فولاذ SK7: نظرة عامة على الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ SK7، المصنف كفولاذ أدوات متوسط الكربون تحت معايير JIS (المعايير الصناعية اليابانية)، يُستخدم بشكل أساسي في تصنيع أدوات القطع والقوالب. يتميز هذا النوع من الفولاذ بتكوين متوازن، والذي يتضمن كميات كبيرة من الكربون وعناصر السبائك التي تعزز من صلابته ومقاومته للتآكل. العناصر الأساسية في فولاذ SK7 هي الكربون (C) والمنغنيز (Mn) والسيليكون (Si)، والتي تساهم مجتمعة في خصائصه الميكانيكية وأدائه في تطبيقات مختلفة.

نظرة شاملة

يحتوي فولاذ SK7 عادة على حوالي 0.7% كربون، مما يوفر صلابة وقوة ممتازتين بعد المعالجة الحرارية. وجود المنغنيز يحسن من قابلية التصلب والصلابة، بينما يعزز السيليكون مقاومة الفولاذ للأكسدة خلال عمليات المعالجة الحرارية. تجعل هذه الخصائص فولاذ SK7 مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل والقدرة على الحفاظ على حواف حادة.

فوائد فولاذ SK7:
- صلابة عالية: بعد المعالجة الحرارية المناسبة، يمكن أن يحقق SK7 مستوى صلابة مناسب لأدوات القطع.
- مقاومة جيدة للتآكل: تسمح تركيبته بتحمل التآكل الكاشط، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات الأدوات.
- تطبيقات متعددة: يُستخدم SK7 في صناعات مختلفة، بما في ذلك السيارات والتصنيع، لإنتاج القوالب والشفرات وأدوات القطع الأخرى.

قيود فولاذ SK7:
- عرضة للتآكل: فولاذ SK7 ليس مقاومًا للتآكل بشكل طبيعي، مما يستلزم طلاءات واقية أو معالجات في البيئات الرطبة.
- صلابة محدودة: بينما يوفر صلابة عالية، قد تكون صلابته أقل مقارنةً بفولاذ الأدوات الأخرى، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات الثقيلة.

تاريخياً، كان فولاذ SK7 ركيزة في سوق فولاذ الأدوات، وخاصة في اليابان، حيث تم استخدامه لعقود في التصنيع الدقيق والتصنيع.

أسماء بديلة ومعايير ومعادلات

المنظمة المعيارية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
JIS	SK7	اليابان	التسمية الأساسية
ASTM	A681	الولايات المتحدة	أقرب مكافئ مع اختلافات تركيبية طفيفة
AISI/SAE	1070	الولايات المتحدة	خصائص مشابهة ولكن تطبيقات مختلفة
DIN	1.1231	ألمانيا	درجة قابلة للمقارنة مع اختلافات طفيفة في عناصر السبائك
GB	65Mn	الصين	معادل مع خصائص ميكانيكية مختلفة

تسليط الضوء على جدول المعايير المختلفة والدرجات المعادلة لفولاذ SK7. تجدر الإشارة إلى أن AISI 1070، على الرغم من أنه يتشارك في محتوى كربون مشابه، قد تختلف تطبيقاته بسبب الاختلافات في المعالجة والمعالجة الحرارية. فهم هذه الاختلافات الدقيقة أمر بالغ الأهمية لاختيار الفولاذ المناسب للتطبيقات المحددة.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
C (كربون)	0.60 - 0.75
Mn (منغنيز)	0.30 - 0.60
Si (سيليكون)	0.15 - 0.40
Cr (كروم)	≤ 0.25
P (فوسفور)	≤ 0.030
S (كبريت)	≤ 0.030

