة، والتحول، والإجهاد، والانفعال، والتطور البنيوي المجهري. وينبغي أن تحفظ سجلات العملية معلومات كافية لمقارنة هذه المتغيرات من حمولة إلى أخرى. فشهادة الدرجة وحدها لا تستطيع تحقيق ذلك.

## 16. إطار تشخيص حالات فشل التشوه

ينبغي التعامل مع فشل التشوه بوصفه مشكلة مرتبطة بتاريخ العملية، لا باعتباره دليلًا على أن وسط التبريد كان شديدًا أكثر من اللازم. إذ يسجل الشكل النهائي للقطعة عدة أحداث في آن واحد: التسخين، والتمدد الحراري، والتحول الطوري، والانفعال اللدن، والتبريد، والمراجعة، والتشغيل الآلي، وأحيانًا التجليخ. الإجهاد المتبقي والتشوه مرتبطان، لكنهما ليسا متطابقين. فقد تستوفي القطعة حدها الأبعادي مع احتفاظها بإجهاد شد خطير، أو قد تنحرف بعد التشغيل الآلي عندما تؤدي عملية القطع إلى تحرير توازن إجهادات ظل مخفيًا.

تتمثل المهمة الأولى في تعريف العيب بواسطة القياسات. سجّل مقدار التقوس واتجاهه، والتغير الزاوي المرتبط بالالتواء، والتغير الأبعادي بين المعالم المرجعية، وموقع أي شق واتجاهه. إن وصفًا باستخدام مسطرة مستقيمة مثل «انحنى العمود» غير كافٍ. قِس مقدار الانحراف الشعاعي في عدة مواضع، وارسم خريطة للاستواء على كامل السطح، وحدد ما إذا كان الخطأ متماثلًا حول المحور المركزي للقطعة. قارن بين حالات ما بعد التبريد مباشرة، وما بعد المراجعة، وما بعد التشغيل الآلي الخشن، وما بعد التجليخ النهائي، حيثما توفرت هذه السجلات. فكثيرًا ما يوضح التسلسل متى ظهر العيب.

### تصنيف التقوس والالتواء والنمو والتشقق

التقوس هو خطأ في الانحناء، وينتج عادةً عندما يتعرض أحد جانبي الصفيحة أو العمود أو السن أو العارضة لانفعال حراري أو انفعال تحول يختلف عن ذلك الواقع على الجانب المقابل. وقد يؤدي اختلاف كبير بين القطر والسماكة، أو نمط ثقوب غير متماثل، أو عمق طبقة سطحية غير متساوٍ، أو ملامسة أداة تثبيت، إلى جعل هذا الاختلال اتجاهيًا. وقد يعكس التقوس الذي يتغير اتجاهه عند قلب القطعة مشكلة في الإسناد أثناء القياس أو تأثير الجاذبية؛ أما التقوس الذي يتبع السمة المادية نفسها في كل وضعية، فمن الأرجح أن يكون سببه ميتالورجيًا أو هندسيًا.

أما الالتواء فهو مختلف؛ إذ يشير إلى تغير في الانفعال حول الاتجاه الطولي أو المحيطي. وقد ينشأ التشوه الحلزوني في العمود من تدفق تبريد غير متماثل، أو تلامس متقطع مع أداة تثبيت، أو عمق كربنة غير متجانس، أو إجهاد التواء يتحرر أثناء التحول. وتكون القطعة التي تحتوي على مجاري مفاتيح أو أسنان تروس أو تخديدات أو سماكات جدران غير متساوية شديدة الحساسية بوجه خاص، لأن توزيع كتلتها يغير معدل التبريد الموضعي.

يجب فصل النمو أو الانكماش إلى مكونات حرارية وتحولية وتشغيلية. ويؤدي تكوّن الأوستنيت عمومًا إلى تغير حجمي يختلف عن ذلك الناتج لاحقًا عن تكوّن المارتنسيت أو البينيت أو البرليت، كما يعتمد التغير الأبعادي الصافي على محتوى الكربون، وتركيب السبيكة، ومعدل التبريد، والأوستنيت المحتجز. ولذلك لا يمكن تقييم ترس كربوني من فولاذ SAE 8620 وفق التوقع الأبعادي نفسه المستخدم لعمود من فولاذ AISI 4140 مقسى خلال كامل المقطع. فالنتيجة المهمة ليست مجرد كونه «أكبر» أو «أصغر»، بل مقدار التغير في كل بُعد خاضع للتحكم وعلاقته بالبنية المجهرية.

التشقق فئة فشل منفصلة، رغم أن الإجهادات نفسها التي تسبب الالتواء قد تسهم فيه. وغالبًا ما تتبع شقوق التبريد مواضع تركّز الإجهاد، أو الزوايا الحادة، أو مجاري المفاتيح، أو حروق التجليخ، أو المناطق ذات الصلادة العالية والمتانة المنخفضة. وقد يشير التشقق بين الحبيبات أو التشقق الشبكي إلى فرط التسخين، أو النمو المفرط للحبيبات، أو أضرار الكربنة، أو التقصف، وليس إلى شدة التبريد وحدها. سجّل منشأ الشق واتجاهه وعمقه، وما إذا كان مرتبطًا بنزع الكربون، أو الأوستنيت المحتجز، أو الكربيدات، أو أضرار التجليخ. وينبغي أن يجيب فحص الجسيمات المغناطيسية، وفحص الاختراق، والمقاطع الميتالوجرافية، وفحص الكسر عن أجزاء مختلفة من هذه المسألة.

### تتبع التاريخ الحراري والتحولي

بعد تعريف العيب، اربطه بالهندسة وتوزيع الكتلة. حدّد الجدران الرقيقة، والنتوءات، والأضلاع، والثقوب، والأسنان، والتجاويف العمياء، والانتقالات الحادة، والمقاطع السميكة. وتتحكم هذه السمات في انتقال الحرارة، وقد تُحدث فروقًا موضعية في بدء التحول وانتهائه. وتصف المراجعة المنشورة عام 2022 بقلم مؤلفي *Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels: A Review* في مجلة *Journal of Materials Engineering and Performance* انتقال الحرارة، والتحول الطوري، والهندسة، وسماكة المقطع، واختيار وسط التبريد، وشدة التبريد، بوصفها متغيرات متفاعلة. وينبغي أن يوجه هذا التفاعل عملية التحقيق.

راجع سجل الفرن قبل تغيير التبريد. وتحقق من درجة حرارة الشحنة، وزمن المكوث، وجهد الوسط الغازي، وتجانس الفرن، وموقع المزدوج الحراري، وكتلة الحمولة، وترتيب الصواني، والمسافات بين القطع. فقد يستوفي الفرن متطلبات التجانس عندما تكون حجرته فارغة، في حين تطور حمولة مكتظة فروقًا كبيرة في درجات الحرارة بين القطع وبين السطح والقلب. قارن بين القطع الموجودة في أعلى الحمولة ووسطها وحافتها. فإذا كان موضع واحد فقط يؤدي إلى ظهور العيب، فإن الأدلة تشير إلى التحميل أو التدفق، لا إلى استجابة مادية عامة.

ثم أعد بناء عملية التبريد. سجّل زمن النقل، ودرجة حرارة الحمام أو البوليمر، والتحريك أو حركة الفوهات، واتجاه الغمر، والمسافات بين القطع، وما إذا كان من الممكن تكوّن أغلفة بخارية أو جيوب محبوسة. وتحدد *International Journal of Materials and Product Technology* التدرجات الحرارية غير المتجانسة بوصفها مصدرًا رئيسيًا لتشوه التبريد، بينما تربط مناقشتها المكملة الإجهاد المتبقي بظروف وسط التبريد، والتقسية السطحية وتقسية الطبقة، والتجليخ النهائي. ويمكن لمنحنيات التبريد أو لقطع الشاهد المزودة بأجهزة قياس أن توضح ما إذا كان السطح قد برد بسرعة بينما ظل القلب ساخنًا، أو ما إذا كان أحد الجانبين قد تلقى انتقالًا حراريًا أكثر فعالية.

تحقق من النتيجة ميتالورجيًا. وينبغي أن تشمل مسارات قياس الصلادة السطح وتحت السطح والقلب حيثما يسمح حجم المقطع. افحص حجم حبيبات الأوستنيت السابق، وتوزيع المارتنسيت أو البينيت، والأوستنيت المحتجز، والكربيدات، ونزع الكربون، وعمق الطبقة، وأي نطاقات لينة. ولا تثبت قيمة الصلادة الواقعة ضمن المواصفات أن التحول حدث بصورة متجانسة. ففي ترس مكربن، على سبيل المثال، قِس عمق الطبقة عند عدة أسنان وحول المحيط، بدلًا من الاعتماد على مقطع واحد.

ويكون قياس الإجهاد المتبقي مبررًا عندما يتعذر تفسير التحرر الأبعادي، أو التشقق، أو أداء الكلال، أو الحركة المتكررة أثناء التشغيل الآلي، بالهندسة والصلادة وحدهما. ويمكن لحيود الأشعة السينية تحديد الإجهاد القريب من السطح؛ ويوفر الحفر بالثقب منحنى للعمق السطحي؛ بينما تستطيع طرق النيوترونات أو السنكروترون فحص المناطق الأعمق عند توافرها. فسّر كل نتيجة مع بيان عمق القياس واتجاهه. فقيمة ضغطية على السطح لا تستبعد وجود إجهاد شد أسفل الطبقة أو عند منطقة انتقال.

