الفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH هو فولاذ مقاوم للصدأ يتم تقويته بالتساقط ويقع ضمن تصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. تشمل عناصره السبائكية الرئيسية الكروم (17%)، والنيكل (7%)، وكميات صغيرة من الألمنيوم، والتي تسهم في خصائصه الفريدة. يسمح إضافة الألمنيوم بعملية التقوية بالتساقط، مما يعزز قوته وصلابته مع الحفاظ على قابلية جيدة للطرق ومقاومة للتآكل.
يمتاز هذا الدرجة من الفولاذ بخصائصه الميكانيكية الممتازة، بما في ذلك القوة العالية للشد، ومقاومة جيدة للإرهاق، والقدرة على المعالجة الحرارية لتحقيق مستويات الصلابة المطلوبة. كما أنه يظهر قابلية جيدة لللحام والتشكيل، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات متنوعة في صناعات مثل الفضاء، والautomotive، والأجهزة الطبية.
المزايا والقيود
المزايا:
- نسبة القوة إلى الوزن العالية: يقدم 17-7 PH قوة متفوقة مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الآخر، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب توفير الوزن.
- مقاومة التآكل: يوفر مقاومة جيدة لمجموعة واسعة من البيئات التآكلية، بما في ذلك الظروف الجوية والأحماض الضعيفة.
- المرونة: القدرة على المعالجة الحرارية تسمح بتخصيص الخصائص الميكانيكية لتلبية متطلبات التطبيقات المحددة.
القيود:
- التكلفة: يمكن أن تجعل العناصر السبائكية 17-7 PH أكثر تكلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ القياسي.
- أداء محدود عند درجات الحرارة العالية: بينما يعمل بشكل جيد عند درجات الحرارة المعتدلة، فإن قوته قد تنقص عند درجات الحرارة المرتفعة مقارنة بالسبائك الأخرى ذات درجات الحرارة العالية.
تاريخيًا، كان 17-7 PH مهمًا في قطاع الفضاء، حيث يتم الاستفادة من خصائصه في المكونات التي تتطلب كلًا من القوة والمقاومة للتآكل. مركزه السوقي قوي، خاصة في التطبيقات التي تكون فيها الأداء العالي أمرًا أساسيًا.
أسماء بديلة، معايير، وما يعادلها
| المنظمة المعيارية | التسمية/الدرجة | البلد/المنطقة الأصلية | ملاحظات/تعليقات |
|---|---|---|---|
| UNS | S17700 | الولايات المتحدة الأمريكية | الأقرب إلى AISI 630 |
| AISI/SAE | 17-7 PH | الولايات المتحدة الأمريكية | درجة تقوية بالتساقط |
| ASTM | A313 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة قياسية للأسلاك |
| EN | 1.4568 | أوروبا | خصائص مشابهة، اختلافات تركيبية طفيفة |
| جيس | SUS 630 | اليابان | معادل مع اختلافات طفيفة في الخصائص |
تسليط الضوء في الجدول أعلاه على معايير ومعادلات مختلفة للفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH. من الجدير بالذكر أنه بينما تعتبر درجات مثل SUS 630 و1.4568 معادلة، قد تظهر اختلافات خفية في الخصائص الميكانيكية أو المقاومة للتآكل التي قد تؤثر على اختيار المادة لتطبيقات محددة.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| عنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة المئوية (%) |
|---|---|
| Cr (الكروم) | 16.0 - 18.0 |
| Ni (النيكل) | 6.5 - 7.5 |
| Al (الألمنيوم) | 0.75 - 1.5 |
| C (الكربون) | 0.07 كحد أقصى |
| Mn (المنغنيز) | 1.0 كحد أقصى |
| Si (السيليكون) | 1.0 كحد أقصى |
| P (الفوسفور) | 0.04 كحد أقصى |
| S (الكبريت) | 0.03 كحد أقصى |
تلعب العناصر السبائكية الرئيسية في الفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH أدوارًا حاسمة في تحديد خصائصه:
- الكروم يعزز المقاومة للتآكل ويساهم في تشكيل طبقة أكسيد واقية.
- النيكل يحسن من القوة والمتانة، مما يسمح للفولاذ بتحمل التشوه دون الانكسار.
- الألمنيوم ضروري من أجل التقوية بالتساقط، مما يزيد من القوة والصلابة من خلال المعالجة الحرارية.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات المتريّة - SI) | القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات الإمبراطورية) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مقساة | 860 - 1030 ميغا باسكال | 125 - 150 كيلو باوند لكل بوصة مربعة | ASTM E8 |
| قوة العائد (انحراف 0.2%) | مقساة | 620 - 860 ميغا باسكال | 90 - 125 كيلو باوند لكل بوصة مربعة | ASTM E8 |
| التمدد | مقساة | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| الصلابة (روكويل C) | مقساة | 30 - 40 HRC | 30 - 40 HRC | ASTM E18 |
| قوة الصدمة (شاربي) | -40°C | 30 جول | 22 قدم-جنيه | ASTM E23 |
تجعل الخصائص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومتانة. تشير قوة الشد وقوة العائد إلى قدرته على تحمل أحمال كبيرة، بينما تشير نسبة التمدد وقوة الصدمة إلى قابلية جيدة للطرق والمتانة، وهما أمران أساسيان في ظروف التحميل الديناميكية.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة (الوحدات المتريّة - SI) | القيمة (الوحدات الإمبراطورية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | - | 7.75 غرام/cm³ | 0.28 رطل/in³ |
| درجة انصهار/النطاق | - | 1450 - 1510 °C | 2642 - 2750 °F |
| الموصلية الحرارية | 20 °C | 16.3 واط/m·K | 112 BTU·in/h·ft²·°F |
| سعة الحرارة النوعية | 20 °C | 500 جول/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| المقاومة الكهربائية | 20 °C | 0.72 μΩ·m | 0.72 μΩ·in |
| معامل التمدد الحراري | 20 - 100 °C | 16.0 x 10⁻⁶ /°C | 8.9 x 10⁻⁶ /°F |
تعد الخصائص الفيزيائية الرئيسية للفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH، مثل الكثافة والموصلية الحرارية، مهمة للتطبيقات حيث يعتبر الوزن وانتقال الحرارة أمرين حاسمين. تجعل كثافته المنخفضة نسبيًا مع القوة العالية منه خيارًا ممتازًا لمكونات الفضاء، في حين أن موصلته الحرارية كافية للتطبيقات التي تتطلب تبديد الحرارة المعتدل.
مقاومة التآكل
| العامل التآكلي | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| كلوريدات | 3 - 10 | 20 - 60 / 68 - 140 | متوسطة | خطر التآكل النقري |
| حمض الخليك | 10 - 30 | 20 - 60 / 68 - 140 | جيدة | عرضة للتآكل الناتج عن الإجهاد |
| حمض الكبريتيك | 10 - 20 | 20 - 60 / 68 - 140 | متوسطة | مقاومة محدودة |
| الجو | - | - | ممتازة | جيدة للتطبيقات الخارجية |
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH مقاومة جيدة لمجموعة متنوعة من البيئات التآكلية، خاصة في الظروف الجوية والأحماض الضعيفة. ومع ذلك، فإنه عرضة للتآكل النقري في بيئات الكلوريد وللتآكل الناتج عن الإجهاد في وجود حمض الخل. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الآخر مثل 304 و316، يقدم 17-7 PH قوة أفضل ولكن قد لا يعمل بشكل جيد في البيئات التآكلية الشديدة.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحدود | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| أقصى درجة حرارة للخدمة المستمرة | 300 | 572 | مناسب للاستخدام المستمر عند هذه الدرجة |
| أقصى درجة حرارة للخدمة المتقطعة | 400 | 752 | يمكنه تحمل درجات حرارة أعلى بشكل متقطع |
| درجة حرارة التشويش | 600 | 1112 | خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة |
عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH بخصائص ميكانيكية جيدة، ولكن قوته قد تنخفض بشكل كبير فوق 400 °C (752 °F). يعرض مقاومة للأكسدة حتى درجة حرارته المتداولة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب الاستقرار الحراري.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن الملء الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/مادة الحماية النموذجية | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER 630 | الأرجون | قد يتطلب تسخين مسبق |
| MIG | ER 630 | الأرجون + CO2 | جيد للأجزاء الرقيقة |
| اللحام بالمقاومة | - | - | مناسب للحام النقاط |
يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH عمومًا قابلًا للحام، ولكن قد يكون هناك حاجة إلى تسخين مسبق ومعالجة حرارية بعد اللحام لتجنب التكسير. المعدن الملء الموصى به هو ER 630، الذي يتناسب مع تركيبة المادة الأساسية. تعتبر السيطرة الدقيقة على إدخال الحرارة أثناء اللحام ضرورية للحفاظ على الخصائص الميكانيكية المرغوبة.
