عيوب الفولاذ المُطروق والوقاية منه

شركتنا، أوبو ستيلتُورّد شركة "أونكتاد" بشكل رئيسي فولاذ الأدوات المطروق. ستناقش هذه المقالة المشاكل التي واجهناها أثناء تشكيل الفولاذ المطروق وكيفية تجنبها. عادةً، يتم تشكيل الفولاذ الدائري الذي يبلغ سمكه 70 مم أو أكثر. أما القضبان الأصغر من 70 مم، فتُدرَف على الساخن. يُستخدم التشكيل بالطرق للصفائح التي يبلغ سمكها 30 مم أو أكثر، بينما يُستخدم الدرفلة على الساخن للألواح التي يقل سمكها عن 30 مم.

عملية إنتاج فولاذ الأدوات المطروق

يُسكب الفولاذ السائل في قوالب السبائك ويُجمّد إلى سبائك فولاذية. يتراوح وزن سبائك فولاذ الأدوات عادةً بين 0.5 و10 أطنان. عند الحاجة إلى إعادة الصهر والتكرير، تُستخدم هذه السبائك كمادة أساسية لعمليات مثل إعادة الصهر بالكهرباء (ESR). ثم تُشكّل بواسطة آلة تشكيل. اقرأ المزيد عن ما هو ESR

يُطلق المهندسون على نسبة مساحة المقطع العرضي الأولية لسبيكة الفولاذ إلى مساحتها بعد التشكيل اسم "نسبة التشكيل". مع زيادة نسبة التشكيل، تُقسّم العملية البنية الدقيقة إلى حبيبات أدق، وتُزيل العيوب الصغيرة، مما يُحسّن المتانة والليونة. بشكل عام، بمجرد أن تتجاوز نسبة التشكيل 5، تُصبح المتانة شبه مُشبعة. ونعتبر نسبة التشكيل 5 الحد الأدنى للقيمة.

العيوب والوقاية منها

عيوب السبائك

1. الفصل العنصري

يحدث الفصل عندما يتوزع التركيب الكيميائي والشوائب في سبيكة الفولاذ بشكل غير متساوٍ أثناء التصلب. ويؤدي التبلور الانتقائي، وتغيرات الذوبانية، واختلاف الكثافة، وتغيرات معدل التدفق إلى هذا التوزيع غير المتساوي.

تذوب العناصر المختلفة بدرجات حرارة مختلفة في كلٍّ من الطورين الصلب والسائل. ويؤدي اختلاف تدرجات الحرارة إلى اختلاف التبلور. كما يؤدي الانكماش أثناء التصلب والتفاعلات الكيميائية إلى انفصال العناصر. وتؤدي هذه العوامل إلى توزيع غير متجانس للمكونات على المستويين الكبير والصغير.

يُسبب الفصل خصائص ميكانيكية غير متجانسة، وقد يؤدي إلى عيوب في التشقق. تؤدي عمليات التشكيل بالطرق، وإعادة التبلور، والانتشار بدرجات حرارة عالية، والمعالجة الحرارية بعد التشكيل إلى القضاء على الفصل الشجيري في سبائك الفولاذ. إلا أن الفصل النطاقي يقاوم القضاء عليه بالمعالجة الحرارية. ولا يمكن للمهندسين تجانسه إلا من خلال عمليات التشكيل المتكررة وتشويه السحب.

2. الادراج

المركبات غير المعدنية التي لا تذوب في المصفوفة المعدنية تُسمى شوائب غير معدنية. تشمل الشوائب غير المعدنية الشائعة الكبريتيدات والأكاسيد والسيليكات. يمكن تصنيف الشوائب إلى نوعين: داخلي وخارجي. تتكون الشوائب الداخلية أثناء الصهر والصب نتيجةً للتفاعلات الكيميائية. أما الشوائب الخارجية فتأتي من مصادر خارجية، مثل الرمل والمواد الحرارية وشظايا الأفران. يُضر وجودها بعملية التشكيل الساخن، كما يُضعف جودة القطعة المطروقة. تُعطل الشوائب استمرارية المعدن. تحت تأثير الإجهاد، تُسبب تركيزات إجهادية، تؤدي هذه التركيزات إلى شقوق مجهرية، وقد تُسبب فشلًا إجهاديًا في القطعة المطروقة.

