تدحرج في معالجة سطح الفولاذ: تحسين التشطيب والأداء

التعريف والمفهوم الأساسي

التدوير هو عملية معالجة سطحية ميكانيكية تستخدم في صناعة الصلب لتحسين التشطيب السطحي، والنظافة، وبعض الخصائص الوظيفية لمكونات الصلب. تتضمن وضع أجزاء الصلب في أسطوانة دوارة أو برميل مليء بوسائط كاشطة، مما يتسبب في تآكل الأجزاء بلطف، أو تلميعها، أو تنظيفها من خلال حركة تدوير محكومة.

بشكل أساسي، يهدف التدوير إلى تعديل خصائص سطح الصلب من خلال إزالة الحواف، والقشور، وطبقات الأكسيد، أو عدم انتظام السطح، مما يؤدي إلى أسطح أكثر سلاسة، ونظافة، وأحيانًا أكثر مقاومة للتآكل. إنها طريقة إنهاء متعددة الاستخدامات يمكن أن تضيف أيضًا درجة من تصلب السطح أو تحضير الأسطح للتغطية أو الالتصاق بالتغطية لاحقًا.

في نطاق تقنيات إنهاء سطح الصلب الأوسع، يتم تصنيف التدوير كعملية إنهاء ميكانيكية، متميزة عن المعالجات الكيميائية، أو الكهروكيميائية، أو الحرارية. وغالبًا ما تستخدم كخطوة معالجة مسبقة أو كعملية إنهاء نهائية، اعتمادًا على جودة السطح المطلوبة والمتطلبات الوظيفية.

الطبيعة الفيزيائية ومبادئ العملية

آلية تعديل السطح

خلال عملية التدوير، تتعرض أجزاء الصلب لصدمة متكررة وأعمال كاشطة من وسائط مثل السيراميك، أو البلاستيك، أو كرات الصلب، أو الرمل. تعتمد العملية بشكل أساسي على التآكل الفيزيائي، حيث تتسبب الطاقة الحركية من تأثيرات الوسائط في قطع دقيق وتلميع السطح.

على المقياس الدقيق أو النانوي، يؤدي ذلك إلى إزالة نتوءات السطح، والحواف، وطبقات الأكسيد، مما يؤدي إلى تقليل خشونة السطح. يمكن أن تؤدي العملية أيضًا إلى تأثيرات العمل البارد، مما قد يزيد قليلاً من صلابة السطح.

تتميز الواجهة بين السطح المعالج والوسائط بتفاعلات ميكانيكية متكررة، والتي يمكن أن تنتج سطحًا ذو نسيج دقيق مع نظافة سطح محسنة، وفي بعض الحالات، مقاومة تآكل محسنة بسبب إزالة الملوثات السطحية.

تركيب وهيكل الطلاء

لا ينتج التدوير بطانة بشكل تقليدي؛ بل يعدل السطح الموجود. ومع ذلك، في الحالات التي تحتوي فيها الوسائط الكاشطة على إضافات كيميائية أو مركبات تلميع، قد تتشكل طبقة رقيقة من بقايا الكشط أو الأفلام الكيميائية.

تتميز الخصائص المجهرية للسطح المعالج عمومًا بتضاريس أكثر سلاسة مع تقليل خشونة السطح وعدد أقل من العيوب السطحية. تظل الطبقة السطحية بشكل أساسي من الصلب الفيريت أو المارتينسيت، دون تغيير كبير في التركيب المجهرى الكلي.

تتراوح السماكة النموذجية لتعديل السطح - مثل إزالة الحواف أو طبقات الأكسيد - في حدود بضع ميكرومترات، وغالبًا ما تتراوح من 1 إلى 50 ميكرومتر اعتمادًا على معلمات العملية والوسائط المستخدمة.

تصنيف العملية

يتم تصنيف التدوير كعملية إنهاء سطحية ميكانيكية، تحديدًا تحت فئات إنهاء الكتلة أو إنهاء البراميل. يتعلق الأمر بعمليات كاشطة أخرى مثل إنهاء الاهتزاز، وإنهاء الأقراص الطرد المركزي، ورش الطلقات.

مقارنةً بعمليات مثل التلميع الكهربائي أو النقش الكيميائي، فإن التدوير هو عملية ميكانيكية بحتة ولا تتضمن تفاعلات كيميائية. تشمل أنواع التدوير التدوير الجاف، والتدوير الرطب (مع الماء أو مواد التشحيم)، والتدوير الاهتزازي، كل منها مناسب لجودة السطح المختلفة وأشكال المكونات.

تشمل الفئات الفرعية التدوير في البراميل، والتدوير الاهتزازي، وإنهاء البراميل الطرد المركزي، المتميزة بنوع المعدات والحركة المعنية.

