فولاذ S390 (بوهلر HSS): الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
فولاذ S390، المعروف أيضًا باسم Bohler HSS، هو نوع من الفولاذ عالي السرعة (HSS) المشهور بصلابته الاستثنائية، ومقاومته للتآكل، وقدرته على الحفاظ على أداء القطع في درجات حرارة مرتفعة. يتم تصنيفه كفولاذ أدوات، ويستخدم بشكل أساسي في التطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل والصلابة. تحتوي تركيبة الفولاذ على كميات كبيرة من التنجستن، والموليبدينوم، والفاناديوم، التي تساهم في خصائصه الفريدة.
نظرة شاملة
يتم تصنيف فولاذ S390 كفولاذ عالي السرعة، مصمم خصيصًا لأدوات القطع والتطبيقات التي تتطلب صلابة عالية ومقاومة للتآكل. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في S390 التنجستن (W)، والموليبدينوم (Mo)، والفاناديوم (V)، التي تعزز صلابته وصلابته. وجود الكربون (C) مهم أيضًا، لأنه يشكل كربيدات تساهم في صلابة الفولاذ.
أهم خصائص فولاذ S390 تشمل:
- صلابة عالية: مستويات الصلابة القابلة للتحقيق يمكن أن تصل إلى 67 HRC، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات ذات متطلبات القطع العالية.
- مقاومة ممتازة للتآكل: الهيكل الكربيدي يوفر مقاومة ممتازة للتآكل، مما يطيل عمر الأداة.
- صلابة جيدة: على الرغم من صلابته، إلا أن S390 يحتفظ بمستوى من الصلابة التي تمنع الشقوق والكسور أثناء الاستخدام.
المزايا:
- أداء استثنائي في تطبيقات القطع عالية السرعة.
- يحتفظ بالحدة لفترة أطول من العديد من أنواع فولاذ الأدوات الأخرى.
- متعدد الاستخدامات للعمليات التصنيعية المتنوعة.
القيود:
- أغلى من أنواع فولاذ الأدوات التقليدية.
- يتطلب معالجة حرارية دقيقة لتحقيق الخصائص المثلى.
- يمكن أن يكون صعب التشغيل بسبب صلابته.
تاريخيًا، كان S390 مهمًا في تصنيع أدوات القطع، وخاصة في الصناعات مثل السيارات والطيران، حيث الدقة والمتانة أمران حاسمان.
أسماء بديلة، معايير، ومعادلات
| هيئة المعايير | التسمية/الدرجة | البلد/المنطقة الأصلية | ملاحظات/ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | T11302 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب معادل لـ Bohler S390 |
| AISI/SAE | M2 | الولايات المتحدة الأمريكية | اختلافات طفيفة في التركيب |
| DIN | 1.3343 | ألمانيا | خصائص مشابهة، ولكن معالجة حرارية مختلفة |
| JIS | SKH51 | اليابان | أداء comparable في تطبيقات القطع |
| ISO | 4957 | دولي | معيار للفولاذ عالي السرعة |
يمكن أن تؤثر الاختلافات الطفيفة بين هذه الدرجات على الأداء في تطبيقات محددة. على سبيل المثال، بينما M2 هو بديل شائع، قد لا يحقق نفس الصلابة مثل S390 تحت ظروف معالجة حرارية متطابقة.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| العنصر (الرمز) | نطاق النسبة (%) |
|---|---|
| الكربون (C) | 1.40 - 1.60 |
| الموليبدينوم (Mo) | 4.00 - 5.00 |
| التنجستن (W) | 9.00 - 10.00 |
| الفاناديوم (V) | 2.00 - 3.00 |
| الكروم (Cr) | 3.00 - 4.00 |
| الحديد (Fe) | Balance |
الدور الرئيسي للتنجستن والموليبدينوم في فولاذ S390 هو تعزيز الصلابة ومقاومة التآكل، بينما يساهم الفاناديوم في تشكيل كربيدات دقيقة، مما يحسن الصلابة والاستقرار أثناء التطبيقات ذات الحرارة المرتفعة.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | درجة حرارة الاختبار | القيمة/النطاق النموذجي (متري) | القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مبرد ومقوي | درجة حرارة الغرفة | 2000 - 2200 ميجا باسكال | 290 - 320 ksi | ASTM E8 |
