صمولة M42 (HSS): الخصائص والاستخدامات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ M42، وهو فولاذ عالي السرعة (HSS)، يُصنف كفولاذ أدوات يُستخدم أساسًا للأدوات القطعية والتطبيقات عالية الأداء. إنه فولاذ مزيج يحتوي على كميات كبيرة من التنجستن والموليبدينوم، مما يعزز صلابته ومقاومته للاهتراء. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ M42:
- الكوبالت (Co): يُحسن الصلابة ومقاومة الاهتراء عند درجات حرارة مرتفعة.
- الموليبدينوم (Mo): يُعزز المتانة وقابلية التصلب.
- التنجستن (W): يزيد من الصلابة عند ارتفاع الحرارة ومقاومة الاهتراء.
- الكربون (C): أساسي لتحقيق مستويات صلابة عالية.
الخصائص والسلوكيات الرئيسية
يظهر فولاذ M42 العديد من الخصائص الهامة التي تجعله مناسبًا للتطبيقات الشاقة:
- صلابة عالية: يمكن أن يصل M42 إلى مستويات صلابة بين 62-66 HRC بعد المعالجة الحرارية، مما يجعله مثاليًا للأدوات القطعية.
- مقاومة ممتازة للاهتراء: توفر مجموعة العناصر السبائكية مقاومة متفوقة للاهتراء والتآكل.
- متانة جيدة: على الرغم من صلابته، يحتفظ M42 بمتانة جيدة، مما يقلل من خطر التشققات أو الكسر أثناء الاستخدام.
- صلابة حمراء: يحتفظ بالصلابة عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات القطع عالية السرعة.
المميزات والعيوب
| المزايا | العيوب |
|---|---|
| مقاومة للاهتراء استثنائية | أكثر تكلفة من الفولاذات ذات الدرجة الأقل |
| صلابة عالية وصلابة حمراء | صعب المعالجة والطحن |
| متانة جيدة | يتطلب معالجة حرارية دقيقة لتجنب الهشاشة |
| مناسب للتطبيقات عالية السرعة | محدود القابلية للتلحيم |
يمتلك فولاذ M42 مركزًا مهمًا في سوق الفولاذات عالية السرعة، وغالبًا ما يُستخدم في تصنيع الأدوات القطعية، ورؤوس الحفر، وقواطع الطحن. تستمد أهميته التاريخية من تطويره خلال أوائل القرن العشرين، الذي أحدث ثورة في صناعة الآلات من خلال تمكين عمليات قطع أسرع وأكثر كفاءة.
أسماء بديلة، معايير، ونظائر
| المنظمة القياسية | التسمية/الدرجة | البلد/المنطقة الأصلية | ملاحظات/تعليقات |
|---|---|---|---|
| UNS | T11302 | الولايات المتحدة | أقرب نظير إلى AISI M42 |
| AISI/SAE | M42 | الولايات المتحدة | تسمية مستخدمة بشكل شائع |
| ASTM | A600 | الولايات المتحدة | مواصفة للفولاذات عالية السرعة |
| DIN | 1.3247 | ألمانيا | اختلافات طفيفة في التركيب |
| JIS | SKH51 | اليابان | خصائص مشابهة، ولكن توصيات معالجة حرارية مختلفة |
قد تحتوي نظائر فولاذ M42 على اختلافات طفيفة في التركيب يمكن أن تؤثر على الأداء. على سبيل المثال، بينما يُعتبر JIS SKH51 مشابهًا، قد لا يؤدي أداءً جيدًا في التطبيقات ذات درجات الحرارة المرتفعة بسبب انخفاض محتوى الكوبالت.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| عنصر (رمز واسم) | نسبة النطاق (%) |
|---|---|
| C (كربون) | 1.00 - 1.10 |
| Cr (كروم) | 3.75 - 4.50 |
| Co (كوبالت) | 8.00 - 9.50 |
| Mo (موليبدينوم) | 5.00 - 6.00 |
| W (تنجستن) | 1.50 - 2.00 |
| V (فاناديوم) | 0.10 - 0.30 |
| Fe (حديد) | التوازن |
الدور الأساسي للعناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ M42 يشمل:
- الكوبالت: يُعزز الاحتفاظ بالصلابة عند درجات الحرارة المرتفعة، وهو أمر حاسم للتطبيقات عالية السرعة.
- الموليبدينوم: يُحسن المتانة وقابلية التصلب، مما يسمح بأداء أفضل في الأدوات القطعية.
