التبريد

في علم المواد ، يُعرف التبريد السريع بأنه عملية تبريد قطعة العمل بسرعة في الماء أو الغاز أو الزيت أو البوليمر أو الهواء أو سوائل أخرى للحصول على خصائص معينة للمادة . يُعد التبريد السريع نوعًا من المعالجة الحرارية ، حيث يمنع حدوث العمليات غير المرغوب فيها عند درجات الحرارة المنخفضة، مثل تحولات الطور . ويتحقق ذلك من خلال تقليل الفترة الزمنية التي تكون فيها هذه التفاعلات غير المرغوب فيها مواتية من الناحية الديناميكية الحرارية ومتاحة من الناحية الحركية؛ فعلى سبيل المثال، يمكن للتبريد السريع أن يقلل من حجم الحبيبات البلورية لكل من المواد المعدنية والبلاستيكية، مما يزيد من صلابتها .

في علم المعادن ، تُستخدم عملية التبريد السريع بشكل شائع لتصليد الفولاذ عن طريق تحفيز تحول المارتنسيت ، حيث يجب تبريد الفولاذ بسرعة فائقة حتى يصل إلى درجة حرارة نقطة التحول اليوتكتويدي ، وهي درجة الحرارة التي يصبح عندها الأوستنيت غير مستقر. يمنع التبريد السريع تكوّن بنية السمنتيت ، ويعمل بدلاً من ذلك على إذابة ذرات الكربون قسرًا في شبكة الفريت. ^{[ 1 ] [ 2 ]} في الفولاذ المُسبَّك بمعادن مثل النيكل والمنغنيز ، تنخفض درجة حرارة التحول اليوتكتويدي بشكل ملحوظ، لكن الحواجز الحركية لتحول الطور تبقى كما هي. وهذا يسمح ببدء عملية التبريد السريع عند درجة حرارة أقل، مما يُسهِّل العملية بشكل كبير. كما يحتوي الفولاذ عالي السرعة على التنجستن المُضاف ، والذي يعمل على رفع الحواجز الحركية، مما يُعطي، من بين تأثيرات أخرى، خصائص للمادة (الصلابة ومقاومة التآكل) كما لو أن قطعة العمل قد تم تبريدها بسرعة أكبر مما هي عليه في الواقع. حتى تبريد هذه السبائك ببطء في الهواء يُحقق معظم التأثيرات المطلوبة للتبريد السريع. يضعف الفولاذ عالي السرعة بشكل أقل بكثير نتيجة دورات التسخين والتبريد بسبب القطع عالي السرعة. ^{[ 3 ]}

يمكن أن يؤدي التبريد السريع للغاية إلى منع تكوين جميع الهياكل البلورية، مما ينتج عنه معدن غير متبلور أو "زجاج معدني".

التصليد بالتبريد السريع عملية ميكانيكية تُستخدم لتقوية وصلابة الفولاذ وسبائك الحديد الزهر. تتكون هذه المعادن من معادن حديدية وسبائك. تتم هذه العملية بتسخين المادة إلى درجة حرارة معينة، تختلف باختلاف نوعها. ينتج عن ذلك مادة أكثر صلابة إما عن طريق التصليد السطحي أو التصليد الكامل، وذلك تبعًا لمعدل تبريد المادة. غالبًا ما تُخضع المادة بعد ذلك لعملية تلطيف لتقليل الهشاشة التي قد تزداد نتيجة عملية التصليد بالتبريد السريع. تشمل العناصر التي يمكن معالجتها بالتبريد السريع التروس، والأعمدة، وكتل التآكل.

