من بين العائلات الأربع الرئيسية للفولاذ المقاوم للصدأ, يحتل الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي مكانة فريدة ومتميزة.
على عكس الدرجات الأوستنيتي, والتي لا يمكن تصلبها بالمعالجة الحرارية, أو الدرجات الحديديك, والتي توفر صلابة محدودة, الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي قابل للتصلب عن طريق المعالجة الحرارية - وهو قادر على تحقيق صلابة عالية, قوة, وارتداء المقاومة من خلال التبريد والتلطيف.
هذا المزيج من مقاومة التآكل والأداء الميكانيكي يجعلها المادة المفضلة للتطبيقات التي تتطلب المتانة والمقاومة للبيئات العدوانية.
من أدوات المائدة والأدوات الجراحية إلى شفرات التوربينات ومكونات السيارات, لا غنى عن الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي في عدد لا يحصى من التطبيقات الصناعية والاستهلاكية.
1. ما هو الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي?
martensitic الفولاذ المقاوم للصدأ هي فئة من الفولاذ المقاوم للصدأ التي يمكن تطويرها في الغالب البنية المجهرية المارتنسيتية من خلال المعالجة الحرارية.
يتم تصنيفها بشكل منفصل عن الأوستنيتي, فيريتي, دوبلكس, والفولاذ المقاوم للصدأ المتصلب بالترسيب لأن آلية تقويته الأساسية تعتمد على تحويل الأوستينيت إلى مارتنسيت أثناء التبريد, تليها هدأ لتحقيق التوازن المطلوب في الخواص الميكانيكية.
بعبارات مبسطة, يتبع تسلسل التصنيع والمعالجة الحرارية التحول:
الهيكل الصلب ← الأوستينة ← التبريد ← الهيكل المارتنسيتي ← التقسية ← الخواص الهندسية النهائية
تبدأ العملية بتسخين الفولاذ إلى درجة مناسبة درجة حرارة أوستنتينية, حيث تتحول البنية المجهرية إلى أوستنيت ويتم إعادة توزيع عناصر السبائك حسب التركيب والدورة الحرارية.
يتم بعد ذلك تبريد المكون بسرعة كافية لقمع تكوين هياكل التوازن الأكثر ليونة وتعزيز التحول المارتنسيتي.
يتميز المارتنسيت الناتج ببنية بلورية شديدة التوتر تحتوي على كربون مفرط التشبع.
وهذا ينتج صلابة وقوة عالية, لكن المارتنسيت المروي حديثًا قد يكون أيضًا ذو صلابة محدودة وضغطًا متبقيًا كبيرًا.
بالتالي, تتعرض مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتية بشكل شائع إلى تقع, مما يقلل من الهشاشة ويسمح للمهندسين بتخصيص الصلابة والمتانة النهائية.
التحول المارتنستي
التحول المارتنسيتي غير منتشر, التحول من نوع القص الذي يحدث عند الأوستينيت (FCC) يتم تبريده بسرعة تحت درجة حرارة بداية المارتينسيت (آنسة).
ويكون التحول فوريًا ولا يتضمن انتشار ذرات الكربون، حيث يظل الكربون محتجزًا في الشبكة, خلق حل صلب مفرط التشبع.
| منصة | وصف | درجة حرارة |
| الأوستنية | التسخين إلى 950-1050 درجة مئوية لتكوين الأوستينيت. | 950-1050 درجة مئوية |
| التبريد | تبريد سريع (زيت, هواء, أو الماء) لتحويل الأوستينيت إلى مارتنسيت. | أدناه السيدة |
| تقع | إعادة التسخين إلى 150-650 درجة مئوية لتخفيف الضغط وضبط الخصائص. | 150-650 درجة مئوية |
2. التركيب الكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي
بما أن الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي يغطي مجموعة واسعة من الدرجات, النطاقات أدناه هي نطاقات صناعية تمثيلية وليست متطلبات لأي درجة واحدة.
| عنصر صناعة السبائك | النطاق النموذجي (بالوزن ٪) | الوظيفة الأساسية في الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي |
| الكروم (كر) | 10.5-8.0 ٪ | يوفر المقاومة الأساسية للتآكل والأكسدة للفولاذ المقاوم للصدأ ويؤثر بقوة على استقرار الطور. |
| الكربون (ج) | 0.03-1.20 ٪ | عنصر التصلب والتقوية الأساسي في درجات المارتنسيت التقليدية. |
| النيكل (في) | 0-3.0 ٪ | يحسن المتانة, الصلابة, ومرحلة الاستقرار في الدرجات المختارة. |
| الموليبدينوم (شهر) | 0-1.5% | يعزز مقاومة التآكل الموضعية ويساهم في الصلابة والأداء في درجات الحرارة المرتفعة. |
| المنغنيز (MN) | 0-1.5% | يدعم إزالة الأكسدة ويؤثر على استقرار الأوستينيت وصلابة. |
السيليكون (و) |
0-1.0 ٪ | يعمل في المقام الأول كمزيل للأكسدة أثناء صناعة الفولاذ ويمكن أن يساهم في مقاومة الأكسدة. |
| نتروجين (ن) | 0-0.20 ٪ | عنصر تقوية وتثبيت الأوستينيت يستخدم في درجات حديثة أو متخصصة مختارة. |
| الفاناديوم (الخامس) | 0-1.0 ٪* | عنصر تشكيل كربيد قوي يستخدم بشكل رئيسي في الفولاذ المارتنسيتي المتخصص عالي التآكل أو من نوع الأدوات. |
| نيوبيوم (ملحوظة) | 0-1.0 ٪* | يشكل كربيدات مستقرة ويمكن أن يحسن الاستقرار المعدني في درجات مختارة. |
الكربون: عنصر التصلب الأساسي
يلعب الكربون دورًا مهمًا بشكل خاص في الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي لأنه يؤثر بشدة على البنية المتكونة أثناء المعالجة الحرارية.
