S136 مقابل 420 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

المقدمة

اختيار بين S136 و 420 هو قرار متكرر للمهندسين ومديري المشتريات ومخططي التصنيع الذين يعملون على مكونات القوالب أو الأجزاء الدقيقة أو الأجهزة المعرضة للتآكل. غالبًا ما يتوازن الاختيار بين مقاومة التآكل وتشطيب السطح مقابل التكلفة وسهولة التصنيع - وعادة ما يكون مدفوعًا بوظيفة الجزء والبيئة المتوقعة للخدمة وتكلفة دورة الحياة المطلوبة.

على مستوى عالٍ، كلا من S136 و 420 هما فولاذان مقاومان للصدأ من نوع المارتنزيت يستخدمان حيث تكون هناك حاجة لمزيج من الصلابة وبعض مقاومة التآكل، لكنهما مصممان بأولويات مختلفة. الفرق العملي الأكثر أهمية هو أن S136 هو فولاذ قوالب مقاوم للصدأ تم تحسينه لزيادة مقاومته للتآكل السطحي وامتياز قابلية التلميع، بينما 420 هو فولاذ مقاوم للصدأ من نوع المارتنزيت متعدد الاستخدامات مع توفر أوسع وتكلفة أقل. تؤثر هذه الاختلافات على استراتيجية السبائك واستجابة المعالجة الحرارية وتشطيب السطح ومعايير الاختيار في الصناعة.

1. المعايير والتسميات

• S136: يتم توريده تجاريًا كفولاذ قوالب مقاوم للصدأ (يشار إليه عادةً من قبل موردي فولاذ القوالب والشركات المصنعة الأصلية). يتم تحديده عادةً للأدوات وإدخالات القوالب حيث تكون مقاومة التآكل وقابلية التلميع مطلوبة. إنه فولاذ أدوات مقاوم للصدأ من نوع المارتنزيت في عائلة فولاذ القوالب المقاومة للصدأ بدلاً من فولاذ أدوات الكربون التقليدي.
• 420: تم تعيينه من قبل AISI/SAE كـ AISI 420 / UNS S42000؛ إنه فولاذ مقاوم للصدأ من نوع المارتنزيت في ASTM والعديد من المعايير الدولية. يتم استخدامه على نطاق واسع كفولاذ أدوات وهندسة مقاوم للصدأ.

تصنيف نموذجي حسب النوع: - S136 - فولاذ قوالب/أدوات مقاوم للصدأ (عائلة فولاذ الأدوات بسلوك مقاوم للصدأ). - 420 - فولاذ مقاوم للصدأ من نوع المارتنزيت (سبيكة مقاومة للصدأ متعددة الاستخدامات؛ غالبًا ما تستخدم في الهندسة وأدوات المائدة).

(يمكن أن تختلف أرقام المعايير الدقيقة والتسميات التجارية حسب المورد؛ تحقق دائمًا من شهادات المواد الخاصة بالمورد للطلبات المحددة.)

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تقدم الجدول التالي العناصر الشائعة للسبائك ذات الأهمية والوجود النوعي في كل درجة. تختلف التركيزات الدقيقة حسب المورد وشكل المنتج؛ استشر شهادات المصنع للمشتريات.

