صلب التقسية في الزيت معالجنه وخواصة واستخداماته

 خواص صلب التقسية في الزيت

مقدمة:

يتناول هذا المقال صلب العدة القياسي القابل للتقسية بالزيت والتشغيل علي البارد، والتي يرمز لها بالرمز "O" متبوعًا بالأرقام 1، 3، 6 أو 7. وبشكل عام، فإن قابلیتُ تقسية هذه النوع من الصلب أعلى بكثير من صلب العدة القابل للتقسية بالماء (سلسلة W)، وبالتالي يمكن تقسيتها بغمرها في الزيت.

  ويعتبر الفولاذ O1 هو الأكثر استخدامًا على الإطلاق، ويتم إنتاجه من قبل جميع مصانع صلب العدة.

  هناك بعض الاختلافات الطفيفة في التركيب الكيميائي لفولاذ O1؛ ومع ذلك، فإن هذه الاختلافات لا تؤثر على إجراءات المعالجة الحرارية بشكل ملحوظ. يوجد جزء من الكربون في فولاذ O6 في صورة جرافيت، وهو ما يمثل عاملًا مهمًا في بعض الأحيان في تصنيع القوالب المعقدة.

 كما تعمل جسيمات الجرافيت في بنيته المجهرية على بمثابة مادة تشحيم مدمجة، مما يؤدي إلى عمر أفضل للقوالب في عمليات السحب العميق.

 فائدة إضافة التنجستن

يُستخدم صلب العدة O7 أحيانًا في القوالب التي تتطلب الحفاظ على حواف القطع الحادة - وهي ميزة تعززها إضافة التنجستن ومحتوى الكربون الأعلى.

يتم عادةً تطبيع: Normalized  سلسلة 0 لإنتاج بنية حبيبية أكثر توحيدًا ودقة، خاصة بعد الحدادة أو التسخين المسبق لدرجات حرارة أعلى بكثير من درجة الحرارة الموصى بها : Austenitizing Temperature  

عندما يتم تخمير الأدوات النهائية أو نصف النهائية، يجب حمايتها من إزالة الكربنة أو الكربنة أثناء التخمير او التلدين. 

يمكن تخمير الفولاذ 01 بشكل دوري  . وفي معظم الحالات، لا يؤدي  Stress Relieving of Tools  لأدوات قبل التصلب النهائي final hardening   إلى تقليل التشوه بشكل ملحوظ خلال التصلب؛ ومع ذلك، فإن التسخين المسبق لصلب 0 يقلل من التشوه أثناء التصلب اللاحق.

المدي الأمثل لدرجة حرارة حمامات التبريد  The optimum temperature range for Quenching Baths     التي تتكون من زيوت عادية هو من 50 إلى 70 درجة مئوية (120 إلى 160 درجة فهرنهايت). وينصح بالتحريك او التقليب . على الرغم من أنه يتم تبريده عادةً في الزيت، إلا أنه يتم تبريد الفولاذ 07 أحيانًا في الماء أو المحلول الملحي عندما تكون هناك حاجة إلى أقصى صلابة وتكون المقاطع الثقيلة Heavy Sections متضمنة.

إذا كان التحكم في التشوه مهمًا بشكل خاص،Martempering Sometimes is advantageous

 فإن Martempering  في بعض الأحيان يكون مفيدًا. يتم استخدام حمام من الزيت أو الملح المصهور، والذي يتم الحفاظ عليه عادةً عند درجة حرارة أعلى من درجة الحرارة الحرجة بمقدار ( 15 إلى 28 )درجة مئوية (15 إلى 80 درجة فهرنهايت). 

المعالجة حرارية لصلب العدة عامة من سلسلة 0:

• التلدين: عند تلدين العدد النهائية أو نصف النهائية، يجب حمايتها من الكربنة أو نزع الكربنة أثناء التلدين. يمكن إجراء التلدين الدوري لـ 01.
• التقسية: عادةً ما يتم تطبيع: Normalized هذه الفولاذات للحصول على بنية حبيبية أكثر توحيدًا ودقة، خاصة بعد التشكيل بالضغط أو التسخين المسبق لدرجات حرارة أعلى بكثير من درجة التقسية الموصى بها.
• التبريد: المجال الأمثل لدرجة حرارة حمامات التقسية المكونة من زيوت تقليدية هو 50 إلى 70 درجة مئوية (120 إلى 160 درجة فهرنهايت). يُوصى بالتحريك. على الرغم من أنه يتم تقسية 07 عادةً في الزيت، إلا أنه يمكن تقسيته في الماء أو المحلول الملحي عندما تكون هناك حاجة إلى أقصى صلابة، وتستخدم المقاطع الثقيلة.
• المراجعة: في معظم الحالات، لا يقلل تخفيف الإجهاد للأدوات قبل التقسية النهائية من التشوه بشكل ملحوظ أثناء التقسية. ومع ذلك، فإن التسخين المسبق لفولاذ 0 يقلل من التشوه أثناء التقسية اللاحقة.
  
