فولاذ 9SiCr نظرة عامة فنية

نظرة عامة فنية على فولاذ 9SiCr: إنه فولاذ أدوات منخفض السبائك، وتكمن خصائصه الرئيسية في السيليكون (Si) والكروم (Cr) باعتبارهما عنصري السبائك الرئيسيين. التركيب الكيميائي النموذجي، كنسبة مئوية من الوزن (wt%)، يقع عادةً ضمن هذه النطاقات، مع وجود اختلافات طفيفة بين المعايير المختلفة.

1. التركيب الكيميائي لفولاذ الأدوات 9SiCr

• الكربون (C):85% إلى 0.95%.
• السيليكون (Si): عادة ما يكون من 1.20% إلى 1.60%، على الرغم من أن بعض المعايير مثل DIN 90CrSi5 الألمانية تحدد من 1.05% إلى 1.25%.
• المنغنيز (Mn): عادةً ما يتراوح بين 0.30% و0.60%. وقد يُظهر المعيار الألماني نطاقًا أعلى قليلًا (من 0.60% إلى 0.80%).
• الكروم (Cr): بشكل عام من 0.95% إلى 1.25%، مع المعيار الألماني عند 1.05% إلى 1.30%.
• الفوسفور (P) والكبريت (S): هذه هي الشوائب، التي عادة ما يتم الاحتفاظ بها منخفضة، مع حدود قصوى يتم ضبطها غالبًا عند ≤0.030% لكليهما.

من الجيد معرفة المُكافئات في مختلف المعايير الدولية: يُطابق 9SiCr معيار AISI L3 (الولايات المتحدة الأمريكية)، وDIN 90CrSi5 / 1.2067 (ألمانيا)، وBS BL3 (المملكة المتحدة)، وГОСТ 9ХС (روسيا)، وUNE 100Cr6 (إسبانيا). في النظام الصيني (ISC)، يُطابق T30100.

2. الخصائص الفيزيائية لفولاذ 9SiCr

متعلق الخصائص الفيزيائية:

2.1 الكثافة: حوالي 7.80 جرام/سم³.

2.2 درجات الحرارة الحرجة: وهذه العناصر ضرورية لتخطيط المعالجة الحرارية:

• Ac1 (بداية تكوين الأوستينيت عند التسخين): ~770 درجة مئوية
• Accm (يذوب السمنتيت بالكامل): ~870 درجة مئوية
• Ar1 (بداية تكوين البرليت عند التبريد): ~730 درجة مئوية
• Ms (بداية مارتنسيت): ~160 درجة مئوية
• Mf (اللمسة النهائية من المارتنسيت): ~ -30 درجة مئوية

2.3 الخصائص المغناطيسية: القوة القسرية تساوي حوالي 795.8 أمبير/متر، والحث المغناطيسي المشبع 1.78 إلى 1.82 تسلا.

2.4 معامل التمدد الخطي: على الرغم من عدم وجود قيم محددة في المواد المصدرية المقدمة، إلا أن هذا يعد عاملاً حاسماً بالنسبة للأجزاء الدقيقة، خاصة عند النظر إلى التغيرات في درجات الحرارة أثناء المعالجة الحرارية والاستخدام.

3. المعالجة الحرارية

المعالجة الحرارية يُعدّ الحصول على الخصائص الميكانيكية الصحيحة لـ 9SiCr أمرًا بالغ الأهمية. تتضمن العملية القياسية التصلب (التبريد) والتخمير.

3.1 خيارات المعالجة الحرارية المسبقة

• التلدين بعد التشكيل: سخّنه إلى ٧٩٠-٨١٠ درجة مئوية، ثم ثبّته لمدة ساعة إلى ساعتين، ثم اتركه يبرد في الفرن إلى أقل من ٥٥٠ درجة مئوية، ثم برّده بالهواء. ينتج عن ذلك صلابة تتراوح بين ١٩٧ و٢٤١ HBW. يُحقق التلدين المتساوي الحرارة (تسخين مماثل، ثبّت درجة الحرارة عند ٧٠٠-٧٢٠ درجة مئوية) نفس نطاق الصلابة، وعادةً ما يُنتج بنية بيرليت كروية.
• التبريد عند درجات حرارة عالية: سخّنه إلى ٦٠٠-٧٠٠ درجة مئوية لمدة ساعتين إلى أربع ساعات، ثم برّده بالفرن أو بالهواء. يُستخدم لتخفيف إجهاد العمل البارد.
• التطبيع: يُسخّن إلى ٩٠٠-٩٢٠ درجة مئوية، ثم يُبرّد بالهواء. يُنقّي حبيبات الفولاذ المُسخّن ويُزيل كربيدات الشبكة، مما يُعطي صلابة تتراوح بين ٣٢١ و٤١٥ HBW.
• الإطفاء والتهدئة (المعالجة المسبقة البديلة): سخّنها إلى 880-900 درجة مئوية، ثمّ خفّضها بالزيت، ثمّ خفّضها إلى 680-700 درجة مئوية (2-4 ساعات) للحصول على صلابة تتراوح بين 197 و241 HBW. يمكن أحيانًا خفّض درجة حرارة القطع المطروقة مباشرةً من حرارة التشكيل، متبوعةً بمعالجة حرارية عالية.

3.2 التصلب (التبريد)

درجة الحرارة الموصى بها هي 860-880 درجة مئوية.

