فولاذ سبائكي 4340 | 34CrNiMo6 | 1.6582

3. المعالجة الحرارية

فيما يلي إجراءات المعالجة الحرارية القياسية المطبقة على الفولاذ السبائكي 4340، والمصممة لتعديل بنيته الدقيقة وخصائصه الميكانيكية:

3.1 التلدين للفولاذ 4340 لتحسين قابلية التصنيع

التلدين يتم استخدامها بشكل أساسي لتليين الفولاذ السبائكي 4340، وبالتالي تحسين قابليته للتصنيع للمعالجة اللاحقة.

• عملية: قم بتسخين الفولاذ إلى نطاق درجة حرارة يتراوح بين 790 إلى 845 درجة مئوية (1450 إلى 1550 درجة فهرنهايت).
• القابضة: الحفاظ على هذه درجة الحرارة لمدة تعتمد على سمك القسم أو حمل الفرن.
• تبريد: يقوم الفرن بالتبريد بمعدل متحكم به يبلغ حوالي 15 درجة مئوية/ساعة (30 درجة فهرنهايت/ساعة) حتى يصل إلى 480 درجة مئوية (900 درجة فهرنهايت)، يليه التبريد بالهواء.
• حصيلة: ينتج عنه تصنيف قابلية تشغيل يبلغ حوالي 45% (مقارنةً بالفولاذ المدرفل على البارد B1112 عند 100%). ستكون قوة الخضوع أقل من تلك في الحالات المقسّاة والمُقسّاة. هذا المعالجة الحرارية للفولاذ السبائكي 4340 تعتبر هذه الخطوة حاسمة لتحضير المواد لعمليات التصنيع.

3.2 تطبيع الفولاذ 4340 لتحقيق التوحيد الهيكلي

تُستخدم عملية التطبيع لتحسين بنية حبيبات المسبوكات أو المنتجات المدلفنة من نوع 4340، مما يُعزز بنية مجهرية أكثر تجانسًا، ويُحسّن قابلية التشغيل. كما أنها عملية معالجة شائعة قبل المعالجة الحرارية النهائية.

• عملية: قم بتسخين الفولاذ 4340 إلى درجة حرارة أعلى من نقطة التحول العليا، والتي عادة ما تكون 870 درجة مئوية (1600 درجة فهرنهايت)، أو ضمن نطاق 845 إلى 925 درجة مئوية (1550 إلى 1700 درجة فهرنهايت).
• القابضة: استمر لمدة لا تقل عن ساعة واحدة، أو من 15 إلى 20 دقيقة لكل 25 ملم (1 بوصة) من أقصى سمك للقسم.
• تبريد: هواء بارد.
• حصيلة: للحصول على أفضل قابلية للتصنيع، يُنصح عادةً باستخدام هيكل تم الحصول عليه عن طريق التطبيع ثم المعالجة الحرارية عند درجة حرارة 650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت). المعالجة الحرارية للفولاذ السبائكي 4340 يضمن نقطة بداية ثابتة لمزيد من المعالجة.

3.3 تصلب الفولاذ 4340: الأوستنيت والإطفاء

تُعد عملية التصلب أساسية لتحقيق مستويات الصلابة والقوة العالية التي يتميز بها فولاذ السبائك 4340 المُعالج جيدًا. وتتضمن هذه العملية تكوين بنية مجهرية مارتنسيتية.

• الأوستنيت: تسخين إلى 800 إلى 845 درجة مئوية (1475 إلى 1550 درجة فهرنهايت)، واستهداف عادة 845 درجة مئوية (1550 درجة فهرنهايت).
• القابضة: انقع لمدة 15 دقيقة تقريبًا لكل 25 مم (1 بوصة) من حجم القسم، مع مدة نقع لا تقل عن 150 دقيقة.
• الإطفاء: بفضل صلابته الفائقة في العمق، يُطهى فولاذ 4340 عادةً بالزيت للمقاطع الدائرية التي يصل قطرها إلى حوالي 75 مم (3 بوصات). أما المقاطع الأكبر، فيُطهى بالماء. إخماد قد يكون من الضروري تحقيق التصلب التام، إلا أن هذا يزيد بشكل كبير من خطر التشقق عند مستوى الكربون هذا. يمكن حتى لأجزاء رقيقة من 4340 تحقيق الصلابة من خلال التبريد الهوائي.
• حصيلة: تتكون البنية الدقيقة المُخمَّدة أساسًا من مارتنسيت، مما ينتج عنه صلابة عالية، قد تصل إلى حوالي 601 HB أو صلابة سطحية تبلغ 58 HRC. هذه المرحلة من المعالجة الحرارية للفولاذ السبائكي 4340 أمر بالغ الأهمية لتطوير قوتها.

3.4 معالجة الفولاذ 4340 لزيادة صلابته وقدرته على التحمل

بعد الإطفاء مباشرة، يجب أن يتم تلطيف الفولاذ 4340 المتصلب، ببنيته المارتنسيتية الهشة. التقسية يقلل الصلابة قليلاً ولكنه يحسن بشكل كبير من الصلابة والمرونة وقوة التأثير، مما يحقق التوازن المطلوب للخصائص الميكانيكية.

