المعالجة الحرارية لفولاذ الأدوات M2

يهدف هذا الدليل، بالاعتماد على معرفتنا العميقة، إلى تزويدك بمعلومات مباشرة وعملية حول فولاذ الأدوات M2 المعالجة الحرارية عملية. يمكنك تنزيل ملف PDF مجاني لعملية المعالجة الحرارية لفولاذ الأداة M2 في أسفل الصفحة.

1. لماذا تعتبر المعالجة الحرارية المناسبة للفولاذ M2 أمرًا بالغ الأهمية

الهدف من المراقبة الدقيقة المعالجة الحرارية لفولاذ الأداة M2 هو تطوير بنية مجهرية نهائية من المارتنسيت المُقسّى الممزوج بتشتت دقيق من كربيدات "التصلب الثانوي" الصلبة والمعقدة. هذه البنية تحديدًا هي ما يمنح فولاذ الأدوات M2 مزيجه الشهير من الصلابة العالية، ومقاومة التآكل الممتازة، والقدرة على الحفاظ على هذه الخصائص في درجات حرارة مرتفعة. للاطلاع على خصائص M2 التفصيلية، يُرجى قراءة خصائص فولاذ الأدوات M2.

2. المراحل الأربع الرئيسية للمعالجة الحرارية لفولاذ الأدوات M2

تتضمن الرحلة لإطلاق العنان للإمكانات الكاملة للصلب M2 أربع مراحل حرارية متميزة، ولكنها مترابطة: التسخين المسبق، الأوستنيت, إخماد، و التلطيف. 

2.1 التسخين المسبق

على الرغم من أن التسخين المسبق لا يؤدي إلى تقوية الفولاذ بشكل مباشر، إلا أنه يعد خطوة تحضيرية حيوية في المعالجة الحرارية لفولاذ الأداة M2 العملية. وتشمل وظائفها الرئيسية ما يلي:

• تقليل الصدمة الحرارية: يقلل من خطر التشوه أو التشقق عندما تلتقي الأدوات الباردة بالفرن الساخن.
• تخفيف التوتر: يساعد على تخفيف بعض الضغوط الداخلية الناتجة عن التصنيع أو التشكيل السابق.
• تعزيز الإنتاجية: يمكن تقصير الوقت اللازم في فرن الأوستنيت عالي الحرارة.
• حماية السطح: في الأفران التي لا تحتوي على جو محايد تمامًا، يعمل التسخين المسبق على تقليل احتمالية التشبع بالكربون أو إزالة الكربون.

ممارسات التسخين المسبق الموصى بها للفولاذ M2:

بالنسبة للصلب عالي السرعة مثل M2، غالبًا ما يتم استخدام التسخين المسبق على خطوتين، وخاصة في التصلب التجاري بحمام الملح:

• التسخين المسبق الأول: 650-760 درجة مئوية (1200-1400 درجة فهرنهايت).
• التسخين المسبق الثاني: 815-900 درجة مئوية (1500-1650 درجة فهرنهايت).

في المعالجة الحرارية في الغلاف الجوي أو الفراغ، عادةً ما تكون درجة الحرارة الأولية بين 790 و845 درجة مئوية (1450-1550 درجة فهرنهايت). أما بالنسبة لـ M2 تحديدًا، فتتراوح درجات الحرارة الأولية الشائعة بين 650 و815 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت).

يجب أن تكون مدة التسخين المسبق كافية لضمان وصول المقطع العرضي للقطعة بأكملها إلى درجة حرارة موحدة؛ بالنسبة لفولاذ M2، تتراوح هذه المدة عادةً بين 10 و12 دقيقة. بخلاف فولاذ D2 الذي يتميز بتسخين أولي بطيء، يستجيب فولاذ M2 بشكل أفضل للارتفاع السريع في درجة الحرارة من التسخين المسبق إلى درجة حرارة الأوستنيت.

2.2 الأوستنيت (التصلب)

إن عملية الأوستنيت هي حيث تبدأ سحر التصلب حقًا في المعالجة الحرارية لفولاذ الأداة M2يتم تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة عالية لإذابة كربيدات السبائك المعقدة المختلفة، وهو أمر ضروري لتطوير خصائصه المطلوبة.

