80CrV2 الفولاذ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

فولاذ 80CrV2 هو فولاذ سبائكي متوسط الكربون معروف بصلابته الممتازة وقوته. يُصنف كفولاذ أدوات عالي الكربون، يحتوي أساساً على الكروم (Cr) والفاناديوم (V) كعناصر سبائكية، مما يعزز بشكل كبير خصائصه الميكانيكية. يُحسن إضافة الكروم مقاومة التآكل والصلابة، بينما يساهم الفاناديوم في زيادة مقاومة التآكل والقوة.

نظرة شاملة

فولاذ 80CrV2 معترف به على نطاق واسع لتنوع استخداماته في التطبيقات الهندسية المختلفة، خاصة في تصنيع الأدوات والمكونات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل. تتضمن تركيبته عادة حوالي 0.8% كربون، 0.5% كروم، و0.2% فاناديوم، مما يمنح خصائص فريدة من الصلابة، toughness، واللينة.

الخصائص الرئيسية:
- الصلابة: يسمح وجود الكروم بالصلابة العميقة خلال المعالجة الحرارية، مما يجعله مناسبًا للمكونات الكبيرة.
- القوة: تعزز قوة السبيكة بواسطة الفاناديوم، مما يساعد على منع الفشل الهش تحت الضغط.
- مقاومة التآكل: تساهم نسبة الكربون العالية في مقاومة تآكل متفوقة، مما يجعله مثالياً لأدوات القطع والقوالب.

المزايا:
- مقاومة تآكل عالية ودوام.
- صلابة وقوة ممتازتان.
- قابلية جيدة للتشغيل والتمدد في الحالة المعالجة.

القيود:
- عرضة للتآكل إذا لم تتم معالجته أو تلميعه بشكل صحيح.
- يتطلب معالجة حرارية دقيقة لتحقيق الخصائص المرغوبة.
- قد يكون أغلى من الفولاذات المنخفضة الجودة.

تاريخياً، تم استخدام 80CrV2 في تطبيقات متنوعة، بما في ذلك إنتاج أدوات القطع، والقوالب، ومكونات أخرى عالية الإجهاد، مما أسس سمعته في سوق فولاذ الأدوات.

أسماء بديلة، ومعايير، ومكافئات

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة المنشأ	ملاحظات/تعليقات
UNS	G80CrV2	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب مكافئ لـ AISI D2 مع اختلافات طفيفة في التركيب.
AISI/SAE	80CrV2	دولي	تسمية شائعة الاستخدام في أوروبا.
DIN	1.2842	ألمانيا	خصائص مشابهة لـ AISI D2 ولكن مع توصيات معالجة حرارية مختلفة.
EN	100Cr6	أوروبا	مكافئ مع اختلافات طفيفة في نسبة الكربون.
JIS	SKD11	اليابان	درجة قابلة للمقارنة مع تطبيقات مشابهة.

تسلط الجدول أعلاه الضوء على معايير ومكافئات مختلفة لفولاذ 80CrV2. ومن الملاحظ أنه في حين أن الدرجات مثل AISI D2 وSKD11 تشترك في خصائص مشابهة، فقد تختلف في عمليات المعالجة الحرارية المحددة وخصائص الأداء، مما يمكن أن يؤثر على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق.

الخصائص الرئيسية

تركيب كيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
C (كربون)	0.75 - 0.85
Cr (كروم)	0.40 - 0.60
V (فاناديوم)	0.15 - 0.25
Mn (منغنيز)	0.30 - 0.50
Si (سيليكون)	0.15 - 0.40
P (فوسفور)	≤ 0.025
S (كبريت)	≤ 0.025

تلعب العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ 80CrV2 أدوارًا حاسمة:
- الكربون (C): يعزز الصلابة والقوة من خلال المعالجة الحرارية.
- الكروم (Cr): يحسن الصلابة ومقاومة التآكل.
- الفاناديوم (V): يزيد من مقاومة التآكل وينقي الميكروهيكل، مما يؤدي إلى تحسين القوة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/التسخين	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النمطي (المتري)	القيمة/النطاق النمطي (الإمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
شد القوة	مُبرد & مُعالج	درجة حرارة الغرفة	800 - 1200 ميجا باسكال	116,000 - 174,000 رطل لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (0.2% تحوّل)	مُبرد & مُعالج	درجة حرارة الغرفة	600 - 900 ميجا باسكال	87,000 - 130,000 رطل لكل بوصة مربعة	ASTM E8
الإطالة	مُبرد & مُعالج	درجة حرارة الغرفة	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
الصلابة (HRC)	مُبرد & مُعالج	درجة حرارة الغرفة	58 - 62 HRC	58 - 62 HRC	ASTM E18
قوة الصدمة	مُبرد & مُعالج	-20°C	20 - 40 جول	15 - 30 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ 80CrV2 مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتشوه تحت الحمل. تتيح لها شد القوي والعلوي تحمل ضغط ميكانيكي كبير، بينما تضمن صلابته طول عمره في التطبيقات المعرضة للتآكل.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (المتري)	القيمة (الإمبراطوري)
الكثافة	-	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
الموصلية الحرارية	20°C	25 واط/م·ك	14.5 BTU·بوصة/ساعة·قدماً²·°F
السعة الحرارية النوعية	20°C	0.46 كيلوجول/كجم·ك	0.11 BTU/رطل·°F
المقاومة الكهربائية	20°C	0.00065 أوم·م	0.00038 أوم·بوصة

تعتبر الخصائص الفيزيائية لفولاذ 80CrV2، مثل الكثافة ونقطة الانصهار، ضرورية للتطبيقات التي تتضمن بيئات عالية الحرارة. حيث تكون موصلية حرارته معتدلة، وهو أمر مفيد لتبديد الحرارة في تطبيقات الأدوات.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريد	5 - 10	20 - 60 / 68 - 140	جيد	خطر تآكل النقر.
حمض الكبريتيك	10 - 30	20 - 40 / 68 - 104	ضعيف	ليس موصى به للتعرض المطول.
هيدروكسيد الصوديوم	5 - 10	20 - 60 / 68 - 140	جيد	عرضة لتشقق التآكل تحت الضغط.

يظهر فولاذ 80CrV2 مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في البيئات التي تحتوي على الكلوريدات والمحلولات القلوية. ومع ذلك، لا يُوصى باستخدامه في الظروف الحمضية بشكل مفرط، حيث يمكن أن يتعرض لتآكل كبير وتآكل نقر. مقارنة بفولاذ الأدوات الأخرى مثل AISI D2، الذي يتمتع بمقاومة أفضل للتآكل بسبب نسبة الكروم الأعلى، قد يستلزم فولاذ 80CrV2 طلاءات واقية أو معالجة سطحية في البيئات التآكلية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	الملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	300	572	مناسب للتعرض المطول.
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	400	752	تعرض قصير المدى فقط.
درجة حرارة التقشير	600	1112	خطر الأكسدة بعد هذا الحد.

يحافظ فولاذ 80CrV2 على خصائصه الميكانيكية في درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تشمل التعرض لدرجات حرارة مرتفعة مؤقتة. ومع ذلك، يجب الحرص على تجنب التعرض المطول لدرجات حرارة فوق 300°C، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى الأكسدة وتدهور المادة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	معدن التعبئة الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلتر الحماية النمطي	ملاحظات
MIG	ER80S-D2	أرجون + ثاني أكسيد الكربون	يوصى بالتسخين المسبق.
TIG	ER80S-D2	أرجون	يتطلب معالجة حرارية بعد اللحام.
لصق	E7018	-	مناسب للأقسام الأكثر سمكًا.

يمكن لحام فولاذ 80CrV2 باستخدام عمليات مختلفة، لكن غالبًا ما تكون التسخين المسبق ضرورية لمنع التشقق. كما يُوصى بمعالجة حرارية بعد اللحام لتخفيف الضغوط واستعادة القوة.

قابلية التصنيع

معلمة التشغيل	80CrV2	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التصنيع النسبي	60	100	قابلية تصنيع متوسطة.
سرعة القطع النمطية	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	استخدم أدوات من كربيد لتحقيق أفضل النتائج.

قابلية تصنيع 80CrV2 متوسطة، ورغم أنه يمكن تصنيعه بفعالية، يجب الحرص على اختيار أدوات وسرعات قطع مناسبة لتجنب التآكل المفرط.

قابلية تشكيل

يظهر فولاذ 80CrV2 قابلية تشكيل جيدة في الحالة المعالجة، مما يسمح بعمليات تشكيل باردة وساخنة. ومع ذلك، من المهم مراعاة آثار تصلب العمل، التي يمكن أن تزيد من صعوبة عمليات التشكيل كلما تم العمل على المادة.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	وقت النقع النمطي	طريقة التبريد	الهدف الرئيسي / النتيجة المتوقعة
تخانة	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 ساعة	هواء	تخفيف الضغط وإزالة الإجهاد.
تبريد	850 - 900 / 1562 - 1652	30 دقيقة	زيت أو ماء	صلابة.
تخفيف	150 - 300 / 302 - 572	1 ساعة	هواء	تحسين القوة.

تعتبر المعالجة الحرارية حاسمة لتحقيق الصلابة والقوة المرغوبة في فولاذ 80CrV2. تزيد عملية التبريد بشكل كبير من الصلابة، بينما تعتبر عملية التخفيف أساسية لتقليل الهشاشة وزيادة القوة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستفاد في هذا التطبيق	سبب الاختيار
تصنيع الأدوات	أدوات قطع	صلابة عالية، مقاومة لتآكل	أساسية للمتانة والأداء.
السيارات	مكونات التروس	قوة، ومتانة	مطلوبة للتطبيقات عالية الإجهاد.
الفضاء	المكونات الهيكلية	نسبة قوة عالية إلى الوزن	حساسة للأمان والأداء.

تشمل التطبيقات الأخرى:
- قوالب وصناديق للحقن البلاستيكي.
- سكاكين وشفرات للاستخدام الصناعي.
- أفضل أنواع القياس والتثبيت في عمليات التصنيع.

تم اختيار فولاذ 80CrV2 لهذه التطبيقات بسبب توازنه الممتاز بين الصلابة والمتانة ومقاومة التآكل، مما يجعله مثاليًا للمكونات التي تتعرض لإجهادات ميكانيكية كبيرة.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى أخرى

الميزة/الخاصية	80CrV2	AISI D2	SKD11	ملاحظة موجزة عن المزايا أو العيوب
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	صلابة عالية	مقاومة تآكل أعلى	قوة مشابهة	80CrV2 أقل مقاومة للتآكل.
الجوانب المتعلقة بالتآكل الرئيسية	متوسطة	جيدة	عادلة	80CrV2 يحتاج إلى طلاءات واقية.
قابلية اللحام	متوسطة	ضعيفة	متوسطة	يمكن لحام 80CrV2 بحذر.
قابلية التصنيع	متوسطة	جيدة	عادلة	تتطلب 80CrV2 معالجة دقيقة.
قابلية التشكيل	جيدة	عادلة	جيدة	80CrV2 مناسب للتشكيل في الحالة المعالجة.
التكلفة التقريبية مقارنة	متوسطة	مرتفعة	متوسطة	فعالة من حيث التكلفة للتطبيقات عالية الأداء.
التوافر النمطي	شائع	شائع	شائع	متوفر بسهولة في أشكال متنوعة.

عند اختيار فولاذ 80CrV2، تشمل الاعتبارات الخصائص الميكانيكية، ومقاومة التآكل، والملاءمة للحام والتصنيع. بينما يقدم أداءً ممتازًا في التطبيقات عالية الإجهاد، فإن تعرضه للتآكل يتطلب تدابير وقائية في بيئات معينة. بالإضافة إلى ذلك، فإن فعاليته من حيث التكلفة مقارنة بالفولاذات عالية الأداء الأخرى تجعله خيارًا شائعًا في مختلف الصناعات.

باختصار، يبرز فولاذ 80CrV2 كمادة متعددة الاستخدامات، تجمع بين القوة العالية، مقاومة التآكل، وقابلية التصنيع الجيدة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات التي تتطلب ضغطًا ميكانيكيًا كبيرًا.