الفولاذ المقاوم للصدأ 420A: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 420A هو فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيت معروف بصلابته العالية وقوته، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات التي تتطلب مقاومة للاهتراء ومقاومة للتآكل. يصنف ضمن فئة الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيت، ويحتوي بشكل أساسي على الكروم كعنصر سبيكة رئيسي، مع كميات أصغر من الكربون والنيكل والموليبدينوم. توفر وجود الكروم مقاومة للتآكل، بينما يساهم الكربون في الصلابة والقوة من خلال عمليات المعالجة الحرارية.
نظرة شاملة
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 420A عدة خصائص بارزة تحدد فائدته في التطبيقات الهندسية. إنه معروف بصلابته الممتازة، التي يمكن تعزيزها من خلال المعالجة الحرارية، مما يجعله مثاليًا لأدوات القطع والأدوات الجراحية وغيرها من التطبيقات حيث تعتبر المتانة أمراً بالغ الأهمية. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع بمقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في البيئات التي تحتوي على تآكل خفيف، وقابلية جيدة للتصنيع، مما يسهل عملية التصنيع.
المزايا:
- صلابة عالية: يمكن أن تحقق مستويات عالية من الصلابة من خلال المعالجة الحرارية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات المقاوِمة للاهتراء.
- مقاومة للتآكل: تقدم مقاومة معقولة للتآكل، خاصة في البيئات غير الكلورية.
- قابلية تصنيع جيدة: أسهل في التصنيع مقارنةً بالفولاذات عالية القوة الأخرى، مما يسهل عملية التصنيع.
القيود:
- صلابة أقل: مقارنة بالفولاذات المقاوِمة للصدأ الأوستنيتية، يتمتع بصلابة أقل، مما قد يحد من استخدامه في التطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للصدمات.
- مقاومة محدودة للتآكل: ليست مقاومته للتآكل قوية مثل درجات الأوستنيت، خاصة في البيئات الغنية بالكلوريد.
تاريخيًا، كان 420A مهمًا في إنتاج أدوات المائدة والأدوات الجراحية بسبب قدرته على الاحتفاظ بحافة حادة ومقاومته للاهتراء. لا تزال مكانته السوقية ذات صلة، خاصة في الصناعات التي تركز على الأدوات والمكونات الدقيقة.
أسماء بديلة، معايير، ونظائر
| المنظمة القياسية | الاسم/الدرجة | البلد/المنطقة الأصلية | ملاحظات/ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | S42000 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب نظير إلى AISI 420 |
| AISI/SAE | 420 | الولايات المتحدة الأمريكية | اسم مستخدم شائع |
| ASTM | A276 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفات معيارية لقضبان الفولاذ المقاوم للصدأ |
| EN | 1.4021 | أوروبا | اسم معادلة في أوروبا |
| JIS | SUS420J2 | اليابان | اختلافات تركيبية قليلة يجب الانتباه إليها |
| ISO | 420 | دولي | اسم معيار |
يمكن أن تؤثر الاختلافات بين هذه الدرجات على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق المحددة. على سبيل المثال، في حين أن AISI 420 وUNS S42000 غالبًا ما تعتبر متكافئة، يمكن أن تؤثر الاختلافات الطفيفة في محتوى الكربون على الصلابة ومقاومة التآكل.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| العنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة المئوية (%) |
|---|---|
| C (الكربون) | 0.15 - 0.40 |
| Cr (الكروم) | 12.0 - 14.0 |
| Ni (النيكل) | 0.75 كحد أقصى |
| Mo (الموليبدينوم) | 0.60 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 |
تشمل العناصر الرئيسية في الفولاذ المقاوم للصدأ 420A الكروم، الذي يعزز مقاومة التآكل والصلابة، والكربون الذي يزيد من القوة ومقاومة الاهتراء. يتواجد النيكل بكميات صغيرة لتحسين الصلابة، بينما يمكن أن يعزز الموليبدينوم مقاومة التآكل في بيئات معينة.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | درجة الحرارة للاختبار | القيمة/النطاق النموذجي (مترية) | القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مخمد | درجة حرارة الغرفة | 520 - 750 ميغاباسكال | 75 - 109 كيلونيوتن | ASTM E8 |
