فولاذ أداة S7 | 1.2355

3. المعالجة الحرارية لفولاذ الأدوات S7

يمكن تحقيق صلابة أداة الفولاذ S7 من خلال عملية المعالجة الحرارية الصحيحة فقط. 

3.1 التلدين

عادةً ما يُورَّد فولاذ الأدوات S7 في حالة مُلَدَّن، مما يضمن أقصى درجات النعومة وسهولة التشغيل. في حال الحاجة إلى إعادة التلدين لاستعادة هذه الحالة المثالية للتصنيع، تتضمن العملية ما يلي:

1. التدفئة: قم بتسخين الفولاذ S7 بشكل موحد إلى 1550 درجة فهرنهايت (843 درجة مئوية).
2. النقع: احتفظ بهذه الدرجة من الحرارة لمدة 1.5 ساعة تقريبًا لكل بوصة (أو 3.5 دقيقة لكل ملم) من القسم الأكثر سمكًا لضمان التسخين الكامل والموحد.
3. تبريد: قم بتنفيذ التبريد البطيء، عن طريق خفض درجة حرارة الفرن بمعدل متحكم فيه يبلغ 25 درجة فهرنهايت (14 درجة مئوية) في الساعة حتى تصل إلى 900 درجة فهرنهايت (482 درجة مئوية).
4. التبريد النهائي: بعد الوصول إلى درجة حرارة 900 درجة فهرنهايت (482 درجة مئوية)، يمكن تبريد الفولاذ بالهواء إلى درجة حرارة الغرفة.

إن الصلابة المتوقعة بعد عملية التلدين المناسبة S7 هي 230 HB كحد أقصى، وهي حالة مثالية لعمليات التصنيع اللاحقة.

3.2 التصلب

تُحوّل مرحلة التصلب في المعالجة الحرارية لفولاذ الأدوات S7 البنية الدقيقة المُلبّدة إلى بنية مارتنسيتية أكثر صلابة، تتخللها كربيدات دقيقة، وهو أمر أساسي لأداء الاستخدام النهائي ومتانته. ويشمل ذلك عدة مراحل رئيسية:

3.2.1 خطوات التسخين المسبق الحرجة

يُعد التسخين المسبق خطوةً أوليةً حاسمةً في سلسلة تقسية الفولاذ S7. وهدفه الرئيسي هو تقليل الصدمات الحرارية التي قد تؤدي إلى التشوه أو التشقق، وتخفيف أي إجهادات داخلية ناتجة عن عمليات التشغيل السابقة.

• التسخين المسبق الأول: قم بتسخين مكون S7 بشكل موحد إلى 1200 درجة فهرنهايت (650 درجة مئوية).
• وقت الانتظار: حافظ على هذه درجة الحرارة لمدة تتراوح بين 10 إلى 15 دقيقة، مع التأكد من توزيع الحرارة بشكل موحد على كامل المقطع العرضي للجزء قبل الانتقال إلى درجة حرارة الأوستنيت.

3.2.2 الأوستينيت

بعد التسخين المسبق، يُسخّن فولاذ الأداة S7 بسرعة إلى درجة حرارة الأوستنيت (التصلب). صُممت هذه المرحلة لإذابة كربيدات السبائك بفعالية وتحويل البنية البلورية للفولاذ إلى الأوستينيت.

• درجة حرارة الأوستنيت: درجة الحرارة الموصى بها لإضفاء الأوستنيتية على S7 هي 1725 درجة فهرنهايت (940 درجة مئوية).

3.2.3 النقع

بمجرد الوصول إلى درجة حرارة الأوستنيت، يجب نقع مُركّب S7. يُعدّ وقت النقع هذا بالغ الأهمية لتمكين الهيكل بأكمله من التحول بشكل موحّد إلى أوستنيت، ولضمان الذوبان الكافي للكربيدات اللازمة للتصلب الأمثل.

• حساب وقت النقع:

1. بالنسبة للأجزاء ذات المقطع العرضي الذي يزيد عن 1 بوصة (25 مم): انقع لمدة ساعة واحدة لكل بوصة (25 مم) من أصغر مقطع عرضي.
2. بالنسبة للأقسام الأصغر: استخدم إرشادات محددة، على سبيل المثال، 30 دقيقة للأقسام التي يبلغ حجمها 1/8 بوصة (3.175 مم) وساعة واحدة للأقسام التي يبلغ حجمها 1 بوصة (25 مم).

• حذر: تجنب أوقات النقع الطويلة للغاية، حيث يمكن أن يؤثر ذلك سلبًا على البنية النهائية للحبيبات الفولاذية، وبالتالي خصائصها الميكانيكية.

3.2.4 إخماد

الإخماد هو مرحلة التبريد السريع التي تحوّل فولاذ S7 المُؤَسْتَنِت إلى بنية مارتنسيتية صلبة. S7 هو فولاذ أدوات مُقَسّى بالهواء، مما يجعل التبريد الهوائي الطريقة القياسية والأكثر أمانًا للإخماد، مما يقلل من مخاطر التشوه.

• الإخماد القياسي: تبريد الهواء من درجة حرارة الأوستنيت.
• الأقسام الكبيرة: بالنسبة للمكونات التي يزيد حجم مقاطعها عن 63 مم تقريبًا، قد لا يحقق التبريد الهوائي الصلابة الكاملة. في هذه الحالات، قد يلزم استخدام تقنية التبريد بالزيت S7 لضمان الصلابة الكاملة.
• التبريد بعد الإطفاء: بعد الإخماد، اترك القطعة تبرد حتى تصبح دافئة قليلاً عند اللمس (حوالي 65 درجة مئوية) قبل الشروع فورًا في عملية التطبيع. هذه الخطوة ضرورية لتقليل خطر تشقق الإخماد.