- التنجستن: يعزز مقاومة الاهتراء والصلابة الحمراء، مما يجعله مناسبًا للمعالجة عالية السرعة.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | درجة حرارة الاختبار | القيمة المعتادة/النطاق (المتري - وحدات SI) | القيمة المعتادة/النطاق (الوحدات الإمبراطورية) | معيار الاختبار المرجعي |
|---|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مُبرد ومُعالج | درجة حرارة الغرفة | 1800 - 2200 ميغاباسكال | 261 - 319 كيلوجرام/بوصة مربعة | ASTM E8 |
| قوة العائد (0.2% انزلاق) | مُبرد ومُعالج | درجة حرارة الغرفة | 1600 - 2000 ميغاباسكال | 232 - 290 كيلوجرام/بوصة مربعة | ASTM E8 |
| التمدد | مُبرد ومُعالج | درجة حرارة الغرفة | 2 - 5% | 2 - 5% | ASTM E8 |
| الصلابة | مُبرد ومُعالج | درجة حرارة الغرفة | 62 - 66 HRC | 62 - 66 HRC | ASTM E18 |
| قوة التأثير | مُبرد ومُعالج | -20°C | 15 - 25 جول | 11 - 18 قدم-باوند | ASTM E23 |
يجعل الجمع بين قوة الشد العالية وقوة العائد، إلى جانب الصلابة الممتازة، فولاذ M42 مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب أحمال ميكانيكية عالية ومقاومة للاهتراء، مثل الأدوات القطعية والقوالب.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (المتري - وحدات SI) | القيمة (الوحدات الإمبراطورية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 8.0 غرام/سم³ | 0.289 رطل/بوصة³ |
| درجة انصهار الفولاذ | - | 1400 - 1450 °C | 2552 - 2642 °F |
| الموصلية الحرارية | درجة حرارة الغرفة | 25 واط/م·ك | 14.5 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·°F) |
| السعة الحرارية النوعية | - | 460 جول/كغم·ك | 0.11 BTU/رطل·°F |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.5 ميكروأوم·م | 0.5 ميكروأوم·بوصة |
| معامل التمدد الحراري | - | 11.5 x 10⁻⁶ /ك | 6.4 x 10⁻⁶ /°F |
تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة والموصلية الحرارية مهمة للتطبيقات التي تكون فيها إدارة الحرارة حاسمة. تشير درجة انصهار العالية إلى أن M42 يمكن أن يتحمل درجات حرارة مرتفعة دون فقدان تكامله الهيكلي، مما يجعله مثاليًا للمعالجة عالية السرعة.
مقاومة التآكل
| العامل المسبب للتآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الكلوريدات | 3% | 25°C/77°F | مقبولة | خطر النقاط المؤلمة |
| الأحماض (الكبريتيك) | 10% | 25°C/77°F | ضعيفة | غير موصى به |
| المحاليل القلوية | 5% | 25°C/77°F | مقبولة | عرضة للكسر الناتج عن الإجهاد |
يظهر فولاذ M42 مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في بيئات الكلوريد حيث يمكن أن يحدث التآكل. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، فإن M42 أقل مقاومة للبيئات الحمضية، مما يجعله غير مناسب للتطبيقات التي تتعرض لعوامل التآكل بشكل شائع.
عند مقارنة فولاذ M42 بفولاذ M2 وM35، يوفر M42 مقاومة للاهتراء وصلابة أفضل ولكنه قد يكون أكثر عرضة للتآكل، خاصة في البيئات الحمضية.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| أقصى درجة حرارة في الخدمة المستمرة | 540 °C | 1000 °F | مناسب للتطبيقات عالية السرعة |
| أقصى درجة حرارة في الخدمة المتقطعة | 600 °C | 1112 °F | يمكن تحمل التعرض قصير المدى |
| درجة حرارة التآكل | 650 °C | 1202 °F | خطر الأكسدة بعد هذه النقطة |
يؤدي فولاذ M42 أداءً جيدًا عند درجات حرارة مرتفعة، محتفظًا بصلابته ومقاومته للاهتراء. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي التعرض المطول لدرجات حرارة تتجاوز 600 °C إلى الأكسدة وتدهور الخصائص.
خصائص التصنيع
قابلية التلحيم
| عملية التلحيم | المعدن الملحوم الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فك الحماية النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| تIG | ERCoCr-A | أرجون | التسخين المسبق موصى به |
| ت MIG | ER70S-6 | خلط أرجون/CO2 | تتطلب المعالجة الحرارية بعد التلحيم |
بشكل عام، لا يُوصى بتلحيم فولاذ M42 بسبب محتواه العالي من الكربون، مما قد يؤدي إلى الهشاشة في المنطقة المتأثرة بالحرارة. يعد التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد التلحيم أمرين أساسيين لتقليل التشققات.
