نظرة عامة تقنية على الفولاذ 440C

نظرة عامة تقنية على فولاذ 440C: فولاذ 440C هو فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتي عالي الكربون والكروم، بتركيبة نموذجية تتراوح بين 0.95 و1.20% من الكربون و16.0 و18.0% من الكروم. يتميز هذا الفولاذ بصلابة عالية، تصل تقريبًا إلى 60TP3T من روكويل، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مقاومة ممتازة للتآكل، مثل أدوات المائدة ومحامل الكرات. كما يتميز بمقاومة ممتازة للتآكل.

1. التركيب الكيميائي للفولاذ 440C

يتم تفصيل حدود التركيب الكيميائي القياسي أدناه:

عنصر	%
الكربون (C)	0.95 – 1.20
الكروم (Cr)	16.0 – 18.0
المنجنيز (Mn)	1.00 كحد أقصى
السيليكون (Si)	1.00 كحد أقصى
الموليبدينوم (Mo)	0.75 كحد أقصى
الفوسفور (P)	0.040 كحد أقصى
الكبريت (S)	0.030 كحد أقصى

2. الخصائص الميكانيكية للفولاذ 440C:

• يحقق هذا الفولاذ صلابة عالية، عادة ما تكون 56-58 HRC بعد المعالجة الحرارية، وتصل إلى 58 HRC.
• يُنتج التبريد من درجة حرارة ١٠٥٠ درجة مئوية في الزيت معامل مقاومة تآكل يبلغ ٦٠ HRC. ويمكن زيادة هذا المعامل إلى ٦١.٥ HRC بعد المعالجة الباردة عند درجة حرارة -٧٥ درجة مئوية لمدة ساعة واحدة.
• يؤدي التلطيف إلى تقليل الصلابة: يؤدي التلطيف عند 150 درجة مئوية إلى 61 HRC؛ ويؤدي التلطيف عند 200 درجة مئوية إلى 59 HRC.
• وفقًا لمعيار ASTM A 276-03، فإن الحد الأقصى للصلابة لقضبان/أشكال 440B و440C ذات التشطيب البارد (الحالة A) هو 285 HB.
• تحدد المواصفة القياسية JIS G 4303:1998 الحد الأدنى للصلابة بمقدار 56 HRC لـ SUS440B الساخن (HF) (Q ≤ 75) و58 HRC لـ SUS440C في نفس الظروف.

3. الخصائص الفيزيائية للفولاذ 440C:

الخصائص الفيزيائية الرئيسية مدرجة هنا:

ملكية	القيمة
درجات الحرارة الحرجة التقريبية
Ac1 (بداية تكوين الأوستينيت عند التسخين)	815-865 درجة مئوية
Ar1 (بداية تكوين الفريت/الكربيد عند التبريد)	765-665 درجة مئوية
Ms (بداية تكوين المارتنسيت)	145 درجة مئوية
الموصلية الحرارية (عند 20 درجة مئوية)	29.3 واط/(م·ك)
معامل التمدد الخطي (20 إلى 100 درجة مئوية)	10.5 ميكرومتر/متر·كلفن
معامل التمدد الخطي (20 إلى 200 درجة مئوية)	10.5 ميكرومتر/متر·كلفن
معامل التمدد الخطي (20 إلى 300 درجة مئوية)	10.5 ميكرومتر/متر·كلفن
معامل التمدد الخطي (20 إلى 500 درجة مئوية)	11.7 ميكرومتر/متر·كلفن

