P20 مقابل 2738 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

يعتبر P20 و 2738 من الفولاذات الشائعة الاستخدام في قطاع قوالب البلاستيك والأدوات. غالبًا ما يتعين على المهندسين ومديري المشتريات ومخططي التصنيع اتخاذ قرار بينهما عند تحديد قواعد القوالب والأنوية والتجاويف أو الإدخالات. تشمل العوامل الرئيسية التي تؤثر في القرار تحقيق التوازن بين قابلية التشغيل والتكلفة مقابل القدرة على التصلب ومقاومة التآكل والاستقرار الأبعاد على المدى الطويل تحت الأحمال الحرارية/الميكانيكية الدورية.

الفرق الرئيسي بين الدرجتين هو استراتيجيات السبائك والأداء المقصود: تم تصميم P20 كفولاذ قوالب مسبق التصلب وقابل للتشغيل مع قوة معتدلة وجودة جيدة في التلميع واللحام؛ بينما 2738 هو فولاذ قوالب/أدوات أكثر سبائكًا تم تحسينه لتحقيق قدرة تصلب أكبر ومقاومة للتآكل واستقرار في التخمير. نظرًا لأن كلاهما يستخدم عادةً في قوالب البلاستيك، غالبًا ما يتم مقارنتهما من حيث التوازن بين التكلفة، والمعالجة الحرارية بعد التشغيل، وأداء دورة الحياة.

1. المعايير والتسميات

• P20
• يتم الإشارة إليه عادةً في أمريكا الشمالية كـ AISI/ASTM P20 (فولاذ قوالب). تظهر تسميات مكافئة أو مشابهة في المعايير EN/ISO والمعايير الوطنية من خلال الأسماء التجارية المستخدمة من قبل موردي الفولاذ.
• مصنف كفولاذ أدوات/قوالب منخفض إلى متوسط السبيكة (يتم توفيره عادةً مسبق التصلب).
• 2738
• يتم الإشارة إليه في بعض أنظمة الموردين والوطنية كـ "2738" (ملاحظة: تختلف أنظمة الترقيم الدقيقة حسب البلد والبائع). يتم وضعه عادةً كدرجة فولاذ قوالب/أدوات ذات سبيكة أعلى.
• مصنف كفولاذ أدوات سبيكي مصمم للقوالب - لديه قدرة تصلب أكبر من P20.

ملاحظة: تحقق دائمًا من المعيار/المواصفة الدقيقة وشهادة المورد لتكوين المواد والخصائص الميكانيكية المضمونة، حيث تختلف الترقيمات والمعادلات حسب المنطقة والمنتج.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تلخص الجدول التالي استراتيجية السبيكة النموذجية لكل درجة. المدخلات وصفية لتعكس أن الكميات الدقيقة تختلف حسب المعيار والبائع؛ استشر شهادات المواد للحصول على النسب الدقيقة.

عنصر	P20 (دور نموذجي)	2738 (دور نموذجي)
C (الكربون)	متوسط: متوازن لقابلية التشغيل والقوة وجودة التلميع	متوسط–أعلى: يزيد من إمكانية الصلابة ومقاومة التآكل
Mn (المنغنيز)	معتدل: إزالة الأكسدة، دعم الشد/الصدمات	معتدل: يساهم في القدرة على التصلب والقوة
Si (السيليكون)	منخفض–أثر: إزالة الأكسدة والقوة	منخفض–أثر: إزالة الأكسدة والقوة
P (الفوسفور)	أثر (شوائب محكومة)	أثر (شوائب محكومة)
S (الكبريت)	أثر (يحسن قابلية التشغيل عند وجوده كدرجة قطع حرة)	أثر (يتم تقليله عادةً من أجل المتانة)
Cr (الكروم)	معتدل: يحسن القدرة على التصلب ومقاومة التآكل واستقرار التخمير	أعلى: مساهمة أقوى في القدرة على التصلب ومقاومة التآكل ومقاومة التخمير
Ni (النيكل)	منخفض إلى لا شيء: ليس عنصر سبيكة رئيسي	قد يكون موجودًا بكميات صغيرة من أجل المتانة في بعض المتغيرات
Mo (الموليبدينوم)	صغير إلى معتدل: يزيد من القدرة على التصلب ومقاومة التخمير	معتدل–ملحوظ: يحسن القدرة على التصلب وقوة التخمير
V (الفاناديوم)	منخفض (ميكروسبائك): ينقي الحبيبات ويحسن مقاومة التآكل	موجود بكميات أكبر في العديد من متغيرات 2738 لتنقية الكربيدات وزيادة مقاومة التآكل
Nb/Ti/B (ميكروسبائك)	عادةً منخفض/غير موجود؛ أحيانًا يتم ميكروسبائك للتحكم في الحبيبات	قد يكون موجودًا بكميات ميكروية من أجل تنقية الحبيبات والتحكم
N (النيتروجين)	أثر	أثر

كيف تؤثر السبيكة على الخصائص: - يتحكم الكربون وعناصر السبيكة (Cr، Mo، V) في القدرة على التصلب وإمكانية الصلابة واستقرار التخمير - كلما زادت محتويات السبيكة زادت القدرة على التصلب ومقاومة التخمير عند درجات حرارة عالية ولكن يمكن أن تقلل من قابلية اللحام وتزيد من التكلفة. - تعمل عناصر الميكروسبائك (V، Nb، Ti) على تنقية الكربيدات وبنية الحبيبات مما يحسن المتانة ومقاومة التآكل لعمر طويل في القوالب. - من الضروري أن تكون نسبة الكبريت والفوسفور منخفضة للحفاظ على المتانة وعمر التعب في فولاذ القوالب.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

تختلف البنى المجهرية واستجابات المعالجة الحرارية لـ P20 و 2738 بسبب سبائكها:

• P20
• حالة التوريد النموذجية: مسبق التصلب إلى صلابة معتدلة (غالبًا في النطاق المفيد للتشغيل والتلميع).
• البنية المجهرية: مارتنسيت مقسى أو باينيت مقسى مع عدد قليل نسبيًا من الكربيدات؛ يتم التحكم في أحجام الحبيبات من أجل قابلية التلميع.

• استجابة المعالجة الحرارية: P20 يستجيب للتبريد والتخمير؛ عندما يتم تحويله إلى أوستنيت بشكل صحيح وتخميره، فإنه يحقق توازنًا بين الصلابة والمتانة مناسب للعديد من تطبيقات قوالب البلاستيك. غالبًا ما يستخدم في حالة مسبقة التصلب لتجنب التشوه المرتبط بالتصلب الكامل.

• 2738

• حالة التوريد النموذجية: يمكن توفيره مسبق التصلب أو كمعالج/معتدل حسب الاستخدام؛ مصمم ليتم تصلبه بنجاح إلى مستويات صلابة أعلى.
• البنية المجهرية: بعد التبريد والتخمير، يميل 2738 إلى إظهار مارتنسيت مقسى مع عدد موزع من كربيدات السبيكة (كربيدات Cr، Mo، V) التي تحسن مقاومة التآكل ومقاومة التخمير.
• استجابة المعالجة الحرارية: يزيد محتوى السبيكة الأعلى من القدرة على التصلب ويعطي مقاومة تخمير أكثر استقرارًا عند درجات حرارة الخدمة المرتفعة. تعتبر معلمات الأوستنيتيز والتبريد المناسبة حاسمة لتجنب الأوستنيت المحتفظ به ولتحسين توزيع الكربيدات.

أثر طرق المعالجة الشائعة: - تحسن دورات التعديل/التكرير من حجم الحبيبات واستجابة التصلب اللاحق. - ينتج التبريد والتخمير أعلى صلابة وأفضل مقاومة للتآكل - يحقق 2738 صلابة نهائية أعلى لنفس المعالجة بسبب محتوى السبيكة. - يقلل التسليم المسبق التصلب (شائع لـ P20) من احتياجات المعالجة الحرارية بعد التشغيل ومخاطر التشوه.

4. الخصائص الميكانيكية

تعتمد الخصائص الميكانيكية الدقيقة بشكل كبير على المعالجة الحرارية وضمان المورد. الجدول أدناه يقدم أوصافًا وصفية مقارنة للخصائص النموذجية ذات الصلة بالتطبيق.

الخاصية	P20 (الحالة النموذجية)	2738 (الحالة النموذجية)
قوة الشد	معتدلة - كافية لمعظم قوالب الحقن والضغط	أعلى - مصمم لتحمل أحمال أكبر ومقاومة للتآكل
قوة العائد	معتدلة	أعلى
التمدد (المرونة)	أعلى/جيد - يدعم التشغيل والتلميع	أقل من P20 عند التصلب - تبادل من أجل الصلابة
صلابة التأثير	جيدة (خصوصًا في حالة مسبقة التصلب أو التخمير)	جيدة إلى معتدلة - قد تكون أقل عند مستويات صلابة أعلى
الصلابة (كما تم التوريد / المتصلب)	معتدلة (حالة مسبقة التصلب قابلة للتشغيل)	صلابة أعلى قابلة للتحقيق بعد التبريد والتخمير

التفسير: - 2738 قادر عمومًا على تحقيق قوة وصلابة أعلى بعد المعالجة الحرارية بسبب زيادة السبيكة والقدرة على التصلب، مما يحسن مقاومة التآكل ولكنه يميل إلى تقليل المرونة ويمكن أن يعقد اللحام والإصلاح. - يقدم P20 تسوية أفضل بين قابلية التشغيل وجودة التلميع والمتانة القابلة للعمل، ولهذا السبب يتم استخدامه عادةً في قوالب بلاستيكية كبيرة ومعقدة يتم إنهاؤها واستخدامها دون تصلب كامل.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام على محتوى الكربون والسبيكة والقدرة على التصلب. اثنان من المؤشرات التجريبية الشائعة الاستخدام هما معادل الكربون IIW وصيغة Pcm:

• معادل الكربون IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

• صيغة Pcm (تستخدم لتقييم متطلبات التسخين المسبق وإجراءات اللحام): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير الوصفي: - تشير القيم المنخفضة لـ $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ إلى قابلية لحام أسهل مع خطر أقل من التشققات الباردة الناتجة عن الهيدروجين. - P20: مع كربون وسبيكة معتدلة، يتمتع P20 عمومًا بقابلية لحام أفضل وغالبًا ما يتم اختياره عندما يُتوقع لحام الإصلاح أو التعديل. يجب أن يتم تطبيق التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام بعناية وفقًا لتوصيات المورد. - 2738: يزيد محتوى Cr/Mo/V الأعلى والمعادلات الكربونية الفعالة من القدرة على التصلب، مما يزيد من القابلية للتشقق دون تسخين مسبق وتحكم في المعالجة الحرارية بعد اللحام. يتطلب لحام 2738 إجراءات أكثر صرامة وغالبًا ما يتطلب التحكم في درجة حرارة التداخل والمعالجة الحرارية بعد اللحام.

التوصيات: - اطلب دائمًا إرشادات اللحام من المورد واتبع إجراءات اللحام المؤهلة (التسخين المسبق، التداخل، المعالجة الحرارية بعد اللحام، اختيار المواد الاستهلاكية). - عند الشك، يُنصح بإجراء تجارب لحام في المختبر وفحص الصلابة في منطقة التأثير الحراري.

6. التآكل وحماية السطح

• لا يعتبر P20 ولا 2738 فولاذًا مقاومًا للصدأ؛ كلاهما يتطلب حماية سطحية إذا كانت مقاومة التآكل مصدر قلق.
• الحمايات النموذجية:
• الطلاء، الطلاء (نيكل، كروم)، والتشطيبات السطحية المناسبة (تلميع، نيتريدينغ) لإبطاء التآكل وتحسين عمر الخدمة.
• يمكن أن يزيد الكروم الصلب أو النيتريدينغ من صلابة السطح ويحسن مقاومة التآكل/التآكل حيثما كان ذلك مناسبًا.
• رقم مقاومة التآكل (PREN) ينطبق فقط على الدرجات المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ لا ينطبق هذا المؤشر على P20 أو 2738 لأنه ليس سبائك مقاومة للصدأ. بالنسبة للقوالب المعرضة للبيئات التآكلية أو الرطبة، يُفضل استخدام فولاذ أدوات مقاوم للصدأ أو تطبيق علاجات سطحية واقية.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل
• P20: عمومًا أسهل في التشغيل في حالة مسبقة التصلب؛ جودة سطح جيدة وقابلية تلميع. قوى قطع أقل وعمر أداة أطول مقارنة بفولاذ الأدوات عالي السبيكة.
• 2738: أكثر صعوبة في التشغيل عند التصلب بسبب الصلابة الأعلى والكربيدات؛ غالبًا ما يتم تشغيله في حالة أكثر ليونة ويتم إنهاؤه بعد المعالجة الحرارية بالتلميع/التلميع.
• قابلية التشكيل/الانحناء
• كلا الدرجتين هما فولاذ؛ ومع ذلك، فإن الانحناء أو التشكيل محدود مقارنة بالفولاذ الهيكلي منخفض الكربون. لا يُوصى عادةً بالتشكيل البارد للأجزاء المتصلبة؛ يُفضل التشغيل وEDM للميزات المعقدة.
• التلميع/EDM/التلميع
• يمكن أن تجعل محتويات الكربيد في 2738 التلميع الدقيق أكثر تحديًا ولكنها توفر عمر خدمة أفضل.
• P20 يتلمع جيدًا ويفضل حيث تكون جودة السطح والتلميع المرآوي من الأولويات (مثل الأجزاء البلاستيكية البصرية أو التجميلية).