• تبريد الزيت: يُبرّد في الزيت (بدرجات حرارة مختلفة ممكنة)، ثم يُبرّد بالهواء. صلابته: ٦٢-٦٥ HRC.
• تبريد حمام الملح/القلوي: استخدم حمامًا منصهرًا (150-200 درجة مئوية) لفترات زمنية محددة، ثم برده بالهواء. صلادته: 59-63 HRC. تساعد هذه الطرق على تقليل التشوه في الأجزاء المعقدة. يتكون الهيكل بعد التبريد بشكل أساسي من مارتنسيت شبكي، وكربيدات دقيقة، وبعض الأوستينيت المحتفظ به.

3.3 علاج البرد

بالنسبة للأدوات عالية الدقة وذات الأبعاد الثابتة، يمكن للمعالجة الباردة (-٧٠ درجة مئوية) بعد الإخماد بفترة وجيزة أن تزيد صلابتها قليلاً (٠-١ HRC). يُفضل القيام بذلك خلال ساعة من الإخماد.

3.4 التلطيف

هذه الخطوة تُخفف الضغط وتُحسّن الصلابة والمتانة. النتائج النموذجية:

• 140-160 درجة مئوية درجة الحرارة: 62-65 HRC
• 160-180 درجة مئوية درجة الحرارة: 61-63 HRC
• 180-200 درجة مئوية درجة الحرارة: 60-62 HRC
• 200-220 درجة مئوية درجة الحرارة: 58-62 HRC

درجات حرارة التلطيف العالية تُقلل الصلابة بشكل أكبر. التلطيف المزدوج (مثلًا، ١٨٠ درجة مئوية ثم درجة حرارة أعلى مثل ٢٤٠ درجة مئوية) يُحسّن بشكل كبير من المتانة وعمر الأداة.

4. الخصائص الميكانيكية لفولاذ 9SiCr

ال الخصائص الميكانيكية يعتمد 9SiCr بشكل كبير على المعالجة الحرارية. بعد الإخماد والتطبيع في درجات حرارة منخفضة، يتميز بصلابة عالية (يمكن أن تحافظ على حوالي 60 HRC حتى بعد تطبيع 300-400 درجة مئوية)، وقابلية تصلب جيدة، ومقاومة ممتازة للتآكل. تبلغ قوة الانحناء بعد إخماد 850 درجة مئوية حوالي 2250 ميجا باسكال. ومع ذلك، قد لا تكون قوة الضغط ومقاومة التآكل كافية لبعض الأعمال الشاقة للغاية.

5. تطبيقات فولاذ الأدوات 9SiCr

فيما يتعلق بالتطبيقات، يُعدّ 9SiCr خيارًا متعدد الاستخدامات لقوالب وأدوات العمل الباردة التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل مع أدنى حد من التشوه أثناء المعالجة الحرارية. تشمل الاستخدامات الشائعة ما يلي:

• أدوات القطع منخفضة السرعة (حيث تكون مقاومة التآكل هي المفتاح).
• قوالب العمل البارد المعقدة: المثاقب اليدوية، شفرات القص، قوالب الخيط، بكرات الدرفلة الباردة/التقويم، قوالب دحرجة الخيط، قوالب السحب العميق، قوالب الختم، قوالب التشكيل البارد.
• أدوات ومقاييس دقيقة.
• قوالب الختم الصغيرة/المتوسطة، واللكم البارد، والتقطيع.
• أجزاء القالب البلاستيكي (عندما لا تكون الفولاذ الكربوني كافية).
• قوالب البثق والضغط البارد.
• قوالب كام، لكمات، قوالب التشذيب.
• قوالب الرسم، قوالب التشكيل، قوالب البثق، اللفائف.
• دبابيس القذف.
• قوالب بلاستيكية كبيرة ومعقدة وعالية الدقة.
• شفرات القص (على سبيل المثال، الشفرات الكبيرة التي تحقق 57-60 HRC مع تشوه متحكم فيه عن طريق التبريد/التلطيف المتساوي الحرارة).

6. مقارنات واعتبارات حول فولاذ 9SiCr

مقارنةً بفولاذ الأدوات الكربوني الأساسي، يتميز فولاذ 9SiCr بصلابة ومتانة ومقاومة أفضل للتآكل. ومن عيوبه حساسية إزالة الكربون أثناء التسخين وصلابته العالية نسبيًا عند التلدين.

• يمكن أن يؤخذ في الاعتبار درجة مثل Cr8MoWV3Si (مع المزيد من الكربون ومشكلات الكربيد) إذا كنت بحاجة إلى مقاومة أعلى للتآكل والصلابة.
• بالنسبة للقوالب الكبيرة حيث يفضل المعالجة الحرارية البسيطة، يمكن أن يكون الفولاذ المقسى بالهواء مثل 7CrSiMnMoV بديلاً.
• يمكن أن تؤدي معالجات السطح (مثل النترتة مع الإطفاء) إلى إطالة عمر قوالب 9SiCr في تطبيقات مثل التشكيل البارد.
• يمكن أن تعمل المعالجة الحرارية الميكانيكية على تحسين القوة والمرونة إذا كانت قوة الانحناء العالية ضرورية.

في النهاية، يعتمد تحديد ما إذا كان 9SiCr الخيار الأمثل كليًا على المتطلبات الخاصة بكل تطبيق - فنوع التشغيل، والمادة المستخدمة، والعمر المتوقع للأداة، وتعقيد القطعة كلها عوامل مهمة. يمكننا مناقشة احتياجاتك الخاصة بمزيد من التفصيل لضمان استخدامك أفضل أنواع الفولاذ والمعالجة الحرارية لحالتك.