معدن M35 (فولاذ عالي السرعة): الخصائص والاستخدامات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
فولاذ M35، المصنف كفولاذ عالي السرعة (HSS)، يستخدم أساساً في تصنيع أدوات القطع والقوالب. تُعرف هذه الدرجة الفولاذية بصلابتها الممتازة ومقاومتها للتآكل وقدرتها على الاحتفاظ بصلابتها عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعلها خياراً مفضلاً للتطبيقات عالية الأداء. يُعتبر فولاذ M35 فولاذ أدوات سبائكي يحتوي عادةً على كميات كبيرة من التنجستن والكوبالت، مما يعزز من خصائصه.
نظرة شاملة
يتم تصنيف فولاذ M35 كفولاذ عالي السرعة، تحديداً فولاذ عالي السرعة بالكوبالت، مصمم لتحمل درجات الحرارة العالية والحفاظ على الصلابة أثناء عمليات القطع. العناصر السبائكية الرئيسية في M35 تشمل:
- التنجستن (W): يعزز الصلابة ومقاومة التآكل.
- الكوبالت (Co): يحسن الأداء عند درجات الحرارة المرتفعة والصلابة.
- الموليبدينوم (Mo): يساهم في القوة والقدرة على الاستحكام.
التركيبة الفريدة من هذه العناصر السبائكية تؤدي إلى فولاذ يظهر صلابة استثنائية، عادة ما تصل قيمتها إلى 62-65 HRC بعد المعالجة الحرارية. يظهر فولاذ M35 أيضاً متانة جيدة، مما يجعله أقل عرضة للتشقق والانكسار تحت الضغط.
المزايا:
- صلابة عالية: يحتفظ بالصلابة عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسباً لتطبيقات القطع عالية السرعة.
- مقاومة للتآكل: مقاومة ممتازة للتآكل، مما يمدد عمر الأداة.
- تعدد الاستخدامات: يمكن استخدامه لمجموعة متنوعة من أدوات القطع، بما في ذلك المثاقب، والفتحات، وأدوات الطحن.
القيود:
- التكلفة: ارتفاع محتوى السبائك يؤدي إلى زيادة تكاليف المواد مقارنةً بالفولاذ القياسي للأدوات.
- القدرة على التصنيع: أصعب في التصنيع مقارنةً بالفولاذ منخفض السبائك بسبب صلابته.
- الهشاشة: على الرغم من أنه قوي، يمكن أن يصبح هشاً إذا لم يتم معالجته حرارياً بشكل صحيح.
يمتلك فولاذ M35 موقعاً مهماً في سوق الفولاذ عالي السرعة، وغالباً ما يستخدم في الصناعات التي تتطلب أدوات قطع دقيقة. تكمن أهميته التاريخية في تطويره استجابةً للحاجة إلى مواد يمكن أن تتحمل متطلبات التشغيل المتزايدة للسرعات العالية.
أسماء بديلة، معايير، ونظائر
| المنظمة القياسية | التسمية/الدرجة | البلد/المنطقة الأصلية | ملاحظات/تعليقات |
|---|---|---|---|
| UNS | T31535 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب نظير لـ M2 مع إضافة كوبالت |
| AISI/SAE | M35 | الولايات المتحدة الأمريكية | يستخدم عادة في تصنيع الأدوات |
| ASTM | A600 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة للفولاذ عالي السرعة |
| DIN | 1.3243 | ألمانيا | اختلافات تركيبية طفيفة |
| JIS | SKH55 | اليابان | خصائص مشابهة، ولكن بتوصيات مختلفة للمعالجة الحرارية |
تكمن الاختلافات بين M35 ونظائره، مثل M2 أو SKH55، في محتوى الكوبالت وعمليات المعالجة الحرارية، والتي يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الأداء في التطبيقات عالية السرعة. على سبيل المثال، يُعزز إضافة الكوبالت في M35 قدرته على تحمل التعب الحراري، مما يجعله مفضلاً لتطبيقات الأداء العالي المحددة.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| عنصر (الرمز والاسم) | نسبة النسبة المئوية (%) |
|---|---|
| C (الكربون) | 0.90 - 1.05 |
| W (التنجستن) | 5.50 - 6.75 |
| Mo (الموليبدينوم) | 4.00 - 5.00 |
| Co (الكوبالت) | 4.00 - 5.00 |
| Cr (الكروم) | 3.75 - 4.50 |
| Mn (المنغنيز) | 0.20 - 0.40 |
| Si (السيليكون) | 0.20 - 0.40 |
تشمل الدور الرئيسي للعناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ M35 ما يلي:
- الكربون: يوفر الصلابة والقوة من خلال تشكيل الكربيدات.
- التنجستن: يعزز مقاومة التآكل ويحافظ على الصلابة عند درجات الحرارة العالية.
- الكوبالت: يحسن المتانة والاستقرار الحراري، مما يسمح بأداء أفضل في التطبيقات عالية السرعة.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة/النطاق النموذجي (مترية) | القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| الشد | مُعالج حرارياً | 850 - 1000 ميجا باسكال | 123 - 145 كيلو باوند/بوصة مربعة | ASTM E8 |
| قوة الخضوع (0.2% تحويل) | مُعالج حرارياً | 600 - 800 ميجا باسكال | 87 - 116 كيلو باوند/بوصة مربعة | ASTM E8 |
| التمدد | مُعالج حرارياً | 5 - 10% | 5 - 10% | ASTM E8 |
| الصلابة (HRC) | مُعالج حرارياً | 62 - 65 HRC | 62 - 65 HRC | ASTM E18 |
| قوة الصدم | درجة حرارة الغرفة | 20 - 30 جول | 15 - 22 قدم-رطل | ASTM E23 |
يجعل الجمع بين القوة العالية في الشد والخضوع، مع الصلابة الممتازة، فولاذ M35 مناسباً لتطبيقات تتطلب تحميل ميكانيكي كبير ومتطلبات التكامل الهيكلي. قدرته على تحمل درجات الحرارة العالية دون فقدان الصلابة مفيدة بشكل خاص في بيئات التشغيل عالية السرعة.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (مترية) | القيمة (إمبراطورية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 8.2 جرام/سم³ | 0.297 رطل/بوصة³ |
| درجة الانصهار/النطاق | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| التوصيلية الحرارية | درجة حرارة الغرفة | 25 واط/م·ك | 14.5 BTU·إنش/ساعة·قدم²·°F |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 460 جول/كغم·ك | 0.11 BTU/رطل·°F |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.000015 أوم·م | 0.000015 أوم·إنش |
تعد الخصائص الفيزيائية الأساسية مثل الكثافة والتوصيلية الحرارية أهمية كبيرة للتطبيقات التي تشغل فيها الوزن وتبدد الحرارة. تساهم الكثافة العالية نسبياً لفولاذ M35 في قوته، بينما تسمح توصيلية الحرارة الفعالة بإدارة الحرارة بكفاءة أثناء عمليات القطع.
مقاومة التآكل
| العميل المسببة للتآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكلوريدات | 3-5 | 20-60 °C (68-140 °F) | متوسط | خطر التآكل |
| الأحماض | 10-20 | 20-40 °C (68-104 °F) | ضعيف | عرضة للتآكل |
| المحاليل القلوية | 5-10 | 20-60 °C (68-140 °F) | متوسط | مقاومة متوسطة |
يبدي فولاذ M35 مقاومة معتدلة للتآكل، خصوصاً في بيئات الكلوريدات، حيث قد يتعرض لخطر التآكل. مقارنةً بالفولاذ عالي السرعة الآخر مثل M2، يوفر محتوى الكوبالت في M35 مقاومة أفضل قليلاً للأكسدة عند درجات حرارة مرتفعة، ومع ذلك لا يُوصى به في التطبيقات في البيئات شديدة التآكل.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| Max Continuous Service Temp | 600 °C | 1112 °F | يحتفظ بالصلابة عند درجات الحرارة العالية |
| Max Intermittent Service Temp | 650 °C | 1202 °F | تعرض قصير المدى فقط |
| Scaling Temperature | 700 °C | 1292 °F | خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة |
| Creep Strength considerations | 500 °C | 932 °F | يبدأ في فقدان القوة |
يؤدي فولاذ M35 بشكل جيد عند درجات الحرارة المرتفعة، حيث يحتفظ بصلابته وقوته. ومع ذلك، فإن التعرض المطول لدرجات حرارة أعلى من 600 °C يمكن أن يؤدي إلى الأكسدة والتقشير، مما قد ي compromise من تكامله.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | معدن الحشو الموصى به (تصنيف AWS) | الغاز/الفلور المستخدم عادةً | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | أرجون + CO2 | يُنصح بالتسخين المسبق |
| TIG | ER80S-D2 | أرجون | يتطلب التحكم الدقيق |
| Stick | E7018 | - | غير موصى به للأقسام السميكة |
عادة لا يُوصى باستخدام فولاذ M35 للحام بسبب صلابته العالية واحتمالية الكسر. يعتبر التسخين المسبق والعلاج الحراري بعد اللحام ضرورياً لتقليل هذه المخاطر. اختيار معدن الحشو حاسم لضمان التوافق والحفاظ على الخصائص الميكانيكية.
قابلية التصنيع
| معلمة التصنيع | فولاذ M35 | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التصنيع النسبي | 60 | 100 | أصعب في التصنيع |
| سرعة القطع النموذجية (التدوير) | 30-40 م/دقيقة | 80-100 م/دقيقة | استخدم أدوات كربيد |
يمتلك فولاذ M35 مؤشراً أقل على قابلية التصنيع مقارنةً بالفولاذ الأكثر شيوعاً مثل AISI 1212، مما يجعله أكثر تحدياً في التصنيع. تُعتبر سرعات القطع المثلى والأدوات ضروريات لتحقيق النتائج المطلوبة دون تآكل زائد.
القابلية للتشكيل
فولاذ M35 ليس مناسباً بشكل خاص لعمليات التشكيل بسبب صلابته العالية وهشاشته. يتم عادة عدم إمكانية التشكيل على البارد، بينما قد يكون التشكيل على الساخن ممكناً مع التحكم الدقيق في درجة الحرارة. يمكن حدوث صلابة العمل، مما يتطلب النظر في أنصاف الأجسام وتقنيات التشكيل.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجات الحرارة (°C/°F) | مدة النقع النموذجية | طريقة التبريد | الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التخليل | 800 - 850 °C (1472 - 1562 °F) | 1 - 2 ساعة | هواء | تقليل الصلابة، وتحسين القابلية للتصنيع |
| التصلب | 1200 - 1250 °C (2192 - 2282 °F) | 30 - 60 دقيقة | زيت | زيادة الصلابة |
| التخمير | 550 - 600 °C (1022 - 1112 °F) | 1 ساعة | هواء | تقليل الهشاشة، وزيادة المتانة |
تشمل معالجة فولاذ M35 الأوستنيتي، والتبريد، والتخمير لتحقيق الصلابة والمتانة المطلوبة. تؤثر التحولات المعدنية خلال هذه العمليات بشكل كبير على التركيب الدقيق، مما يؤدي إلى تشكيل كربيدات دقيقة تعزز من مقاومة التآكل.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على التطبيق المحدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (باختصار) |
|---|---|---|---|
| الفضاء | أدوات القطع لتصنيع الطائرات | صلابة عالية، مقاومة للتآكل | الدقة والمتانة |
| صناعات السيارات | لقم المثاقب والفتحات | يحتفظ بالصلابة عند درجات الحرارة العالية | الكفاءة في التصنيع |
| صناعة المعادن | أدوات الطحن | المتانة ومقاومة التآكل | عمر أداة طويل |
تتضمن التطبيقات الأخرى:
- الأدوات: يُستخدم M35 بشكل واسع في تصنيع الأدوات عالية الأداء بسبب صلابته ومقاومته للتآكل.
- التصنيع: مثالي لعمليات التصنيع عالية السرعة حيث يعتبر عمر الأداة أمراً حاسماً.
يتم اختيار فولاذ M35 لهذه التطبيقات بسبب قدرته على الحفاظ على الأداء تحت الظروف القاسية، مما يضمن الدقة والكفاءة في عمليات التصنيع.
اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | فولاذ M35 | فولاذ M2 | الدرجة HSS X | ملاحظة سريعة أو مزايا/سلبيات |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | صلابة عالية | متانة جيدة | مقاومة ممتازة للتآكل | يُقدم M35 أداء أفضل عند درجات الحرارة المرتفعة |
| الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل | مقاومة متوسطة | مقاومة عادلة | مقاومة جيدة | مقاومة M35 للأحماض أقل |
| قابلية اللحام | ضعيفة | عادلة | ضعيفة | يتطلب M35 تقنيات لحام دقيقة |
| قابلية التصنيع | منخفضة | متوسطة | متوسطة | يصعب تصنيع M35 |
| القابلية للتشكيل | ضعيفة | جيدة | عادلة | ليس M35 مناسباً للتشكيل |
| التكلفة النسبية التقريبية | مرتفعة | متوسطة | متوسطة | تزيد عناصر سبائك M35 من التكلفة |
| التوفر النموذجي | متوسط | مرتفعة | مرتفعة | قد يكون M35 أقل شيوعاً من M2 |
عند اختيار فولاذ M35، تشمل الاعتبارات فعاليته من حيث التكلفة، توافره، ومتطلبات التطبيقات المحددة. بينما يقدم أداءً متفوقاً في التطبيقات عالية السرعة، قد يتطلب تكلفة أعلى وقابلية تصنيع أقل مما يستدعي تقييم دقيق ضد البدائل مثل فولاذ M2 أو الفولاذ عالي السرعة الآخر.
في الختام، يُعتبر فولاذ M35 مادة عالية الأداء تبرز في التطبيقات المت demanding، خصوصاً في تصنيع أدوات القطع. تتطلب خصائصه الفريدة، رغم كونها مفيدة، التعامل والمعالجة بعناية لتحقيق أقصى استفادة من إمكانياته.