3. الغازات والفقاعات

يُذيب الفولاذ السائل العديد من الغازات، بما في ذلك الهيدروجين والنيتروجين والأكسجين. ذائبيتها أعلى بكثير في الفولاذ السائل منها في الفولاذ الصلب. عندما تتصلب السبيكة، تُطلق معظم الغاز. مع ذلك، يبقى بعض الغاز داخل سطح السبيكة أو تحته، مُشكلاً فقاعات.

يمكن تشكيل الفقاعات داخل السبيكة ولحمها إذا ظلت مغلقة أو إذا ظلت جدرانها الداخلية غير مؤكسدة. في المقابل، غالبًا ما تُسبب الفقاعات الموجودة تحت السطح شقوقًا.

الغازات المتبقية الشائعة في سبائك الفولاذ هي الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين. يُكوّن الأكسجين والنيتروجين أكاسيدًا ونيتريدات أثناء تصلب الفولاذ. تُشكّل هذه المركبات شوائب. يُعدّ الهيدروجين الغاز الأكثر ضررًا في الفولاذ.

4. تجويف الانكماش والمسامية

أثناء تصلب السبيكة، يحدث انكماش فيزيائي، وتتشكل فراغات في بعض المناطق دون تجديد الفولاذ السائل. يظهر تجويف انكماش في المركز المحوري لرأس السبيكة، حيث يحدث التصلب أخيرًا؛ وهذا العيب لا مفر منه لأن الفولاذ السائل لا يستطيع ملء الفراغ. يؤثر هيكل القالب وعملية الصب على حجم التجويف وموقعه، وقد يؤدي قالب غير مناسب أو عزل علوي رديء إلى امتداد تجويف ثانوي (أنبوب) إلى جسم السبيكة.

عادةً ما يقطع الحدادون تجويف الانكماش والرافعة أثناء التشكيل، لأنه في حال تركهما، لا يمكن لحامهما، مما يتسبب في تشققات داخلية وتكسير. تتشكل المسامية من فجوات بين الحبيبات ناتجة عن انكماش التصلب النهائي، ومن مسام دقيقة ناتجة عن ترسب الغاز. تتسع هذه المسام في مناطق الفصل، وتبقى على شكل ثقوب صغيرة في المناطق الشجيرية، مما يقلل من كثافة السبيكة، ويعطل استمرارية المعدن، ويقلل من الخواص الميكانيكية للقطعة المطروقة. نتيجةً لذلك، يجب على الحدادين إحداث تشوهات كبيرة أثناء التشكيل لإزالة المسامية.

التشكيل غير السليم

1. تشققات التشكيل الناتجة عن التسخين غير السليم

يؤدي التسخين الزائد أو غير المتساوي إلى ارتفاع درجة حرارة التشكيل أو احتراقه محليًا أو ككل، مما يتسبب في خشونة الحبوب وأكسدة حدود الحبوب أو ذوبانها، مما يؤدي إلى تشقق التشكيل أو تشقق السطح؛
إذا كان معدل التسخين سريعًا جدًا، فإن الفرق في درجة الحرارة بين السطح والجزء الداخلي من التشكيل يكون كبيرًا جدًا، مما يؤدي إلى إجهاد حراري كبير ويسبب التشقق؛
لنفترض أن درجة حرارة التسخين منخفضة جدًا أو مدة التثبيت قصيرة جدًا. في هذه الحالة، يكون فرق درجة الحرارة بين الداخل والخارج كبيرًا، مما يؤدي إلى إجهاد حراري كبير. يؤدي هذا الإجهاد إلى تشققات مركزية أو عرضية على حواف أو أسطح التشكيل المسطحة، وذلك بسبب مقاومة التشوه العالية وانخفاض اللدونة.

