M35 مقابل M42 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

M35 و M42 هما نوعان من الفولاذ عالي السرعة (HSS) المستخدم على نطاق واسع، وغالبًا ما يظهران كبدائل عندما يحدد المهندسون والمتخصصون في الشراء أدوات القطع، والمثاقب، والمسامير، والمكونات المقاومة للتآكل. عادةً ما تدور معضلة الاختيار حول التوازن بين الصلابة الحرارية ومقاومة التآكل مقابل المتانة، وقابلية التشغيل، والتكلفة. باختصار، يركز أحد الدرجات على صلابة درجات الحرارة المرتفعة ومقاومة التآكل، بينما يوفر الآخر توازنًا مفيدًا بين المتانة والأداء بتكلفة أقل.

نظرًا لأن كلا الدرجتين هما من أعضاء سلسلة الموليبدينوم/التنجستن من HSS وتحتويان على الكوبالت، فإنهما يتم مقارنتهما غالبًا لتطبيقات التشغيل الدقيقة التي تهم فيها عمر الأداة تحت الحرارة والقطع المتقطع. تقارن هذه المقالة المعايير، والتركيب، والميكروهيكل، وسلوك المعالجة الحرارية، والخصائص الميكانيكية، وقابلية اللحام، والحماية من التآكل/السطح، وخصائص التصنيع، والتطبيقات النموذجية، والتكلفة/التوافر، وإرشادات الاختيار النهائية.

1. المعايير والتسميات

• المعايير والتسميات الشائعة لهذه الدرجات:
• AISI/SAE: M35، M42 (تستخدم غالبًا في أمريكا الشمالية)
• DIN/EN: غالبًا ما يتم الإشارة إليها إلى HSxV أو رموز HSS مشابهة (استشر جداول المعايير المحددة للحصول على الإشارة الدقيقة)
• JIS: تستخدم رموز HSS أخرى؛ تحقق من JIS G4305 وأدبيات الموردين
• GB (الصين): مدرجة تحت الفولاذ عالي السرعة الصيني مع أرقام أجزاء محلية
• التصنيف:
• كلا من M35 و M42 هما فولاذ أدوات - تحديدًا فولاذ عالي السرعة (HSS).
• هما فولاذ سبائك/أدوات بدلاً من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ الهيكلي HSLA.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تدرج الجدول التالي نطاقات التركيب النموذجية للعناصر الرئيسية. هذه هي نطاقات التصنيع الشائعة المستخدمة للتحديد والشراء؛ القيم الدقيقة تختلف حسب المعيار والمنتج.

العنصر	M35 (نطاق نموذجي، wt%)	M42 (نطاق نموذجي، wt%)
C	0.80–0.95	0.95–1.15
Mn	≤ 0.40	≤ 0.40
Si	≤ 0.40	≤ 0.40
P	≤ 0.03	≤ 0.03
S	≤ 0.03	≤ 0.03
Cr	~3.5–5.0	~3.5–4.5
Ni	— (أثر)	— (أثر)
Mo	~4.5–5.5	~8.0–10.0
W	~5.5–7.0	~1.0–2.0
V	~1.5–2.5	~1.0–1.6
Co	~4.5–6.0	~7.5–9.0
Nb، Ti، B، N	أثر أو شوائب مسيطر عليها	أثر أو شوائب مسيطر عليها

كيف تؤثر عناصر السبائك على الخصائص - الكربون: يحدد صلابة المارتينسايت ونسبة حجم الكربيد؛ زيادة الكربون تزيد من صلابة التبريد ولكن يمكن أن تقلل من المتانة وقابلية اللحام. - الكروم: يضيف مقاومة للحرارة، وقابلية للتصلب، ومقاومة للتآكل إلى حد ما. - الموليبدينوم والتنجستن: يعززان التصلب الثانوي والصلابة الحرارية؛ الموليبدينوم في M42 مرتفع بشكل خاص لدعم الصلابة المستدامة عند درجات حرارة مرتفعة. - الفاناديوم: يشكل كربيدات فاناديوم مستقرة تحسن مقاومة التآكل والاحتفاظ بالحواف. - الكوبالت: يزيد من صلابة الحرارة (الساخنة) والاستقرار الحراري للمصفوفة؛ زيادة الكوبالت في M42 تعزز الأداء عند درجات الحرارة العالية على حساب قابلية التشغيل والتكلفة.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهياكل النموذجية - في كلا الدرجتين، الميكروهيكل المرغوب بعد المعالجة الحرارية المناسبة هو مصفوفة مارتينسايت صلبة تحتوي على توزيع من كربيدات السبائك (كربيدات غنية بالكروم، وغنية بالموليبدينوم/التنجستن، وغنية بالفاناديوم). - M35: مارتينسايت مع كربيدات معقدة موزعة بشكل موحد (MC، M6C، M23C6). وجود ~5% من الكوبالت يزيد من استقرار المصفوفة وصلابتها الحرارية دون تغيير أنواع الكربيد بشكل جذري مقارنة بعائلة M2/M35. - M42: زيادة محتوى الموليبدينوم والكوبالت تزيد من كمية واستقرار كربيدات غنية بالموليبدينوم وتساهم في استجابة تصلب ثانوية أعلى؛ المصفوفة تقاوم التليين بشكل أفضل عند درجات حرارة مرتفعة.

استجابة المعالجة الحرارية - التسلسل العادي: تسخين مسبق → تصلب (تسخين أوستنيتي عالي الحرارة) → تبريد (زيت/هواء حسب الحجم) → تصلب متعدد المراحل لتحقيق الصلابة النهائية والمتانة. - M35: درجات حرارة الأوستنيتي عادةً في نطاق HSS (على سبيل المثال، تقريبًا 1180–1220 °C، حسب الشركة المصنعة) تليها تبريد بالزيت وتصلب. مزيج جيد من الصلابة والمتانة عند التصلب بشكل صحيح. - M42: يتطلب تسخين أوستنيتي دقيق لحل الكربيدات المطلوبة للتصلب الثانوي (درجات الحرارة محددة حسب الدرجة). تستفيد M42 من دورات تصلب عالية الحرارة المسيطر عليها لترسيب كربيدات ثانوية تمنح صلابة حرارية استثنائية.

المعالجة الحرارية الميكانيكية - التشكيل والدرفلة المسيطر عليها تليها تطبيع مناسب تنقي حجم الحبيبات وتوزيع الكربيد لكلا الدرجتين. يستفيد محتوى السبائك الأعلى في M42 من التحكم في الميكروهيكل لتجنب الأوستنيت المحتفظ به بشكل مفرط ولتحسين توزيع الكربيد.

4. الخصائص الميكانيكية

تعتمد الخصائص الميكانيكية بشكل كبير على المعالجة الحرارية وحجم المقطع. يقدم الجدول أدناه مقارنات نموذجية، معالجة حرارية في نطاقات نوعية وعملية للأرقام للصلابة.

الخاصية	M35	M42
قوة الشد	عالية (تعتمد على المعالجة الحرارية) - عادةً ما تكون مقارنة بعائلة HSS	عالية جدًا عند صلابة مماثلة (تدعم القطع تحت الأحمال العالية)
قوة الخضوع	عالية؛ تعتمد على المعالجة الحرارية	عالية جدًا؛ زيادة القوة عند درجات الحرارة العالية مقارنة بـ M35
التمدد	متوسطة–منخفضة (فولاذ أدوات)	أقل قليلاً من M35 عند صلابة مكافئة
صلابة التأثير	أفضل من M42 (أكثر تسامحًا)	أقل من M35 عند نفس الصلابة بسبب محتوى السبائك الأعلى
الصلابة (HRC، معالجة حرارية وتصلب نموذجية)	~62–65 HRC	~66–69 HRC (قدرة أعلى على الصلابة الحرارية)

التفسير - القوة والصلابة الحرارية: عادةً ما تقدم M42 صلابة محتفظ بها أعلى وقوة عند درجات حرارة القطع المرتفعة بسبب محتوى الموليبدينوم والكوبالت الأعلى وترسيب الكربيدات الثانوية. - المتانة والليونة: تميل M35 إلى أن تكون أكثر متانة وأقل هشاشة من M42 عند مستويات صلابة مماثلة، مما يجعلها مفضلة حيث تكون الصدمات أو القطع المتقطعة شائعة. - الصلابة: تحقق M42 عمومًا صلابة أعلى وتحتفظ بها، خاصة في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.

5. قابلية اللحام

قابلية اللحام للفولاذ عالي السرعة محدودة مقارنة بالفولاذ العادي. العوامل الرئيسية هي محتوى الكربون، وقابلية التصلب، والميكروسبائك.

مؤشرات قابلية اللحام الشائعة (توضيحية): - المعادل الكربوني (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm (لخطر تشقق اللحام العام): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي - M35: كربون معتدل وكوبالت معتدل؛ يتطلب تسخين مسبق، ودرجات حرارة بينية مسيطر عليها، ومعالجة حرارية بعد اللحام لتجنب التشقق البارد واستعادة المتانة. يجب استخدام مواد وإجراءات اللحام المصممة لـ HSS. - M42: محتوى كربون أعلى ومحتوى سبائك أعلى (خاصة الموليبدينوم والكوبالت) يزيد من قابلية التصلب والقدرة على التعرض لتشقق اللحام وميكروهياكل HAZ الصلبة والهشة. لحام M42 أكثر تحديًا وغالبًا ما يُنصح بتجنبه إلا إذا كان ضروريًا؛ إذا كان اللحام مطلوبًا، فإن تسخين مسبق صارم، ومدخل حرارة منخفض، ودورات تصلب إلزامية.

في كلا الحالتين، يُفضل عادةً اللحام باللحام أو الانضمام الميكانيكي على اللحام الانصهاري للأجزاء الحرجة من HSS.

6. التآكل وحماية السطح

• لا M35 ولا M42 فولاذ مقاوم للصدأ؛ مقاومة التآكل متواضعة ومشتقة أساسًا من محتوى الكروم.
• حماية السطح النموذجية لفولاذ أدوات غير مقاوم للصدأ:
• طلاءات واقية: TiN، TiCN، AlTiN (ترسيب بخار فيزيائي) لتحسين مقاومة التآكل وتقليل الالتصاق.
• طلاءات كيميائية/غلفانية: ليست نموذجية لأدوات القطع ولكن ممكنة لثوابت الأدوات - نادرًا ما يتم استخدام الجلفنة على أدوات القطع HSS.
• الدهانات والتخميل: أكثر تطبيقًا على الأجزاء السكنية والمكونات غير القاطعة.
• رقم مقاومة التآكل (PREN) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• لبيئات القطع حيث قد يسرع التآكل من التآكل، حدد الطلاءات المقاومة للتآكل أو اعتبر استخدام فولاذ أدوات مقاوم للصدأ فقط حيث يبرر الأداء من حيث التآكل والتآكل التبادلات.

7. التصنيع، وقابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل:
• M35: قابلية التشغيل متوسطة لـ HSS؛ وجود الكوبالت يقلل من قابلية التشغيل بعض الشيء ولكنه يوفر المتانة والصلابة الحرارية.
• M42: قابلية التشغيل أقل من M35 بسبب محتوى الكوبالت والموليبدينوم الأعلى بالإضافة إلى الكربون الأعلى - توقع ظروف قطع أكثر صعوبة للتشكيل قبل المعالجة الحرارية النهائية.
• الطحن والتشطيب: تتطلب كلا الدرجتين طحن الماس أو CBN لإنهاء الحالة المتصلبة. تتطلب صلابة M42 أنظمة كاشطة أكثر قوة ومعدلات إزالة أبطأ.
• التشكيل والانحناء: كفولاذ أدوات، كلاهما ليس سهل التشكيل البارد في الحالة المتصلبة. العمل الساخن أو التشكيل في الحالة الملدنة شائع؛ عادةً ما يتم الانتهاء من التشكيل النهائي قبل التصلب.
• تشطيب السطح: تُطبق الطلاءات (PVD/CVD) عادةً بعد المعالجة الحرارية لتحسين مقاومة التآكل والاحتكاك.