4. التطبيقات

• أدوات المائدة: صلابة عالية تضمن حافة حادة متينة، ومقاومة للتآكل تقاوم الطعام والغسيل. ولذلك، تُعدّ شفرات السكاكين عالية الجودة شائعة.
• المحامل: صلابتها العالية ومقاومتها للتآكل تجعلها مناسبة للمحامل الكروية ومكوناتها، خاصةً عندما تتطلب مقاومة التآكل. تُصنف كفولاذ محامل مقاوم للتآكل والتآكل.
• الأدوات الجراحية وطب الأسنان: إن الجمع بين الصلابة العالية (الاحتفاظ بالحافة)، ومقاومة التآكل (طول العمر)، ومقاومة التآكل الجيدة (تحمل التعقيم/السوائل الجسدية) يجعل 440C مناسبًا للأدوات الجراحية وطب الأسنان.
• مكونات الصمام: إن مقاومة 440C للتآكل ضد الوسائط المختلفة ومقاومة التآكل ضد تدفق السوائل تدعم استخدامها في الفوهات وأجزاء الصمام.
• قوالب البلاستيك: القوة العالية والصلابة ومقاومة التآكل تجعل 440C خيارًا شائعًا للقوالب البلاستيكية.
• التطبيقات البحرية: توفر مستويات الكروم العالية مقاومة كافية للتآكل للاستخدام في الأجواء البحرية أو بيئات مياه البحر، على الرغم من وجود بعض القيود.
• التطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل: بشكل عام، يجعل محتوى الكربون العالي من 440C خيارًا مفضلًا للفولاذ المقاوم للصدأ حيث تكون مقاومة التآكل العالية هي الأساس.
• المكونات للبيئات المسببة للتآكل: يستخدم AISI 440C على نطاق واسع حيث تكون مقاومة التآكل من الاعتبارات الرئيسية.

5. المعالجة الحرارية

عملية المعالجة الحرارية الموصى بها للفولاذ 440C:

5.1 التشكيل

تتطلب الدرجات الكربونية الأعلى بعد التشكيل، مثل 440C، تبريدًا بطيئًا ودقيقًا لمنع التشقق. يمكن استخدام دورة تبريد متقطعة: تبريد بالهواء إلى 150-250 درجة مئوية، ثم إعادة تسخين إلى حوالي 650 درجة مئوية، ثم تبريد نهائي. هذا يقلل من تكوّن كربيد حدود الحبيبات المفرط.

5.2 الأوستينيت

سخّنه إلى درجة حرارة مناسبة، عادةً ما بين ١٠٣٨ و١٠٤٠ درجة مئوية (١٩٠٠ درجة فهرنهايت)، لتحويل البنية الدقيقة إلى أوستينيت وتحقيق صلابة ومقاومة مثالية للتآكل. ثبّته عند درجة الحرارة المناسبة لضمان ذوبان الكربيد بشكل كافٍ.

5.3 التبريد

التبريد السريع بعد الأوستنيت يُشكّل مارتنسيت. يُعدّ التبريد بالزيت أو التبريد بالهواء من الطرق القياسية، وذلك حسب حجم المقطع ومعدل التبريد المطلوب.

5.4 التلطيف

يتطلب المارتنسيت المُخمّد عملية تطبيع لتقليل هشاشته وزيادة صلابته مع الحفاظ على درجة حرارة كافية. بالنسبة لدرجة حرارة 440 درجة مئوية، يُسخّن بين 200 و350 درجة مئوية (ما بين 400 و660 درجة فهرنهايت تقريبًا). تُحدد درجة الحرارة المحددة التوازن النهائي بين الصلابة والمتانة.

5.5 يعتبر التلطيف عند 204 درجة مئوية (400 درجة فهرنهايت) بعد المعالجة بالأستينيت والتبريد بالزيت ممارسة قياسية لتحسين الصلابة ومقاومة التآكل.

• يتم تجنب التلطيف بين 400 درجة مئوية و600 درجة مئوية بشكل عام لأنه قد يسبب التحسس (ترسب كربيدات الكروم الخشنة)، مما يقلل من مقاومة التآكل.
• تخفيف الإجهاد: لتقليل الإجهادات الداخلية، يُجرى تخفيف الإجهاد بعد التشكيل أو التشغيل الآلي المكثف. بالنسبة للمواد الصلبة، يكون تخفيف الإجهاد أقل بقليل (من ١٤ إلى ٢٨ درجة مئوية أو من ٢٥ إلى ٥٠ درجة فهرنهايت) من آخر درجة حرارة للمعالجة.