### الإجراءات التصحيحية دون تغيير متغير واحد بشكل أعمى

قارن بين عدة قطع فاشلة وناجحة، لا بين قطعة فشل استثنائي واحدة فقط. واربط كل قطعة بموضعها في الفرن، ورقم صهرة الفولاذ، ومسار التشغيل الآلي السابق، ودفعة التبريد، ودورة المراجعة، ونتيجة الفحص. وراجع تاريخ صناعة الفولاذ والسبك عند الاقتضاء؛ إذ يمكن للت segregation، والمسامية، ومقدار الاختزال السابق بالطرق، وإصلاح اللحام، أو إزالة المخزون بصورة غير متساوية، أن تؤثر جميعها في كل من انتقال الحرارة ومجال الإجهاد المتبقي. وتربط تقارير U.S. Department of Energy وUniversity of Iowa بشأن مسبوكات الفولاذ إجهادات التسخين والتبريد بالتشوه، والتشقق، وإعادة التشغيل، وإصلاح اللحام، وأداء الخدمة، كما تؤكد أن تاريخ السباكة يجب أن يدخل في التنبؤات الأبعادية.

ينبغي أن يغير الإجراء التصحيحي مجموعة خاضعة للتحكم من المتغيرات مع الإبقاء على مجموعة للمقارنة. وقد تشمل التدابير الممكنة تحسين تماثل التحميل، وإضافة دعامات لا تقيد التحول، وتغيير اتجاه القطعة، وتحسين ممارسة الأوستنة، وتطبيق تسخين مسبق مناسب، وتعديل التحريك أو درجة حرارة وسط التبريد، وإضافة تبريد متقطع، أو تغيير برنامج المراجعة. ولا ينبغي اختيار أي خيار استنادًا إلى بيانات التشوه وحدها؛ بل يجب بعد ذلك فحص الصلادة والبنية المجهرية والتشققات والإجهاد المتبقي.

وقد يؤدي تغيير شدة وسط التبريد وحده إلى استبدال التقوس بالتشقق، أو إلى تقليل خطأ أبعادي واحد مع زيادة الأوستنيت المحتجز والنمو اللاحق. وقد يقلل التبريد الأبطأ التدرجات الحرارية، لكنه يسمح بتكوّن نواتج تحول أكثر ليونة؛ بينما قد يحسن التبريد الأسرع استجابة قابلية التقسية مع زيادة إجهاد التحول. وكما يوضح تقرير Worcester Polytechnic Institute، فإن تشوه التبريد يربط بين انتقال الحرارة، والتحول الطوري، والإجهاد، والانفعال، والتطور البنيوي المجهري. ولذلك يتبع التشخيص السليم السلسلة بأكملها، ثم يغير العملية في الموضع الذي تحدد فيه الأدلة الاختلال المتحكم.

## 17. الفروق الأساسية والمفاهيم الخاطئة الشائعة

يرتبط التشوّه الناتج عن المعالجة الحرارية بالإجهاد المتبقي، لكنهما ليسا وصفين متبادلين للحالة نفسها. فقد يُظهر أحد الأجزاء تغيراً طفيفاً يمكن قياسه في شكله، مع احتفاظه بإجهاد داخلي كبير، أو قد يتشوّه بعد التشغيل الآلي رغم أن الإجهاد الأصلي لم يكن ظاهراً على السطح. ويعتمد التقييم الصحيح على مصادر الانفعال: التدرجات الحرارية، وتحولات الطور، والتشوه اللدن، والهندسة، وسماكة المقطع، والتاريخ المادي، وعملية التبريد السريع.

يحدّد كتاب *الإجهادات المتبقية والتشوّه في أنواع الفولاذ المبرّدة والمراجَعة* الصادر عن ASM International الإجهادات المتبقية الحرارية، وإجهادات التحول، وإجهادات التقسية بوصفها مساهمات متميزة. كما تتعامل المراجعة المنشورة عام 2022 بعنوان «الإجهاد المتبقي والتشوّه أثناء التقسية بالتبريد السريع للفولاذ» في *مجلة هندسة المواد وأدائها* مع انتقال الحرارة، وتحول الطور، والهندسة، وسماكة المقطع، واختيار سائل التبريد، وشدة التبريد السريع بوصفها متغيرات متفاعلة، لا أسباباً منفصلة.

### التشوّه ليس مرادفاً للإجهاد المتبقي

التشوّه هو تغير في أبعاد الجزء أو هندسته: ينحني عمود، أو تصبح حلقة بيضوية، أو ينشأ في صفيحة التواء على شكل طبق، أو تنتقل فتحة من موضعها المقصود. أما الإجهاد المتبقي فهو مجال إجهاد داخلي يبقى بعد إزالة الأحمال الخارجية وفروق درجات الحرارة. وقد يكون شدّياً في منطقة وضغطياً في منطقة أخرى، بحيث يتوازن عبر المكوّن من دون أن يُحدث تغيراً واضحاً في أبعاده الكلية.

تقترن الحالتان عندما يسبب الإجهاد المتبقي انفعالاً لدناً. أثناء التبريد السريع، يبرد السطح وينكمش قبل أن يتمكن القلب الأكثر سخونة من الانكماش معه. وإذا تجاوز الإجهاد الموضعي مقاومة الخضوع المعتمدة على درجة الحرارة، يبقى تشوه دائم. ثم يغيّر تحول المارتنسيت التوازن مرة أخرى، لأن المارتنسيت يشغل حجماً أكبر من الأوستنيت الأم. ولذلك يمكن للجزء أن يخرج من عملية التبريد السريع حاملاً في الوقت نفسه شكلاً متغيراً ومجال إجهاد متوازن ذاتياً.

