فولاذ القوالب البلاستيكية

مقدمة عن قوالب الفولاذ

ما هو الفولاذ القالب

فولاذ القوالب هو فولاذ أدوات مصمم لصنع القوالب، ويتميز بخصائص مثل الصلابة العالية، ومقاومة التآكل، والمتانة، والثبات الحراري، ومقاومة التآكل، وقابلية التشغيل الآلي، والتلميع. تُعد أنواع مختلفة (مثل P20، وP4، وP6، وP21، وفولاذ القوالب المقاوم للتآكل) مناسبة لتطبيقات صناعية محددة، مثل قولبة حقن البلاستيك، والصب بالقالب، وغيرها، وذلك حسب تركيبها وعملية المعالجة الحرارية. تُحسّن عمليات الكربنة والتصلب والتخمير خصائص هذه الفولاذ لتلبية متطلبات البيئات عالية الضغط ودرجات الحرارة العالية والتآكل، وهي مواد لا غنى عنها في صناعة القوالب الحديثة.

الخصائص الرئيسية للفولاذ القالب

تُمكّن خصائص فولاذ القوالب من تلبية المتطلبات الصارمة لصناعة القوالب. وفيما يلي أهم خصائصه:

1. الصلابة ومقاومة التآكل

يتطلب فولاذ القوالب صلابة عالية لمقاومة التآكل وضمان حفاظ القالب على شكله وثبات أبعاده لفترات طويلة. على سبيل المثال، بعد عملية الكربنة، تبلغ صلابة سطح فولاذ القوالب P20 65 HRC.

2. المتانة

يجب أن يكون فولاذ القوالب متينًا بما يكفي لتحمل الضغوط والصدمات الميكانيكية لعملية الصب لتجنب التشقق أو الكسر. وهذا مهم بشكل خاص لمقاومة التلاعب الميكانيكي والصدمات الحرارية.

3. الاستقرار الحراري

في البيئات ذات درجات الحرارة العالية (مثل عمليات الصب بالقالب)، يجب أن تحافظ فولاذات القوالب على خصائصها ولا تلين بسبب ارتفاع درجات الحرارة. على سبيل المثال، يتميز فولاذ P20 بمقاومة منخفضة لللين عند المعالجة، على غرار فولاذ الكربون العادي.

4. مقاومة التآكل

مقاومة التآكل ضرورية للقوالب التي تلامس موادًا تآكلية (مثل بلاستيك PVC) أو تُستخدم في بيئات رطبة. تُستخدم عادةً فولاذات القوالب المارتنسيتية المقاومة للصدأ ذات المحتوى العالي من الكروم (مثل 13% Cr) في مثل هذه التطبيقات.

5. قابلية التصنيع

يجب أن يكون فولاذ القالب سهل التشكيل إلى الشكل المطلوب لتقليل تكاليف التصنيع. على سبيل المثال، يمكن تلدين فولاذ القالب P6 إلى صلابة منخفضة (مثل 180 HB) لسهولة التشكيل.

6. قابلية التلميع

بالنسبة للقوالب التي تتطلب تشطيبًا سطحيًا عالي الجودة (مثل قوالب البلاستيك الشفاف)، يجب أن يتمتع فولاذ القالب بقابلية تلميع جيدة، وأن يكون خاليًا من الشوائب، ومتجانسًا كيميائيًا وهيكليًا. على سبيل المثال، يُستخدم فولاذ القالب P21 بشكل شائع في هذه القوالب نظرًا لقابليته الممتازة للتلميع.

أنواع وتطبيقات الفولاذ القالب

يتم تصنيف الفولاذ القالب إلى أنواع مختلفة وفقًا لتركيبه الكيميائي وتطبيقه، وفيما يلي الأنواع الرئيسية وخصائصها:

1. قالب فولاذ P20

الخصائص: صلابة متوسطة، عادة ما تكون مطفأة بالزيت، صلابة المعالجة الحرارية حوالي 300 HB، صلابة سطح التكرير تصل إلى 65 HRC، ولكن مقاومة التليين منخفضة.

