سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ 420B: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 420B هو فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتية معروف بقوته العالية ومقاومته المتوسطة للتآكل. يصنف ضمن عائلة المارتنسيت، ويحتوي في الغالب على الكروم كعنصر أساسي في السبائك، مما يساهم في مقاومته للتآكل وصلابته. التركيب النموذجي يتضمن حوالي 12-14٪ من الكروم، إلى جانب الكربون (حوالي 0.15-0.25٪)، وكميات صغيرة من المنغنيز والسيليكون والفوسفور. يسمح هذا التركيب لـ 420B بتحقيق توازن بين الصلابة والصلابة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات.
نظرة شاملة
يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ 420B بقدرته على أن يصبح قاسيًا من خلال المعالجة الحرارية، مما يعزز من خصائصه الميكانيكية. يظهر الفولاذ مقاومة ممتازة للاحتكاك وغالبًا ما يستخدم في التطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة متوسطة للتآكل. تجعل تركيبة الخصائص الفريدة له ذو قيمة خاصة في تصنيع أدوات القطع، والأدوات الجراحية، ومكونات صناعية متنوعة.
مزايا الفولاذ المقاوم للصدأ 420B:
- صلابة عالية: يحقق مستويات عالية من الصلابة بعد المعالجة الحرارية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب القطع ومقاومة الاحتكاك.
- مقاومة متوسطة للتآكل: يوفر مقاومة معقولة للتآكل، خاصة في البيئات المعتدلة التآكل.
- خصائص ميكانيكية جيدة: يحتفظ بالقوة والصلابة، حتى في درجات الحرارة المرتفعة.
قيود الفولاذ المقاوم للصدأ 420B:
- مقاومة أقل للتآكل مقارنة بالأصناف الأوستنيتية: على الرغم من أن لديه مقاومة معقولة للتآكل، إلا أنه ليس بمقاومة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مثل 304 أو 316.
- هشاشة في ظروف معينة: يمكن أن يصبح هشا إذا لم يتم معالجته حرارياً بشكل صحيح أو إذا تعرض لظروف قصوى.
- صعوبة في اللحام: قد يكون اللحام تحديًا بسبب محتواه العالي من الكربون، مما قد يؤدي إلى التشقق.
تاريخيًا، كان 420B مهمًا في تطوير الفولاذ المقاوم للصدأ، وخاصة في التطبيقات التي تتطلب توليفة من الصلابة ومقاومة التآكل. لا تزال مكانته في السوق ذات صلة، خاصة في الصناعات التي تركز على تصنيع الأدوات والمكونات التي تتحمل التآكل.
أسماء بديلة، معايير، ومتطابقات
| منظمة المعايير | الصفة/الدرجة | البلد/المنطقة الأصلية | الملاحظات/التعليقات |
|---|---|---|---|
| UNS | S42000 | الولايات المتحدة الأمريكية | الأقرب إلى AISI 420 |
| AISI/SAE | 420B | الولايات المتحدة الأمريكية | اختلافات طفيفة في التركيب مع AISI 420 |
| ASTM | A276 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة قياسية لشريط الفولاذ المقاوم للصدأ |
| EN | 1.4021 | أوروبا | معادل لـ AISI 420 مع اختلافات طفيفة |
| JIS | SUS420J2 | اليابان | خصائص مشابهة ولكن بمحتوى كربون مختلف |
تسلط الجدول أعلاه الضوء على معايير ومتطابقات مختلفة للفولاذ المقاوم للصدأ 420B. من اللافت للنظر أنه بينما يعتبر 420B وAISI 420 غالبًا معادلين، يمكن أن يؤثر محتوى الكربون المحدد على أدائه في التطبيقات. على سبيل المثال، عادة ما يحتوي AISI 420 على محتوى كربون أعلى، مما يمكن أن يعزز الصلابة ولكنه قد يؤثر أيضًا على اللدونة.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| عنصر (الرمز) | نسبة النطاق (%) |
|---|---|
| الكربون (C) | 0.15 - 0.25 |
| الكروم (Cr) | 12.0 - 14.0 |
| المنغنيز (Mn) | 1.0 كحد أقصى |
| السيليكون (Si) | 1.0 كحد أقصى |
| الفوسفور (P) | 0.04 كحد أقصى |
| الكبريت (S) | 0.03 كحد أقصى |
تشمل العناصر الأساسية في سبيكة الفولاذ المقاوم للصدأ 420B الكروم، الذي يعزز من مقاومة التآكل والصلابة، والكربون، الذي يزيد من القوة ومقاومة التآكل. يوجد المنغنيز والسيليكون بكميات صغيرة لتحسين الصلابة وإزالة الأكسدة أثناء صناعة الفولاذ.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة/النطاق النموذجي (مترية) | القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري) | معيار المرجع لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مخمرة | 600 - 800 ميغاباسكال | 87 - 116 ksi | ASTM E8 |
| قوة الخضوع (0.2% تعويض) | مخمرة | 400 - 600 ميغاباسكال | 58 - 87 ksi | ASTM E8 |
| التمدد | مخمرة | 12 - 20% | 12 - 20% | ASTM E8 |
| الصلابة (روكويل C) | مخمرة | 30 - 40 HRC | 30 - 40 HRC | ASTM E18 |
| قوة التأثير | - | 30 J عند -20°C | 22 ft-lbf عند -4°F | ASTM E23 |
تجعل الخصائص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ 420B مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل. تشير قوة الشد والخضوع إلى أنه يمكنه تحمل أحمال كبيرة، بينما تشير نسبة التمدد إلى لدونة معقولة، وهو أمر أساسي لعمليات التشكيل.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (مترية) | القيمة (إمبراطورية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | - | 7.75 جرام/cm³ | 0.28 رطل/in³ |
| نقطة الانصهار | - | 1450 - 1510 °C | 2642 - 2750 °F |
| الناقلية الحرارية | 20 °C | 25 W/m·K | 14.5 BTU·in/h·ft²·°F |
| السعة الحرارية النوعية | 20 °C | 500 J/kg·K | 0.12 BTU/lb·°F |
| المقاومة الكهربائية | 20 °C | 0.74 µΩ·m | 0.0000013 Ω·in |
| معامل التمدد الحراري | 20 - 100 °C | 16.5 µm/m·K | 9.2 µin/in·°F |
تشير كثافة الفولاذ المقاوم للصدأ 420B إلى أنه ثقيل نسبيًا، مما هو شائع في الفولاذ المارتنسيت. تعتبر نقطة الانصهار مهمة للتطبيقات التي تتضمن عمليات درجات حرارة عالية. suggest الفكرة للموصلية الحرارية والسعة الحرارية النوعية أنه بينما يمكن أن ينقل الحرارة، إلا أنه ليس بكفاءة بعض المواد الأخرى، وهو أمر يجب أخذه في الاعتبار في التطبيقات الحرارية.
مقاومة التآكل
| العامل المسبب للتآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تقييم المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكوريدات | 3-10 | 20-60 / 68-140 | جيد | هناك خطر من تآكل الإزميل |
| حمض الكبريتيك | 10-20 | 20-40 / 68-104 | رديء | غير موصى به |
| حمض الأسيتيك | 5-10 | 20-40 / 68-104 | جيد | مقاومة متوسطة |
| الجو | - | - | جيد | يعمل بشكل جيد في الهواء الجاف |
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 420B مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في الظروف الجوية والأحماض المخففة. ومع ذلك، فإنه معرض للتآكل في بيئات الكلوريد، وهو ما يمكن أن يكون اعت consideration اعتباري في التطبيقات البحرية. مقارنة بالأصناف الأوستنيتية مثل 316، التي تقدم مقاومة عالية للتآكل، قد لا يكون 420B مناسبًا للبيئات شديدة التآكل.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| أعلى درجة حرارة مستمرة | 400 °C | 752 °F | ملائم للخدمة المتقطعة |
| أعلى درجة حرارة متقطعة | 600 °C | 1112 °F | مقاومة أكسدة محدودة في درجات حرارة عالية |
| درجة حرارة التصلب | 700 °C | 1292 °F | يوجد خطر من التصلب بعد هذه الدرجة الحرارة |
عند درجات حرارة مرتفعة، يحافظ الفولاذ المقاوم للصدأ 420B على قوته، لكنه قد يبدأ في فقدان الصلابة والصلابة. يمكن أن يحدث الأكسدة عند درجات حرارة عالية، مما يتطلب اهتمامًا دقيقًا في التطبيقات التي تتعامل مع التعرض للحرارة.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فلكس الدرع النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER420 | الأرجون | يسمح بالتسخين المسبق |
| MIG | ER420 | الأرجون + CO2 | قد تكون هناك حاجة إلى معالجة حرارية بعد اللحام |
قد يكون لحام الفولاذ المقاوم للصدأ 420B تحديًا بسبب محتواه العالي من الكربون، مما قد يؤدي إلى التشقق. عادة ما يتم التوصية بالتسخين المسبق قبل اللحام والمعالجة الحرارية بعد اللحام للتخفيف من هذه القضايا.