ولا تحسم نتيجة الصلادة هذا التمييز. فقد يحقق ترس من AISI 8620 مكربن صلادة السطح المحددة له، مع احتفاظه بخطأ في الانحناء، أو بأوستنيت متبقٍ، أو بتدرج ضار في الإجهاد تحت السطح. وقد يبلغ عمود من AISI 4140 الصلادة المطلوبة بعد التبريد السريع في الزيت والمراجعة، ثم يتحرك عند تشغيل مجرى مفتاح أو إزالة بدل التشغيل. ويصف كتاب *علم الفلزات في المعالجة الحرارية*، المحفوظ في أرشيف بيانات المواد التابع للمعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا، تحديداً حدوث الالتواء أثناء التشغيل الآلي عندما تؤدي إزالة المادة إلى اختلال توازن الإجهاد المتبقي.

كما أن حيود الأشعة السينية السطحي أو قياسات حفر الثقوب لهما حدود. فهما يصفان منطقة قريبة من السطح، ولا يصفان تلقائياً حالة الإجهاد عبر القلب. وقد تكون هناك حاجة إلى حيود النيوترونات، أو طرائق خطوط الكنتور، أو التشريح، أو نماذج عمليات مُتحقَّق من صحتها، عندما يحتوي مطروق سميك أو مسبوك أو مكوّن مكربن على تدرج حاد في الإجهاد. بل إن القيمة المقاسة على السطح قد تكون ذات إشارة معاكسة لقيمة القلب.

### التبريد السريع ليس المصدر الوحيد للتغير البُعدي

غالباً ما يُلام التبريد السريع لأن تغيرات درجات الحرارة فيه سريعة، لكن التغير البُعدي يبدأ قبل دخول الجزء إلى سائل التبريد. فقد تؤدي التسخين إلى تحرير إجهادات التشغيل الآلي، وتغيير توزيعات الكربيدات، وإحداث تمدد غير منتظم. وقد يحتوي المسبوك بالفعل على إجهاد متبقٍ ناتج عن التجمّد، أو التبريد غير المتساوي، أو البقع الساخنة، أو المغذيات، أو إصلاحات اللحام، أو التشغيل الآلي الخشن. وتربط تقارير وزارة الطاقة الأمريكية وجامعة أيوا بشأن مسبوكات الفولاذ هذه الإجهادات الحرارية والمتبقية بالتشوّه، والتشقق، وإعادة التشغيل، وإصلاحات اللحام، والأخطاء البُعدية، وانخفاض أداء الخدمة. ولذلك يجب أن يدخل تاريخ المسبوك في أي تنبؤ بالأبعاد النهائية.

ولا يقتصر انفعال التحول على المارتنسيت. فالبيرليت، والباينيت، والفريت، والمارتنسيت تتكون ضمن نطاقات حرارية مختلفة، ولها حجوم نوعية مختلفة. وقد تحدث لدونة التحول عندما يتقدم تغير الطور تحت تأثير الإجهاد، مما يتيح حدوث تشوه عند إجهادات تقل عن مقاومة الخضوع العادية. وقد يتحول الأوستنيت المتبقي لاحقاً أثناء المراجعة، أو التبريد بالتجميد، أو التحميل أثناء الخدمة، أو حرارة التجليخ، مسبباً تمدداً إضافياً أو تغيراً موضعياً في الشكل. وفي أنواع الفولاذ المكربنة مثل AISI 52100 أو AISI 8620، يغيّر تدرج الكربون قابلية التقسية، ودرجات حرارة التحول، والكسر الحجمي للمارتنسيت، ومحتوى الأوستنيت المتبقي من السطح إلى القلب.

وتتحكم الهندسة في كيفية تطور هذه التأثيرات. فالجسر الرقيق يبرد بسرعة، بينما يبقى المحور السميك ساخناً؛ وتركّز الزاوية الحادة تدفق الحرارة والإجهاد؛ كما تغيّر الفتحة مساحة التبريد والقيد حول المقطع. وتكتسب شدة التبريد السريع وانتظامه أهمية، وكذلك درجة حرارة سائل التبريد، وحركته، والتحريك، واتجاه الجزء، وكثافة التحميل، وسلوك الغشاء البخاري. وتصف مراجعة عام 2022 في *مجلة هندسة المواد وأدائها* هذه التفاعلات مباشرة. كما يعرض تقرير معهد وورسيستر للفنون التطبيقية تشوّه التبريد السريع بوصفه مسألة مقترنة تشمل انتقال الحرارة، وتحول الطور، والإجهاد، والانفعال، وتطور البنية المجهرية.

