معرفة

رقم 3. تأثير عناصر السبائك على مرونة الفولاذ السبائكي

 

يمكن معالجة معظم الفولاذ السبائكي بالضغط، أي أنه يتمتع بلدونة. ومع ذلك، مع زيادة عناصر السبائك، تزداد مقاومة التشوه عمومًا، وتنخفض اللدونة، ويقصر نطاق درجة حرارة اللدونة، مما يُسبب صعوبات في المعالجة بالضغط. فيما يلي دراسة لتأثير عناصر السبائك المختلفة على لدونة الفولاذ.    

                                          

الكربون (ج)

الكربون عنصر شائع الوجود في الفولاذ. مع زيادة نسبة الكربون، تزداد مقاومة الفولاذ للتشوه وتنخفض لدونته. مع ذلك، يُمكن دحرجة الفولاذ الذي يحتوي على نسبة كربون تصل إلى 1.4% وتشكيله بسلاسة. أما الفولاذ الذي يحتوي على نسبة كربون تصل إلى 2.2%، فلا يُمكن دحرجته إلا، ويصعب تشكيله، بل يكاد يكون مستحيلاً.

على سبيل المثال، في مصانع اللحام السوفيتية، يتم استخدام الفولاذ 9V20، مع التركيب الكيميائي التالي: 1.8-2.2% C، 0.35% Si، 0.35% Mn، 0.015% S، 0.03% P. يمكن دحرجة السبائك التي تزن 200 كيلوغرام بشكل طبيعي عند 1000°ج. لا توجد صعوبات خاصة في الحصول على 100×سبائك فولاذية بسمك ١٠٠ مم من نفس التركيب. يرتبط تأثير عناصر السبائك على مقاومة أكسدة الفولاذ بمحتوى الكربون فيه، أي بالعلاقة بين هذه العناصر والكربون. قد تُشكل العديد من عناصر السبائك المضافة إلى الفولاذ كربيدات أو تذوب في الفريت والأوستينيت. عندما لا يكون محتوى عناصر السبائك المُشكّلة في الفولاذ مرتفعًا، تذوب هذه العناصر في الفريت أو الأوستينيت، مُشكّلةً محاليل صلبة تحتوي على الكربون. أشكال السبائك الأخرى هي Fe.₃M₄ج، حيث يمثل M عنصر سبيكة معين.

عندما يكون محتوى عناصر السبائك التي تُعزز تكوين الكربيد مرتفعًا، تتكون الكربيدات المعقدة. على سبيل المثال، عندما يكون محتوى الكروم أكبر من 2%، يُنتج الحديد₃Cr₃C أو Fe₄Cr₂يتم تكوين C؛ عندما يكون محتوى الكروم أكبر من 10-12٪، Cr₇C₃ يتم تكوينه. إذا كان التنغستن والموليبدينوم موجودين في الفولاذ، فإن Fe₃W₃C أو Fe₄W₂C أو Fe₄Mo₂يتم تكوين C. تحتاج مركبات Fe-Cr أو Cr-C المتكونة، بالإضافة إلى كربيد التنغستن وكربيد الموليبدينوم، إلى تسخينها إلى درجة حرارة أعلى بكثير من النقطة الحرجة لتذوب في الأوستينيت. تتميز جميع الكربيدات بصلابة عالية وهشاشة ونقطة انصهار عالية (مثل WC) ودرجة منخفضة من اللدونة. إن وجود جزيئات الكربيد في الهيكل الفولاذي له تأثير كبير على مقاومة تآكل فولاذ الأدوات. لأن التغييرات في الهيكل الفولاذي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بترسيب جزيئات الكربيد وتخثرها. تحتوي بعض أنواع الفولاذ على فصل كربيد - أي التراكم الموضعي لكمية كبيرة من الكربيدات، على غرار وجود شوائب غير معدنية في الفولاذ. في فولاذ الأدوات، يمكن أن يتسبب ذلك في تقشير الشفرة أثناء الاستخدام، وهو أمر غير مقبول أكثر في فولاذ المحامل.

للأسباب المذكورة أعلاه، يصعب تشكيل الفولاذ السبائكي عالي الكربيد. يتطلب تشكيل هذا الفولاذ عمومًا تشوهًا كبيرًا ومطرقة تشكيل ذات طاقة دق كافية. يعتمد توزيع جزيئات الكربيد بشكل أساسي على درجة التشوه، وطاقة الدق، وطريقة التشكيل، بالإضافة إلى التحكم الدقيق في درجة حرارة التشكيل الأولية وطريقة التبريد.                                                

 

 

المنغنيز (مليون)

يُعدّ المنغنيز من أكثر العناصر وفرةً في الصين، لذا فإنّ كيفية استخدامه لصهر أنواع جديدة من الفولاذ مسألةٌ واقعيةٌ للغاية. في عام ١٩٥٧، كانت الصين أول من صهر الفولاذ وأنتج قضبان تسليح عالية القوة من نوع ٢٥MnSi عبر الصهر على نطاق واسع، وأتقنت عملية إنتاج المنغنيز ١٦. بالإضافة إلى ذلك، قامت الصين أيضًا بصياغة ١٦MnAl و١٦MnAlTi، إلخ.

المنغنيز هو أحد مكونات الكربيدات ويشكل المنغنيز₃كربيد C مع الكربون، وهو أكثر استقرارا وأقوى من كربيد الحديد (السمنتيت).