في حالة صلب, قد يوجد الكربون جزئيًا في محلول صلب وجزئيًا في مراحل كربيد, اعتمادا على الصف والتاريخ الحراري.
أثناء الأوستنيت والتبريد اللاحق, يساهم الكربون في تكوين المارتينسيت الصلب.
كاتجاه هندسي عام:
- انخفاض مستويات الكربون تفضل صلابة محسنة وصلابة أكثر اعتدالا.
- مستويات الكربون المتوسطة توفير التوازن بين الصلابة والقوة الميكانيكية.
- مستويات عالية من الكربون تتيح صلابة عالية جدًا ومقاومة تآكل محسنة ولكنها يمكن أن تقلل من المتانة وتزيد من الهشاشة.
هذا هو السبب في أن الدرجات داخل عائلة المارتنسيت يمكن أن يكون لها تطبيقات مختلفة بشكل كبير.
يمكن استخدام درجة منخفضة الكربون نسبيًا للصمامات, مهاوي, والمكونات الهيكلية, بينما يمكن اختيار درجة عالية الكربون للسكاكين, أدوات القطع, وأجزاء دقيقة مقاومة للاهتراء.
3. الأنواع والدرجات الرئيسية للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي
يشتمل الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي على عدة مجموعات متميزة تم تطويرها لتلبية متطلبات الصلابة المختلفة, قوة, مقاومة التآكل, ارتداء المقاومة, القابلية للآلات, صلابة, والقابلية.
الدرجات المارتنسيتية القياسية
نطاقات التكوين أدناه هي حدود تمثيلية ترتبط عادةً بتسميات الدرجات المقابلة.
يجب دائمًا التحقق من المتطلبات الدقيقة وفقًا لمعايير ASTM المعمول بها, في, نحن, هو, أو مواصفات العملاء.
| درجة | تعيين الولايات المتحدة | التكوين التقريبي | التطبيقات النموذجية |
| 410 | S41000 | كر: 11.5-13.5%; ج: .150.15% | الصمامات, مكونات المضخة, مهاوي, السحابات, أجزاء التوربينات, والمكونات الصناعية العامة. |
| 420 | S42000* | كر: 12-14 ٪; ج: 0.15–0.40% | أدوات المائدة, الأدوات الجراحية, شفرات, قوالب, ومكونات مقاومة للاهتراء. |
| 420J2 | يرتبط عادةً بمكافئات عائلة S42000** | كر: 12-14 ٪; ج: 0.26–0.40% | السكاكين, مقص, المقصات, أدوات المائدة الاستهلاكية, وأدوات القطع للأغراض العامة. |
| 431 | S43100 | كر: 15-17%; في: 1.25-2.50%; ج: .20.20% | مهاوي المضخة, مهاوي البحرية, مكونات الصمام, تركيبات الطائرات, والأجزاء الميكانيكية عالية القوة. |
440أ |
S44002 | كر: 16-8 ٪; ج: 0.60-0.75% | أدوات المائدة, مكونات الصمام, المحامل, الأدوات الطبية, وأجزاء مقاومة للاهتراء. |
| 440ب | S44003 | كر: 16-8 ٪; ج: 0.75-0.95% | أدوات القطع, الأدوات الدقيقة, المحامل, وارتداء المكونات. |
| 440ج | S44004 | كر: 16-8 ٪; ج: 0.95-1.20 ٪ | محامل عالية الأداء, مكونات التآكل الدقيقة, أدوات المائدة الممتازة, أجزاء الصمام, والأدوات الجراحية. |
| 416 | S41600 | كر: 12-14 ٪; ج: .150.15%; ق: 0.15-0.35% | تجهيزات دقيقة الصنع, مهاوي, مسامير, مكونات الصمام, السحابات, وقطع غيار الآلات الأوتوماتيكية. |
يلقي الدرجات المارتنسيتية
يحدد نظام تعيين الصب ASTM العديد من درجات الفولاذ المقاوم للصدأ المارتينسيتية المهمة.
| ASTM المصبوب الصف | تعيين الولايات المتحدة | التكوين التقريبي | التطبيقات النموذجية |
| CA-15 | J91150 | كر: تقريبًا 11.5-4.0 ٪; ج: عادة .150.15% | أجسام الصمامات وتقليمها, مكونات المضخة, أجزاء التوربينات, المعدات الهيدروليكية, والآلات الصناعية. |
| كا-40 | J91151 | كر: تقريبًا 11.5-4.0 ٪; ج: عادة ما يصل إلى 0.40% | أجزاء صمام مقاومة للتآكل, الآلات الصناعية, مكونات خدمة البخار, والأجزاء الميكانيكية. |
CA-6NM |
J91540 | كر: تقريبًا 11.5-4.0 ٪; في: تقريبًا 3.5-4.5%; شهر: تقريبًا 0.4-1.0 ٪; ج: ≤0.06 ٪ | التوربينات الهيدروليكية, المعدات الكهرومائية, الدفاعات مضخة كبيرة, أغلفة ضخ, ومكونات معالجة المياه. |
| سي بي-7كيو-1 | J92180 | كر: تقريبًا 14-16%; في: تقريبًا 4-6 ٪; النحاس: تقريبًا 2.5-4.0 ٪; ج: .070.07% | مكونات الفضاء, المسبوكات عالية القوة, مضخات, الصمامات, والمطالبة بالمعدات الصناعية. |
4. المعالجة الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي
المعالجة الحرارية هو أحد الجوانب المميزة للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي.
