الوقت المقدر للقراءة: 6 دقائق
النقاط الرئيسية
- H13 و P20 هما نوعان مختلفان من الفولاذ: H13 هو فولاذ أداة العمل الساخنة، و P20 هو فولاذ قالب البلاستيك.
- يوفر H13 استقرارًا حراريًا فائقًا ومقاومة للتآكل، بينما يتميز P20 بسهولة التصلب المسبق وسهولة التشغيل.
- يختلف التركيب الكيميائي بشكل كبير؛ حيث يحتوي H13 على المزيد من الكروم والموليبدينوم والفاناديوم مقارنة بـ P20.
- يتطلب H13 معالجة حرارية معقدة لتحسين الأداء؛ ويتم توفير P20 عادةً مقوى مسبقًا للتصنيع الفوري.
- اختر H13 للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية والمتانة؛ واختر P20 لإنتاج قوالب قابلة للتصنيع بتكلفة فعالة.
جدول المحتويات
H13 وP20 نوعان من الفولاذ شائعا الاستخدام في تصنيع الأدوات والقوالب، لكنهما يختلفان اختلافًا كبيرًا. H13 هو فولاذ أدوات العمل الساخن، بينما P20 هو فولاذ قوالب البلاستيك. على الرغم من استخدامهما على نطاق واسع في صناعة الأدوات، إلا أنهما يختلفان اختلافًا واضحًا في تركيبهما الكيميائي الأساسي وخصائصهما الحرارية وبيئات الاستخدام المثلى. لذلك، يجب اختيار المواد بناءً على التطبيق المحدد، لأن ذلك يؤثر بشكل مباشر على أداء القالب وعمر الخدمة وفعاليته من حيث التكلفة.
الهوية الأساسية والتصنيف
فولاذ الأدوات H13, ، المعروف باسم فولاذ أداة العمل الساخن, هو فولاذ عالي السبائك يحتوي على الكروم 5% (Cr)، مصمم خصيصًا للتطبيقات التي تتطلب تشغيلًا متكررًا في درجات حرارة عالية وأحمال ثقيلة. بعد المعالجة الحرارية المناسبة، يمكن أن يحقق H13 قوة شد تتجاوز 2070 ميجا باسكال (أو 300 كيلو باسكال). وهو مناسب جدًا لتطبيقات مثل قوالب الصب، والتشكيل بالحرارة، والبثق بالحرارة. يُعرف H13 أيضًا بأسماء دولية أخرى، بما في ذلك DIN 1.2344 أو UNS T20813.
فولاذ P20 هو فولاذ قوالب منخفض الكربون، يُستخدم كمادة متخصصة في تصنيع القوالب، وخاصةً قوالب البلاستيك. من أهم خصائص P20 أنه عادةً ما يُعالَج مُسبقًا في المصنع ويُسلَّم في حالة "مُقَسَّاة مسبقًا"، بصلابة مُحددة، تتراوح عادةً بين 28 و40 HRC. قيمة الصلابة الأكثر شيوعًا هي 32 HRC. يُمكن لمُصنِّعي القوالب الذين يتلقون هذه المادة تجاوز خطوة المعالجة الحرارية والانتقال مباشرةً إلى التشغيل الآلي، مما يُوفر راحةً كبيرة. يُستخدم P20 ودرجة DIN 1.2311 المُكافئة له على نطاق واسع في إنتاج قوالب حقن البلاستيك، ويُستخدمان أحيانًا في قوالب صب الزنك.
مقارنة التركيب الكيميائي
وبالمقارنة مع P20، يظهر H13 اختلافات كبيرة في التركيب الكيميائي، حيث يحتوي على مستويات أعلى من الكروم (Cr)، والموليبدينوم (Mo)، والفاناديوم (V).
| عنصر السبائك | H13 (المدى النموذجي، wt%) | P20 (المدى النموذجي، wt%) | الدور والتأثير |
| الكربون (C) | 0.32% إلى 0.45% | 0.28% إلى 0.40% | صلابة القاعدة والقدرة على القوة. |
| الكروم (Cr) | 4.75% إلى 5.50% | 1.40% إلى 2.00% | عنصر السبائك الأساسي الذي يوفر القدرة على التصلب ومقاومة التلطيف. |
| الموليبدينوم (Mo) | 1.10% إلى 1.75% | 0.30% إلى 0.55% | يساهم في التصلب الثانوي ومقاومة الحرارة. |
| الفاناديوم (V) | 0.80% إلى 1.20% | غائب/منخفض عادة | المميز الرئيسي: يؤدي محتوى V العالي إلى إنتاج كربيدات الفاناديوم الصلبة لتحسين مقاومة التآكل. |
متطلبات المعالجة الحرارية والبنية الدقيقة
الميزة الأهم لـ P20 هي أنه يُورَّد عادةً في حالة مُصلَّبة مسبقًا، حيث تصل صلابته إلى ما بين 30 و40 HRC عند خروجه من المصنع. عادةً، لا يحتاج مُصنِّعو القوالب الذين يتلقون مادة P20 إلى معالجة حرارية إضافية عالية الحرارة، ويمكنهم الانتقال مباشرةً إلى التشغيل الآلي. هذا يُبسِّط عملية التصنيع بشكل كبير. والأهم من ذلك، أنه يتجنب التشوهات المحتملة والتغيرات في الأبعاد التي قد تحدث أثناء المعالجة الحرارية النهائية، مما يجعله مناسبًا للغاية لتصنيع القوالب الدقيقة. وبالطبع، يمكن أيضًا تقوية P20 بعد التشغيل الآلي عند الحاجة. على سبيل المثال، عند استخدامه في قوالب البلاستيك، يُعرَّض أحيانًا للكربنة لتحقيق صلابة سطحية تصل إلى 65 HRC. ومع ذلك، فإن مقاومته للتليين أثناء المعالجة الحرارية عالية الحرارة منخفضة نسبيًا.