توجد أدلة على استخدام الحدادين لعمليات التبريد السريع منذ منتصف العصر الحديدي ، إلا أن المعلومات التفصيلية المتعلقة بتطور هذه التقنيات والإجراءات التي اتبعها الحدادون الأوائل قليلة. ^{[ 4 ]} ورغم أن الحدادين الأوائل لا بد أنهم لاحظوا سريعًا أن عمليات التبريد قد تؤثر على قوة الحديد وهشاشته، ويمكن القول إن المعالجة الحرارية للفولاذ كانت معروفة في العالم القديم منذ أواخر الألفية الثانية قبل الميلاد، ^{[ 5 ]} إلا أنه من الصعب تحديد استخدامات التبريد السريع المتعمدة من الناحية الأثرية. علاوة على ذلك، يبدو أنه، على الأقل في أوروبا، لم يصبح التبريد السريع والتطبيع بشكل منفصل شائعًا حتى القرن الخامس عشر الميلادي؛ ومن المفيد التمييز بين "التبريد الكامل" للفولاذ، حيث يكون التبريد سريعًا جدًا بحيث لا يتشكل سوى المارتنسيت، و"التبريد الجزئي"، حيث يكون التبريد أبطأ أو متقطعًا، مما يسمح أيضًا بتشكل البيرلايت وينتج عنه منتج أقل هشاشة. ^{[ 6 ]}

قد تعود أقدم الأمثلة على الفولاذ المُقسّى إلى بلاد ما بين النهرين القديمة، مع وجود مثال موثوق نسبيًا لإزميل مُقسّى يعود إلى القرن الرابع قبل الميلاد من المينا في تركيا. ^{[ 7 ]} ويُستشهد على نطاق واسع بالكتاب التاسع، الأسطر 389-394 من ملحمة هوميروس " الأوديسة " باعتباره مرجعًا مبكرًا، وربما أول مرجع مكتوب، عن عملية التبريد السريع: ^{[ 4 ] [ 8 ]}

كما هو الحال عندما يقوم رجل يعمل حداداً بغمر نصل فأس ضخم أو معول يصرخ في الماء البارد، معالجاً إياه لتقويته، لأن هذه هي الطريقة التي يصبح بها الفولاذ قوياً، ومع ذلك فقد أشرقت عين سايكلوب حول جذع الزيتون.

مع ذلك، ليس من المستبعد أن يصف النص عملية التصليد بالتبريد المتعمد، وليس مجرد التبريد. ^{[ 9 ]} وبالمثل، ثمة احتمال أن تشير الملحمة الهندية "المهابهاراتا" إلى تبريد رؤوس السهام الحديدية بالزيت، لكن الأدلة على ذلك غير مؤكدة. ^{[ 10 ]}

تناول بليني الأكبر موضوع مواد التبريد، مميزًا بين مياه الأنهار المختلفة. ^{[ 11 ]} تشير الفصول من 18 إلى 21 من كتاب "دي ديفيرسيس آرتيس" ( De diversis artis) لثيوفيلوس بريسبيتر، الذي يعود تاريخه إلى القرن الثاني عشر ، إلى التبريد، موصيًا، من بين أمور أخرى، بأن "تُعالج الأدوات أيضًا ببول صبي صغير أحمر الشعر أكثر من الماء العادي". ^{[ 4 ]} ومن بين المناقشات المبكرة الأكثر شمولًا حول التبريد، أول كتاب مطبوع غربي في علم المعادن، وهو كتاب " فون شتاهيل أوند إيسن" (Von Stahel und Eysen) ، الذي نُشر عام 1532، والذي يُعد نموذجًا للرسائل التقنية في أواخر العصور الوسطى.

بدأت الدراسة العلمية الحديثة للتبريد تكتسب زخمًا حقيقيًا منذ القرن السابع عشر، وكانت الخطوة الرئيسية هي المناقشة القائمة على الملاحظة التي أجراها جيامباتيستا ديلا بورتا في كتابه Magia Naturalis عام 1558. ^{[ 12 ]}

• إخماد الرصاص
• التصليد
• الترويق
• التصلب الأوستنيتي
• التصليد (علم المعادن)

• الوسائط المتعلقة بالتبريد السريع على ويكيميديا ​​كومنز