على عكس الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي, والتي بشكل عام لا يمكن تقويتها بشكل كبير عن طريق التبريد والتلطيف التقليدي,
تم تصميم درجات المارتنسيت خصيصًا لتطوير مجموعات مختلفة من صلابة, قوة, صلابة, ارتداء المقاومة, والاستقرار الأبعاد من خلال المعالجة الحرارية التي تسيطر عليها.
الصلب
يستخدم التلدين عادة لتليين الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي قبل التصنيع, تشكيل, أو المعالجة الحرارية اللاحقة.
حسب الدرجة والمواصفات, يتم تسخين الفولاذ إلى نطاق درجة حرارة مناسب ويتم تبريده تحت ظروف خاضعة للرقابة لإنتاج بنية مجهرية أكثر ليونة وأكثر قابلية للتشكيل.
وتشمل الأهداف الأساسية للتليين:
- تقليل الصلابة
- تخفيف التوتر الداخلي
- تحسين إمكانية التشغيل الآلي
- تحسين استقرار الأبعاد
- إنتاج بنية مجهرية أكثر اتساقًا قبل التصلب النهائي
للعديد من المكونات, يتم إجراء التصنيع الخام في حالة التلدين لأن الفولاذ المقاوم للصدأ المارتينسيتي المتصلب بالكامل قد يكون صعبًا ومكلفًا في الماكينة.
تتم بعد ذلك معالجة المكون بالحرارة ثم يتم تشكيله بشكل نهائي أو طحنه لتحقيق الأبعاد النهائية المطلوبة.
أوستنتيش
الأوستينيت هي المرحلة التي يتم فيها تسخين الفولاذ لتكوين الأوستينيت قبل التبريد. درجة الحرارة المطلوبة تعتمد بشدة على الدرجة.
للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي الشائع, قد تنخفض درجات حرارة الأوستنيتي النموذجية تقريبًا ضمن النطاقات التالية:
| عائلة الصف | نطاق الأوستنيتيزي النموذجي* | الهدف الأساسي |
| 410 / درجات مارتينسيتية منخفضة الكربون | تقريبًا 925-1,010 درجة مئوية | تطوير بنية الأوستنيتي مناسبة للتصلب اللاحق. |
| 420 / درجات متوسطة الكربون | تقريبًا 980-1,065 درجة مئوية | قم بإذابة كمية مناسبة من عناصر الكربون والسبائك قبل التبريد. |
| 440-سلسلة درجات عالية الكربون | تقريبًا 1,010-1،120 درجة مئوية | تطوير إمكانات صلابة عالية مع التحكم في ذوبان الكربيد ونمو الحبوب. |
| 431 والدرجات التي تحتوي على النيكل | تقريبًا 980-1,070 درجة مئوية | تطوير توازن مناسب للصلابة, قوة, والصلابة. |
* هذه النطاقات تمثيلية فقط. يجب تحديد درجات حرارة المعالجة الحرارية الفعلية وأوقات الاحتفاظ بها وفقًا لمواصفات المواد المعمول بها, حجم القسم, ظروف الفرن, والخصائص النهائية المطلوبة.
يجب التحكم بعناية في عملية الأوستينيت. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا, قد يؤدي عدم كفاية التحول أو انحلال الكربيد إلى الحد من الصلابة التي يمكن تحقيقها.
قد تؤدي درجات الحرارة المرتفعة بشكل مفرط أو فترات الاحتفاظ المفرطة إلى تعزيز نمو الحبوب وزيادة كمية الأوستينيت المحتجزة, يحتمل أن يقلل من المتانة واستقرار الأبعاد.
التبريد
بعد الأوستنيتات, يتم تبريد المكون بمعدل كافٍ لتعزيز تحويل الأوستينيت إلى مارتنسيت.
اعتمادا على الصف وهندسة المكونات, قد يشمل التبريد:
- تبريد الهواء
- إخماد الزيت
- تبريد البوليمر
- إخماد الغاز المضغوط
- طرق تبريد أخرى يمكن التحكم فيها
إن اختيار وسط التبريد هو التوازن بين تحقيق التبريد الكافي للتصلب وتقليل الإجهاد الحراري.
تقع
يمكن أن يكون للمارتنسيت المروي حديثًا صلابة عالية جدًا، ولكنه أيضًا يتمتع بضغط داخلي مرتفع وصلابة محدودة.
لذلك يعد التقسية خطوة أساسية لمعظم التطبيقات الهندسية.
أثناء التقسية, يتم إعادة تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة متحكم فيها أقل من نطاق الأوستنيت ويتم الاحتفاظ به لفترة مناسبة.
تسمح هذه العملية للهيكل المارتنسيتي بالاستقرار وتقليل الضغوط المتبقية مع ضبط التوازن بين الصلابة والمتانة.
على العموم:
- انخفاض درجات الحرارة هدأ تميل إلى الاحتفاظ بصلابة أعلى ومقاومة التآكل.
- ارتفاع درجات الحرارة هدأ بشكل عام يقلل من الصلابة مع تحسين المتانة واستقرار الضغط.