معلمات الأوستنيت الرئيسية للفولاذ M2:

• نطاق درجة الحرارة: يتطلب فولاذ M2 تسخينًا قريبًا جدًا من درجة انصهاره - عادةً ما بين 28 و56 درجة مئوية (50-100 درجة فهرنهايت). بالنسبة لفولاذ M2، تبلغ درجة حرارة الأوستنيت الموصى بها حوالي 1230 درجة مئوية (2250 درجة فهرنهايت)النطاق العام للصلب عالي السرعة هو 1150-1290 درجة مئوية (2100-2350 درجة فهرنهايت).
• وقت الانتظار: هذا قصيرٌ بشكلٍ مُفاجئٍ بالنسبة لفولاذ الأدوات عالي السرعة، وعادةً ما يتراوح بين دقيقتين وست دقائق. يعتمد الوقت المُحدد على نوع M2، وتصميم الأداة، وحجم المقطع العرضي. على سبيل المثال، قد يتطلب مقطعٌ بسمك 150 مم (6 بوصات) مدة تثبيتٍ قصوى تتراوح بين 5 و6 دقائق.
• التحكم في الغلاف الجوي: نظرًا لدرجات الحرارة المرتفعة للغاية، يُعدّ وجود جو مُتحكم به أمرًا بالغ الأهمية لمنع مشاكل السطح، مثل التكلس وإزالة الكربون. ولهذا السبب، غالبًا ما تُفضّل أفران حمام الملح.

أثناء عملية الأوستنيت، يتحول الفريت وكربيدات السبائك إلى بنية حبيبية أوستينيتية. تُحدد درجة حرارة الأوستنيت نسبة الكربون وعناصر السبائك المذابة في الأوستينيت، مما يؤثر بشكل مباشر على صلابة الأوستينيت المُخمّدة وكمية الأوستينيت المُتبقية. عادةً ما تؤدي درجات حرارة الأوستنيت الأعلى إلى صلابة أعلى بعد التطبيع، وخاصةً في ذروة التصلب الثانوي.

2.3 التبريد

بعد عملية الأوستينيت، يكون التبريد السريع - أو الإخماد - ضروريًا لتحويل الأوستينيت إلى مارتنسيت، وهو هيكل المصفوفة الصلبة المرغوب فيه في فولاذ الأدوات M2.

طرق التبريد الفعالة للصلب M2:

• وسائل الإطفاء: يمكن تبريد M2 بفعالية في الزيت أو الهواء أو حمام ملح محايد. يُعد التبريد بالهواء الأقل شدة، وقد يكون كافيًا لأجزاء M2 الأصغر أو الأرق لتحقيق الحالة المارتنسايتية. عادةً ما يتبع التبريد بالزيت التبريد بالهواء إلى درجة حرارة قريبة من درجة حرارة الغرفة.
• حمام الملح للتبريد: يتم الحفاظ على هذه الحمامات عادة عند درجة حرارة حوالي 540-595 درجة مئوية (1000-1100 درجة فهرنهايت).
• تقنية الإخماد: لتقليل الضغط والتشويه وضمان التبريد المتساوي، قم بغمر الأقسام المسطحة أو الأنبوبية عموديًا في وسط التبريد.
• التبريد بعد الإطفاء: من الضروري تبريد الجزء إلى 65 درجة مئوية (150 درجة فهرنهايت) على الأقل قبل البدء في عملية التبريد.

من سمات الفولاذ عالي الكربون والسبائك، مثل الفولاذ M2، وجود "أوستينيت محتجز" بعد التبريد، إذ نادرًا ما يحدث تحول 100% إلى مارتنسيت فورًا. قد يؤثر الأوستينيت المحتجز سلبًا على الصلابة والقوة والاستقرار البعدي. ولمعالجة ذلك، يمكن تطبيق معالجات التبريد العميق أو تحت الصفر (مثل التبريد من -30 إلى -120 درجة مئوية) بعد المعالجة الأولية لتحويل الأوستينيت المحتجز إلى مارتنسيت، مما يعزز الصلابة والاستقرار.

2.4 التلطيف

التلطيف (أو السحب) هو المرحلة النهائية الحاسمة في المعالجة الحرارية لفولاذ الأداة M2بعد الإخماد، يصبح الفولاذ شديد الصلابة، ولكنه أيضًا شديد الإجهاد والهشاشة. يعالج التصلب هذه المشكلة من خلال:

• زيادة الصلابة.
• تطوير "الصلابة الثانوية"، وهي ميزة أساسية لفولاذ الأدوات عالي السبائك.
• تخفيف الضغوطات الداخلية
• الأمر الحاسم هنا هو تحويل الأوستينيت المحتفظ به إلى مارتنسيت طازج (والذي يتم تهدئته بعد ذلك في دورات لاحقة).
• ترسيب الكربيدات المعقدة التي تعمل على تعزيز الصلابة الثانوية بشكل أكبر.

أفضل ممارسات التلطيف للفولاذ M2:

• تعد الطباع المتعددة إلزامية: تتطلب فولاذات الأدوات عالية السرعة، مثل M2، دورات تلطيف متعددة (عادةً من 2 إلى 4). بالنسبة لـ M2، يجب أن يكون الحد الأدنى التلطيف المزدوج ضروري، وغالبًا ما يُفضّل استخدام ثلاث درجات من الصقل. تُحسّن هذه العملية متعددة المراحل بنية الحبيبات وتُصقل أي مارتنسيت مُكوّن حديثًا من الأوستينيت المُحتفظ به، مما يُحسّن بشكل كبير من مقاومة التآكل وعمر الأداة.
• درجات الحرارة ومدة التلطيف: الحد الأدنى لدرجة حرارة التلطيف لمعظم درجات M2 هو ٥٤٠ درجة مئوية (١٠٠٠ درجة فهرنهايت). الدورة الشائعة والفعالة لـ M2 هي:

• المزاج الأول: 565 درجة مئوية (1050 درجة فهرنهايت)
• المزاج الثاني: 550 درجة مئوية (1025 درجة فهرنهايت)
• المزاج الثالث (إذا تم استخدامه): 540 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت) يجب أن تستغرق كل دورة ساعتين لكل بوصة (25 مم) من المقطع العرضي للأداة.

• التبريد بين المشاعر: احرص دائمًا على ترك القطعة لتبرد تمامًا إلى درجة حرارة الغرفة بين دورات المعالجة الحرارية. هذا ضروري لتحويل الأوستينيت المتبقي إلى مارتنسيت، والذي يُكرّر بعد ذلك في خطوة المعالجة الحرارية التالية.
• ذروة التصلب الثانوي: لتحسين تحويل الأوستينيت المُحتفظ به وتحقيق أقصى صلابة ثانوية، يُنصح بالوصول إلى "الجانب الأيمن (العالي)" من منحنى ذروة الصلابة الثانوية أثناء عملية المعالجة الحرارية. تسمح هذه الظاهرة لـ M2 بالحفاظ على صلابة عالية حتى في درجات الحرارة المرتفعة أثناء عمليات التشغيل عالية السرعة.

3. تحقيق البنية الدقيقة المثالية و صلابة الفولاذ M2

ناجح المعالجة الحرارية لفولاذ الأداة M2 يُحوّل الفريت والكربيدات الأولية للفولاذ إلى بنية متينة، تتكون في الغالب من مارتنسيت مُقسّى وتوزيع دقيق ومتساوي من الكربيدات الصلبة. هذه البنية الدقيقة المُحسّنة مسؤولة بشكل مباشر عن خصائص الأداء الأساسية، مثل الصلابة ومقاومة التآكل ومتانة الكسر.

عادةً، تتم معالجة الفولاذ عالي السرعة M2 للأغراض العامة بالحرارة لتحقيق صلابة 64 إلى 66 HRCومع ذلك، مع التحكم الدقيق في العملية بأكملها، وخاصة درجة حرارة التصلب (لتحسين إذابة الكربيد) والتلطيف اللاحق، يمكن أن يصل M2 إلى مستويات صلابة تبلغ 68 HRC، وفي بعض أنواع الفولاذ عالي السرعة المحددة، حتى 70 HRC.

للحصول على تفاصيل صلابة M2، يرجى قراءة صلابة فولاذ الأداة M2.