440B الفولاذ المقاوم للصدأ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ المقاوم للصدأ 440B هو فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيت عالي الكربون معروف بصلابته الممتازة ومقاومته للتآكل. يصنف كفولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيت، وعادة ما يحتوي على نسبة كربون أعلى مقارنة بأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى، مما يسهم في قوته وصلابته. العناصر الأساسية المضافة في 440B هي الكروم (حوالي 16-18٪) والكربون (0.75-0.95٪)، مع كميات ضئيلة من المنغنيز والسليكون والفوسفور. تؤثر هذه العناصر بشكل كبير على خصائص الفولاذ، مما يعزز مقاومته للتآكل وقوته الميكانيكية.
نظرة عامة شاملة
يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ 440B بقدرته على تحقيق صلابة عالية من خلال المعالجة الحرارية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب القوة ومقاومة التآكل. توفر نسبة الكروم العالية مقاومة جيدة للتآكل، بينما يسمح محتوى الكربون بالتصلب من خلال عمليات التبريد والتليين.
المزايا:
- صلابة عالية ومقاومة للتآكل: مثالي للتطبيقات التي تكون فيها مقاومة الاحتكاك ضرورية.
- مقاومة جيدة للتآكل: يعمل بشكل جيد في البيئات ذات التآكل الخفيف.
- قدرة ممتازة على التلميع: يمكن تلميعه إلى لمسة نهائية عالية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الجمالية.
القيود:
- الهشاشة: يمكن أن تؤدي نسبة الكربون العالية إلى الهشاشة إذا لم تتم معالجته حرارياً بشكل صحيح.
- قابلية اللحام المحدودة: تعتبر الفولاذات المارتنسيت صعبة أكثر في اللحام بسبب تعرضها للتشقق.
- صلابة أقل: مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، فإن 440B تمتلك صلابة أقل، مما قد يحد من استخدامها في تطبيقات معينة.
تاريخيًا، تم استخدام الفولاذ 440B في تطبيقات متنوعة، بما في ذلك أدوات المطبخ، والأدوات الجراحية، ومكونات الصمامات، بسبب توازنه بين الصلابة ومقاومة التآكل. مكانته في السوق راسخة جيدًا، لا سيما في الصناعات التي تعطي الأولوية لمقاومة التآكل واحتفاظ الحواف.
أسماء بديلة، معايير، ونظائر
| المنظمة القياسية | التسمية/الدرجة | الدولة/المنطقة الأصلية | ملاحظات/ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | S44003 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب مكافئ لـ AISI 440B |
| AISI/SAE | 440B | الولايات المتحدة الأمريكية | يستخدم عادة في أدوات المطبخ والأدوات الجراحية |
| ASTM | A276 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة للاقلام الفولاذ المقاوم للصدأ |
| EN | 1.4112 | أوروبا | هناك اختلافات تركيبية طفيفة يجب الانتباه إليها |
| JIS | SUS440B | اليابان | مكافئ مع اختلافات طفيفة في الخصائص الميكانيكية |
يمكن أن تؤثر الاختلافات بين الدرجات المعادلة على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق المحددة. على سبيل المثال، بينما تكون 1.4112 (EN) وSUS440B (JIS) متشابهتين، قد تظهر اختلافات طفيفة في مقاومة التآكل والصلابة بسبب اختلافات في عمليات التصنيع.
الخصائص الأساسية
التركيب الكيميائي
| عنصر (رمز واسم) | نسبة التركيب (%) |
|---|---|
| C (الكربون) | 0.75 - 0.95 |
| Cr (الكروم) | 16.0 - 18.0 |
| Mn (المنغنيز) | 1.0 كحد أقصى |
| Si (السليكون) | 1.0 كحد أقصى |
| P (الفوسفور) | 0.04 كحد أقصى |
| S (الكبريت) | 0.03 كحد أقصى |
تلعب العناصر الأساسية المضافة في الفولاذ المقاوم للصدأ 440B أدوارًا حيوية:
- الكروم: يعزز مقاومة التآكل ويساهم في تكوين طبقة أكسيد واقية.
