الوقت المقدر للقراءة: 6 دقائق
النقاط الرئيسية
- الفولاذ H13 هو فولاذ أداة العمل الساخن المصنوع من الكروم 5%، المعروف بصلابته العالية ومتانته، وهو أمر ضروري لتطبيقات مختلفة.
- تشمل الخصائص الرئيسية مقاومة جيدة للتآكل، ومقاومة عالية للتلطيف، والقدرة على الحفاظ على الصلابة في درجات الحرارة العالية.
- تتراوح صلابة الفولاذ H13 من 40 إلى 56 HRC، مع قيم مثالية لأدوات الصب عادة ما تكون بين 44 إلى 48 HRC.
- تتضمن العوامل المؤثرة على صلابة H13 التركيب الكيميائي والمعالجة الحرارية ووجود الفاناديوم الذي يعزز مقاومة التآكل.
- تعمل عملية النترتة على تعزيز صلابة السطح بشكل كبير، حيث تصل إلى 1100 HV مع الحفاظ على قوة القلب الممتازة.
تعتبر صلابة الفولاذ H13 خاصية أساسية في تطبيقاته. فولاذ H13 هو كروم 5% (Cr) مستخدم على نطاق واسع فولاذ أداة العمل الساخن، المعروف أيضًا باسم 4Cr5MoSiV1، 1.2344، SKD61، بنسبة كربون تبلغ حوالي 0.4%. ينتمي إلى مجموعة H من فولاذ الأدوات، الذي يتميز بمقاومته للتليين في درجات الحرارة العالية.
وتشمل خصائصه ما يلي:
- صلابة ومقاومة للحرارة: يتميز H13 بصلابة حمراء جيدة، ويحافظ على صلابته ومتانته العالية في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مقاومًا للتليين الحراري. كما أن مقاومته العالية للتليين تسمح له بتحمل المعالجات السطحية عالية الحرارة دون فقدان كبير في صلابة اللب.
- مقاومة جيدة للتآكل: نظرًا لمحتواه من الفاناديوم، فإن H13 مقاوم جدًا للتآكل والتآكل، وخاصة في درجات الحرارة العالية.
- المتانة وقوة التأثير: تتمتع H13 بقوة تأثير ممتازة ومرونة جيدة.
- القدرة على التصلب العميق: وهو عبارة عن فولاذ شديد التصلب بالهواء، مما يسمح بتصلب الأقسام الكبيرة عن طريق التبريد بالهواء مع الحد الأدنى من الضغوط المتبقية.
- قابلية تصنيع جيدة: عند المعالجة بشكل صحيح، تتمتع H13 بتصنيف قابلية تصنيع يبلغ 70 مقارنة بالفولاذ الكربوني 1% المصنف بتصنيف 100. يرجى الرجوع إلى قابلية تصنيع الفولاذ للأدوات H13.
صلابة فولاذ الأدوات H13
بالنسبة لـ H13، قد تؤدي زيادة درجة حرارة التصلب إلى زيادة الصلابة المُقسّاة، لكن محاولة الحصول على صلابة عالية جدًا قد تؤدي إلى زيادة ضئيلة أو معدومة في الصلابة، مع انخفاض كبير في المتانة. في الممارسة العملية، يتم التوصل إلى حل وسط حيث تُقسّى القوالب إلى مستويات صلابة قريبة من الحد الأقصى، بحيث تظل تتمتع بمتانة كافية لتحمل الأحمال.
تعتبر عملية التلطيف ضرورية لضبط الصلابة، والأهم من ذلك، زيادة المتانة وتخفيف الضغوط الداخلية في الأدوات المقواة.
- بعد التبريد بالهواء، يتراوح مدى صلابة الفولاذ H13 بين 52–54 HRC.
- بعد التلطيف عند درجات حرارة مختلفة، تكون الخصائص الميكانيكية الطولية لقضبان الفولاذ H13 عند درجة حرارة الغرفة كما يلي:
| الصلابة (HRC) | درجة الحرارة (°م) | درجة الحرارة (°ف) |
| 52 | 527 | 980 |
| 50 | 555 | 1030 |
| 48 | 575 | 1065 |
| 46 | 593 | 1100 |
| 44 | 605 | 1120 |
- بالنسبة لأدوات الصب بالقالب، تتراوح صلابة العمل المثلى لـ H13 عادةً بين 44 و48 HRC. أما بالنسبة للأدوات التي تتطلب مقاومة للصدمات، فتتراوح بين 40 و44 HRC. يجمع H13 بين صلابة حمراء جيدة ومقاومة للتآكل ومقاومة للحرارة عند مستويات صلابة تتراوح بين 45 و50 HRC.
- تبلغ صلابة القلب النموذجية لـ H13 بعد النترتة حوالي ~45 HRC، مع صلابة سطحية تتجاوز 1000 HV (>70 HRC).
- عند استخدامه في عمليات البثق، تتراوح صلابة H13 بين 48 و52 HRC للقوالب والثقوب. أما في عمليات التشكيل بالطرق والتشكيل بالضغط الميكانيكي، فتتراوح صلابة قوالب H13 بين 47 و56 HRC.
