كتالوج الفولاذ عالي السرعة

انقر على أي منتج لعرض التفاصيل

ما هو الفولاذ عالي السرعة

فولاذ الأدوات عالي السرعة (HSS) هو سبيكة حديدية معقدة، مصممة خصيصًا لتصنيع المواد بسرعات قطع عالية. عند استخدامه في قطع المعادن عالي السرعة، تتولد درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى فقدان الفولاذ العادي صلابته وقدرته على القطع. مع ذلك، لا يفقد فولاذ الأدوات عالي السرعة صلابته، حتى عند تسخينه إلى درجات حرارة قريبة من الأحمر، ويحافظ على صلابة قطع جيدة.

عناصر التركيب والسبائك

تتكون فولاذات الأدوات عالية السرعة بشكل أساسي من الكربون، والكروم، والفاناديوم، والموليبدينوم، والتنغستن، أو مزيج منها، وأحيانًا كميات كبيرة من الكوبالت. يتراوح إجمالي محتوى السبائك في فولاذات السرعة العالية عادةً بين 20% و40%. تحتوي جميع فولاذات السرعة العالية، سواءً من نوع الموليبدينوم أو التنغستن، على حوالي 4% من الكروم. تُعد عناصر السبائك المختلفة في فولاذات السرعة العالية العوامل الأساسية التي تحدد قابليتها للتصلب، ومقاومتها العالية للتآكل، ومقاومة التليين الحراري، ومتانتها الممتازة، مما يجعلها مثالية لعمليات القطع الصناعية.

تشمل عناصر السبائك الرئيسية وتأثيراتها ما يلي:

• التنجستن (W)تحتوي سلسلة T من الفولاذ عالي السرعة على تنغستن يتراوح تركيزه بين 12% و20%، بالإضافة إلى الكروم والفاناديوم والكوبالت كعناصر سبائك رئيسية أخرى. يُعد التنغستن عنصرًا قويًا جدًا لتشكيل الكربيد، وتُنتج إضافته بكميات كبيرة كميات كبيرة من كربيدات السبائك المستقرة في درجات الحرارة العالية، مما يزيد بشكل كبير من مقاومة التآكل و"الصلابة الحمراء". يحتوي أحد الأصناف الشائعة المبكرة، 18-4-1 (T1)، على حوالي 18% من التنغستن.
• الموليبدينوم (Mo)تحتوي سلسلة M على ما يقارب 3.5% إلى 10% من الموليبدينوم، بالإضافة إلى الكروم والفاناديوم والتنغستن والكوبالت كعناصر سبائك أخرى. الموليبدينوم، مثل التنغستن، مُشكِّل كربيد قوي، ويُساهم بشكل كبير في مقاومة التصلب والحفاظ على صلابة عالية في درجات حرارة القطع (صلابة حمراء). تتميز أنواع الموليبدينوم عمومًا بانخفاض تكلفتها، ومقاومتها العالية للتآكل، وتشوهاتها الأقل في المعالجة الحرارية مقارنةً بفولاذ سلسلة T.
• الكروم (Cr)تحتوي جميع أنواع الفولاذ عالي السرعة على حوالي 4% من الكروم. يُكوّن الكروم كربيدات (مثل M23C6 وM7C3) تذوب بسهولة وتُذاب في المحلول عند درجات حرارة المعالجة الحرارية المعتادة، مما يُعزز قابلية التصلب. كما يُحسّن مقاومة التقشر عند درجات حرارة التشغيل العالية.
• الفاناديوم (V)يختلف محتوى الفاناديوم في الفولاذ عالي السرعة (HSS)، وعادةً ما يزداد محتوى الكربون مع زيادة محتوى الفاناديوم. الفاناديوم مُشكِّل كربيد قوي جدًا، ويُشكِّل كربيدات MC شديدة الصلابة ومقاومة للتآكل. تُوفر زيادة الفاناديوم مقاومة أكبر للتآكل وصلابة أعلى في درجات الحرارة العالية. كما يعمل كربيد الفاناديوم كعامل تنقية للحبيبات.
• الكوبالت (Co)يُضاف الكوبالت إلى بعض درجات الفولاذ عالي السرعة (HSS) لتحسين قابلية القطع، وهو عنصر سبك رئيسي في بعض أنواع الفولاذ من سلسلتي T وM. يتمثل تأثيره الرئيسي في زيادة الصلابة الساخنة، مما يُحسّن كفاءة القطع عند الوصول إلى درجات حرارة عالية للأداة أثناء القطع. يرفع الكوبالت درجة الانصهار، ويمكنه زيادة درجات حرارة المعالجة الحرارية. في حين أنه يزيد الصلابة الحمراء، إلا أن إضافات الكوبالت تزيد قليلاً من هشاشة فولاذ الأدوات عالي السرعة. لا يُكوّن الكوبالت كربيدات، ولكنه يُعزز تأثير التصلب بالترسيب لعناصر السبائك الأخرى.
• الكربون (C)يُعدّ المحتوى العالي من الكربون أساسيًا لإنتاج مصفوفة مارتنسيتية صلبة وتشكيل الكربيدات الأولية، وكلاهما يوفر مقاومة للتآكل. يتراوح محتوى الكربون عادةً بين 0.70% و1.5%. تتميز الدرجات منخفضة الكربون بمتانتها، بينما تتميز الدرجات عالية الكربون بصلابة ومقاومة أعلى للتآكل.
• النيتروجين (N)يوجد النيتروجين عادةً في الفولاذ عالي الصلابة المنصهر بالهواء بكميات تتراوح بين 0.02% و0.03%. زيادة النيتروجين عمدًا إلى 0.04-0.05% مع زيادة السيليكون قد تزيد قليلاً من أقصى صلابة مُقسّاة ممكنة، وتُغيّر شكل الكربيد.

المعالجة الحرارية

1. الأوستنيتعند تسخين الفولاذ عالي السرعة إلى حوالي 840 درجة مئوية، يتحول الفريت إلى أوستينيت، وقد تذوب بعض كربيدات السبائك. عند التسخين إلى 1120 درجة مئوية أو أكثر، تذوب جميع كربيدات M23C6، وقد يذوب أيضًا ما يصل إلى 50% من كربيدات M6C وMC. يؤدي هذا إلى إذابة الكربون في مصفوفة الأوستينيت، مما يوفر محتوى السبائك والكربون اللازمين للصلابة، والصلابة الحرارية، ومقاومة التصلب.
2. إخمادبعد عملية الأوستنيت، يُمكن تبريد الفولاذ عالي السرعة في الهواء الساكن حتى يصل إلى أقصى صلابة تقريبًا، ولكن غالبًا ما يُبرّد في زيت دافئ لإزالة الحرارة بشكل أسرع والحصول على مستويات صلابة أعلى. يُحوّل التبريد معظم الأوستينيت عالي الكربون إلى مارتنسيت، ولكن قد يبقى بعض الأوستينيت.
3. التقسيةتتكون البنية الدقيقة النهائية بعد المعالجة الحرارية بشكل أساسي من مارتنسيت مُعالج وكربيدات صلبة موزعة جيدًا. يُعد الفولاذ عالي السرعة فولاذًا ثانويًا للتصلب. يمكن للمعالجة الحرارية المتعددة تحويل الأوستينيت المتبقي إلى مارتنسيت.

ملكيات

1. صلابةالصلابة هي مقاومة الاختراق بواسطة مثقب صلب كالماس، تُقاس في درجة حرارة الغرفة. يحتوي الفولاذ عالي السرعة عادةً على كمية كافية من الكربون تسمح بالتصلب حتى 64 HRC. عادةً ما تُعالج الفولاذ عالي السرعة للأغراض العامة، مثل M1 وM7، حراريًا حتى 64-66 HRC، بينما يصل الفولاذ عالي السرعة المحتوي على الكوبالت عادةً إلى 65-67 HRC. يمكن معالجة الفولاذ فائق السرعة، وخاصةً سلسلة M40، حراريًا حتى 70 HRC.
2. صلابة ساخنة (صلابة حمراء)هذه هي قدرة الفولاذ على الاحتفاظ بصلابة عالية عند درجات حرارة مرتفعة. وتزداد هذه الصلابة بشكل رئيسي بفضل الكوبالت والفاناديوم والموليبدينوم. وتحافظ أدوات الفولاذ عالي السرعة (HSS) على حافة قطع حادة حتى درجات حرارة تصل إلى حوالي 650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت).
3. مقاومة التآكلهذه هي مقاومة التآكل. وتتأثر بشدة بصلابة المصفوفة وتركيبها، وكربيدات السبائك الثانوية المترسبة (M2C وMC)، وحجم وطبيعة كربيدات السبائك الزائدة. تؤدي الصلابة العالية عمومًا إلى مقاومة تآكل أعلى، خاصةً في ظروف القطع الكاشطة.
4. الصلابةيتميز الفولاذ عالي السرعة (HSS) عمومًا بمتانة جيدة تُمكّنه من الاستخدام الفعال في عمليات القطع الصناعية. وهو أكثر صلابة بشكل ملحوظ من مواد الكربيد، خاصةً في تطبيقات القطع المتقطع. ومع ذلك، فإن صلابته العالية جدًا ومحتوى الكربيد العالي يُقللان من المتانة مقارنةً بأنواع فولاذ الأدوات الأخرى. يُحسّن الفولاذ عالي السرعة (HSS) من نوع P/M من المتانة بفضل توزيع الكربيد الموحد والدقيق.
5. قابلية التصلب. تتصلب HSS بشكل عميق لدرجة أن أي قسم يتم التعامل معه تجاريًا سيكون له صلابة موحدة من المركز إلى السطح.

التصنيفات

هنا، نستخدم معهد الحديد والصلب الأمريكي (AISI) التصنيف.

1. سلسلة T (فولاذ التنغستن عالي السرعة للأدوات): تحتوي هذه الفولاذات على تنغستن يتراوح بين 12% و20%، ويُرمز لها بالحرف "T". يُعدّ الفولاذ T1، المعروف أيضًا باسم 18-4-1 (18% W، 4% Cr، 1% V)، مثالًا كلاسيكيًا. لا يحتوي النوع T1 على الموليبدينوم أو الكوبالت. تتراوح أنواع التنغستن القائمة على الكوبالت من T4 إلى T15، وتحتوي على كميات متفاوتة من الكوبالت.
2. سلسلة M (فولاذ الموليبدينوم عالي السرعة للأدوات): تحتوي هذه الفولاذ على ما يقارب 3.5% إلى 10% من الموليبدينوم، ويُرمز لها بالحرف "M". تتميز فولاذات سلسلة M عمومًا بتكلفة أقل ومقاومة أعلى للتآكل وتشوهات أقل في المعالجة الحرارية مقارنةً بفولاذات سلسلة T. تشمل أنواع فولاذ الموليبدينوم الشائعة للأغراض العامة M1 وM2 وM7.

الطلاءات

يمكن طلاء فولاذ الأدوات عالي السرعة بنتريد التيتانيوم وكربيد التيتانيوم ومواد طلاء أخرى باستخدام تقنيات الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD) لتحسين الأداء وزيادة عمر الأداة. يُفضل الترسيب الفيزيائي للبخار على عملية الترسيب الكيميائي للبخار (CVD) القديمة في الفولاذ عالي السرعة (HSS) لأنه يعمل في درجات حرارة منخفضة، ويلغي الحاجة إلى المعالجة الحرارية اللاحقة.

التطبيقات

تُستخدم فولاذات الأدوات عالية السرعة على نطاق واسع في معظم أنواع أدوات القطع الشائعة. وتشمل هذه:

• أدوات مخرطة ذات نقطة واحدة (بتات الأدوات، أدوات القطع، الإدخالات).
• المثاقب، والمثاقب، والصنابير، وقواطع الطحن، ومطاحن النهاية، والمواقد، والمناشير، والمثاقب.
• أدوات للقطع الثقيلة أو التشغيل عالي السرعة.
• أدوات النموذج.
• قوالب التشكيل الساخن، والقطع الدقيق، وتطبيقات التشكيل الساخن والبارد الأخرى.
• تطبيقات المحامل (على سبيل المثال، المحامل الفضائية).
• المكونات الهيكلية عالية الأحمال وعالية درجة الحرارة.
• أدوات خاصة تتطلب خصائص محددة، مثل تقطيع الخطوط الحلزونية في قطع غيار ناقل الحركة في الشاحنات.

التعليمات