| قوة الخضوع (0.2% إزاحة) | مبرد ومقوي | درجة حرارة الغرفة | 1800 - 2000 ميجا باسكال | 261 - 290 ksi | ASTM E8 |
| التطويل | مبرد ومقوي | درجة حرارة الغرفة | 2 - 5% | 2 - 5% | ASTM E8 |
| الصلابة | مبرد ومقوي | درجة حرارة الغرفة | 64 - 67 HRC | 64 - 67 HRC | ASTM E18 |
| قوة الصدمة | مبرد ومقوي | -20 °C | 20 - 30 J | 15 - 22 قدم-رطل | ASTM E23 |
يجعل الجمع بين قوة الشد العالية وقوة الخضوع، إلى جانب الصلابة الممتازة، فولاذ S390 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب أحمال ميكانيكية عالية ومقاومة للتآكل، مثل أدوات القطع والقوالب.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة (متري) | القيمة (إمبراطوري) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 8.0 جرام/سم³ | 0.289 رطل/بوصة³ |
| نقطة الانصهار | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| التوصيل الحراري | درجة حرارة الغرفة | 25 واط/م·ك | 17.3 BTU·بوصة/ساعة·قدم²·°F |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 460 جول/كجم·ك | 0.11 BTU/رطل·°F |
تشير كثافة ونقطة انصهار فولاذ S390 إلى متانته، بينما يعتبر توصيله الحراري ضروريًا للتطبيقات التي تتضمن توليد الحرارة أثناء عمليات القطع. كما أن السعة الحرارية النوعية مهمة لفهم إدارة الحرارة في التشغيل عالي السرعة.
مقاومة التآكل
| العامل المسبب للتآكل | النسبة (%) | درجة الحرارة (°C) | تقييم المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| كلوريدات | 3-5% | 20 - 60 | متوسطة | خطر التآكل |
| حمض الكبريتيك | 10% | 25 | ضعيفة | غير موصى بها |
| هيدروكسيد الصوديوم | 5% | 25 | جيدة | مقاومة متوسطة |
يظهر فولاذ S390 مقاومة متوسطة للكلوريدات ولكنه عرضة للتآكل النقطي في البيئات العدوانية. بالمقارنة مع الفولاذ عالي السرعة الآخر مثل M2 و SKH51، فإن مقاومة التآكل في S390 عمومًا أقل، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات في البيئات شديدة التآكل.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة | 600 | 1112 | مناسب للقطع عالي السرعة |
| أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة | 650 | 1202 | تعرض لفترة قصيرة فقط |
| درجة حرارة التقشر | 700 | 1292 | خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة |
في درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ S390 بصلابته ومقاومته للتآكل، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات القطع عالية السرعة. ومع ذلك، فإن التعرض المستمر لدرجات حرارة تتجاوز 650 °C يمكن أن يؤدي إلى الأكسدة وتدهور الخصائص.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن المساعد الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فليكس الحماية النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| TIG | ER80S-D2 | أرجون | من المستحسن التسخين المسبق |
| MIG | ER70S-6 | أرجون/CO2 | معالجة حرارية بعد اللحام |
لا يُوصى عمومًا بلحام فولاذ S390 بسبب محتواه العالي من الكربون، مما يمكن أن يؤدي إلى الشقوق. يعتبر التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام ضروريين للتقليل من هذه المخاطر.