| قوة الخضوع (إزاحة 0.2%) | مخمد | درجة حرارة الغرفة | 300 - 550 ميغاباسكال | 44 - 80 كيلونيوتن | ASTM E8 |
| امتداد | مخمد | درجة حرارة الغرفة | 12 - 20% | 12 - 20% | ASTM E8 |
| صلابة (HRC) | مبرد ومخمد | درجة حرارة الغرفة | 50 - 55 HRC | 50 - 55 HRC | ASTM E18 |
| قوة الصدمة | مبرد ومخمد | -20 درجة مئوية | 30 - 50 جول | 22 - 37 قدم-لإصبع | ASTM E23 |
تجعل الخصائص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ 420A مناسبة للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للاهتراء. إن قوة الشد والخضوع الخاصة به مفيدة بشكل خاص في التطبيقات الهيكلية، بينما تسمح له صلابته بالحفاظ على حواف حادة في أدوات القطع.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (مترية) | القيمة (إمبراطوري) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7.75 غرام/سم³ | 0.28 رطل/إنش³ |
| نقطة الذوبان/النطاق | - | 1450 - 1510 °C | 2642 - 2750 °F |
| التوصيل الحراري | درجة حرارة الغرفة | 25 واط/م·ك | 14.5 BTU·إنش/ساعة·قدم²·°F |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 500 جول/كغ·ك | 0.12 BTU/رطل·°F |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.72 ميكرو أوم·م | 0.0000013 أوم·إنش |
تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة ونقطة الذوبان ضرورية للتطبيقات التي تشمل بيئات درجات الحرارة العالية. تشير التوصيلية الحرارية إلى قدرتها على تبديد الحرارة، وهو أمر مهم في التطبيقات الحادة حيث يمكن أن تؤثر توليد الحرارة على الأداء.
مقاومة التآكل
| العامل المسبب للتآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكوريد | 3% | 25 درجة مئوية / 77 درجة فهرنهايت | معقول | خطر التآكل الموضعي |
| حمض الكبريتيك | 10% | 20 درجة مئوية / 68 درجة فهرنهايت | ضعيف | غير موصى به |
| حمض الأسيتيك | 5% | 25 درجة مئوية / 77 درجة فهرنهايت | جيد | مقاومة متوسطة |
| مياه البحر | - | 25 درجة مئوية / 77 درجة فهرنهايت | معقول | خطر التآكل الموضعي |
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 420A مقاومة متوسطة لمختلف العوامل المسببة للتآكل. إنه يعمل بشكل معقول جيد في البيئات التي تحتوي على تركيزات منخفضة من الكلوريد لكنه معرض للتآكل الموضعي وتصدعات الإجهاد في الظروف الأكثر عدوانية. بالمقارنة مع الدرجات الأوستنيتية مثل 304 أو 316، فإن مقاومة التآكل لـ 420A محدودة، خاصة في البيئات الغنية بالكلوريد.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| درجة حرارة الخدمة المستمرة القصوى | 400 درجة مئوية | 752 درجة فهرنهايت | مناسب للخدمة المتقطعة |
| درجة حرارة الخدمة المتقطعة القصوى | 600 درجة مئوية | 1112 درجة فهرنهايت | مقاومة الأكسدة محدودة |
| درجة حرارة التحجيم | 700 درجة مئوية | 1292 درجة فهرنهايت | خطر التحجيم عند درجات الحرارة العالية |
عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ 420A بقوته ولكنه قد يتعرض للأكسدة. أداؤه كافٍ للتطبيقات التي تتضمن التعرض المتقطع لدرجات الحرارة العالية، ولكن يجب تجنب التعرض المستمر لمنع التدهور.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | أحدث المعدن الملء الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فلكس الحماية النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER420 | أرجون | يوصى بالتسخين المسبق |
| MIG | ER420 | أرجون + CO2 | قد تكون هناك حاجة لاحقًا إلى المعالجة الحرارية بعد اللحام |
يمكن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ 420A باستخدام الطرق التقليدية، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب التشققات. غالبًا ما يوصى بالتسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام لتخفيف الضغوط وتحسين المتانة.
