أهمية الصلابة في فولاذ الأدوات

الصلابة خاصية أساسية في فولاذ الأدوات، إذ تؤثر بشكل مباشر على قدرته على الأداء الفعال في تطبيقات متنوعة، بدءًا من القطع والتشكيل وصولًا إلى تشكيل مختلف المواد. فبدون صلابة كافية، لا يستطيع فولاذ الأدوات تحمل الأحمال الكبيرة المفروضة عليه أثناء الخدمة.

من أهم استخدامات فولاذ الأدوات قطع أو تشكيل معادن ومواد أخرى. يجب أن تكون صلابة أدوات القطع أعلى من صلابة المادة المراد قطعها لضمان مقاومة جيدة للتآكل ونتائج معالجة فعّالة.

سنناقش أهمية صلابة الفولاذ المستخدم في الأدوات من منظور تطبيقه.

مقاومة التآكل

الصلابة هي العامل الرئيسي في تحديد مقاومة الفولاذ المستخدم للأداة للتآكل يرتدييعد تحقيق صلابة أعلى في فولاذ الأداة هدفًا مهمًا عند مواجهة ظروف القطع شديدة الكشط. 

المعالجة الحرارية هي الطريقة الأكثر شيوعًا لتحقيق صلابة عالية في فولاذ الأدوات. وتقوم على مبدأ أن المعالجة الحرارية تُنتج أنواعًا من فولاذ الأدوات غنية بالفاناديوم (2300-3000 فولت)، وغنية بالموليبدينوم (M2C) (1700-2000 فولت)، وغنية بالتنغستن/الموليبدينوم (M6C) (1400-1700 فولت)، وغنية بالكروم (M23C6) (1100-1400 فولت)، وغنية بالكروم (M7C3) (900-1500 فولت)، وهي أكثر صلابة من المصفوفة المارتنسيتية (~950 فولت)، وتُحسّن مقاومة التآكل بشكل ملحوظ.¹.

صلابة ساخنة (صلابة حمراء)

الصلابة الساخنة هي القدرة على الحفاظ على صلابة عالية عند درجات حرارة مرتفعة. عند قطع المعدن باستخدام فولاذ الأدوات، تُولّد درجات حرارة عالية؛ لذلك، من المهم للغاية أن يحافظ فولاذ الأدوات على صلابته العالية عند درجات الحرارة المرتفعة. لهذا السبب، طُوّرت فئة فرعية من فولاذ الأدوات تُعرف باسم الفولاذ عالي السرعة. من خلال تعديلات التركيب الكيميائي والمعالجة الحرارية، يمكن للفولاذ عالي السرعة الحفاظ على صلابة عالية عند درجات حرارة عالية. أكثر أنواع الفولاذ عالي السرعة شيوعًا هو فولاذ الأدوات M2. أكثر أنواع الفولاذ عالي السرعة شيوعًا هو فولاذ الأدوات M2، والمعروف أيضًا باسم الفولاذ عالي السرعة M2 أو M2 HSS.

تحافظ حواف القطع المصنوعة من الفولاذ عالي السرعة على صلابتها العالية عند درجات حرارة تصل إلى 540 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت) أو أعلى. وتمنح عناصر السبائك في تركيبها، مثل الموليبدينوم والتنغستن والفاناديوم والكوبالت، الفولاذ عالي السرعة مقاومته العالية للتليين عند درجات الحرارة العالية.

بالنسبة لفولاذ العمل الساخن، تُعد مقاومة التصلب خاصيةً أساسية، حيث تُسخَّن الأدوات باستمرار أثناء الاستخدام. أكثر أنواع فولاذ أدوات العمل الساخن شيوعًا هو: فولاذ الأدوات H13.

الصلابة

عادةً ما تتناسب الصلابة والمتانة عكسيًا: فزيادة الصلابة غالبًا ما تؤدي إلى انخفاض المتانة. صُمم فولاذ الأدوات لزيادة الصلابة والقوة ومقاومة التآكل إلى أقصى حد، وغالبًا ما يكون ذلك على حساب بعض المتانة. يمكن للكربيدات تحسين الصلابة ومقاومة التآكل، كما يمكن أن تكون بمثابة مواقع لبدء التشققات، مما يقلل من المتانة، خاصةً إذا كانت كبيرة أو منفصلة.

المعالجة الحرارية المناسبة، بما في ذلك درجات حرارة أوستنيتية منخفضة أو تطبيع مُتحكم به، تُعزز صلابة المعدن لصلابة ودرجة مُعينتين. مع ذلك، قد تؤدي درجات حرارة التصلب المرتفعة جدًا إلى خشونة الحبيبات وانخفاض كبير في صلابتها.

لذلك، غالبًا ما يواجه مصممو الأدوات معضلةً لتحقيق مزيج مثالي من الخصائص. على سبيل المثال، فولاذ الأدوات A2 لديه صلابة أفضل من فولاذ الأدوات D2.

الدور في قابلية التصنيع والطحن

تُحدد الصلابة قابلية تشغيل فولاذ الأدوات. يُعد فولاذ الأدوات D2 فولاذًا نموذجيًا عالي الصلابة يصعب تشغيله. في التطبيقات العملية، عندما تكون الصلابة العالية شرطًا أساسيًا لفولاذ الأدوات، يُعد D2 خيارًا جيدًا. في الوقت نفسه، يجب أيضًا مراعاة خصائصه التي يصعب تشغيلها.

عادةً ما تُصنع فولاذات الأدوات عالية الكربون بشكل أفضل باستخدام بنية مجهرية كروية، حيث تسمح مصفوفة أكثر ليونة لأداة القطع بدفع الكربيدات الكروية الصلبة جانبًا. يُحسّن التشغيل البارد قابلية التشغيل من خلال زيادة صلابته، مما يُسهّل تمزّق الرقائق وتفتيتها، مما يُقلل من تآكل الأداة.

قابلية الطحن، وهي سهولة طحن المادة، تتناقص عادةً مع زيادة صلابتها، ومحتوى الكربيد، وصلابتها، وحجمها. وهذا يُنشئ علاقة عكسية بين قابلية الطحن ومقاومة التآكل.

المعالجة الحرارية والتحكم في الصلابة

للمعالجة الحرارية تأثير حاسم على صلابة فولاذ الأدوات. تُعد الصلابة معيارًا شائعًا لقبول الأدوات المعالجة حراريًا. تتضمن هذه المعالجة تحويل الفولاذ المُلدَّن إلى بنية مارتنسيتية مُصلَّبة ومُقَسَّاة باستخدام كربيدات مُحددة، مما يُؤدي إلى خصائص أداة القطع. تشمل خطوات المعالجة الحرارية الشائعة الأوستنيت، والتطبيع، والتبريد. يُمكنك الاطلاع على بيانات المعالجة الحرارية الخاصة بأنواع فولاذ الأدوات المختلفة على صفحة فولاذ الأدوات المُحددة على موقعنا الإلكتروني.

ملخص

تُعدّ الصلابة أمرًا بالغ الأهمية في فولاذ الأدوات، إذ تُحدد قدرته على القطع ومقاومة التآكل والأداء في درجات حرارة مرتفعة. ومع ذلك، يجب موازنة السعي لتحقيقها بعناية مع خصائص أساسية أخرى، مثل المتانة وقابلية التشغيل، مما يتطلب غالبًا اختيارًا دقيقًا للمواد ومعالجة حرارية دقيقة لتحقيق التركيبة المثلى لتطبيق محدد.

1. مسكيتا، را (2014). فولاذ الأدوات: الخصائص والأداء. دار نشر سي آر سي. ↩︎