أنواع عديدة من الفولاذ ، وما يجب أن تعرفه عن تصنيعها باستخدام الحاسب الآلي

ما هو الفولاذ؟
الصلب هو مصطلح واسع للحديد وسبائك الكربون.يحدد محتوى الكربون (0.05٪ - 2٪ بالوزن) وإضافة عناصر أخرى سبيكة الفولاذ المحددة وخصائصها المادية.تشمل عناصر صناعة السبائك الأخرى المنغنيز والسيليكون والفوسفور والكبريت والأكسجين.يزيد الكربون من صلابة وقوة الفولاذ ، بينما يمكن إضافة عناصر أخرى لتحسين مقاومة التآكل أو التشغيل الآلي.كما أن محتوى المنغنيز مرتفع بشكل عام (على الأقل 0.30٪ إلى 1.5٪) لتقليل هشاشة الفولاذ وتحسين قوته.
تعد قوة وصلابة الفولاذ أحد أكثر خصائصه شيوعًا.هم الذين يجعلون الفولاذ مناسبًا لتطبيقات البناء والنقل لأنه يمكن استخدام هذه المادة لفترة طويلة تحت الأحمال الثقيلة والمتكررة.بعض سبائك الصلب ، مثل أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ ، مقاومة للتآكل ، مما يجعلها الخيار الأفضل للأجزاء التي تعمل في البيئات القاسية.
ومع ذلك ، فإن هذه القوة والصلابة ستطيل أيضًا وقت المعالجة وتزيد من تآكل الأدوات.الصلب مادة عالية الكثافة ، مما يجعلها ثقيلة جدًا في بعض التطبيقات.ومع ذلك ، يتمتع الفولاذ بنسبة عالية من القوة إلى الوزن ، وهذا هو السبب في أنه أحد أكثر المعادن استخدامًا في التصنيع.

نوع الفولاذ
دعنا نتحدث عن العديد من أنواع الصلب.يجب إضافة الكربون إلى الحديد كالصلب.ومع ذلك ، فإن محتوى الكربون سيكون مختلفًا ، مما يؤدي إلى تغييرات كبيرة في أدائه.يشير الفولاذ الكربوني عمومًا إلى الفولاذ بخلاف الفولاذ المقاوم للصدأ ويتم تحديده من خلال درجة الفولاذ المكونة من 4 أرقام.على نطاق أوسع ، إنه فولاذ منخفض الكربون ، فولاذ متوسط ​​الكربون أو فولاذ عالي الكربون.
الفولاذ منخفض الكربون: محتوى الكربون أقل من 0.30٪ (بالوزن)
الصلب الكربوني المتوسط: 0.3 - 0.5٪ محتوى الكربون
فولاذ عالي الكربون: 0.6٪ وما فوق
يتم تمثيل العناصر الرئيسية في صناعة السبائك بالفولاذ بالرقم الأول من الدرجة المكونة من أربعة أرقام.على سبيل المثال ، أي فولاذ 1xxx ، مثل 1018 ، سيستخدم الكربون كعنصر رئيسي في صناعة السبائك.1018 فولاذ يحتوي على 0.14 - 0.20٪ كربون وكمية قليلة من الفوسفور والكبريت والمنغنيز.تُستخدم هذه السبيكة العامة بشكل شائع في ماكينات الحشيات والأعمدة والتروس والدبابيس.
يتم إعادة فوسفات الفولاذ الكربوني السهل المعالجة وإعادة فوسفاته لتكسير الرقائق إلى قطع أصغر.هذا يمنع الرقائق الطويلة أو الكبيرة من التشابك مع الأداة أثناء القطع.يمكن أن يؤدي سهولة تصنيع الفولاذ إلى تسريع وقت المعالجة ، ولكنه قد يقلل من الليونة ومقاومة الصدمات.

