1. 1J36 و6J20 كلاهما من السبائك الدقيقة المخصصة -في الصين. ما هي تصنيفاتها الوظيفية الأساسية وخصائصها الرئيسية؟
تنتمي هاتان السبيكتان إلى فئات متميزة من السبائك الدقيقة، حيث تم تصميم كل منها خصيصًا لخاصية فيزيائية محددة بدلاً من القوة الميكانيكية أو مقاومة التآكل.
1J36: سبيكة ذات تمدد منخفض جدًا (نوع Invar-)
الوظيفة الأساسية: إظهار معامل تمدد حراري (CTE) منخفض للغاية، وأحيانًا قريب من-الصفر، عبر نطاق درجة حرارة محدد (عادةً من حوالي -60 درجة إلى 150 درجة ).
السمة الرئيسية: هذه الخاصية الفريدة، والمعروفة باسم "تأثير Invar"، هي نتيجة لتكوينها-حوالي 36% من النيكل والحديد المتوازن. عند هذا المحتوى المحدد من النيكل، يتم مقاومة الميل الطبيعي للمادة للتمدد مع الحرارة من خلال الانكماش المغناطيسي، مما يؤدي إلى الحد الأدنى من التغير الإجمالي في الأبعاد.
خصائص أخرى: لديها قوة معتدلة، ليونة جيدة، ومقاومة ضعيفة للتآكل.
6J20: سبيكة ذات معامل ثابت (نوع Elinvar-)
الوظيفة الأساسية: الحفاظ على معامل ثابت (مرن) تقريبًا على نطاق واسع من درجات الحرارة. وهذا يعني أن صلابته أو مقاومته للتشوه المرن لا تتغير بشكل كبير مع درجة الحرارة.
السمة الرئيسية: يتم تحقيق "تأثير المعامل الثابت" هذا من خلال تركيبة أكثر تعقيدًا، تتضمن عادةً النيكل والكروم والتيتانيوم وأحيانًا التنغستن. تم تصميم السبيكة بحيث يتم تعويض الانخفاض الطبيعي في معامل المرونة مع زيادة درجة الحرارة من خلال تأثير هطول الأمطار المعزز.
خصائص أخرى: كما أنه يمتلك قوة جيدة، ومقاومة للتعب، ويستخدم عادة في حالة تصلب وخفف.
باختصار، اخترت 1J36 للتحكم في تغير الأبعاد مع درجة الحرارة، واخترت 6J20 للتحكم في الصلابة مع درجة الحرارة.
2. ما هي التطبيقات المتخصصة التي ستكون فيها الأنابيب المربعة أو الأشكال الهيكلية الأخرى المصنوعة من 1J36 و6J20 مطلوبة بشدة؟
إن استخدام هذه المواد في الأنابيب المربعة أو غيرها من الأشكال الهيكلية الدقيقة يرجع إلى الحاجة إلى استقرار استثنائي في الأدوات والأنظمة الحساسة.
طلبات الحصول على الأنابيب/الإطارات المربعة 1J36 (منخفضة التمدد):
إطارات الأجهزة الدقيقة: غالبًا ما يتم إنشاء إطار أجهزة قياس التداخل بالليزر وآلات القياس البصرية وحوامل التلسكوب من أنابيب مربعة 1J36. وهذا يضمن بقاء المسافات الحرجة بين المكونات البصرية (أشعة الليزر والعدسات والمرايا) ثابتة على الرغم من التقلبات في درجة الحرارة المحيطة، مما يضمن دقة القياس.
أقنعة الظل في شاشات CRT الملونة: على الرغم من كونه تطبيقًا قديمًا، إلا أنه كان تاريخيًا أحد أكبر الاستخدامات لـ 1J36. كان على القناع الرقيق المثقوب أن يحافظ على محاذاة مثالية مع فوسفورات الشاشة أثناء التسخين من أشعة الإلكترون. يمكن استخدام إطار أنبوبي مربع من 1J36 لتثبيت هذا القناع بشكل ثابت في مكانه.
نقل وتخزين الغاز الطبيعي المسال: على الرغم من أن 1J36 ليس أنبوبًا مربعًا، فإنه يُستخدم في الدعامات الهيكلية والأنابيب لخزانات الغاز الطبيعي المسال عند -162 درجة، حيث يمنع انخفاض CTE الإجهاد الحراري والتواء.
طلبات المكونات الهيكلية 6J20 (المعامل الثابت):
الشوكة الرنانة والرنانات في أجهزة التوقيت الدقيقة: تردد الرنين لمكون ما هو دالة على هندسته ومعامله المرن. باستخدام 6J20، يظل التردد ثابتًا بغض النظر عن التغيرات في درجات الحرارة البيئية، وهو أمر أساسي للساعات والساعات والمرشحات الإلكترونية.
