فولاذ CPM S35VN: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

فولاذ CPM S35VN هو درجة فولاذ مقاوم للصدأ عالي الأداء يقع ضمن فئة الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنزيت. تم تصميمه خصيصًا للتطبيقات التي تتطلب احتفاظًا ممتازًا بالحافة، ومقاومة للتآكل، ومتانة. العناصر السبيكية الرئيسية في CPM S35VN تشمل الكربون (C) والكروم (Cr) والفاناديوم (V) والموليبدنوم (Mo). تؤثر هذه العناصر بشكل كبير على البنية المجهرية والخصائص الميكانيكية للفولاذ، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات الم demanding مثل شفرات السكاكين وأدوات القطع.

نظرة شاملة

CPM S35VN هو فولاذ مصاهر مسحوق طورته شركة كروسكيبل، معروفة بخصائص أدائها المتفوقة مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ التقليدي. يتكون الفولاذ عادةً من حوالي 1.4٪ كربون، و14٪ كروم، و3٪ فاناديوم، و2٪ موليبدنوم، مما يساهم في صلابته ومقاومته للتآكل. تعزز عملية مصاهر المسحوق من تجانس البنية المجهرية، مما يؤدي إلى تحسين المتانة واحتفاظ الحافة.

الخصائص الرئيسية:
- احتفاظ الحافة: يوفر محتوى الكربون والفاناديوم المرتفع صلابة استثنائية، مما يسمح بحدّة دائمة في تطبيقات القطع.
- مقاومة التآكل: يساهم محتوى الكروم في توفير مقاومة جيدة للأكسدة والتآكل، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في بيئات رطبة أو تآكلية.
- المتانة: تضمن العناصر السبيكية المتوازنة أن يحتفظ الفولاذ بمتانته، مما يقلل من خطر الشقوق أو الكسر تحت الضغط.

المزايا:
- مقاومة ممتازة للتآكل واحتفاظ بالحافة.
- مقاومة جيدة للتآكل، مناسبة لمختلف البيئات.
- تحسين المتانة مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ عالي الكربون الآخر.

القيود:
- تكلفة أعلى مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ القياسي.
- يتطلب معالجة حرارية دقيقة لتحقيق الخصائص المثلى.

تاريخيًا، اكتسب CPM S35VN شعبية في مجتمع صناعة السكاكين بين مصنعي أدوات الأداء العالي بسبب تركيبة خصائصه الفريدة، مما يجعله الخيار المفضل للمنتجات المتميزة.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصل	ملاحظات/تعليقات
UNS	S35VN	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب معادل لـ AISI 440C مع تحسينات في المتانة.
AISI/SAE	35VN	الولايات المتحدة الأمريكية	مصمم للتطبيقات عالية الأداء.
ASTM	A240	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة قياسية للصفائح الفولاذية المقاومة للصدأ.
JIS	-	اليابان	لا يوجد معادل مباشر، ولكنه مشابه لفولاذات عالية الأداء الأخرى.

بينما غالبًا ما يتم مقارنة S35VN بـ AISI 440C، فإنه يقدم متانة ومقاومة تآكل محسنة بفضل تركيبه الفريد وعملية تصنيعه. وهذا يجعله اختيارًا أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تكون فيها الاحتفاظ بالحافة والمتانة أمرًا حاسمًا.

الخصائص الأساسية

التكوين الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
C (الكربون)	1.35 - 1.45
Cr (الكروم)	14.00 - 15.00
V (الفاناديوم)	2.75 - 3.25
Mo (الموليبدنوم)	1.75 - 2.25
Mn (المنغنيز)	0.50 كحد أقصى
Si (السيليكون)	0.50 كحد أقصى
P (الفوسفور)	0.03 كحد أقصى
S (الكبريت)	0.03 كحد أقصى

الدور الرئيسي للعناصر السبيكية الأساسية في CPM S35VN يشمل:
- الكربون (C): يزيد من الصلابة ومقاومة التآكل.
- الكروم (Cr): يعزز من مقاومة التآكل ويساهم في تكوين طبقة أكسيد واقية.
- الفاناديوم (V): يحسن من مقاومة التآكل والصلابة من خلال تنقيح التركيب الحبيبي.
- الموليبدنوم (Mo): يعزز من مقاومة التآكل ويساهم في القوة عند درجات الحرارة المرتفعة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مبرد ومعتدل	درجة حرارة الغرفة	2000 - 2200 ميغاباسكال	290 - 320 ksi	ASTM E8
قوة العائد (0.2% تحريف)	مبرد ومعتدل	درجة حرارة الغرفة	1800 - 2000 ميغاباسكال	260 - 290 ksi	ASTM E8
الإطالة	مبرد ومعتدل	درجة حرارة الغرفة	4 - 6%	4 - 6%	ASTM E8
الصلابة (HRC)	مبرد ومعتدل	درجة حرارة الغرفة	58 - 61 HRC	58 - 61 HRC	ASTM E18
قوة الصدمة	مبرد ومعتدل	-40°C (-40°F)	30 - 40 J	22 - 30 قدم-رطل	ASTM E23

يجعل الجمع بين قوة الشد العالية وقوة العائد، بالإضافة إلى المتانة والصلابة الجيدة، CPM S35VN مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب أداء ميكانيكي عالي، مثل شفرات السكاكين وأدوات القطع. تضمن قدرته على الحفاظ على هذه الخصائص تحت الضغط السلامة الهيكلية في البيئات الم demanding.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	-	7.75 جرام/سم³	0.28 رطل/بوصة³
درجة انصهار	-	1450 - 1500 °С	2642 - 2732 °F
الموصلية الحرارية	20 °С	25 واط/م·ك	14.5 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/ساعة·قدم²·°F
سعة الحرارة النوعية	20 °С	460 جول/كجم·ك	0.11 وحدة حرارية بريطانية/رطل·°F
مقاومة كهربائية	20 °С	0.7 ميكرولوغ·م	0.7 ميكرولوغ·بوصة

تشير الكثافة ودرجة انصهار CPM S35VN إلى متانته، بينما تعتبر موصليةه الحرارية وسعته الحرارية النوعية حاسمة لتطبيقات المعالجة الحرارية والدورات الحرارية. تعتبر مقاومته الكهربائية منخفضة نسبيًا، مما يمكن أن يكون مفيدًا في بعض التطبيقات حيث تكون الموصلية عاملًا.

مقاومة التآكل

المادة المسببة للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°С)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
مياه مالحة	3.5	25	جيد	خطر التآكل في الملح العالي.
حمض الأسيتيك	10	25	عادل	عرضة للتآكل الموضعي.
كلوريدات	1	25	عادل	خطر تشقق التآكل بسبب الضغط.
حمض الكبريتيك	5	25	ضعيف	غير موصى به للاستخدام.

يظهر CPM S35VN مقاومة جيدة للتآكل في بيئات مختلفة، خاصة ضد الظروف الجوية والكلوريدات الخفيفة. ومع ذلك، فإنه عرضة للتآكل النقري وتشقق التآكل بسبب الضغط في البيئات العالية الملح وظروف حمضية معينة. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الآخر مثل AISI 440C وD2، يوفر S35VN متانة أفضل واحتفاظًا بالحافة، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تكون فيها مقاومة التآكل والأداء الميكانيكي حاسمين.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°С)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	350	662	مناسب للتعرض الطويل.
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	400	752	التعرض القصير مقبول.
درجة حرارة التقشر	600	1112	خطر الأكسدة فوق هذه الدرجة.

عند درجات حرارة مرتفعة، يحتفظ CPM S35VN بخصائصه الميكانيكية بشكل جيد، لكن التعرض المفرط فوق 350 °С (662 °F) يمكن أن يؤدي إلى الأكسدة والتقشر. من المهم مراعاة هذه الحدود في التطبيقات التي تشمل الحرارة، حيث يمكن أن تؤثر على أداء الفولاذ وطول عمره.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	معدن التعبئة الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الحماية النموذجي	ملاحظات
TIG	ER308L	الأرجون	يفضل التسخين المسبق.
MIG	ER308L	الأرجون + مزيج CO2	قد تكون معالجة الحرارة بعد اللحام ضرورية.

يتطلب لحام CPM S35VN اعتبارات دقيقة بسبب محتوى الكربون العالي، الذي يمكن أن يؤدي إلى التشققات إذا لم تتم إدارته بشكل صحيح. يوصى بالتسخين المسبق قبل اللحام ومعالجة الحرارة بعد اللحام لتخفيف الضغوط وتحسين المتانة.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	CPM S35VN	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60%	100%	يتطلب أدوات عالية الجودة.
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	30 م/دقيقة	60 م/دقيقة	استخدم أدوات الكربيد لتحقيق أفضل النتائج.

يمكن أن تكون عملية تشغيل CPM S35VN تحديًا بسبب صلابته. من المستحسن استخدام أدوات فولاذية عالية السرعة أو أدوات الكربيد والحفاظ على سرعات القطع المثلى لتحقيق أفضل النتائج.

قابلية التشكيل

لا يعرف CPM S35VN بشكل خاص بقابلية التشكيل نظرًا لصلابته العالية وقوته. يكون التشكيل البارد محدودًا، وغالبًا ما يُفضل التشكيل الساخن لتجنب التشققات. يظهر الفولاذ تصلب العمل، مما يمكن أن يعقد عمليات التشكيل.

المعالجة الحرارية

عملية العلاج	نطاق درجة الحرارة (°С/°F)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة
التخليل	800 - 900 / 1472 - 1652	1 - 2 ساعات	هواء	تقليل الصلابة، تحسين المتانة.
التبريد المفاجئ	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 دقيقة	زيت	تحقيق أقصى صلابة.
التمليس	200 - 300 / 392 - 572	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تعزيز المتانة.

تشمل عملية المعالجة الحرارية لـ CPM S35VN التصلب، والتبريد المفاجئ، والتمليس. تعتبر هذه السلسلة حاسمة لتحقيق التوازن المطلوب بين الصلابة والمتانة. تؤثر التحولات المعدنية خلال هذه العلاجات بشكل كبير على البنية المجهرية، مما يؤدي إلى تحسين خصائص الأداء.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الفولاذية الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
صناعة السكاكين	سكاكين قابلة للطي عالية الجودة	احتفاظ ممتاز بالحافة، مقاومة للتآكل	الأداء والمتانة
صناعة الأدوات	أدوات قطع	صلابة عالية، مقاومة للتآكل	طول العمر والفعالية
الفضاء	أجزاء المكونات	متانة، مقاومة للحرارة	السلامة والموثوقية

تشمل التطبيقات الأخرى:
- الأدوات الجراحية
- الشفرات الصناعية
- معدات خارجية عالية الأداء

يتم اختيار CPM S35VN للتطبيقات التي تكون فيها مجموعة من احتفاظ الحافة والمتانة ومقاومة التآكل أمرًا حاسمًا. يجعل أداؤه في البيئات الم demanding خيارًا مفضلًا للمنتجات المتميزة.

اعتبارات مهمة، ومعايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	CPM S35VN	AISI 440C	D2	ملاحظة موجزة حول المزايا/العيوب أو المقايضة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	صلابة عالية	صلابة معتدلة	صلابة عالية	يوفر S35VN متانة أفضل.
الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل	جيدة	عادلة	ضعيفة	S35VN أكثر مقاومة للتآكل.
قابلية اللحام	متوسطة	جيدة	ضعيفة	يتطلب S35VN لحامًا دقيقًا.
قابلية التشغيل	متوسطة	جيدة	ضعيفة	يصعب تشغيل S35VN.
قابلية التشكيل	ضعيفة	عادلة	ضعيفة	قدرات تشكيل محدودة.
التكلفة النسبية التقريبية	مرتفع	معتدل	منخفض	S35VN أكثر تكلفة.
التوافر النموذجي	متوسط	مرتفع	مرتفع	قد يكون S35VN أقل توافرًا.

عند اختيار CPM S35VN، تشمل الاعتبارات الجدوى من حيث التكلفة والتوافر ومتطلبات التطبيق المحددة. على الرغم من أنه قد يكون أكثر تكلفة من البدائل، إلا أن أدائه المتفوق في احتفاظ الحافة ومقاومة التآكل يبرر الاستثمار في التطبيقات عالية الأداء. بالإضافة إلى ذلك، تجعل خصائصه الفريدة مناسبة للاستخدامات المتخصصة حيث قد تفشل الفولاذات التقليدية.

باختصار، يتميز فولاذ CPM S35VN بتوازنه الاستثنائي بين الصلابة والمتانة ومقاومة التآكل، مما يجعله خيارًا مثاليًا للتطبيقات الم demanding في مختلف الصناعات.