الفولاذ المقاوم للصدأ
يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ على الكربون ، ولكنه يحتوي أيضًا على حوالي 11٪ من الكروم ، مما يزيد من مقاومة المادة للتآكل.المزيد من الكروم يعني صدأ أقل!يمكن أن تؤدي إضافة النيكل أيضًا إلى تحسين مقاومة الصدأ وقوة الشد.بالإضافة إلى ذلك ، يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ بمقاومة جيدة للحرارة ومناسب للفضاء والتطبيقات الأخرى في البيئات القاسية.
وفقًا للهيكل البلوري للمعدن ، يمكن تقسيم الفولاذ المقاوم للصدأ إلى خمسة أنواع.هذه الأنواع الخمسة هي الأوستينيت ، والفريت ، والمارتينسيت ، والدوبلكس ، وتصلب الترسيب.يتم تحديد درجات الفولاذ المقاوم للصدأ بثلاثة أرقام بدلاً من أربعة أرقام.يمثل الرقم الأول التركيب البلوري وعناصر السبائك الرئيسية.
على سبيل المثال ، الفولاذ المقاوم للصدأ فئة 300 عبارة عن سبيكة أوستنيتي من الكروم والنيكل.الفولاذ المقاوم للصدأ 304 هو الدرجة الأكثر شيوعًا ، والمعروف أيضًا باسم 18/8 ، لأنه يحتوي على 18٪ كروم و 8٪ نيكل.303 الفولاذ المقاوم للصدأ هو نسخة آلية مجانية من الفولاذ المقاوم للصدأ 304.تقلل إضافة الكبريت من مقاومته للتآكل ، لذلك من المرجح أن يصدأ الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 303 أكثر من الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 304.
يمكن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ في مجموعة واسعة من الصناعات.يمكن استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ من النوع 316 لمكونات الصمامات في المعدات الطبية مثل الآلات وخطوط الأنابيب بعد المعالجة المناسبة.يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 316 أيضًا في معالجة الصواميل والمسامير ، ويستخدم الكثير منها في صناعات الطيران والسيارات.يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 303 للتروس والأعمدة والأجزاء الأخرى اللازمة للطائرات والسيارات.

أداة الصلب إزميل
يتم استخدام فولاذ الأدوات لتصنيع الأدوات لعمليات التصنيع المختلفة ، بما في ذلك الصب بالقالب ، والقولبة بالحقن ، والختم والقطع.هناك العديد من السبائك الفولاذية المختلفة المتاحة لتطبيقات مختلفة ، لكنها كلها معروفة بصلابتها.يمكن لكل واحد منهم أن يتحمل تآكل الاستخدامات المتعددة (يمكن للقالب الفولاذي المستخدم في قولبة الحقن أن يتحمل مليون مرة أو أكثر من المواد) وله مقاومة عالية لدرجة الحرارة.
التطبيق الشائع لصلب الأدوات هو القولبة بالحقن ، والتي تتم معالجتها بواسطة الفولاذ المقوى CNC لإنتاج أجزاء إنتاج عالية الجودة.عادةً ما يتم اختيار فولاذ H13 نظرًا لأدائه الجيد في الإجهاد الحراري - يمكن أن تتحمل قوته وصلابته التعرض طويل المدى لدرجات الحرارة القصوى.يعتبر قالب H13 مناسبًا جدًا لمواد القولبة بالحقن المتقدمة مع درجة حرارة انصهار عالية ، لأنه يوفر عمرًا أطول للقالب مقارنة بالفولاذ الآخر - 500000 إلى مليون مرة.في نفس الوقت ، S136 من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وعمر القالب يتجاوز مليون مرة.يمكن صقل هذه المادة إلى أعلى مستوى واستخدامها للتطبيقات الخاصة للأجزاء التي تتطلب وضوحًا بصريًا عاليًا.

معالجة الصلب
تأتي بعض الخصائص الأكثر فائدة للصلب من خطوات المعالجة والقطع الإضافية.يمكن تنفيذ هذه الطرق قبل المعالجة لتغيير خصائص الفولاذ وتسهيل معالجة الفولاذ.يرجى تذكر أن مواد الصلابة قبل المعالجة ستطيل وقت المعالجة وتزيد من تآكل الأدوات ، ولكن يمكن معالجة الفولاذ بعد المعالجة الآلية لزيادة قوة أو صلابة المنتج النهائي.وهذا يعني أنه من المهم توقع أي علاج مخطط تحتاج لتطبيقه لتحقيق الخصائص الضرورية لأجزائك.

المعالجة الحرارية
تشير المعالجة الحرارية إلى عدة عمليات مختلفة تتضمن معالجة درجة حرارة الصلب لتغيير خصائصه المادية.مثال على ذلك هو التلدين ، والذي يستخدم لتقليل الصلابة وزيادة ليونة ، مما يجعل الفولاذ أسهل في المعالجة.تقوم عملية التلدين بتسخين الفولاذ ببطء إلى درجة الحرارة المطلوبة وتحتفظ به لفترة من الوقت.يعتمد الوقت ودرجة الحرارة اللازمتان على السبيكة المحددة وتنخفض مع زيادة محتوى الكربون.أخيرًا ، يتم تبريد المعدن ببطء في الفرن أو محاطًا بمادة عازلة.
يمكن أن يؤدي تطبيع المعالجة الحرارية إلى القضاء على الضغط الداخلي في الفولاذ مع الحفاظ على قوة وصلابة أعلى من الفولاذ الملدن.أثناء التطبيع ، يتم تسخين الفولاذ إلى درجة حرارة عالية ثم تبريده بالهواء للحصول على صلابة أعلى.
الفولاذ المروي هو عملية معالجة حرارية أخرى.لقد خمنت ذلك ، إنها تصلب الفولاذ.كما أنه يزيد من القوة ، ولكنه يجعل المادة أكثر هشاشة.تتكون عملية التصلب من تسخين الفولاذ ببطء ، ونقعه في درجة حرارة عالية ، ثم تبريد الفولاذ بسرعة في الماء أو الزيت أو محلول ملحي.
أخيرًا ، تم اعتماد عملية المعالجة الحرارية للتقسية لتقليل هشاشة الفولاذ المسقى.الفولاذ المقسى مطابق تقريبًا للتطبيع: قم بتسخينه ببطء إلى درجة حرارة محددة ، ثم قم بتبريد الفولاذ بالهواء.الفرق هو أن درجة حرارة التقسية أقل من العمليات الأخرى ، مما يقلل من هشاشة وصلابة الفولاذ المقسى.

