إزالة الضغط في الفولاذ: القضاء على الضغوط المتبقية من أجل سلامة الهيكل

التعريف والمفهوم الأساسي

إزالة الضغط هي عملية معالجة حرارية تُطبق على المعادن والسبائك لتقليل أو القضاء على الضغوط المتبقية الداخلية التي تتراكم خلال عمليات التصنيع مثل الصب والتشكيل والآلات واللحام أو التبريد السريع. تتضمن العملية تسخين المادة إلى درجة حرارة أقل من نقطة التحول الحرجة، والاحتفاظ بها عند هذه الدرجة لمدة معينة، ثم تبريدها ببطء لتقليل تطور الضغوط الجديدة.

في علوم المواد والهندسة، تعتبر إزالة الضغط ضرورية لاستقرار الأبعاد، ومنع التشويه، وتقليل خطر تآكل الشد أو الفشل المبكر أثناء الخدمة. عادةً ما لا تسفر هذه العملية عن تغييرات كبيرة في البنية الدقيقة للمادة أو خصائصها الميكانيكية، مما يجعلها تبرز عن غيرها من المعالجات الحرارية مثل التلدين أو التطبيع.

داخل المجال الأوسع لعلم المعادن، تحتل إزالة الضغط وضعًا مهمًا بين عمليات التصنيع الأولية ونشر المنتج النهائي. تمثل خطوة حاسمة في مراقبة الجودة التي تضمن سلامة وأداء مكونات الصلب على المدى الطويل، وخاصة تلك ذات الهندسة المعقدة أو تلك التي تتعرض لعمليات آلات دقيقة.

الطبيعة الفيزيائية والأساس النظري

آلية الفيزياء

على المستوى الذري، تحدث إزالة الضغط من خلال حركة وتغيير التشوهات المنشطة حراريًا داخل الشبكة البلورية. توجد الضغوط المتبقية كطاقة انضغاط مرنة مخزنة في الهيكل البلوري المشوه للمعدن. عندما يتم توفير طاقة حرارية كافية، تصبح الذرات أكثر حركة، مما يسمح للتشوهات بالصعود والانزلاق.

تتيح هذه الحركة الذرية المتزايدة للمادة أن تخضع لتشوه بلاستيكي موضعي عند نقاط تركيز الضغط. تسهل العملية إعادة توزيع الضغوط الداخلية من خلال تدمير التشوهات وتجميعها (تشكيل الحبوب الفرعية)، وعمليات الانتعاش المحدودة. ومع ذلك، وعلى عكس إعادة التبلور، تحافظ إزالة الضغط على الهيكل الحبيبي الأصلي مع تقليل الطاقة الداخلية للانضغاط.

النماذج النظرية

النموذج النظري الرئيسي الذي يصف إزالة الضغط يعتمد على التنشيط الحراري ويتبع معادلة أرهينيوس لعمليات المعدل. يربط هذا النموذج معدل استرخاء الضغط بدرجة الحرارة وطاقة التنشيط والوقت وفقًا لمبادئ الديناميكا الحرارية وحركيات انتشار الحالة الصلبة.

تطورت الفهم التاريخي لإزالة الضغط من الملاحظات التجريبية في أوائل القرن العشرين إلى نماذج أكثر تعقيدًا بحلول الخمسينيات. العمل المبكر من قبل باحثين مثل زينر وفيرت أسس العلاقة بين الاحتكاك الداخلي واسترخاء الضغط في المعادن.

تشمل الأساليب الحديثة نمذجة العناصر المنتهية (FEM) للتنبؤ بتوزيعات الضغوط المتبقية وتطورها خلال المعالجة الحرارية. كما تُستخدم نماذج اللدائن المرنة واللدائن اللزجة لوصف الطبيعة الزمنية لاستراحة الضغط، خاصة للهندسات المعقدة وتوزيعات الحرارة غير المتجانسة.

أسس علوم المواد

ترتبط إزالة الضغط بشكل وثيق بالبنية البلورية، حيث أن الهياكل المكعبة المركزية الجسم (BCC) مثل تلك الموجودة في الصلب الفيريتية تُظهر عمومًا إزالة ضغط أسرع من الهياكل المكعبة المركزية الوجه (FCC) الموجودة في الصلب الأوستينتي.