لا توجد كربيدات منجنيز نقية في الفولاذ، بل كربيدات معقدة من FeMn₃نوع C.

يمكن للمنجنيز تحسين مرونة الفولاذ لأنه يتحد مع الكبريت في الفولاذ لتكوين MnS، الذي يحل محل ظاهرة الهشاشة الحرارية لـ FeS. يتميز كبريتيد المنغنيز بدرجة انصهار أعلى (1620 درجة مئوية).℃) ويوجد في شكل جزيئات كروية في الفولاذ، على عكس كبريتيد الحديد (FeS، نقطة الانصهار 988℃) والذي يتوزع على شكل شبكة عند حدود الحبيبات. لا يسبب كبريتيد المنغنيز هشاشة حرارية عند درجات الحرارة العالية.

 

المنغنيز حساس للغاية لارتفاع درجة الحرارة في الفولاذ. ووفقًا لبيانات Obele و Goffel، فإن المنغنيز ليس له تأثير كبير على قابلية تشكيل الفولاذ البرليتي (مع محتوى الكربون بنسبة 0.2٪ C ومحتوى المنغنيز أقل من 0.5٪ Mn، ومحتوى الكربون بنسبة 0.8٪ C ومحتوى المنغنيز أكبر من 12٪). تنخفض الموصلية الحرارية ونقطة التحول الحرجة لفولاذ المنغنيز الأوستنيتي (مع محتوى الكربون بنسبة 0.2٪ C ومحتوى المنغنيز أكبر من 12٪ Mn، ومحتوى الكربون بنسبة 0.8٪ C ومحتوى المنغنيز أكبر من 7٪ Mn). عندما تكون درجة حرارة تشكيل المنغنيز مرتفعة للغاية، يتشكل هيكل خشن الحبيبات، مما يجعل التشكيل صعبًا (مما يؤدي إلى تدهور قابلية التشكيل). وعلى العكس من ذلك، عندما تنخفض درجة حرارة التشكيل، يظهر هيكل دقيق الحبيبات، مما يحسن قابلية التشكيل.    

                                          

نيكل (ني)

يتمتع النيكل بقدرة عالية على امتصاص الغازات أثناء صهر الفولاذ، وخاصة الهيدروجين. عندما يكون محتوى الهيدروجين في الفولاذ مرتفعًا جدًا، فإنه يُسبب عددًا كبيرًا من الفقاعات. في الوقت نفسه، عندما تنمو البلورات الأولية بشكل خشن، تتشكل شقوق على طول حدود الحبيبات. هذان العيبان هما سبب شقوق التشكيل.

تأثير النيكل معاكس لتأثير المنغنيز. يُعزز النيكل توزيع الكبريتيدات بشكل لزج على طول حدود حبيبات الفولاذ. لذلك، في فولاذ النيكل، عند زيادة محتوى الكبريت، تحدث تشققات أثناء التشكيل بالطرق أو الدرفلة. في فولاذ النيكل المرتفع، يُعد التسخين في غاز فرن يحتوي على الكبريت غير مرغوب فيه للغاية. تخترق الكبريتيدات المتكونة حدود حبيبات الفولاذ، مسببةً تشققات سطحية أثناء التشكيل بالطرق أو الدرفلة.

في الفولاذ عالي السبائك، كلما زادت نسبة النيكل، تدهورت جودة سطح الفولاذ بعد التشكيل. النيكل عنصر ذو ألفة ضعيفة للأكسجين. ونتيجةً للأكسدة القوية للحديد وزيادة تركيز النيكل على سطح الفولاذ، تصبح الطبقة السطحية حمراء وهشة.                                                  ​​​​​​​

الكروم (الكروم)

الكروم هو معدن أبيض فضي اللون مع مسحة زرقاء خفيفة، يتميز بصلابة عالية ونقطة انصهار تبلغ 1825°ج. إنه عنصر قوي لتشكيل الكربيد. في الفولاذ البرليتي، لا تبدأ الكربيدات بالذوبان في المحلول الصلب إلا بعد أن تكون فوق A.₃ نقطة درجة الحرارة. في الفولاذ المارتنسيتي، لا تبدأ الكربيدات بالتحلل حتى 1200 درجة مئوية.°ج. في الفولاذ عالي الكربون وعالي الكروم، تكون الكربيدات مستقرة بشكل خاص ولا تذوب إلا في السبائك السائلة.

يُعزز الكروم تكوين حبيبات كبيرة (بلورات عمودية) في فولاذ المنغنيز الفريتي، وهي سمة مميزة للفولاذ الأوستنيتي (الذي يحتوي على نسبة عالية من الكروم والنيكل والكروم). أثناء التبريد، تتشكل شقوق انكماش داخلية على طول حدود الحبيبات الخشنة. وغالبًا ما توجد هذه الشقوق في نسبة كبيرة من الفولاذ منخفض الكربون.

الفولاذ عالي السبائك، مثل فولاذ X12، يمكن إخماده عند تبريده بالهواء، بينما غالبًا ما تظهر شقوق سطحية في فولاذ الكروم والنيكل (3-4% نيكل و1-1.5% كروم). لذلك، يُعدّ تشكيل هذا الفولاذ صعبًا للغاية وعرضةً للتلف.

 

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