العوامل المؤثرة على صلابة H13
هناك عاملان يؤثران على صلابة الفولاذ H13: التركيب الكيميائي وعملية المعالجة الحرارية.
تنبع صلابة H13 ومتانته ومقاومته للتآكل ومقاومة التصلب بشكل أساسي من عناصره السبائكية، وخاصةً الفاناديوم (V). مقارنةً بـ H11، يحتوي H13 على نسبة أعلى من الفاناديوم، مما يُعزز تشتت كربيدات الفاناديوم عالية الصلابة من النوع MC.
على المستوى المجهري، تعتمد صلابة H13 على عاملين: صلابة المصفوفة المارتنسيتية وكمية ونوع الكربيدات الموزعة فيها. أثناء عملية التصلب، يُعدّ الترسيب المشترك للكربيدات من نوع MC إلى جانب الكربيدات الغنية بالموليبدينوم (M6C) والكربيدات الغنية بالكروم (M23C6) العامل الرئيسي لتأثير التصلب الثانوي.
أثناء عملية المعالجة الحرارية لفولاذ H13، تبلغ درجة حرارة الأوستنيت القياسية حوالي 1030 درجة مئوية، مما يحدد كمية الكربون وعناصر السبائك التي يمكن إذابتها في المصفوفة الأوستنيتية. كلما كان الذوبان أكثر اكتمالًا، زادت صلابة المارتنسيت المتكون بعد الإخماد. يتميز H13 بمنحنى تلطيف مسطح نسبيًا، مما يُعطي قيم صلابة متشابهة عبر نطاق واسع من درجات الحرارة.
* جميع العينات مبردة بالهواء من ١٠٢٥ درجة مئوية (١٨٧٥ درجة فهرنهايت) ومُعتدلة لمدة ساعتين عند درجة حرارة AQ، مُخمَّدة. يُرجى مراجعة المعالجة الحرارية للفولاذ H13.
صلابة ومتانة الفولاذ H13
توجد علاقة عكسية ملحوظة بين الصلابة والمتانة. فبينما تُعزز زيادة الصلابة مقاومة القالب للتآكل والتشوه البلاستيكي، إلا أن ذلك يأتي حتمًا على حساب متانة الفولاذ. وتشير البيانات التجريبية إلى أنه مع زيادة صلابة فولاذ H13، تتناقص طاقة تأثيره على شكل حرف V (Charpy V-notch).
لذلك، في التطبيقات الهندسية العملية، يُنصح بتجنب السعي لتحقيق أقصى صلابة لـ H13. فالصلابة المفرطة تؤدي إلى انخفاض حاد في المتانة، مما يزيد بشكل كبير من خطر التشقق المبكر وتلف القالب.
بالنسبة للتطبيقات المعرضة لتأثيرات شديدة، مثل قوالب التشكيل الساخن، يوصى عمومًا بالتحكم في الصلابة عند الطرف الأدنى من النطاق الموصى به، على سبيل المثال، 40–44 HRC، لإعطاء الأولوية لمتانة القالب ومنع الكسر الهش.
تعزيز صلابة السطح: نتريد الفولاذ H13
بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب صلابة سطحية عالية جدًا، يُعدّ H13 مادةً مثاليةً للمعالجة بالنيتريد. ويكمن السبب الرئيسي لاستجابة H13 الجيدة لعملية النيتريد في محتواه العالي من الكروم (Cr).
النترتة هي عملية معالجة حرارية كيميائية تتضمن نشر النيتروجين على سطح الفولاذ، حيث يتحد مع عناصر السبائك، مثل الكروم، في الركيزة، لتكوين نيتريد كروم شديد الصلابة، مُكوّنًا طبقة واقية متينة. تشير البيانات إلى أن فولاذ H13 بعد النترتة يمكن أن يحقق صلابة سطحية تقترب من 1100 HV. تُترجم هذه الصلابة السطحية الاستثنائية مباشرةً إلى مقاومة فائقة للتآكل، مما يجعله مناسبًا للغاية لعمليات التشكيل عالية الحرارة ذات التآكل الشديد، مثل التشكيل بالطرق والبثق الساخن.
إلى جانب صلابته السطحية الاستثنائية، يتميز الفولاذ H13 بميزة مهمة أخرى أثناء عملية النترتة، ألا وهي استقرار قلبه. تتعرض العديد من درجات الفولاذ المختلفة لتليين ملحوظ في قلبه أثناء عملية النترتة عالية الحرارة، مما يؤدي إلى ضعف قوة الدعم. مع ذلك، يحافظ الفولاذ H13 على صلابة قلب ممتازة عند درجات حرارة النترتة، والتي عادةً ما تكون حوالي 45 HRC. هذا المزيج من طبقة سطحية عالية الصلابة وقلب عالي القوة يُمكّنه من تحمل الظروف القاسية التي تشمل التآكل الشديد والتعرض لصدمات شديدة أو أحمال وحدة عالية للغاية. كما يمنع الطبقة المتصلبة سطحيًا من التقشر بسبب انهيار المصفوفة.