العنصر	S136 (نموذجي، نوعي)	420 (نموذجي، نوعي)
C (الكربون)	متوسط - مصمم لتحقيق القابلية للتصلب وصلابة السطح مع تمكين قابلية التلميع	متوسط - نطاق تجاري واسع؛ يتحكم في الصلابة النهائية والقوة
Mn (المنغنيز)	منخفض - معتدل (يتم التحكم فيه للحد من الأوستينيت المحتفظ به والشوائب)	منخفض - معتدل (مزيل للأكسدة، يؤثر على القابلية للتصلب)
Si (السيليكون)	منخفض (إزالة الأكسدة)	منخفض (إزالة الأكسدة)
P (الفوسفور)	أثر / منخفض (يتم الحفاظ عليه منخفضًا من أجل المتانة ومقاومة التآكل)	أثر / منخفض
S (الكبريت)	منخفض جدًا (يتم تقليله لتحسين قابلية التلميع ومقاومة التآكل)	غالبًا ما يكون أعلى من S136 في الدرجات القديمة (يحسن القابلية للتشغيل، يقلل من مقاومة التآكل)
Cr (الكروم)	مرتفع نسبيًا (لتوفير سلوك مقاوم للصدأ ومقاومة للتآكل)	مرتفع (12-14% تقليديًا؛ يوفر سلوك مقاوم للصدأ)
Ni (النيكل)	منخفض (قد يكون موجودًا بكميات ضئيلة)	منخفض (عادةً منخفض إلى ضئيل)
Mo (الموليبدينوم)	منخفض جدًا أو غائب (بعض درجات القوالب تتحكم عمدًا في Mo لتحقيق توازن بين التآكل والمتانة)	غالبًا ما يكون منخفضًا أو غائبًا (ما لم يتم تحديده)
V (الفاناديوم)	منخفض - معتدل (إذا كان موجودًا، من أجل مقاومة التآكل وتحسين الحبيبات)	منخفض (قد يكون موجودًا في بعض المتغيرات)
Nb, Ti, B	عادةً ما يتم التحكم فيها أو غائبة (مثبتات وسبائك دقيقة يتم التحكم فيها لتحسين قابلية التلميع والخصائص)	عادةً غائبة أو بكميات ضئيلة
N (النيتروجين)	منخفض (يتم تجنبه في العديد من المتغيرات بسبب تأثيراته على التآكل والمتانة)	منخفض (عادةً)

كيف تؤثر السبائك على الأداء (على مستوى عالٍ) - الكروم: العنصر الأساسي للسلوك المقاوم للصدأ. يعزز الكروم المرتفع والموزع جيدًا مع الكبريت المنخفض مقاومة التآكل السطحي والتآكل. - الكربون: يزيد من الصلابة القابلة للتحقيق ومقاومة التآكل بعد التبريد والتلطيف ولكنه يزيد من قابلية التصلب للمارتنزيت وعرضة للتشقق في المناطق الصلبة وتقليل مقاومة التآكل إذا تم دمجه مع مستويات عالية من الشوائب. - الكبريت والمنغنيز: الكبريت الأعلى يحسن القابلية للتشغيل ولكنه يقلل من قابلية التلميع ومقاومة التآكل؛ S136 يحتفظ بمستوى الكبريت منخفضًا جدًا للحصول على تشطيبات مرآة. - العناصر الدقيقة (V، Nb، Ti): تضاف بكميات صغيرة لتحسين الكربيدات وتحسين توازن التآكل/المتانة؛ يتم التحكم في وجودها بدقة في فولاذ القوالب للحفاظ على تشطيب السطح.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية - كلا من S136 و 420 مصممان لتشكيل المارتنزيت بعد التبريد المناسب. في الحالة الملدنة، تحتوي على الفريت/البرليت أو هياكل مارتنزيتية ملدنة حسب المعالجة. البنية المجهرية بعد التبريد هي مارتنزيت بالإضافة إلى الأوستينيت المحتفظ به والكربيدات؛ يقلل التلطيف من الصلابة ويثبت البنية المجهرية.

سلوكيات المعالجة الحرارية والاعتبارات - S136: يتم توريده غالبًا في حالة ملدنة في الفراغ أو حالة مسبقة التصلب مع التركيز على النظافة وتوزيع الكربيد المتحكم فيه. يقبل دورات التبريد والتلطيف القياسية للوصول إلى الصلابة المستهدفة مع الحفاظ على مقاومة التآكل. نظرًا لأن S136 محدد للحصول على تشطيب سطحي عالي الجودة، فإن المعالجة الحرارية في الفراغ أو في جو محكم شائعة للحد من إزالة الكربون وأكسيدات السطح. - 420: يستجيب بشكل متوقع للتصلب التقليدي (الأوستينيت → تبريد → تلطيف). معالجة 420 الحرارية مرنة ويمكن تحسينها لتحقيق متانة أعلى أو صلابة أعلى حسب درجة حرارة التلطيف. تُستخدم المعالجات الحرارية الجوية بشكل شائع في ورش الهندسة العامة.