2. الشقوق الناتجة عن تشوه التشكيل غير السليم

إذا كانت قوة الطرق شديدة جدًا، أو كان مقدار التشوه كبيرًا جدًا في ضربة واحدة، أو كانت سرعة التشوه سريعة جدًا، فسيزداد إجهاد الشد الداخلي بسبب الاختلاف الكبير في التشوه بين سطح ونواة التشكيل. وهذا يُعرِّض لتكوين شقوق متقاطعة في الواجهات الداخلية أو الأمامية والخلفية. قد يؤدي التشوه الكبير والمفرط إلى ارتفاع درجة حرارة النواة وارتفاع درجة حرارتها، مما يؤدي إلى التشقق.

3. تأثير درجة حرارة التشكيل النهائية غير المناسبة على جودة التشكيل

تؤثر درجة حرارة التشكيل النهائية بشكل مباشر على جودة قوالب التشكيل. إذا كانت مرتفعة جدًا، ستستمر الحبيبات في النمو أثناء عملية التبريد، مما يُقلل من الخواص الميكانيكية للفولاذ. أما إذا كانت منخفضة جدًا، وفي ظل ضعف اللدونة عند درجات الحرارة المنخفضة، فقد تُسبب ضربات المطرقة المفرطة تشققات فورية في التشكيل. بشكل عام، يجب أن تكون درجة حرارة التشكيل النهائية أعلى بقليل من درجة حرارة الأرجون أو الأرجون لضمان حدوث التشكيل في منطقة أحادية الطور ذات لدونة وحالة إجهاد متجانسة نسبيًا.

4. تأثير التبريد غير السليم على جودة الأجزاء المزورة

بعض أنواع الفولاذ المستخدمة في أدوات العمل الباردة، مثل فولاذ الأدوات D3تتميز هذه الفولاذات بمحتوى سبائك عالٍ ونفاذية جيدة. ويمكنها أن تخضع للتحول المارتنسيتي عند تبريدها بالهواء من درجات حرارة عالية. وتحت تأثير الإجهاد الداخلي والإجهاد المتبقي الناتج عن التشوه، تكون هذه الفولاذات عرضة للتشقق الطولي إذا لم تُبرّد ببطء بعد التشكيل. وبالنسبة لهذه الفولاذات، تُعد طرق التبريد البطيء، مثل التبريد بالرمل، والتبريد بالرماد، والتبريد بالفرن، أو التلدين الفوري بعد التشكيل، ضرورية.

5. ظهور بقع بيضاء بعد التشكيل

يحدث هذا في المقام الأول في الوحدات ذات المقطع الكبير والمنخفضة السبائك متوسطة الكربون، مثل فولاذ الأدوات 1.2714، وأحيانًا أيضًا في الفولاذ منخفض الكربون متوسط السبائك المُصلَّد بالترسيب. السبب الرئيسي هو وجود كمية زائدة من الهيدروجين في الفولاذ، إلى جانب التبريد السريع في درجات حرارة منخفضة (150-250 درجة مئوية) بعد التشكيل، مما يؤدي إلى كسر هش وتكوين بقع بيضاء (تشققات) في الفولاذ. يُضعف وجود البقع البيضاء الخواص الميكانيكية للفولاذ، وقد يؤدي إلى تشققات إخماد. في حال اكتشاف بقع بيضاء، يجب زيادة نسبة التشكيل، وإعادة تشكيل المقطع الكبير إلى مقطع أصغر لمحاولة لحام الشقوق معًا. وإلا، يجب رفض الفولاذ ذي البقع البيضاء.

نبذة عن الفولاذ المزور من شركة Aobo Steel

تتمتع شركة Aobo Steel بخبرة تزيد عن عشرين عامًا في إنتاج فولاذ الأدوات المطروقة، وتقع في هوانغشي، وهي المصدر الرئيسي لفولاذ القوالب في الصين. نتمتع بخبرة واسعة في إنتاج فولاذ الأدوات الشائع، مثل: فولاذ الأدوات D2 , فولاذ الأدوات D3 , فولاذ الأدوات A2 , فولاذ الأدوات H11 , فولاذ الأدوات H13 , وغيرها. كما نمتلك القدرة على البحث والتطوير لفولاذ الأدوات المُخصص.