تلعب حدود الحبيبات دورًا حاسمًا حيث يمكن أن تعمل كمصادر ومصارف للتشوهات خلال عملية إزالة الضغط.

تؤثر البنية الدقيقة للمواد بشكل كبير على فعالية إزالة الضغط. عمومًا، تسهّل الهياكل الحبيبية الدقيقة إزالة الضغط بشكل أسرع بسبب زيادة مساحة حدود الحبيبات المتاحة للحركة والتدمير من التشوهات. يمكن أن تمنع الرسوبات وجزيئات المرحلة الثانية أو تعزز إزالة الضغط بناءً على حجمها وتوزيعها وترابطها مع المصفوفة.

ترتبط العملية جوهريًا بمبادئ الانتعاش في علوم المواد، وتمثل استعادة جزئية للخصائص الفيزيائية التي تم تغييرها بواسطة التشوه البلاستيكي، دون إعادة بناء كاملة للبنية الدقيقة التي تحدث أثناء إعادة التبلور.

التعبير الرياضي وطرق الحساب

صيغة التعريف الأساسية

تتبع المعادلة الأساسية التي تصف استرخاء الضغط خلال إزالة الضغط نموذج حركي من الدرجة الأولى:

$$\sigma(t) = \sigma_0 \exp(-kt)$$

حيث $\sigma(t)$ هي الضغط المتبقي في الزمن $t$، و $\sigma_0$ هو الضغط المتبقي الابتدائي، و $k$ هو ثابت معدل الاسترخاء الذي يتبع علاقة أرهينيوس.

معادلات حسابية ذات صلة

يمكن التعبير عن ثابت معدل الاسترخاء $k$ باستخدام معادلة أرهينيوس:

$$k = A \exp\left(-\frac{Q}{RT}\right)$$

حيث $A$ هو عامل ما قبل الطاقة، و$Q$ هو طاقة التنشيط لآلية إزالة الضغط، و$R$ هو ثابت الغاز العالمي، و$T$ هو درجة الحرارة المطلقة.

غالبًا ما يستخدم معلمة لارسون-ميلر (LMP) للتنبؤ بفعالية إزالة الضغط عبر تركيبات الحرارة-الوقت المختلفة:

$$\text{LMP} = T(C + \log t)$$

حيث $T$ هي درجة الحرارة (بالكلفن)، و$t$ هو الوقت (بالساعات)، و$C$ هو ثابت خاص بالمادة، وعادة ما يكون حوالي 20 للعديد من الفولاذات.

الظروف والقيود القابلة للتطبيق

تكون هذه النماذج الرياضية سارية عمومًا لدرجات حرارة تتراوح بين 0.3 و 0.5 من درجة حرارة انصهار المادة (بالكلفن). تحت هذا النطاق، تكون الحركة الذرية غير كافية لإزالة الضغط بشكل كبير، بينما فوقه، قد تحدث تغييرات في البنية الدقيقة.

تفترض النماذج توزيع درجة حرارة موحد في جميع أنحاء العنصر، وهو ما قد لا يكون صحيحًا للهندسات الكبيرة أو المعقدة. كما تفترض أن المادة متجانسة ومتساوية في الخواص، وهو ما قد لا ينطبق على المواد التي تم العمل عليها بشكل كبير أو تلك ذات السطح المنقوش.

عادةً ما لا تأخذ هذه المعادلات في الاعتبار التحولات الطورية أو تفاعلات الترسيب التي قد تحدث بالتزامن مع إزالة الضغط في درجات حرارة معينة، مما قد يؤدي إلى توقعات غير دقيقة في مثل هذه الحالات.

طرق القياس والتوصيف

المواصفات القياسية للاختبار

ASTM E1928: ممارسة قياسية لتقدير الضغط المتبقي الدائري التقريبي في الأنابيب المستقيمة ذات الجدران الرقيقة. تغطي هذه المعايير طرق قياس الضغوط المتبقية قبل وبعد إزالة الضغط.