التطبيع، التبريد والتلطيف، والمعالجة الحرارية الميكانيكية - التطبيع ينقي حجم الحبيبات في كلا الفولاذين وهو مفيد قبل عمليات التشغيل. - التبريد والتلطيف يحدد توازن الصلابة والمتانة. غالبًا ما يستخدم S136 دورات أوستينيتية وتلطيف أكثر تحفظًا مع معالجة في الفراغ للحفاظ على سلوك التآكل. - المعالجة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة والتبريد المتحكم فيه) أكثر صلة بإنتاج القضبان/الألواح؛ يتم تحديد الخصائص النهائية لكلا الفولاذين إلى حد كبير من خلال المعالجة الحرارية اللاحقة.

4. الخصائص الميكانيكية

نظرًا لأن كلا الدرجتين حساسة للمعالجة الحرارية، فإن الأرقام المطلقة تعتمد على المورد، وجدول المعالجة الحرارية، وشكل المنتج. يقدم الجدول أدناه عرضًا نوعيًا مقارنًا للميول الميكانيكية النموذجية بدلاً من قيم عددية ثابتة.

الخاصية	S136	420
قوة الشد	مرتفع عندما يكون متصلبًا بالكامل (مصمم لصلابة سطح عالية)	مرتفع عندما يكون متصلبًا بالكامل (نطاقات قابلة للتحقيق مماثلة حسب الكربون)
قوة الخضوع	مرتفع بعد التلطيف إلى صلابة القوالب النموذجية	قابل للمقارنة؛ يتغير مع التلطيف
التمدد (المرونة)	معتدل - يميل نحو تمدد أقل عند صلابة أعلى	معتدل - يمكن تخصيصه؛ بعض متغيرات 420 تعطي مرونة أفضل عند صلابة أقل
صلابة التأثير	معتدلة إلى منخفضة عند صلابة عالية جدًا (غالبًا ما تضحي فولاذ القوالب ببعض المتانة من أجل الصلابة وجودة السطح)	معتدلة - يمكن أن تكون أعلى قليلاً من S136 عند صلابة مكافئة حسب الكربون والمعالجة
الصلابة (المتصلبة)	صلابة قابلة للتحقيق عالية وصلابة سطح مستدامة بعد التلميع	صلابة قابلة للتحقيق عالية؛ نطاق تجاري واسع حسب الكربون

التفسير - يمكن أن يتم تصلب كلا الفولاذين إلى مستويات صلابة مماثلة قابلة للاستخدام للأدوات والأجزاء المقاومة للتآكل؛ يعتمد التوازن الميكانيكي النهائي على محتوى الكربون والتلطيف. يركز تصنيع ومعالجة S136 على إنتاج بنية مجهرية نظيفة وتشطيب سطحي، مما يدعم مقاومة التآكل ومقاومة التآكل ولكن قد يتم تحديده مع خيارات كربون وتلطيف مختلفة قليلاً عن درجات 420 العامة.

5. قابلية اللحام

تعتبر قابلية اللحام للفولاذ المقاوم للصدأ من نوع المارتنزيت تحديًا مقارنةً بالدرجات الأوستينيتية بسبب محتوى الكربون والسبائك الذي يعزز المارتنزيت الصلب والهش في المناطق المتأثرة بالحرارة (HAZ). هناك مؤشرين شائعين لقابلية اللحام:

