ناكا80 مقابل بي20 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
NAK80 و P20 هما من أكثر الفولاذات المستخدمة في صناعة القوالب في صناعات الحقن والأدوات. غالبًا ما يوازن المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بين الخيارات المتاحة عند اختيار الفولاذ لإدخالات النواة/التجويف، ومكونات السخانات الساخنة، وأدوات النماذج. تشمل سياقات القرار النموذجية موازنة التشطيب السطحي وقابلية التلميع مقابل التكلفة وقابلية التشغيل، أو الاختيار بين تحسين مقاومة التآكل والأداء الميكانيكي القياسي.
التمييز العملي المركزي هو أن NAK80 هو فولاذ قوالب منخفض الكربون يحتوي على النيكل ومسبق التصلب، تم تحسينه لتحقيق قابلية تلميع عالية ومقاومة محسنة للتآكل البيئي، بينما P20 هو فولاذ قوالب مخلوط بالكروم والموليبدينوم تم تطويره لتحقيق قابلية تشغيل جيدة، وتصلب موحد، وتوافر واسع. هذا الاختلاف يؤثر على الخيارات في التشطيب والمعالجة وأداء الأجزاء على المدى الطويل.
1. المعايير والتسميات
- P20:
- التسميات الشائعة: AISI/UNS (غالبًا ما يُشار إليها باسم AISI P20)، توجد معادلات DIN/EN في قوائم فولاذ الأدوات، ومواصفات وطنية متنوعة (مثل قوائم JIS/GB التي تشير إلى فولاذ القوالب).
- التصنيف: فولاذ أدوات مخلوط / فولاذ قوالب مسبق التصلب.
- NAK80:
- اسم درجة تجارية/ملكية مستخدم على نطاق واسع في صناعة قوالب البلاستيك (يتم بيعه من قبل عدة مصنعي فولاذ تحت تسمية NAK80).
- التصنيف: فولاذ قوالب/أدوات مسبق التصلب مع محتوى منخفض من الكربون ومرتفع من النيكل، يتم تسويقه كفولاذ قوالب قابل للتلميع ومقاوم للتآكل.
ملاحظة: لا تعتبر أي من الدرجتين درجة غير قابلة للصدأ بالمعنى الدقيق (أي، كلاهما ليس في عائلة الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي)، لكن محتوى النيكل في NAK80 يوفر مقاومة محسنة للتآكل مقارنة بـ P20 التقليدي.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
توضح الجدول التالي نطاقات التركيب النموذجية المبلغ عنها في أوراق البيانات التجارية. تختلف التركيبات حسب المورد؛ تحقق دائمًا من شهادة المصنع لدفعة معينة.
| عنصر | تركيب نموذجي (wt%) — NAK80 (تقريبًا) | تركيب نموذجي (wt%) — P20 (تقريبًا) |
|---|---|---|
| C | 0.03 – 0.08 | 0.25 – 0.35 |
| Mn | 0.20 – 0.80 | 0.40 – 0.80 |
| Si | 0.10 – 0.40 | 0.10 – 0.40 |
| P | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| S | ≤ 0.03 | ≤ 0.03 |
| Cr | 0.8 – 1.6 | 1.2 – 1.8 |
| Ni | 2.5 – 4.5 | 0.2 – 0.8 |
| Mo | 0.2 – 0.6 | 0.1 – 0.4 |
| V | ≤ 0.10 | ≤ 0.10 |
| Nb (Cb) | ≤ 0.03 | trace/− |
| Ti | trace/− | trace/− |
| B | trace/− | trace/− |
| N | trace/− | trace/− |
كيف تؤثر السبائك على السلوك: - الكربون: يزيد الكربون الأكبر في P20 من إمكانيات القوة بعد التصلب ولكنه يقلل من قابلية التلميع ويزيد من خطر وجود مراحل صلبة تعقد التشطيب وتزيد من فرصة تشقق اللحام دون إجراءات تسخين مسبق/مراقبة. - النيكل: يحسن النيكل المرتفع في NAK80 من المتانة والليونة والمقاومة للتآكل البيئي (ويساهم في بنية دقيقة ومستقرة ملائمة للتلميع عالي اللمعان). - الكروم والموليبدينوم: تشمل كلا الدرجتين Cr و Mo لتوفير قابلية التصلب، ومقاومة التخمير، ومقاومة التآكل. تفضل توازن P20 قابلية التشغيل والتصلب الكامل؛ يتم ضبط Cr/Mo في NAK80 ليكمل Ni من أجل التشطيب السطحي وسلوك التآكل. - عناصر الميكروسبائك (V، Nb، Ti): موجودة بمستويات منخفضة للتحكم في حجم الحبيبات وسلوك الترسيب؛ تؤثر على قابلية الطحن، والمتانة، واستجابة التخمير.