ISO 6892: المواد المعدنية - اختبار الشد. على الرغم من عدم تخصصها لإزالة الضغط، تُستخدم هذه المعايير لتقييم الخصائص الميكانيكية التي قد تتأثر بالضغوط المتبقية.

ASTM E837: طريقة اختبار قياسية لتحديد الضغوط المتبقية بواسطة طريقة قياسات الشد ثقب الحفر. تقوم هذه الطريقة بت quantifying الضغوط المتبقية على أعماق مختلفة في المادة.

SAE J784: قياس الضغط المتبقي بواسطة حيود الأشعة السينية. تشرح هذه المعايير الإجراءات اللازمة لقياس الضغوط المتبقية باستخدام تقنيات حيود الأشعة السينية.

أجهزة ومبادئ الاختبار

تقنية حيود الأشعة السينية (XRD) تقيس تغييرات المسافات الشبكية الذرية الناتجة عن الضغوط المتبقية. الطريقة غير مدمرة وتوفر قياسات الضغط السطحي استنادًا إلى قانون حيود براج.

تشمل أنظمة قياسات الشد ثقب الحفر حفر ثقب صغير في المادة وقياس تخفيف الشد الناتج باستخدام قياسات دقة مسبقة. يتم بعد ذلك تحويل الشد المقاس إلى ضغط باستخدام نظرية المرونة.

توفر أجهزة حيود النيوترونات اختراقًا أعمق من XRD، مما يسمح برسم خرائط ثلاثية الأبعاد للضغوط المتبقية عبر المكونات. تستخدم هذه التقنية مبادئ مشابهة للتقنية XRD ولكن بالنيوترونات بدلاً من الأشعة السينية.

تقنيات الاختبار بالموجات فوق الصوتية تقيس تغييرات طفيفة في سرعة الموجات الصوتية الناتجة عن الضغوط المتبقية. تستند هذه الطريقة على تأثير الصوت المرن، حيث يتأثر انتشار الموجات المرنة بحالة الضغط للمادة.

متطلبات العينة

تتطلب العينات القياسية لقياس الضغوط المتبقية عادةً أسطحًا مسطحة ونظيفة بأبعاد لا تقل عن 10 مم × 10 مم لتقنيات XRD. ينبغي أن تكون خشونة السطح أقل من 0.8 ميكرومتر Ra لضمان قياسات دقيقة.

غالبًا ما تتضمن إعدادات السطح تنظيفًا دقيقًا لإزالة الملوثات دون إدخال ضغوط إضافية. قد يكون من الضروري استخدام النقش الكيميائي لإزالة أي طبقات سطحية متأثرة جسديًا قد تؤثر على القياسات.

لطرق ثقب الحفر، يجب أن تكون سماكة العينة على الأقل 1.5 مرة من قطر الثقب لتجنب آثار السماكة، ويجب أن تكون المادة موصلة كهربائيًا لتوصيل قياس الشد.

معايير الاختبار

يتم إجراء اختبارات قياسية عادةً في درجة حرارة الغرفة (20-25 درجة مئوية) مع رطوبة نسبية تقل عن 70% لمنع التأثيرات البيئية على أجهزة القياس.

لتقييم إزالة الضغط الديناميكي، يتم عادة التحكم في معدلات التسخين عند 50-200 درجة مئوية في الساعة، مع عدم تجاوز معدلات التبريد أكثر من 100 درجة مئوية في الساعة لمنع إدخال ضغوط حرارية جديدة.

تُعاير أوقات الاحتفاظ عند درجة حرارة إزالة الضغط بناءً على سمك المقطع، عادةً ساعة واحدة لكل 25 ملم من السماكة، مع حد أدنى قدره ساعة واحدة للأجزاء الرقيقة.

معالجة البيانات

يتضمن جمع البيانات الأولية قياس تحركات ذروات الحيود (لـ XRD)، واسترخاء الشد (لثقب الحفر)، أو تغييرات سرعة الموجات (لطرق الموجات فوق الصوتية). يتم تحويل هذه القياسات الخام إلى قيم ضغط باستخدام العلاقات الرياضية المناسبة.