المعالجة الحرارية لفولاذ H13 أكثر تعقيدًا بكثير، إلا أنها ضرورية لتحقيق أدائه المتميز في درجات الحرارة العالية. يتميز H13 بصلابة هوائية عميقة. حتى القوالب ذات المقاطع العرضية الكبيرة يمكن تبريدها باستخدام التبريد الهوائي، مما يساعد على تقليل الإجهادات المتبقية الناتجة عن التبريد. لتحقيق أقصى قدر من المتانة وإطالة عمر الأداة، يخضع H13 لدورات تطبيع متعددة. تتضمن العملية النموذجية التطبيع عند درجة حرارة 1020 درجة مئوية (1800 درجة فهرنهايت)، تليها دورتا تطبيع عند درجة حرارة 610 درجة مئوية (1130 درجة فهرنهايت). يخفف هذا التطبيع عالي الحرارة الإجهادات بشكل كامل ويثبت خصائص البنية الدقيقة، مما يجعله مناسبًا جدًا للتطبيقات عالية الحرارة.
فولاذ H13 عرضة لإزالة الكربون أثناء المعالجة الحرارية. على سبيل المثال، أثناء التطبيع عند درجة حرارة تتراوح بين 1040 و1065 درجة مئوية، يحدث إزالة كربون شديدة على سطح H13، مما يجعله عرضة للتشقق. لذلك، عند إجراء معالجات حرارية، مثل التلدين والتبريد، على H13، يجب إجراؤها في جو واقٍ - مثل استخدام أفران التفريغ، أو أفران الأجواء الخاملة، أو أفران حمامات الملح المحايدة - لمنع إزالة الكربون.
مقارنة الأداء والتطبيق
تؤدي حالات المعالجة الحرارية والتراكيب المميزة إلى خصائص أداء مختلفة جدًا:
| ملكية | H13 (معالج حرارياً، صلابة عالية) | P20 (مُصلَّى مسبقًا، صلابة متوسطة) | بصيرة |
| الصلابة النموذجية | 45–54 HRC | 28–40 HRC | يعمل H13 بمستويات قوة أعلى. |
| المقاومة الحرارية | صلابة حمراء عالية؛ تحافظ على القوة في درجات الحرارة المرتفعة (حتى 650 درجة مئوية أو أعلى) | مقاومة منخفضة إلى متوسطة للتليين | يعتبر H13 متفوقًا في تطبيقات العمل الساخن الحقيقية. |
| مقاومة التآكل | جيد/مرتفع، بسبب الكربيدات V | من منخفض إلى متوسط. يمكن تحسينه بشكل ملحوظ عن طريق التكرير. | يتميز H13 بمقاومة عالية للتآكل؛ ويعتمد P20 على المعالجة السطحية للتطبيقات الكاشطة. |
| قابلية التصنيع | يعتبر P20 أسهل في التصنيع بشكل عام، وخاصة في حالة التصلب المسبق. | ممتاز/جيد جدًا (يعتبر غالبًا الفولاذ القالب الأسهل في التشكيل) | يعتبر P20 أسهل في التصنيع بشكل عام، وخاصة في الحالة المقواة مسبقًا. |
| قابلية التلميع | ممتاز، وخاصةً عند تحسينه باستخدام تقنية ESR (يستخدم في تشطيبات المرايا/عدسات السيارات) | قابلية تلميع ممتازة، على الرغم من أنه قد يتم تفضيل المتغيرات المتخصصة P20 للتشطيبات الحرجة | يوفر كلاهما قابلية عالية للتلميع لتطبيقات القوالب. |
ملخص معايير الاختيار
وببساطة، يعتمد الاختيار بين H13 وP20 في المقام الأول على درجة حرارة التشغيل وأولويات التصنيع.
يتميز H13 بثبات حراري استثنائي، وخصائص تصلب ثانوية، ومقاومة عالية للتآكل. إذا كان تطبيقك يستوفي الشروط التالية، فإن H13 هو الخيار الأنسب: درجات حرارة تشغيل عالية، ودورات حرارية متكررة، ومتطلبات قوة عالية في قلب القالب.
إذا كنتَ تُولي أولويةً لقابلية تشغيل استثنائية وتشوهات طفيفة بعد التشغيل باستخدام مواد مُصلَّبة مسبقًا، فإن P20 يُقدِّم الحل الأمثل من حيث التكلفة. يُستخدم P20 بشكل أساسي في قوالب حقن البلاستيك أو صب السبائك منخفضة درجة الانصهار، مثل سبائك الزنك.