العلاقة الدقيقة تعتمد على الدرجة. يمكن أيضًا أن تظهر بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي تقصفًا غير مرغوب فيه أو تغيرات في سلوك التآكل ضمن نطاقات تقسية معينة.
لذلك, يجب اختيار درجة حرارة التقسية وفقًا لمواصفات الدرجة ذات الصلة وخصائص الخدمة المطلوبة بدلاً من الاعتماد فقط على هدف الصلابة العام.
هدأ مزدوج واستقرار الأبعاد
قد يتطلب الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الكربون وعالي الأداء دورات تقسية متعددة لتحسين الاستقرار الهيكلي وتقليل آثار الأوستينيت المحتجزة.
يمكن أن يوفر التقسية المزدوجة فوائد عديدة:
- تحسين استقرار الأبعاد
- المزيد من الخصائص الميكانيكية موحدة
- تقليل الإجهاد المتبقي
- استقرار الأوستينيت المحتفظ به المحول
- تحسين التوازن بين الصلابة والمتانة
في التطبيقات الدقيقة, يمكن استخدام علاجات التثبيت الإضافية قبل الطحن النهائي أو التشطيب.
هذا مهم بشكل خاص للمحامل, أدوات القطع, مكونات صمام الدقة, والأجزاء الأخرى التي يمكن أن تؤثر فيها التغييرات الصغيرة في الأبعاد على الأداء الوظيفي.
5. نطاقات الخصائص الميكانيكية النموذجية للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي
توفر القيم التالية نطاقات هندسية تمثيلية للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي الشائع الاستخدام.
الخصائص الفعلية تختلف وفقا لشكل المنتج, سمك القسم, المعالجة الحرارية, حالة هدأ, والمعيار المطبق.
| درجة | حالة نموذجية | قوة العائد, RP0.2 (MPA) | قوة الشد, RM (MPA) | استطالة أ (%) | صلابة |
| 410 | تصلب & خفف | 550-1000 | 700-1200 | 10-20 | تقريبا. 25-45 HRC |
| 416 | تصلب & خفف | 550-1000 | 700-1200 | 10-20 | تقريبا. 25-45 HRC |
| 420 | تصلب & خفف | 700-1300 | 900-1600 | 8-18 | تقريبا. 45-55 HRC |
| 431 | تصلب & خفف | 700-1000 | 900-1200 | 10-20 | تقريبا. 28-45 HRC |
| 440أ | تصلب & خفف | 1,000-1500 | 1,500–1,900 | 5-12 | تقريبا. 54-58 لجنة حقوق الإنسان |
| 440ب | تصلب & خفف | 1,100-1500 | 1,600–1,950 | 4-10 | تقريبا. 56-59 لجنة حقوق الإنسان |
| 440ج | تصلب & خفف | 1,200-1600 | 1,800-2,000+ | 2-8 | تقريبا. 56-60 إتش آر سي |
| CA-15 | يقذف, تعالج الحرارة | ≥450 | ≥620 | ≥18 | عادة ~ 180-230 حصان |
6. خصائص الفولاذ المارتنسيتي
مقاومة التآكل
مثل كل الفولاذ المقاوم للصدأ, تستمد الدرجات المارتنسيتية الحماية من التآكل من طبقة رقيقة, فيلم أكسيد الكروم السلبي للشفاء الذاتي.
لكن, أدائهم يقع تحت أداء الدرجات الأوستنيتي:
- أنها توفر مقاومة جيدة للأجواء الريفية والحضرية الخفيفة, المياه العذبة المحايدة, الأحماض العضوية المعتدلة ومعظم البيئات الغذائية.
- محتواها المنخفض من الكروم (12– 14% للدرجات القياسية) ويؤدي ترسيب كربيد الكروم إلى مقاومة أقل للتنقر ومقاومة عامة للتآكل مقارنة بـ 18/8 الفولاذ الأوستنيتي.
- فهي غير مناسبة للتعرض لفترات طويلة لمياه البحر, الأحماض المعدنية القوية, محاليل عالية الكلوريد أو أجواء صناعية ثقيلة.
- توفر درجات الكروم الأعلى مثل 440C أداءً أفضل للتآكل مقارنة بالكروم الأقل 410 و 420, على الرغم من ارتفاع محتوى الكربون.
الخصائص المغناطيسية
يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي بأنه مغناطيسي بقوة في جميع ظروف المعالجة الحرارية.
وهذا نتيجة مباشرة لبنيتها البلورية رباعية الزوايا المتمركزة حول الجسم, الذي يدعم الترتيب المغناطيسي التلقائي من دوران الإلكترونات غير المتزاوجة.
من المفاهيم الخاطئة الشائعة أن الاستجابة المغناطيسية تشير إلى جودة منخفضة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
في الواقع, المغناطيسية هي خاصية هيكلية, ليس مؤشر الجودة: جميع الفولاذ المقاوم للصدأ المارتينسيتي والفيريتيك مغناطيسي بشكل طبيعي, بما في ذلك الدرجات عالية الأداء مثل 440C.
ارتداء المقاومة والصلابة
مقاومة التآكل الممتازة هي الميزة الرئيسية لدرجات المارتنسيت عالية الكربون.
عندما تصلب ل 55+ HRC, أنها تتفوق على الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والفيري بعامل 5-10 في كل من تطبيقات التآكل الكاشطة واللاصقة.
يؤدي الجمع بين المصفوفة المارتنسيتية الصلبة وجزيئات كربيد الكروم المشتتة إلى إنشاء مادة تحافظ على شكلها وسطحها تحت التلامس المنزلق المتكرر.
