فولاذ الأدوات A2 هو فولاذ أدوات بارد متوسط السبائك، مُصلد بالهواء، معروف بخصائصه المتوازنة وصلابته العالية. هذا الفولاذ، جزء من المعهد الأمريكي للحديد والصلب يحتوي نظام تصنيف AISI (AISI) عادةً على الكربون والكروم والموليبدينوم والفاناديوم. تساهم عناصر السبائك هذه في مقاومته الممتازة للتآكل وقابليته العالية للتصلب، مما يسمح بالتبريد الهوائي، مما يضمن ثباتًا جيدًا للأبعاد وتقليل التشوه أثناء عملية التصلب. يمكن أن تكون صلابة الفولاذ A2 Tool Steel المُخمَّد عالية، وتُعزز معالجات التطبيع اللاحقة، التي تُجرى غالبًا عند درجات حرارة تتراوح بين 400 و450 درجة فهرنهايت (204-232 درجة مئوية)، بنيته الدقيقة عن طريق تحويل الأوستينيت المحتفظ به وتعزيز التصلب الثانوي. تعمل هذه المعالجة الحرارية الدقيقة على تحسين صلابة الفولاذ A2 Tool Steel، والتي تتراوح عادةً بين 58 و64 HRC، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات متنوعة مثل الأدوات متعددة الأغراض، وقوالب القطع، وقوالب التشكيل، والمقاييس، وأدوات القياس الدقيقة، خاصةً حيث يكون الجمع بين مقاومة التآكل والمتانة الجيدة والتشوه المنخفض أمرًا بالغ الأهمية.
تأثير التركيب الكيميائي على صلابة فولاذ الأداة A2
يشتمل تركيب الفولاذ المستخدم في الأدوات A2 على ما يقرب من 1.00% من الكربون، و5.00-5.25% من الكروم، و1.00-1.15% من الموليبدينوم، و0.20-0.25% من الفاناديوم، وكميات ضئيلة من المنجنيز والسيليكون.
يُعد الكربون أهم عنصر في السبائك، إذ يُمكّن فولاذ A2 من التصلب أثناء التبريد من خلال تكوين المارتنسيت. ترتبط زيادة محتوى الكربون ارتباطًا مباشرًا بصلابة أعلى ومتانة أفضل للتآكل. وبفضل محتواه العالي نسبيًا من الكربون، يُمكن لفولاذ A2 الوصول إلى مستويات صلابة أعلى بعد المعالجة الحرارية.
يُشكِّل الكروم والموليبدينوم والفاناديوم وكربيدات قوية أخرى أنواعًا مختلفة من كربيدات السمنتيت، مثل كربيدات MC الغنية بالفاناديوم وكربيدات M7C3 الغنية بالكروم، والتي تتجاوز صلابتها بكثير صلابة مصفوفة الفولاذ نفسها. تُعدّ جزيئات الكربيد غير المذابة هذه العامل الرئيسي في مقاومة التآكل الاستثنائية لفولاذ A2.
بالإضافة إلى ذلك، تعمل عناصر السبائك هذه على منح الفولاذ A2 قدرة عالية على التصلب، مما يتيح التبريد الفعال من خلال التبريد الهوائي وبالتالي تقليل خطر التشوه والتشقق.
كيفية تحقيق الصلابة: عملية المعالجة الحرارية A2
تُعد عملية المعالجة الحرارية أساسية لتطوير الخصائص المثلى لفولاذ الأدوات A2، حيث تؤثر فعاليتها بشكل كبير على صلابته النهائية وأدائه العام. يُصنف A2 كفولاذ أدوات متوسط السبائك، مُصلد بالهواء، ومُستخدم للعمل على البارد. تتضمن معالجته الحرارية عادةً عدة مراحل: الأوستنيت، والتبريد، والتطبيع.
- خطوة الأوستنيت ضرورية لإذابة كربيدات السبائك وتكوين بنية أوستنيتية متجانسة. بالنسبة للفولاذ A2، تتراوح درجة حرارة التصلب (الأوستنيت) الموصى بها بين 950 و970 درجة مئوية (1740 و1775 درجة فهرنهايت). تضمن الأوستنيتية عند هذه الدرجة المثالية أقصى صلابة بعد الإخماد، والتي تصل عادةً إلى 64 HRC، نتيجةً للتحول شبه الكامل إلى مارتنسيت عند التبريد. يمكن أن تؤثر الانحرافات عن هذه الدرجة المثالية سلبًا على الصلابة: فقد تترك درجة الحرارة المنخفضة جدًا كربيدات غير مذابة، مما يقلل من قابلية التصلب، بينما قد تؤدي درجة الحرارة المرتفعة جدًا إلى تحلل مفرط للكربون وعناصر السبائك، مما يزيد من الأوستنيت المتبقي وبالتالي يقلل من صلادته. كما تؤثر درجة حرارة الأوستنيتية على حجم حبيبات الأوستينيت.
- بعد عملية الأوستنيت، يُخمد فولاذ الأدوات A2 بالهواء. يُعدّ التبريد الهوائي طريقة إخماد أبطأ، مما يُساعد على تقليل الصدمات الحرارية والإجهاد الداخلي والتشوهات مقارنةً بالإخماد بالزيت أو الماء. مع ذلك، للتصلب الهوائي حدود؛ ففي A2، قد لا تصل المقاطع العرضية التي تزيد عن 127 مم (5 بوصات) إلى الصلابة الكاملة عند تبريدها بالهواء، وذلك لأن الكتلة تُبطئ عملية الإخماد إلى درجة تمنع التحول السليم. عند إخماد A2 بالهواء من درجة حرارة التصلب المناسبة، يُتوقع أن يتمدد بمقدار 0.001 بوصة لكل بوصة (0.001 مم/مم).
- التطبيع هو الخطوة الحاسمة الأخيرة، ويُجرى مباشرةً بعد الإخماد لتخفيف الإجهادات الداخلية، وزيادة المتانة، وتحويل الأوستينيت المتبقي. نادرًا ما تُستخدم فولاذات الأدوات مثل A2 في حالتها المُصلدة جزئيًا نظرًا لارتفاع الإجهادات الداخلية وانخفاض المتانة. يخضع A2 عادةً لدورة تطبيع مزدوجة. عادةً ما تكون التطبيعة الأولى عند 205 درجة مئوية (400 درجة فهرنهايت) لمدة ساعتين لكل 25 مم (بوصة واحدة) من المقطع العرضي، مما يُعطي حوالي 60 HRC. أما التطبيعة الثانية، والتي عادةً ما تكون عند درجة حرارة أقل قليلاً تبلغ 190 درجة مئوية (375 درجة فهرنهايت) مع فترة راحة في درجة حرارة الغرفة بينهما، فتُحسّن بنية الحبيبات بشكل أكبر، وتُعزز مقاومة التآكل، وتُقلل الأوستينيت المتبقي. في حين أن التطبيعة تُقلل عمومًا من ذروة الصلابة، إلا أنها تُحسّن بشكل كبير الأداء العام للفولاذ من خلال توفير التوازن الضروري بين الصلابة والمتانة.
مخطط تقسية الفولاذ A2 Tool (الصلابة النموذجية بعد التقسية)
| درجة حرارة التلطيف | صلابة روكويل سي |
| كما تم إخماده | 64 |
| 300 درجة فهرنهايت / 150 درجة مئوية | 62 |
| 400 درجة فهرنهايت / 205 درجة مئوية | 60 |
| 500 درجة فهرنهايت / 260 درجة مئوية | 56 |
| 600 درجة فهرنهايت / 315 درجة مئوية | 56 |
| 700 درجة فهرنهايت / 370 درجة مئوية | 56 |
| 800 درجة فهرنهايت / 425 درجة مئوية | 56 |
| 900 درجة فهرنهايت / 540 درجة مئوية | 56 |
| 1000 درجة فهرنهايت / 540 درجة مئوية | 56 |
| 1100 درجة فهرنهايت / 595 درجة مئوية | 50 |
صلابة A2 في الممارسة العملية: HRC الموصى بها للتطبيقات الرئيسية
تُحدَّد الصلابة المثلى لأداة A2 بناءً على القوى التي ستواجهها أثناء التشغيل. ويمكن للتطبيقات التي تتطلب قوى مُتحكَّمًا فيها ومتوقعة أن تستفيد من صلابة أعلى لمقاومة التآكل، بينما تتطلب التطبيقات التي تواجه قوى غير متوقعة متانة أكبر.
- لصانعي الأدوات والقوالب (الختم والتشكيل واللكمات)في تطبيقات الأدوات والقوالب، مثل القطع والختم والتشكيل، يجب أن يتحمل فولاذ الأدوات A2 أحمال ضغط عالية وتآكلًا كاشطًا أثناء دورات الإنتاج الطويلة. وبينما تساعد المتانة على منع تشقق حواف القطع، فإن مقاومة التآكل هي العامل الحاسم في تحديد عمر القالب. في مثل هذه التطبيقات، تُعزز الصلابة العالية عمر القالب إلى أقصى حد. النطاق الموصى به للصلابة هو 60–62 HRCتوفر مجموعة الصلابة هذه مقاومة ممتازة للتآكل والتشوه مع الاستفادة الكاملة من المتانة الفائقة الكامنة في فولاذ الأدوات A2.
- لصانعي السكاكين (سكاكين الصيد، والسكاكين متعددة الاستخدامات، والسكاكين التكتيكية)عند استخدام فولاذ الأدوات A2 لأدوات القطع، يجب إيجاد توازن بين الاحتفاظ بالحافة (مقاومة التآكل) والمتانة لمنع التقطيع أو الكسر أثناء التطبيقات الشاقة مثل الرفع أو الانقسام. النطاق الموصى به للصلابة هو 59–61 HRCتوفر هذه المجموعة احتفاظًا كافيًا بالحافة مع ضمان حفاظ جسم الأداة على الصلابة الكافية في ظل الضغوط غير المتوقعة، وبالتالي ضمان الموثوقية.
- للنجارين (الأزاميل، مكاوي التسوية)عند استخدامه في أدوات النجارة، يجب أن يكون فولاذ الأدوات A2 قابلاً للصقل حتى يصبح حادًا للغاية، وأن يحافظ على هذه الحدة مع مرور الوقت أثناء قطع ألياف الخشب الكاشطة. ونظرًا لأن القوى المطبقة قابلة للتحكم والتنبؤ، فإن الحفاظ على الحافة هو الاعتبار الرئيسي. النطاق الموصى به للصلابة هو 60–62 HRC.
خاتمة
صلابة فولاذ الأدوات A2 ليست ثابتة، بل يمكن التحكم فيها بدقة. من خلال عمليات المعالجة الحرارية، وخاصةً خلال مرحلة التطبيع، يمكن للمشغلين ضبط البنية الدقيقة للفولاذ للوصول إلى نطاق صلابة يتراوح بين 57 و62 HRC. لأي استفسار بخصوص فولاذ الأدوات A2، يُرجى التواصل معنا في أي وقت.