وقد يضيف التشغيل الآلي والتجليخ مرحلة لاحقة من التغير البُعدي. إذ تكشف إزالة كمية غير متساوية من بدل التشغيل الإجهاد أو تعيد توزيعه، في حين يمكن للتجليخ أن يُنشئ طبقة سطحية ضحلة متأثرة حرارياً وإجهاداً مرتبطاً بالتحول إذا لم تُضبط الحرارة. ويحدد الجزءان الأول والثاني من *المجلة الدولية لتكنولوجيا المواد والمنتجات* التدرجات الحرارية غير المنتظمة بوصفها مصدراً رئيسياً لتشوّه التبريد السريع، ويناقشان ظروف سائل التبريد، والتقسية السطحية وتقسية القشرة، والأوستنيت المتبقي، والتجليخ النهائي.

### تخفيف الإجهاد لا يضمن الاستقرار البُعدي

تقلل المراجعة بعض إجهادات التبريد السريع وتغيّر البنية المارتنسيتية، لكنها لا تمحو كل مكوّنات الإجهاد ولا تضمن ثبات الأبعاد. وتعتمد النتيجة على درجة حرارة المراجعة، والزمن، وانتظام التسخين والتبريد، وسماكة المقطع، وكيمياء السبيكة، والتحول السابق، وكمية الأوستنيت المتبقي. فقد تترك المراجعة عند درجة حرارة منخفضة إجهاداً كبيراً؛ في حين قد تؤدي المعالجة عند درجة حرارة أعلى إلى استرداد إضافي، أو ترسيب للكربيدات، أو تحول الأوستنيت غير المستقر.

ولإزالة الإجهاد ميكانيكياً حدود مماثلة. فالمعالجة الاهتزازية، أو الشد، أو التدوير الحراري المنضبط، يمكن أن تعيد توزيع الإجهاد من دون تصحيح هندسة غير مناسبة، أو بنية مجهرية غير متجانسة، أو عيب مسبوك. وقد تكشف إزالة الإجهاد أيضاً حركة كانت مقيدة في السابق.

يحدد كتاب ASM International المعنون *المبادئ الأساسية وإرشادات التصميم للمعالجة الحرارية للفولاذ* تقليل التشوّه والإجهادات المتبقية غير المرغوبة بوصفه من معايير التصميم الأساسية، لا نتيجة تتبع تلقائياً من تحقيق الصلادة. ويتطلب الاستقرار البُعدي ضبط العملية والتحقق منها: إجراء القياسات قبل المعالجة الحرارية وبعدها، وفحص سمات الشكل الحرجة، ومراعاة تسلسل التشغيل الآلي، وفحص الأوستنيت المتبقي عند الاقتضاء، واختيار قياسات للإجهاد تمثل عمق الجزء وهندسته. ويُعدّ منحنى الصلادة دليلاً مفيداً على التحول، لكنه لا يثبت أن مجال الإجهاد بأكمله أو الشكل النهائي مقبول.

## 18. جداول مرجعية وقائمة تحقق عملية

ينبغي قراءة سجلات المعالجة الحرارية باعتبارها سلسلة من الأسباب، لا باعتبارها قيماً معزولة للفرن والتبريد السريع. تميّز ASM International بين الإجهادات المتبقية الحرارية، وإجهادات التحول، وإجهادات التقسية، بينما تصف مراجعة عام 2022 المنشورة في *Journal of Materials Engineering and Performance* انتقال الحرارة، وتحول الطور، والهندسة، وسماكة المقطع، واختيار وسيط التبريد، وشدة التبريد باعتبارها متغيرات متفاعلة. ولذلك قد يحقق الجزء هدف الصلادة، ومع ذلك يستمر في التحرك أثناء التشغيل الآلي أو التجليخ أو الخدمة.

