كيفية المعالجة الحرارية الصحيحة لفولاذ D2

المعالجة الحرارية فولاذ D2 تتضمن عادةً ثلاث خطوات أساسية: التسخين (الأوستنيتية), التبريد السريع (إخماد)، وإعادة التسخين إلى درجة حرارة أقل (التلطيف). At each stage, precise control of time and temperature is crucial for achieving the desired خصائص الفولاذ D2 and microstructure.

خطوات المعالجة الحرارية النوعية لفولاذ الأدوات D2

1. التحضير و التسخين المسبق

يجب إزالة الشحوم من الفولاذ D2 قبل المعالجة الحرارية لمنع تغير اللون الناتج عن الزيوت الموجودة على سطح الفولاذ.¹ إن وضع فولاذ D2 في جو محايد مُتحكم به، أو في فراغ، أو في فرن ملح محايد، ولفّه بورق فولاذ مقاوم للصدأ، يمنع إزالة الكربون أثناء المعالجة الحرارية. يُعد هذا التحضير مهمًا بشكل خاص لقطع فولاذ D2 الصغيرة.

بعد تطبيق حماية السطح، يجب إجراء تسخين مسبق (غير مُقَسّى) على فولاذ D2 قبل المعالجة الحرارية الرسمية، خاصةً عند إزالة كمية كبيرة من المادة (أكثر من 30-50% من الكتلة الأولية). يهدف التسخين المسبق إلى تقليل خطر التشوه والتشقق أثناء المعالجة الحرارية اللاحقة.

خطوات التسخين المسبق هي كما يلي: سخّن فولاذ D2 ببطء وبشكل متساوٍ إلى 1200-1250 درجة فهرنهايت (649-677 درجة مئوية). انقعه في هذه الدرجة لمدة ساعة إلى ساعتين لكل بوصة (25.4 مم) من السُمك. ثم برّده ببطء إلى درجة حرارة الغرفة في الفرن.

يُفضّل البدء بتسخين فولاذ D2 من فرن بارد، إذ يسمح ذلك بعملية تسخين أبطأ وأكثر انتظامًا. إذا سُخّن الفرن مسبقًا إلى درجة حرارة التسخين المسبق، نوصي بوضع مادة D2 فوق الفرن للتسخين المسبق لمنع الانكماش البارد وتقليل الصدمة الحرارية، وبالتالي تقليل التشقق.

2. الأوستنيت (التصلب)

هذه هي الخطوة الثانية في عملية المعالجة الحرارية. تُحوّل عملية الأوستنيت بنية الفريت-البيرلايت إلى أوستنيت، وتُذيب جزءًا كبيرًا من الكربيدات. يعتمد فولاذ D2 على إذابة كربيدات سبائك معقدة مختلفة أثناء عملية الأوستنيت لتطوير خصائصه.

The temperature range for this step is 980–1025°C (1796–1877°F), and the soak time is typically 45-60 minutes per inch (1.8-2.4 minutes/mm) of thickness. For items under 1 inch (25.4 mm) thick, a minimum soaking time of 45-60 minutes is recommended. Over-soaking or over-heating can destroy the molecular structure and cause brittleness, while under-soaking leads to insufficient hardness.

3. إخماد

بعد النقع، يُبرَّد الفولاذ بسرعة إلى درجة حرارة أقل من درجة حرارة التحول، مما يُنتج بنية مارتنسيتية صلبة. أما الإخماد فهو الخطوة الثالثة.

D2 is an air-hardening tool steel, and air quenching is the preferred method for quenching this type of steel. Air quenching can significantly reduce deformation and dimensional changes. However, for very large cross-sections, air cooling alone may not achieve full hardness; in such cases, oil quenching or agitated salt baths may be considered to ensure proper transformation.

في حال اختيار التبريد الهوائي، أخرج قطعة العمل D2 من الفرن واتركها تبرد طبيعيًا حتى تصل درجة حرارتها إلى حوالي 66 درجة مئوية (150 درجة فهرنهايت). من الضروري إبقاء القطعة مغلقة داخل غلافها المعدني حتى تختفي الحرارة الحمراء المرئية تمامًا لمنع ملامستها للهواء الجوي.

إذا كان التقويم مطلوبًا، فيجب إجراؤه عند درجة حرارة أعلى من 400 درجة فهرنهايت (205 درجة مئوية).

4. التقسية

التطبيع (أو السحب) هو معالجة حرارية للفولاذ المُصلد لتحسين صلابته ومرونته، وتخفيف الضغوط الداخلية، وتحقيق الخواص الميكانيكية المطلوبة. يُحوّل هذا التطبيع المارتنسيت المُخمّد إلى مارتنسيت مُخمّد. المارتنسيت المُخمّد صلب جدًا ولكنه هشّ أيضًا، وبدون التطبيع، يكون عرضة للتشقق. كما يُحسّن التطبيع بنية الحبيبات.

يجب أن يتم إجراء عملية التلطيف فورًا بعد التبريد، بمجرد أن تصل الأجزاء إلى درجة حرارة 125-150 درجة فهرنهايت (52-65 درجة مئوية).

نوصي بالتسخين المزدوج لـ D2، أو حتى بالتسخين الثلاثي، لتحسين مقاومة التآكل وتخفيف الضغط. درجة حرارة التسخين الأولى هي 960 درجة فهرنهايت (515 درجة مئوية)، مع مدة نقع ساعتين لكل بوصة (25 مم) من المقطع العرضي. يجب الانتظار حتى تنخفض درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة بعد التسخين الأول. التسخين الثانوي عند 900 درجة فهرنهايت (480 درجة مئوية)، مع مدة نقع ساعتين لكل بوصة (25 مم) من المقطع العرضي.

على الرغم من أن عملية التبريد الفردي عند 400 درجة فهرنهايت (205 درجة مئوية) يمكن أن تحقق 62 HRC، فإننا نوصي بالتبريد المزدوج عند 900 درجة فهرنهايت لتحسين مقاومة التآكل والقضاء على الإجهاد.

بالنسبة لمواد الفولاذ D2 المُصلَّبة، بعد الطحن أو اللحام أو التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM) بشكل مكثف، نوصي أيضًا بالتسخين لتخفيف الإجهاد. يُجرى ذلك عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة التسخين السابقة بمقدار 14-28 درجة مئوية (25-50 درجة فهرنهايت). ²

ملخص

In summary, the above is a common heat treatment scheme for D2 steel. There are several details to consider in this process, such as uneven heating, which can cause deformation or cracking. Overheating or over-soaking during austenitizing can lead to excessive grain growth, making the steel brittle. For the results of D2 steel heat treatment, صلابة الفولاذ D2 measurement alone is insufficient to confirm whether the heat treatment is appropriate. Other performance indicators, such as strength, toughness, wear resistance, and microstructural characteristics, better reflect the quality.

1. ASM الدولية. (1991). دليل ASM، المجلد 4: المعالجة الحرارية. ASM الدولية. ↩︎
2. ليد، ر.م. (2007). استكشاف أخطاء تصنيع الأدوات والقوالب وإصلاحها. جمعية مهندسي التصنيع (SME). ↩︎