• معادل الكربون (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• معادلة Pcm (صيغة BE القديمة): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي - تشير القيم الأعلى لـ $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$ إلى خطر أكبر من تشقق HAZ والحاجة إلى تسخين مسبق/معالجة حرارية بعد اللحام. عادةً ما تتطلب كل من S136 و 420 إجراءات لحام دقيقة: التسخين المسبق، إدخال حرارة منخفضة، والتلطيف أو تخفيف الضغط بعد اللحام هي ممارسات شائعة. - قد تكون S136 أقل تسامحًا إذا كانت الدرجة تحتوي على كربون أعلى أو نظافة أكثر تحكمًا (لتجنب التحسس والحفاظ على تشطيب السطح). على العكس، قد تتضمن بعض متغيرات 420 المصممة للهندسة العامة إدراجات كبريتية وMn أعلى تسهل اللحام في الورشة ولكنها تضر بمقاومة التآكل. - بالنسبة للتجمعات الحرجة، يجب تأهيل اللحام مع مواصفات الإجراءات (PQR/WPS) والتجارب؛ قد يكون اللحام أو الربط الميكانيكي مفضلًا لأسطح القوالب ذات التكامل العالي.

6. التآكل وحماية السطح

• بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ من نوع المارتنزيت مع الكروم في نطاق 12-14%، فإن مقاومة التآكل معتدلة - كافية للعديد من البيئات الداخلية غير العدوانية ولحقن العديد من البوليمرات. تم تصميم S136 لمقاومة أعلى للتآكل السطحي وقابلية تلميع مرآة من خلال التحكم في الكبريت والشوائب غير المعدنية وإزالة الكربون السطحي.
• بالنسبة للبيئات القاسية، لا يتطابق كل من S136 و 420 مع مقاومة التآكل أو مقاومة التآكل العامة للفولاذ الأوستينيت (304/316) أو الفولاذ المزدوج. عند تقييم مقاومة التآكل المحلية، يكون رقم مقاومة التآكل (PREN) مفيدًا: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• بالنسبة للكيميائيات النموذجية لـ S136 و 420 (منخفضة Mo ومنخفضة N)، فإن قيم PREN متواضعة؛ وبالتالي، يحقق S136 مقاومة أفضل للتآكل السطحي بشكل عملي من خلال النظافة وتوزيع الكروم المحسن بدلاً من PREN العالي من خلال إضافات Mo أو N.

خيارات حماية السطح للسيناريوهات غير المثالية - إذا كانت خدمة الجزء تتطلب حماية إضافية: يمكن استخدام الطلاء بالنيكل غير الكهربائي، وطلاءات PVD، والنترجة (حيث تتوافق مع أهداف التآكل والصلابة)، أو الطلاءات البوليمرية. بالنسبة للحماية العامة من التآكل لـ 420 (إذا تم اختياره لأسباب تتعلق بالتكلفة)، فإن الطلاءات القياسية (التغليف ليس شائعًا للأجزاء المقاومة للصدأ) والدهانات أو علاجات التمرير هي خيارات.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل: 420 في حالاته الملينة أو المجانية التشغيل عمومًا أسهل في التشغيل من S136 المتصلب بشدة. غالبًا ما يتم توريد S136 في حالة مسبقة التصلب أو ملدنة في الفراغ؛ يجب أن يتم التشغيل في حالة أكثر ليونة يتبعها معالجة حرارية نهائية وطحن/تلميع نهائي.
• الطحن والتلميع: تم تحسين S136 لقابلية تلميع مرآة؛ إن انخفاض الكبريت والتحكم في الشوائب ينتج تشطيبات سطحية متفوقة مع عدد أقل من العيوب السطحية. يمكن تلميع 420 إلى لمعان عالٍ ولكن قد ينتج ميزات سطحية أكثر بسبب الشوائب.
• قابلية التشكيل/الانحناء: كلاهما محدود في قابلية التشكيل البارد عند التصلب؛ يجب أن يتم التشكيل في حالة ملدنة.
• تشطيب السطح: تشجع معالجة S136 على التلميع الكهربائي النهائي أو التلميع الميكانيكي لقوالب بصرية أو طبية؛ يمكن إنهاء 420 ولكن غالبًا ما يتطلب المزيد من تصحيح العيوب السطحية.

