فولاذ الأدوات D3 | 1.2080 | skd1

3. المعالجة الحرارية

أداة الفولاذ الشاملة D3 المعالجة الحرارية يتضمن البروتوكول أربع مراحل رئيسية: التسخين المسبق، والتصلب (الأستنيت)، والتبريد، والتطبيع. لكل خطوة دور حيوي في تحقيق البنية المعدنية والخصائص الميكانيكية المطلوبة.

3.1 التسخين المسبق

تعتبر عملية التسخين المسبق مرحلة تحضيرية حاسمة في دورة المعالجة الحرارية لفولاذ الأداة D3، وخاصة بالنسبة للفولاذ من النوع D مثل D3، والذي يتمتع بموصلية حرارية منخفضة نسبيًا.

• الغرض: تتمثل وظائفه الرئيسية في تقليل الصدمات الحرارية عند تعريض الأداة لدرجات حرارة أوستنيتية عالية، مما يقلل من خطر التشوه أو التشقق. كما يُساعد التسخين المسبق على تخفيف بعض الضغوط المتبقية من عمليات التشغيل السابقة.
• توصية لفولاذ D3: نوصي بتسخين فولاذ الأدوات D3 مسبقًا إلى نطاق درجة حرارة يتراوح بين 650 و705 درجة مئوية (1200 و1300 درجة فهرنهايت). ومن الممارسات الشائعة إبقاء الفولاذ عند درجة حرارة 650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت) لمدة تتراوح بين 10 و15 دقيقة تقريبًا، أو حتى يسخن بشكل متساوٍ.
• معدل التسخين: يُفضّل عادةً معدل تسخين بطيء ومُتحكّم به. قد يُؤدي التسخين السريع إلى اختلافات كبيرة في درجات الحرارة بين سطح الأداة ولبها، مما قد يؤدي إلى تشوّهها أو تشققها.

3.2 الأوستنيت (التصلب)

الأوستنيت هي مرحلة تصلب القلب في المعالجة الحرارية لفولاذ الأدوات D3. خلال هذه المرحلة، يتحول التركيب الدقيق المُلدَّن (المكون أساسًا من الفريت والكربيدات) إلى أوستينيت، وتُذاب كربيدات السبائك الأساسية لتطوير صلابة الفولاذ وخصائصه المقاومة للتآكل.

• الطريقة: بالنسبة للصلب D3، الذي يحتوي على تركيز عالٍ من كربيدات الكروم، يتم إجراء الأوستنيت في مجال ثنائي الطور من الأوستنيت والكربيد.
• درجة حرارة فولاذ D3: عادةً ما يُعالج فولاذ الأدوات D3 بالأوستينيت عند درجة حرارة أقل قليلاً من D2، عادةً حوالي 960 درجة مئوية (1760 درجة فهرنهايت). على النقيض من ذلك، يُعالج D2 عادةً عند درجة حرارة 1020 درجة مئوية (1870 درجة فهرنهايت).
• وقت التثبيت: يجب تثبيت الفولاذ عند درجة حرارة الأوستنيت لفترة كافية حتى يصل القلب إلى درجة الحرارة المستهدفة ولتحقيق إذابة كافية للكربيد، مما يضمن التسخين المنتظم في جميع أنحاء المقطع العرضي.
• اعتبارات حاسمة: يُعدّ التأستينيت المناسب أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق صلابة عالية بعد الإخماد. يجب تجنب التسخين الزائد، إذ قد يؤدي إلى خشونة حجم الحبيبات، وخشونة الكربيدات، وزيادة الأوستينيت المُحتفظ به، مما يؤثر سلبًا على المتانة والاستقرار البُعدي. يُعدّ استخدام أجواء محايدة، أو تغليف رقائق معدنية واقية، أو حمامات ملح أثناء التأستينيت أمرًا مهمًا لمنع إزالة الكربون من السطح أو تكوّن القشور.

3.3 التبريد

بعد الأوستنيت، إخماد هي عملية التبريد المتحكم بها في المعالجة الحرارية لفولاذ الأداة D3 المصممة لتحويل الأوستينيت إلى مارتنسيت صلب.

• وسط التبريد لفولاذ D3: بخلاف العديد من أنواع الفولاذ الأخرى من النوع D التي تُصلَّب بالهواء، عادةً ما يُسلَّط على فولاذ الأدوات D3 بالزيت. يوفر التبريد بالزيت معدل تبريد أقل حدة من الماء أو المحلول الملحي، مما يُساعد على تقليل التشوه وخطر التشقق، مع أن D3 يبقى أكثر عرضة للتشوه من أنواع الفولاذ المُصلَّب بالهواء.
• طريقة التبريد: يجب تبريد القطعة حتى تصل إلى درجة حرارة مارتنسيت. من الضروري تبريد القطعة إلى درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة، ويفضل أن تتراوح بين 66 و93 درجة مئوية (150 و200 درجة فهرنهايت)، قبل الشروع في عملية التطبيع.
• التوقيت عامل حاسم: لا تدع قطعة الفولاذ D3 المُخمّدة تبرد تمامًا إلى درجة حرارة الغرفة، ثم تُترك لفترة طويلة (لا يُنصح عمومًا بتركها لأكثر من ساعتين) قبل المعالجة الحرارية. تأخير المعالجة الحرارية قد يجعل الفولاذ هشًا للغاية وعرضةً للتشقق وعدم الاستقرار.

3.4 التلطيف

التقسية هي مرحلة نهائية أساسية في عملية المعالجة الحرارية لفولاذ الأدوات D3. يتميز فولاذ D3 المُخمَّد بالتبريد بصلابة فائقة، ولكنه أيضًا هش للغاية ويتحمل إجهادات داخلية عالية.

• الغرض: تعمل عملية التلطيف على تخفيف هذه الضغوط الداخلية، وزيادة الصلابة بشكل كبير، وتسمح بضبط الصلابة النهائية.
• عمليات تطبيع متعددة لفولاذ D3: بالنسبة للفولاذ عالي الكربون والكروم مثل D3، يُنصح بشدة بإجراء دورات تطبيع متعددة (تطبيع مزدوج أو حتى ثلاثي). تساعد هذه الممارسة على تحسين بنية الحبيبات، وتحسين مقاومة التآكل، وتسهيل تحويل أي أوستينيت متبقي.
• درجات الحرارة والصلابة: لتحقيق صلابة مستهدفة نموذجية تبلغ حوالي 60 HRC، يتم عادةً تخفيف D3 في درجات حرارة أقل، حوالي 200 درجة مئوية (390 درجة فهرنهايت).
• نطاق التصلب الثانوي: يُمكن أن يكون التصلب في نطاق التصلب الثانوي (عادةً ما يكون بين 400 و600 درجة مئوية للصلب المُسبَك) مفيدًا أيضًا. يُعزز هذا تحويل الأوستينيت المُحتفظ به وترسيب كربيدات السبائك الدقيقة، مما يُعزز صلابته ومقاومة التصلب، على الرغم من أن مقاومة التصلب في D3 محدودة مقارنةً بالصلب المُحتوي على نسبة أعلى من الموليبدينوم (Mo) والفاناديوم (V).
• مدة التصلب: مدة التصلب القياسية هي ساعتان لكل بوصة (25 مم) من سمك الأداة عند درجة الحرارة المحددة. يجب تبريد الأجزاء إلى درجة حرارة الغرفة بين كل دورة تصلب. التصلب الفعال ضروري للغاية لعمر خدمة وأداء مكونات فولاذ الأدوات D3.

3.5 اعتبارات رئيسية للمعالجة الحرارية لفولاذ الأدوات D3

• الأوستينيت المُحتفظ به: نظرًا لارتفاع نسبة الكربون فيه، يُمكن أن يحتفظ فولاذ D3 بالأوستينيت المُحتفظ به بعد الإخماد. دورات التطبيع المتعددة هي الطريقة الأساسية لتحويله. في التطبيقات التي تتطلب أقصى ثبات بُعدي أو أدنى حد مُطلق من الأوستينيت المُحتفظ به، يُمكن استخدام معالجات تحت الصفر أو مُبَرِّدة بعد الإخماد (وعادةً قبل التطبيع النهائي). يجب أن يتبع هذه المعالجات التطبيع مباشرةً.
• ثبات الأبعاد: يتميز فولاذ الأدوات D3 بثبات أبعاد جيد، مع نمو متوقع يبلغ عادةً حوالي ±0.0005 بوصة/بوصة (أو ±0.05%). يُعد التسخين المسبق المناسب، ومعدلات التسخين والتبريد المُتحكم بها، والمعالجة الحرارية المتعددة الشاملة، عوامل أساسية لتقليل التغيرات في الأبعاد.
• المتانة: تجدر الإشارة إلى أن فولاذ D3 يتمتع عمومًا بمتانة أقل مقارنةً بفولاذ D2، ويعود ذلك أساسًا إلى ارتفاع نسبة الكربون فيه. يجب اختيار معايير المعالجة الحرارية لفولاذ الأدوات D3 بعناية لتحقيق التوازن بين مقاومة التآكل والمتانة المناسبة للتطبيق المطلوب.
• معالجات السطح: لتحسين صلابة السطح ومقاومة التآكل، يمكن إخضاع مكونات الفولاذ D3 للمعالجات السطحية مثل النترتة أو معالجة الانتشار الحراري (TD) بعد المعالجة الحرارية الأساسية.