معرفة

رقم 1. المقدمة

يُطلق على الفولاذ الذي يحتوي على كمية معينة من عناصر السبائك الخاصة اسم "فولاذ السبائك". بعد إضافة كمية معينة من عناصر السبائك إليه، يكتسب الفولاذ خصائص ميكانيكية وفيزيائية وكيميائية خاصة، تلبي الاحتياجات الشاملة للتنمية الاقتصادية الوطنية.

 

أغراض سبائك الفولاذ:

1. تقوية الفريت وزيادة قوة الفولاذ قبل الإطفاء.

2. تعزيز استقرار الأوستينيت، وتحسين قابلية التصلب والتشتت للبنية الدقيقة للصلب، وزيادة القوة الميكانيكية للأجزاء بعد المعالجة الحرارية.

3. تحسين قوة الفولاذ في درجات الحرارة المتوسطة والعالية (القوة الحرارية، الخ).

4. تعزيز مقاومة التآكل للصلب (مقاومة الأحماض، مقاومة الحرارة، مقاومة الأكسدة، إلخ).

5. منح الفولاذ خصائص فيزيائية خاصة معينة (المغناطيسية، والتوصيل الكهربائي، والمغناطيسية المضادة، والمرونة، والصلابة، وخصائص التمدد، وما إلى ذلك).

يمكن معالجة معظم الفولاذ عالي السبائك المستخدم في الصناعة بالضغط، ولكن بعض أنواع الفولاذ لديها قابلية منخفضة جدًا للتشكيل وحتى أنها تفقد إمكانية المعالجة بالضغط.

ترتبط قابلية تشكيل الفولاذ ارتباطًا وثيقًا بتركيبه الكيميائي ومرونته في درجات الحرارة العالية. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على قابلية التشكيل. دعونا ندرس قابلية تشكيل أنواع مختلفة من الفولاذ، المستخدمة لأغراض مختلفة.

 

NO2. تصنيف سبائك الفولاذ

يمكن تصنيف الفولاذ السبائكي وفقًا لاستخداماته إلى: الفولاذ الهيكلي السبائكي، والفولاذ السبائكي للأدوات، والفولاذ ذو الخصائص الفيزيائية الخاصة المحددة.

١. الفولاذ الهيكلي السبائكي: يحتوي عادةً على كمية قليلة من الكربون (٠٫١-٠٫٢٪ كربون) و١-٢٪ عناصر سبيكة. يتميز معظم هذا الفولاذ بمرونة عالية. يتمتع الفولاذ الهيكلي منخفض السبائك بنفس مقاومة التشوه في درجات الحرارة العالية التي يتمتع بها الفولاذ الكربوني العادي، ويمكنه تحمل التشوهات البلاستيكية الكبيرة. مع ذلك، أثناء التشكيل الأولي لسبائك الفولاذ، وبما أن الهيكل المصبوب لم يُكسر بعد، يجب إجراء التشكيلات القليلة الأولى برفق لمنع التشققات عند حدود الحبيبات وتعرض الفقاعات تحت السطح للأكسدة وعدم القدرة على التشكيل معًا. عند الوصول إلى مقدار معين من التشوه، يجب زيادة قوة المطرقة بسرعة للوصول إلى الحجم المطلوب.

تُعاني فولاذات النيكل والكروم الإنشائية من مشكلة التصاق قشور الأكسيد على سطحها، وخاصةً منخفضة الكربون. تظهر أحيانًا قشور أكسدة رقيقة جدًا وصلبة. أثناء عملية التشكيل، من الضروري الانتباه إلى إزالتها. فمن جهة، تؤثر على جودة سطح القطعة المطروقة، ومن جهة أخرى، تزيد من صعوبة المعالجة الحرارية والقطع.

٢. فولاذ الأدوات السبائكي: يُقسم إلى فولاذ أدوات الختم، وفولاذ أدوات القطع، وفولاذ أدوات القياس، وغيرها. يحتوي فولاذ أدوات الختم على نسبة كربون تتراوح بين ٠٫٧٪ و٢٫٠٪، ونسبة سبائك تتراوح بين ١٫١٠٪. يتميز هذا النوع من الفولاذ بصلابة عالية ومرونة كافية.

يحتوي فولاذ أدوات القطع على نسبة كربون تتراوح بين 0.7% و2.0%، وسبائك تتراوح بين 1% و25%. يتميز هذا النوع من الفولاذ بصلابة عالية جدًا ومقاومة ممتازة للتآكل.

قابلية تشكيل هذا النوع من الفولاذ ضعيفة نسبيًا لاحتوائه على نسبة عالية من الكربون وعدد كبير من عناصر السبائك، مما يزيد من مقاومة تشوه الفولاذ ويقلل من لدونته. لذلك، عند تشكيل هذا النوع من الفولاذ، من الضروري التحكم بدقة في درجة حرارة التشكيل. فعندما تكون درجة حرارة التشكيل مرتفعة جدًا، من السهل حدوث عيوب "فرط التسخين" و"فرط الاحتراق"، وعندما تكون درجة حرارة التشكيل النهائية منخفضة جدًا، تنخفض اللدونة بشكل حاد وتحدث الشقوق. نطاق درجة حرارة التشكيل ضيق جدًا، ويتطلب تشغيلًا سريعًا وفعالًا.

3. الفولاذ ذو خصائص فيزيائية وكيميائية وميكانيكية خاصة معينة (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ المقاوم للحرارة، والفولاذ المقاوم للأحماض، والفولاذ المقاوم للحرارة، والفولاذ الديامغناطيسي):

يمكن أن يصل محتوى عناصر السبائك في هذا النوع من الفولاذ إلى 30% أو أكثر. وبسبب ارتفاع نسبة عناصر السبائك، تنخفض مرونة هذا الفولاذ بدرجات متفاوتة. في الوقت نفسه، يتميز هذا النوع من الفولاذ بخصائص ميكانيكية ومتطلبات أداء عالية نسبيًا. لذلك، من الضروري صياغة عملية التشكيل بدقة والالتزام الصارم بلوائحها.

على سبيل المثال، تُعدّ عملية تشكيل حلقات التثبيت الديامغناطيسية معقدة نسبيًا. كما أن متطلبات نسبة التشكيل والتشوه صارمة للغاية. تستخدم بعض الدول التشوه البارد بعد التشكيل الساخن لزيادة متانة حلقة التثبيت، بينما تستخدم الصين التشوه الساخن متبوعًا بالتشوه شبه الساخن وعمليات أخرى.

 

II. التصنيف حسب البنية الدقيقة بعد التطبيع (انظر الملحقين 1 و2):

هناك الفولاذ البيرلايتي، والفولاذ المارتنسيتي، والفولاذ الأوستينيتي، والفولاذ الفريتي، والفولاذ الليديبوريت (أو السمنتيت).

1. فولاذ البيرلايت:

ويحتوي على كمية صغيرة من عناصر السبائك (إجمالي أقل من 5-7%)، وكميات مختلفة من الكربون.

التبلور الأولي والانفصال الشجيري لفولاذ البيرلايت ضعيفان نسبيًا، ويمكن أن يختفيا حتى مع تشوه طفيف. ويرجع ذلك إلى أن غلاف البلورة الأولي رقيق جدًا، ويمكن إزالته بالمعالجة الحرارية. لذلك، لا يُسبب الانفصال الشجيري أي ضرر واضح لعملية تشكيل هذا الفولاذ.

مع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هذا لا يكون صحيحًا تمامًا إلا إذا كان الفولاذ عالي النقاء وجيدًا في إزالة الأكسدة. فعندما يكون محتوى الأكاسيد والكبريتيدات غير المعدنية والشوائب الأخرى مرتفعًا (غالبًا ما تتركز عند حدود الحبيبات)، تنخفض مرونة الفولاذ بشكل كبير وتحدث الشقوق.

لذلك، يتم تحديد مرونة الفولاذ البيرلايتي إلى حد كبير من خلال استبعاد الغازات ودرجة إزالة الأكسدة، فضلاً عن تقليل محتوى الشوائب.

2. فولاذ مارتنسيت:

يحتوي على كمية كبيرة من عناصر السبائك (بإجمالي يزيد عن ١٠-١٥٪)، ومحتوى كربون أقل من ٠٫٥-٠٫٧٪. عند تبريد العينة القياسية في الهواء، يمكن إخمادها بالكامل وتحويلها إلى بنية مارتنسيت.

يتميز هذا النوع من الفولاذ بمقاومة عالية للتشوه ودرجة لدونة منخفضة، كما يصعب كسر التبلور الأولي. درجة حرارة التحول الإيوتكتيدي لهذا النوع من الفولاذ منخفضة، لذا لا يمكن للمعالجة الحرارية أن تغير بنيته الأصلية أو تكسر غلافه البلوري الأولي. عند تشكيل هذا النوع من الفولاذ، يجب الانتباه إلى درجة حرارة التشكيل والتشوه. قد يؤدي سوء التعامل معه إلى تلفه بسهولة.

3. الفولاذ الأوستينيتي:

يحتوي على كمية كبيرة من عناصر السبائك التي تُوسّع منطقة الأوستينيت، أي العناصر التي تُوسّع منطقة غاما. تشمل هذه العناصر: الكربون، والنيتروجين، والنحاس، والنيكل، والمنغنيز، والكوبالت. لا توجد نقطة تحول حرجة للأوستينيت، ويبقى في حالته الأوستينيتية أثناء التسخين.

تتميز البلورات الأولية للفولاذ الأوستينيتي بثباتها العالي، ولا يمكن إزالتها بالمعالجة الحرارية. ولا يمكن كسرها إلا بدرجة كبيرة من التشوه. لذلك، تلعب المعالجة بالضغط دورًا هامًا في تحسين خصائص هذا النوع من الفولاذ.

4. فولاذ الفريت:

يتميز هذا الفولاذ بمحتوى عالٍ نسبيًا من عناصر السبائك ومحتوى منخفض من الكربون (لا يزيد عن 0.2-0.4% كربون). يحتوي هذا النوع من الفولاذ على كمية كبيرة من عناصر السبائك التي تزيد من A₃ وتُقلل من A₄، أي عناصر تُضيّق منطقة γ. تشمل هذه العناصر: السيليكون، والفوسفور، والألمنيوم، والموليبدينوم، والتنغستن، والتيتانيوم، وغيرها.

هذا النوع من الفولاذ لا يخضع أيضًا للتحول التآصلي، إذ يبقى في حالة الحديد ألفا قبل الانصهار. لذلك، لا تستطيع طرق المعالجة الحرارية العامة تغيير البنية المصبوبة الأصلية أو الفصل الشجيري لهذا الفولاذ، أو تحسين خصائصه الميكانيكية.

الانفصال الشجيري للفولاذ الفريتي (الفولاذ المقاوم للصدأ، الفولاذ المقاوم للحرارة) ليس واضحًا جدًا، وله تأثير ضئيل على اللدونة. يمكن استبدال البلورات الأولية بسهولة بإعادة التبلور بعد التشوه.

ومع ذلك، فإن فولاذ الفريت عرضة لتكوين شقوق حلقية الشكل أثناء التصلب والتبريد. لتحسين مرونة فولاذ الفريت عالي الكروم والنيكل والكروم، يمكن إضافة النيتروجين إلى الفولاذ لتحسين حبيباته والقضاء على الانفصال الشجيري.

5. فولاذ الأسمنتيت:

يحتوي هذا النوع من الفولاذ على نسبة عالية من الكربون ويحتوي على كمية كبيرة من العناصر التي تشكل السمنتيت، مثل التيتانيوم والفاناديوم والتنغستن والموليبدينوم والكروم. غالبًا ما يشكل هذا النوع من الفولاذ ليدبوريت أثناء الصب، لذا فإن التبلور الأولي لهذا النوع من الفولاذ مستقر للغاية أيضًا. لا يمكن للمعالجة الحرارية أن تكسر التوزيع الشبكي لليدبوريت. لتقليل الفصل الشجيري وتحسين اللدونة، من الضروري التأكد من كسر الليدبوريت المصبوب وتوزيع السمنتيت بالتساوي في جميع أنحاء حجم المعدن. على سبيل المثال، يتكسر التبلور الأولي والفصل الشجيري لفولاذ ليدبوريت النيكل والكروم (X13H7C2، X18H25C2) ببطء شديد أثناء التشوه. حتى بعد أن تصل نسبة التشكيل إلى 7-9، لا يزال من الممكن رؤية هذا الهيكل في المقطع العرضي. يمكن للمعالجة الحرارية المسبقة قبل التشكيل أن تكسر جزئيًا شبكة الليدبوريت للبلورات الأولية وتحسن الهيكل بعد التشكيل. ومع ذلك، نظرًا لارتفاع نسبة الكربون وتكوين كربيدات معقدة مع عناصر السبائك، يصبح الفولاذ هشًا، مما يجعل تشكيله صعبًا للغاية. يُعدّ الفولاذ عالي السرعة وفولاذ X12 أكثر شيوعًا.

لذلك، بناءً على سهولة تكوين البلورات الأولية والانفصال الشجري، يمكن تصنيف جميع الفولاذ السبائكي إلى فئتين:

الفئة الأولى: في البنية الدقيقة للفولاذ، يمكن كسر البلورات الأولية للبيرليت والأوستينيت بسهولة أثناء المعالجة الحرارية أو التشكيل الساخن. ويشمل ذلك جميع أنواع الفولاذ الهيكلي البيرليتي، وبعض أنواع فولاذ الأدوات، والفولاذ المقاوم للصدأ البيرليتي، والفولاذ المقاوم للحرارة، إلخ.

الفئة الثانية: تحتوي البنية الدقيقة للفولاذ على شبكات مستقرة من الفريت والكربيدات والليديبوريت. لا تتكسر البلورات الأولية لهذا النوع من الفولاذ بالمعالجة الحرارية، بل يصعب كسرها أثناء العمل تحت الضغط. تنتمي جميع أنواع فولاذ الليديبوريت، والفولاذ المارتنسيتي، والفولاذ الأوستنيتي (المقاوم للصدأ، والمقاوم للحرارة، والمقاوم للأحماض)، والفولاذ عالي السرعة، وفولاذ الأدوات السبائكي إلى هذه الفئة.

 

إذا كان لديك أي أسئلة أو مطالب أو تحتاج إلى تطوير أجزاء جديدة أو تحسين سلسلة التوريد الخاصة بك، فلا تتردد في الاتصال بنا info@castings-forging.com