التطبيقات: تستخدم في قوالب الصب والقولبة البلاستيكية من السبائك ذات نقطة الانصهار المنخفضة.

2. قوالب فولاذ P4 وP6

P4: يحتوي على نسبة عالية من الكروم والموليبدينوم، فولاذ ذو صلابة عميقة، تشوه التبريد صغير، صلابة تصل إلى 95-125 HB، مع مقاومة ممتازة للتآكل والصلابة.

P6: يحتوي على حوالي 3.5% من النيكل، ويمكن تسخينه إلى 180 HB، وله قدرة جيدة على التصلب، وهو مناسب لتصنيع تجاويف القالب.

التطبيقات: يتم استخدام P4 للقوالب التي تتطلب صلابة عالية ومقاومة للتآكل، ويتم استخدام P6 للقوالب التي تتطلب تشغيل تجاويف معقدة.

3. قالب فولاذ P21

الخصائص: يحتوي على كربون 0.80%، ممزوج بالنيكل والألمنيوم، ومكربن إلى صلابة سطحية 65-66 HRC، وعمق سطح 0.035-0.043 بوصة، وقابلية تلميع ممتازة.

التطبيقات: تستخدم في قوالب حقن البلاستيك حيث تكون هناك حاجة إلى تشطيب سطحي عالي.

4. فولاذ القوالب المقاوم للتآكل

الخصائص: عادة ما يكون من الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي مع محتوى عالي من الكروم (على سبيل المثال، 13% Cr) لمقاومة التآكل الفائقة للفولاذ منخفض الكربون.

التطبيق: يستخدم في تشكيل قوالب البلاستيك المسببة للتآكل (مثل PVC).

5. فولاذ قوالب الختم (درجات الختم)

الخصائص: فولاذ منخفض الكربون، صلابة منخفضة (على سبيل المثال، أقل من 150 HB)، عملية سهلة للضغط (التجمع) لتشكيل تجاويف القالب، صلابة سطح مكربنة.

التطبيق: يستخدم في تصنيع قوالب متعددة التجاويف أو قوالب ذات شكل بسيط.

متطلبات الأداء لفولاذ القالب

تم تصميم الفولاذ القالب لتلبية متطلبات الأداء المحددة لتطبيقات مختلفة:

• قابلية الختم: صلابة منخفضة عند التلدين، مما يُسهّل عملية الختم اقتصاديًا. على سبيل المثال، يُعدّ فولاذ P1 الأنسب للختم، ولكنه أقل شيوعًا نظرًا لانخفاض صلابته.
• مقاومة التآكل: مقاومة للتآكل عند تدفق المادة إلى القالب. على سبيل المثال، يتميز فولاذ P4 بمقاومة ممتازة للتآكل بفضل محتواه العالي من الكروم.
• صلابة السطح العالية تمنع تجويف القالب من "الغرق" تحت الضغط العالي. على سبيل المثال، يتمتع فولاذ P5 بصلابة 65 HRC بعد التكرير.
• المتانة: مقاومة للصدمات الميكانيكية والحرارية؛ على سبيل المثال، توفر النوى المقواة من P20 وP21 صلابة عالية.
• يحافظ انخفاض التغير في الأبعاد أثناء التبريد على دقة أبعاد القالب. على سبيل المثال، يتميز فولاذ P4 بتشوهات ضئيلة عند تبريده في الزيت أو الهواء.
• مقاومة التآكل: مناسبة للبيئات المسببة للتآكل، على سبيل المثال قوالب الفولاذ المقاوم للصدأ مع 13% Cr.
• انخفاض فقدان الصلابة عند التلطيف: يحافظ على الصلابة في درجات الحرارة العالية، على سبيل المثال، يفقد الفولاذ P4 صلابته ببطء عند التلطيف.