فولاذ سبائكي 5140 | 1.7035 | 41CR4 | SCR440

3. عمليات المعالجة الحرارية الرئيسية لسبائك الفولاذ 5140

عدة أنشئت المعالجة الحرارية يمكن تطبيق عمليات على فولاذ السبائك 5140 لتعديل بنيته الدقيقة، وبالتالي خصائصه الفيزيائية والميكانيكية. تشمل هذه المعالجات التلدين، والتطبيع، والتصلب، والتخمير، والتخمير بالحث.

3.1 التلدين لسبائك الفولاذ 5140

التلدين يتم استخدامه في المقام الأول لتليين الفولاذ السبائكي 5140، مما يعزز قابليته للتصنيع والتشكيل.

• عملية: يتضمن ذلك تسخين الفولاذ إلى نطاق درجة حرارة يتراوح بين 815 درجة مئوية إلى 870 درجة مئوية (1500 درجة فهرنهايت إلى 1600 درجة فهرنهايت)، وإبقائه عند هذه الدرجة من الحرارة لمدة مناسبة، يتبع ذلك عملية تبريد بطيئة، وعادة ما تكون تبريدًا في الفرن.
• حصيلة: تهدف هذه المعالجة إلى إنتاج بنية مجهرية من الكربيدات ذات التركيب اللؤلؤي أو الكروي في الغالب داخل مصفوفة حديدية. تبلغ أقصى صلابة يمكن تحقيقها بعد تلدين فولاذ 5140 ضمن هذا النطاق حوالي 187 HB. تُعد هذه الحالة المُطرّية، التي تتميز ببنيتها المجهرية الخاصة، مثالية لعمليات التصنيع اللاحقة نظرًا لإمكانية التشغيل الآلي المُحسّنة وقابلية التشكيل المُحسّنة.

3.2 تطبيع سبائك الفولاذ 5140

التطبيع هو عملية معالجة حرارية تستخدم لتحسين بنية الحبوب في الفولاذ السبائكي 5140، مما يخلق بنية دقيقة أكثر تجانسًا وتوحيدًا.

• عملية: وهي تتضمن تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة أعلى من نقطة التحول الحرجة العليا (Ac3) ثم تبريده في الهواء الساكن.
• حصيلة: ينتج عن هذه المعالجة حبيبات ذات حجم حبيبات أدق وأكثر تناسقًا، مما يُحسّن قوة الفولاذ ومتانته. غالبًا ما تُجرى عملية التطبيع كخطوة تحضيرية قبل المعالجات الحرارية الإضافية، مثل التصلب والتخمير، لضمان استجابة متسقة ومثالية للمعالجات الحرارية اللاحقة.

3.3 تصلب وتلطيف الفولاذ السبائكي 5140

التصلب والتصلب (يشار إليه غالبًا باسم إخماد و التلطيف) هي معالجة حرارية حاسمة لسبائك الفولاذ 5140 لتطوير التوازن الأمثل بين القوة والصلابة والمتانة.

• عملية التصلب: تتضمن هذه العملية أوستنيتة الفولاذ، عادةً بالتسخين إلى حوالي 840 درجة مئوية (أو حسب احتياجات التطبيق المحددة)، يليها تبريد سريع (إخماد) في وسط مناسب (مثل الزيت أو الماء). الهدف هو تحويل الأوستنيت إلى بنية مارتنسيتية أو بينيتية صلبة، مما يوفر صلابة عالية أولية.

• الصلابة: يتميز فولاذ السبائك 5140 بصلابة جيدة، متفوقًا على فولاذ الكربون العادي مثل 1040، وخاصةً في تحقيق صلابة شاملة في مقاطع يصل قطرها إلى حوالي 40 مم عند تبريدها بالماء. على سبيل المثال، تُظهر عينة فولاذ 5140 بقطر 15 مم صلابة ثابتة عبر مقطعها العرضي بفضل تكوين المارتنسيت، وهي سمة تبقى ثابتة حتى في العينات التي يبلغ قطرها 40 مم في ظروف تبريد مماثلة. ومع ذلك، فإن صلابته أقل عمومًا من صلابة السبائك الأعلى مثل 4140 أو 4340؛ ينبغي أن يؤخذ هذا في الاعتبار عند معالجة الأقسام الكبيرة جدًا حيث يكون تحقيق صلابة موحدة أمرًا بالغ الأهمية، حيث قد توفر بدائل السبائك الأعلى صلابة أعمق.