• Martempering : إذا كان التحكم في التشوه مهمًا بشكل خاص، فقد يكون Martempering مفيدًا في بعض الأحيان. يتم استخدام حمام من الزيت أو الملح المصهور، والذي يتم الاحتفاظ به عادةً عند حوالي -14 إلى -28 درجة مئوية (5 إلى -20 درجة فهرنهايت) فوق درجة الحرارة الحرجة. يجب أن يتم المراجعة علي صلب 0 على الفور بعد التقسية، أي قبل الوصول إلى درجة حرارة الغرفة. نطاق Tempering Range الأكثر شيوعًا هو 175 إلى 205 درجة مئوية (345 إلى 400 درجة فهرنهايت). يعتمد الوقت عند درجة الحرارة على حجم القطعة.

  تقسية الصلب بالزيت هي عملية تقوية الصلب عن طريق تسخينه إلى درجة حرارة عالية ثم تبريده بسرعة في وسط تبريد يكون عادة زيتيًا.

 يتم استخدام هذه العملية لتحسين صلابة الصلب ومتانته ومقاومته للتآكل. يمكن استخدام العديد من الزيوت لعملية التقسية، بما في ذلك زيوت الحيتان وزيوت بذرة القطن والزيوت المعدنية.

 ومن بين العيوب المحتملة لعملية التقسية بالزيت هي أنها تؤدي إلى تشوه الشكل وتشقق الصلب.

 ومن بين المميزات الرئيسية لهذه العملية هي أنها تحسن صلابة الصلب ومتانته ومقاومته للتآكل

 

استخدامات صلب التقسية في الزيت:

• عدد القطع: تُستخدم أدوات القطع المصنوعة من صلب التقسية في الزيت في مجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل تشغيل المعادن والقطع الخشبي.

• أدوات القياس: تُستخدم أدوات القياس المصنوعة من صلب التقسية في الزيت في القياسات الدقيقة، مثل أدوات قياس المسافات وأدوات قياس الزوايا.

• عدد واسطمبات التشكيل: تُستخدم أدوات التشكيل المصنوعة من صلب التقسية في الزيت في تشكيل المعادن، مثل قوالب الصب وقوالب الضغط.

• أجزاء الآلات: تُستخدم أجزاء الآلات المصنوعة من صلب التقسية في الزيت في مجموعة متنوعة من التطبيقات، مثل التروس والمحامل والأعمدة.

• أدوات الحفر: تُستخدم أدوات الحفر المصنوعة من صلب التقسية في الزيت في حفر المعادن والخشب والمواد الأخرى.

• الأدوات الزراعية: تُستخدم الأدوات الزراعية المصنوعة من صلب التقسية في الزيت في مجموعة متنوعة من التطبيقات الزراعية، مثل المحاريث والمجارف.

التركيب الكيميائي لصلب التقسية في الزيت:

يتكون صلب التقسية في الزيت بشكل أساسي من الحديد والكربون، مع إضافة عناصر أخرى لتحسين خصائصه، مثل:

• الكروم: يزيد من مقاومة التآكل ويحسن صلابة الصلب.

• النيكل: يزيد من قوة الصلب ويحسن مقاومته للصدمات.

• الموليبدينوم: يزيد من صلابة الصلب ويحسن مقاومته للحرارة.

• الفاناديوم: يزيد من صلابة الصلب ويحسن مقاومته للتآكل.

• السيليكون: يزيد من قوة الصلب ويحسن قابليته للتشغيل.

أنواع فولاذ الأدوات من سلسلة 0: 

• فولاذ 01:
  • أكثر أنواع فولاذ سلسلة 0 شيوعًا, معظم مصانع صلب العدة .
  • يستعمل لتصنيع الأدوات الباردة المعالجة بالزيت بسبب صلابته وقابليته العالية للتصلب.
  • قابلية التلدين عالية جدًا.
  • مناسب للأدوات متعددة الاستخدامات.
• فولاذ 06:
  • يحتوي على نسبة من الكربون على شكل جرافيت، مما يجعله خيارًا جيدًا للأدوات ذات التصميم المعقد.
  • الجسيمات الجرافيتية بمثابة مواد تشحيم داخلية، مما يحسن من عمر القوالب في عمليات التعميق.
• فولاذ 07:
  • يستخدم أحيانًا في القوالب التي تتطلب حفاظًا على حواف القطع الحادة.
  • يُعزز محتوى الكربون والتنجستن الصلابة.
    

