ناكا 80 مقابل إس 136 - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
NAK80 و S136 هما نوعان من الفولاذ المستخدم في القوالب بشكل واسع في صناعات الحقن والأدوات. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً قرار الاختيار بين هذين النوعين عند تصميم القوالب للبيئات التآكلية، أو التشطيبات اللامعة، أو الأجزاء التي تتطلب عمر خدمة طويل. غالبًا ما يتوازن الاختيار بين مقاومة التآكل، وقابلية التلميع، والصلابة، والمتانة، والتكلفة، واحتياجات التصنيع اللاحقة.
التمييز العملي الرئيسي بين النوعين هو التركيز على السبائك والمعالجة: أحدهما مُحسّن بشكل أساسي لمقاومة التآكل العالية وقابلية التلميع الفائقة في البلاستيك المُشكل، بينما يقدم الآخر توازنًا مختلفًا لمقاومة التآكل مع تحسين القوة الميكانيكية والمتانة لتطبيقات القوالب الأكثر صعوبة. يتم مناقشة كلاهما هنا من حيث المعايير، والكيمياء، والميكروهيكل، واستجابة المعالجة الحرارية، والسلوك الميكانيكي، وقابلية اللحام، وخصائص التآكل، وسمات التصنيع، والتطبيقات، واعتبارات الشراء.
1. المعايير والتسميات
- المعايير الشائعة والتسميات التجارية التي يتم مواجهتها:
- S136: يُشار إليه غالبًا كفولاذ قوالب غير قابل للصدأ من نوع مارتنسيت يُستخدم في أوروبا وحول العالم (يتم بيعه عادةً من قبل عدة منتجين تحت تسمية S136 أو ما يعادلها).
- NAK80: تسمية فولاذ قوالب غير قابل للصدأ تُستخدم بشكل أساسي في آسيا وعلى مستوى دولي من قبل مصنّعين محددين؛ أحيانًا يتم إدراجها في الأدبيات الخاصة بالمنتجات بدلاً من كونها تسمية معيارية دولية واحدة.
- العائلات القياسية النموذجية التي يجب استشارتها للحصول على ما يعادلها والمواصفات تشمل:
- ASTM / ASME (مواصفات فولاذ الأدوات وفولاذ الأدوات غير القابل للصدأ)
- EN (تسمية المعايير الفولاذية الأوروبية وما يعادلها)
- JIS (المعايير الصناعية اليابانية؛ بعض الدرجات التجارية تنشأ في اليابان)
- GB (المعايير الوطنية الصينية قد تسرد فولاذ قوالب غير قابل للصدأ مكافئ)
- التصنيف:
- كلا من NAK80 و S136 هما فولاذ أدوات/قوالب غير قابلة للصدأ (فولاذ قوالب غير قابل للصدأ من نوع مارتنسيت)، أي أنهما فولاذ أدوات بتركيبة مقاومة للتآكل بدلاً من فولاذ الكربون العادي أو فولاذ HSLA.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
| عنصر | NAK80 (وجود نموذجي) | S136 (وجود نموذجي) |
|---|---|---|
| C (الكربون) | منخفض–معتدل (مراقب لقابلية التلميع) | منخفض–معتدل (مراقب للصلابة المارتنسيتية والتلميع) |
| Mn (المنغنيز) | منخفض (للإزالة الأكسجينية والتحكم في القوة) | منخفض |
| Si (السيليكون) | منخفض (مزيل أكسجين، تأثير ضئيل) | منخفض |
| P (الفوسفور) | أثر (محتفظ به في الحد الأدنى) | أثر (محتفظ به في الحد الأدنى) |
| S (الكبريت) | أثر (محتفظ به في الحد الأدنى لقابلية التلميع) | أثر (محتفظ به في الحد الأدنى) |
| Cr (الكروم) | معتدل–عالي (يوفر مقاومة للتآكل) | عالي (العنصر الرئيسي المقاوم للتآكل) |
| Ni (النيكل) | غالبًا منخفض–معتدل (يستقر الأوستنيت، المتانة) | منخفض–معتدل |
| Mo (الموليبدينوم) | قد يكون موجودًا بكميات صغيرة (الصلابة، مقاومة التآكل) | غالبًا موجود لتحسين مقاومة التآكل والصلابة |
| V (الفاناديوم) | إمكانية سبائك دقيقة (مكون كربيدي) | إمكانية سبائك دقيقة (مكون كربيدي) |
| Nb / Ti / B | عادةً أثر أو غائب، حسب المنتج | عادةً أثر أو غائب، حسب المنتج |
| N (النيتروجين) | غالبًا يُضاف عمدًا في بعض متغيرات NAK لتعزيز مقاومة التآكل وتقوية الترسيب | قد يتم التحكم فيه ولكن عادةً منخفض؛ ليس عادةً ميزة محددة |
ملاحظات: - تختلف التركيب الكمي الدقيق حسب المنتج ويجب التحقق منها في شهادة المصنع لكل دفعة. الجدول يُبلغ عن وجود نموذجي واستراتيجية سبائك بدلاً من نسب الوزن المحددة. - ملخص استراتيجية السبائك: يعتمد كلا النوعين بشكل أساسي على الكروم لتوفير مقاومة التآكل. تركز متغيرات NAK80 من بعض المنتجين على النيتروجين والسبائك المتوازنة بعناية لتحسين مقاومة التآكل مع الحفاظ على قابلية التشغيل والصلابة الكاملة. تم تصميم S136 لمقاومة التآكل العالية وقابلية التلميع، وغالبًا ما يتم تحسينه لبيئات القوالب حيث يجب تقليل التلطيخ أو الصدأ.
3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية
- الميكروهياكل النموذجية المعالجة:
- كلا النوعين هما فولاذ غير قابل للصدأ من نوع مارتنسيت بعد المعالجة الحرارية المناسبة. في الحالة المعالجة، يكونان عمومًا ناعمين، وهياكل ميكروية فيريتيك/معالجة جزئيًا مناسبة للتشغيل.
- طرق المعالجة الحرارية والاستجابات:
- التسخين: يتم إجراؤه لتليين وتثبيت التركيبة للتشغيل؛ ينتج عنه فيريتيك/بيرليتيك ناعم نسبيًا أو مارتنسيت مقسى حسب النوع ودورة التسخين الدقيقة.
- التصلب (علاج الحل / الأوستنيتيز والتبريد): يتم أوستنيتيز كلا النوعين عند درجات حرارة محددة حسب النوع لإذابة الكربيدات ثم يتم تبريدهما لتشكيل المارتنسيت. تتأثر توزيع الكربيدات والأوستنيت المحتفظ به بالسبائك (Cr، Mo، N).
- التقسية: تُستخدم دورات تقسية متعددة لتحقيق الصلابة المستهدفة والمتانة؛ تقلل التقسية من الضغوط الداخلية وتعدل المتانة على حساب بعض الصلابة.
- تأثير السبائك:
- يستقر الكروم والموليبدينوم الكربيدات ويؤثران على مقاومة التقسية؛ يدعم محتوى الكروم العالي مقاومة التآكل ولكنه يمكن أن يؤثر على حجم وتوزيع الكربيدات مما يؤثر على قابلية التلميع.
- يمكن أن يزيد النيتروجين (عند وجوده) من الصلابة ومقاومة التآكل من خلال تقوية الحل الصلب وترسيب النيتريد؛ يمكن أن يقلل أيضًا من الأوستنيت المحتفظ به إذا تم استخدامه بعناية.
- اعتبارات المعالجة:
- يعد التحكم في درجة حرارة الأوستنيتيز، وشدة التبريد، وجدول التقسية أمرًا حاسمًا لإنتاج التركيبة المطلوبة من الصلابة، والتجانس، وقابلية التلميع.