-نوابض وأغشية استشعار عالية الدقة: في أجهزة استشعار الضغط، ومقاييس التسارع، ومقاييس الجاذبية، يجب ألا تنحرف المعايرة (العلاقة بين القوة والإزاحة) مع درجة الحرارة. توفر النوابض وعناصر الاستشعار المصنوعة من سلك مربع 6J20 أو مصنوعة آليًا من مخزون القضبان هذا الاستقرار الأساسي.
المكونات الحاسمة في أنظمة التوجيه الفضائية: قد تستخدم أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي والجيروسكوبات 6J20 للمحور أو الزنبركات أو العناصر الهيكلية حيث قد يؤدي التغير في الصلابة مع درجة الحرارة إلى حدوث انحراف وأخطاء ملاحية.
3. ما هي اعتبارات التصنيع والتصنيع الحاسمة لتصنيع المكونات من 1J36 و6J20؟
تتطلب معالجة وتصنيع هذه السبائك تقنيات محددة للحفاظ على خصائصها الوظيفية الدقيقة، والتي تكون حساسة للغاية للضغط الداخلي والبنية المجهرية.
1J36 (سبيكة منخفضة التمدد) - الأهمية القصوى لتخفيف الضغط:
تحدي التصنيع: أي عمل بارد-مثل القطع أو الطحن أو الثني-يؤدي إلى ضغوط داخلية كبيرة. هذه الضغوط يمكن أن تسبب تشوه الجزءأثناء التصنيعوالأهم من ذلك، أنها تؤدي إلى تغييرات دائمة وغير متوقعة في الأبعاد لاحقًا عندما يتعرض المكون لتغيرات بسيطة في درجات الحرارة أثناء الخدمة.
استراتيجية التخفيف:
الإجهاد-التليين التخفيفي إلزامي: بعد أي خطوة مهمة في التصنيع أو التشكيل، يلزم التلدين التثبيتي. يتضمن ذلك تسخين المكون إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الخدمة المقصودة (عادةً 275-325 درجة) والاحتفاظ به لمدة 1-2 ساعة، يليه تبريد بطيء جدًا (على سبيل المثال، تبريد الفرن).
Process Sequence: A typical workflow is: Rough Machine -> Stabilization Anneal -> Final Precision Machine (with very light cuts) ->يصلب الاستقرار النهائي.
استخدم أدوات حادة وسرعات بطيئة ومبردًا وافرًا لتقليل إدخال الضغط.
6J20 (سبيكة ذات معامل ثابت) - أهمية المعالجة الحرارية:
تحدي التصنيع: خاصية المعامل الثابت هيلامتأصل؛ يتم نقله بواسطة دورة معالجة حرارية محددة ودقيقة. يتم توفير السبيكة عادةً في محلول -مُلدن، وهو ناعم وقابل للتشكيل ولكنه لا يحتوي على معامل E- ثابت.
استراتيجية التخفيف:
المعالجة الحرارية النهائية غير قابلة للتفاوض-: بعد اكتمال جميع عمليات التصنيع، يجب أن يخضع المكون لعملية تصلب -الترسيب (الشيخوخة). يتضمن ذلك التسخين إلى درجة حرارة معينة (على سبيل المثال، 550-650 درجة) لفترة زمنية محددة لترسيب الجزيئات الدقيقة التي تعمل على تثبيت المعامل المرن.
المعالجة في الحالة الناعمة: يجب إجراء جميع العمليات الثقيلة والنهائية في حالة التلدين بالمحلول-، حيث تصبح المادة صلبة للغاية ويصعب تشكيلها بعد التعتيق.
تغيير الأبعاد: تتسبب عملية التعتيق بحد ذاتها في تغيير طفيف ولكن يمكن التنبؤ به في الأبعاد، وهو ما يجب أخذه في الاعتبار في التفاوتات المسموح بها في المعالجة النهائية.
4. كيف تحدد عملية المعالجة الحرارية الخصائص الوظيفية النهائية لـ 1J36 و6J20؟
المعالجة الحرارية هي الخطوة النهائية التي "تثبت" أو "تنشط" الخاصية الأساسية لكل سبيكة.
1J36 المعالجة الحرارية: التثبيت من أجل سلامة الأبعاد
العملية: العلاج الرئيسي هو تخفيف الضغط أو التثبيت، كما هو موضح أعلاه، عند درجة حرارة معتدلة (275-325 درجة). يمكن استخدام درجة حرارة أعلى تصلب (~ 830 درجة) بعد العمل البارد الشديد لإعادة بلورة بنية الحبوب، ولكن يجب أن يتبع ذلك التلدين التثبيتي.
الغرض: الهدف هو تخفيف الضغوط الداخلية تمامًا دون تغيير بنية الحبوب أو خاصية -CTE الأساسية المنخفضة. ومن خلال تخفيف هذه الضغوط، تصبح أبعاد المادة مستقرة، ويمكن تحقيق معدل CTE المنخفض للغاية- أثناء الخدمة دون التعرض لخطر التشويه.
المعالجة الحرارية 6J20: تصلب الترسيب من أجل صلابة مستقرة
العملية: تتكون هذه العملية من خطوتين-:
علاج المحلول: تسخينه إلى درجة حرارة عالية (على سبيل المثال، 1000 درجة) وإخماده بسرعة. يؤدي هذا إلى إذابة جميع عناصر صناعة السبائك (Cr وTi وما إلى ذلك) في محلول صلب موحد، مما يؤدي إلى حالة ناعمة وقابلة للتشكيل.
التعتيق (تصلب الترسيب): التسخين إلى درجة حرارة متوسطة (على سبيل المثال، 600-650 درجة) لفترة محددة (على سبيل المثال، 4 ساعات) ثم تبريد الهواء. تعمل هذه المعالجة الخاضعة للرقابة على ترسيب جزيئات دقيقة ومتماسكة بين المعادن (على سبيل المثال، بناءً على Ni₃Ti).
الغرض: هذه الرواسب هي المفتاح لتأثير المعامل الثابت. إنها تقوي المصفوفة، والأهم من ذلك، أن تأثيرها المقوي يقاوم الانخفاض الطبيعي في معامل المرونة للمصفوفة مع ارتفاع درجة الحرارة. تتم معايرة الوقت الدقيق ودرجة الحرارة للشيخوخة لتحقيق معامل E- مسطح تمامًا مقابل منحنى درجة الحرارة على النطاق المحدد.
5. يقوم أحد المهندسين بتصميم منصة بصرية عالية الدقة-تعتمد على الفضاء-. متى سيحددون إطار الأنبوب المربع 1J36، ومتى سيتم تصنيع المكون من 6J20؟
يتم تحديد الاختيار من خلال ما إذا كان وضع الفشل السائد هو انجراف الأبعاد أو تحول في تردد/صلابة الرنين.
حدد إطار الأنبوب المربع 1J36 عندما:
أداء النظام محدود بسبب الانجراف الحراري في المحاذاة أو الموضع.
سيناريو المثال: هيكل المقعد البصري. سيتم بناء الإطار بأكمله الذي يحتوي على مرايا وعدسات وأجهزة استشعار المنصة من أنابيب مربعة 1J36 وألواح ملحومة/ملحومة. أثناء دوران القمر الصناعي، يتعرض لدورة حرارة شديدة، حيث ينتقل من ضوء الشمس المباشر إلى ظل الأرض. قد يتوسع إطار الألمنيوم التقليدي وينكمش بشكل كبير، مما يتسبب في اختلال المسار البصري وطمس الصورة أو إتلاف البيانات. يحافظ إطار 1J36 على أبعاده الدقيقة، مما يضمن بقاء العناصر البصرية في محاذاة مثالية، مما يضمن الأهداف العلمية أو التصويرية للمهمة.
حدد مكون 6J20 عندما:
أداء النظام محدود بسبب الانجراف الحراري في التردد أو معايرة العنصر الديناميكي.
مثال السيناريو 1: نظام عزل الاهتزاز. قد تستخدم المنصة البصرية نظامًا من النوابض والمخمدات لعزلها عن اهتزازات الأقمار الصناعية. إذا كانت هذه النوابض مصنوعة من الفولاذ القياسي، فإن صلابتها (ثابت الزنبرك) ستتغير مع درجة الحرارة، مما يغير تردد الرنين لنظام العزل ويجعله أقل فعالية. سيحافظ نابض 6J20 على صلابة ثابتة، مما يضمن أداءً ثابتًا لعزل الاهتزاز في جميع أنحاء المدار.
مثال السيناريو 2: جهاز استشعار الرنين. إذا كان النظام الأساسي يستخدم جيروسكوبًا من نوع -الشوكة الرنانة-أو مستشعر كتلة رنان، فإن تردد التشغيل يعد أمرًا بالغ الأهمية. سيحافظ مرنان 6J20 على تردد ثابت، مما يمنع انحراف المعايرة الناتج عن درجة الحرارة في قراءات المستشعر.
