3Cr2W8V هي درجة وفقًا للمعيار الصيني GB/T، والدرجة المكافئة لها هي ASTM/AISI H21 في الولايات المتحدة الأمريكية. 3Cr2W8V هو فولاذ عالي المقاومة الحرارية لأدوات العمل الساخن، ويُستخدم عادةً في القوالب التي تعمل تحت درجات حرارة وإجهادات عالية. وهو فولاذ ليدبوريت، أي أنه يتميز ببنية مجهرية تحتوي على كربيدات أولية كبيرة، مما يُعزز مقاومته العالية للتآكل في درجات الحرارة المرتفعة.

1. التركيب الكيميائي

ج	سي	من	كر	و	الخامس	ص	س
0.30 – 0.40%	≤0.40%	≤0.40%	2.20 – 2.70%	7.50 – 9.00%	0.20 – 0.50%	≤0.030%	≤0.030%

2. الخصائص الفيزيائية من فولاذ 3Cr2W8V

2.1 النقاط الحرجة للفولاذ 3Cr2W8V

نقطة حرجة	التيار المتردد₁	AC₃	أر₁	أر₃	آنسة	م ف
درجة الحرارة/°م	850	930	773	835	350	160

2.2 معامل التمدد الخطي

درجة الحرارة/°م	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
معامل التمدد الخطي α/ × 10⁻⁶ °C⁻¹	12.0	12.3	12.7	13.1	13.5	13.9	14.5	14.5	12.8	13.3

2.3 السعة الحرارية النوعية

درجة الحرارة/°م	100	200	300	500	800	900
السعة الحرارية النوعية cₚ/ [J/(kg·K)]	468.2	473	478	685.5	1262.4	660.4

2.4 التوصيل الحراري

درجة الحرارة/°م	100	200	700	900
الموصلية الحرارية λ/[W/(m·K)]	20.1	22.2	24.3	23.0

2.5 المقاومة الكهربائية

درجة الحرارة/°م	20	200	500	700	900
المقاومة الكهربائية ρ/ × 10⁻⁶ Ω·m	0.50	0.60	0.80	1.0	1.19

2.6 خصائص فيزيائية أخرى

الكثافة/(جم/سم³)	معامل المرونة E/MPa	معامل القص G/MPa
7.74	214 000	73 000

3. مواصفات عملية التشكيل الساخن للفولاذ 3Cr2W8V

غرض	درجة حرارة التدفئة/°م	درجة حرارة التشكيل الأولية/°م	درجة حرارة التشكيل النهائية/°م	طريقة التبريد 1
سبيكة فولاذية	1150 ~ 1200	1100 ~ 1150	850 ~ 900	تبريد الهواء أولاً، ثم تبريد الحفرة أو الرمل
سبائك الصلب	1130 ~ 1160	1080 ~ 1120	850 ~ 900	تبريد الهواء أولاً، ثم تبريد الحفرة أو الرمل

① بعد التشكيل، يجب تبريده بسرعة نسبية في الهواء إلى أقل من ₁Ac (حوالي 700 درجة مئوية)، يليه تبريد بطيء (تبريد الحفرة، تبريد الرمل، أو تبريد الفرن)، أو يمكن إجراء التلدين بدرجة حرارة عالية. إذا سمحت الظروف، يمكن إجراء التلدين الساخن المباشر.

4. المعالجة الحرارية للفولاذ 3Cr2W8V

4.1 التسخين المسبق

① مواصفات عملية المعالجة الحرارية الأولية

خطة المعالجة الحرارية الأولية	معلمات العملية
التلدين بعد التشكيل	درجة حرارة التسخين ٨٠٠ ~ ٨٢٠ درجة مئوية، مع الاحتفاظ بها لمدة ساعتين إلى أربع ساعات، ثم تبريدها بالفرن عند درجة حرارة أقل من ٣٠ ~ ٤٠ درجة مئوية/ساعة إلى أقل من ٦٠٠ درجة مئوية، ثم تبريدها بالهواء. صلابة المادة بعد التلدين تتراوح بين ٢٠٧ ~ ٢٥٥HBW، والبنية الدقيقة هي بيرليت + كربيد.
التلدين المتساوي الحرارة	درجة حرارة التسخين ٨٠٠ ~ ٨٢٠ درجة مئوية، مع الاحتفاظ بها لمدة ساعتين إلى أربع ساعات، ثم تبريد الفرن عند درجة حرارة أقل من ٣٠ ~ ٤٠ درجة مئوية/ساعة إلى أقل من ٦٠٠ درجة مئوية، ثم التبريد بالهواء. الصلابة بعد التلدين تتراوح بين ٢٠٧ و٢٥٥HBW، والبنية الدقيقة عبارة عن بيرليت + كربيد.

