يؤثر حجم الحبيبات بشكل كبير على الخواص الميكانيكية للمواد. لا يمكن لتكرير الحبيبات تحسين قوة وصلابة المواد فحسب، بل يحسن أيضًا مرونة المواد ومتانتها. يعد تكرير الحبيبات الطريقة الوحيدة لتقوية المواد التي يمكنها تحسين كل من قوة ومتانة المواد.
فكيف يمكننا صقل الحبوب؟
من منظور التبلور المعدني، تخضع كل حبة للتنوي ثم تنمو. ولذلك، فإن حجم الحبة يعتمد على معدل التنوي ومعدل النمو. وكلما زاد معدل التنوي، زاد عدد النوى البلورية الأصلية وأصبحت الحبوب أصغر.
كلما كان معدل نمو الحبوب أبطأ، سيتم تكوين المزيد من النوى البلورية أثناء عملية نمو الحبوب، وستكون الحبوب النهائية أصغر حجمًا.
يمكن أن نرى من هذا أن أي عامل يمكن أن يعزز النواة ويمنع نمو الحبوب يمكنه تحسين حبيبات المادة.
أثناء عملية تبلور المعدن، يمكن تنقية الحبوب بالطرق التالية:
1. التحكم في درجة التبريد الفائق. يرتبط كل من معدل التبلور ومعدل النمو بدرجة التبريد الفائق. زيادة درجة التبريد الفائق ستؤدي إلى زيادة كل من معدل التبلور ومعدل النمو، لكن معدل التبلور يزداد بشكل أسرع. لذلك، في ظل الظروف العادية، كلما زادت درجة التبريد الفائق، كانت الحبيبات أدق.
شكل 1
التعديل. يمكن زيادة درجة التبريد الفائق لتحسين الحبيبات، ولكن بالنسبة للمكونات الكبيرة والمسبوكات، على الرغم من أن التبريد الفائق للسطح كبير، فمن المستحيل جعل القلب يصل إلى نفس معدل التبريد للسطح، وبالتالي لا يمكن للنواة تحسين الحبيبات بشكل فعال عن طريق زيادة درجة التبريد الفائق. يمكن للتعديل تجنب هذا النقص.
تتمثل المعالجة التعديلية المزعومة في إضافة عوامل التبلور، والتي تسمى أيضًا بالمعدِّلات، إلى المعدن السائل قبل صبه. تعمل عوامل التبلور هذه على تعزيز كمية كبيرة من التبلور غير المنتظم للمعدن السائل، وبالتالي تحقيق غرض تنقية الحبيبات. وهذا هو السبب في إضافة عناصر السبائك مثل Ti وV إلى الفولاذ.
الاهتزاز والتحريك. عندما يكون المعدن على وشك التصلب، يمكن للاهتزاز والتحريك أن يعزز التبلور وتفتيت الشجيرات، وبالتالي تحقيق غرض تنقية الحبوب. يمكن للاهتزاز الميكانيكي والاهتزاز بالموجات فوق الصوتية والتحريك الكهرومغناطيسي وما إلى ذلك تحقيق غرض تنقية الحبوب.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن لعمليات الدرفلة الساخنة أو التشكيل بالطرق أيضًا تنقية الحبوب عن طريق التحكم في درجة التشوه ودرجات حرارة الدرفلة الساخنة والتشكيل بالطرق، أي التحكم في الدرفلة والتحكم في التبريد، كما هو موضح في الشكل أدناه.
الشكل 2
يمكن تنقية الحبيبات عن طريق المعالجة الحرارية، مثل التحول الطوري وإعادة التبلور. بالنسبة للصلب، يتم تسخين الفولاذ لتحويله إلى أوستنيت. تكون الحبيبات أصغر حجمًا عندما تكتمل عملية تحويله إلى أوستنيت. يمكن تنقية الحبيبات عن طريق التبريد بعد الحفاظ على الحرارة بشكل مناسب. يمكن أيضًا تنقية الحبيبات عن طريق الاستعادة وإعادة التبلور بعد التشوه البارد.