سبائك الفولاذ 20Cr2Ni4A: الخصائص والتطبيقات

فولاذ سبائك 20Cr2Ni4A هو فولاذ متعدد الاستخدامات منخفض الكربون، عالي السبائك، مُصلّب بالصلابة، يُعرف بمزيجه الممتاز من صلابة السطح ومتانة القلب بعد المعالجة الحرارية المناسبة. يُعدّ فهم خصائصه التقنية أمرًا أساسيًا للاستفادة القصوى من إمكاناته في التطبيقات الصعبة.

1. فولاذ سبائك 20Cr2Ni4A التركيب الكيميائي (GB/T 3077—1999)

التركيب الكيميائي النموذجي (الكسر الكتلي، %) لـ 20Cr2Ni4A هو:

العنصر	الكربون (C)	السيليكون (Si)	المنجنيز (Mn)	الكروم (Cr)	النيكل (ني)	الفوسفور (P)	الكبريت (S)	النحاس (النحاس)
الحد الأدنى %	0.17	0.17	0.3	1.25	3.25	0	0	0
الحد الأقصى %	0.23	0.37	0.6	1.65	3.65	0.025	0.025	0.3

يُصنف هذا الفولاذ منخفض الكربون على أنه فولاذ مُصلد. كما أن محتواه العالي من الكروم والنيكل يُعزز قابلية التصلب، مما يسمح بتصلب فعال حتى في المقاطع الكبيرة، مع المساهمة في الوقت نفسه في القوة والمتانة.

2. مكافئات الفولاذ السبائكي 20Cr2Ni4A

تم تحديد 20Cr2Ni4A وفقًا للمعيار الصيني GB/T 3077—1999. تشمل الدرجات الدولية القابلة للمقارنة ما يلي:

• AISI (الولايات المتحدة الأمريكية):E3316
• DIN (ألمانيا):22NiCr14 (أو 1.5752)
• JIS (اليابان):SNCM420 (أو 20NC14)
• AFNOR (فرنسا):20NCD7 (أو 659)
• بكالوريوس العلوم (المملكة المتحدة):659M15 (أو EN A15)
• GOST (روسيا):20Х2Н4А

على الرغم من أن هذه الدرجات متشابهة، إلا أنه قد توجد اختلافات طفيفة في نطاقات التركيب الكيميائي المحددة.

3. الخصائص الفيزيائية الرئيسية وإرشادات المعالجة الحرارية

3.1 درجات الحرارة الحرجة

إن فهم درجات حرارة التحول الحرجة أمر حيوي للمعالجة الحرارية الفعالة:

• AC1:~705 درجة مئوية – 720 درجة مئوية
• أك3:~775 درجة مئوية – 780 درجة مئوية
• آنسة:~305 درجة مئوية – 395 درجة مئوية (اعتمادًا على التركيب الدقيق)

(ملاحظة: درجات حرارة Ar1 وAr3 المرتبطة بالتحولات التبريدية مهمة أيضًا ولكن غالبًا ما يتم اشتقاقها أو تحديدها في بروتوكولات المعالجة الحرارية التفصيلية).

3.2 فولاذ سبائك 20Cr2Ni4A المعالجة الحرارية

يتطلب تحقيق الخصائص المطلوبة في 20Cr2Ni4A التحكم الدقيق في المعالجة الحرارية:

