420HC الفولاذ المقاوم للصدأ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 420HC هو فولاذ مقاوم للصدأ عالي الكربون يقع تحت تصنيف المارتنزيت. يتم تحسين هذه الدرجة الفولاذية بشكل أساسي بالكروم (حوالي 13-15%) والكربون (حوالي 0.4-0.5%)، مما يؤثر بشكل كبير على خصائصه. توفر وجود الكروم مقاومة للتآكل، بينما يعزز الكربون الصلابة والقوة.
نظرة عامة شاملة
يُعرف الفولاذ المقاوم للصدأ 420HC بصلابته الممتازة ومقاومته للاهتراء، مما يجعله خيارًا شائعًا للتطبيقات التي تتطلب التحمل. يسمح هيكله المارتنزيت بتصلبه من خلال المعالجة الحرارية، مما ينتج عنه مادة يمكن أن تحقق مستويات عالية من القوة والصلابة.
الخصائص الرئيسية:
- مقاومة التآكل: على الرغم من أنها ليست مقاومة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، إلا أن 420HC يقدم مقاومة جيدة للأكسدة والتآكل في البيئات المعتدلة.
- الصلابة: يمكن أن تصل مستويات الصلابة إلى 58 HRC بعد المعالجة الحرارية، مما يجعلها مناسبة للأدوات الآلية والشفرات.
- الصلابة: يحتفظ الفولاذ بصلابة جيدة، وهي ضرورية للتطبيقات التي تتعرض للصدمات أو الأحمال الصدمية.
المزايا:
- صلابة عالية ومقاومة للاهتراء.
- احتفاظ جيد بالحواف، مما يجعلها مثالية للسكاكين والأدوات القاطعة.
- مقاومة متوسطة للتآكل مناسبة لمجموعة متنوعة من البيئات.
القيود:
- مقاومة محدودة للتآكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ أكثر سبائك.
- قد يكون من الصعب تشغيله بسبب صلابته.
- يتطلب معالجة حرارية دقيقة لتحقيق الخصائص المرغوبة.
تاريخياً، تم استخدام 420HC في تطبيقات متنوعة، بما في ذلك أدوات المطبخ، والأدوات الجراحية، والشفرات الصناعية، مما يثبت موقعه في السوق كخيار موثوق للتطبيقات عالية الأداء.
الأسماء البديلة والمعايير والنظائر
| المنظمة المعيارية | التسمية/الدرجة | دولة/منطقة المنشأ | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | S42000 | الولايات المتحدة الأمريكية | الأقرب إلى AISI 420 مع محتوى كربوني أعلى. |
| AISI/SAE | 420HC | الولايات المتحدة الأمريكية | نسخة عالية الكربون من AISI 420. |
| ASTM | A276 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة معيارية لأشكال وقطع الفولاذ المقاوم للصدأ. |
| EN | 1.4021 | أوروبا | درجة معادلة في المعايير الأوروبية. |
| JIS | SUS420J2 | اليابان | خصائص مماثلة ولكن مع تركيبة مختلفة قليلاً. |
تختلف هذه الدرجات بشكل أساسي في محتوى الكربون واستجابات المعالجة الحرارية، مما يمكن أن يؤثر على الصلابة والصلابة ومقاومة التآكل. على سبيل المثال، بينما يحتوي SUS420J2 على محتوى كربون أقل، قد يقدم مقاومة تآكل أفضل ولكن على حساب الصلابة.
