دليل المعالجة الحرارية لفولاذ الأداة S7

فولاذ الأدوات S7 يتم تصنيفها على أنها أداة فولاذية مقاومة للصدمات من قبل المعهد الأمريكي للحديد والصلب (AISI). لا يتحقق الأداء الأمثل إلا من خلال المعالجة الحرارية المناسبة. يوضح هذا الدليل بشكل منهجي الخطوات الأساسية والاعتبارات الحاسمة للمعالجة الحرارية الفعالة لفولاذ الأدوات S7، استنادًا إلى المبادئ المعدنية الراسخة وخبرتنا الواسعة في الإنتاج والمعالجة. تتضمن المعالجة الحرارية لفولاذ الأدوات S7 عادةً أربع مراحل: التسخين المسبق، والأوستينيت، والتبريد، والتطبيع.

1. التسخين المسبق 

تُعد عملية التسخين المسبق خطوةً أوليةً بالغة الأهمية في جميع أنواع فولاذ الأدوات تقريبًا، بما في ذلك فولاذ الأدوات S7. فهي تُضبط البنية الجزيئية للمادة مسبقًا، مما يُساعد على التخلص من الضغوط الناتجة أثناء التشغيل الآلي أو قطع المواد. تبلغ درجة حرارة التسخين المسبق لفولاذ الأدوات S7 650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت)، حيث يُترك لمدة تتراوح بين 10 و15 دقيقة حتى يسخن بالتساوي. يجب توخي الحذر لتجنب التعرض المُطول لهذه الدرجة، إذ قد تُسبب خللًا في البنية الجزيئية وتؤثر سلبًا على دورات المعالجة الحرارية اللاحقة. بالنسبة لقطع العمل المُعقدة أو كبيرة الحجم، يُمكن إجراء تسخين مسبق أولي عند درجة حرارة أقل، مثل 650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت)، للحد من مخاطر الصدمات الحرارية بشكل أكبر.

2. الأوستينيت

الأوستنيتية هي عملية تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة يتحول فيها تركيبه من تجمع فيريت-بيرلايت إلى أوستنيت، مما يُذيب جزءًا كبيرًا من كربيداته. درجة حرارة الأوستنيتية الموصى بها لفولاذ الأدوات S7 هي 940 درجة مئوية (1725 درجة فهرنهايت). يُحسب وقت النقع بناءً على أصغر مقطع عرضي للقطعة. بالنسبة للقطع التي يزيد سمكها عن بوصة واحدة (25 مم)، تكون القاعدة العامة ساعة واحدة لكل بوصة (25 مم). بالنسبة للمقاطع العرضية الأصغر:

• 1/8 بوصة (3.175 مم): 30 دقيقة
• 1/4 بوصة (6.350 مم): 40 دقيقة
• 1/2 بوصة (12.70 مم): 45-50 دقيقة
• 3/4 بوصة (19.05 مم): 50-55 دقيقة 

من الضروري التأكد من وصول الجزء إلى نفس درجة حرارة الفرن، والتي يتم تأكيدها بصريًا من خلال لون مشابه، قبل بدء وقت النقع.

3. الإخماد

يشير مصطلح "التبريد" إلى عملية التبريد السريع للفولاذ الأوستينيتي لتحويل الأوستينيت إلى مارتنسيت، وهو بنية مصفوفة صلبة. فولاذ الأدوات S7 قابل للتبريد بالهواء. يُعدّ التبريد بالهواء أبطأ طرق التبريد، مما يُقلل الصدمات الحرارية والإجهادات الداخلية.

على الرغم من امتلاك فولاذ S7 لخواص التبريد بالهواء، إلا أن هناك قيودًا على أبعاده. فعندما تتجاوز أبعاد المقطع العرضي حوالي 63 مم (2.5 بوصة)، قد يفشل التبريد بالهواء وحده في تحقيق التصلب الكامل، لأن حجم المادة يُقلل بشكل كبير من معدل التبريد. في هذه الحالات، يُنصح باستخدام التبريد بالزيت لتحقيق تصلب أكثر أمانًا وكفاءة.

بعد الإخماد، يجب تبريد الأجزاء إلى درجات حرارة مناسبة للاستخدام اليدوي (125-150 درجة فهرنهايت أو 52-65 درجة مئوية). في هذه المرحلة، يكون الفولاذ غير مستقر وعرضةً للتشقق. قد يستقر الأوستينيت المتبقي، مما يُعقّد عمليات التحويل اللاحقة. لذلك، يجب نقل الأجزاء فورًا للتسوية. إذا لزم الأمر، فيجب إجراء عملية تقويم بينما تبقى المادة فوق 205 درجة مئوية (400 درجة فهرنهايت).