قابلية التشغيل
| معامل التشغيل | الفولاذ المقاوم للصدأ 420B | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 50 | 100 | قابلية تشغيل متوسطة |
| سرعة القطع النموذجية (دوران) | 30 م/دقيقة | 60 م/دقيقة | استخدم أدوات كربيد للحصول على أفضل النتائج |
يمتاز الفولاذ المقاوم للصدأ 420B بقابلية تشغيل متوسطة، والتي يمكن تحسينها باستخدام أدوات مناسبة وسرعات قطع. يفضل استخدام أدوات كربيد لتحقيق عمليات تشغيل فعالة.
قابلية التشكيل
الفولاذ المقاوم للصدأ 420B ليس قابلًا للتشكيل بشكل كبير بسبب قوته العالية وصلابته. يمكن تشكيله باردًا ولكن قد يتطلب قوة كبيرة، وينبغي توخي الحذر لتجنب التشقق. التشكيل الساخن أكثر قابلية، مما يسمح بتشكيله بشكل أفضل دون المساس بسلامة المادة.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C/°F) | زمن النقع النموذجي | طريقة التبريد | الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التخمير | 800 - 900 / 1472 - 1652 | 1 - 2 ساعات | تبريد بالهواء | تقليل الصلابة، تحسين اللدونة |
| التصلب | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 30 - 60 دقيقة | تصلب بالزيت | زيادة الصلابة |
| التلطيف | 200 - 600 / 392 - 1112 | سجل 1 ساعة | تبريد بالهواء | تقليل الهشاشة، تعزيز الصلابة |
تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية المجهرية وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ 420B. يعزز التصلب الصلابة من خلال التحول المارتنسيتي، بينما يساعد التلطيف في تقليل الهشاشة، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات العملية.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على التطبيق المحدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (باختصار) |
|---|---|---|---|
| الطب | الأدوات الجراحية | صلابة عالية، مقاومة للتآكل | التحمل والتعقيم |
| التصنيع | أدوات القطع | مقاومة للاحتكاك، قوة | طول العمر في الاستخدام |
| السيارات | مكونات الصمامات | قوة عالية، مقاومة متوسطة للتآكل | الأداء تحت الضغط |
يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 420B بشكل شائع في المجال الطبي للأدوات الجراحية نظرًا لصلابته وقدرته على التعقيم. في التصنيع، يفضل للأدوات القاطعة حيث تكون مقاومة التآكل حرجة.
اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | الفولاذ المقاوم للصدأ 420B | AISI 440C | AISI 316 | ملاحظة موجزة حول الإيجابيات/السلبيات أو التجارة |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | صلابة عالية | صلابة أعلى | صلابة أقل | يوفر 440C مقاومة للاحتكاك أفضل |
| المسألة الرئيسية للتآكل | مقاومة متوسطة | رديء | ممتاز | 316 أفضل في البيئات التآكلية |
| قابلية اللحام | تحديات | صعب | جيد | 316 أسهل في اللحام |
| قابلية التشغيل | متوسطة | رديء | جيد | 316 أسهل في التشغيل |
| قابلية التشكيل | محدودة | محدودة | جيدة | 316 يوفر قابلية تشكيل أفضل |
| التكلفة النسبية التقريبية | متوسطة | أعلى | متوسطة | عادة ما تكون 440C أغلى |
| التوافر النموذجي | شائع | أقل شيوعًا | شائع | 316 متاح على نطاق واسع |
عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 420B، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، مقاومته للتآكل، وخصائص التصنيع. بينما يوفر توازنًا جيدًا بين الصلابة ومقاومة التآكل، قد توفر البدائل مثل AISI 440C مقاومة أفضل للاحتكاك، وقد يتم تفضيل AISI 316 للتطبيقات في البيئات التآكلية العالية. تلعب التكلفة والتوافر أيضًا أدوارًا حاسمة في اختيار المواد، حيث يعد 420B خيارًا اقتصاديًا للعديد من التطبيقات.