8. التطبيقات النموذجية

P20	2738
قواعد قوالب الحقن العامة، قوالب متعددة التجاويف الكبيرة، قوالب النماذج والإنتاج حيث تكون قابلية التلميع وسرعة التشغيل من الأولويات	أنوية، تجاويف، وإدخالات تتطلب مقاومة تآكل أعلى وعمر تشغيلي أطول؛ أدوات للبلاستيك الكاشطة أو عمليات الإنتاج الطويلة
ألواح القوالب، تجاويف حيث تكفي صلابة معتدلة وقد تكون هناك حاجة لإصلاحات لحام	مكونات قوالب عالية التحمل معرضة لدورات حرارية أعلى وتآكل كاشط
مكونات القوالب للتشكيل اللين أو التآكل الخفيف	إدخالات أو أنوية حيث تكون مقاومة التصلب العالية ومقاومة التخمير مطلوبة

مبررات الاختيار: - اختر P20 عندما تكون الأولوية لسهولة التشغيل، وقابلية التلميع، وانخفاض التكلفة، وعندما لا تتعرض القالب لارتداء كاشط ثقيل أو دورات حرارية شديدة.

• اختر 2738 عندما يجب أن تتحمل الأجزاء تآكلًا أعلى، ودرجات حرارة تخمير مرتفعة، أو عندما يبرر عمر أطول تكاليف المواد والمعالجة الأعلى.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة
• P20: عادةً ما تكون تكلفة المواد أقل وتكلفة المعالجة أقل (غالبًا ما يتم توفيره مسبق التصلب، مما يقلل من نفقات التصلب والتحكم في التشوه).
• 2738: تكلفة أعلى لكل كيلوغرام بسبب محتوى السبيكة الأكبر وغالبًا ما يتطلب معالجة حرارية محكومة وإنهاء أكثر تعقيدًا - مما يزيد من التكلفة الإجمالية.
• التوافر
• كلا الدرجتين متاحة عادةً من موردي فولاذ القوالب، ولكن الشكل المحدد للمنتج (ألواح، قضبان، كتل مسبقة التصلب) ووقت التسليم يختلفان حسب المنطقة ومستويات المخزون.
• يميل P20 إلى أن يكون أكثر انتشارًا في أحجام المخزون لقواعد القوالب؛ قد يتطلب 2738 طلبًا بأحجام محددة أو يتلقى وقت تسليم إضافي لعلاجات التصلب الكامل.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (وصفي)

السمة	P20	2738
قابلية اللحام	جيدة	معتدلة → تتطلب إجراءات محكومة
توازن القوة–المتانة	قوة معتدلة / متانة جيدة	قوة أعلى / مرونة أقل عند الصلابة العالية
التكلفة (المواد والمعالجة)	أقل	أعلى

التوصيات الختامية: - اختر P20 إذا: - كانت التطبيق يتطلب قابلية تشغيل جيدة وقابلية تلميع. - كنت بحاجة إلى لوحة قوالب مسبقة التصلب فعالة من حيث التكلفة وسهلة الإصلاح/اللحام. - كانت ظروف الخدمة تتضمن تآكلًا معتدلًا وأعلى صلابة غير مطلوبة.

• اختر 2738 إذا:
• كانت المكون يتطلب قدرة تصلب أعلى، ومقاومة تآكل متفوقة، واستقرار في التخمير لعمليات الإنتاج الطويلة.
• كنت تستطيع استيعاب معالجة حرارية أكثر كثافة، وضوابط لحام أكثر صرامة، وتكاليف مواد أعلى قليلاً للحصول على عمر أداة ممتد.

ملاحظة نهائية: يجب تأكيد اختيار المواد وفقًا لبيانات المورد المعتمدة الكيميائية والميكانيكية، ودورة المعالجة الحرارية المقصودة، والأحمال المتوقعة والبيئة، واستراتيجية الصيانة/الإصلاح المتوقعة. بالنسبة للقوالب الحرجة، قم بإجراء تحليل تكلفة دورة الحياة الذي يشمل وقت التشغيل، والمعالجة الحرارية، والتشطيب السطحي، وعدد الدورات المتوقع، ومخاطر التوقف للوصول إلى الخيار الأكثر اقتصادية وموثوقية.