الفولاذ المقاوم للصدأ: الصلابة وخصائص السبائك

مسافة بادئة من الفولاذ المقاوم للصدأ

يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل رئيسي لمقاومته للتآكل، إلا أن متانته وصلابته تجعلانه مادة متعددة الاستخدامات. تُحدد صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ العديد من تطبيقاته المحتملة. 

قضبان الفولاذ المقاوم للصدأ

تتراوح تطبيقات الفولاذ من المكونات الصناعية، وقطع غيار السيارات، وبناء الجسور، إلى المنتجات الاستهلاكية. ومن طرق تصنيف أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ تركيبه وصلابته. 

في هذه المقالة سوف تتعلم عن صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ والعوامل المؤثرة على صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ مع التركيز على تحسين الصلابة.

 

ما هي الصلابة؟

الحفر الغاطس في عينة فولاذية

الصلابة هي قدرة المادة على مقاومة أي نوع من التشوه البلاستيكي الموضعي، والخدش، والانبعاج عند تعرضها لحمل. أما بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ، فالصلابة خاصية ميكانيكية تؤثر على مقاومة التآكل، والقوة، وقابلية تشغيل المادة.

تُحدَّد صلابة المادة باستخدام اختبار الانبعاج، وتُقاس مقاومة الاختراق بأداة مُحدَّدة مُسبقًا. ويمكن قياس الصلابة كميًا باستخدام مقاييس الصلابة.

تختلف صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل كبير اعتمادًا على تركيبة السبائك والمعالجة الحرارية وطرق التشكيل. 

كيف يتم قياس صلابة الفولاذ؟

هناك طرق معيارية لاختبار صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ. تقيس هذه الاختبارات مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ للانبعاج الناتج عن أداة ماسية أو كروية الشكل. 

اختبار صلابة روكويل

روكويل اختبار صلابة

يستخدم اختبار صلابة روكويل حملاً وشكل أداة محددين. يوجد مقياسان للصلابة في روكويل يُستخدمان عادةً للفولاذ المقاوم للصدأ: الأول هو روكويل C أو HRC، والثاني هو روكويل B أو HRB. 

الفرق بين HRB وHRC يكمن في صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ. HRB أكثر ليونة. درجات سبائك الفولاذ المقاوم للصدأويستخدم HRC بشكل أساسي في درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الأكثر صلابة مثل الفولاذ المارتنسيتي.

يستخدم اختبار روكويل حمولة صغيرة لتثبيت المثقب، ثم حمولة أكبر لإجباره على دخول الفولاذ المقاوم للصدأ. باستخدام درجات مارتنسيتية مثل 420 كمثال، يمكن تحقيق قيمة HRC تبلغ 50 أو أعلى، ويقع الفولاذ المقاوم للصدأ 304 ضمن نطاق روكويل B من 70 إلى 90. 

اختبار صلابة برينل

اختبار صلابة برينل

يقيس اختبار صلابة برينيل قطر الانبعاج، والأداة المستخدمة هي كرة انبعاج دائرية مصنوعة من الفولاذ المقسّى؛ بينما يستخدم الفاحصون المعاصرون كرات كربيد التنغستن. يُعد اختبار صلابة برينيل مثاليًا للفولاذ المقاوم للصدأ الأكثر ليونة. 

يستخدم مقياس برينيل قيم HB؛ على سبيل المثال، يمكن أن تتراوح قيمة HB للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي بين 150 و200 HB. لا يُعد هذا المقياس مثاليًا للمواد الصلبة، ولكنه مناسب للمواد اللينة، ويمكن استخدامه على مجموعة واسعة من المواد. 

اختبار صلابة فيكرز

اختبار فيكرز

يستخدم اختبار فيكرز أداةً ماسيةً على شكل هرم لإحداث انبعاج تحت حمل مُتحكم فيه. يستخدم اختبار صلابة فيكرز وحدات فيكرز (HV). يناسب اختبار صلابة فيكرز الفولاذ المقاوم للصدأ اللين والصلب. 

يمكن استخدامه على الفولاذ المقاوم للصدأ المُصلَّب، ويوفر قياسات دقيقة. على سبيل المثال، يمكن استخدامه على الفولاذ المقاوم للصدأ المُصلَّب بالترسيب الذي يُظهر قيمة تتجاوز 300 HV، مما يعكس قوة عالية. 

العوامل المؤثرة على صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ

تتأثر صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ بالعديد من الأشياء، بدءًا من تركيبه وحتى المعالجة الحرارية وطرق ما بعد المعالجة. 

التركيب

التركيب الكيميائي هو العامل الرئيسي الذي يؤثر على صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ. يتكون الفولاذ المقاوم للصدأ من الحديد والكربون، بالإضافة إلى عناصر سبائك ثانوية مثل الكروم والنيكل والموليبدينوم. 

يتراوح الكروم بين 10.5% إلى 30% ويضاف أساسًا لخصائصه المقاومة للتآكل، ويشكل طبقة أكسيد توفر الحماية للفولاذ المقاوم للصدأ. 

يوجد النيكل عادةً في الصنفين 304 و316، ويُستخدم لتحسين اللدونة. العامل الأهم في صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ هو كمية الكربون الموجودة في السبيكة. 

بنية الحبوب

بنية حبيبات السبائك المعدنية

يتغير التركيب الدقيق للفولاذ المقاوم للصدأ بسبب عناصر السبائك ومعالجة الفولاذ. 

• الفولاذ المقاوم للصدأ: تتميز درجات الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و316 ببنية مكعبة مركزية الوجه (FCC). وتوفر أداءً ممتازًا المقاومة للتآكل لكن صلابتها أقل نظرًا لمرونتها. لا يمكن تقوية هذه الفولاذات المقاومة للصدأ FCC بالمعالجة الحرارية، ولكن يمكن تصلبها بالتشغيل. 
• الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي: تتميز درجات مثل 410 و420 ببنية رباعية الأضلاع مركزية الجسم. هذا يعني إمكانية تقوية الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي بطرق المعالجة الحرارية مثل التبريد والتصلب.
• الفولاذ المقسى بالترسيب: تحقق هذه السبائك قوة وصلابة عالية من خلال تصلب هطول الأمطار. تؤدي هذه الطريقة إلى ظهور الرواسب بعد المعالجة الحرارية.  

المعالجة الحرارية

المعالجة الحرارية هي عملية تُحسّن صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ. بالنسبة للفولاذ المارتنسيتي والأصناف المُصلدة بالترسيب، تُعدّ هذه الطريقة الأمثل لتحسين صلابته. 

في المعالجة الحرارية، تتضمن عملية التبريد السريع للفولاذ المقاوم للصدأ من درجة حرارة عالية لتثبيت أو تثبيت الهيكل المتصلب في الشبكة. يُقلل تلطيف الفولاذ المقاوم للصدأ من هشاشته مع الحفاظ على صلابته. 

الدرجات الأوستنيتية مثل 304 و 316، والتي هي شائعة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي الفولاذ المقاوم للصدأ، لا يمكن تقوية هذه المواد عن طريق المعالجة الحرارية؛ وبدلاً من ذلك، يتم تقويتها باستخدام التصلب بالعمل. 

تشكيل العملية

عمليات التشكيل هي عمليات ميكانيكية تُشكِّل الفولاذ المقاوم للصدأ إلى المكون المطلوب. كما يُمكن للتشوه الميكانيكي أن يُقوّي الفولاذ ويصلبه. 

العمل الباردة

تتضمن عمليات التشغيل البارد الدرفلة أو السحب أو الانحناء (الشائعة في تصنيع صفائح الفولاذ المقاوم للصدأ) في درجة حرارة الغرفة، والتي يمكن أن تعمل على تقوية درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مثل 304 و316. 

العمل الساخن

إن المعالجة الساخنة التي تتم في درجات حرارة عالية لها فوائد عديدة، بعضها يتمثل في تقليل الصلابة من خلال السماح بإعادة التبلور وتخفيف الضغط في البنية الدقيقة للفولاذ المقاوم للصدأ. 

تزوير

يُشكِّل التشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ تحت ضغوط وأحمال عالية. يُحسِّن تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي، ثم معالجته حراريًا، صلابته، بينما يُعطي الفولاذ الأوستنيتي صلابة متوسطة فقط. 