### جدول الآلية والأعراض

| الآلية أو الحالة | الملاحظة المحتملة | ما ينبغي التحقق منه قبل إسناد السبب |
|---|---|---|
| تبريد غير متساوٍ للسطح، أو تحريك متقطع، أو اختلاف في سماكة المقطع محلياً | انحناء قوسي، أو التواء، أو لااستدارة، أو تدرج مخروطي، أو تشوه غير منتظم بعد التبريد السريع | اتجاه الجزء، وترتيب التحميل على الحامل، وتدفق وسيط التبريد، وسلوك غشاء البخار، والانتقالات الحادة، والثقوب، وتغيرات المقطع من الرقيق إلى السميك |
| حدوث الانكماش الحراري قبل أن يبرد القلب | إجهاد سطحي شدّي، أو إجهاد ضاغط في القلب، أو تغير أبعادي، أو خضوع موضعي | التاريخ الحراري عبر المقطع، ومعاملات انتقال الحرارة، وما إذا كان الجزء مقيّداً |
| انفعال التحول الناتج عن تكوّن المارتنسيت أو البينيت أو البرليت من الأوستنيت | زيادة في الأبعاد، أو انكماش، أو تغير في مقاس التجويف، أو تغير في الطول، أو تغير في الشكل لا يفسره الانكماش الحراري وحده | درجة الفولاذ، ومحتوى الكربون والعناصر السبائكية، وقابلية التقسية، وتسلسل التحول، ومعدل التبريد، ودرجات بدء التحول |
| اختلاف أزمنة التحول بين السطح والقلب | انحناء، أو تشوه حول الأكتاف، أو تدرجات في الإجهاد المتبقي، أو حركة متأخرة أثناء المراجعة الحرارية | سماكة المقطع، وعمق الطبقة، والبنية المجهرية للقلب، والأوستنيت المحتجز، وانتظام درجة الحرارة |
| شدة تبريد عالية أو فرق مفرط في درجة الحرارة | تشققات التبريد السريع، أو تشققات الزوايا، أو تشققات التجليخ، أو فشل مفاجئ أثناء الفحص | نوع وسيط التبريد، ودرجة حرارته، وتركيزه، وحركته، وزمن النقل، ونظافة الجزء، وأنصاف أقطار الزوايا |
| إعادة توزيع الإجهاد المتبقي أثناء إزالة المادة | تحرك سطح مشغَّل آلياً، أو انغلاق تجويف أو انفتاحه، أو انحناء جزء كان مستقيماً سابقاً | كمية المادة المزالة من كل جانب، وسماحية التشغيل الخشن، ومعالجة تخفيف الإجهاد، وترتيب العمليات |
| تحول الأوستنيت المحتجز بعد التبريد السريع | زيادة أبعادية متأخرة، أو انجراف في الصلادة، أو حركة أثناء المراجعة الحرارية، أو المعالجة تحت الصفر، أو الخدمة | درجة حرارة التبريد السريع النهائية، ومحتوى العناصر السبائكية، وجدول المراجعة الحرارية، وقياس الأوستنيت المحتجز، والزمن المنقضي |
| حرارة تجليخ موضعية أو إزالة مفرطة للمادة | احتراق المراجعة الحرارية، أو إجهاد سطحي شدّي، أو تشققات تجليخ، أو تدرج أبعادي | مواصفات حجر التجليخ، والتجديد، وتوصيل سائل التبريد، وزمن التماس، ومرحلة انطفاء الشرر، والفحص للتحقق من الاحتراق |
| تاريخ الصب أو الحدادة أو اللحام أو التشغيل الآلي السابق | تشوه يختلف بين أجزاء متماثلة اسمياً | البنية المجهرية الابتدائية، والانفصال، والشوائب، وتخفيف الإجهاد السابق، والتقويم، وشهادات المادة |

هذا الجدول أداة مساعدة للتشخيص، وليس بديلاً عن الفحص المعدني أو التاريخ الحراري المقاس. ويشير التبريد غير المنتظم بصورة مباشرة أكبر إلى الالتواء، بينما يشير انفعال التحول إلى زيادة الأبعاد أو تغير الشكل، ويشير إعادة توزيع الإجهاد المتبقي إلى حركة أثناء التشغيل الآلي. وتزيد الإجهادات الحرارية أو إجهادات التحول المفرطة من خطر التشقق، إلا أن التشقق يعتمد أيضاً على العيوب والهندسة وحالة السطح وحساسية الفولاذ للكسر.

### قائمة التحقق من سجل العملية

#### أساسيات سجل العملية

- **المادة** سجّل التعيين الدقيق، وشكل المنتج، ورقم الصهرة أو المسبوك، والتركيب الكيميائي، والحالة السابقة.
- **الهندسة** سجّل سماكة المقطع، والانتقالات الهندسية، والثقوب، والأنصاف القطرية، والمراجع الهندسية، وسماحية التشغيل الآلي.
- **التسخين** سجّل الفرن، وترتيب الحمولة، والجو، ومراحل التسخين التمهيدي، ومعدل الرفع التدريجي، وحالة الأوستنة.
- **التبريد السريع** سجّل الوسط، ودرجة الحرارة، والتركيز أو اللزوجة، والتحريك، والاتجاه، وتأخر النقل.
- **الإنهاء** سجّل المراجعة الحرارية، وإزالة مادة التشغيل الآلي، وظروف التجليخ، ومراحل الفحص.

سجّل حالة المادة قبل اختيار تفسير للمعالجة الحرارية. حدّد التعيين بدقة كما ورد، مثل AISI 4140 أو ASTM A681 D2 أو ASTM A295 52100، وسجّل مواصفة المنتج المنطبقة، ورقم الصهرة، والتحليل الكيميائي، والحالة السابقة الملدنة أو المطبّعة، وحجم الحبيبات، والانفصال، والشوائب، والتشغيل البارد السابق. ولا تكفي الدرجة الاسمية وحدها عند مقارنة نتائج مورّدين أو مواصفات مختلفة.

بالنسبة إلى الهندسة، احتفظ بإصدار الرسم وقِس الأبعاد الكلية، وسماكات المقاطع، ونِسَب الطول إلى القطر، وسماكة الجدار، والثقوب، ومجارِي المفاتيح، والقلاوظ، والانتقالات المنحنية، والأخاديد، والزوايا الحادة، وعدم التماثل، ومخطط المراجع، وسماحية التشغيل. سجّل ما إذا كان الجزء قد طُرِق أو دُرفل أو صُبّ أو لُحِم أو جُمّع قبل المعالجة الحرارية. ويوضح التقرير الفني الصادر عن University of Iowa بشأن مسبوكات الفولاذ سبب ضرورة إبقاء تاريخ الصب ضمن تقييم الأبعاد النهائية والإجهاد المتبقي.