• عملية التلطيف: بعد التصلب، يصبح الفولاذ شديد الصلابة، ولكنه غالبًا ما يكون هشًا جدًا في معظم التطبيقات. تتضمن عملية التطبيع إعادة تسخين الفولاذ المُخمّد إلى درجة حرارة محددة أقل من درجته الحرجة الدنيا (Ac1)، والتي تتراوح عادةً بين 175 و705 درجات مئوية (350 و1300 درجة فهرنهايت). تُحدد درجة حرارة التطبيع المُختارة التوازن النهائي لخصائص الفولاذ.
• حصيلة: يُخفِّض التلطيف الصلابة والقوة إلى حدٍّ ما، ولكنه يزيد بشكلٍ ملحوظ من اللدونة والمتانة، مُخفِّفًا بذلك الضغوط الداخلية الناتجة عن الإخماد. تُتيح هذه العملية تحكمًا دقيقًا في الخصائص الميكانيكية النهائية لمكونات فولاذ السبائك 5140، وتكييفها مع متطلبات الخدمة المُحددة.

3.4 الفولاذ السبائكي 5140

يعتبر الفولاذ منخفض السبائك 5140 مناسبًا جدًا لعملية التلطيف الحراري، وهي عملية تحويل متساوية الحرارة تنتج بنية دقيقة بينيتية.

• عملية: تتضمن عملية التصلب الأوستينيتي إخماد الفولاذ من درجة حرارة الأوستينيت مباشرةً إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة بداية المارتنسيت (Ms) وأقل من نطاق تكوّن البيرلايت (عادةً ضمن منطقة تحول الباينيت). يُحفظ الفولاذ عند هذه الدرجة حتى يتحول الأوستينيت تمامًا إلى الباينيت. بالنسبة لفولاذ 5140، يكتمل هذا التحول إلى الباينيت عادةً في غضون دقيقة إلى عشر دقائق عند حفظه في درجات حرارة تتراوح بين 315 و400 درجة مئوية (600 و750 درجة فهرنهايت).
• حصيلة: تؤدي هذه العملية إلى إنشاء بنية مجهرية باينيتية، معروفة بمزيجها الممتاز من القوة والصلابة والطرق، وغالبًا مع تشويه أقل مقارنة بالتبريد والتصلب التقليديين. يسمح تكوين الفولاذ السبائكي 5140 بالتصلب في أحجام أقسام أكبر مقارنة بالفولاذ الكربوني العادي مثل 1080، بسبب الوقت المتاح لتجاوز تكوين البيرلايت أثناء التبريد.

3.5 التصلب بالحث لسبائك الفولاذ 5140

للتطبيقات التي تتطلب صلابة سطحية عالية ومقاومة تآكل مع قلب صلب، يمكن تقوية فولاذ السبائك 5140 بالحث بفعالية. تُجرى هذه العملية عادةً بعد معالجة أولية بالتصلب والتخمير لتحديد خصائص القلب المطلوبة.

• عملية: التصلب الحثي هو تقنية تصلب السطح التي تستخدم الحث الكهرومغناطيسي لتسخين الطبقة السطحية للفولاذ بسرعة فوق درجة حرارة تحولها، يليه الإطفاء الفوري.
• حصيلة: يُنتج هذا غلافًا سطحيًا صلبًا مع الحفاظ على الخصائص المفيدة المُحددة مسبقًا (مثل المتانة أو القوة العالية) للقلب. بالنسبة لفولاذ السبائك 5140 (الذي يُجمع غالبًا مع 4140 لهذه الخاصية)، يُمكن للتصلب بالحث تحقيق أعماق غلاف تتراوح بين 1.0 مم و2.0 مم، مع قوة قلب تتراوح عادةً بين 100 و140 كجم/م²، اعتمادًا على قطر المكون ومعايير العملية المحددة. تُعد هذه الخاصية المزدوجة مفيدة للغاية للمكونات المعرضة لتآكل السطح وإجهادات القلب.

3.6 ملخص خيارات المعالجة الحرارية لسبائك الفولاذ 5140

لتزويدك بنظرة عامة واضحة، يلخص الجدول التالي عمليات المعالجة الحرارية الرئيسية لسبائك الفولاذ 5140: