كتالوج فولاذ أدوات العمل الباردة
كتالوج فولاذ أدوات العمل الباردة
انقر على أي منتج لعرض التفاصيل.
ما هو الفولاذ المستخدم في الأدوات الباردة؟
فولاذ أدوات العمل البارد فئة أساسية من فولاذ السبائك، مُصمم خصيصًا لعمليات التشكيل التي تكون فيها درجة حرارة التشغيل أقل من 200 درجة مئوية (390 درجة فهرنهايت)، وغالبًا ما تكون في درجة حرارة الغرفة. وهذا ما يميزه عن فولاذ أدوات العمل الساخن، المُستخدم في التطبيقات التي تتطلب درجات حرارة أعلى (عادةً ما تزيد عن 200 درجة مئوية وتصل إلى 800 درجة مئوية).
تصنيف
يتم تصنيف الفولاذ المستخدم في العمل البارد بشكل منهجي، في المقام الأول حسب AISI (المعهد الأمريكي للحديد والصلب) يقسم المعادن إلى ثلاث مجموعات رئيسية على أساس وسط التبريد وتركيبها:
- أنواع التقسية الزيتية (سلسلة O): تتضمن درجات مثل O1, الأكسجين، O6، و O7.
- أنواع السبائك المتوسطة المقساة بالهواء (سلسلة A): ومن الأمثلة على ذلك أ2و A3 و A4 و A6 و A7 و A8 و A9 و A10.
- أنواع عالية الكربون وعالية الكروم (سلسلة D): تتضمن هذه المجموعة د2, د3، D4، D5، D6، وD7. طُوِّرت الفولاذات من النوع D في البداية للقطع عالي السرعة، ولكنها وُجدت فائدةً في قوالب العمل الباردة.
يقوم المعيار الدولي EN ISO 4957 أيضًا بتصنيف فولاذ الأدوات، حيث يتم تقسيم فولاذ الأدوات المصنوع على البارد إلى فئات غير سبائكية وسبائكية.
الخصائص الرئيسية وتفاعلاتها
- صلابة عالية. هذا متطلب أساسي، يُشترط عادةً الحصول على 60 HRC أو أعلى، لتوفير مقاومة ضد التشوه البلاستيكي تحت تأثير القوى العالية الناتجة عن عمليات التشغيل البارد. ترتبط الصلابة العالية ارتباطًا مباشرًا بزيادة قوة الخضوع، مما يمنع تشوه الأدوات بشكل دائم. ومع ذلك، فإن الصلابة العالية جدًا قد تقلل من قابلية التشغيل والطحن.
- مقاومة عالية للتآكل. تسمح هذه المقاومة العالية للتآكل بثبات أبعاد الأداة لفترة طويلة، مما يُطيل عمرها الافتراضي. ويتحقق هذا الأداء بشكل رئيسي بفضل مصفوفة صلبة (مارتنسيت) ووجود جزيئات كربيد صلبة غير مذابة.
- صلابة جيدة. القدرة على مقاومة التشقق أو التشقق أو الكسر تحت تأثير الصدمات. غالبًا ما تكون الصلابة والمتانة متناسبتين عكسيًا، لذا من المهم إيجاد توازن بينهما. في أعمال الصدمات، تُعدّ المتانة العالية العامل الأساسي، بينما تُعدّ مقاومة التآكل عاملًا ثانويًا.
- ثبات الأبعاد. عند الحاجة إلى دقة عالية للأدوات، يصبح الثبات الحراري لبعض أنواع فولاذ الأدوات بالغ الأهمية. في هذه الحالات، يُعد الفولاذ المُصلَّب بالهواء المادة المُفضَّلة.
- سهولة التشغيل. تُورَّد الأدوات عادةً في حالة ناعمة ومُلَدَّنة لتسهيل التشكيل والتشغيل قبل التصلب النهائي.
التركيب والبنية الدقيقة
تحتوي فولاذات أدوات العمل الباردة على نسبة كربون أعلى (عادةً من 0.60% إلى 2.50%) مقارنةً بالعديد من أنواع الفولاذ الأخرى، وهو أمر أساسي لتحقيق صلابة عالية. كما تُسبك مع عناصر مختلفة لتحسين خصائصها:
- الكروم (Cr): مُشكِّل كربيد مُعتدل يُساهم بشكل كبير في مقاومة التآكل، خاصةً في الأنواع عالية الكربون والكروم (سلسلة D). كما يُحسّن قابلية التصلب.
- الموليبدينوم (Mo) والتنغستن (W): على الرغم من أنها أقل انتشارًا من تلك المستخدمة في العمل الساخن أو الفولاذ عالي السرعة، إلا أنه يمكن إضافتها لتحسين القدرة على التصلب والمساهمة في مقاومة التآكل عن طريق تشكيل كربيدات صلبة.
- الفاناديوم (V): يشكل كربيدات من النوع MC شديدة الصلابة (2300-3000 HV) تعمل على تعزيز مقاومة التآكل الكاشطة بشكل كبير.
- المنغنيز (Mn) والسيليكون (Si): يساهم في القدرة على التصلب، وفي حالة السيليكون، يمكن أن يحسن قابلية التصنيع ومقاومة إزالة الكربون.
يتكون التركيب الدقيق لفولاذ الأدوات المقوى المصنوع على البارد بشكل أساسي من المارتنسيت المخفف عالي الكربون ومجموعة متنوعة من الكربيدات.
- الكربيدات: يُعدّ نوع وتوزيع الكربيدات أمرًا بالغ الأهمية. تُعدّ كربيدات M7C3 الغنية بالكروم شائعة في فولاذ السلسلة D، حيث توفر مقاومة عالية للتآكل. تزداد كمية هذه الكربيدات بزيادة محتوى الكربون والكروم. أما الدرجات الأقل سبائكية، مثل O1، فلا تحتوي تقريبًا على كربيدات نظرًا لنقص محتوى الكروم.
- الأوستينيت المحتفظ به (RA): في الفولاذ عالي الكربون والسبائك، قد يتبقى بعض الأوستينيت بعد الإخماد. وبينما يمتص الأوستينيت الإجهاد بفضل ليونته، فإن الأوستينيت المحتفظ به غير مرغوب فيه لأنه يقلل من صلابته وقد يسبب عدم استقرار أبعاده بتحويله إلى مارتنسيت هش تحت الضغط، مما يؤدي إلى التشقق أو التقطيع. يتم التحكم في RA من خلال التركيب، ودرجة حرارة التصلب، ودرجة حرارة التطبيع. كما يمكن تطبيق معالجات تحت الصفر (معالجات التبريد العميق) لتحويل الأوستينيت المحتفظ به إلى مارتنسيت لتحسين صلابته، واستقرار أبعاده، ومتانة الكسر.
المعالجة الحرارية
يتم تحقيق الخصائص المرغوبة لفولاذ أدوات العمل الباردة في المقام الأول من خلال إجراءات المعالجة الحرارية الدقيقة:
- التلدين. يهدف التلدين إلى تقليل صلابة فولاذ الأدوات، مما يُسهّل معالجته. تتضمن العملية تسخين فولاذ الأدوات إلى درجة حرارة عالية والحفاظ عليه لفترة زمنية، يليه تبريد بطيء لتحقيق تجانس البنية وتكوين بنية مجهرية مُطرّية، وعادةً ما يصاحب ذلك كروية كربيدية، لتحقيق أداء تشغيل مثالي.
- التبريد. تتضمن هذه العملية تسخين فولاذ الأدوات فوق نطاق درجة حرارته الحرجة لتكوين الأوستينيت، ثم تبريده بسرعة لتحويله إلى مارتنسيت صلب. تتميز فولاذات العمل على البارد بوسائط التبريد الخاصة بها: الماء (سلسلة W)، أو الزيت (سلسلة O)، أو الهواء (سلسلة A، سلسلة D). يُفضل التبريد بالهواء لتقليل التشوهات وأعلى درجات الأمان ضد التشقق. يُسبب التبريد بالماء صدمة حرارية وتشوهات شديدة. تختلف هذه التشوهات اختلافًا كبيرًا باختلاف الدرجة، على سبيل المثال، O1 عند درجة حرارة 790-815 درجة مئوية (1450-1500 درجة فهرنهايت)، A2 عند درجة حرارة 980 درجة مئوية (1800 درجة فهرنهايت)، D2 عند درجة حرارة 1010 درجات مئوية (1850 درجة فهرنهايت)، وW1 عند درجة حرارة 800 درجة مئوية (1475 درجة فهرنهايت).
- التطبيع. بعد التبريد، يُعاد تسخين المارتنسيت الصلب والهش إلى درجة حرارة متوسطة (التطبيع) لتليينه قليلاً، وتخفيف الضغوط الداخلية، وتحسين متانته. عادةً ما تُعالج فولاذ أدوات العمل على البارد في درجات حرارة منخفضة (حوالي 150-300 درجة مئوية / 300-570 درجة فهرنهايت) لتحقيق صلابة عالية، عادةً حوالي 60 HRC.
التطبيقات
تُستخدم فولاذات أدوات العمل الباردة على نطاق واسع في عمليات تصنيع متنوعة نظرًا لقدرتها على تحمل الضغط العالي والصدمات والتآكل في درجة حرارة الغرفة أو ما يقاربها. تشمل التطبيقات الشائعة ما يلي:
- تشكيل: قوالب الانحناء، قوالب سك العملة، قوالب التشكيل البارد (على سبيل المثال، W1، W2)، قوالب البثق البارد، قوالب السحب (للأسلاك، القضبان، السحب العميق).
- القص والقطع: قوالب التقطيع، شفرات القص (الساخنة والباردة)، السكاكين (العمل البارد).
- اللكمات: اللكمات العامة، واللكمات الثاقبة، والقوالب.
- متنوع: مكونات أدوات الماكينة المقاومة للتآكل، وأدوات النجارة، وأدوات القياس، والمثبتات.
- تطبيقات مقاومة للصدمات: تُستخدم الفولاذ من السلسلة S (على سبيل المثال، S1، S5، S7) في الأدوات التي تتطلب صلابة عالية، مثل الأزاميل، وقوالب الضغط على المسحوق، والألواح السميكة التي تقطع بالقص.
التعليمات
فولاذ الأدوات للعمل البارد هو فئة من فولاذ الأدوات يُستخدم في عمليات التشكيل بدرجات حرارة أقل من 200 درجة مئوية (390 درجة فهرنهايت)، وعادةً ما تكون في درجة حرارة الغرفة. صُممت هذه الفولاذات لتوفير صلابة عالية، وقوة ميكانيكية، ومقاومة للتآكل، ويتحقق ذلك من خلال معالجات حرارية محددة ووجود كربيدات خشنة في بنيتها المجهرية.
لا يوجد فولاذ "أفضل" واحد، إذ يعتمد الاختيار الأمثل على متطلبات التطبيق المحدد، مع الموازنة بين مقاومة التآكل والمتانة. تشمل الأنواع الشائعة الفولاذ عالي الكربون والكروم (السلسلة D)، والفولاذ المُصلد بالهواء (السلسلة A)، والفولاذ المُصلد بالزيت (السلسلة O)، والفولاذ المقاوم للصدمات (السلسلة S). كما يوفر الفولاذ عالي السرعة (HSS) وفولاذ أدوات مسحوق المعادن (PM) مقاومة ممتازة للتآكل في العمل البارد.
يكمن الاختلاف الرئيسي بينهما في نطاقات درجات حرارة التشغيل وخصائصهما المُحسّنة. صُممت فولاذات أدوات العمل البارد للتطبيقات التي تتراوح درجات حرارتها بين 200 و260 درجة مئوية (390-500 درجة فهرنهايت)، وتتميز بالصلابة العالية ومقاومة التآكل. أما فولاذات أدوات العمل الساخن، فتُستخدم للتطبيقات التي تتجاوز هذا النطاق (حتى 800 درجة مئوية أو 1472 درجة فهرنهايت)، وتتميز بالصلابة العالية ومقاومة التليين في درجات الحرارة المرتفعة (الصلابة الحمراء)، والمتانة، وغالبًا ما تكون صلابتها أقل مقارنةً بفولاذات العمل البارد.
المعالجة الباردة، والمعروفة أيضًا بالتصلب بالإجهاد أو التصلب بالعمل، هي تشوه المعدن بلاستيكيًا عند درجات حرارة أقل من درجة إعادة تبلوره، وعادةً ما تكون في درجة حرارة الغرفة أو قريبة منها. تُسبب هذه العملية تشوهات في البنية الداخلية للمعدن.
تشمل الأغراض الرئيسية للفولاذ المُشَكَّل على البارد زيادة القوة والصلابة والاستقرار الأبعادي أو البنيوي الدقيق، بالإضافة إلى تحسين مقاومة التآكل. كما يُنتج سطحًا أملسًا ونظيفًا، ويحقق دقة أبعادية أعلى، ويُحسِّن قابلية التشغيل الآلي من خلال سهولة كسر الرقائق.
نعم، يزيد التشكيل البارد من صلابة الفولاذ بشكل مباشر. مع تزايد التشوه البلاستيكي، يتشوه الهيكل الداخلي، مما يُصعّب المزيد من التشوه، ويزيد من قوة المعدن وصلابته.
يشير مصطلح "الفولاذ البارد" عادةً إلى الفولاذ الذي خضع لعملية "التشكيل على البارد" (مثل الدرفلة على البارد أو السحب على البارد) في درجة حرارة الغرفة، مما يزيد من صلابته ومتانته، ويوفر تشطيبًا سطحيًا أفضل وتحكمًا أفضل في الأبعاد. أما "الفولاذ العادي" فقد يشير إلى الفولاذ المدرفل على الساخن، والذي يُعالَج في درجات حرارة عالية، مما ينتج عنه عادةً سطح أكثر خشونة وصلابة أقل، ولكن قابلية لطي أعلى في البداية.
لا، المعالجة الباردة بحد ذاتها لا تقلل من حجم الحبيبات؛ بل تشوّهها وتطيلها. تتم عملية تنقية الحبيبات (تصغير حجمها) خلال عملية معالجة حرارية لاحقة تُسمى التلدين، والتي تُعزز إعادة تبلور حبيبات جديدة أنعم بعد المعالجة الباردة.
تُحسب نسبة العمل البارد عادةً كنسبة مئوية للانخفاض في مساحة المقطع العرضي للمادة أو سمكها. على سبيل المثال، يعني انخفاض سمك 70% أن سمك المادة قد انخفض بمقدار 70% من خلال العمل البارد.
يُستخدم التشكيل البارد على نطاق واسع لتحسين الخصائص الميكانيكية للصلب (مثل القوة والصلابة)، وتحقيق أبعاد دقيقة وتشطيبات سطحية ناعمة، وتحسين قابلية التشغيل. ويُطبق في عمليات مثل الدرفلة الباردة للصفائح والأشرطة، والسحب البارد للقضبان والأسلاك، والتشكيل البارد، والسك، والبثق، وخاصةً في مكونات السيارات والطيران والهندسة العامة.
تُجرى المعالجة الباردة عند درجات حرارة أقل من درجة إعادة تبلور المعدن، وعادةً ما تكون قريبة من درجة حرارة الغرفة. مع أن العملية نفسها قد تُولّد بعض الحرارة بسبب التشوه، إلا أن المادة تبدأ عادةً عند درجة حرارة الغرفة.
يُحسّن التشكيل البارد الخواص الميكانيكية كالقوة والصلابة ومقاومة الخضوع، ويُحسّن تشطيب السطح ودقة الأبعاد، ويسمح بتحسين إمكانية إعادة إنتاج الأجزاء وتبادلها. كما يُقلل من مشاكل التلوث، ويُضفي خصائص اتجاهية مرغوبة.
