تأثير المعالجة الحرارية على الخواص الميكانيكية للفولاذ متوسط الكربون (0.4%C)البنية المجهرية وأهم التحولات الطورية عند التبريد البطيء والسريع
DOI:
https://doi.org/10.65568/gujes.2026.020213Keywords:
فولاذ AISI 104, المعالجة الحرارية, التحولات الطورية, اختبار الشد والصدم, تحليل التباين الأحاديAbstract
تتحدد صلاحية الفولاذ الكربوني في التطبيقات الهندسية الحاملة للإجهادات الميكانيكية بناءً على قدرة التحولات الطورية على موازنة الصلادة والصلابة مع الاستطالة ومقاومة الكسر الصدمي. تستهدف هذه الدراسة التقييم الكمي والكيفي لسلوك سبيكة فولاذية تجارية ناقصة اليوتكنويد تتميز بتركيز كربوني اسمي يبلغ 0.41 wt% C (مكافئة للدرجة القياسية AISI 1045) تحت تأثير ثلاث مسارات حرارية أساسية (التلدين الكامل، التطبيع بالمستوي الهوائي، والإخماد المباشر بالماء)، وذلك بالمقارنة مع الحالة المرجعية المستلمة. تم تشغيل اثنتي عشرة عينة متجانسة المقطع وتوزيعها بالتساوي على المجموعات الأربع. اشتمل البروتوكول الحراري على الأستنة عند نطاق درجات حرارة تتراوح بين °870 C و°900 C والنقع لزمن قدره 60 دقيقة، مع تطبيق معدلات تبريد متباينة تحاكي مسارات التحول في منحنيات التحول الحراري الزمني (TTT).
كشفت القياسات المترولوجية عن تباين جذري في الاستجابات؛ حيث سجلت حالة الإخماد المباشر بالماء الذروة العليّا في الصلادة وقوة الشد (50 HRC و700 MPa على التوالي) بالتوازي مع تراجع حاد في نسبة الاستطالة عند الكسر (12.5%) وطاقة كسر الصدم (70 J/cm²)، نتيجة هيمنة المارتنزيت الإبري المشبع بالكربون. في المقابل، أسفر التبريد البطيء داخل الفرن (التلدين) عن بنية فيريتية-برلايتية خشنة خفضت الصلادة وقوة الشد إلى أدنى مستوياتها (20 HRC و505 MPa)، مقترنة بأقصى قيم للمطولية ومتانة الصدم (25.5% و140 J/cm²). وحققت معالجة التطبيع بالهواء الساكن حالة توازن بنيوي وميكانيكي وسطية (34 HRC للصلادة، 640 MPa لقوة الشد، 20.0% للاستطالة، و100 J/cm² لطاقة الصدم). تأكدت الدلالة الفائقة لهذه الفروق عبر تحليل التباين الأحادي (ANOVA) المعاد حسابه استناداً إلى البيانات الأولية المجمعة (p < 0.001)، بحجوم تأثير تجاوزت 0.93 لجميع الاستجابات الميكانيكية. توفر هذه النتائج إطاراً تطبيقياً واضحاً يفند خطورة استخدام عينات الإخماد المباشر في الخدمة دون تلطيف حراري، مع إبراز التطبيع كمسار اقتصادي محسّن للتطبيقات الديناميكية.
References
[1] Callister, W. D., & Rethwisch, D. G. (2018). Materials Science and Engineering: An Introduction (10th ed.). John Wiley & Sons.
[2] Krauss, G. (2015). Steels: Processing, Structure, and Performance (2nd ed.). ASM International
[3] Ashby, M. F. (2011). Materials Selection in Mechanical Design (4th ed.). Butterworth-Heinemann
[4] Dieter, G. E., & Bacon, D. J. (1988). Mechanical Metallurgy (3rd ed.). McGraw-Hill
[5] Bhadeshia, H. K. D. H., & Honeycombe, R. (2017). Steels: Microstructure and Properties (4th ed.). Butterworth-Heinemann.
[6] Porter, D. A., Easterling, K. E., & Sherif, M. Y. (2009). Phase Transformations in Metals and Alloys (3rd ed.). CRC Press.
[7] Totten, G. E. (Ed.). (2006). Steel Heat Treating Fundamentals and Processes (ASM Handbook, Vol. 4A). ASM International.
[8] Brooks, C. R. (1996). Principles of the Heat Treatment of Plain Carbon and Low Alloy Steels. ASM International
[9] Rose, A., & Hougardy, H. P. (1972). Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle. Verlag Stahleisen
[10] Hertzberg, R. W., Vinci, R. P., & Hertzberg, J. L. (2012). Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials (5th ed.). John Wiley & Sons.
[11] Davis, J. R. (Ed.). (2002). Surface Hardening of Steels: Understanding the Basics. ASM International
[12] Agrawal, B. K. (1998). Introduction to Engineering Materials. Tata McGraw-Hill Education
[13] Higgins, R. A. (1993). Engineering Metallurgy (6th ed.). Arnold
[14] Montgomery, D. C. (2017). Design and Analysis of Experiments (9th ed.). John Wiley & Sons
[15] Bain, E. C., & Paxton, H. W. (1966). Alloying Elements in Steel (2nd ed.). American Society for Metals
[16] Committee, A. I. H. (1990). Properties and Selection: Irons, Steels, and High-Performance Alloys (ASM Handbook, Vol. 1). ASM International.
[17] Smallman, R. E., & Ngan, A. H. W. (2014). Modern Physical Metallurgy (8th ed.). Butterworth-Heinemann
[18] Vander Voort, G. F. (1999). Metallography, Principles and Practice. ASM International
[19] Dossett, J. L., & Boyer, H. E. (2006). Practical Heat Treating (2nd ed.). ASM International
[20] Honeycombe, R. W. K. (1981). Steels: Microstructure and Properties. Edward Arnold
[21] Reed-Hill, R. E., & Abbaschian, R. (1992). Physical Metallurgy Principles (3rd ed.). PWS-Kent Publishing
[22] Novikov, I. (1978). Theory of Heat Treatment of Metals. Mir Publishers
[23] ASTM International. (2021). Standard Test Methods for Tension Testing of Metallic Materials (ASTM E8/E8M-21). ASTM International.
[24] ASTM International. (2018). Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials (ASTM E23-18). ASTM International.
[25] ASTM International. (2020). Standard Test Methods for Rockwell Hardness of Metallic Materials (ASTM E18-20). ASTM International.
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Gharyan University Journal of Engineering Science (GUJES)
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