تشمل الأساليب الإحصائية عادةً قياسات متعددة في مواقع واتجاهات مختلفة لأخذ في الاعتبار عدم تجانس الضغط. يتم حساب الانحراف المعياري وفترات الثقة لوضع موثوقية القياس.

غالبًا ما يتم تقديم القيم النهائية كضغوط رئيسية واتجاهاتها، أو كضغط مكافئ لفون ميسيس للمقارنة مع قوة سحب المادة. قد يتم تنفيذ تقييم العمق لوصف تدرجات الضغط من السطح إلى الداخل.

نطاقات القيم النموذجية

تصنيف الفولاذ	نطاق القيم النموذجية (تقليل الضغط المتبقي)	شروط الاختبار	المعيار المرجعي
فولاذ كربوني (1020، 1045)	70-85% تقليل	550-650 درجة مئوية، ساعة واحدة لكل 25 ملم سماكة	ASTM A1033
فولاذ منخفض السبيكة (4140، 4340)	65-80% تقليل	580-680 درجة مئوية، ساعتان لكل 25 ملم سماكة	SAE J1268
فولاذ الأدوات (H13، D2)	60-75% تقليل	650-700 درجة مئوية، ساعتان إلى 4 ساعات	ASTM A681
فولاذ مقاوم للصدأ (304، 316)	50-70% تقليل	850-950 درجة مئوية، 1-3 ساعات	ASTM A484

تتوقف الاختلافات داخل كل تصنيف فولاذي بشكل كبير على تاريخ المعالجة السابق، حيث تظهر المواد المعالجة بالتبريد عادةً تخفيضًا أكبر في الضغط مقارنة بتلك المعالجة بالحرارة أو التي تم تطبيعها. تلعب سماكة المقطع أيضًا دورًا مهمًا، حيث تتطلب المقاطع الأكثر سمكًا أوقاتًا أطول لتحقيق تخفيض مماثل في الضغط.

يجب تفسير هذه القيم كإرشادات عامة بدلاً من معايير مطلقة. يجب التحقق من فعالية إزالة الضغط من خلال الاختبارات المناسبة للتطبيقات الحرجة، خاصةً حيث تكون الاستقرار الهندسي أمرًا حيويًا.

عبر أنواع الفولاذ المختلفة، يرتبط عادةً محتوى السبيكة العالي بفعالية أقل لإزالة الضغط عند درجات حرارة معادلة، مما يتطلب إما درجات حرارة أعلى أو أوقاتًا أطول للحصول على نتائج مماثلة.

تحليل تطبيقات الهندسة

اعتبارات التصميم

وعادةً ما تضمّن المهندسون متطلبات إزالة الضغط في خطط عمليات التصنيع بناءً على تعقيد هندسة المكونات وأهمية الخدمة. بالنسبة للمكونات الدقيقة، يتم أداء إزالة الضغط عادةً بين عمليات التشغيل الخشنة والتشغيل النهائي.

تتراوح عوامل الأمان للضغط المتبقي عادةً بين 1.5 و 2.5، مع استخدام قيم أعلى للتطبيقات الحرجة حيث قد يؤدي الفشل إلى عواقب وخيمة. تأخذ هذه العوامل في الاعتبار عدم اليقين في توزيع الضغط وتأثيرات تركيز الضغط المحتملة.

تأخذ قرارات اختيار المواد عادةً في الاعتبار متطلبات إزالة الضغط، حيث تفضل بعض التصاميم المواد التي يمكن إزالة ضغطها بفاعلية عند درجات حرارة منخفضة لتقليل مخاطر التشويه وتقليل تكاليف الطاقة.

المناطق التطبيقية الرئيسية

في صناعة الأوعية الضاغطة، تعد إزالة الضغط أمرًا حيويًا لمنع تآكل الضغط وضمان الاستقرار الهندسي. ي mandates كود الغلايات والضغط ASME لإزالة الضغط لبعض أنواع الأوعية وسمكاتها لضمان السلامة التشغيلية.

تتطلب مكونات الطيران، وخاصةً معدات الهبوط والعناصر الهيكلية، إزالة ضغط دقيقًا لمنع الفشل الناتج عن التعب المسبق. تتطلب المتطلبات العالية للسلامة في هذا القطاع توثيقًا شاملاً وتحققًا من عمليات إزالة الضغط.