وهذا يجعل الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي هو الخيار الوحيد القابل للتطبيق من الفولاذ المقاوم للصدأ لحواف القطع, تحمل الأسطح ومكونات الاتصال المنزلقة.
قابلية اللحام للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي
تعتبر قابلية اللحام عمومًا أهم قيود المعالجة للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي:
- إن الصلابة العالية للسبيكة تعني أن معادن اللحام والمناطق المتأثرة بالحرارة تتصلب بسرعة عند التبريد, خلق إجهاد الشد المتبقي وارتفاع خطر التشقق البارد.
- تتطلب إجراءات اللحام القياسية التسخين المسبق إلى 200-300 درجة مئوية, يتم التحكم في درجة حرارة التداخل والتلطيف الإلزامي بعد اللحام مباشرة بعد اللحام لمنع الفشل.
- درجة منخفضة الكربون 410 يتمتع بأفضل قابلية للحام داخل العائلة; لا يُنصح عمومًا باستخدام 440C عالي الكربون في اللحام بالصهر.
- للتطبيقات الحرجة, مطابقة معادن الحشو المارتنسيتي أو الأوستنيتي 309/310 تستخدم الحشوات لتقليل مخاطر التشقق.
القدرة على الماكينات والتشكيل
- القابلية للآلات يختلف بشدة مع الصلابة. في حالة صلب تماما, يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي بقابلية تصنيع جيدة, عموما أفضل من الأوستنيتي 304 بسبب انخفاض معدل تصلب العمل.
في الحالة المتصلبة, القدرة على الماكينات سيئة للغاية; يجب إكمال جميع عمليات المعالجة النهائية تقريبًا في حالة التلدين الناعمة قبل التصلب.
درجة التصنيع المجانية 416 يوفر تحسينًا كبيرًا في كسر الرقاقة وعمر الأداة لإنتاج آلات لولبية كبيرة الحجم. - قابلية التشكيل معتدل في الحالة الصلبة, مناسبة للانحناء, عمليات تشكيل اللف والرسم السطحي.
لا يمكن أن تتطابق درجات المارتنسيت مع قابلية السحب العميقة للفولاذ الأوستنيتي, ويجب دائمًا إجراء التشكيل على البارد قبل التصلب.
7. عمليات التصنيع لمكونات الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي
يمكن معالجة الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي من خلال مجموعة واسعة من طرق التصنيع, مشتمل تصنيع CNC, صب الاستثمار, صب الرمال, تزوير, ومسحوق المعادن.
تعتمد العملية المناسبة على هندسة المكونات, متطلبات الأبعاد, حجم الإنتاج, متطلبات الملكية الميكانيكية, الاستفادة من المواد, وما إذا كان المكون سيخضع لعملية تصلب وتلطيف لاحقة.
تصنيع CNC
تصنيع CNC هي عملية تصنيع طرحية يتم فيها إزالة الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي من القضيب, طبق, تزوير, أو غيرها من المخزون شبه النهائي باستخدام أدوات القطع التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر.
تشمل العمليات المشتركة تحول, الطحن, حفر, الخيوط, ممل, طحن, والتصنيع متعدد المحاور.
يتم تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي في كثير من الأحيان في حالة ملدنة أو مخففة قبل التصلب النهائي.
يمكن بعد ذلك أن يتبع المعالجة الخشنة التبريد والتلطيف, مع المعالجة النهائية أو الطحن المستخدم لتحقيق متطلبات الأبعاد والسطح النهائية.
صب الاستثمار
صب الاستثمار, المعروف أيضا باسم صب الشمع المفقود, تنتج مكونات من الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي عن طريق إنشاء نمط شمعي مفصل, تشكيل قذيفة السيراميك حول النمط, إزالة الشمع, وسكب الفولاذ المقاوم للصدأ المنصهر في التجويف الناتج.
هذه العملية مفيدة بشكل خاص للمكونات ذات هندسات معقدة, أقسام رقيقة, مقاطع داخلية, زعماء متكاملون, وملفات التعريف التي يصعب تشغيلها.
صب الرمال
صب الرمال يستخدم قالبًا رمليًا لتشكيل التجويف الذي يُسكب فيه الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي المنصهر.
بالمقارنة مع صب الاستثمار, يوفر صب الرمل مرونة أكبر مكونات أكبر وهندسة بسيطة نسبيا أو معقدة إلى حد ما.
يستخدم على نطاق واسع للمكونات الصناعية حيث السلامة الهيكلية, حجم المكون, واقتصاديات التصنيع أكثر أهمية من تفاصيل السطح الدقيقة للغاية.
تزوير
تزوير يشكل الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي من خلال تشوه البلاستيك المتحكم فيه, عادة عند درجة حرارة مرتفعة.
يتم ضغط المادة بين القوالب أو الأدوات الأخرى لإنتاج الشكل الهندسي المطلوب.
يمكن أن يؤدي التزوير إلى إنشاء بنية مجهرية مصقولة واتجاهية مع تقليل المسامية الداخلية وتحسين السلامة الهيكلية.
ولذلك يتم اختياره بشكل متكرر للمكونات المعرضة لها الأحمال الميكانيكية العالية, تأثير, ضغط, أو الضغوط الدورية.
تشمل المكونات المزورة النموذجية مهاوي, صمام ينبع, مهاوي المضخة, السحابات, التركيبات, والمكونات الميكانيكية عالية القوة.