ينبغي أن تتضمن سجلات التسخين تعريف الفرن، وحالة المعايرة، وكتلة الحمولة، ونمط التحميل، ونقاط الإسناد، والجو أو مستوى الفراغ، ومراحل التسخين المسبق، ومعدلات الارتفاع الحراري، وزمن استعادة الفرن لدرجة حرارته، وقياسات درجة حرارة الجزء حيثما توفرت. وبالنسبة إلى الأوستنة، سجّل درجة الحرارة المستهدفة، والزمن عند درجة الحرارة، وموازنة القلب المقدّرة أو المقاسة، وإمكان الكربون حيثما ينطبق، وكيمياء الجو، وحالة السطح، وما إذا كان الكربنة أو الكربنة-النتردة أو النترتة أو المعالجة بالتفريغ قد سبق التبريد السريع.

تحتاج سجلات التبريد السريع إلى أكثر من اسم الوسط. سجّل تركيب الزيت أو الماء أو البوليمر أو المحلول الملحي أو الغاز أو الحمام الملحي؛ ودرجة حرارة وسيط التبريد؛ والتركيز أو اللزوجة؛ ومعدل التحريك واتجاهه؛ وانتظام التدفق؛ وتأخر النقل؛ وترتيب الحمولة؛ واتجاه الغمر؛ وأي انقطاع أو تأخير. وتحدد الأبحاث المنشورة في *International Journal of Materials and Product Technology* حالة وسيط التبريد، وشدة التبريد، والتقسية السطحية وتقسية الطبقة، والتجليخ النهائي باعتبارها عوامل ذات صلة بالإجهاد المتبقي.

بالنسبة إلى المراجعة الحرارية، سجّل زمن النقل من التبريد السريع، ودرجة حرارة المراجعة الحرارية، والمدة عند درجة حرارة الجزء، وعدد الدورات، وانتظام الفرن، وطريقة التبريد، وأي معالجة بالتبريد العميق أو تثبيت. قِس الصلادة بحسب الموقع بدلاً من الاعتماد على قراءة سطحية واحدة فقط. وأدرج القياسات الأبعادية قبل المعالجة الحرارية، وبعد التبريد السريع، وبعد المراجعة الحرارية، وبعد التشغيل الخشن، وبعد التشغيل النهائي، وبعد التجليخ.

ينبغي أن تحدد سجلات التشغيل الآلي تغييرات المراجع، وكمية المادة المزالة في كل عملية، وقوى التثبيت، وتشوهات التثبيت، ومسار الأداة، والزمن الفاصل بين التشغيل الخشن والنهائي. وينبغي أن تتضمن سجلات التجليخ نوع الحجر، وفاصل التجديد، وعمق التغذية، وسرعة الحركة العرضية، وسائل التبريد، ومرحلة انطفاء الشرر، وفحوص درجة حرارة السطح أو الاحتراق. وينبغي أن يشمل الفحص إعداد خرائط الصلادة، ومراجع الأبعاد، والاستقامة، والاستدارة، والانحراف، والتشققات السطحية، ونتائج فحص الجسيمات المغناطيسية أو السائل المتغلغل، وقياس الأوستنيت المحتجز حيثما كان ذلك ذا صلة، وقياسات الإجهاد المتبقي عندما يبرر الخطر إجراءها.

يجب أن تحدد مدخلات المحاكاة كيمياء الفولاذ أو درجته، وبيانات تحول الطور، والخواص المعتمدة على درجة الحرارة، والحرارة الكامنة، والبيانات التكوينية المرنة-اللدنة، وانفعال التحول، وحركية التحول، وقابلية التقسية، والبنية المجهرية الابتدائية، وظروف التماس، وسلوك انتقال الحرارة في وسيط التبريد، والتحريك، وتقييد التجهيزات، وحساسية الشبكة، والهندسة الفعلية للفرن والحمولة. وقد يتنبأ نموذج يغفل انفعال التحول بالتبريد، لكنه يفوّت المصدر الرئيسي لتغير الشكل.

### أسئلة لتفسير البيانات المنشورة

اسأل أولاً عن الفولاذ وحالة المنتج اللذين خضعا للاختبار. فقد يعني مصطلح «فولاذ العدد» ASTM A681 D2 أو AISI H13 أو مادة أخرى ذات قابلية تقسية وسلوك تحول مختلفين. هل كانت العينة شريحة رقيقة، أم حلقة، أم ترساً، أم مسبوكة، أم قضيباً مطروقاً؟ فقد تغير سماكة المقطع والهندسة تدرج درجة الحرارة بما يكفي لعكس التأثير الظاهري لإعداد التبريد السريع.

ثم اسأل عما إذا كانت درجة الحرارة المبلغ عنها هي درجة حرارة الفرن، أم السطح، أم القلب. هل قيس تحريك وسيط التبريد، أم وُصف فقط بأنه «متوسط»؟ هل ضُبط التركيز واللزوجة ودرجة حرارة الحمام وزمن النقل وترتيب الحمولة؟ ومن دون هذه التفاصيل، لا يمكن نقل قيمة عددية للتشوه إلى حالة أخرى بصورة موثوقة.