في تطبيقات أدوات مثل القوالب والقوالب والأجهزة، تضمن إزالة الضغط الاستقرار الهندسي أثناء التشغيل والاستخدام اللاحق. بدون إزالة الضغط المناسبة، قد تتشوه الأدوات خلال التصنيع أو في وقت مبكر من الخدمة، مما يؤدي إلى مشكلات جودة في الأجزاء المنتجة.

التجارة بين الأداء

تتناقض إزالة الضغط في كثير من الأحيان مع متطلبات الصلابة، حيث أن الدرجات الحرارة اللازمة لتقليل الضغط بشكل فعال يمكن أن تسبب أيضًا تليين الفولاذ المتصلب. يجب على المهندسين موازنة احتياجات تقليل الضغط ضد خسائر الصلابة المقبولة.

تقدم الصلابة وإزالة الضغط معادلة أخرى، خاصة في الفولاذ المجفف والمعتدلة حيث قد تتداخل درجات حرارة إزالة الضغط مع نطاقات التخفيف. يجب اختيار معايير العملية بعناية لتحقيق تقليل الضغط الكافي دون التأثير على الخصائص الميكانيكية.

غالبًا ما يوازن المهندسون بين هذه المتطلبات المتنافسة من خلال استخدام خطوات معالجة حرارية متعددة أو من خلال اختيار مواد بديلة توفر استقرارًا أفضل أثناء إزالة الضغط. في بعض الحالات، قد يتم استخدام تقنيات إزالة الضغط المحلية للحفاظ على الخصائص الحرجة في مناطق معينة.

تحليل الفشل

يمثل تآكل الضغط وضعف الضغط نمط فشل شائع يتعلق بإزالة الضغط غير الكافية، خاصة في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستيني المعرض لبيئات الكلور. تؤدي مزيج الضغوط المتبقية الشدية والوسائط المسببة للتآكل إلى بداية الكسر وانتشاره على طول حدود الحبوب.

يبدأ آلية الفشل عادةً مع تآكل موضعي في العيوب السطحية، تليه بداية الكسر بالتوازي مع الاتجاه الرئيسي للضغط. كلما تقدمت الشقوق، تقلل من المساحة الفعالة الحاملة للحمل حتى يحدث الفشل الكارثي المفاجئ.

تشمل استراتيجيات التخفيف إزالة ضغط أكثر شمولاً، والحقن بالخرز لتحفيز الضغوط السطحية الانضغاطية، أو تعديلات التصميم لتقليل تركيز الضغط. قد يُنظر أيضاً في المواد البديلة ذات المقاومة الأكبر لتآكل الضغط للفئات البيئية القاسية.

عوامل التأثير وطرق التحكم

تأثير التركيب الكيميائي

يؤثر محتوى الكربون بشكل كبير على متطلبات إزالة الضغط، حيث تتطلب الفولاذات ذات محتوى الكربون العالي عادةً درجات حرارة أعلى أو أوقاتًا أطول لتقليل الضغط المعادل. ويرجع ذلك إلى تأثير الكربون على حركة التشوهات وعمليات الانتعاش.

تشكل العناصر السبائكية مثل الكروم والموليبدينوم والفاناديوم كربيدات تعيق حركة التشوه، مما يتطلب درجات حرارة إزالة ضغط أعلى. يمكن أن تزيد هذه العناصر من طاقة التنشيط لاستراحة الضغط بنسبة 15-30%.

تشمل طرق تحسين التركيب تقليل العناصر التي تشكل كربيدات مستقرة عندما تكون إزالة الضغط أمرًا حاسمًا، أو بالعكس، إضافة مثل هذه العناصر عندما تكون الاستقرار الأبعاد خلال التعرض الحراري المتتالي أهم من فعالية إزالة الضغط.

تأثير البنية الدقيقة

تسهل أحجام الحبوب الدقيقة عمومًا إزالة الضغط بسرعة أكبر بسبب زيادة مساحة حدود الحبوب المتاحة لحركة ونزع التشوهات. يمكن أن يحسن تقليل حجم الحبوب من ASTM 5 إلى ASTM 8 فعالية إزالة الضغط بنسبة 10-15%.