مسحوق المعادن
مسحوق المعادن تنتج درجات مارتينسيتية عالية الكربون مثل 440C مع توزيع كربيد موحد للغاية وبنية حبيبية دقيقة, تتفوق على المواد المطاوع في مقاومة التآكل واستقرار الأبعاد.
هذه العملية مثالية للصغار, مكونات معقدة عالية التآكل حيث تكون الآلات التقليدية باهظة الثمن.
8. التشطيبات السطحية وهندسة الأسطح
يتوافق الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي مع مجموعة كاملة من التشطيبات السطحية والمعالجات الهندسية لتحسين المظهر, مقاومة التآكل وأداء التآكل:
- الانتهاء من مطحنة: سطح قياسي ملفوف أو مطروق للأجزاء الهيكلية الصناعية
- التلميع الميكانيكي / الانتهاء من المرآة: يمكن صقل الدرجات عالية الكربون لأسطح المرآة ذات الجودة البصرية, مما يجعلها المعيار للأدوات الجراحية وأدوات المائدة المتطورة
- تم تجاهله / ساتان الانتهاء: لمسة نهائية مزخرفة اتجاهية للأدوات اليدوية والأجهزة الزخرفية
- التخميل: المعالجة الكيميائية لإزالة الحديد الحر وتعزيز طبقة الأكسيد السلبي, تحسين مقاومة التآكل
- الصدمة الكهربائية: فائق السلع, تشطيب سطحي مقاوم للتآكل للمكونات الطبية والمكونات الملامسة للأغذية
- الطلاء الصلب: DLC, تعمل طبقات طلاء TiN وكربيد الكروم على زيادة صلابة السطح وتقليل الاحتكاك لتطبيقات القطع والمحامل شديدة التآكل
9. تطبيقات الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي
يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي على نطاق واسع حيث يتطلب المكون مزيجًا من القوة العالية, صلابة, ارتداء المقاومة, مقاومة التآكل المعتدلة, والاستقرار الأبعاد.
الصمامات ومعدات التحكم في السوائل
يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي على نطاق واسع صمام ينبع, تقليم الصمام, مقاعد, مهاوي, وغيرها من المكونات الداخلية.
صلابته العالية تساعد على مقاومة التآكل, كشط, والاتصال الميكانيكي المتكرر, بينما توفر مقاومتها للتآكل الحماية في العديد من المياه, بخار, وبيئات السوائل الصناعية.
وتشمل المكونات النموذجية:
- صمام ينبع
- كرات الصمام وتقليم
- مقاعد
- مهاوي المضخة
- مدافع
- البطانات
- ارتداء الخواتم
أدوات المائدة وأدوات القطع
تعتبر درجات المارتنسيت عالية الكربون ذات أهمية خاصة في السكاكين وتطبيقات القطع.
420 يستخدم على نطاق واسع للشفرات للأغراض العامة, بينما 440أ, 440ب, و 440 ج يمكن أن توفر صلابة أعلى ومقاومة التآكل.
المزايا الرئيسية هي:
- الاحتفاظ بالحافة العالية
- صلابة عالية
- مقاومة التشوه
- مقاومة ارتداء جيدة
- مقاومة معقولة للتآكل مقارنة بفولاذ الأدوات الكربونية التقليدية
المحامل ومكونات التآكل الدقيقة
الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الكربون, وخاصة 440C, تستخدم لمكونات تحمل مقاومة للتآكل.
وتشمل التطبيقات النموذجية:
- تحمل الكرات
- سباقات تحمل
- بكرات دقيقة
- البطانات
- ارتداء الخواتم
- محامل الصك
الأدوات الطبية والجراحية
يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي على نطاق واسع في الأدوات الجراحية لأنه يمكن دمجه صلابة, الاحتفاظ بالحافة, قوة, مقاومة التآكل, والقدرة على التعقيم.
وتشمل التطبيقات:
- مقص جراحي
- شفرات جراحية
- ملقط
- المشابك
- أدوات طب الأسنان
- أدوات القطع
مكونات السيارات
يمكن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي في مكونات السيارات المعرضة للأحمال الميكانيكية, حرارة, يرتدي, والبيئات التآكل.
وتشمل التطبيقات:
- مهاوي
- مكونات الصمام
- مكونات المضخة
- السحابات
- المكونات المتعلقة بالعادم
- المحركات الميكانيكية
- مكونات مقاومة للارتداء
مكونات الفضاء والتوربينات
يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي المختار في معدات الطيران والطاقة حيث تتطلب القوة العالية واستقرار الأبعاد.
يمكن أن تشمل التطبيقات:
- مكونات التوربينات
- مهاوي
- السحابات
- مكونات المضخة
- مكونات التشغيل
- أجزاء ميكانيكية عالية القوة
طاقة, مضخة, والمعدات الكهرومائية
يعد الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي مهمًا أيضًا في معدات توليد الطاقة ومعالجة المياه.
درجة الصب CA-6NM, على سبيل المثال, عبارة عن فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتي منخفض الكربون يحتوي على النيكل والموليبدينوم ويرتبط على نطاق واسع بـ عداءات التوربينات الهيدروليكية, مكونات المضخة, ومعدات معالجة المياه.
10. مزايا وقيود الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي
يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي عن عائلات الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى بقدرته على التطور قوة وصلابة عالية من خلال التبريد والتلطيف.