تُصنع العديد من الأدوات الباردة من فولاذ سلسلة 0 بسبب صلابته وقابليته العالية للتصلب. ويُعد فولاذ 01 أكثر أنواع هذه السلسلة شيوعًا، بينما يُستخدم فولاذ 06 للأدوات ذات التصميم المعقد وفولاذ 07 للقوالب التي تتطلب حوافًا حادة. وتتطلب معالجة هذه الفولاذات التطبيع والتقسية بالزيت والتلطيف الفوري للحفاظ على خواصها.

 عدة أمثلة لصلب التقسية في الزيت وتركيبها الكيميائي:

• 1.  DIN l.2510  = AISI O1

• التركيب الكيميائي:

  • كربون: 0.90-1.05%
  • منغنيز: 1.0%
  • سيليكون: 0.20-0.5%
  • كروم: 0.40-0.60%
  •  0.5نيكل %
    
  • مكونات أخرى: بكميات قليلة
  
  

• الخصائص:

  • صلابة عالية (HRC 60-65)
  • مقاومة جيدة للتآكل
  • قوة تحمل عالية
  •  صلب ثابت الابعاد في اثناء المعالجة الحرارية
    
  • قابلية جيدة للتشغيل

• الاستخدامات:

  • أدوات القطع
  • أدوات القياس
  • قوالب الصب
  • أدوات التشكيل

2.   DIN 1.2842 = AISI O2              

• التركيب الكيميائي:

  • كربون: 1.20-1.35%
  • منغنيز: 0.20-0.35%
  • سيليكون: 0.20-0.35%
  • كروم: 0.40-0.60%
  • مكونات أخرى: بكميات قليلة

• الخصائص:

  • صلابة عالية (HRC 62-67)
  • مقاومة جيدة للتآكل
  • قوة تحمل عالية
  • قابلية جيدة للتشغيل

• الاستخدامات:

  • أدوات القطع
  • أدوات القياس
  • قوالب الصب
  • أدوات التشكيل

3.   DIN  1.2206   = AISI O6          

 

• التركيب الكيميائي:

  • كربون: 0.85-0.95%
  • منغنيز: 0.20-0.35%
  • سيليكون: 0.20-0.35%
  • كروم: 0.75-1.00%
  • مكونات أخرى: بكميات قليلة

• الخصائص:

  • صلابة عالية (HRC 59-64)
  • مقاومة جيدة للتآكل
  • قوة تحمل عالية
  • قابلية جيدة للتشغيل

• الاستخدامات:

  • أدوات القطع
  • أدوات القياس
  • قوالب الصب
  • أدوات التشكيل
  
  

7.  DIN I.2414 ,1.2419, 1.2442= AISI O7

• التركيب الكيميائي:        

  • كربون: 0.65-1.2%
  • منغنيز: 0.20-1.0%
  • سيليكون: 0.20-0.35%
  • كروم: 0.75-1.00%
  • تنجستن %1.75
    
  • مكونات أخرى: بكميات قليلة

• الخصائص:

  • صلابة عالية (HRC 57-62)
  • مقاومة جيدة للتآكل
  • قوة تحمل عالية
  • قابلية جيدة للتشغيل

• الاستخدامات:

  • أدوات القطع
  • أدوات القياس
  • قوالب الصب
  • أدوات التشكيل

  مميزات وعيوب صلب التقسية في الزيت:

مميزات صلب التقسية في الزيت:

1. صلابة وقوة عالية: يتميز صلب التقسية في الزيت بصلابة عالية (HRC 50-65) وقوة تحمل عالية due to its fine martensitic microstructure.

2. مقاومة جيدة للتآكل: يُظهر صلب التقسية في الزيت مقاومة جيدة للتآكل بفضل تركيبه الكيميائي الذي قد يتضمن عناصر مثل الكروم والموليبدينوم.

3. متانة عالية: يتمتع صلب التقسية في الزيت بقدرة عالية على تحمل الأحمال العالية والتشوه، مما يجعله مناسبًا للاستخدامات   الهيكلية.

4. قابلية جيدة للتشغيل: يمكن تشغيل صلب التقسية في الزيت O بسهولة نسبيًا قبل عملية المعالجة الحرارية.

5. مقاومة جيدة للصدمات: يمتلك صلب التقسية في الزيت قدرة جيدة على امتصاص الطاقة دون الانهيار، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للصدمات.

6. تكلفة معقولة: يعتبر صلب التقسية في الزيت أرخص من بعض أنواع الصلب الأخرى ذات خصائص مماثلة.

7. سهولة المعالجة الحرارية: يمكن معالجة صلب التقسية في الزيت بسهولة نسبيًا باستخدام تقنيات المعالجة الحرارية الشائعة.

8. تنوع في التركيب الكيميائي: يتوفر صلب التقسية في الزيت في مجموعة متنوعة من التركيبات الكيميائية لتلبية احتياجات التطبيقات المختلفة.