• التشكيل:سخّن حتى ١١٥٠-١٢٠٠ درجة مئوية. ابدأ التشكيل بين ١١٢٠-١١٨٠ درجة مئوية، وأكمله عند درجة حرارة أعلى من ٨٥٠ درجة مئوية. يُنصح بالتبريد البطيء، يليه التلدين أو التطبيع.
• التلدين:سخّن المنتج إلى ٨١٠-٨٧٠ درجة مئوية، ثمّ برده بالفرن. هذا يُحقّق قابلية تشغيل مثالية (≤٢١٧ HBW).
• التكرير:تُجرى عادةً عند درجات حرارة أوستنيتية (مثلاً، من ٩٠٠ إلى ٩٥٠ درجة مئوية) لنشر الكربون في السطح. يعتمد عمق العلبة (من ٠.٢ مم إلى ١.٥ مم) ومحتوى الكربون السطحي (من ٠.٧١ إلى ١.٠١ طن متري) على التطبيق. كما يُعدّ التكرير بالتفريغ خيارًا متاحًا.
• الإطفاء:ضروري بعد عملية التكرير لتحقيق صلابة سطحية عالية (مارتنسيت). عادةً ما يتضمن تبريد الزيت مباشرةً من درجة حرارة التكرير أو بعد إعادة التسخين (مثلاً، ٨٦٠-٨٨٠ درجة مئوية أو ٧٨٠-٨٦٠ درجة مئوية، حسب العملية).
• التلطيف:يُعدّ التهدئة على درجة حرارة منخفضة (150-200 درجة مئوية) بعد التبريد أمرًا بالغ الأهمية لتخفيف الضغط وتقليل الهشاشة مع الحفاظ على صلابة السطح. ويلزم التحكم الدقيق لتجنب هشاشة التهدئة.
• علاج تحت الصفر (اختياري):يمكن تطبيقه بعد التبريد (-60 درجة مئوية إلى -80 درجة مئوية) لتقليل الأوستينيت المحتفظ به وزيادة صلابة السطح قبل التلطيف النهائي.

4. فولاذ سبائك 20Cr2Ni4A التطبيقات

يتم اختيار الفولاذ 20Cr2Ni4A للمكونات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل السطحي جنبًا إلى جنب مع قوة وصلابة أساسية ممتازة:

• قوالب بلاستيكية:مناسب للقوالب الكبيرة والمتوسطة الحجم، وخاصةً تلك ذات التجاويف المعقدة أو المستخدمة مع المواد البلاستيكية الكاشطة (مثل تلك التي تحتوي على مواد مالئة). تضمن صلابته الجيدة صلابة كافية في المقاطع الأكبر.
• التروس والأعمدة:مثالي للتروس المحملة بشكل كبير، والتروس الصغيرة، والديدان، وأعمدة الكرنك، وأعمدة المحور في تطبيقات السيارات والقاطرات والآلات العامة.
• المحامل:تُستخدم في تصنيع محامل الأسطوانة الكبيرة المقاومة للصدمات (السباقات والبكرات) للآلات الثقيلة (مصانع الدرفلة ومعدات التعدين).
• المكونات المكربنة الأخرى:المحاور والأكمام والقوابض ومغازل أدوات الماكينة ودبابيس المكبس والمفاصل العالمية المعرضة لأحمال ثقيلة وإجهادات صدمية.

5. اعتبارات محددة لصنع القوالب

• قابلية التشكيل:في الحالة الملدنة، يتمتع الفولاذ بمرونة جيدة، مما يسمح بتشكيل التجاويف على البارد.
• عمق الحالة:تتطلب قوالب البلاستيك الكاشطة عمومًا علبًا مكربنة أعمق (1.3-1.5 مم) مقارنة بتلك الخاصة بالبلاستيك الأكثر ليونة (0.8-1.2 مم).
• الأوستينيت المحتفظ به:يمكن أن تساعد عملية التبريد عالية الحرارة قبل الإطفاء النهائي على تقليل الأوستينيت المحتفظ به.
• ضبط الجودة:إن الإدارة الدقيقة أثناء إنتاج الصلب والمعالجة الحرارية ضرورية للتخفيف من المخاطر مثل البقع البيضاء وهشاشة الصلب.

6. ملخص

20Cr2Ni4A هو فولاذ سبائك عالي الأداء مُصلَّب بالتغليف، يتميز بصلابة فائقة وتوازن ممتاز بين صلابة السطح ومتانة القلب. وهو الخيار الأمثل للتطبيقات الصعبة في قوالب البلاستيك، والتروس الثقيلة، والمحامل، وغيرها من المكونات الميكانيكية الحيوية. يعتمد تحقيق الأداء الأمثل على معالجة حرارية دقيقة ومُصممة خصيصًا لتلبية متطلبات التطبيق المحددة.