سبائك الصلب 7Cr17MoV: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

صُلب 7Cr17MoV هو نوع من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ العالي الكربون الذي ينتمي إلى فئة الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي. يتم سبكه بشكل أساسي بالكروم (Cr) والموليبدينوم (Mo) والكربون (C)، والتي تساهم بشكل كبير في خصائصه الميكانيكية ومقاومته للصدأ. يُعرف هذا النوع من الفولاذ بصلابته الممتازة ومقاومته للتآكل وقدرته على الحفاظ على القوة عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات المتطلبة.

نظرة شاملة

يتم تصنيف فولاذ 7Cr17MoV على أنه فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتي، يتميز بمحتواه العالي من الكربون ووجود الكروم والموليبدينوم. العناصر الأساسية في السبيكة هي:

• الكروم (Cr): عادة حوالي 17%، مما يعزز مقاومة الصدأ ويساهم في تكوين طبقة أكسيد واقية.
• الموليبدينوم (Mo): عمومًا حوالي 1%، مما يحسن المقاومة للتآكل والصدأ في الأماكن الضيقة، خاصة في البيئات ذات الكلوريدات.
• الكربون (C): حوالي 0.7% إلى 0.8%، مما يزيد من الصلابة والقوة من خلال المعالجة الحرارية.

تؤدي اتحاد هذه العناصر إلى إنتاج فولاذ يتميز بالصلابة العالية ومقاومة التآكل الجيدة ومقاومة متوسطة للصدأ.

المزايا:
- صلابة عالية ومقاومة للتآكل، مما يجعله مناسبًا لأدوات القطع والشفرات.
- الاحتفاظ الجيد بالقوة عند درجات حرارة مرتفعة.
- مقاومة معقولة للصدأ مقارنةً بالصلب العالي الكربون الآخر.

القيود:
- مرونة وقوة أقل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي.
- عرضة للتصدع الناجم عن الإجهاد في بعض البيئات.
- تتطلب معالجة حرارية دقيقة لتحقيق الخصائص المطلوبة.

تاريخياً، تم استخدام فولاذ 7Cr17MoV في تصنيع السكاكين والأدوات الجراحية وتطبيقات أخرى حيث تكون الحافة الحادة والمتانة أمرين مهمين. موقعه في السوق ملحوظ في صناعات الأدوات والأواني، حيث تكون الأداء وطول العمر حاسمين.

أسماء بديلة ومعايير ومعادلات

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	S44000	الولايات المتحدة الأمريكية	الأقرب لمعادلة 7Cr17MoV
AISI/SAE	440C	الولايات المتحدة الأمريكية	اختلافات طفيفة في التركيب؛ محتوى كربون أعلى
ASTM	A276	الولايات المتحدة الأمريكية	Specification قياسية لشرائط الفولاذ المقاوم للصدأ
EN	1.4125	أوروبا	درجة معادلة في المعايير الأوروبية
JIS	SUS440C	اليابان	خصائص مشابهة، تستخدم في أدوات المائدة
GB	3Cr13	الصين	محتوى كربون أقل، مقاومة أقل للصدأ

يمكن أن تؤثر الاختلافات بين هذه الدرجات على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيقات المحددة. على سبيل المثال، يحتوي 440C على محتوى كربون أعلى، مما قد يؤدي إلى زيادة الصلابة ولكن قد يقلل من القوة مقارنةً بفولاذ 7Cr17MoV.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نسبة النطاق (%)
C (كربون)	0.7 - 0.8
Cr (كروم)	16.0 - 18.0
Mo (موليبدينوم)	0.8 - 1.2
Mn (منغنيز)	1.0 كحد أقصى
Si (سيليكون)	1.0 كحد أقصى
P (فسفور)	0.04 كحد أقصى
S (كبريت)	0.03 كحد أقصى

الدور الرئيسي للعناصر الأساسية في فولاذ 7Cr17MoV يتضمن:
- الكروم: يعزز مقاومة الصدأ والصلابة.
- الموليبدينوم: يحسن المقاومة للتآكل المحدود ويزيد من القوة.
- الكربون: يزيد من الصلابة والقوة، مما يسمح بإجراء معالجة حرارية لتحقيق الخصائص الميكانيكية المطلوبة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبريالية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	محصورة ومعالجة	درجة حرارة الغرفة	800 - 1000 ميغاباسكال	116,000 - 145,000 رطل لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (0.2% زائدة)	محصورة ومعالجة	درجة حرارة الغرفة	600 - 800 ميغاباسكال	87,000 - 116,000 رطل لكل بوصة مربعة	ASTM E8
امتداد	محصورة ومعالجة	درجة حرارة الغرفة	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
صلابة (HRC)	محصورة ومعالجة	درجة حرارة الغرفة	55 - 60 HRC	55 - 60 HRC	ASTM E18
قوة التأثير	محصورة ومعالجة	-20 °C	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-رطل	ASTM E23