الدور الرئيسي للكربون في فولاذ SK7 هو تعزيز الصلابة والقوة، خاصة بعد المعالجة الحرارية. يساهم المنغنيز في تحسين قابلية التصلب والصلابة، بينما يساعد السيليكون في مقاومة الأكسدة خلال المعالجة الحرارية. تضمن المستويات المنخفضة من الكروم والفوسفور والكبريت أن يحتفظ الفولاذ بسلامته وأدائه في التطبيقات الصعبة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/المزاج	القيمة/النطاق المعتاد (Metric - SI Units)	القيمة/النطاق المعتاد (Imperial Units)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	ماء مقوى ومعاد تسخينه	800 - 1100 ميغاباسكال	116 - 160 ksi	ASTM E8
قوة العائد (0.2% إزاحة)	ماء مقوى ومعاد تسخينه	600 - 900 ميغاباسكال	87 - 130 ksi	ASTM E8
التمدد	ماء مقوى ومعاد تسخينه	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
الصلابة (HRC)	ماء مقوى ومعاد تسخينه	58 - 65 HRC	58 - 65 HRC	ASTM E18
قوة الصدمة (شاربي)	درجة حرارة الغرفة	20 - 30 جول	15 - 22 ft-lbf	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ SK7 مناسبة للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل. تشير قوة الشد وقوة العائد إلى أنه يمكن أن يتحمل أحمالًا كبيرة، بينما تضمن درجة صلابته المتانة في تطبيقات القطع. تشير قيم قوة الصدمة إلى أنه على الرغم من أنه قوي، يجب توخي الحذر في التطبيقات التي تتضمن آثار مفاجئة.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (Metric - SI Units)	القيمة (Imperial Units)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار/النطاق	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	45 واط/م·ك	31 BTU·in/(hr·ft²·°F)
سعة الحرارة النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.46 كيلوجول/كغم·ك	0.11 BTU/رطل·°F
معامل التمدد الحراري	درجة حرارة الغرفة	11.5 x 10⁻⁶ /ك	6.4 x 10⁻⁶ /°F

تشير كثافة فولاذ SK7 إلى مادة قوية، بينما تشير نقطة انصهارها إلى استقرار حراري جيد. تبلغ الموصلية الحرارية متوسطة، مما يكون مفيدًا للتطبيقات التي تحتاج إلى تبديد الحرارة. كما أن سعة الحرارة النوعية ومعامل التمدد الحراري هامة أيضًا للتطبيقات التي تتضمن تقلبات درجة الحرارة.

مقاومة التآكل

عامل التآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكلوريدات	3-10	20-60 °C / 68-140 °F	ضعيف	خطر النقر
حمض الكبريتيك	10-30	20-40 °C / 68-104 °F	متوسط	عرضة لتآكل الإجهاد (SCC)
المحاليل القلوية	5-15	20-60 °C / 68-140 °F	متوسط	مقاومة معتدلة

يظهر فولاذ SK7 مقاومة محدودة للتآكل، وخاصة في البيئات التي تحتوي على الكلوريدات، والتي يمكن أن تؤدي إلى تآكل النقر. كما أنه عرضة لتآكل اجهاد الشد في البيئات الحمضية. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن مقاومة فولاذ SK7 للتآكل أقل بكثير، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات في البيئات التآكلية دون طلاءات واقية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	300 °C	572 °F	ما بعد هذه القيمة، تتدهور الخصائص
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	400 °C	752 °F	تعرض قصير الأجل فقط
درجة حرارة التآكل	600 °C	1112 °F	خطر الأكسدة عند هذه الدرجة

عند درجات حرارة مرتفعة، يحتفظ فولاذ SK7 بقوته حتى حوالي 300 °C، بعدها قد تبدأ خصائصه الميكانيكية في التدهور. يزيد خطر الأكسدة بشكل كبير عند درجات حرارة أعلى من 600 °C، مما يستدعي اتخاذ تدابير وقائية في التطبيقات عالية الحرارة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملء الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/مواد واقية نموذجية	ملاحظات
لحام MIG	ER70S-6	خليط من الأرجون وCO2	يوصى بالتسخين المسبق
لحام TIG	ER70S-2	الأرجون	يتطلب معالجة بعد اللحام
لحام Stick	E7018	-	يحتاج إلى تسخين مسبق وبعد اللحام

يمكن لحام فولاذ SK7 باستخدام طرق مختلفة، ولكن يجب اتخاذ الحذر لتجنب التصدع. يُوصى بالتسخين المسبق لتقليل الضغوط الحرارية، ويمكن أن تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام في تخفيف الضغوط المتبقية وتحسين الصلابة.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	فولاذ SK7	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60%	100%	SK7 أقل إمكانية للتشغيل من 1212
سرعة القطع النموذجية (تشغيل دوار)	60-80 م/دقيقة	100-120 م/دقيقة	استخدم أدوات carbide لتحقيق أفضل النتائج

لدى فولاذ SK7 قابلية تشغيل معتدلة، يمكن تحسينها مع معدات القطع وظروف التشغيل المناسبة. يُوصى باستخدام أدوات الكربيد لتحقيق تشطيب أفضل للأسطح وعمر أداة أطول.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ SK7 قابلية تشكيل محدودة، خاصة في عمليات العمل البارد بسبب محتواه العالي من الكربون. التشكيل الساخن هو الأكثر قابلية، ولكن يجب مراعاة تجنب العمل المفرط لتجنب تصلب غير مرغوب فيه. يجب مراعاة الحد الأدنى لزاوية الانحناء أثناء عمليات التشكيل لمنع التصدع.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التليين	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1-2 ساعة	هواء	تقليل الصلابة، تحسين قابلية التشغيل
التصلب	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30-60 دقيقة	زيت أو ماء	زيادة الصلابة والقوة
التسخين	150 - 300 °C / 302 - 572 °F	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين الصلابة

تشمل عمليات المعالجة الحرارية لفولاذ SK7 التصلب لتحقيق صلابة عالية، يتبعها تسخين لتعزيز الصلابة. تؤثر التحولات المعدنية خلال هذه العلاجات بشكل كبير على الميكروهيكل، مما يؤدي إلى تحسين الأداء في تطبيقات القطع.

التطبيقات والنهاية النموذجية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	خصائص الفولاذ الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
التصنيع	أدوات القطع	صلابة عالية، مقاومة للتآكل	أساسية للحفاظ على حواف حادة
السيارات	قوالب للتشكيل	صلابة، قوة	مطلوب للإنتاج بكميات كبيرة
الفضاء	شفرات للتوربينات	مقاومة للتآكل، قوة التعب	حرجة للأداء والسلامة

تشمل التطبيقات الأخرى لفولاذ SK7:
* - قوالب حقن البلاستيك
* - شفرات قص
* - مثاقب وقوالب

يعود اختيار فولاذ SK7 لهذه التطبيقات أساسًا إلى صلابته الممتازة ومقاومته للتآكل، والتي تعتبر حاسمة للأدوات التي تتعرض لضغوط وتآكل كبير.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ SK7	AISI D2	فولاذ O1 للأدوات	ملاحظات موجزة حول الإيجابيات والسلبيات أو المساومات
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	صلابة عالية	مقاومة تآكل أعلى	صلابة جيدة	يقدم D2 مقاومة تآكل أفضل، ولكنه أكثر تكلفة
الجوانب الرئيسية لمقاومة التآكل	ضعيفة	متوسطة	جيدة	يتميز O1 بمقاومة تآكل أفضل، مناسب للبيئات الرطبة
قابلية اللحام	متوسطة	ضعيفة	متوسطة	SK7 أكثر قابلية للحام من D2، ولكن يحتاج إلى حذر
قابلية التشغيل	متوسطة	ضعيفة	جيدة	O1 أسهل في التشغيل من SK7
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	أعلى	أقل	تختلف التكلفة بشكل كبير بناءً على ظروف السوق
التوفر النموذجي	شائع	أقل شيوعًا	شائع	SK7 متوفر على نطاق واسع في أسواق فولاذ الأدوات

عند اختيار فولاذ SK7، تعتبر الاعتبارات مثل الجدوى الاقتصادية، التوفر، ومتطلبات التطبيق المحددة حاسمة. على الرغم من أن لديه توازن جيد من الصلابة والصلابة، يجب معالجة قيوده في مقاومة التآكل وقابلية اللحام من خلال التصميم المناسب وتدابير الحماية.

باختصار، فولاذ SK7 هو فولاذ أدوات متعدد الاستخدامات يتفوق في التطبيقات التي تتطلب صلابة عالية ومقاومة للتآكل. تجعل خصائصه منه خيارًا شائعًا في العديد من الصناعات، لكن الاعتبار الدقيق لقيوده أمر أساسي لتحقيق الأداء الأمثل في التطبيقات الهندسية.