كيف تؤكد التحاليل المعدنية خصائص المادة بعد التشغيل؟

يُعد التحليل المعدني المجهرِي (Metallographic Analysis) أداة حاسمة ونهائية لضمان الجودة، إذ يوفر دليلًا بصريًا وكميًا على الحالة الداخلية للمادة بعد التشغيل، ويُظهر العلاقة المباشرة بين البنية المجهرية للمعدن وخصائصه الميكانيكية على المستوى الكلي. وهو الطريقة الأساسية للتحقق من أن عمليات التشغيل والمعالجة الحرارية اللاحقة قد حققت الحالة المادية المطلوبة دون إدخال عيوب ضارة.

سير عمل التحليل المعدني: من العينة إلى المجهر

تبدأ العملية بقطع عينة ممثلة من قطعة اختبار أو، في التطبيقات الحرجة، من المكون نفسه. ثم تُثبّت العينة بعناية، وتُطحن وتُلمّع وتُحفَر كيميائيًا لإظهار بنيتها المجهرية. عند فحصها باستخدام مجهر ضوئي أو إلكتروني ماسح (SEM)، توفر العينة المُعدة معلومات قيّمة لتأكيد الخصائص بعد التشغيل.

الخصائص الرئيسية التي يؤكدها التحليل المعدني

1. التحقق من استجابة المعالجة الحرارية

بالنسبة للسبيكة الفائقة مثل إنكونيل 718، الهدف الرئيسي من المعالجة الحرارية بعد التشغيل هو تحقيق بنية مجهرية محددة توفر القوة ومقاومة الزحف. يتيح التحليل المعدني تأكيد ما يلي:

• تكوّن وتوزيع الطورّات المقوية: يُظهر التحليل البصري التوزيع المتجانس لطورّات γ'' المقوية. ويُحدد حجمها وشكلها وكثافتها القوة الميكانيكية للسبيكة.

• حجم الحبيبات وبنيتها: عادةً ما يُفضل بنية متجانسة ذات حبيبات متساوية الأبعاد. يقيس التحليل المعدني رقم حجم الحبيبات وفق معيار ASTM، الذي يرتبط مباشرة بالقوة والصلابة — فكلما كانت الحبيبات أدق، زادت مقاومة المعدن للتعب.

• وجود الطورّات الضارة: يمكن للتحليل الكشف عن الطورّات غير المرغوبة مثل الطورّ δ الهش في إنكونيل 718، والذي قد يتكوّن نتيجة دورة معالجة حرارية غير صحيحة ويؤدي إلى هشاشة شديدة.

2. تقييم الضرر الناتج عن التشغيل وسلامة السطح

قد يؤدي التشغيل غير الصحيح إلى تدهور المادة السطحية. تُمكن المقاطع العرضية المعدّلة ميكروسكوبيًا من تحديد:

• التشوه اللدن وطبقة “البياض” (White Layer): تشير الطبقة البيضاء المرئية تحت المجهر إلى منطقة تعرضت لتشوه شديد وتغير بنيوي بسبب الحرارة أو الاحتكاك المفرط أثناء التشغيل. تكون هذه الطبقة عادةً صلبة وهشة ومجهدة بالشد، مما يجعلها نقطة بدء لشقوق التعب.

• التشققات المجهرية: يمكن للتحليل كشف شقوق دقيقة تنشأ من السطح، وهي مدمرة لعمر التعب ومقاومة التآكل الناتج عن الإجهاد.

• عمق التصلب الناتج عن التشغيل: من خلال تحليل العينة المحفورة، يمكن قياس عمق المنطقة المتصلبة لدنياً، مما يؤكد مدى ملاءمة معلمات التشغيل.

3. تقييم جودة المادة الداخلية

يُستخدم التحليل أيضًا للتحقق من جودة المادة الأساسية، وضمان خلوها من العيوب التي قد تؤثر على الأداء:

• الشوائب: يحدد ويقيّم التحليل الشوائب غير المعدنية (مثل الكبريتيدات أو الأكاسيد) وفق معايير ASTM E45، إذ تعمل الشوائب المفرطة كنقاط تركيز إجهاد ومواقع بدء فشل.

• المسام والفراغات: يمكن رؤية أي مسامية داخلية ناتجة عن المادة الأصلية أو أثناء المعالجة.

• الانفصال الكيميائي: يكشف التحليل عن أي انفصال في التركيب الكيميائي داخل البنية، مما يؤدي إلى خصائص ميكانيكية غير متجانسة.

من البنية المجهرية إلى الأداء الكلي: العلاقة المباشرة

تكمن قوة التحليل المعدني في هذه العلاقة المباشرة. فعلى سبيل المثال، يجب أن يتمتع المكون المستخدم في الطيران والفضاء بعمر تعب طويل واستقرار ميكانيكي عالٍ. ويُقدّم التقرير المعدني الأدلة التالية:

• حجم حبيبات ناعم ومتجانس دون طبقة بيضاء أو تشققات مجهرية → يدل على مقاومة عالية للتعب.

• توزيع صحيح لطورّات γ'' وغياب الطورّ δ → يدل على قوة شد ومقاومة زحف مرتفعة.

• مادة نظيفة تحتوي على شوائب قليلة جدًا → تؤكد صلابة كسر عالية.

باختصار، لا يقتصر التحليل المعدني على إظهار صور مجهرية جميلة، بل يُعد الدليل العلمي القاطع على أن التفاعل المعقد بين التشغيل باستخدام الحاسب الآلي (CNC) والمعالجات الحرارية اللاحقة قد أنتج مكوّنًا ببنية داخلية قادرة على تحقيق الأداء والموثوقية المطلوبة.