يؤثر توزيع الطور بشكل كبير على سلوك إزالة الضغط، حيث تُظهر الهياكل الفيريتية-اللؤلئية عادةً إزالة ضغط أكثر فعالية مقارنة بالهياكل المارتينسيتية عند درجات حرارة معادلة. يأتي هذا الاختلاف من الكثافة الأعلى للتشوه والطاقة الداخلية في المارتينسيت.

يمكن أن تعمل الشوائب غير المعدنية والعيوب كمراكز تركيز الضغط التي تقاوم إزالة الضغط الكاملة. تظهر الفولاذات الأنظف ذات محتوى الشوائب الأقل عادةً تقليصًا متساويًا وكاملاً في الضغط أثناء المعالجة الحرارية.

تأثير المعالجة

يؤثر تاريخ المعالجة الحرارية السابق بشكل كبير على متطلبات إزالة الضغط. تستجيب الهياكل المعالجة بشكل موحد عادةً بشكل أفضل لإزالة الضغط مقارنةً بالهياكل المجففة والمعتدلة، التي قد تتطلب درجات حرارة أعلى مما يعرض الخصائص الميكانيكية للخطر.

تدخل عمليات العمل البارد مثل السحب والدرفلة أو التشكيل ضغوطًا متبقية اتجاهية قد تتطلب معايير إزالة ضغط أكثر عدوانية. يمكن أن تزيد درجة العمل البارد المطلوبة من وقت إزالة الضغط بنسبة 25-50%.

تكون معدلات التبريد خلال إزالة الضغط حرجة، حيث يوصى بأن تكون المعدلات أقل من 100 درجة مئوية في الساعة عبر نطاق درجة الحرارة الحرجة لمنع إدخال ضغوط حرارية جديدة. يفضل عادةً التبريد في الأفران على التبريد بالهواء للحصول على نتائج مثلى.

العوامل البيئية

تؤثر درجة حرارة التشغيل بشكل كبير على استقرار المكونات ذات الضغوط المتبقية. قد تتعرض المواد التي تعمل عند درجات حرارة مرتفعة لإزالة الضغط أثناء الخدمة، مما يؤدي إلى تغييرات بعد دوران الهواء أو تشوهات أثناء الاستخدام.

يمكن أن تسرع البيئات التآكلية بشكل كبير من الفشل في المكونات ذات الضغوط المتبقية من خلال آليات مثل تآكل الضغط. تزيد الرطوبة والتعرض للملح والبيئات الصناعية من أهمية إزالة الضغط الشاملة.

تشمل الآثار الزمنية استرخاء الضغط خلال خدمة، والذي يمكن أن يحدث حتى في درجات حرارة معتدلة على فترات طويلة. قد تتطلب المكونات المصممة لعقود من الخدمة إزالة ضغط أولي أكثر شمولاً لمراعاة هذه الظاهرة.

طرق التحسين

تمثل إزالة الضغط الاهتزازي طريقة معدنية بديلة تستخدم الاهتزاز الرنيني لإعادة توزيع الضغوط الداخلية. على الرغم من كونها أقل فعالية من الطرق الحرارية للمقاطع السميكة، إلا أنها توفر مزايا للهياكل الكبيرة حيث تكون إزالة الضغط الحرارية غير عملية.

يمكن أن تعزز عمليات التبريد المتقطع فعالية إزالة الضغط من خلال الاحتفاظ في منصات درجات حرارة متعددة أثناء التبريد. تسمح هذه الطريقة بالاسترخاء عبر عتبات طاقة التنشيط المختلفة المرتبطة بميزات بنية دقيقة مختلفة.

تشمل اعتبارات التصميم التي يمكن أن تعمل على تحسين الأداء تجنب الزوايا الحادة والتغييرات المفاجئة في المقطع التي تركز الضغط، وتضمين تصاميم متناظرة تعمل على موازنة الضغوط المتبقية، وتحديد تداخلات التشغيل المناسبة لاستيعاب التشوه المحتمل خلال إزالة الضغط.