وهذا يجعلها مناسبة بشكل خاص للمكونات المعرضة للتآكل, التحميل الميكانيكي, قطع, تأثير, والاتصال المتكرر.
لكن, نفس الخصائص المعدنية التي توفر صلابة عالية يمكن أن تقلل من الليونة, صلابة, مقاومة التآكل, وقابلية اللحام.
المزايا الرئيسية
- عائلة الفولاذ المقاوم للصدأ الوحيدة القابلة للتصلب بالمعالجة الحرارية, مع صلابة الانضباطي من 20 لجنة حقوق الإنسان ل 62 HRC
- مقاومة التآكل ممتازة وصلابة السطح, 5-10 مرات متفوقة على الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي
- 2– قوة أعلى بثلاث مرات من الدرجات الأوستنيتي القياسية في حالة تصلبها
- مقاومة التآكل المعتدلة, أفضل بكثير من الفولاذ الكربوني العادي
- مغناطيسي بشكل طبيعي, مناسبة لتطبيقات المكونات المغناطيسية
- قابلية تلميع ممتازة لتشطيبات المرآة شديدة اللمعان
- تكلفة أقل من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والمزدوج ذو السبائك العالية لمستويات قوة مكافئة
القيود المتأصلة
- انخفاض المقاومة العامة والتآكل مقارنة مع 304/316 درجات أوستنيكية; غير مناسب للبيئات عالية الكلوريد والأحماض القوية
- تتطلب قابلية اللحام الضعيفة التسخين المسبق وتلطيف ما بعد اللحام لتجنب التشقق
- يتطلب المعالجة الحرارية لتحقيق الخصائص المثلى, إضافة تكلفة المعالجة والمهلة الزمنية
- ليونة وصلابة أقل من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي في حالة تصلب
- عرضة لتهدئة الهشاشة في نطاقات درجات حرارة محددة
- قدرة محدودة على السحب العميق والتشكيل على البارد
11. المارتنسيتية مقابل. الأوستنيتي مقابل. الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريريك
تختلف عائلات الفولاذ المقاوم للصدأ الثلاث الرئيسية في المقام الأول في البنية المجهرية, استجابة المعالجة الحرارية, قوة, مقاومة التآكل, ليونة, السلوك المغناطيسي, وقابلية اللحام.
يركز الجدول التالي على الخصائص الهندسية الأكثر صلة باختيار المواد.
| ملكية | الفولاذ المقاوم للصدأ مارتينيسيتي | الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي | الفولاذ المقاوم للصدأ الفيريريك |
| الدرجات النموذجية | 410, 420, 431, 440أ/440ج | 304, 304ل, 316, 316ل, 321 | 409, 430, 439, 441, 444 |
| بنية البلورة | BCT مارتنسيت بعد التصلب | FCC Austenite | BCC الفريت |
| محتوى الكروم النموذجي | ~11.5–18% بالوزن | ~16–26% بالوزن | ~10.5–30% بالوزن |
| تصلب المعالجة الحرارية | ممتاز; تم إخمادها وتهدئة | غير قابلة للتصلب عن طريق التبريد التقليدي | غير قابلة للتصلب عن طريق التبريد التقليدي |
| قوة | عالية إلى عالية جدا | معتدل; قوة أعلى يمكن تحقيقها عن طريق العمل البارد | معتدل |
| صلابة | عالي, عادةً ما يتراوح بين 20 إلى 60+ HRC اعتمادًا على الدرجة والحالة | عموما أقل في حالة صلب | معتدلة بشكل عام |
| ليونة & صلابة | معتدلة إلى منخفضة عندما تصلب للغاية | ممتاز | معتدل |
| مقاومة التآكل | معتدل إلى جيد | ممتاز إلى جيد جداً | جيد للعديد من البيئات الجوية |
| ارتداء المقاومة | ممتاز عندما تصلب | معتدل | معتدل |
| الخصائص المغناطيسية | مغناطيسي | بشكل عام غير مغناطيسي عند التلدين | مغناطيسي |
| قابلية اللحام | معتدلة إلى الفقراء; قد تكون هناك حاجة للتحكم في المعالجة الحرارية | ممتاز, وخاصة الدرجات منخفضة الكربون | جيد إلى معتدل |
| قابلية التشكيل | معتدل; تشكيل حاد محدود | ممتاز, بما في ذلك الرسم العميق | جيد إلى معتدل |
القابلية للآلات |
جيد عندما صلب; من الصعب بعد تصلب | معتدل; تصلب العمل يمكن أن يعقد بالقطع | بشكل عام جيد إلى متوسط |
| أداء درجات الحرارة المنخفضة | تعتمد على الدرجة; يمكن أن تكون الدرجات عالية الكربون ذات صلابة محدودة | ممتاز | أكثر محدودية بسبب التحول من اللدنة إلى الهشة |
| التطبيقات النموذجية | السكاكين, مهاوي, الصمامات, مضخات, المحامل, الأدوات الجراحية, ارتداء أجزاء | المعدات الكيميائية, معدات معالجة الطعام, أوعية الضغط, الأنابيب, المكونات المعمارية | أنظمة عادم السيارات, الأجهزة, لوحات معمارية, المبادلات الحرارية |
| الميزة الرئيسية | قوة عالية, صلابة, وارتداء المقاومة | مقاومة تآكل متفوقة, ليونة, صلابة, وقابلية اللحام | مقاومة تآكل جيدة, التمدد الحراري المنخفض, الخصائص المغناطيسية, وكفاءة التكلفة |
| القيد الرئيسي | انخفاض المقاومة للتآكل وقابلية اللحام | انخفاض صلابة في حالة صلب; يمكن أن تكون الدرجات التي تحتوي على النيكل أكثر تكلفة | صلابة أقل وقابلية للتشكيل من الدرجات الأوستنيتي |
12. أجزاء مخصصة من الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي من LangHe
لانجهي يوفر حلول التصنيع المخصصة ل مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتية, الجمع بين اختيار المواد, صب الدقة, تصنيع CNC, المعالجة الحرارية, والتشطيب السطحي لإنتاج مكونات مصممة خصيصًا لمتطلبات ميكانيكية وأبعاد محددة.
