17-4 الفولاذ المقاوم للصدأ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4 PH (SAE 630) هو فولاذ مقاوم للصدأ يتم تقويته من خلال ترسيب، ويجمع بين القوة العالية ومقاومة التآكل مع سهولة التصنيع. يصنف كالفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتية، ويتم سبكه بشكل أساسي مع الكروم (15-17.5٪) والنيكل (3-5٪)، بالإضافة إلى النحاس (3-5٪) الذي يعزز من قدرته على التصلب. هذه التركيبة الفريدة تسمح لفولاذ 17-4 PH بتحقيق مجموعة متنوعة من الخصائص الميكانيكية من خلال المعالجة الحرارية، مما يجعله مناسبًا للاستخدامات المت demanding في مختلف الصناعات.
نظرة شاملة
تشمل الخصائص الأساسية للفولاذ المقاوم للصدأ 17-4 PH الخصائص الميكانيكية الممتازة، ومقاومة التآكل الجيدة، وسهولة التصنيع. يظهر قوة شد عالية، وقوة عائد، وصلابة، خاصة في الحالة المعالجة حرارياً. إن قدرة الفولاذ على الحفاظ على هذه الخصائص عند درجات الحرارة المرتفعة تضيف إلى تنوعه.
المزايا:
- قوة عالية: يمكن أن يحقق فولاذ 17-4 PH قوى شد تتجاوز 1,200 ميغاباسكال (174 ksi) عند معالجته حرارياً بشكل صحيح.
- مقاومة للصدأ: يوفر مقاومة جيدة لمجموعة متنوعة من البيئات التآكلية، بما في ذلك الظروف الجوية وبعض الأحماض.
- سهولة التصنيع: يمكن تصنيع الفولاذ بسهولة ولحامه، مما يجعله مناسبًا للمكونات المعقدة.
القيود:
- تشقق الصدأ تحت الضغط (SCC): على الرغم من أنه مقاوم للعديد من العوامل التآكلية، إلا أنه يمكن أن يكون عرضة لـ SCC في بيئات الكلوريد.
- أداء محدود عند درجات الحرارة العالية: يمكن أن تتدهور خصائصه الميكانيكية عند درجات الحرارة العالية جداً مقارنةً ببعض الفولاذات المقاوم للصدأ الأخرى.
تاريخياً، تم استخدام فولاذ 17-4 PH على نطاق واسع في مجال الفضاء، والبحرية، وتطبيقات معالجة المواد الكيميائية بسبب مزيجه الفريد من الخصائص. لا تزال مكانته في السوق قوية، خاصة في القطاعات التي تتطلب مواد عالية الأداء.
أسماء بديلة، معايير، ومكافئات
| المنظمة القياسية | التسمية/الدرجة | الدولة/المنطقة الأصلية | ملاحظات/تعليقات |
|---|---|---|---|
| UNS | S17400 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب مكافئ لـ AISI 630 |
| AISI/SAE | 630 | الولايات المتحدة الأمريكية | التسمية المستخدمة بشكل شائع |
| ASTM | A564 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة للفولاذ المقاوم للصدأ المعالج بالترسيب |
| EN | 1.4542 | أوروبا | اختلافات طفيفة في التركيب يجب أن تكون ملحوظة |
| JIS | SUS630 | اليابان | خصائص مشابهة ولكن قد تكون لها معايير معالجة مختلفة |
يمكن أن تؤثر الاختلافات بين هذه الدرجات على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق المحددة. على سبيل المثال، بينما يعتبر UNS S17400 و AISI 630 غالبًا قابلين للتبادل، يمكن أن تؤثر الاختلافات الطفيفة في التركيب على مقاومة التآكل والخصائص الميكانيكية.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| العنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة (%) |
|---|---|
| Cr (الكروم) | 15.0 - 17.5 |
| Ni (النيكل) | 3.0 - 5.0 |
| Cu (النحاس) | 3.0 - 5.0 |
| C (الكربون) | ≤ 0.07 |
| Mn (المنغنيز) | ≤ 1.0 |
| Si (السيليكون) | ≤ 1.0 |
| P (الفسفور) | ≤ 0.04 |
| S (الكبريت) | ≤ 0.03 |
تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في 17-4 PH الكروم، والنيكل، والنحاس. يوفر الكروم مقاومة للصدأ وصلابة، بينما يعزز النيكل من القوة واللدونة، ويساهم النحاس في عملية التصلب بالترسيب، مما يزيد بشكل كبير من قوة الفولاذ.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | درجة حرارة الاختبار | القيمة/النطاق النموذجي (متركي) | القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري) | المرجع القياسي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | م可冷 &_temperature پی این | درجة حرارة الغرفة | 1,200 - 1,300 ميغاباسكال | 174 - 188 ksi | ASTM E8 |
| قوة العائد (0.2% تحريف) | م可冷 &_temper | درجة حرارة الغرفة | 1,050 - 1,200 ميغاباسكال | 152 - 174 ksi | ASTM E8 |
| التشوه | م可冷 &_temper | درجة حرارة الغرفة | 5 - 10% | 5 - 10% | ASTM E8 |
| صلابة (روكويل C) | م可冷 &_temper | درجة حرارة الغرفة | 35 - 45 HRC | 35 - 45 HRC | ASTM E18 |
| قوة التأثير (شاربي) | م可冷 &_temper | -40°C (-40°F) | 30 - 50 J | 22 - 37 ft-lbf | ASTM E23 |
يجعل الجمع بين قوة الشد وقوة العائد العالية فولاذ 17-4 PH مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب سلامة هيكلية تحت الضغط الميكانيكي. تتيح صلابته مقاومة للتآكل، بينما تشير قيم التشوه إلى لدونة جيدة، وهي ضرورية لعمليات التشكيل.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة (متركي) | القيمة (إمبراطوري) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7.75 جرام/سم³ | 0.28 رطل/بوصة³ |
| نقطة الانصهار/النطاق | - | 1,400 - 1,500 °C | 2,552 - 2,732 °F |
| التوصيل الحراري | درجة حرارة الغرفة | 25 واط/م·ك | 14.5 BTU·بوصة/ساعة·قدم²·°F |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 500 جول/كجم·ك | 0.12 BTU/رطل·°F |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.72 ميكروأوم·م | 0.0000013 أوم·قدم |
| معامل التمدد الحراري | درجة حرارة الغرفة | 16.5 x 10⁻⁶/ك | 9.2 x 10⁻⁶/°F |
تشير الكثافة ونقطة الانصهار لـ 17-4 PH إلى Suitability of اكسر, بينما توحي بين التوصيل الحراري والسعة الحرارية النوعية بأداء إدارة حرارية جيدة. المقاومه الكهربائية منخفضة نسبياً، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها التوصيل الكهربائي مفيدة.
مقاومة التآكل
| عامل تآكل | تركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | ت评级: | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكلوريدات | 3-10 | 20-60 °C (68-140 °F) | عادل | خطر الحفر |
| حمض الكبريتيك | 10-30 | 20-40 °C (68-104 °F) | جيد | مقاومة محدودة |
| حمض الأسيتيك | 10-50 | 20-60 °C (68-140 °F) | جيد | خطر تآكل الإجهاد |
| مياه البحر | - | البيئة | جيد | مقاومة للتآكل الجوي |
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4 PH مقاومة جيدة للتآكل في بيئات مختلفة، خاصة في الظروف الجوية والبحرية. ومع ذلك، فهو عرضة للحفر وتشقق الإجهاد في بيئات الكلوريد، وهو اعتبار حاسم لتطبيقات في البيئات الساحلية أو معالجات المواد الكيميائية. مقارنةً بدرجات مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 316، الذي يقدم مقاومة متفوقة للكلوريدات، قد لا يكون 17-4 PH الخيار الأفضل للبيئات التآكلية الشديدة.
مقاومة الحرارة
| خاصية/حد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة | 300 °C | 572 °F | - |
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة | 400 °C | 752 °F | - |
| درجة حرارة الهدر | 600 °C | 1,112 °F | - |
| اعتبارات قوة الزحف | 400 °C | 752 °F | تبدأ في التدهور |
عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ 17-4 PH بقوته وصلابته حتى حوالي 300 °C (572 °F). بعد ذلك، تزداد مخاطر الأكسدة وفقدان الخصائص الميكانيكية. لا يُنصح باستخدام الفولاذ في الخدمة المستمرة عند هذه الدرجات، حيث أنه قد يتعرض لتدهور كبير.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن المملوء الموصى به (تصنيف AWS) | غاز / فلكس الحماية النموذجية | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| لحام TIG | ER630 | أرجون | يوصى بالتسخين المسبق |
| لحام MIG | ER630 | خليط أرجون/CO2 | يوصى بمعالجة حرارية بعد اللحام |
| SMAW (عصا) | E630 | - | يتطلب تحكمًا دقيقًا لتجنب التشقق |
يمكن لحام 17-4 PH باستخدام عمليات مختلفة، ولكنها تتطلب تحكمًا دقيقًا في إدخال الحرارة لتجنب المشكلات مثل التشقق. يُوصى بالتسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام غالبًا لتخفيف الضغوط وتعزيز خصائص اللحام.
قابلية التشغيل
| معامل التشغيل | 17-4 PH | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 60% | 100% | يتطلب أدوات حادة |
| سرعة القطع النموذجية (التدوير) | 30-50 م/دقيقة | 80-100 م/دقيقة | استخدم سائل تبريد للحصول على أفضل النتائج |
قابلية تشغيل 17-4 PH متوسطة، وعلى الرغم من أنه يمكن تشغيله بشكل فعال، إلا أنه يتطلب أدوات حادة وسرعات قطع مناسبة لتجنب تصلب العمل.
قابلية التشكيل
ليس فولاذ 17-4 PH قادرًا على التشكيل كما هو الحال مع الفولاذات المقاومة للصدأ الأوستنيتية بسبب هيكله المارتنسيت. يمكن القيام بالتشكيل البارد ولكنه قد يؤدي إلى تصلب العمل، مما يستدعي التحكم الدقيق في أنصاف أقطار الانحناء وعمليات التشكيل. يكون التشكيل الساخن أكثر قابلية ولكن يتطلب إدارة دقيقة لدرجات الحرارة للحفاظ على الخصائص.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C/°F) | الوقت النموذجي للنقع | طريقة التبريد | الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التسخين لحل المشكلة | 1,000 - 1,050 °C (1,832 - 1,922 °F) | 1 ساعة | هواء | حل الرواسب، تعزيز اللدونة |
| الشيخوخة | 480 - 620 °C (896 - 1,148 °F) | 4 - 8 ساعات | هواء | زيادة القوة من خلال تصلب الترسيب |
تشمل عمليات المعالجة الحرارية لفولاذ 17-4 PH التسخين لحل المشكلة يليه عملية الشيخوخة، والتي تحول الهيكل الدقيق لتحسين القوة والصلابة. ينتج عن عملية الشيخوخة ترسيب جزيئات دقيقة تعيق حركة التشوه، مما يزيد بشكل كبير من قوة المادة.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على تطبيق محدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (باختصار) |
|---|---|---|---|
| الفضاء | مكونات الطائرات | قوة عالية، مقاومة للصدأ | حيوية للسلامة والأداء |
| البحرية | مكونات المضخات والصمامات | مقاومة للصدأ، قوة | تعرض لبيئات قاسية |
| معالجة المواد الكيميائية | أوعية الضغط | مقاومة للصدأ، قابلية التصنيع | مطلوب للمتانة والموثوقية |
تشمل التطبيقات الأخرى:
- مكونات صناعة النفط والغاز
- الأجهزة الطبية
- معدات معالجة الطعام
يرجع اختيار 17-4 PH في هذه التطبيقات بشكل أساسي إلى نسبة القوة إلى الوزن العالية ومقاومته الممتازة للتآكل، مما يجعله مثاليًا للمكونات التي يجب أن تتحمل بيئات قاسية وضغوطًا ميكانيكية.
اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | 17-4 PH | فولاذ مقاوم للصدأ 316 | AISI 4140 | ملاحظات مختصرة عن المزايا/العيوب أو المقايضة |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة عالية | قوة متوسطة | قوة عالية | يتفوق 17-4 PH في القوة |
| البعد الرئيسي للصدأ | جيد | ممتاز | عادل | يقدم 316 مقاومة تآكل متفوقة |
| قابلية اللحام | متوسطة | جيدة | عادية | يتطلب 17-4 PH لحامًا دقيقًا |
| قابلية التشغيل | متوسطة | جيدة | جيدة | يُعَد 17-4 PH أكثر تحديًا في التشغيل |
| قابلية التشكيل | محدودة | جيدة | جيدة | يُعَد 17-4 PH أقل قابلية للتشكيل |
| التكلفة التقريبية النسبية | معتدلة | معتدلة | منخفضة | تختلف التكلفة حسب ظروف السوق |
| التوافر النموذجي | شائع | شائع جدًا | شائع | يتوفر 17-4 PH على نطاق واسع |
عند اختيار فولاذ 17-4 PH، تشمل الاعتبارات قوته العالية ومقاومته المتوسطة للتآكل، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها الأداء الميكانيكي حاسمًا. ومع ذلك، يجب تقييم القابلية للتشقق تحت ضغط التآكل البيئي في بيئات الكلوريد، والتحديات في اللحام والتشغيل بعناية بناءً على متطلبات المشروع.
باختصار، يُعَد الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4 PH مادة متعددة الاستخدامات تقدم مجموعة فريدة من الخصائص، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات المت demanding. يجب أن يتم الاختيار بناءً على فهم شامل لخصائصه الميكانيكية والفيزيائية ومقاومة التآكل، بالإضافة إلى المتطلبات المحددة للتطبيق المقصود.