② الصلابة والبنية الدقيقة بعد التلدين

صلابة HBW	البنية الدقيقة
	غير مُلَدَّن	بعد التلدين
207 ~ 255	تروستيت + مارتنسيت	بيرلايت + كربيد

4.2 التبريد

① عملية التبريد الموصى بها

درجة حرارة التبريد/°م	وسط تبريد الإخماد	تبريد الإخماد درجة حرارة الوسط/°م	درجة حرارة الاحتفاظ المتساوية الحرارة/°م	التبريد النهائي إلى 20 درجة مئوية	صلابة HRC
1050 ~ 1100	زيت	20 ~ 40	150 ~ 180	تبريد الهواء	49 ~ 52

ملحوظات:

1. للقوالب الكبيرة، استخدم الحد الأقصى لدرجة حرارة التسخين. وللقوالب الصغيرة، استخدم الحد الأدنى.
2. يجب تسخين القوالب الكبيرة إلى درجة حرارة 600-650 درجة مئوية لمدة 1-2 ساعة قبل الاستمرار في التسخين.
3. للتسخين في فرن اللهب، يُترك لمدة 40 إلى 50 دقيقة لكل 25 مم من سمك القالب. للتسخين في الفرن الكهربائي، يُزاد وقت التسخين بمقدار 40% عن الوقت المطلوب لتسخين فرن اللهب.

② عمليات التبريد الشائعة للصلب 3Cr2W8V

خطة الإطفاء	معلمات العملية
التبريد المتساوي الحرارة ¹	درجة حرارة التسخين ١١٥٠ درجة مئوية، يليها تبريد بالزيت بعد الحفظ عند درجة حرارة تتراوح بين ٣٥٠ و٤٥٠ درجة مئوية. البنية الدقيقة هي بينيت سفلي ومارتنسيت، بصلابة تزيد عن ٤٧HRC. بعد التبريد المتساوي الحرارة، يُنصح بالتسخين على درجة حرارة منخفضة عند درجة حرارة تتراوح بين ٣٤٠ و٣٨٠ درجة مئوية.
التبريد بدرجة حرارة عالية²	درجة حرارة التسخين ١١٥٠ درجة مئوية، يليها تبريد بالزيت بعد الحفظ عند درجة حرارة تتراوح بين ٣٥٠ و٤٥٠ درجة مئوية. تتكون البنية الدقيقة من الباينيت السفلي والمارتنسيت، بصلابة تزيد عن ٤٧HRC. بعد التبريد المتساوي الحرارة، يُنصح بالتسخين على درجة حرارة منخفضة عند درجة حرارة تتراوح بين ٣٤٠ و٣٨٠ درجة مئوية.

¹ يتميز الهيكل البينيتيّ الناتج عن التبريد المتساوي الحرارة بقوة وصلابة عاليتين. كما أن مقاومته للتلطيف أفضل بكثير من المعالجة الحرارية التقليدية. كما يتميز بمقاومة عالية للصدمات الحرارية وتشوه منخفض للقالب، مما يُطيل عمره الافتراضي.

² زيادة درجة حرارة التسخين الإخمادي لفولاذ 3Cr2W8V تزيد من درجة سبائك المارتنسيت، مما يُنتج قوة تحمل ممتازة عند التسخين مع انخفاض طفيف في المتانة. يُستخدم هذا الفولاذ عادةً في تصنيع القوالب التي لا تتعرض لقوى صدمات كبيرة ولكنها تتطلب قوة تحمل عالية عند التسخين، مثل قوالب البثق، وقوالب الصب، وقوالب التشكيل بالضغط لسبائك النحاس والألومنيوم.

③ العلاقة بين درجة حرارة التبريد وصلابة الفولاذ 3Cr2W8V

درجة حرارة التبريد /°م	950	1050	1100	1150	1200	1250
صلابة HRC	44	49	52	55	56	57

4.3 تنقية الحلول والمعالجة فائقة الدقة

تُعالَج القطع الخام المُشكَّلة بمحلول عند درجة حرارة تتراوح بين 1200 و1250 درجة مئوية لإذابة الكربيدات وتحويلها إلى أوستينيت، ثم تُخمَّد في زيت ساخن أو ماء مغلي، يليها مباشرةً تطبيع حراري عالي الحرارة أو معالجة كروية متساوية الحرارة قصيرة الأمد. يُجرى التطبيع الحراري عالي الحرارة عند درجة حرارة تتراوح بين 720 و850 درجة مئوية (الحد الأعلى لمعالجة القطع الخام والحد الأدنى للقوالب النهائية). قد تستخدم المعالجة الحرارية النهائية عمليات تقليدية، مثل التطبيع الحراري بالزيت عند درجة حرارة 1100 درجة مئوية.