قابلية التصنيع
| معلمة التصنيع | الفولاذ المقاوم للصدأ 420A | AISI 1212 (معيار مرجعي) | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التصنيع النسبي | 60 | 100 | قابلية تصنيع جيدة |
| سرعة القطع النموذجية (م/دقيقة) | 30 | 50 | تعديل حسب الأدوات |
يقدم الفولاذ المقاوم للصدأ 420A قابلية تصنيع جيدة، على الرغم من أنه أقل قابلية للتصنيع من بعض الفولاذات منخفضة الكربون. يجب استخدام سرعات قطع وأدوات مثالية لتقليل الاهتراء وتحسين الكفاءة.
قابلية التشكيل
الفولاذ المقاوم للصدأ 420A ليس مناسبًا بشكل خاص لعمليات التشكيل الواسعة بسبب قوته وصلابته العالية. يمكن أن يتم التشكيل البارد لكنه قد يؤدي إلى تقوية العمل، مما يتطلب التحكم الدقيق في أنصاف أقطار الانحناء وتقنيات التشكيل.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C/°F) | وقت النقع النموذجي | طريقة التبريد | الهدف الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التسخين | 800 - 900 / 1472 - 1652 | 1 - 2 ساعات | هواء | تقليل الصلابة، تحسين القابلية للطرق |
| التبريد السريع | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | - | زيت أو ماء | زيادة الصلابة |
| التلطيف | 200 - 600 / 392 - 1112 | ساعة واحدة | هواء | تقليل الهشاشة، تحسين المتانة |
تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية الدقيقة وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ 420A. يزيد التبريد من الصلابة، بينما يساعد التلطيف على تخفيف الضغوط وتحسين المتانة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة من التطبيقات.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على تطبيق محدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار |
|---|---|---|---|
| الطب | الأدوات الجراحية | صلابة عالية، مقاومة للتآكل | المتانة والتعقيم |
| التصنيع | أدوات القطع | مقاومة للاهتراء، قوة | احتفاظ الحواف |
| السيارات | مكونات الصمامات | قوة، قابلية تصنيع | الأداء تحت الضغط |
| الفضاء | المثبتات | مقاومة للتآكل، قوة عالية | السلامة والموثوقية |
تشمل التطبيقات الأخرى:
- أدوات المائدة
- السكاكين الصناعية
- أعمدة المضخات
يتم اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 420A للأدوات الجراحية بسبب قدرته على الاحتفاظ بحواف حادة ومقاومته للاهتراء، وهو أمر حاسم في التطبيقات الطبية. كما أن قوته وصلابته تجعله مناسبًا لأدوات القطع والمكونات في البيئات الصعبة.
اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، وأفكار إضافية
| الميزة/الخاصية | الفولاذ المقاوم للصدأ 420A | الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 304 | الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 316 | ملاحظة موجزة عن الإيجابيات/السلبيات أو المقايضة |
|---|---|---|---|---|
| خاصية ميكانيكية رئيسية | صلابة عالية | صلابة متوسطة | صلابة متوسطة | يوفر 420A صلابة متفوقة |
| جانب رئيسي لمقاومة التآكل | مقاومة متوسطة | مقاومة ممتازة | مقاومة ممتازة | 420A أقل ملاءمة للبيئات القاسية |
| قابلية اللحام | متوسطة | جيدة | جيدة | يتطلب 420A المزيد من العناية في اللحام |
| قابلية التصنيع | جيدة | ممتازة | جيدة | 420A أقل قابلية للتصنيع من 304 |
| قابلية التشكيل | محدودة | جيدة | جيدة | 420A ليس مثالياً للتشكيل |
| تكلفة تقريبية نسبية | متوسطة | متوسطة | أعلى | 420A فعال من حيث التكلفة للتطبيقات المحددة |
| التوافر النموذجي | شائع | شائع جدًا | شائع | 420A متاح على نطاق واسع |
عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 420A، تشمل الاعتبارات صلابته، مقاومته للتآكل، وملاءمته للتطبيقات المحددة. بينما يوفر مقاومة ممتازة للاهتراء، يجب تقييم قيوده في الصلابة ومقاومة التآكل مقارنةً بالدرجات الأوستنيتية بعناية بناءً على الاستخدام المقصود. بالإضافة إلى ذلك، فإن فعاليته من حيث التكلفة وتوافره يجعله خيارًا عمليًا لمجموعة متنوعة من الصناعات، وخاصة حيث تتطلب القوة العالية والمتانة.