8. التطبيقات النموذجية

S136 (الاستخدامات النموذجية)	420 (الاستخدامات النموذجية)
قوالب حقن ذات لمعان عالٍ ونوى (بلاستيك، أجزاء بصرية)	أدوات مائدة، شفرات، وسكاكين متعددة الاستخدامات
إدخالات قوالب مقاومة للتآكل للأجزاء الطبية أو التي تتلامس مع الطعام	أجزاء عمود، مكونات صمامات، وأدوات عامة
قوالب للأجهزة الطبية والأجزاء الدقيقة التي تتطلب تشطيبات مرآة	قوالب بسيطة، تجهيزات، وأدوات يدوية حيث تكون التكلفة عاملًا
مكونات حيث تكون جودة السطح ومقاومة الوسائط التآكلية الخفيفة هي الأهم	أجزاء مضخات، محامل، ومكونات تتطلب سلوك مقاوم للصدأ بتكلفة أقل

مبررات الاختيار - اختر S136 للقوالب والأدوات حيث يكون تشطيب السطح، ومقاومة التآكل من السوائل العملية أو عوامل التنظيف، والاستقرار البعدي على المدى الطويل في الحالة الملمعة هي الأولويات. - اختر 420 عندما تكون حساسية التكلفة، والتوفر الواسع، والسلوك العام المقاوم للصدأ أكثر أهمية من قابلية التلميع المحسنة ومقاومة التآكل المتخصصة.

9. التكلفة والتوفر

• 420: متوفر على نطاق واسع، يتم إنتاجه من قبل العديد من المصانع في جميع أنحاء العالم في القضبان، والألواح، والأوراق، والمسبوكات. عمومًا، تكلفة الوحدة أقل من فولاذ القوالب المتخصص بسبب أحجام الإنتاج الكبيرة والعديد من الموردين.
• S136: فولاذ قوالب مقاوم للصدأ متخصص يتوفر عادةً من خلال موزعي فولاذ الأدوات ومصانع مختارة. التكلفة أعلى لكل كيلوغرام بسبب المعالجة الإضافية (مثل، الصهر في الفراغ، التحكم في الشوائب) وأحجام الإنتاج المحدودة. التوفر في أحجام مخزون الأدوات القياسية جيد ولكنه قد يكون أقل انتشارًا من 420 في الأشكال التجارية.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي)

السمة	S136	420
قابلية اللحام	معتدلة إلى تحدي؛ تتطلب إجراءات مؤهلة	معتدلة إلى تحدي؛ تعتمد على الكربون والمتغير
القوة - المتانة (التوازن)	صلابة عالية مع متانة معتدلة (محسنة لسلامة السطح)	صلابة قابلة للمقارنة قابلة للتحقيق؛ يمكن تخصيصها لمزيد من المتانة
التكلفة	أعلى (فولاذ قوالب متخصص)	أقل (فولاذ مقاوم للصدأ من نوع المارتنزيت)

اختر S136 إذا... - كنت بحاجة إلى مادة قالب أو أدوات توفر تشطيب سطحي متفوق، وقابلية تلميع مرآة، ومقاومة محسنة للتآكل السطحي في بيئات التنظيف العدوانية أو معالجة البوليمرات. S136 هو الخيار المفضل لقوالب الحقن عالية القيمة، وأدوات الأجهزة الطبية، والتطبيقات حيث تكون العيوب السطحية وحفر التآكل غير مقبولة.

اختر 420 إذا... - كنت بحاجة إلى فولاذ مقاوم للصدأ من نوع المارتنزيت متاح على نطاق واسع ومنخفض التكلفة للأدوات العامة، وأدوات المائدة، والأعمدة، أو الأجزاء حيث لا تكون قابلية التلميع القصوى ومقاومة التآكل المحسنة متطلبات أساسية. استخدم 420 عندما تحتاج إلى مرونة في المعالجة الحرارية وخيارات واسعة من الموردين.

ملاحظة نهائية - كلا الدرجتين حساسة للمعالجة الحرارية وتتطلب تحديد التركيب الدقيق للمورد، وشكل المنتج، ودورات المعالجة الحرارية المقصودة عند الشراء. بالنسبة للأجزاء الحرجة، اطلب شهادات المصنع، وحدد حالة السطح (مثل، ملدنة في الفراغ، مسبقة التصلب)، وأهل إجراءات اللحام والتشطيب قبل الإنتاج.