- الكربون: يزيد من الصلابة والقوة من خلال المعالجة الحرارية، ولكن الكمية الزائدة من الكربون قد تؤدي إلى الهشاشة.
- المنغنيز: يحسن من قدرة التصلب ويساعد في إزالة الأكسدة من الفولاذ أثناء الإنتاج.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة/النطاق النموذجي (الوحدات القياسية المتريّة) | القيمة/النطاق النموذجي (الوحدات الإمبراطورية) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مخمّر | 620 - 850 ميغاباسكال | 90 - 123 ksi | ASTM E8 |
| قوة العائد (0.2% إزاحة) | مخمّر | 450 - 600 ميغاباسكال | 65 - 87 ksi | ASTM E8 |
| التمدد | مخمّر | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| الصلابة (روكويل C) | مخمّر | 30 - 40 HRC | 30 - 40 HRC | ASTM E18 |
| قوة الصدمة (تشاري) | -40 درجة مئوية | 20 J | 15 ft-lbf | ASTM E23 |
تجعل الخصائص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ 440B مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل. تسمح قويته العالية في الشد والعائد له بتحمل الأحمال الميكانيكية الكبيرة، بينما تضمن صلابته الدوام في البيئات الكاشطة.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (الوحدات القياسية المتريّة) | القيمة (الوحدات الإمبراطورية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | - | 7.75 غرام/سم³ | 0.28 رطل/بوصة³ |
| نقطة الانصهار/النطاق | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| التوصيل الحراري | 20 °C | 25.4 واط/م·ك | 17.5 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
| سعة الحرارة النوعية | 20 °C | 500 جول/كغ·ك | 0.12 BTU/رطل·°F |
| المقاومة الكهربائية | 20 °C | 0.74 ميكروأوم·م | 0.74 ميكروأوم·بوصة |
تعد الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة ونقطة الانصهار مهمة لاعتبارات المعالجة والتطبيق. تتيح نقطة الانصهار المرتفعة أداءً جيدًا في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، بينما تشير الكثافة إلى وزن المادة، وهو أمر حاسم لحسابات التصميم.
مقاومة التآكل
| العميل المسبب للتآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكلمات | 3-5 | 20-60 °C (68-140 °F) | عادل | خطر التآكل |
| الأحماض (HCl) | 10-20 | 20-40 °C (68-104 °F) | ضعيف | غير موصى به |
| القلويات | 5-10 | 20-60 °C (68-140 °F) | جيد | مقاومة معتدلة |
| الجو الجوي | - | - | جيد | يعمل بشكل جيد في البيئات الخفيفة |
يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ 440B مقاومة جيدة للتآكل الجوي وبعض الأحماض الخفيفة، لكنه عرضة للتآكل والثقوب في البيئات الغنية بالكلور. مقارنةً بالدرجات الأوستنيتية مثل 304 أو 316، تكون مقاومة 440B للتآكل أقل، خاصة في البيئات العدوانية.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| الحد الأقصى لدرجة الحرارة المستمرة للخدمة | 400 °C | 752 °F | مناسب للاستخدام المتقطع |
| الحد الأقصى لدرجة الحرارة المتقطعة للخدمة | 600 °C | 1112 °F | مقاومة محدودة للأكسدة |
| درجة حرارة الترفيع | 800 °C | 1472 °F | خطر الترفيع عند درجات الحرارة العالية |
عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ الفولاذ المقاوم للصدأ 440B بقوته ولكن قد يتعرض للتأكسد، مما يمكن أن يؤثر على أدائه. من الضروري مراعاة بيئة الخدمة عند اختيار هذه المادة للتطبيقات ذات الحرارة العالية.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن الملء الموصى به (تصنيف AWS) | الغاز الواقي/الموادة النموذجية | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER440B | أرجون | يوصى بالتسخين المسبق |
| MIG | ER440B | أرجون/CO2 | يُنصح بمعالجة حرارية بعد اللحام |
يُعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ 440B صعب اللحام بسبب نسبة الكربون العالية فيه، مما قد يؤدي إلى التشقق. وغالبًا ما يكون من الضروري استخدام التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام للتخفيف من هذه المشكلات وضمان سلامة اللحام.
قابلية التشغيل
| معامل التشغيل | 440B | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 50% | 100% | يتطلب أدوات حادة |
| سرعة القطع النموذجية | 30-50 م/دقيقة | 60-80 م/دقيقة | استخدم سائل التبريد لتقليل الحرارة |
يمتلك 440B قابلية تشغيل متوسطة، مما يتطلب النظر بعناية في الأدوات وسرعات القطع لتحقيق النتائج المثلى. يُوصى باستخدام أدوات من الفولاذ عالي السرعة أو أدوات كربيد.
قابلية التشكيل
الفولاذ المقاوم للصدأ 440B ليس قابلاً للتشكيل بسبب نسبة الكربون العالية، التي تزيد من الصلابة وتقلل من اللدونة. يمكن تشكيله على البارد لكنه قد يتطلب قوة كبيرة، بينما يكون التشكيل على الساخن أكثر قابلية عند درجات الحرارة المرتفعة.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | مدى درجة الحرارة (°C/°F) | مدة النقع النموذجية | طريقة التبريد | الهدف الرئيسي/النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التخمير | 800-900 °C / 1472-1652 °F | 1-2 ساعات | هواء أو زيت | تقليل الصلابة، تحسين اللدونة |
| التبريد | 1000-1100 °C / 1832-2012 °F | - | ماء أو زيت | زيادة الصلابة |
| التليين | 400-600 °C / 752-1112 °F | 1 ساعة | هواء | تقليل الهشاشة، استقرار البنية المجهرية |
تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية المجهرية وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ 440B. يزيد التبريد من الصلابة، بينما تساعد عملية التليين في تقليل الهشاشة، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على التطبيق المحدد | الخصائص الأساسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (بإيجاز) |
|---|---|---|---|
| أدوات المطبخ | سكاكين المطبخ | صلابة عالية، مقاومة للتآكل | احتفاظ بالحافة والدوام |
| الطب | أدوات جراحية | مقاومة للتآكل، صلابة | التعقيم والقوة |
| السيارات | مكونات الصمامات | قوة عالية، مقاومة للتآكل | الأداء تحت الضغط |
تشمل التطبيقات الأخرى:
- المعدات الصناعية: مكونات تتطلب مقاومة للتآكل عالية.
- الفضاء: أجزاء تتعرض لأحمال ميكانيكية عالية.
- البحرية: مكونات تتعرض لبيئات نشطة.
تم اختيار 440B لهذه التطبيقات نظرًا لتوازنه الممتاز بين الصلابة ومقاومة التآكل، مما يجعله مناسبًا للبيئات المتطلبة.
اعتبارات مهمة، ومعايير الاختيار، وأفكار إضافية
| الميزة/الخاصية | 440B | AISI 304 | AISI 316 | ملاحظة موجزة عن الإيجابيات/السلبيات أو التبادل |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | صلابة عالية | صلابة متوسطة | صلابة متوسطة | تتفوق 440B في مقاومة التآكل |
| الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل | عادل في الكلورايد | ممتازة | ممتازة | 440B أقل ملاءمة للبيئات العدوانية |
| قابلية اللحام | ضعيفة | جيدة | جيدة | تتطلب 440B تقنيات خاصة |
| قابلية التشغيل | متوسطة | جيدة | جيدة | تحتاج 440B إلى تشغيل دقيق |
| قابلية التشكيل | ضعيفة | جيدة | جيدة | 440B أقل ليونة |
| التكلفة التقريبية النسبية | متوسطة | منخفضة | متوسطة | تتفاوت التكاليف بحسب ظروف السوق |
| التوافر النموذجي | متوسط | عالي | عالي | قد تكون 440B أقل شيوعًا |
عند اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ 440B، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، ومقاومته للتآكل، وتحديات التصنيع. بينما يقدم مقاومة ممتازة للتآكل، قد تقتضي قيوده في قابلية اللحام والتشكيل تخطيطًا دقيقًا في عمليات التصميم والتصنيع. بالإضافة إلى ذلك، يجب تقييم الجدوى الاقتصادية وتوافر الدرجات البديلة بناءً على متطلبات التطبيق المحددة.