قابلية المعالجة
| معلمة المعالجة | [فولاذ M42] | [فولاذ AISI 1212] | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية المعالجة النسبي | 50 | 100 | M42 أكثر تحديًا في المعالجة |
| سرعة القطع النموذجية (الدوران) | 30-40 م/دقيقة | 80-100 م/دقيقة | استخدام أدوات كربيد للحصول على أفضل النتائج |
تتطلب معالجة فولاذ M42 أدوات وتقنيات متخصصة بسبب صلابته. يُوصى باستخدام أدوات كربيد، ويجب ضبط سرعات القطع لتجنب تآكل الأدوات بشكل مفرط.
قابلية التشكيل
يمتلك فولاذ M42 قابلية تشكيل محدودة بسبب صلابته العالية. عادةً ما يكون تشكيل البرد غير ممكن، بينما يمكن إجراء تشكيل الساخن مع التحكم الدقيق في درجات الحرارة لتجنب التشققات.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجات الحرارة (°C/°F) | الوقت النموذجي للمكوث | طريقة التبريد | الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التسخين | 800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F | 2-4 ساعات | هواء | تقليل الصلابة، تحسين قابلية المعالجة |
| التصلب | 1200 - 1250 °C / 2192 - 2282 °F | 30-60 دقيقة | زيت | تحقيق صلابة عالية |
| التخفيض | 500 - 600 °C / 932 - 1112 °F | 1-2 ساعات | هواء | تقليل الهشاشة، تحسين المتانة |
تشمل عملية المعالجة الحرارية لفولاذ M42 التصلب ثم التخفيض لتحقيق التوازن المرغوب بين الصلابة والمتانة. أثناء التصلب، يحدث التنميط، يليه التبريد السريع لتشكيل المارتنزيت، الذي يتم تخفيضه بعد ذلك لتخفيف الإجهادات.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
| الصناعة/القطاع | مثال على تطبيق محدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (باختصار) |
|---|---|---|---|
| الفضاء الجوي | شفرات التوربينات | صلابة عالية، مقاومة للاهتراء | ضروري للتشغيل عالي السرعة |
| السيارات | الأدوات القطعية | متانة، صلابة حمراء | مطلوبة للتشغيل الدقيق |
| التصنيع | رؤوس الحفر | مقاومة للاهتراء، صلابة | حرجة للمتانة والأداء |
تشمل التطبيقات الأخرى:
- قواطع الطحن
- شفارات المنشار
- أدوات التشكيل
يتم اختيار فولاذ M42 لهذه التطبيقات بسبب صلابته الاستثنائية ومقاومته للاهتراء، والتي تعتبر حاسمة للحفاظ على عمر الأداة وأدائها في ظروف الضغط العالي.
اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | [فولاذ M42] | [فولاذ M2] | [فولاذ M35] | ملاحظة موجزة حول المزايا/العيوب أو الموازنات |
|---|---|---|---|---|
| الصلابة | 62-66 HRC | 60-64 HRC | 62-65 HRC | يوفر M42 صلابة أعلى |
| مقاومة التآكل | مقبولة | جيدة | مقبولة | لـ M2 مقاومة أفضل للتآكل |
| قابلية التلحيم | ضعيفة | مقبولة | مقبولة | يصعب تلحيم M42 |
| قابلية المعالجة | متوسطة | جيدة | جيدة | M2 وM35 أسهل في المعالجة |
| التكلفة | مرتفع | متوسط | متوسط | M42 أكثر تكلفة بسبب محتوى السبائك |
عند اختيار فولاذ M42، تتضمن الاعتبارات فعالية التكلفة، والتوافر، ومتطلبات التطبيق المحددة. بينما يقدم أداءً متفوقًا في التطبيقات عالية السرعة، يجب موازنة تحدياته في قابلية المعالجة والتلحيم مع الفوائد.
باختصار، يُعد فولاذ M42 مادة عالية الأداء تتفوق في التطبيقات الصعبة التي تتطلب صلابة عالية ومقاومة للاهتراء. تجعل خصائصه الفريدة منه خيارًا مفضلًا للأدوات القطعية وغيرها من التطبيقات عالية السرعة، على الرغم من أهمية التفكير الجيد في قيود استخدامه لتحقيق الاستخدام الأمثل.