3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية
الميكروهياكل النموذجية: - P20: في الحالة المسبقة التصلب (كما تم توفيرها) تحتوي P20 عادةً على مارتنزيت مقسى وباينيت مقسى مع نسبة أعلى نسبيًا من الكربيدات (بسبب الكربون الأعلى) التي تتوزع في جميع أنحاء المصفوفة. بعد دورات التبريد والتخمير التقليدية، تصل P20 إلى هيكل ميكرو مارتنزيت مع كربيدات سبائكية. - NAK80: مع كربون أقل ونيكل أعلى، يظهر NAK80 في الحالة المسبقة التصلب مصفوفة مارتنزيتية أو باينيتية مقسية مع كربيدات أقل وأدق. يعمل النيكل على استقرار مصفوفة أكثر صلابة وليونة ويقلل من تكوين كربيدات الكروم الخشنة التي تسبب مشاكل في التشطيب المرآوي.
استجابة المعالجة الحرارية: - التطبيع: تستجيب كلا الفولاذين للتطبيع لتحسين حجم الحبيبات، لكن NAK80 يتم توفيره عادةً مع معالجة فراغية ومسبق التصلب لتقليل التشوه بعد التشغيل؛ التطبيع أقل شيوعًا لأجزاء NAK80 المخصصة للتلميع العالي. - التبريد والتخمير: تم تصميم P20 ليتم معالجته حراريًا إلى مستويات صلابة أعلى (وغالبًا ما يتم توفيره في حالة مسبقة التصلب لقوالب الإنتاج). يتطلب تصلب P20 عناية مع درجة حرارة الأوستنيتي لتدبير الأوستنيت المحتفظ به وذوبان الكربيد. يحد محتوى الكربون المنخفض في NAK80 من الحد الأقصى للصلابة المتاحة بعد التصلب ولكنه يوفر استجابة تخمير أكثر تسامحًا وتحكمًا أفضل في الأبعاد للتلميع. - المعالجة الحرارية الميكانيكية: لا يتم تطبيقها عادةً في سياقات فولاذ القوالب مقارنة بالفولاذ الهيكلي؛ تعتمد كلا الدرجتين على المعالجة الحرارية المراقبة بدلاً من مسارات المعالجة بالضغط الساخن للخصائص النهائية.
4. الخصائص الميكانيكية
تختلف القيم بشكل كبير مع المعالجة الحرارية والمورد. يوضح الجدول نطاقات الحالة الموردة التمثيلية التي تُرى غالبًا في البيانات التجارية.
| خاصية | NAK80 (حالة مسبقة التصلب النموذجية) | P20 (حالة مسبقة التصلب النموذجية) |
|---|---|---|
| قوة الشد (ميغاباسكال) | ~800 – 1,200 | ~800 – 1,100 |
| قوة العائد (0.2% انزلاق، ميغاباسكال) | ~600 – 900 | ~550 – 850 |
| التمدد ( % ) | ~8 – 15 | ~8 – 15 |
| صلابة التأثير (جول، شاربى V‑notch) | متوسطة إلى جيدة (تعتمد على المورد) | متوسطة (تعتمد على المعالجة الحرارية) |
| الصلابة (HRC) | ~28 – 36 (مسبق التصلب) | ~28 – 34 (مسبق التصلب) |
التفسير: - القوة: في الصور الموردة يمكن أن توفر كلاهما نطاقات شد/عائد مماثلة؛ يعطي الكربون الأعلى في P20 إمكانيات تصلب أعلى بشكل طفيف إذا تم تبريده وتخميره بالكامل، لكن سبائك NAK80 تعطي قيم شد مقارنة في الظروف التجارية المسبقة التصلب. - المتانة والليونة: يظهر NAK80 عمومًا متانة أفضل وميول كسر أكثر ليونة عند صلابة مماثلة بسبب النيكل والكربون المنخفض، مما يقلل من الكربيدات الهشة ويحسن مقاومة الصدمات. - الصلابة: يتم تقديم كلاهما في نطاقات مسبقة التصلب مماثلة تم تحسينها لإنتاج القوالب؛ عادةً ما تكون أقصى صلابة قابلة للتحقيق بعد التصلب الكامل أعلى لـ P20 بسبب كربونه الأعلى، لكن هذا يأتي مع مقايضات في قابلية التشطيب.
5. قابلية اللحام
تعتمد اعتبارات قابلية اللحام على المعادل الكربوني والميكروسبائك.
مقياسان شائعان: - المعادل الكربوني IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Dearden–Bennett / Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - عادةً ما يحتوي P20 على محتوى كربون أعلى، مما يزيد من $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$، مما يزيد من خطر التشقق البارد الناتج عن الهيدروجين ويتطلب تسخينًا مسبقًا، والتحكم في درجة حرارة العبور، والمعالجة الحرارية بعد اللحام للإصلاحات الحرجة للأدوات أو الأقسام السميكة. - يقلل الكربون المنخفض والنيكل الأعلى في NAK80 من الميل إلى مناطق اللحام الصلبة والهشة؛ يحسن النيكل المتانة والتحمل للتدرجات الحرارية، مما يجعل NAK80 أكثر تسامحًا في اللحام والإصلاحات المحلية. ومع ذلك، نظرًا لمتطلبات دقة القوالب وإمكانية التحسس/التلوث، يجب التخطيط للحام والتحقق منه (بما في ذلك اختيار المواد المالئة والمعالجة الحرارية بعد اللحام عند الحاجة). - تستفيد كلا الدرجتين من المواد القابلة للاستهلاك منخفضة الهيدروجين، والتسخين المسبق حيثما كان موصى به، وتجارب اللحام لتحديد المعايير. بالنسبة للقوالب عالية الدقة، غالبًا ما يتم تجنب اللحام في الأسطح النهائية أو يتبعها إعادة التشغيل/التلميع.
6. التآكل وحماية السطح
- لا يعتبر كل من NAK80 و P20 سلسلة من الفولاذ المقاوم للصدأ مصممة لمقاومة التآكل الناتج عن الغمر على المدى الطويل. ومع ذلك، فإن محتوى النيكل المرتفع في NAK80 يوفر مقاومة ملحوظة أفضل للبيئات التآكلية الخفيفة (الرطوبة، الأجواء العدوانية قليلاً، والتنظيف المتكرر) مقارنة بـ P20.
- عندما تكون مقاومة التآكل مطلوبة، يتم عادةً حماية كلا الفولاذين بإجراءات سطحية:
- التغطية بالكهرباء (نيكل، كروم صلب) لحماية التآكل والتآكل.
- لا تنطبق المعالجة الكيميائية أو الفيزيائية كما هو الحال مع الفولاذ المقاوم للصدأ.
- تساعد الصيانة الدورية والتحكم في التجفيف/المجففات في تخزين الأدوات على تقليل الصدأ.
- PREN (عدد مقاومة التآكل) ذو صلة فقط بالدرجات غير القابلة للصدأ؛ لأغراض المعلومات: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ لا ينطبق هذا المؤشر على NAK80 أو P20 كفولاذات قوالب مسوقة (لأنها ليست درجات غنية بالكروم غير القابلة للصدأ مع محتوى نيتروجين كبير).
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشغيل:
- P20: تاريخيًا مفضل لقابلية التشغيل. يجعل محتوى الكربون الأعلى، وتوزيع الكربيد المتوقع، ومعلمات الأدوات المعروفة P20 سهل التشغيل، والثقب، والتفريغ الكهربائي قبل المعالجة الحرارية النهائية. العناصر المكونة للكربيد والميكروهيكل متوافقة مع أدوات السرعة العالية القياسية.
- NAK80: قد يكون أكثر تحديًا في التشغيل من P20 في بعض الحالات بسبب ميول النيكل للتصلب أثناء العمل والمصفوفة الأكثر صلابة؛ ومع ذلك، فإن أدوات القطع الحديثة ومعلمات القطع تقلل من الفروق. يعمل NAK80 بشكل جيد عند استخدام أدوات كربيد عالية الجودة وتغذية معدلة.
- التفريغ الكهربائي والتشطيب السطحي:
- كلا الفولاذين مناسبين للتفريغ الكهربائي. غالبًا ما ينتج NAK80 تلميع مرآوي متفوق وسلامة حافة بسبب قلة الكربيدات الخشنة ومصفوفة دقيقة—وهذا مهم للأسطح البصرية والأجزاء البلاستيكية اللامعة.
- قابلية التشكيل/الانحناء:
- باعتبارها فولاذات قوالب تستخدم في شكل كتل، فإن التشكيل ليس مصدر قلق رئيسي؛ ومع ذلك، بالنسبة للأقسام السميكة ولحام القص، يتحمل NAK80 التشوه ولحام الإصلاح بشكل أفضل من البدائل عالية الكربون.
- التشطيب السطحي:
- تم تصميم NAK80 لدرجات تلميع عالية (RA وتشطيب مرآوي) مع ميل أقل للتآكل الدقيق و"قشر البرتقال" بعد دورات متكررة. يمكن تلميع P20 إلى لمعان عالٍ ولكنه قد يتطلب طحن تصحيحي أكثر ومعالجة سلبية.
8. التطبيقات النموذجية
| NAK80 | P20 |
|---|---|
| قوالب حقن ذات لمسة نهائية عالية حيث يكون التشطيب المرآوي ومقاومة التآكل (التعرض للرطوبة/التنظيف) من الأولويات | قواعد قوالب حقن عامة، إدخالات، ونواة/تجويف حيث تكون التكلفة وقابلية التشغيل الواسعة من الأولويات |
| قوالب إنتاج صغيرة إلى متوسطة حيث يتطلب الأمر تلميعًا متكررًا وجودة سطح تجميلية | قوالب إنتاج كبيرة، نماذج أولية، وقوالب حيث تكون الأداء القياسي والتوافر الواسع مطلوبين |
| مكونات سخانات ساخنة، أجزاء بصرية دقيقة، وإدخالات تشكيل جدران رقيقة حيث تكون مقاومة السطح للتآكل/العيوب مهمة | مكونات قوالب هيكلية، دعائم، وأجزاء تحتاج إلى معالجة حرارية/تشغيل مكثف بعد التصنيع |
| قوالب تتطلب دورات صيانة متكررة مع إعادة تلميع السطح المتكرر | قوالب حيث تكون الصلابة النهائية الأعلى بعد التبريد/التخمير مطلوبة وتخطط المعالجة بعد التسخين |
مبررات الاختيار: - اختر NAK80 عندما تكون لمسة النهاية، ومقاومة التآكل، والجهد الأدنى للتلميع على مدار دورة حياة القالب هي المتطلبات الأساسية. - اختر P20 عندما تكون التكلفة، والمعالجة القياسية، والصلابة القصوى أو الصلابة النهائية الأعلى أكثر أهمية.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: P20 عمومًا أقل تكلفة على أساس لكل كيلوجرام بسبب السبائك الأبسط وحجم الإنتاج الواسع. عادةً ما يحمل NAK80 سعرًا مرتفعًا لمحتوى السبائك (لا سيما النيكل)، والذوبان في الفراغ، والتسويق كفولاذ قوالب قابل للتلميع.
- التوافر: يتم تخزين P20 على نطاق واسع في العديد من أحجام وأشكال المصانع (كتل، ألواح، ألواح مسبقة التصلب). يتوفر NAK80 على نطاق واسع ولكن قد يكون له أوقات تسليم أطول أو توافر محدود في الأقسام الكبيرة جدًا اعتمادًا على المورد والمخزون الإقليمي.
- أشكال المنتجات: كلاهما متاح كألواح مسبقة التصلب، وكتل، وأحيانًا قضبان تصلب كامل؛ يتم تحديد NAK80 بشكل أكثر شيوعًا في حالة مسبقة التصلب للحفاظ على جودة السطح.
10. الملخص والتوصية
| المعيار | NAK80 | P20 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام (نوعية) | أفضل (كربون أقل، نيكل أعلى) | جيدة إلى متوسطة (كربون أعلى → مزيد من احتياطات اللحام) |
| توازن القوة–المتانة | متانة ممتازة عند صلابة مماثلة | إمكانات قوة جيدة؛ تعتمد المتانة على المعالجة الحرارية |
| التكلفة | أعلى (سبائك مميزة، مخزون نهائي) | أقل (فولاذ قوالب سلع) |
اختر NAK80 إذا: - كانت اللمسة النهائية/قابلية التلميع وجودة الأجزاء التجميلية حرجة. - سيتعرض القالب للرطوبة، والتنظيف المنتظم، أو البيئات التآكلية الخفيفة وتحتاج إلى تحسين مقاومة التآكل دون الطلاء. - من المتوقع حدوث إعادة تلميع متكررة على القالب وعمر تجميلي طويل وتريد تقليل دورات التشطيب.
اختر P20 إذا: - كانت الميزانية وتوافر المواد قيودًا أساسية. - كنت بحاجة إلى فولاذ قوالب سهل التشغيل ومفهوم جيد مناسب لمجموعة واسعة من تطبيقات التشكيل. - كانت هناك حاجة إلى صلابة أعلى أو خيار للتبريد/التخمير إلى صلابة أعلى وكانت المتطلبات التجميلية السطحية متوسطة أو ستتم معالجتها بواسطة الطلاءات/التغطية.
ملاحظة نهائية: بالنسبة لقرارات الإنتاج، احصل على شهادات المصنع وقارنها، وتأكد من ممارسات التشغيل والمعالجة الحرارية الموصى بها من المورد، وقم بتجارب التشغيل/التلميع، وحيثما كان ذلك مناسبًا، تجارب اللحام. يعتمد الأداء الفعلي للأجزاء على حرارة السبائك المحددة، وحجم القسم، والخطوات الحرارية والميكانيكية المطبقة.