المعالجة الباردة هي تشوه بلاستيكي في درجات حرارة لا يحدث فيها التلدين بسرعة، مما يؤدي إلى تصلب إجهادي، وزيادة في القوة، وانخفاض في اللدونة. التلدين معالجة حرارية تُليّن المواد المعدنية، وتُخفف الضغوط الداخلية، وتُعيد اللدونة عن طريق التسخين ثم التبريد بمعدل مناسب، مما يُعاكس غالبًا آثار المعالجة الباردة.
يشير مصطلحا "العمل الساخن" و"العمل البارد" عادةً إلى درجة الحرارة التي صُمم فولاذ الأدوات للعمل عندها. صُممت فولاذات أدوات العمل الساخن لتطبيقات درجات الحرارة العالية (أكثر من 200 درجة مئوية تقريبًا)، والتي تتطلب صلابة عالية ومقاومة للتليين عند درجات الحرارة المرتفعة. أما فولاذات أدوات العمل البارد، فهي مخصصة لتطبيقات درجة حرارة الغرفة، مع التركيز على الصلابة العالية ومقاومة التآكل والمتانة. وبشكل منفصل، يُعدّ العمل الساخن والتشغيل البارد أيضًا عمليات تشكيل معادن تحدث فوق وتحت درجة حرارة إعادة التبلور، على التوالي.
لا، فالمعالجة الباردة تُقلل من ليونة المعدن وتزيد من صلابته ومتانته. ولاستعادة ليونته لمزيد من التشوه، غالبًا ما يلزم إجراء عملية التلدين المتوسطة.
يتضمن تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ على البارد تشويهه في درجة حرارة الغرفة لزيادة قوته وصلابته، وقد يُحفّز أحيانًا تكوين المارتنسيت (خاصةً في الأنواع الأوستنيتية)، مع تقليل استطالته. ويتطلب هذا عادةً قوى أعلى من الفولاذ الكربوني المُشكّل على البارد نظرًا لارتفاع معدلات تصلب الفولاذ المقاوم للصدأ.
نعم، النوع 316 هو فولاذ مقاوم للصدأ أوستنيتي قابل للتشكيل على البارد81373. يخضع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، بما في ذلك 316، عادةً لعمليات التشكيل على البارد، مثل التشكيل على البارد296482. يمكن استخدام الدرفلة على البارد، حتى في درجات حرارة دون الصفر، لتحفيز المارتنسيت وزيادة معدل تصلبها على البارد373.
فولاذ أدوات العمل الساخن هو فئة من فولاذ الأدوات، مُصمم خصيصًا لعمليات القطع أو التشكيل، حيث تصل قطعة العمل أو الأداة نفسها إلى درجات حرارة مرتفعة، عادةً ما تزيد عن 200 درجة مئوية. ميزتها الرئيسية هي "الصلابة الساخنة"، أي أنها تحتفظ بمتانتها وصلابتها في درجات الحرارة العالية. كما تتميز بمتانة ومقاومة جيدة للتآكل في الظروف الحارة. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك فولاذ سلسلة AISI H.
يشير الفولاذ المقاوم للصدأ إلى عائلة من سبائك الفولاذ يتميز بمقاومة عالية للتآكل بسبب احتوائه على ما لا يقل عن 10.5% من محتوى الكروم90…. "الفولاذ البارد" ليس نوعًا من الفولاذ، ولكنه يشير عادةً إلى "الفولاذ المصقول على البارد"، والذي يصف الفولاذ الكربوني أو الفولاذ السبائكي الذي تمت معالجته في درجة حرارة الغرفة (العمل على البارد، الخراطة، الطحن) لتحقيق خصائص محددة مثل تحسين دقة الأبعاد، وتشطيب سطح أكثر سلاسة، وزيادة القوة والصلابة من خلال التصلب بالعمل20... لذا، يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ مادة تعبيرفي حين أن "الفولاذ البارد" يشير إلى طريقة المعالجة يتم تطبيقها على تركيبات الصلب المختلفة.