قابلية التشغيل
| معامل التشغيل | [فولاذ S390] | [AISI 1212] | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر القابلية النسبي للتشغيل | 30 | 100 | S390 أكثر صلابة بكثير |
| سرعة القطع النموذجية (التحويل) | 20 م/دقيقة | 60 م/دقيقة | استخدم أدوات كربيد لـ S390 |
يتطلب تشغيل فولاذ S390 أدوات وشروط متخصصة بسبب صلابته. يُوصى بأدوات الكربيد لعمليات التشغيل الفعالة.
قابلية التشكيل
لا يُعرف فولاذ S390 عادةً بقابلية تشكيله بسبب صلابته العالية. يعتبر التشكيل البارد تحديًا، بينما قد يكون التشكيل الساخن ممكنًا مع السيطرة المناسبة على درجات الحرارة. يمكن أن يحدث تقسية العمل، مما يتطلب إدارة دقيقة لزوايا الانحناء.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C) | الوقت النموذجي للتشبع | طريقة التبريد | الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| تخمير | 800 - 850 | 1 - 2 ساعة | هواء | تقليل الصلابة، تحسين القابلية للتشغيل |
| صلب | 1200 - 1250 | 30 - 60 دقيقة | زيت | تحقيق الحد الأقصى من الصلابة |
| تلطيف | 550 - 600 | ساعة واحدة | هواء | تقليل الهشاشة، تحسين الصلابة |
تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على الهيكل الدقيق لفولاذ S390، مما يعزز صلابته وصلابته من خلال تكوين كربيدات دقيقة.
التطبيقات والنهاية النموذجية
| الصناعة/القطاع | مثال على التطبيق المحدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار |
|---|---|---|---|
| الطيران | أدوات القطع لتصنيع التوربينات | صلابة عالية، مقاومة للتآكل | عمر أداة ممتد |
| السيارات | قوالب لعمليات الدق | صلابة، مقاومة للتآكل | متانة تحت الضغط |
| النجارة المعدنية | مخارط عالية السرعة | احتفاظ بالحدة، مقاومة للحرارة | الكفاءة في القطع |
تشمل التطبيقات الأخرى:
-
- قوالب لحقن الصب
-
- منشار وشفرات لقطع المعادن
-
- أدوات لعمليات التشغيل
يتم اختيار فولاذ S390 لهذه التطبيقات نظرًا لقدرته على الحفاظ على الأداء في ظل ظروف الضغط العالي، مما يضمن طول العمر والكفاءة.
اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | [فولاذ S390] | [M2] | [SKH51] | ملاحظات موجزة عن الإيجابيات/السلبيات أو المقايضات |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | صلابة عالية | متوسطة | صلابة عالية | يوفر S390 مقاومة تآكل متفوقة |
| الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل | متوسطة | جيدة | متوسطة | يمتلك M2 مقاومة تآكل أفضل |
| قابلية اللحام | سيئة | متوسطة | متوسطة | يعتبر S390 صعب اللحام |
| قابلية التشغيل | منخفضة | متوسطة | عالية | من الأسهل تشغيل M2 |
| التكلفة التقريبية النسبية | عالية | متوسطة | متوسطة | S390 أكثر تكلفة |
| التوافر النموذجي | متوسطة | عالية | عالية | M2 و SKH51 أكثر شيوعًا |
عند اختيار فولاذ S390، تشمل الاعتبارات جدواه الاقتصادية، وتوافره، ومتطلبات التطبيق المحددة. في حين أنه يوفر أداءً استثنائيًا في القطع عالي السرعة، فإن تكلفته الأعلى وقابلية التشغيل الأقل مقارنة بالبدائل مثل M2 يمكن أن تكون عوامل مقيدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن اعتبارات السلامة في التعامل معه وتشغيله ذات أهمية قصوى بسبب صلابة الفولاذ وإمكانية تآكل الأدوات.
باختصار، فولاذ S390 هو اختيار متميز لأدوات القطع عالية الأداء، حيث يقدم تركيبة فريدة من الصلابة، ومقاومة التآكل، والصلابة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الصناعية المت demanding.