4. التلطيف

التطبيع هو عملية إعادة تسخين بعد الإخماد، تهدف إلى تعزيز المتانة وتخفيف الضغوط الداخلية مع المساهمة في الوصول إلى الصلابة النهائية المطلوبة. وكما ذُكر في خطوة الإخماد السابقة، يجب إجراء التطبيع فور تبريد القطعة إلى 52-65 درجة مئوية (125-150 درجة فهرنهايت) بعد الإخماد، وهو أمر بالغ الأهمية لمنع التشقق.

بالنسبة لفولاذ S7، تُوصى بدرجة حرارة التطبيع الأولية (٢٣٠ درجة مئوية). في حال إجراء تطبيع ثانوي، يجب خفض درجة الحرارة إلى ٢٢٠ درجة مئوية. عادةً ما تكون درجة حرارة التطبيع الثانوي أقل من التطبيع الأولي بـ ١٤ درجة مئوية. يجب الحفاظ على كل دورة تطبيع لمدة ساعتين لكل ٢٥ مم من المقطع العرضي. يجب تجنب التطبيع الزائد تمامًا.

العلاقة بين الصلابة ودرجة حرارة التلطيف للفولاذ S7¹

درجة حرارة التلطيف	صلابة روكويل سي
كما تم إخماده	62
300 درجة فهرنهايت / 150 درجة مئوية	59
400 درجة فهرنهايت / 205 درجة مئوية	58
600 درجة فهرنهايت / 315 درجة مئوية	55
800 درجة فهرنهايت / 425 درجة مئوية	52
1000 درجة فهرنهايت / 540 درجة مئوية	50
1200 درجة فهرنهايت / 650 درجة مئوية	41

من التطبيقات النموذجية لـ S7 قوالب التشكيل البارد، حيث يُستخدم عادةً بصلابة تشغيل تتراوح بين 56 و60 HRC. درجات حرارة التلطيف الموصى بها (230 درجة مئوية / 450 درجة فهرنهايت و220 درجة مئوية / 425 درجة فهرنهايت) تُحقق مستويات صلابة ضمن هذا النطاق بدءًا من صلابة مُخمّدة تبلغ حوالي 60 HRC.

بالنسبة لمعظم فولاذ الأدوات، يُنصح بشدة بإجراء دورات تطبيع متعددة (عادةً دورتين أو ثلاث) لتقليل الأوستينيت المحتجز، وتحسين بنية الحبيبات، وتعزيز مقاومة التآكل، وتخفيف الإجهادات. بين فترات التطبيع، يجب أن تبرد قطعة العمل تمامًا إلى درجة حرارة الغرفة لتقليل الأوستينيت المحتجز. تجدر الإشارة إلى أن التطبيع المتتالي عند نفس درجة الحرارة غير فعال.

يُحدث التصلب تغيرات في الأبعاد. عند تصلب فولاذ S7 عند درجة حرارة 260 درجة مئوية (500 درجة فهرنهايت) وفقًا للمواصفات، قد يتمدد بمقدار 0.0006 بوصة/بوصة (0.01524 مم/25 مم) تقريبًا على طول اتجاه العروق، وحوالي 0.0002 بوصة/بوصة (0.00508 مم/25 مم) عموديًا على اتجاه العروق. للحصول على الأبعاد الحرجة، يُنصح بالاطلاع على مخطط تغير أبعاد التصلب المخصص لفولاذ S7. يوضح الجدول التالي منحنيات تغير أبعاد فولاذ S7 عند درجات حرارة تصلب مختلفة.

تُحدد المعالجة الحرارية الفعالة لفولاذ الأدوات S7 خصائصه النهائية وعمره الافتراضي بشكل مباشر، مما يوفر وقت الإنتاج وتكاليفه. يؤدي عدم كفاية فترة النقع أو سوء المعالجة الحرارية أثناء المعالجة الحرارية إلى تقصير عمر الأداة بشكل كبير وإضعاف أدائها. يضمن الالتزام الصارم بإجراءات التسخين المسبق، والأوستينيت، والتبريد، والمعالجة الحرارية، بالإضافة إلى الاهتمام الدقيق بعوامل مثل التحكم في التشوه، تحقيق فولاذ الأدوات S7 أقصى إمكاناته من حيث الأداء.

1. برايسون، ويليام إي. المعالجة الحرارية واختيار وتطبيق فولاذ الأدوات. الطبعة الثانية، منشورات هانسر، 2005، ص. 197. ↩︎