الخصائص الرئيسية
تركيبة كيميائية
| عنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة (%) |
|---|---|
| C (كربون) | 0.40 - 0.50 |
| Cr (كروم) | 13.00 - 15.00 |
| Mn (منغنيز) | 1.00 الأقصى |
| Si (سيليكون) | 1.00 الأقصى |
| P (فسفور) | 0.04 الأقصى |
| S (كبريت) | 0.03 الأقصى |
تشمل العناصر الرئيسية المضافة في الفولاذ المقاوم للصدأ 420HC الكروم والكربون. يعزز الكروم مقاومة التآكل والصلابة، بينما يزيد الكربون من القوة ومقاومة الاهتراء. يتم تضمين المنغنيز والسيليكون لتحسين قدرة الصلابة والصلابة.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/التحمل | درجة حرارة الاختبار | القيمة النمطية/النطاق (الوحدات المترية - وحدات SI) | القيمة النمطية/النطاق (الوحدات الإمبريالية) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | معالج | درجة حرارة الغرفة | 520 - 700 ميجا باسكال | 75 - 102 ksi | ASTM E8 |
| قوة Yield (0.2% تحريف) | معالج | درجة حرارة الغرفة | 350 - 500 ميجا باسكال | 51 - 73 ksi | ASTM E8 |
| التمدد | معالج | درجة حرارة الغرفة | 12 - 20% | 12 - 20% | ASTM E8 |
| الصلابة | مروي ومتمدد | درجة حرارة الغرفة | 54 - 58 HRC | 54 - 58 HRC | ASTM E18 |
| قوة الصدمة | مروي ومتمدد | -20°C | 30 ج | 22 قدم-لبيس | ASTM E23 |
تجعل الخصائص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ 420HC مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وصلابة. تشير قوة الشد وقوة العائد إلى قدرتها على تحمل الأحمال الكبيرة، بينما تشير قيم الصلابة إلى مقاومة ممتازة للاهتراء. على الرغم من أن قوة الصدمة أقل من بعض الدرجات الأخرى، إلا أنها كافية للعديد من التطبيقات.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (الوحدات المترية - وحدات SI) | القيمة (الوحدات الإمبريالية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7.75 ج/سم³ | 0.28 رطل/بوصة³ |
| درجة حرارة/نطاق الانصهار | - | 1450 - 1510 °C | 2642 - 2750 °F |
| الموصلية الحرارية | درجة حرارة الغرفة | 25.4 واط/م·ك | 17.5 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·°F) |
| سعة الحرارة النوعية | درجة حرارة الغرفة | 500 جول/كجم·ك | 0.12 BTU/رطل·°F |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.74 ميكروأوم·م | 0.74 ميكروأوم·بوصة |
| معامل التمدد الحراري | درجة حرارة الغرفة | 16.0 x 10⁻⁶ /ك | 8.9 x 10⁻⁶ /°ف |
تشير كثافة 420HC إلى مادة ثقيلة نسبيًا، مما يُساهم في متانتها. تشير درجة الانصهار إلى استقرار حراري جيد، بينما تشير الموصلية الحرارية وسعة الحرارة النوعية إلى خصائص نقل حراري معتدلة. تعتبر المقاومة الكهربائية نموذجية للفولاذ المقاوم للصدأ، مما يجعلها مناسبة لمختلف التطبيقات الكهربائية.
مقاومة التآكل
| العامل المسبب للتآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| كلوريدات | 3-10 | 20-60 / 68-140 | عادل | خطر التآكل الثقب. |
| الأحماض (HCl) | 10-20 | 20-40 / 68-104 | ضعيف | غير موصى به للأحماض القوية. |
| المحاليل القلوية | 5-10 | 20-60 / 68-140 | جيد | مقاومة معتدلة. |
| الجو | - | - | جيد | تؤدي بشكل جيد في البيئات المعتدلة. |
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 420HC مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في الظروف الجوية والبيئات القلوية. ومع ذلك، فهو قابل للتآكل بالثقب في البيئات الغنية بالكلوريد ويجب تجنبه في التطبيقات التي تنطوي على أحماض قوية. بالمقارنة مع درجات الأوستنيتي مثل 304 أو 316، فإن 420HC لديه مقاومة تآكل أقل ولكنه يقدم صلابة أفضل.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة | 400 °C | 752 °F | مناسب للاستخدام المتقطع. |
| الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة | 500 °C | 932 °F | مقاومة أكسدة محدودة. |
| درجة حرارة التسكير | 600 °C | 1112 °F | خطر التسكير عند درجات الحرارة العالية. |
عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ 420HC بقوته ولكنه قد يتعرض للأكسدة والتسكير. لا يُوصى به للاستخدام المستمر فوق 400 °C بسبب الانخفاض المحتمل في الخصائص الميكانيكية.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن الملطف الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فلكس الحماية النمطية | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER420 | الأرجون | يوصى بتسخين مسبق. |
| MIG | ER420 | الأرجون + CO2 | يتطلب تحكمًا دقيقًا. |
| Stick | E420 | - | ليس مثاليًا للأجزاء السميكة. |
يمكن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ 420HC، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب التشقق. يُوصى غالبًا بالتسخين المسبق لتقليل الإجهاد الحراري. يمكن أن تحسن المعالجة الحرارية بعد اللحام أيضًا من صلابة اللحام.