4.4 التعديل

① مواصفات عملية التلطيف الموصى بها

غرض التلطيف	درجة حرارة التدفئة/°م	معدات التدفئة	تبريد	صلابة HRC
تخفيف التوتر، تثبيت الهيكل والأبعاد	600 ~ 620	فرن كهربائي	تبريد الهواء	40.2 ~ 47.4

ملحوظات:

1. يجب تطبيع القوالب الكبيرة فورًا بعد الإخماد. عادةً، يلزم التطبيع مرتين (عند 620 درجة مئوية و600 درجة مئوية، لمدة ساعتين إلى ثلاث ساعات في كل مرة). بالنسبة للقوالب الكبيرة ذات الأشكال المعقدة، يمكن استخدام ثلاث دورات تطبيع.
2. عند تلطيف القالب، ضعه أولاً في الفرن على درجة حرارة 350 إلى 400 درجة مئوية لمدة 1-3 ساعات، ثم ارفع درجة الحرارة إلى درجة حرارة التلطيف النهائية.
3. يجب حساب وقت الاحتفاظ بالتلطيف على أنه 40-45 دقيقة لكل 25 مم من السمك.

② العلاقة بين درجة حرارة التلطيف والصلابة

حالة التبريد	صلابة HRC عند درجات حرارة مختلفة للتلطيف (°C)	غير معتدل	500(درجة مئوية)	550(درجة مئوية)	600(درجة مئوية)	650 درجة مئوية	670 درجة مئوية	700(درجة مئوية)
تبريد الزيت عند درجة حرارة 1050 درجة مئوية	صلابة HRC	49	46	47	43	35	32	27
تبريد الزيت عند درجة حرارة 1075 درجة مئوية	صلابة HRC	50	47	48	44	36	33	30
تبريد الزيت عند درجة حرارة 1100 درجة مئوية	صلابة HRC	52	48	49	45	40	36	32
تبريد الزيت عند درجة حرارة 1150 درجة مئوية	صلابة HRC	55	49	53	50	45	40	34

4.5 معالجة السطح

مواصفات عملية النترتة

العملية	درجة الحرارة/°م	الوقت/ساعة	واسطة	طبقة نيتريدية
				العمق/مم	صلابة عالية
النترتة الغازية	530	3 ~ 6	معدل تحلل NH₃ 30% ~ 60%	0.07 ~ 0.12	1000 ~ 1160

5. الخصائص الميكانيكية

فولاذ 3Cr2W8V هو فولاذ نموذجي عالي المقاومة للحرارة، يُستخدم في أدوات العمل الساخن. يُعزز محتواه العالي من عناصر W وCr تكوين الكربيد، مما يُعطيه قوة وصلابة حرارية فائقتين في درجات الحرارة العالية، بالإضافة إلى خصائص ميكانيكية ممتازة. مع ذلك، فإن صلابته وبلاستيكيته ضعيفتان نسبيًا. يتميز هذا الفولاذ بدرجة حرارة تحول طوري عالية، ويُظهر مقاومة جيدة للتعب الحراري الناتج عن دورات ساخنة وباردة متناوبة. كما يتميز بصلابة جيدة، حيث يُمكن تصلبه بالكامل في مقاطع يصل قطرها إلى 80 مم، ويتمتع بمقاومة عالية نسبيًا للتسخين.

5.1 الخصائص الميكانيكية لفولاذ 3Cr2W8V عند درجات حرارة مختلفة للتلطيف

درجة حرارة التلطيف/°م	رم/ميجا باسكال	رص0.2/ميجا باسكال	ز (%)	أ (%)
400	1800	1400	36	18
450	4800	1420	35.5	14
500	1800	1450	35	13
550	1760	1500	35.5	12
600	1620	1410	38	8
650	1270	–	36	12

ملحوظة: تبريد الزيت عند درجة حرارة 1100 درجة مئوية.

5.2 صلابة الفولاذ 3Cr2W8V في درجات الحرارة العالية

درجات الحرارة (°م)	300	450	600	650	700	750
صلابة العينة الأصلية (HRC)	صلابة درجات الحرارة العالية (HV) عند درجات حرارة مختلفة (°C)
48.8 ~ 49.1	479.5	448.5	414.5	398.5	354.5	208.5
42.0 ~ 43.0	390	386.5	332	304	268	203.5

5.3 مقارنة أداء التعب بين الفولاذ 3Cr2W8V و4Cr5MoSiV1

درجة الفولاذ	عدد شقوق التعب	طول الشق / مم
		الطول الإجمالي	متوسط الطول
3Cr2W8V (H21)	125	2.81	0.023
4Cr5MoSiV1 (H13)	11	0.46	0.041

6. التطبيقات

فولاذ 3Cr2W8V هو فولاذ عالي المقاومة للحرارة، يُستخدم في تصنيع قوالب الشغل الساخن، بالإضافة إلى قوالب تتحمل إجهادات عالية في درجات حرارة مرتفعة مع أدنى حد من أحمال الصدمات. ومن الأمثلة على ذلك القوالب، ودبابيس القلب، ودبابيس القذف لقوالب البثق الساخن؛ والقوالب المثقوبة، والقوالب، والحشوات لآلات التشكيل المسطحة؛ وقوالب بثق سبائك النحاس، وقوالب الصب، أو قوالب البثق المضاد، المعرضة لإجهادات ضغط وانحناء وشد كبيرة في آن واحد. كما يُستخدم في أدوات القطع عالية الحرارة في تطبيقات المعادن الساخنة.