المصطلحات والمعايير ذات الصلة

المصطلحات ذات الصلة

التلدين هو عملية معالجة حرارية مرتبطة بإزالة الضغط ولكن تتم عند درجات حرارة أعلى لتحفيز إعادة التبلور وتغييرات كبيرة في البنية الدقيقة. على عكس إزالة الضغط، تهدف التلدين عادةً إلى تليين المادة وزيادة اللدونة.

الترويبة هي عملية معالجة حرارية أخرى غالبًا ما يتم الخلط بينها وبين إزالة الضغط. بينما تتضمن كلتا العمليتين التسخين تحت درجة الحرارة الحرجة، تهدف الترويبة تحديدًا إلى تعديل البنية الدقيقة للفولاذات المتصلبة لتحسين المتانة، بينما يعتبر تقليل الضغط فائدة ثانوية.

تشير الضغط المتبقي إلى الضغوط التي تبقى في مادة بعد إزالة عمليات التصنيع أو القوى الخارجية. هذه الضغوط الداخلية المتوازنة ذاتيًا توجد دون تحميل خارجي وهي الهدف الرئيسي لعلاجات إزالة الضغط.

تحدث تشققات إزالة الضغط عندما يتم تسخين بعض الفولاذات السبائكية إلى نطاق درجة حرارة إزالة الضغط، مما يؤدي إلى تشققات بين الحبيبات بسبب الترسيب للكربيدات على طول حدود الحبوب. تمثل هذه الظاهرة قيدًا لإزالة الضغط التقليدية في المواد القابلة للتأثر.

المعايير الرئيسية

يوفر ASTM A1033 إرشادات شاملة لعلاج الحرارة لإزالة الضغط للسبائك الفولاذية الكربونية ومنخفضة السبيكة المصبوبات واللحامات. تحدد حدود درجات الحرارة وأوقات الانتظار ومعدلات التبريد بناءً على تركيب المادة وسمك المقطع.

يتضمن EN 13445 (المعيار الأوروبي للأوعية الضاغطة) متطلبات تفصيلية لإزالة الضغط لمعدات الضغط، بما في ذلك الطرق البديلة ومعايير الاستثناء استنادًا إلى سمك المادة وضغط التصميم.

يحدد AWS D1.1 (كود اللحام الهيكلي - الفولاذ) متطلبات إزالة الضغط للتركيبات الملحومة، وخاصة للمقاطع السميكة أو المفاصل المقيدة حيث يتوقع وجود ضغوط متبقية عالية.

تختلف هذه المعايير في المقام الأول في نهجها لتحديد متى تكون إزالة الضغط إلزامية مقابل الموصى بها. تميل معايير ASME إلى وجود متطلبات أكثر تحديدًا استنادًا إلى سمك المادة، بينما غالبًا ما تسمح المعايير الأوروبية بمزيد من الحكم الهندسي استنادًا إلى تحليل الضغط.

اتجاهات التطوير

تركز الأبحاث الحالية على تطوير عمليات إزالة الضغط الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة، بما في ذلك طرق التسخين بالحث التي يمكن أن توفر إزالة ضغط محلي دون تسخين المكونات بأكملها. يمكن أن تقلل هذه الطرق من استهلاك الطاقة بنسبة 40-60% مقارنة بالطرق التقليدية للأفران.

تشمل التقنيات الناشئة إزالة الضغط بالموجات فوق الصوتية، التي تستخدم الطاقة الميكانيكية عالية التردد لتعزيز حركة التشوه عند درجات حرارة أقل من الطرق الحرارية التقليدية. تظهر هذه التقنية وعدًا للمواد الحساسة للتعرض الحراري.

من المحتمل أن تشمل التطورات المستقبلية نماذج حسابية أكثر تطورًا يمكن أن تتنبأ بتطور الضغوط المتبقية خلال التصنيع وإزالة الضغط اللاحقة، مما يسمح بتحسين العمليات قبل الإنتاج الفعلي. ستأخذ هذه النماذج في الاعتبار المعايير الدقيقة وحراريات تحويل الطور لتحقيق دقة أعلى.