أ. التوقيت: ابدأ عملية التلطيف فور تبريد الأجزاء المُخمّدة إلى درجة حرارة تتراوح بين ٥٢ و٦٥ درجة مئوية (١٢٥ و١٥٠ درجة فهرنهايت). هذا ضروري لمنع التشقق.

ب. نطاق درجة الحرارة: تتراوح درجات حرارة المعالجة الحرارية للـ 4340 عادةً بين 200 و650 درجة مئوية (400 و1200 درجة فهرنهايت). تُحدد درجة الحرارة المحددة الخصائص الميكانيكية النهائية مباشرةً.

ج. وقت الانتظار: الوقت القياسي للتلطيف هو 1 إلى 2 ساعة، أو 2 ساعة لكل 25 مم (1 بوصة) من المقطع العرضي.

د. التأثير على الممتلكات:

• التلطيف في 205 درجة مئوية (400 درجة فهرنهايت) يعطي قوة شد عالية (حوالي 1980 ميجا باسكال) وصلابة (حوالي 520 HB / 53 HRC)، ولكن مع طاقة تأثير منخفضة نسبيًا (حوالي 20 جول).
• التلطيف في 650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت) يؤدي ذلك إلى انخفاض القوة (حوالي 1020 ميجا باسكال) والصلابة (حوالي 290 HB / 31 HRC)، ولكن طاقة التأثير أعلى بشكل ملحوظ (حوالي 100 جول).

هـ. تحذير: من المستحسن عمومًا تجنب معالجة الفولاذ السبائكي 4340 ضمن نطاق "الهشاشة الزرقاء" من 230 إلى 370 درجة مئوية (450 إلى 700 درجة فهرنهايت).

و. الاعتبارات: في حين أن مادة 4340 تتمتع بمقاومة نسبية ضد هشاشة التصلب، فإن تحقيق مستويات قوة عالية جدًا (أكثر من حوالي 1400 ميجا باسكال أو 200 كيلو باسكال) يجعلها عرضة لهشاشة الهيدروجين. في مثل هذه الحالات، يكون الخبز بعد عمليات مثل التخليل أو الطلاء ضروريًا. علاوة على ذلك، تُظهر مادة 4340 مقاومة ضعيفة للتشقق الناتج عن الإجهاد والتآكل عند تصلبها إلى مستويات قوة عالية جدًا (من 1500 إلى 1950 ميجا باسكال أو من 220 إلى 280 كيلو باسكال). الاختيار الدقيق لمعايير التصلب في المعالجة الحرارية للفولاذ السبائكي 4340 الدورة لها أهمية قصوى.

3.5 تخفيف التوتر 4340 الفولاذ

يتم إجراء تخفيف الإجهاد لتقليل الضغوط الداخلية الناجمة عن عمليات التصنيع السابقة مثل التقويم أو التشكيل أو التشغيل الثقيل، وخاصة قبل التصلب.

• درجة حرارة: درجة حرارة تخفيف التوتر النموذجية تتراوح بين 650 إلى 675 درجة مئوية (1200 إلى 1250 درجة فهرنهايت).
• ملحوظة: في حالة تخفيف الضغط على جزء مقوى ومخفف بالفعل، يجب ألا تتجاوز درجة حرارة تخفيف الضغط درجة حرارة التكييف الأصلية لتجنب تغيير الخصائص الميكانيكية المطلوبة.
• اللحام: بالنسبة للمكونات الملحومة 4340، غالبًا ما يُنصح بتخفيف الضغط فورًا بعد اللحام، ويفضل أن يكون ذلك قبل أن يبرد الجزء إلى درجة حرارة الغرفة وعند درجة حرارة أقل من A1 (درجة الحرارة الحرجة الدنيا).

3.6 نتريد الفولاذ 4340 لتحسين صلابة السطح

يعتبر الفولاذ السبائكي 4340 مناسبًا جدًا للنيتريد، وهي عملية تصلب السطح التي تنتج علبة صلبة للغاية ومقاومة للتآكل ويمكن أن تعمل على تحسين عمر التعب.

• المتطلبات الأساسية: يتم إجراء عملية النترتة عادة على الفولاذ 4340 الذي تم تقسيته وتلطيفه بالفعل لإنشاء خصائص القلب المطلوبة.
• تحسين صلابة العلبة: لتحقيق أقصى صلابة للهيكل من النترتة، يجب تعظيم صلابة القلب. هذا يعني تلطيف الفولاذ عند أدنى درجة حرارة مقبولة (متوافقة مع صلابة القلب المطلوبة) قبل عملية النترتة.
• حصيلة: يمكن أن تتجاوز صلابة الغلاف النموذجية للنيتريد 4340 60 HRC. هذا التخصص المعالجة الحرارية للفولاذ السبائكي 4340 مثالية للتطبيقات الحساسة للتآكل.

3.7 ملخص معاملات المعالجة الحرارية للفولاذ السبائكي 4340

لتوفير نظرة عامة سريعة، يلخص الجدول أدناه المعلمات الرئيسية للمعالجات الحرارية الشائعة لسبائك الفولاذ 4340: