معدن M390 (فولاذ بوهلر PM المقاوم للصدأ): الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
صلب M390، المعروف أيضًا باسم بولر PM ستانلس، هو فولاذ مقاوم للصدأ عالي الأداء يقع ضمن فئة الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنزيت. يتم تصنيفه كفولاذ من متروك مسحوق المعدن، مما يسمح بالحصول على بنية ميكروية دقيقة وخصائص محسنة. تشمل العناصر الرئيسية للتقوية في M390 الكروم (Cr) والموليبدينوم (Mo) والفاناديوم (V) والكربون (C)، حيث يسهم كل منها بشكل كبير في خصائصه العامة.
نظرة شاملة
يشتهر فولاذ M390 بمقاومته الاستثنائية للتآكل والتآكل والاحتفاظ بالحافة، مما يجعله خيارًا شائعًا في تصنيع السكاكين عالية الجودة وتطبيقات الأدوات. يوفر محتوى الكروم العالي (حوالي 20%) مقاومة ممتازة للصدأ والتآكل، بينما يعزز إضافة الموليبدينوم والفاناديوم صلابته ومقاومته للتآكل. تؤدي البنية الميكروية الدقيقة المحققة من خلال متروك مسحوق المعدن إلى توزيع موحد للكربيدات، مما يسهم في خصائصه الميكانيكية الممتازة.
مزايا فولاذ M390:
- احتفاظ استثنائي بالحافة: يحتفظ M390 بحدته لفترة أطول من العديد من الفولاذات الأخرى، مما يجعله مثاليًا لأدوات القطع والسكاكين.
- مقاومة عالية للتآكل: يوفر محتوى الكروم العالي مقاومة ممتازة للصدأ والتآكل، مناسب للاستخدام في البيئات humid أو الرطبة.
- صلابة جيدة: على الرغم من صلابته، يظهر M390 صلابة جيدة، مما يقلل من خطر التقطيع أو الكسر أثناء الاستخدام.
قيود فولاذ M390:
- صعوبة في الشحذ: يمكن أن تجعل صلابة M390 من الصعب شحذه مقارنة بالفولاذات الأكثر نعومة.
- تكاليف أعلى: كفولاذ ممتاز، يميل M390 إلى أن يكون أكثر تكلفة من الفولاذات المقاومة للصدأ القياسية.
- توفر محدود: على الرغم من تزايد شعبيته، قد لا يتوفر M390 على نطاق واسع مثل الدرجات الأكثر شيوعًا.
تاريخيًا، وجد M390 مكانه في السوق ذات الأداء العالي، خصوصًا في السكاكين المخصصة وتطبيقات الصناعة عالية الجودة، حيث يمكن الاستفادة بالكامل من خصائصه الفريدة.
أسماء بديلة ومعايير ومعادلات
| المنظمة القياسية | التصنيف/الدرجة | البلد/المنطقة الأصلية | ملاحظات/ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | S39000 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب معادل لبولر M390 |
| AISI/SAE | - | الولايات المتحدة الأمريكية | لم يتم تصنيفه مباشرة تحت AISI/SAE |
| ASTM | A240 | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة قياسية لوحات الفولاذ المقاوم للصدأ |
| EN | 1.4116 | أوروبا | خصائص متشابهة، لكن قد تختلف في التركيب |
| JIS | - | اليابان | لا يوجد معادل مباشر، لكن توجد درجات مشابهة |
قد تحتوي أقرب معادلات M390، مثل 1.4116، على اختلافات تركيبية طفيفة يمكن أن تؤثر على الأداء، خاصة في الاحتفاظ بالحافة ومقاومة التآكل. من الضروري مراعاة هذه الاختلافات عند اختيار المواد لتطبيقات محددة.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| عنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة (%) |
|---|---|
| C (الكربون) | 1.90 - 2.10 |
| Cr (الكروم) | 19.00 - 20.00 |
| Mo (الموليبدينوم) | 0.80 - 1.20 |
| V (الفاناديوم) | 0.10 - 0.50 |
| Mn (المنغنيز) | 0.30 - 0.50 |
| Si (السليكون) | 0.20 - 0.50 |
| P (الفوسفور) | ≤ 0.03 |
| S (الكبريت) | ≤ 0.03 |
تلعب العناصر الرئيسية للتقوية في فولاذ M390 أدوارًا حاسمة في تحديد خصائصه:
- الكروم (Cr): يوفر مقاومة للتآكل ويساهم في تشكيل سطح صلب مقاوم للتآكل.
- الموليبدينوم (Mo): يعزز الصلابة ويحسن المقاومة للتآكل الناتج عن التقصف والشقوق.
- الفاناديوم (V): يزيد من مقاومة التآكل ويساعد في تنقيح بنية الحبوب، مما يسهم في الصلابة العامة.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة/النطاق النموذجي (وحدات متري - SI) | القيمة/النطاق النموذجي (الوحدات الإمبراطورية) | معيار المرجع لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مُحَرَّق ومُعَامَل | 2000 - 2200 ميجا باسكال | 290 - 320 ksi | ASTM E8 |
| قوة العائد (تعويض 0.2%) | مُحَرَّق ومُعَامَل | 1800 - 2000 ميجا باسكال | 261 - 290 ksi | ASTM E8 |
| التمدد | مُحَرَّق ومُعَامَل | 6 - 8% | 6 - 8% | ASTM E8 |
| الصلابة | مُحَرَّق ومُعَامَل | 58 - 62 HRC | 58 - 62 HRC | ASTM E18 |
| قوة التأثير | مُحَرَّق ومُعَامَل | 30 - 40 J عند -20 درجة مئوية | 22 - 30 ft-lbf عند -4 درجة فهرنهايت | ASTM E23 |
يجعل الجمع بين قوة الشد وقوة العائد العالية، إلى جانب الصلابة الممتازة، فولاذ M390 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب تحميل ميكانيكي عالٍ وسلامة هيكلية. تضمن صلابته أنه يمكن أن يتحمل التأثير دون الكسر، مما يجعله مثاليًا للبيئات التي تتطلب متطلبات عالية.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (وحدات متري - SI) | القيمة (الوحدات الإمبراطورية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7.8 جرام/سم³ | 0.282 رطل/بوصة³ |
| نقطة الانصهار | - | 1400 - 1450 درجة مئوية | 2552 - 2642 درجة فهرنهايت |
| التوصيل الحراري | درجة حرارة الغرفة | 25 واط/م·ك | 17.3 BTU·in/(ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت) |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 500 جول/كجم·ك | 0.119 BTU/رطل·درجة فهرنهايت |
| مقاومة الكهرباء | درجة حرارة الغرفة | 0.7 ميكرو أوم·م | 0.7 ميكرو أوم·بوصة |
| معامل التمدد الحراري | درجة حرارة الغرفة | 10.5 x 10⁻⁶ /ك | 5.8 x 10⁻⁶ /درجة فهرنهايت |
تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة والتوصيل الحراري مهمة لتطبيقات البيئات عالية الأداء. تشير نقطة الانصهار العالية إلى أن M390 يمكنه تحمل درجات حرارة مرتفعة دون فقدان السلامة الهيكلية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات في العمليات العالية الحرارة.
مقاومة التآكل
| العامل المسبب للتآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكوريدوات | 3-10% | 20-60 درجة مئوية (68-140 درجة فهرنهايت) | جيدة | خطر حدوث تآكل بالتحبب |
| الأحماض | 10-30% | 20-80 درجة مئوية (68-176 درجة فهرنهايت) | متوسطة | معرضة لتآكل الكسب الناتج عن الضغط |
| المحاليل القلوية | 5-20% | 20-60 درجة مئوية (68-140 درجة فهرنهايت) | جيدة | مقاومة بشكل عام |
| الجو | - | - | ممتازة | أداء جيد في البيئات الرطبة |
يظهر فولاذ M390 مقاومة ممتازة للتآكل الجوي وهو فعال بشكل خاص في البيئات الرطبة. ومع ذلك، فهو عرضة للتآكل بالتحبب في البيئات الغنية بالكلوريد، وهي نقطة اعتبار حاسمة للتطبيقات في المناطق البحرية أو الساحلية. مقارنة بفولاذات أخرى مقاومة للصدأ مثل 440C و S30V، يقدم M390 مقاومة تآكل واحتفاظ بالحافة متفوقة، على الرغم من أنه قد لا يكون بنفس الكفاءة في البيئات الحمضية العالية.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| أقصى درجة حرارة للخدمة المستمرة | 350 درجة مئوية | 662 درجة فهرنهايت | مناسب للتعرض المطول |
| أقصى درجة حرارة للخدمة المتقطعة | 400 درجة مئوية | 752 درجة فهرنهايت | تعرض قصير الأمد بدون تدهور كبير |
| درجة حرارة التسخين | 600 درجة مئوية | 1112 درجة فهرنهايت | خطر الأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة |
يحتفظ فولاذ M390 بخصائصه الميكانيكية عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تشمل التعرض للحرارة. ومع ذلك، يؤدي التعرض المطول لدرجات حرارة فوق 350 درجة مئوية إلى أكسدة وتخزين، مما يمكن أن يؤثر على أدائه.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن المملوء الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فلكس الحماية التقليدي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER308L | الأرجون | ينصح بالتسخين المسبق |
| MIG | ER308L | الأرجون/CO2 | يتطلب تحكمًا دقيقًا |
| Stick | E308L | - | غير موصى به للأقسام السميكة |
يمكن لحام فولاذ M390، لكن يجب توخي الحذر لتجنب التشقق. غالبًا ما يُنصح بالتسخين المسبق لتقليل خطر الصدمة الحرارية. قد تكون معالجة الحرارة بعد اللحام ضرورية أيضًا لتخفيف الضغوط واستعادة الصلابة.
قابلية التصنيع
| معامل التصنيع | فولاذ M390 | فولاذ AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التصنيع النسبي | 50% | 100% | M390 أكثر صعوبة في التصنيع |
| سرعة القطع النموذجية | 20-30 م/دقيقة | 50-70 م/دقيقة | استخدم أدوات الكربيد للحصول على أفضل النتائج |
يعتبر فولاذ M390 أكثر تحديًا في التصنيع مقارنة بالفولاذات ذات السبائك المنخفضة بسبب صلابته. يمكن أن يؤدي استخدام أدوات الكربيد وسرعات القطع المناسبة إلى تحسين قابلية التصنيع.
قابلية التشكيل
يعرض فولاذ M390 قابلية تشكيل محدودة بسبب صلابته العالية. عادةً ما يكون تشكيله البارد غير موصى به، بينما يمكن إجراء تشكيله الساخن بحذر. يمكن أن تجعل تأثير الصلابة من الانحناء والتشكيل صعبًا، مما يتطلب تقنيات متخصصة.
معالجة الحرارة
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C/°F) | مدة النقع النموذجية | طريقة التبريد | الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| تليين | 800 - 900 درجة مئوية (1472 - 1652 درجة فهرنهايت) | 1-2 ساعات | الهواء أو الزيت | تقليل الصلابة، تحسين الصلابة |
| تصلد | 1000 - 1100 درجة مئوية (1832 - 2012 درجة فهرنهايت) | 30-60 دقيقة | زيت او هواء | زيادة الصلابة والقوة |
| تلطيف | 200 - 600 درجة مئوية (392 - 1112 درجة فهرنهايت) | 1 ساعة | الهواء | تقليل الهشاشة، تحسين الصلابة |
تشمل عمليات معالجة الحرارة لفولاذ M390 عمليات الأوستنيتيز يليها التبريد والتلطيف. تؤدي هذه العمليات إلى الحصول على بنية ميكروية دقيقة تعزز الصلابة ومقاومة التآكل مع الحفاظ على الصلابة.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على التطبيق المحدد | الخصائص الرئيسية للصلب المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (بإيجاز) |
|---|---|---|---|
| تصنيع السكاكين | سكاكين مطبخ عالية الجودة | احتفاظ ممتاز بالحافة، مقاومة للتآكل | مثالي للتطبيقات الطهي |
| الأدوات | أدوات قطع دقيقة | صلابة عالية، مقاومة للتآكل | مناسب للتشغيل الدقيق |
| الأجهزة الطبية | أدوات جراحية | مقاومة للتآكل، توافق حيوي | أساسي للنظافة والمتانة |
| السيارات | مكونات عالية الأداء | صلابة، مقاومة للتعب | حرجة للسلامة والموثوقية |
يتم اختيار فولاذ M390 للتطبيقات التي تتطلب أداءً عاليًا ومتانه. تعتبر قدرته الاستثنائية على الاحتفاظ بالحافة مفضلة بين صانعي السكاكين، بينما تعتبر مقاومته للتآكل حيوية في التطبيقات الطبية والسيارات.
اعتبارات مهمة ومعايير الاختيار ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | فولاذ M390 | فولاذ 440C | فولاذ S30V | ملاحظة قصيرة حول فوائد/عيوب أو تبادل |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | صلابة عالية | صلابة معتدلة | صلابة عالية | يوفر M390 مقاومة تآكل متفوقة |
| الجوانب الرئيسية للمقاومة للتآكل | ممتازة | جيدة | جيدة | يتفوق M390 في البيئات الرطبة |
| قابلية اللحام | معتدلة | جيدة | معتدلة | يتطلب M390 تقنيات لحام دقيقة |
| قابلية التصنيع | تحدي | جيدة | معتدلة | يكون M390 أصعب في التصنيع مقارنة بـ 440C |
| قابلية التشكيل | محدودة | جيدة | معتدلة | يكون M390 أقل قابلية للتشكل بسبب الصلابة |
| التكلفة النسبية التقريبية | عالية | معتدلة | معتدلة | M390 هو فولاذ ممتاز بتكلفة أعلى |
| توفر النموذجي | معتدل | عالي | عالي | قد لا يكون M390 متاحًا بشكل مباشر |
عند اختيار فولاذ M390 لتطبيق محدد، من الضروري مراعاة خصائصه الميكانيكية ومقاومته للتآكل وتحديات التصنيع. على الرغم من تقديمه أداءً متفوقًا في العديد من المجالات، قد تؤثر تكلفته الأعلى وتوفره المحدود على عملية اتخاذ القرار. يمكن أن تساعد فهم التبادلات بين M390 والدرجات البديلة مثل 440C وS30V في اتخاذ خيارات مستنيرة مخصصة لاحتياجات الهندسة المحددة.