8. التطبيقات النموذجية

M35 (الاستخدامات الشائعة)	M42 (الاستخدامات الشائعة)
مقابض عالية الأداء، ومثاقب، ومطاحن نهاية للاستخدامات العامة حيث تكون المتانة مهمة	قواطع طحن عالية السرعة، ومثاقب، وشفرات مناشير طويلة العمر حيث تكون مقاومة التآكل عند درجات الحرارة المرتفعة حرجة
أدوات التشكيل وبعض قوالب العمل الباردة	أدوات للإنتاج عالي السرعة، والقطع المتقطع، والسبائك الصعبة التشغيل
أدوات HSS للاستخدام العام حيث يتطلب توازن التكلفة والأداء	أدوات متخصصة تتطلب صلابة حمراء متفوقة واحتفاظ بالحواف تحت الحرارة

مبررات الاختيار - اختر M35 عندما يكون توازن المتانة، والصلابة الحرارية المعقولة، والتكلفة المنخفضة مطلوبًا؛ مثالي للقطع المتقطع والتطبيقات حيث تحدث أحمال صدمية عرضية. - اختر M42 عندما تكون عمر الأداة عند سرعات قطع عالية ودرجات حرارة مرتفعة هو الأولوية، خاصةً للتشغيل المستمر عالي السرعة للمواد الصعبة أو حيث يجب تقليل تكرار إعادة الطحن.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: M42 عمومًا أكثر تكلفة من M35 بسبب محتوى السبائك الأعلى (لا سيما الكوبالت والموليبدينوم) والمعالجة الأكثر تطلبًا. توقع تكاليف أعلى لكل كيلوغرام ولكل أداة لـ M42.
• التوافر: M35 متاحة على نطاق واسع في الأشكال القياسية (أشرطة دائرية، مسطحات، قطع أدوات). M42 متاحة ولكن قد يكون لديها أحجام مخزون ومدة زمنية أكثر محدودية؛ العديد من الموردين يقدمون M42 بشكل أساسي لأسواق أدوات الأداء العالي. الأدوات المطلية والمشغلة في كلا الدرجتين شائعة من صانعي الأدوات المتخصصين.

10. الملخص والتوصية

السمة	M35	M42
قابلية اللحام	أفضل (لكن لا يزال يتطلب الحذر)	أكثر صعوبة؛ خطر عالٍ بدون إجراءات صارمة
توازن القوة–المتانة	متانة جيدة مع قدرة عالية على الصلابة	صلابة حرارية أعلى ومقاومة للتآكل؛ أصعب في الحفاظ على مقاومة الكسر
التكلفة	أقل	أعلى

اختر M35 إذا... - كنت بحاجة إلى HSS فعال من حيث التكلفة مع متانة جيدة للقطع المتقطع، وعمر الأداة مهم ولكن ليس مهيمنًا على التآكل عند درجات الحرارة العالية، وتكفي صلابة حرارية معتدلة. - تتوقع اللحام، أو الإصلاح، أو التعديلات في الموقع وتريد استعادة ما بعد اللحام بشكل نسبي أسهل.

اختر M42 إذا... - كانت متطلباتك الأساسية هي الاحتفاظ بالحواف المتفوقة والصلابة الحرارية عند سرعات قطع عالية أو في الإنتاج الثقيل حيث تهيمن درجات الحرارة المرتفعة والتآكل على تآكل الأدوات. - كانت الحياة في الخدمة الأطول بين عمليات إعادة الطحن حرجة ويدعم الميزانية تكلفة أدوات أولية أعلى.

ملاحظة عملية نهائية حدد الدرجة مع حالة المعالجة الحرارية المتوقعة، وحجم مقطع المكون، وبيئة التطبيق المقصودة. بالنسبة للأدوات الحرجة، اطلب من الموردين عينات معالجة حرارية، ودورات تصلب موصى بها، وخيارات الطلاء. غالبًا ما يكون لهذه التفاصيل تأثير أكبر بشكل متناسب على الأداء في الخدمة مقارنةً بالفروق الصغيرة في التركيب فقط.