6. مقاومة التآكل للفولاذ 440C

6.1 تكوين الكربيد واستنزاف الكروم:

يرتبط تكوين كربيد الأيوتكتيك الخشن (أثناء التصلب والمعالجة الحرارية) بكمية كبيرة من الكروم، مما يقلل من الكروم الحر المتوفر في المصفوفة المارتنسيتية للطبقة الواقية السلبية. يؤثر هذا على مقاومة التآكل الكلية مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ منخفض الكربون.

6.2 مقارنة مع الدرجات المارتنسيتية الأخرى:

مقارنةً بدرجات مثل 420، يتميز 440C بمقاومة أعلى للتآكل (بسبب احتوائه على نسبة أكبر من الكربيدات)، ولكنه قد يكون أقل مقاومة للتآكل في بعض البيئات بسبب نقص الكروم. ومع ذلك، يُعتبر 440C مقاومًا جيدًا للتآكل.

6.3 تأثير المعالجة الحرارية: المعالجة الحرارية المناسبة أمر بالغ الأهمية.

• تهدف عملية الأوستنيت إلى إذابة الكربيدات وتعظيم الكروم في المحلول، على الرغم من أن الكربيدات غير المذابة ستبقى بناءً على محتوى الكربون.
• يوصى بالتلطيف بدرجة حرارة منخفضة (200 درجة مئوية - 350 درجة مئوية) لتحقيق التوازن بين الصلابة ومقاومة التآكل.
• تجنب التبريد بين 400 درجة مئوية إلى 600 درجة مئوية، لأن هذا يسبب التحسس (ترسب كربيد الكروم الخشن) ويضعف مقاومة التآكل.

6.4 الأداء في بيئات محددة:

• لم يظهر 440C الخامل أي صدأ في اختبارات غمره في ماء الصنبور.
• يمكن أن يتطور الصدأ إلى الفولاذ 440C التقليدي في اختبارات الغمر بمحلول 3.5% من كلوريد الصوديوم، على عكس بعض الفولاذ المخلوطة بالنيتروجين الأحدث.
• عمومًا، يتطلب تحقيق مقاومة جيدة للتآكل من خلال تقسية الفولاذ وجود ما لا يقل عن 10-11% من الكروم الحر في المصفوفة بعد المعالجة الحرارية. يحتاج الفولاذ عالي الكربون، مثل 440C، إلى كمية زائدة من الكروم في السبائك الأولية لتحقيق ذلك.

6.5 سياق التطبيقات

على الرغم من تأثير الكربون، يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 440C على نطاق واسع في الأماكن التي تتطلب صلابة عالية ومقاومة للتآكل ومقاومة معقولة للتآكل (مثل أدوات المائدة والمحامل). ومع ذلك، بالمقارنة مع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى أو السبائك المتخصصة، قد لا يكون الخيار الأمثل للبيئات شديدة التآكل (مثل التعرض المستمر لمياه البحر المالحة).

الأسئلة الشائعة

1. هل 440C هو الفولاذ الياباني؟

لا، 440C هو تسمية أمريكية (AISI/ASTM).

2. هل د2 أو 440C أفضل؟

• اختر D2 لأقصى مقاومة للتآكل الكاشط في الأماكن التي يكون فيها التآكل طفيفًا أو في البيئات المعتدلة (مثل أدوات العمل الباردة، والقوالب طويلة الأمد). يوفر D2 مقاومة فائقة للتآكل وثباتًا أبعاديًا لمثل هذه التطبيقات.
• اختر 440C لتحقيق التوازن بين مقاومة التآكل الجيدة ومقاومة التآكل الكبيرة (على سبيل المثال، القوالب، وأدوات المائدة، والمحامل في البيئات الرطبة أو الكيميائية المعتدلة).

3. هل الفولاذ 440C جيد للسكين؟

نعم، إن الجمع بين الصلابة ومقاومة التآكل ومقاومة التآكل يجعل 440C مادة مناسبة وشائعة للغاية للعديد من السكاكين.