| القدرة | تفاصيل |
| درجات الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي | 410, 420, 431, 440أ, 440ب, 440C ودرجات المارتنسيت المختارة |
| عمليات التصنيع | صب الاستثمار, صب الرمال, تحول CNC, طحن CNC, حفر, الطحن والعمليات الثانوية ذات الصلة |
| المعالجة الحرارية | الصلب, تصلب, التبريد والتلطيف حسب الدرجة والخواص الميكانيكية المطلوبة |
| الآلات | تحول CNC, الطحن, حفر, الخيوط, ممل, الطحن والتشطيب الدقيق |
التشطيب السطح |
تلميع, طحن, التخميل والمعالجات السطحية الوظيفية المختارة |
| أنواع المكونات | مكونات الصمام, أجزاء المضخة, مهاوي, البطانات, ارتداء المكونات, التجهيزات الميكانيكية, الأدوات والأجزاء الصناعية الدقيقة |
| ضبط الجودة | ISO 9001:2015 معتمد; 100% NDT وفحص الأبعاد. |
| التخصيص | الإنتاج وفقا لرسومات العملاء, 3D CAD نماذج, تحديد, عينات أو متطلبات التطبيق |
13. خاتمة
يحتل الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي مكانة فريدة لا يمكن استبدالها في عائلة الفولاذ المقاوم للصدأ.
باعتباره الفولاذ المقاوم للصدأ الوحيد الذي يمكن تقويته بالمعالجة الحرارية لتحقيق قوة عالية ومقاومة ممتازة للتآكل, إنه يملأ فجوة الأداء الحرجة بين فولاذ الأدوات الكربوني العادي والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المقاوم للتآكل.
مقاومتها للتآكل أقل من تلك الموجودة في 304 و 316 درجات أوستنيكية, ولكنه يوفر القوة وأداء التآكل الذي لا يمكن أن يضاهيه أي درجة من الأوستنيتي أو الحديد.
من أدوات المائدة اليومية إلى الأدوات الجراحية الدقيقة, من الصمامات الصناعية إلى شفرات توربينات توليد الطاقة, يقدم الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي أداءً مستهدفًا حيث يجب الجمع بين مقاومة التآكل المعتدلة والقوة العالية ومتانة التآكل.
مع استمرار تقدم تصميم السبائك وتكنولوجيا المعالجة الحرارية, تشديد جديدة, سوف تستمر درجات المارتنسيت عالية النقاء والمتصلبة بالترسيب في توسيع نطاق تطبيق عائلة المواد, تعزيز مكانتها كفرع أساسي للنظام البيئي العالمي للفولاذ المقاوم للصدأ.
الأسئلة الشائعة
ما هو الفرق بين الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي والأوستنيتي?
الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي قابل للتصلب عن طريق المعالجة الحرارية, مغناطيسي, ولها مقاومة معتدلة للتآكل.
الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي غير قابل للتصلب بالمعالجة الحرارية, غير مغناطيسي, ولديه مقاومة ممتازة للتآكل.
تستخدم درجات المارتنسيت في أدوات المائدة, الصمامات, والمحامل; وتستخدم الدرجات الأوستنيتي للمواد الكيميائية, طعام, والتطبيقات البحرية.
هل يمكن لحام الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي؟?
نعم, ولكن بحذر. يلزم التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام لمنع التشقق واستعادة الخواص الميكانيكية.
هو مارتنسيتي الفولاذ المقاوم للصدأ المغناطيسي?
نعم. جميع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المارتينسيتية ذات مغناطيسية حديدية (تنجذب بقوة إلى المغناطيس).
هل يصدأ الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي?
يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي أن يتلطخ ويتآكل في ظل الظروف القاسية.
إنه يقاوم الصدأ في البيئات الجوية العادية وبيئات المياه العذبة, ولكن سوف تتطور تلطيخ السطح وتأليب في نسبة عالية من الملح, إعدادات حمض قوي أو صناعي ثقيل.
إنه غير مناسب للغمر بمياه البحر لفترة طويلة أو التعرض المستمر للكلوريد.
هل يمكن معالجة الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي بالحرارة؟?
نعم. تعد المعالجة الحرارية إحدى الخصائص المميزة لعائلة الفولاذ المقاوم للصدأ هذه.
اعتمادا على الصف, يمكن أن يؤدي التصلب الذي يتبعه التقسية إلى زيادة الصلابة بشكل كبير, قوة الشد, وارتداء المقاومة.
أي الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي هو الأصعب?
من بين الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي الشائع, 440ج هي واحدة من أعلى درجات الكربون ويمكن أن تحقق صلابة عالية جدًا بعد المعالجة الحرارية المناسبة.
صلابتها العالية تجعلها مناسبة بشكل خاص للمحامل, أدوات القطع, ارتداء المكونات, والشفرات الراقية.
