الفولاذ D2 مقابل 4140: ما الفرق؟

الفولاذ D2 مقابل 4140: فولاذ الأدوات D2 و فولاذ 4140 كلاهما عبارة عن سبائك حديدية مهمة، لكنهما ينتميان إلى تصنيفات مختلفة ومصممان لتطبيقات مميزة، حيث يتمتعان بخصائص فريدة ويتطلبان معالجات حرارية محددة.

تعبير

العنصر	فولاذ الأدوات D2 (%)	فولاذ 4140 (%)
الكربون (C)	1.40 – 1.60	0.38 – 0.43
الكروم (Cr)	11.00 – 13.00	0.80 – 1.10
الموليبدينوم (Mo)	0.70 – 1.20	0.15 – 0.25
المنجنيز (Mn)	0.10 – 0.60	0.75 – 1.00
الفاناديوم (V)	0.50 – 1.10	–
السيليكون (Si)	0.10 – 0.60	0.15 – 0.35
الفوسفور (P)	≤ 0.03	≤ 0.035
الكبريت (S)	≤ 0.03	≤ 0.040

الخصائص الميكانيكية

1. صلابة. صلابة الفولاذ D2 تتراوح صلابة الفولاذ 4140 بين 60 و62 HRC بعد المعالجة الحرارية. على الرغم من أن الفولاذ 4140 يتمتع بصلابة عالية من خلال المعالجة الحرارية، إلا أنها أقل من صلابة الفولاذ D2. تتراوح صلابة الفولاذ 4140 المُخمَّد والمُقسّى بين 235 و578 HB، حسب درجة حرارة المعالجة.
2. قابلية التصلبD2 فولاذ مُقَسّى بالهواء، أي يُمكن تقسيته بالتبريد في الهواء، مما يُقلل التشوه. يتميز فولاذ 4140 بصلابة متوسطة. مع أنه يُمكن تقسيته بالهواء في قطاعات رقيقة، إلا أنه عادةً ما يُخَمَّد بالزيت عمليًا للتصليد التام.
3. الصلابةيتميز فولاذ D2 بمتانة ضعيفة. مع ذلك، يتمتع فولاذ 4140 بمتانة أفضل. تتأثر خصائص متانته بدرجة حرارة المعالجة؛ على سبيل المثال، عادةً ما يُتجنب المعالجة بين 230 و370 درجة مئوية (450 إلى 700 درجة فهرنهايت) لمنع الهشاشة الزرقاء.
4. مقاومة التآكل. يتمتع الفولاذ D2 بخصائص عالية للغاية يرتدي يمكن للفولاذ 4140 تحسين مقاومته للتآكل بشكل كبير من خلال معالجات التصلب السطحي مثل النترجة أو التصلب الحثي.
5. قابلية التصنيع. إن D2 لديه قابلية تصنيع ضعيفة، مع تصنيف قابلية تصنيع يبلغ 45، مقارنة بالفولاذ الكربوني 1%، والذي تم تصنيفه عند 100. يتمتع 4140 بقابلية تصنيع جيدة، وخاصة الإصدارات المعاد كبريتها مثل SAE 1140.
6. ثبات الأبعاديتعرض فولاذ D2 لتشوهات طفيفة أثناء المعالجة الحرارية. عند تبريده بالهواء، يتمدد أو ينكمش بمعدل 0.0005 بوصة لكل بوصة (0.0005 مم/مم). يتميز فولاذ 4140 بثبات أبعاد جيد بشكل عام، ولكنه، كغيره من أنواع الفولاذ، عرضة للتشوهات أثناء التبريد، خاصةً مع ارتفاع نسبة الكربون فيه، مما قد يزيد من احتمالية التشقق.

المعالجة الحرارية

• معالجة حرارية للفولاذ D2:
  • التلدين: إن عملية التلدين المناسبة تعتبر أمرا ضروريا لإمكانية التصنيع.
  • التصلب: عادةً ما يُصلَّب بالهواء. تتراوح درجات حرارة الأوستنيت بين 980 و1025 درجة مئوية (1800 و1875 درجة فهرنهايت).
  • التلطيف: عادةً ما يكون مُعالجًا بدرجات حرارة مزدوجة. يُمكن تحقيق أقصى صلابة عن طريق المعالجة بدرجات حرارة منخفضة (مثل ٢٠٠ درجة مئوية).
  • معالجة السطح: يمكن إجراء عملية النترتة الأيونية لزيادة صلابة السطح ومقاومة التآكل بشكل كبير.
• 4140 الفولاذ:
  • التطبيع: سخنيها إلى 845-925 درجة مئوية (1550-1700 درجة فهرنهايت) ثم قومي بتبريدها بالهواء.
  • التلدين: سخنيها إلى 830-870 درجة مئوية (1525-1600 درجة فهرنهايت) ثم برديها ببطء في الفرن.
  • الإطفاء: عادةً ما يُبرّد بالزيت عند درجة حرارة ٨٥٥ درجة مئوية (١٥٧٥ درجة فهرنهايت). تُوفّر الزيوت التقليدية والسريعة خصائص مكافئة لهذا الفولاذ. يُنتج التبريد بالزيت بنية مجهرية من المارتنسيت المُقسّى.
  • التلطيف: يمكن معالجته بدرجات حرارة تتراوح بين ٢٠٥ و٧٠٥ درجة مئوية (٤٠٠ و١٣٠٠ درجة فهرنهايت) لتحقيق القوة والصلابة المطلوبتين. ولا يُعالج عادةً بدرجات حرارة تتراوح بين ٢٣٠ و٣٧٠ درجة مئوية (٤٥٠ و٧٠٠ درجة فهرنهايت) لتجنب الهشاشة الزرقاء.
  • كروية: سخنيها إلى 760-775 درجة مئوية (1400-1425 درجة فهرنهايت)، اتركيها لمدة 4-12 ساعة، ثم برديها ببطء.
  • تصلب السطح: يُستخدم على نطاق واسع في عمليات التصليد بشعاع الإلكترون، والنترتة (مرحلتين ومرحلة واحدة)، والتصليد بالحث. يتميز هذا الفولاذ بأفضل خصائص النترتة بين الفولاذ منخفض السبائك المحتوي على الكروم، وذلك بفضل محتواه العالي من الكروم وتركيبته الخالية من النيكل.

التطبيقات

يُعد فولاذ D2 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب إنتاجًا طويل الأمد، ومقاومة عالية للتآكل، وثباتًا في الأبعاد. تشمل تطبيقاته الشائعة أدوات وقوالب القطع والختم، وقوالب وأدوات التثقيب، وعمليات التشكيل، وأدوات التشذيب.

فولاذ 4140 هو فولاذ هندسي متعدد الاستخدامات، مناسب للمكونات التي تتطلب صلابة متوسطة وقوة وصلابة جيدتين. تشمل تطبيقاته الرئيسية أعمدة الدفع، وأعمدة مكونات السيارات عالية الأحمال، والتروس في التطبيقات الحرجة، ومكونات محركات السيارات عالية الأحمال.

ملخص

يُستخدم فولاذ D2 في التطبيقات التي تتطلب مقاومة للتآكل وثباتًا للأبعاد. فولاذ 4140 هو فولاذ سبائكي متعدد الأغراض يوفر توازنًا جيدًا بين القوة والمتانة للمكونات الهيكلية والميكانيكية. ونظرًا لكونه فولاذ أدوات عالي الأداء، يتميز فولاذ D2 بتركيبة سبائكية معقدة، لذا فهو عادةً ما يكون أغلى من فولاذ سبائك 4140 الشائع.