تحقق من طريقة القياس ومخطط المراجع. فقد يشمل التغير المبلغ عنه في الطول الارتداد المرن، أو تحرر الجزء من التجهيز، أو تحول الأوستنيت المحتجز، أو مرجع قياس يختلف عن رسم الإنتاج. وحدد ما إذا كانت النتيجة قد أُخذت بعد التبريد السريع، أو بعد المراجعة الحرارية، أو بعد التشغيل الآلي، أو بعد التجليخ.

وأخيراً، ميّز بين الدليل والتوصية. فنتيجة واردة في مراجعة عام 2022، *Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels*، تدعم الاستدلال القائم على العمليات المقترنة؛ لكنها لا تثبت شدة تبريد عامة أو حداً مسموحاً به للتشوه يصلح لكل الحالات. ولا ينبغي نقل أي حد عددي للتشوه أو إعداد عام للعملية بين المكونات من دون التحقق من درجة الفولاذ، والمواصفة، والهندسة، والمعدات، وتاريخ المعالجة الحرارية.

**مرجع مختصر:** التبريد غير المنتظم ← الالتواء؛ انفعال التحول ← زيادة الأبعاد أو تغير الشكل؛ إعادة توزيع الإجهاد المتبقي ← حركة أثناء التشغيل الآلي؛ الإجهاد الحراري أو إجهاد التحول المفرط ← خطر التشقق. وتدعم هذه الروابط مراجع ASM International، ومراجعة عام 2022 المنشورة في *Journal of Materials Engineering and Performance*، وتقرير Worcester Polytechnic Institute بشأن انتقال الحرارة المقترن والتغير البنيوي المجهري، وأرشيف بيانات المواد التابع لـ National Institute of Standards and Technology، ودراسات *International Journal of Materials and Product Technology*.

## المراجع

1. \[1\] Authors in the review. [Residual Stress and Distortion during Quench Hardening of Steels: A Review](https://doi.org/10.1007/s11665-022-06667-x). Journal of Materials Engineering and Performance, 2022. [](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#wiki-cite-ref-1) https://doi.org/10.1007/s11665-022-06667-x
2. \[2\] Authors of the IJMPT discussions. [Residual Stresses in Quenched Steel: Parts I and II](<https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007941; https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007942>). International Journal of Materials and Product Technology, 2005. [](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#wiki-cite-ref-2) https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007941; https://doi.org/10.1504/IJMPT.2005.007942
3. \[3\] Worcester Polytechnic Institute report authors. [Distortion and Residual Stress](https://bpb-us-w2.wpmucdn.com/wp.wpi.edu/dist/3/125/files/2021/06/Distortion-and-Residual-Stress.pdf). Worcester Polytechnic Institute report, 2021. [](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#wiki-cite-ref-3) https://bpb-us-w2.wpmucdn.com/wp.wpi.edu/dist/3/125/files/2021/06/Distortion-and-Residual-Stress.pdf
4. \[4\] Authors of Metallurgy of Heat Treatment. [Metallurgy of Heat Treatment](https://materialsdata.nist.gov/bitstream/handle/11115/189/Metallurgy%20of%20Heat%20Treatment.pdf). National Institute of Standards and Technology materials-data archive. [](/ar/%D9%88%D9%8A%D9%83%D9%8A/%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9/%D8%A7%D9%84%D8%AA%D8%B4%D9%88%D9%87-%D9%88%D8%A7%D9%84%D8%A5%D8%AC%D9%87%D8%A7%D8%AF%D8%A7%D8%AA-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%AA%D8%A8%D9%82%D9%8A%D8%A9-%D9%81%D9%8A-%D8%A7%D9%84%D9%81%D9%88%D9%84%D8%A7%D8%B0-%D8%A7%D9%84%D9%86%D8%A7%D8%AA%D8%AC%D8%A7%D9%86-%D8%B9%D9%86-%D8%A7%D9%84%D9%85%D8%B9%D8%A7%D9%84%D8%AC%D8%A9-%D8%A7%D9%84%D8%AD%D8%B1%D8%A7%D8%B1%D9%8A%D8%A9#wiki-cite-ref-4) https://materialsdata.nist.gov/bitstream/handle/11115/189/Metallurgy%20of%20Heat%20Treatment.pdf

 **نظرة سريعة**

المصادر الرئيسية للإجهادات المتبقية

الإجهادات الحرارية والتحولية وإجهادات التقسية

الأنماط الرئيسية للتشوه

التقوس والانحناء والالتواء والبيضاوية والتدرج المخروطي والنمو والانكماش

المتغيرات الرئيسية للعملية

تدرجات الحرارة، وتغيرات الطور، والهندسة، وسماكة المقطع، وشدة التبريد السريع

 [العودة إلى المعالجة الحرارية](/ar/ويكي/المعالجة-الحرارية "المعالجة الحرارية — Steel Wiki")