قابلية التشغيل
| معلمة التشغيل | 420HC | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 50% | 100% | يتطلب أدوات حادة وسرعات بطيئة. |
| سرعة القطع النمطية | 30 م/دقيقة | 60 م/دقيقة | تعديل حسب الأدوات والإعدادات. |
قد يكون تشغيل 420HC تحديًا بسبب صلابته. من المستحسن استخدام أدوات من الصلب عالي السرعة أو الكربيد والمحافظة على سرعات قطع أقل لتحقيق نتائج مثالية.
قابلية التشكيل
الفولاذ المقاوم للصدأ 420HC ليس قابلًا للتشكيل بشكل كبير بسبب محتوى الكربون العالي والصلابة الناتجة. يمكن أن يكون التشكيل البارد ممكنًا ولكنه قد يؤدي إلى تقوية العمل، مما يتطلب تحكمًا دقيقًا في انحناءات التشكيل.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C/°F) | زمن النقع النمطي | طريقة التبريد | الهدف الرئيسي / الناتج المتوقع |
|---|---|---|---|---|
| التخليل | 800 - 900 / 1472 - 1652 | 1-2 ساعة | هواء | تقليل الصلابة، تحسين الدكتيليتي. |
| التبريد | 1000 - 1100 / 1832 - 2012 | 30 دقيقة | زيت أو هواء | تحقيق صلابة عالية. |
| التمدد | 150 - 200 / 302 - 392 | ساعة واحدة | هواء | تقليل الهشاشة، تعزيز الصلابة. |
تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على الهيكل المجهري وخصائص 420HC. تزيد من الصلابة، بينما يساعد التمدد على تخفيف الإجهادات وتحسين الصلابة.
التطبيقات النمطية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال محدد على التطبيق | خصائص الفولاذ الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (باختصار) |
|---|---|---|---|
| أدوات المطبخ | سكاكين المطبخ | صلابة عالية، احتفاظ بالحافة | ممتازة للشفرات الحادة. |
| الطب | أدوات جراحية | مقاومة للتآكل، صلابة | قابلة للتعقيم ودائمة. |
| الصناعة | أدوات القطع | مقاومة للاهتراء، صلابة | أداء يدوم طويلاً. |
تشمل التطبيقات الأخرى:
- مقصات وقصات
- شفرات صناعية
- وصلات ومثبتات
تم اختيار 420HC لهذه التطبيقات بفضل صلابته الممتازة ومقاومته للاهتراء، والتي تعتبر حاسمة للأدوات والأدوات التي تتطلب حواف حادة ودوام.
اعتبارات مهمة ومعايير الاختيار ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | 420HC | AISI 440C | AISI 304 | ملاحظة باختصار عن المزايا/العيوب أو التوازن |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | صلابة عالية | صلابة أعلى | صلابة أقل | يقدم 440C صلابة أفضل ولكن هشاشة أقل. |
| الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل | مقاومة معتدلة | عادل | ممتازة | 304 أفضل للبيئات التآكلية. |
| قابلية اللحام | متوسطة | ضعيفة | جيدة | 304 أسهل في اللحام. |
| قابلية التشغيل | تحدي | متوسطة | جيدة | 304 أسهل في التشغيل. |
| قابلية التشكيل | منخفضة | منخفظة | متوسطة | 304 يمكن تشكيلها بشكل أسهل. |
| التكلفة النسبية التقريبية | متوسطة | أعلى | أدنى | 420HC فعالة من حيث التكلفة بفضل خصائصها. |
| التوافر النمطي | شائع | أقل شيوعًا | شائع جداً | 304 متاحة على نطاق واسع. |
عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 420HC، ضع في اعتبارك توازنه بين الصلابة ومقاومة التآكل. على الرغم من أنه ليس مقاومًا للتآكل مثل الدرجات الأوستنيتية، إلا أن صلابته تجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب مقاومة للاهتراء. بالإضافة إلى ذلك، فإن توافره وفعاليته من حيث التكلفة يجعله خيارًا عمليًا للعديد من الصناعات.
باختصار، يعد الفولاذ المقاوم للصدأ 420HC مادة متعددة الاستخدامات تقدم تركيبة فريدة من الصلابة ومقاومة الاهتراء ومقاومة متوسطة للتآكل، مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات، وخاصة في أدوات المطبخ والأدوات الصناعية.