ما الذي يجعل براغي إنكونيل 718 بهذه القوة؟ تحليل تفصيلي للمواد

إنكونيل 718 نوع خاص من السبائك الفائقة، وهو سبيكة أساسها النيكل. يشتهر هذا المعدن بقدرته الفائقة على الحفاظ على قوته وشكله حتى في درجات الحرارة المرتفعة للغاية. على عكس الفولاذ العادي الذي يضعف ويفقد صلابته عند ارتفاع درجة حرارته، يتميز إنكونيل 718 بقدرته على تحمل درجات حرارة تصل إلى 700 درجة مئوية (حوالي 1292 درجة فهرنهايت) مع الحفاظ على قوته. كما أنه مقاوم للتآكل بشكل ممتاز. ويعود السبب الرئيسي في ذلك إلى قوة هذا المعدن التي يكتسبها من عملية معالجة حرارية خاصة تُعرف باسم "التقادم المزدوج"، والتي تُكسبه صلابة وقوة استثنائية.

2. التركيب الكيميائي لسبائك إنكونيل 718 (مكونات السبيكة)

تستمد سبيكة إنكونيل 718 قوتها من تركيبتها المعدنية الدقيقة، حيث يُعد النيكل المكون الرئيسي فيها. وتُضاف إليها عناصر أساسية أخرى لمنحها خصائص مميزة.

يكمن السر في المزيج الخاص من النيوبيوم والتيتانيوم والألومنيوم. إذ تعمل هذه العناصر معًا أثناء المعالجة الحرارية لتشكيل جزيئات دقيقة وقوية في جميع أنحاء المعدن. هذه الجزيئات هي ما يمنح البراغي هذه القوة الفائقة.

3. التصلب بالترسيب – السبب الرئيسي لقوته الفائقة

تُعدّ عملية التصليد بالترسيب أهم خطوة في معالجة سبيكة إنكونيل 718، وهي عملية معالجة حرارية تُكسب السبيكة قوةً أكبر بكثير من قوتها الطبيعية. عند تسخين المعدن ثم تبريده ببطء، تتشكل هياكل معدنية دقيقة للغاية تُسمى الرواسب. في إنكونيل 718، تُعدّ مرحلة غاما دبل برايم ( γ ′′ ) هي الرواسب الرئيسية المُقوّية ، وهي تتكون من النيكل والنيوبيوم والحديد ( Ni 3Nb ) . تعمل جزيئات γ ′′ كحواجز دقيقة داخل البنية المعدنية، حيث تمنع طبقات البلورات الداخلية من الانزلاق فوق بعضها البعض. هذا الانزلاق هو ما يُسبب انحناء المعدن أو انكساره تحت الضغط. ولأن جزيئات γ ′′ تُعيق الحركة، تصبح المادة أكثر صلابةً وقوةً، ولذلك يستطيع مسمار إنكونيل 718 تحمّل قوى هائلة.

4. مقاومة درجات الحرارة العالية

صُممت سبيكة إنكونيل 718 للعمل في الأماكن التي ترتفع فيها درجات الحرارة باستمرار. ولا يقتصر الأمر على الحفاظ على قوتها فحسب، بل يشمل أيضاً مقاومتها للزحف والتأكسد.

مقاومة الزحف: يحدث الزحف عندما يتغير شكل المادة ببطء تحت ضغط مستمر في درجات حرارة عالية. يمكن تشبيهه بتمدد بطيء للغاية. يتميز إنكونيل 718 بمقاومة زحف ممتازة، حيث يحافظ على شكله وحجمه عند درجات حرارة تصل إلى 700 درجة مئوية لفترات طويلة. وهذا أمر بالغ الأهمية للأجزاء التي تدور بسرعات عالية، مثل شفرات التوربينات.

مقاومة الأكسدة: عادةً ما تتسبب الحرارة العالية في تفاعل المعادن مع الأكسجين الموجود في الهواء، مما يؤدي إلى تكوّن طبقة من القشور أو الصدأ، الأمر الذي يُضعف المعدن. يُشكّل المحتوى العالي من الكروم في سبيكة إنكونيل 718 طبقة أكسيد واقية رقيقة ومستقرة على السطح، تمنع المزيد من الأكسدة، وتحمي البرغي الموجود بالداخل.

5. قوة ميكانيكية استثنائية (يرجى تقديم القيم التقريبية)

بفضل عملية التصليد، تتميز مسامير إنكونيل 718 بقوة مذهلة. هذه القيم مجرد أمثلة، وتعتمد القوة الفعلية على المعالجة الحرارية النهائية.

تصل قوة شد البرغي إلى 1280 ميجا باسكال (MPa) أو أكثر، وهي قوة سحب هائلة. هذه القوة هي السبب في استخدام هذه البراغي في الأجزاء الأكثر حساسية وتحملاً للأحمال في أي آلة.

6. مقاومة التآكل والأكسدة

إن مادة إنكونيل 718 ليست قوية فحسب؛ بل إنها محمية بشكل كبير من بيئتها.

مقاومة التآكل: بفضل احتوائها على كميات كبيرة من النيكل والكروم، تتميز هذه السبيكة بمقاومة عالية للعديد من المواد الكيميائية المسببة للتآكل، بما في ذلك الأحماض والقلويات، وخاصةً تشقق التآكل الناتج عن إجهاد أيونات الكلوريد. وتُعد هذه النقطة الأخيرة بالغة الأهمية في مياه البحر وعمليات حفر آبار النفط العميقة.

مقاومة الأكسدة: كما ذكرنا سابقاً، يُشكّل الكروم طبقة واقية قوية. تقاوم هذه الطبقة التفاعل مع الأكسجين حتى في درجات الحرارة المرتفعة جداً. وهذا يعني أن البراغي لن تصدأ أو تضعف بسرعة في الهواء الساخن.

7. الأداء في درجات الحرارة المنخفضة (ميزة أخرى)

تصبح معظم المعادن هشة (قابلة للكسر بسهولة) عند تعرضها لدرجات حرارة منخفضة للغاية. وهذا عكس ما يحدث عند تعرضها للحرارة. لكن إنكونيل 718 يتمتع بقدرة خاصة: فهو يزداد صلابة عند درجات حرارة منخفضة جدًا.

درجات الحرارة المنخفضة للغاية: تعني درجات حرارة قريبة من الصفر المطلق، كما هو الحال في الفضاء أو تخزين الوقود السائل. يمنح التركيب البلوري الخاص لمعدن إنكونيل 718 مرونة فائقة (القدرة على الانحناء دون انكسار) وقوة عالية في هذه الظروف شديدة البرودة. لهذا السبب، تستخدم وكالة ناسا ووكالات الفضاء الأخرى مثبتات إنكونيل 718 في الصواريخ. تُستخدم هذه البراغي لتثبيت أجزاء الصاروخ التي تتعامل مع وقود الأكسجين السائل أو الهيدروجين السائل فائق التبريد.