طرق التطبيق والمعدات

معدات العملية

المعدات الأساسية المستخدمة في التدوير هي أسطوانة دوارة أو برميل، والتي يمكن أن تكون أسطوانة أفقية أو مائلة مثبتة على بكرات أو وعاء اهتزازي. يتم ملء الأسطوانة جزئيًا بوسائط كاشطة وأجزاء الصلب التي سيتم معالجتها.

المبدأ الأساسي يتضمن تدوير أو اهتزاز الأسطوانة، مما يتسبب في تفاعل الوسائط والأجزاء مع بعضها البعض. تؤدي هذه الصدمة المتكررة إلى تنعيم السطح، أو تنظيفه، أو تلميعه.

تشمل الميزات المتخصصة سرعة دوران قابلة للتعديل، وسعة تحميل متغيرة، وضوابط تحريك الوسائط لتحسين إنهاء السطح وكفاءة العملية. تتضمن بعض المعدات أنظمة رش الماء أو التشحيم للتدوير الرطب، مما يساعد في إزالة الحطام ويقلل من تراكم الحرارة.

تقنيات التطبيق

تشمل إجراءات التدوير القياسية تحميل الأجزاء والوسائط في المعدات، وضبط معلمات العملية مثل سرعة الدوران، والمدة، ونوع الوسائط، ونسبة الحمل. عادةً ما تستمر العملية من بضع دقائق إلى عدة ساعات، اعتمادًا على التشطيب السطحي المطلوب.

تشمل المعلمات الحرجة:

• سرعة الدوران أو الاهتزاز: تؤثر على طاقة التأثير وجودة التشطيب السطحي.
• مدة العملية: تؤدي الفترات الأطول عمومًا إلى أسطح أكثر سلاسة ولكن قد تعرض لخطر الإفراط في التلميع.
• نوع وحجم الوسائط: يحدد العدوانية وملمس السطح.
• نسبة الحمل: تؤثر على تكرار التأثير والتجانس.

يتضمن التحكم في العملية مراقبة هذه المعلمات وضبطها بناءً على التغذية الراجعة في الوقت الحقيقي أو قياسات خشونة السطح.

يتم دمج التدوير في خطوط الإنتاج كعملية دفعة أو عملية مستمرة، وغالبًا ما تتبع خطوات التشغيل أو الطحن الأولية.

متطلبات المعالجة المسبقة

قبل التدوير، يجب تنظيف مكونات الصلب بشكل شامل لإزالة الزيوت، والشحوم، والأوساخ، وأكاسيد السطح، لضمان اتصال مثالي مع الوسائط الكاشطة. قد تشمل إعداد السطح إزالة الشحوم، أو النقع، أو الرش.

تعتبر النظافة أمرًا حاسمًا لأن الملوثات يمكن أن تسبب تآكلًا غير متساوٍ، أو انغماس بقايا، أو عيوب سطحية. تعزز تنشيط السطح، مثل الرش الخفيف أو التنظيف الكيميائي، التصاق الوسائط وتجانس المعالجة.

تؤثر الحالة الأولية للسطح على كفاءة إزالة الحواف، وإزالة الأكسيد، وجودة السطح العامة. قد تؤدي الأسطح المعدة بشكل سيء إلى إنهاءات غير متسقة أو تلوث متبقي.

معالجة ما بعد التدوير

تشمل خطوات ما بعد التدوير غالبًا الشطف لإزالة جزيئات الكشط المتبقية والحطام، تليها التجفيف أو تطبيق الطلاء. في بعض الحالات، يتم تطبيق علاجات سطحية إضافية مثل التمرير أو الطلاء لتعزيز مقاومة التآكل.

تشمل ضمان الجودة قياس خشونة السطح، والتفتيش البصري للعيوب، واختبار الملوثات المتبقية. بالنسبة لبعض التطبيقات، يتم إجراء اختبارات صلابة السطح أو الالتصاق للتحقق من فعالية المعالجة.

يتم تقييم جودة السطح النهائية مقابل المواصفات من حيث السلاسة، والنظافة، والخصائص الوظيفية، لضمان الامتثال لمعايير الصناعة.

خصائص الأداء والاختبار

الخصائص الوظيفية الرئيسية

يحسن التدوير بشكل أساسي نظافة السطح، ويقلل من الخشونة، ويعزز المظهر الجمالي. يمكن أن يحسن أيضًا من عمر التعب من خلال إزالة العيوب السطحية والحواف.

تشمل الاختبارات القياسية:

• قياس خشونة السطح (Ra، Rz) باستخدام أجهزة قياس السطح.
• التفتيش البصري للعيوب السطحية.
• اختبارات الالتصاق إذا تم تطبيق طلاءات لاحقة.
• اختبار التعب للمكونات المعرضة لأحمال دورية.

ت