 

أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ وصلابتها مع استخداماتها وخصائصها ومقارنتها

تختلف أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ في صلابتها بسبب التشكيل والتركيب والبنية الدقيقة والخصائص الميكانيكية خصائص الفولاذ المقاوم للصدأتُظهر الفولاذ المقاوم للصدأ الأكثر شيوعًا اختلافًا بسيطًا في التركيب الكيميائي، لكن هذا يغير تطبيقها الرئيسي. 

الفولاذ المقاوم للصدأ 304: الخصائص والصلابة

الفولاذ المقاوم للصدأ 304 من سلسلة 300 يحتوي على 18% كروم و8% نيكل. ويُسمى أيضًا 18-8 الفولاذ المقاوم للصدأ ومعروف بمقاومته الممتازة للتآكل وسهولة تشغيله. يتميز بصلابة منخفضة نسبيًا مقارنةً بأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى. 

تتراوح صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ 304 بين 70 و90 على مقياس روكويل ب، أو بين 150 و200 على مقياس برينيل. ويُستخدم على نطاق واسع في المعدات الكيميائية ومعدات تجهيز الأغذية نظرًا لمقاومته للتآكل. 

الفولاذ المقاوم للصدأ 316: مقاومة معززة للتآكل والصلابة

خصائص أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ 316L

الفولاذ المقاوم للصدأ 316 هو درجة أوستنيتية أخرى من السلسلة 300 التي تحتوي على 2 - 3٪ من الموليبدينوم لمقاومة التآكل، وخاصة للبيئات البحرية والكلوريد. 

يتراوح نطاق 316 بين 70 و90 على مقياس روكويل ب. يُستخدم بشكل رئيسي في القوارب، وفي البيئات البحرية، وفي الأجهزة الطبية. ويُطلق عليه أيضًا الفولاذ الجراحي بسبب استخدامه في الأدوات الجراحية.

الفولاذ المقاوم للصدأ 420: تطبيقات صلابة عالية

يحتوي الفولاذ المارتنسيتي 420 المقاوم للصدأ على نسبة أعلى من الكربون، مما يمنحه صلابة أعلى من خلال المعالجة الحرارية. يمكن أن يصل الفولاذ المارتنسيتي 420 إلى صلابة تتراوح بين 50 – 55 على مقياس روكويل سي. 

صلابة الفولاذ العالية تعني مقاومة أفضل للتآكل وتطبيقات في الأدوات الجراحية والصمامات. ومع ذلك، فإن مقاومته للتآكل أقل بكثير من مقاومة الفولاذ المقاوم للصدأ 316 و304.

الفولاذ المقاوم للصدأ 410: موازنة الصلابة والمتانة

الفولاذ المقاوم للصدأ 410 هو أيضًا فولاذ مقاوم للصدأ مارتنسيتي، ذو محتوى كربون أقل من 420 وصلابة متوسطة. تتراوح درجة صلابته بعد المعالجة الحرارية على HRC بين 30 و40. يوفر توازنًا بين خصائص مقاومة التآكل والصلابة. 

 

أيهما أفضل الفولاذ الجراحي أم الفولاذ المقاوم للصدأ؟

قد يكون هذا هو السؤال المطروح بعد دراسة خصائص وقدرات نوعي الفولاذ. لا يوجد أفضل منهما؛ المعيار الوحيد هو ملاءمته لتطبيقات محددة. هذا هو رأينا، مدعومًا بسنوات من الخبرة في التعامل مع أكثر من 100 مادة. 

الفولاذ الجراحي والفولاذ المقاوم للصدأ متعدد الاستخدامات، ومقاوم للتآكل، ومتين. هذه مجرد بعض أوجه التشابه، ولكن هناك أيضًا اختلافات بينهما، مما يساعد في تحديد النوع المناسب. 

تكمن الاختلافات في محتويات السبائك المحددة، والتي تمنح المواد خصائصها ومميزاتها. 

صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ مقابل صلابة الفولاذ الجراحي

يتميز كل من الفولاذ الجراحي والفولاذ المقاوم للصدأ بمتانة عالية ومقاومة للتآكل، إلا أن صلابتهما تختلف باختلاف النوع والتركيب المستخدم. يُعد الفولاذ الجراحي نوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ مصممًا للاستخدامات الطبية والصناعية والصحية، وغالبًا ما يحتوي على عناصر إضافية تُحسّن من قوته ومقاومته للصدأ وأداء سطحه. أما الفولاذ المقاوم للصدأ العادي، فيتوفر بدرجات عديدة تُستخدم في البناء وأدوات المطبخ والتصنيع، وتختلف هذه الدرجات بين الفولاذ الجراحي من حيث الليونة والصلابة.

ولأن كلا المادتين يتم إنتاجهما لأغراض مختلفة، فلا توجد مادة أصلب من الأخرى بشكل عام، ويعتمد الأداء العام على جودة السبيكة والمعالجة الحرارية والتطبيق المقصود.

تحسين صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ

يستخدم صانعو المعادن عدة طرق لتحسين صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ. 

• المعالجة الحرارية: بالنسبة للدرجات المارتنستية مثل 410 و 420، فإن التبريد والتكييف يمكن أن يحسن الصلابة بشكل كبير لتشكيل بنية مارتنسيتية صلبة، في حين يقلل التكييف من الهشاشة. 
• تصلب العمل: تزيد الدرجات الأوستنيتية المعالجة على البارد من صلابتها وقوتها في الشد.
• تساقط: تشكل الفولاذ المقاوم للصدأ المتصلب بالترسيب رواسب بعد المعالجة الحرارية لتعزيز القوة والصلابة دون التضحية بمقاومة التآكل.
• صناعة السبائك: إن زيادة محتوى الكربون في الفولاذ المقاوم للصدأ يمكن أن يجعله أكثر صلابة ومقاومة للتآكل على الفور.فولاذ الأربون والفولاذ المقاوم للصدأ تختلف قوتهما اختلافًا جذريًا. استخدام الموليبدينوم يُحقق نفس التأثير. 

 

خاتمة

تُعد صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ من أهم الخصائص التي تحدد استخداماته وملاءمته. إن فهم العوامل المؤثرة على الصلابة، مثل التركيب الكيميائي، وبنية الحبيبات، والمعالجة الحرارية، والتشكيل، يُساعدك على اختيار نوع الفولاذ المقاوم للصدأ المناسب. 

يمكن لتقنيات مثل المعالجة الحرارية أن تعمل على تحسين صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ؛ ومع ذلك، يجب أن تكون حذرًا مع البنية الدقيقة وعناصر السبائك الخاصة بالفولاذ المقاوم للصدأ، حيث أن بعض طرق المعالجة الحرارية لا تعمل على درجات معينة من الفولاذ المقاوم للصدأ. 

 

تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ في Boda

برولين تك نقدم خدمات تصنيع متطورة باستخدام الحاسب الآلي للفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ الكربوني، والفولاذ السبائكي. تستطيع منشآتنا الداخلية للتصلب تحسين متانة الفولاذ المقاوم للصدأ بعد التصنيع لقطعكم. 

استقبال إقتباس حر اليوم.

 

الأسئلة الشائعة

ما هي صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ 304؟

صلابة الفولاذ المقاوم للصدأ 304 تتراوح بين 70 – 90 على مقياس روكويل ب. ويأتي هذا النطاق بسبب طرق التصلب بالعمل التي يمكن أن تؤدي إلى تباين في الصلابة. 

ما هو الأكثر صلابة، الفولاذ المقاوم للصدأ 304 أو 316؟

يتمتع كلٌّ من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و316 بصلابة متشابهة تتراوح بين 70 و90 HRB. ولكن، بشكل عام، يُعدّ الفولاذ المقاوم للصدأ 304 أكثر صلابة. 

هل الفولاذ المقاوم للصدأ 304 صلب أم ناعم؟

الفولاذ المقاوم للصدأ 304 هو فولاذ ناعم يحتوي على نسبة منخفضة من الكربون ويبلغ قياسه 70 – 90 على HRB. 

كيف يتم تقوية الفولاذ المقاوم للصدأ؟

يمكن تقوية الفولاذ المقاوم للصدأ بطرق مثل المعالجة الحرارية، أو التصلب بالعمل، أو التصلب بالترسيب. وتعتمد هذه الطريقة بشكل كبير على البنية الدقيقة للفولاذ المقاوم للصدأ.