- تُستخدم عمليات إعادة الصهر بالكهرباء (ESR) أو عمليات الصهر بالفراغ غالبًا لـ S136 و NAK80 عالية الجودة لضمان النظافة وتوزيع الكربيدات الدقيقة الضرورية لخصائص التلميع والتآكل.
4. الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | NAK80 (نوعية) | S136 (نوعية) |
|---|---|---|
| قوة الشد | معتدلة إلى عالية بعد التصلب والتقسية | معتدلة إلى عالية؛ مُحسّنة مع مراعاة مقاومة التآكل |
| قوة العائد | معتدلة إلى عالية | معتدلة |
| التمدد (المرونة) | مرونة معقولة عند مستويات صلابة منخفضة | مرونة معتدلة؛ يمكن أن تكون أقل عند صلابة أعلى |
| متانة الصدمة | جيدة عمومًا لفولاذ قوالب غير قابل للصدأ عند معالجته حراريًا بشكل صحيح | جيدة، ولكن قد يكون التركيز على التلميع وأداء التآكل بدلاً من المتانة العالية |
| الصلابة (نطاق HRC عند التقسية) | قادر على نطاق من الناعم نسبيًا إلى الصلب إلى حد ما، حسب التقسية | قادر أيضًا على نطاق؛ عادةً ما يتم التحكم في صلابة الهدف للقوالب المصقولة لتحقيق توازن بين المتانة والتشطيب السطحي |
التفسير: - يمكن معالجة كلا النوعين حراريًا إلى نطاقات صلابة مشابهة مناسبة لقوالب الحقن؛ ومع ذلك، تعني الاختلافات الدقيقة في السبائك أن متغيرات NAK80 يمكن أن تقدم متانة أعلى قليلاً تحت بعض ظروف التقسية، بينما يُستخدم S136 عادةً عندما تكون مقاومة التآكل والتشطيب السطحي في غاية الأهمية. - تعتمد القياسات الميكانيكية الدقيقة على كيمياء المصنع وجدول المعالجة الحرارية المختار؛ استشر أوراق بيانات الموردين للحصول على قيم الشد، والعائد، والصدمات المحددة.
5. قابلية اللحام
- العوامل التي تؤثر على قابلية اللحام: المعادل الكربوني، وعناصر السبائك التي تزيد من الصلابة (Cr، Mo، V)، ووجود النيتروجين أو مكون الكربيد.
- الصيغ المفيدة لتقييم قابلية اللحام (تفسير نوعي بدلاً من عددي):
- $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- التفسير النوعي:
- كلا من NAK80 و S136 هما فولاذ أدوات غير قابلة للصدأ مع سبائك تزيد من الصلابة مقارنة بفولاذ الكربون العادي؛ لذلك، عادةً ما يتطلب الأمر تسخينًا مسبقًا، والتحكم في درجة حرارة التداخل، وتقسية ما بعد اللحام لتجنب التشقق.
- يمكن أن يعقد النيتروجين في بعض متغيرات NAK80 اللحام عن طريق تغيير سلوك التصلب وتعزيز المسامية؛ يمكن أن يكون S136 مع محتوى عالٍ من الكروم والموليبدينوم عرضة للتصلب المارتنسيت في منطقة التأثير الحراري.
- بالنسبة للقوالب الحرجة، غالبًا ما يتم تقليل اللحام؛ عند الضرورة، استخدم المعادن المالئة المتطابقة المصممة لفولاذ أدوات غير قابلة للصدأ من نوع مارتنسيت واتبع إجراءات المعالجة الحرارية الموصى بها من الموردين قبل وبعد اللحام.