تصلب الترسيب
يعمل تصلب الترسيب على تحسين قوة الخضوع للفولاذ.قد تحتوي بعض درجات الفولاذ المقاوم للصدأ على قيم الأس الهيدروجيني في أسمائها ، مما يعني أنها تتمتع بخصائص تصلب الترسيب.يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الفولاذ المصلد بالترسيب في أنه يحتوي على عناصر إضافية: النحاس أو الألومنيوم أو الفوسفور أو التيتانيوم.هناك العديد من السبائك المختلفة.من أجل تنشيط خاصية التصلب بالترسيب ، يتم تشكيل الفولاذ في الشكل النهائي ثم يخضع لمعالجة التقسية بالشيخوخة.تسخن عملية التقسية المتقادمة المادة لفترة طويلة لترسيب العناصر المضافة وتشكيل جزيئات صلبة بأحجام مختلفة ، وبالتالي تحسين قوة المادة.
17-4PH (المعروف أيضًا باسم 630 فولاذ) هو مثال شائع لدرجات تصلب الفولاذ المقاوم للصدأ.تحتوي السبيكة على 17٪ كروم و 4٪ نيكل و 4٪ نحاس مما يساهم في تصلب الترسيب.نظرًا لزيادة الصلابة والقوة ومقاومة التآكل العالية ، يتم استخدام 17-4PH لمنصات HELIDECK وشفرات التوربينات وأسطوانات النفايات النووية.

العمل الباردة
يمكن أيضًا تغيير خصائص الفولاذ دون استخدام كمية كبيرة من الحرارة.على سبيل المثال ، أصبح الفولاذ المشغل على البارد أقوى من خلال عملية تصلب العمل.يحدث تصلب العمل عندما يتشوه المعدن بشكل بلاستيكي.يمكن تحقيق ذلك عن طريق طرق المعدن أو دحرجته أو سحبه.أثناء المعالجة الآلية ، في حالة ارتفاع درجة حرارة الأداة أو قطعة العمل ، قد يحدث تصلب العمل أيضًا بشكل عرضي.يمكن للعمل على البارد أيضًا تحسين قابلية تشكيل الفولاذ.الفولاذ منخفض الكربون مناسب جدًا للعمل البارد.

احتياطات لتصميم الهيكل الصلب
عند تصميم الأجزاء الفولاذية ، من المهم تذكر الخصائص الفريدة للمادة.قد يتطلب جعله مناسبًا تمامًا لخصائص تطبيقك مزيدًا من الاهتمام بتصميم التصنيع (DFM).
نظرًا لصلابة المادة ، تستغرق معالجة الفولاذ وقتًا أطول من المواد الأخرى اللينة مثل الألومنيوم أو النحاس.تحتاج إلى استخدام إعدادات الماكينة الصحيحة لتحسين جودة المعالجة وتقليل تآكل الأداة.في الواقع ، هذا يعني سرعة أبطأ للمغزل وسرعة التغذية لحماية الأجزاء والقوالب الخاصة بك.
حتى إذا لم تقم بالمعالجة نفسها ، فلا يزال يتعين عليك تقييم نوع الفولاذ المناسب لمشروعك ، ليس فقط الصلابة والقوة ، ولكن أيضًا الاختلاف في التشغيل الآلي.على سبيل المثال ، يبلغ وقت معالجة الفولاذ المقاوم للصدأ حوالي ضعف وقت معالجة الفولاذ الكربوني.عند اتخاذ قرار بشأن الدرجات المختلفة ، يجب أن تفكر أيضًا في الخصائص التي لها الأولوية القصوى وأي سبائك الصلب يسهل الحصول عليها.تحتوي الدرجات المستخدمة بشكل شائع ، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 304 أو 316 ، على نطاق أوسع من أحجام المخزون للاختيار من بينها وتتطلب وقتًا أقل للعثور عليها وشرائها.