عيوب صلب التقسية في الزيت:    

• الهشاشية: يمكن أن يكون صلب التقسية في الزيت هشًا في بعض الأحيان، مما يجعله عرضة للكسرفي بعض التطبيقات.

• تشوه عند المعالجة الحرارية: يمكن أن يتشوه صلب التقسية في الزيت أثناء عملية المعالجة الحراريةعند تعرضه لدرجات حرارة عالية ، مما يتطلب عمليات تصنيع إضافية.

• حساسية للتبريد: يمكن أن يتشقق صلب التقسية في الزيت إذا تم تبريده بسرعة كبيرة.

• صعوبة اللحام: يمكن أن يكون صلب التقسية في الزيت صعب اللحام، مما يتطلب مهارات وخبرات خاصة.

بشكل عام، يعتبر صلب التقسية في الزيت خيارًا ممتازًا للعديد من التطبيقات نظرًا لخصائصه المميزة، مثل صلابته العالية ومقاومته للتآكل وقابليته للتشغيل. ومع ذلك، من المهم مراعاة عيوبه، مثل هشاشته واحتمالية تشوهه، عند اختياره لتطبيق معين

المعالجة الحرارية للصلب O1  :

**المعادلة (Normalizing):

• درجة الحرارة: 870 درجة مئوية (1600 درجة فهرنهايت).
• فترة التحميل: يتراوح من حوالي 15 دقيقة للأقسام الصغيرة إلى حوالي 1ساعة للمشغولات الكبيرة.
• التبريد: في الهواء الساكن.

التخمير (Annealing):

• درجة الحرارة: 760 إلى 790 درجة مئوية (1400 إلى 1450 درجة فهرنهايت) (استخدم درجة حرارة أقل للأقسام الصغيرة ودرجة حرارة أعلى للأقسام الكبيرة).
• وقت التحميل: يتراوح من حوالي 1 إلى 4 ساعات (استخدم وقتًا أقل للمشغولات الخفيفة وكميات الفرن الصغيرة، ووقتًا أطول للأقسام الثقيلة والكميات الكبيرة).
• التبريد: لا يتجاوز معدل التبريد 32 درجة مئوية (58 درجة فهرنهايت) في الساعة بعد الوصول إلى 510 درجة مئوية (950 درجة فهرنهايت). صلابة التخمير النموذجية: 183 إلى 212 HB.

دورة المعالجة الحرارية (Cycle Annealing):

1. التسخين إلى 730 درجة مئوية (1350 درجة فهرنهايت) والتحميل لمدة 4 ساعات.
2. التسخين إلى 780 درجة مئوية (1435 درجة فهرنهايت) والتحميل لمدة 2 ساعة.
3. التبريد إلى 690 درجة مئوية (1275 درجة فهرنهايت) والتحميل لمدة 6 ساعات.
4. التبريد في الهواء.

إزالة الاجهادات : (Stress Relieving):

• درجة الحرارة: 650 إلى 675 درجة مئوية (1200 إلى 1245 درجة فهرنهايت).
• وقت التحميل: ساعة واحدة لكل بوصة من المقطع العرضي (بحد أدنى ساعة واحدة).
• التبريد: في الهواء.

التقسية (Hardening):

1. تسخين مسبق عند 650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت).
2. التنشيط (Austenitizing): عند 790 إلى 815 درجة مئوية (1455 إلى 1500 درجة فهرنهايت) لمدة 10 إلى 30 دقيقة, ثم التبريد في الزيت.
3. الصلادة بعد التقسية: 63 إلى 65 HRC.

 

 التثبيت (Stabilizing): (اختيارية) للأشكال المعقدة.

• المعالجة الحرارية لتخفيف الضغط: 150 إلى 160 درجة مئوية (300 إلى 320 درجة فهرنهايت) لمدة 20 إلى 30 دقيقة.
• التبريد: درجة حرارة تتراوح بين -73 درجة مئوية و-195 درجة مئوية (-100 درجة فهرنهايت و-320 درجة فهرنهايت).

 المراجعة او التطبيع : Tempering

* يجب مراجعة الصلب 0 على الفور بعد التقسية مباشرة :

    The 0 steels should be tempered immediately after quenching .

 و قبل الوصول إلى درجة حرارة الغرفة. 

* نطاق المراجعة Tempering Range  الأكثر استخدامًا هو ( 175  إلى 205 ) درجة مئوية (345 إلى 400  

 درجة فهرنهايت) وحسب صلابة المراجعة المطلوبة.

 * يرتبط فترة التسخين لدرجة الحرارة بحجم القطعة. Time at temperature varies with section size

 * الصلادة بعد عملية المراجعة  : 62 إلى 57 HRC تقريبا.