إن اتحاد هذه الخصائص الميكانيكية يجعل فولاذ 7Cr17MoV مناسبًا لتطبيقات تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل، مثل أدوات القطع والأدوات الجراحية. كما أن قدرتها على الحفاظ على القوة عند درجات حرارة مرتفعة تجعلها مناسبة للاستخدام في التطبيقات التي تكون فيها الاستقرار الحراري أمر حاسم.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبريالية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.7 غرام/سم³	0.278 رطل/إنش³
نقطة/مدى الذوبان	-	1450 - 1500 °C	2642 - 2732 °F
التوصيل الحراري	درجة حرارة الغرفة	25 واط/م·ك	14.5 BTU·إن/قدم²·°F
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	460 جول/كغ·ك	0.11 BTU/رطل·°F
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.7 ميكرو أوم·م	0.7 ميكرو أوم·إنش

تتضمن الأهمية العملية للخصائص الفيزيائية لفولاذ 7Cr17MoV:
- الكثافة: تؤثر على الوزن والتوازن للأدوات والأجهزة، وهو أمر حاسم لراحة المستخدم والسيطرة.
- التوصيل الحراري: مهم للتطبيقات التي تتضمن إنتاج الحرارة، حيث يؤثر على تفريغ الحرارة.
- السعة الحرارية النوعية: تؤثر على كيفية تصرف المادة تحت دورات حرارية، وهو أمر ذي صلة بالتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

مقاومة الصدأ

عامل التآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	3-10	20-60	جيد	خطر تآكل بالحفر
حمض الكبريتيك	10-30	20-40	ضعيف	غير موصى به
هيدروكسيد الصوديوم	10-50	20-60	جيد	مقاومة محدودة
مياه البحر	-	20-40	جيد	عرضة للتآكل في أماكن ضيقة

يظهر فولاذ 7Cr17MoV مقاومة متوسطة للصدأ، وخاصة في البيئات التي تحتوي على الكلوريدات، حيث يمكن أن يكون عرضة للتآكل بالحفر. عند مقارنتها بفولاذ آخر مقاوم للصدأ، مثل 440C و316L، يمكن أن تختلف أداء 7Cr17MoV بشكل كبير:

• 440C: محتوى كربون أعلى يؤدي إلى صلابة أفضل ولكن مقاومة أقل للصدأ.
• 316L: مقاومة أفضل للصدأ نظرًا لمحتوى النيكل والموليبدينوم أعلى، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات البحرية.

بشكل عام، بينما يمكن أن يؤدّي فولاذ 7Cr17MoV بشكل كافٍ في العديد من البيئات، فإن الاعتبارات الدقيقة للعوامل المسببة للتآكل المحددة تكون ضرورية لضمان الأداء على المدى الطويل.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة متواصلة	300	572	ملائم للتعرض الطويل
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	400	752	تعرض قصير الأجل فقط
درجة حرارة التجمد	600	1112	خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة
اعتبارات قوة الزحف	400	752	يبدأ في الانخفاض عند درجات الحرارة المرتفعة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحافظ فولاذ 7Cr17MoV على قوته ولكن قد يتعرض للأكسدة إذا لم يتم حمايته بشكل صحيح. أداؤه في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية عمومًا جيد، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب التعرض الطويل لدرجات الحرارة فوق 300 °C، حيث يمكن أن يحدث التجمد.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملء الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلور المراقبة النموذجي	ملاحظات
TIG	ER 316L	الآرغون	جيدة بالنسبة للأقسام الرقيقة
MIG	ER 308L	آرغون/CO2	يتطلب تسخينًا مسبقًا
لصق	E308L	-	غير موصى به للأقسام السميكة

يمكن لحام فولاذ 7Cr17MoV باستخدام عمليات متنوعة، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب التشققات. يُوصى غالبًا بالتسخين المسبق لتقليل الضغوط الحرارية. قد يكون من الضروري إجراء معالجة حرارية بعد اللحام لتخفيف الضغوط وزيادة القوة.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	فولاذ 7Cr17MoV	فولاذ AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	أكثر صعوبة في التشغيل
سرعة القطع النموذجية	20 م/دقيقة	40 م/دقيقة	استخدم أدوات الكربيد

قابلية التشغيل لفولاذ 7Cr17MoV متوسطة؛ تتطلب اختيارًا دقيقًا للأدوات ومعلمات القطع لتحقيق النتائج المثلى. يُوصى باستخدام أدوات الكربيد لأداء أفضل.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ 7Cr17MoV قابلية محدودة للتشكيل بسبب محتواه العالي من الكربون. يمكن تشكيله باردًا ولكنه قد يؤدي إلى تصلب العامل، مما يتطلب التحكم الدقيق في أنصاف الأقطار والان عمليات التشكيل. ويعتبر التشكيل الساخن أكثر قابلية ولكنه يتطلب إدارة دقيقة للدرجات الحرارة لتجنب الهشاشة.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C)	الوقت التقليدي للاحتقان	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التخميل	800 - 900	1 - 2 ساعات	هواء	تقليل الصلابة، تحسين المرونة
التبريد السريع	1000 - 1100	30 دقيقة	زيت أو ماء	زيادة الصلابة
التسخين	200 - 600	ساعة واحدة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين القوة

خلال المعالجة الحرارية، يخضع فولاذ 7Cr17MoV لتحولات معدنية كبيرة. يزيد التبريد السريع من الصلابة من خلال تكوين المارتنسيت، بينما يساعد التسخين في تخفيف الضغوط وتحسين القوة، مما يوازن بين الصلابة والمرونة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
أدوات المائدة	سكاكين المطبخ	صلابة عالية، احتفاظ بالحافة	ممتازة للحواف الحادة
الطب	الأدوات الجراحية	مقاومة للصدأ، قوة	متانة ونظافة
السيارات	مكونات المحرك	قوة عالية، مقاومة للتآكل	الأداء تحت الضغط
الفضاء	مكونات هيكلية	خفيفة الوزن، قوة عالية	حرجة للسلامة

تشمل التطبيقات الأخرى:
- شفرات صناعية
- مقصات وقواطع
- أدوات أداء عالية

اختيار فولاذ 7Cr17MoV في هذه التطبيقات يرجع بشكل أساسي إلى قدرته على الحفاظ على حافة حادة، ومقاومات للتآكل، والتحمل في البيئات القاسية.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، وأفكار إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ 7Cr17MoV	فولاذ 440C	فولاذ 316L	ملاحظة مختصرة عن الإيجابيات/السلبيات أو التبادل
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	صلابة عالية	صلابة أعلى	صلابة أقل	فولاذ 7Cr17MoV يوفر توازناً بين الصلابة والصلابة
الجانب الرئيسي لمقاومة الصدأ	متوسطة	سيئة	ممتازة	يفضل استخدام 316L في البيئات التآكلية
قابلية اللحام	متوسطة	سيئة	جيدة	يحتاج فولاذ 7Cr17MoV إلى تقنيات لحام دقيقة
قابلية التشغيل	متوسطة	جيدة	متوسطة	فولاذ 7Cr17MoV أكثر تحدياً في التشغيل
قابلية التشكيل	محدودة	متوسطة	جيدة	موصى به 316L أفضل في التشكيل لأشكال معقدة
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	متوسطة	أعلى	التكلفة تختلف حسب ظروف السوق
التوافر النموذجي	شائع	شائع	متوفر على نطاق واسع	غالباً ما يكون 316L أكثر توفرًا

عند اختيار فولاذ 7Cr17MoV، تشمل الاعتبارات فعالية التكلفة، والتوافر، ومتطلبات التطبيقات المحددة. بينما يقدم أداءً ممتازاً في العديد من المجالات، قد تحتاج قيوده في المرونة وقابلية اللحام إلى تقييم دقيق مقارنةً بالدرجات البديلة. بالإضافة إلى ذلك، فإن خصائصه المغناطيسية ضئيلة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها التدخلات المغناطيسية مصدر قلق.

باختصار، يعتبر فولاذ 7Cr17MoV مادة متعددة الاستخدامات بخصائص فريدة تجعلها مناسبة لمجموعة من التطبيقات المتطلبة. توازنها بين الصلابة ومقاومة الصدأ والقوة عند درجات حرارة مرتفعة يمكن أن تضعها كخيار قيم في صناعات الأدوات وأدوات المائدة وغيرها.