6. التآكل وحماية السطح
- بالنسبة لفولاذ القوالب غير القابل للصدأ، يتم اشتقاق مقاومة التآكل الفطرية من الكروم (وأحيانًا من الموليبدينوم، والنيتروجين). استخدام المؤشرات:
- رقم مقاومة الترسيب (PREN) مفيد للفولاذ غير القابل للصدأ الأوستنيتي ولكنه يمكن استخدامه لتقديم رؤى اتجاهية: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- التفسير: PREN هو الأكثر تطبيقًا على الدرجات الأوستنيتية؛ بالنسبة لفولاذ القوالب غير القابل للصدأ من نوع مارتنسيت، تقدم الصيغة إشارة اتجاهية ولكنها ليست مؤشرًا حاسمًا لسلوك التآكل في الخدمة.
- بدائل غير قابلة للصدأ:
- إذا تم اختيار فولاذ أدوات غير قابل للصدأ، تشمل الحمايات القياسية ضد التآكل المجلفن، والطلاء، والتغطية، أو الطلاءات المحلية. بالنسبة لفولاذ القوالب غير القابل للصدأ مثل NAK80 و S136، تقلل السلبية السطحية من الحاجة إلى الحماية التضحية في العديد من بيئات التشكيل.
- ملاحظات عملية:
- يتم اختيار S136 غالبًا عندما تكون المقاومة طويلة الأمد للتلطيخ والبيئات التآكلية الخفيفة مطلوبة، خاصةً للقوالب المبردة بالماء أو القوالب التي تنتج بلاستيكًا تآكليًا أو وسائط مصبوبة تآكلية.
- يعد التشطيب السطحي ونظافة الميكروهيكل (انخفاض الشوائب غير المعدنية) أمرًا حيويًا لمقاومة التآكل واللمعان؛ تتفوق الفولاذات المعالجة بالـ ESR أو بالفراغ هنا.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشغيل:
- كلا النوعين في الحالة المعالجة تعمل بشكل معقول جيد؛ ومع ذلك، يمكن أن تعمل فولاذات الأدوات غير القابلة للصدأ من نوع مارتنسيت على صلابة العمل وتطلب أدوات، وتغذيات، وسرعات مناسبة.
- توصى أدوات الكربيد وإعدادات الآلات المستقرة للتشغيل عالي الدقة.
- قابلية التشكيل:
- لا تُستخدم هذه الأنواع عادةً للتشكيل الواسع؛ يمكن أن يكون الانحناء ممكنًا في الحالة المعالجة ولكنه يتطلب الانتباه إلى الارتداد والتشقق في الحواف.
- التشطيب:
- التلميع إلى لمسة مرآة هو مطلب شائع؛ غالبًا ما يتم اختيار S136 بسبب قابلية التلميع الفائقة عندما يتم إنتاجه بميكروهيكل نظيف وحجم كربيد دقيق.
- تُستخدم أحيانًا المعالجات السطحية (النيترة، الطلاء بالكروم) حسب احتياجات التآكل والارتداء؛ يعتمد سلوك النيترة على كيمياء القاعدة (وجود النيتروجين وسلوك الانتشار).
8. التطبيقات النموذجية
| NAK80 | S136 |
|---|---|
| قوالب حيث الحاجة إلى توازن بين مقاومة التآكل وتحسين المتانة الميكانيكية؛ مكونات النواة/التجويف حيث تتطلب ضغوطًا أعلى أو مقاومة تآكل معتدلة. | قوالب عالية اللمعان ومقاومة للتآكل للبلاستيك (خاصة في البيئات الرطبة أو المبردة بالماء)، قوالب تتطلب تشطيب سطحي ممتاز ومقاومة للتلطيخ. |
| قوالب النماذج والإنتاج حيث يتم إعطاء الأولوية لقابلية التشغيل في الحالة المعالجة ويتوفر التحكم في المعالجة الحرارية اللاحقة. | قوالب حقن دقيقة للأجزاء البصرية أو الزخرفية، حيث يكون مظهر السطح والتلطيخ الأدنى أمرًا حاسمًا. |
| إدخالات، نوى، منزلقات في قوالب قد تتطلب قوة أو متانة إضافية على مدى فترات طويلة. | قوالب تجميل عالية الجودة، قوالب الأجهزة الطبية، والقوالب المعرضة للبلاستيكات التآكلية أو التنظيف العدواني. |
منطق الاختيار: اختر بناءً على المتطلبات السائدة—مقاومة الحمل والارتداء مقابل أقصى مقاومة للتآكل وقابلية التلميع.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة:
- كلاهما فولاذ أدوات غير قابلة للصدأ متخصص وعادةً ما تكون تكلفتهما أعلى من فولاذ القوالب التقليدي (مثل P20). تعتمد التكلفة النسبية على السوق، والمصنع، والمعالجة (تزيد عمليات الصهر بالـ ESR/الفراغ من التكلفة).
- غالبًا ما تكون تكلفة S136، خاصةً عندما يتم توفيره كمادة معالجة بالـ ESR أو بالفراغ، في الطرف الأعلى من نطاق الأسعار مقارنةً بفولاذ أدوات غير قابلة للصدأ الشائعة.
- تعتمد أسعار NAK80 على المنتج، وإضافة النيتروجين، والمعالجة؛ يمكن أن تكون تنافسية مع فولاذ القوالب غير القابل للصدأ الأخرى ولكن يجب التحقق من التكلفة الدقيقة مع الموردين.
- التوافر حسب شكل المنتج:
- كلاهما متاح في شكل كتل، وألواح، وقضبان، وألواح مُعالجة مسبقًا من كبار موردي فولاذ الأدوات؛ تختلف أوقات التسليم حسب المصنع وما إذا كان المنتج هو ESR أو مُعالج بشكل خاص.
- التوافر العالمي عمومًا جيد، ولكن قد يتطلب الحصول على أقسام كبيرة أو ظروف معالجة محددة (ألواح مُعالجة مسبقًا ومصقولة) أوقات تسليم أطول.
10. الملخص والتوصية
| السمة | NAK80 | S136 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | معتدلة — تتطلب تسخينًا مسبقًا دقيقًا / تقسية ما بعد اللحام | معتدلة — خطر تصلب منطقة التأثير الحراري؛ يحتاج إلى لحام مضبوط |
| توازن القوة–المتانة | جيدة — متوازنة نحو المتانة في العديد من المتغيرات | جيدة — متوازنة، مع التركيز على التلميع/التآكل على حساب المتانة القصوى |
| التكلفة | معتدلة إلى عالية (تعتمد على المورد/العملية) | معتدلة إلى عالية — غالبًا ما تكون أعلى عند معالجة ESR أو بالفراغ |
التوصية: - اختر NAK80 إذا كنت بحاجة إلى فولاذ قوالب غير قابل للصدأ يوفر توازنًا بين مقاومة التآكل مع تحسين القوة الميكانيكية والمتانة للقوالب المعرضة لأحمال أعلى، أو إجهاد ميكانيكي متكرر، أو حيث تقدم المعادن المحسنة بالنيتروجين فوائد في الأداء. - اختر S136 إذا كانت الأولوية هي أقصى مقاومة للتلطيخ، وقابلية تلميع فائقة، وسجل مثبت لتطبيقات القوالب الحساسة للتآكل عالية اللمعان (على سبيل المثال، القوالب التجميلية، الطبية، أو المبردة بالماء حيث يكون مظهر السطح ومقاومة التآكل على المدى الطويل أمرًا حاسمًا).
ملاحظة ختامية: NAK80 و S136 هما كلاهما مرشحان قويان لتطبيقات القوالب المقاومة للتآكل. يعتمد النوع الصحيح على التفاعل المحدد لبيئة الخدمة (التعرض للتآكل، وسائل التبريد)، التشطيب السطحي المطلوب، ظروف الحمل والارتداء، وقيود التصنيع. تحقق دائمًا من شهادات المصنع، وتوصيات معالجة المورد، وقم بإجراء معالجة تجريبية حيثما كانت الأداء الحرج أو التأهيل مطلوبًا.