3.3 التقسية

يُعدّ التطبيع خطوةً نهائيةً أساسيةً في عملية المعالجة الحرارية لفولاذ الأدوات S7. فهو يُقلّل الإجهادات الداخلية الناتجة عن الإخماد، ويزيد بشكلٍ ملحوظ من صلابة الفولاذ (مقاومة الصدمات)، ويحقق صلابة العمل النهائية المطلوبة.

• توقيت: يجب أن تبدأ عملية التصلب فورًا بعد إخماد وتبريد مكون S7 إلى حوالي 65 درجة مئوية (150 درجة فهرنهايت). فالهيكل المُخمَّد مُعرَّض لإجهاد شديد وهش بطبيعته، مما يجعله عرضة للتشقق في حال تأخر التصلب.
• نطاق التلطيف النموذجي: بالنسبة لمعظم التطبيقات، يتم تبريد S7 بين 204 درجة مئوية (400 درجة فهرنهايت) و232 درجة مئوية (450 درجة فهرنهايت).
• يوصى به للحصول على أفضل أداء: يؤدي تلطيف S7 عند 450 درجة فهرنهايت (230 درجة مئوية) إلى تحقيق صلابة عمل مثالية تبلغ حوالي 58 HRC، مما يوازن بشكل فعال بين القوة ومقاومته العالية للتأثيرات المميزة.
• تطبيقات العمل الساخن: إذا كان من المقرر استخدام فولاذ الأداة S7 في تطبيقات تصل إلى 1000 درجة فهرنهايت (540 درجة مئوية)، فيجب تهدئته عند درجة حرارة أعلى قليلاً من درجة حرارة التشغيل القصوى المتوقعة لضمان الاستقرار.
• وقت الإمساك في الحرارة: احتفظ بدرجة حرارة التبريد المحددة لمدة ساعتين على الأقل لكل دورة تبريد. أو، يُنصح عادةً بساعتين لكل بوصة (25 مم) من سمك المقطع العرضي.
• أمزجة متعددة للحصول على أفضل النتائج: يُنصح بشدة بإجراء عملية تصلب مزدوج أو حتى ثلاثي لفولاذ الأدوات S7. تضمن هذه العملية أقصى قدر من المتانة، وتُحسّن البنية الدقيقة، وتُعزز استقرارًا أكبر للأبعاد والبنية الدقيقة. اترك القطعة لتبرد تمامًا إلى درجة حرارة الغرفة بين كل دورة تصلب.
• التبريد النهائي: من المستحسن تبريد الهواء البطيء بعد التصلب النهائي لتقليل تطور الضغوط المتبقية.

3.4 اعتبارات ما بعد المعالجة للفولاذ S7

في حال خضوع مكونات S7 المُصلَّبة لعمليات تشطيب لاحقة، مثل الطحن أو اللحام أو التشغيل بالتفريغ الكهربائي (EDM)، يُنصح بشدة بإجراء عملية تطبيع لتخفيف الإجهاد. يجب أن تُجرى هذه العملية عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة آخر دورة تطبيع فعالة مُستخدمة، بمقدار 14-28 درجة مئوية (25-50 درجة فهرنهايت)، وذلك للحد من مخاطر التشقق أو عدم استقرار الأبعاد الناتج عن هذه العمليات.

3.5 خصائص يمكن تحقيقها باستخدام المعالجة الحرارية المناسبة لفولاذ أداة S7

عندما يتم إجراء المعالجة الحرارية لفولاذ الأداة S7 بشكل صحيح، يمكن للمستخدمين توقع الخصائص النموذجية التالية، مما يجعل S7 خيارًا موثوقًا به للتطبيقات الصعبة:

• صلابة العمل: عادة 56-58 HRC.
• مقاومة الصدمات: عالية جدًا، وهي سمة أساسية ومميزة لـS7.
• مقاومة التآكل: جيد، على الرغم من أنه أقل عمومًا من الفولاذ عالي الكربون وعالي الكروم المصنوع على البارد مثل O6 أو فولاذ الأدوات D2.
• الاستقرار الأبعادي: استقرار جيد طوال عملية المعالجة الحرارية الصحيحة.
• فائدة التصلب الهوائي: توفر قدرة التصلب الهوائي لـ S7 هامشًا جيدًا من الأمان أثناء عملية التصلب، مما يقلل من خطر التشوه والتشقق مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ السائل.
• أداء درجات الحرارة المرتفعة: يتميز S7 بمقاومة جيدة للتليين في درجات الحرارة المرتفعة بشكل معتدل، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات العمل الساخن في درجات الحرارة المتوسطة.
• تصلب السطح: من خلال عمليات معالجة الأسطح، مثل النترتة بالكربون أو النترتة، يمكن تحسين صلابة سطح فولاذ الأدوات S7 لتصل إلى حوالي 64 HRC. ومع ذلك، قد تؤثر هذه المعالجات السطحية على مقاومة فولاذ S7 للصدمات، لذا يجب دراستها بعناية بناءً على متطلبات التطبيق.
• التغيير الأبعادي: توقع نموًا تقريبيًا في الأبعاد بمقدار +0.001 بوصة لكل بوصة (0.001 ملم لكل ملم) عندما يتم تبريد S7 بالهواء من درجة حرارة التصلب الصحيحة.

لتوفير مرجع سريع، تم تلخيص المعلمات الرئيسية للمعالجة الحرارية لفولاذ الأداة S7 أدناه: