S136 الصلب: الخصائص والتطبيقات الرئيسية في التشكيل

فولاذ S136، المعروف أيضًا بفولاذ القوالب المقاوم للصدأ، هو فولاذ أدوات عالي الأداء يُستخدم بشكل أساسي في تصنيع القوالب والموتات. يتم تصنيفه كفولاذ مقاوم للصدأ من النوع الأوستنيتي، ويتميز بمقاومته العالية للتآكل، وقابلية التلميع الممتازة، وجيدة المعالجة. العناصر السبائكية الرئيسية في S136 تشمل الكروم (Cr)، النيكل (Ni)، والموليبدينوم (Mo)، التي تساهم بشكل كبير في خصائصه.

نظرة شاملة

فولاذ S136 مصمم للتطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل وحماية من الصدأ. يتكون تكوينه عادة من حوالي 13% كروم، 0.3% كربون، و1% موليبدينوم، مما يعزز من صلابته وقوته. غالبًا ما يُستخدم الفولاذ في إنتاج القوالب لحقن البلاستيك، حيث تكون القدرة على تحمل درجات الحرارة العالية والبيئات الكاوية حاسمة.

المزايا:
- مقاومة التآكل: يظهر S136 مقاومة ممتازة للصدأ والتآكل، مما يجعله مناسبًا للاستخدام في البيئات الرطبة أو الكيماوية العدوانية.
- صلابة عالية: يمكن للفولاذ أن يحقق مستويات عالية من الصلابة، مما يفيد في مقاومة التآكل في تطبيقات القوالب.
- قابلية التلميع: يمكن تلميع S136 إلى درجة عالية، وهو أمر ضروري للتطبيقات الجمالية ولتقليل الاحتكاك على أسطح القوالب.

القيود:
- التكلفة: عمومًا، يعد S136 أكثر تكلفة من غيره من فولاذ الأدوات بسبب عناصره السبائكية ومتطلبات المعالجة.
- قابلية اللحام: على الرغم من أنه يمكن لحامه، يجب اتخاذ احتياطات خاصة لتجنب التشقق وضمان سلامة الوصلات.

تاريخيًا، اكتسب S136 شعبية في صناعة صنع القوالب بفضل أدائه المتفوق مقارنة بالفولاذ الكربوني التقليدي. لقد وضعت خصائصه الفريدة في موقعه كخيار مفضل للقوالب عالية الجودة، خاصة في صناعة البلاستيك.

أسماء بديلة، المعايير، والمعادلات

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	S13600	الولايات المتحدة	أقرب معادلة لـ AISI 420
AISI/SAE	AISI 420	الولايات المتحدة	اختلافات طفيفة في التركيب
ASTM	ASTM A681	الولايات المتحدة	مواصفة لفولاذ الأدوات المقاوم للصدأ
EN	EN 1.2083	أوروبا	درجة معادلة بخصائص مشابهة
JIS	JIS SUS420J2	اليابان	مقاومة تآكل مشابهة ولكن خواص ميكانيكية مختلفة

تُبرز الجدول أعلاه معايير ومعادلات مختلفة لفولاذ S136. وبشكل ملحوظ، بينما يُعتبر AISI 420 غالبًا معادلاً، قد لا يوفر نفس مستوى مقاومة التآكل أو قابلية التلميع، وهي عناصر حاسمة في تطبيقات القوالب.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
C (الكربون)	0.30 - 0.40
Cr (الكروم)	12.0 - 14.0
Ni (النيكل)	0.5 - 1.0
Mo (الموليبدينوم)	0.5 - 1.0
Mn (المنغنيز)	1.0 كحد أقصى
Si (السيليكون)	1.0 كحد أقصى
P (الفوسفور)	0.03 كحد أقصى
S (الكبريت)	0.03 كحد أقصى

تلعب العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ S136 أدوارًا حاسمة:
- الكروم: يعزز من مقاومة التآكل والصلابة.
- النيكل: يحسن من القوة والليونة.
- الموليبدينوم: يزيد من الصلابة ويقلل من تآكل النقر.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (ميتري)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
مقاومة الشد	مخمرة	درجة حرارة الغرفة	600 - 800 ميغاباسكال	87 - 116 ksi	ASTM E8
مقاومة الخضوع (0.2% انحراف)	مخمرة	درجة حرارة الغرفة	400 - 600 ميغاباسكال	58 - 87 ksi	ASTM E8
تطويل	مخمرة	درجة حرارة الغرفة	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
الصلابة (HRC)	مخمرة	درجة حرارة الغرفة	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
مقاومة الصدمات	مخمرة	-20°C	30 - 50 J	22 - 37 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ S136 مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تحميلًا ميكانيكيًا كبيرًا. تضمن قوة الشد العالية وقوة الخضوع سلامة الهيكل تحت الضغط، بينما تشير نسبة التطويل إلى ليونة جيدة، مما يسمح بالتشوه دون كسر.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة (ميتري)	القيمة (إمبراطوري)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.8 غم/cm³	0.282 رطل/in³
نقطة الانصهار/المدى	-	1400 - 1450 °C	2552 - 2642 °F
التوصيلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	25 W/m·K	14.5 BTU·in/(hr·ft²·°F)
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	500 J/kg·K	0.12 BTU/lb·°F
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.72 µΩ·m	0.0000013 Ω·in

تعد الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة ونقطة الانصهار هامة للمعالجة والتطبيق. تسمح نقطة الانصهار المرتفعة نسبيًا بفولاذ S136 بالحفاظ على سلامته عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات عالية الحرارة.

مقاومة التآكل

العامل الكاوي	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكلوريدات	3-10	20-60 / 68-140	جيدة	خطر النقر
الأحماض	10-20	20-40 / 68-104	متوسطة	عرضة للتشقق الناتج عن الإجهاد
المحاليل القلوية	5-15	20-60 / 68-140	ممتازة	مقاوم للبيئات القلوية
الجو	-	-	ممتازة	جيد للتطبيقات الخارجية

يظهر فولاذ S136 مقاومة ممتازة لمجموعة متنوعة من البيئات الكاوية، خاصة في المحاليل القلوية. ومع ذلك، فإنه عرضة للتآكل الناتج عن النقر في البيئات الغنية بالكلوريد والتشقق الناتج عن الإجهاد في الظروف الحمضية. مقارنةً بدرجات أخرى مثل AISI 420 وAISI 440C، يقدم S136 مقاومة تآكل متفوقة، خاصة في البيئات الرطبة والكيماوية العدوانية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة للخدمة المستمرة	300	572	مناسب للتعرض المطول
أقصى درجة حرارة للخدمة المتقطعة	400	752	تعرض قصير الأمد فقط
درجة حرارة التقشير	600	1112	خطر الأكسدة بعد هذه الحرارة
اعتبارات قوة الزحف	400	752	يبدأ في التدهور عند هذه الحرارة

يحافظ فولاذ S136 على خصائصه الميكانيكية عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات المتعلقة بالحرارة. ومع ذلك، يجب الحرص على تجنب التعرض المطول لدرجات حرارة تتجاوز 300 °C، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى الأكسدة وتدهور المادة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن filler الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلوق الحماية النموذجي	ملاحظات
TIG	ER 308L	الأرجون	يوصى بالتسخين المسبق
MIG	ER 308L	خليط الأرجون + CO2	يوصى بمعالجة حرارية بعد اللحام

يمكن لحام فولاذ S136 باستخدام عمليات قياسية مثل TIG وMIG. ومع ذلك، يُوصى بتسخين المسبق لتقليل خطر التشقق. يمكن أن تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام في تخفيف الضغوط وتحسين السلامة العامة للحام.

قابلية المعالجة

معامل المعالجة	فولاذ S136	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية المعالجة النسبي	70	100	قابلية معالجة متوسطة
سرعة القطع النموذجية	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	التعديل لارتداء الأداة

يمتلك فولاذ S136 قابلية معالجة متوسطة مقارنة بالفولاذ القياسي مثل AISI 1212. يجب استخدام سرعات قطع وأدوات مثالية لتحقيق أفضل النتائج، ويجب الحرص على تجنب توليد حرارة زائدة أثناء المعالجة.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ S136 قابلية جيدة للتشكيل، مما يسمح بعمليات التشكيل الباردة والساخنة على حد سواء. ومع ذلك، بسبب صلابته العالية، يجب اتخاذ الحيطة لتجنب تصلب العمل أثناء التشكيل البارد. يجب الالتزام بأنصاف الانحناء الموصى بها لتجنب التشقق.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
تخمير	800 - 850 / 1472 - 1562	1 - 2 ساعات	هواء	تليين، تحسين قابلية المعالجة
تصلب	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 دقيقة	زيت	زيادة الصلابة
تمبير	200 - 300 / 392 - 572	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية المجهرية وخصائص فولاذ S136. يعمل التخمير على تليين المادة، مما يزيد من قابلية المعالجة، بينما يزيد التصلب من الصلابة ومقاومة التآكل. يعد التمبير أمرًا حيويًا لتقليل الهشاشة وتحسين القوة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
صناعة السيارات	قوالب حقن للمصدات	صلابة عالية، مقاومة التآكل	التحمل وطول العمر
البضائع الاستهلاكية	قوالب للأغراض المنزلية	قابلية تلميع ممتازة، مقاومة للتآكل	تشطيب جمالي وأداء
الأجهزة الطبية	قوالب للأدوات الجراحية	مقاومة التآكل، التوافق البيولوجي	الأمان والنظافة

تشمل التطبيقات الأخرى:
- قوالب للمكونات الإلكترونية
- معدات معالجة الطعام
- مكونات الطيران والفضاء

يتم اختيار فولاذ S136 لهذه التطبيقات بسبب تركيبه الفريد من الصلابة، ومقاومة التآكل، وقدرته على تحقيق تشطيب عالي الجودة، مما يجعله مثاليًا للاحتياجات الوظيفية والجمالية على حد سواء.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ S136	AISI 420	AISI 440C	ملاحظة مختصرة عن المزايا/العيوب أو التوفيق
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	صلابة عالية	صلابة متوسطة	صلابة عالية	يوفر S136 مقاومة للتآكل أفضل من AISI 420
جانب التآكل الرئيسي	ممتاز	جيد	متوسط	يتفوق S136 في البيئات الكاوية
قابلية اللحام	متوسطة	جيدة	ضعيفة	يتطلب S136 ممارسات لحام دقيقة
قابلية المعالجة	متوسطة	جيدة	ضعيفة	يسهل قطع AISI 420
قابلية التشكيل	جيدة	متوسطة	ضعيفة	يمكن تشكيل S136 بحذر
التكلفة التقريبية النسبية	مرتفع	متوسط	متوسط	S136 أكثر تكلفة بسبب عناصر السبائك
التوافر النموذجي	متوسط	مرتفع	مرتفع	قد لا يكون S136 متاحًا بسهولة مثل AISI 420

عند اختيار فولاذ S136، تشمل الاعتبارات جدوى التكلفة، التوافر، ومتطلبات التطبيق المحددة. تجعل خصائصه الفريدة مناسبة للتطبيقات عالية الأداء، لكن قد يحد التكلفة المرتفعة وقابلية المعالجة المتوسطة من استخدامه في بعض السيناريوهات. يعد فهم التوازنات بين S136 ودرجات البديلة أمرًا حيويًا لاختيار المواد المثالي في التطبيقات الهندسية.