قابلية التشغيل الآلي
| معلمة التشغيل الآلي | الفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH | AISI 1212 (المعيار) | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر القابلية التشغيلية النسبي | 50 | 100 | يتطلب أدوات حادة |
| سرعة القطع النموذجية | 30 - 50 م/دقيقة | 60 - 90 م/دقيقة | استخدم سائل تبريد لتقليل الحرارة |
تعتبر قابلية التشغيل الآلي لـ 17-7 PH معتدلة مقارنة بالفولاذ الآخر. يتطلب أدوات حادة وسرعات قطع مناسبة لتحقيق نتائج مثلى. يُوصى باستخدام سائل التبريد للتحكم في توليد الحرارة أثناء التشغيل الآلي.
قابلية التشكيل
يمكن تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH على البارد والساخن، ولكنه يظهر الصلابة الناتجة عن العمل، مما قد يتطلب تقسية فرعية للأشكال المعقدة. يجب مراعاة الحد الأدنى لزاوية الانحناء بعناية لتجنب التكسير أثناء عمليات التشكيل.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجات الحرارة (°C/°F) | زمن النقع النموذجي | طريقة التبريد | الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| تسخين المحلول | 1010 - 1120 / 1850 - 2050 | ساعة واحدة | هواء | حل المترسبات، تحسين القابلية للطرق |
| التسوية | 480 - 620 / 900 - 1150 | 4 - 8 ساعات | هواء | زيادة القوة من خلال الترسيب |
تعتبر المعالجة الحرارية أمرًا حيويًا لتحسين خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH. يُحسن تسخين المحلول من قابلية الطرق من خلال إذابة المترسبات، بينما تعزز التسوية من التقوية بالتساقط، مما يزيد من القوة بشكل كبير.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| القطاع/الصناعة | مثال على التطبيق المحدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (بإيجاز) |
|---|---|---|---|
| الفضاء | مكونات الطائرات | قوة عالية، مقاومة للتآكل | توفير الوزن والمتانة |
| الأجهزة الطبية | أدوات الجراحة | توافق حيوي، قوة | أساسي للموثوقية |
| السيارات | مكونات المحرك | مقاومة عالية للإرهاق | الأداء تحت الضغط |
تشمل التطبيقات الأخرى:
- النفط والغاز: مكونات الصمامات بسبب مقاومتها للتآكل.
- معالجة الطعام: المعدات التي تتطلب النظافة ومقاومة التآكل.
يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH لهذه التطبيقات بسبب تركيبه الفريد الذي يجمع بين القوة، ومقاومة التآكل، والقدرة على المعالجة الحرارية لتلبية متطلبات الأداء المحددة.
اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | الفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH | الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 304 | الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 316 | ملاحظات مختصرة/إيجابية أو سلبية أو تبادل |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة عالية | قوة معتدلة | قوة معتدلة | يقدم 17-7 PH قوة متفوقة |
| البعد التآكلي الرئيسي | جيدة في البيئات الخفيفة | ممتازة في البيئات التآكلية | ممتازة في البيئات التآكلية | قد لا يعمل 17-7 PH بشكل جيد في الظروف الشديدة |
| قابلية اللحام | معتدلة | جيدة | جيدة | يتطلب 17-7 PH التعامل بحذر |
| قابلية التشغيل الآلي | معتدلة | جيدة | معتدلة | يتطلب 17-7 PH أدوات حادة |
| قابلية التشكيل | معتدلة | جيدة | جيدة | يخضع 17-7 PH للتصلب أثناء العمل |
| التكلفة النسبية التقريبية | أعلى | أدنى | أعلى | قد تختلف اعتبارات التكلفة |
| التوفر النموذجي | معتدل | عالي | عالي | قد يكون 17-7 PH أقل شيوعًا |
عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH، تشمل الاعتبارات جدواه الاقتصادية، وتوفره، والمتطلبات المحددة للأداء. بينما يقدم قوة متفوقة، قد تؤثر تكلفته الأعلى وقابلية التشغيل الآلي المعتدلة على القرارات في التطبيقات حيث يمكن أن يكون البدائل مثل AISI 304 أو 316 كافية. كما أن خصائصه المغناطيسية ضئيلة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مواد غير مغناطيسية.
في الختام، يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ 17-7 PH مادة متعددة الاستخدامات وعالية الأداء تتفوق في التطبيقات التي تتطلب القوة، ومقاومة التآكل، والقدرة على التخصيص من خلال المعالجة الحرارية. تجعل خصائصه الفريدة منه خيارًا مفضلًا في الصناعات الحرجة، على الرغم من أن النظر بعناية في قيوده أمر أساسي لاختيار مادة مثالية.