قابلية التصلب وقابلية تصلب الفولاذ
- قابلية التصلب
تشير قابلية التصلب إلى الخاصية المتأصلة لدرجة الفولاذ للحصول على عمق الطبقة المتصلبة (طبقة المارتينسيت) أثناء التبريد تحت ظروف محددة.
ما إذا كان من الممكن تصلب جزء فولاذي بالكامل مرتبط بمعدل التبريد الحرج (vk) للفولاذ أثناء التبريد.
مؤشر القياس: يتم التعبير عنه بعمق الطبقة المتصلبة الفعال الذي يمكن تحقيقه عندما يتم تبريد قطعة اختبار قياسية في ظل ظروف معينة.
عمق الطبقة المتصلبة: يشير إلى المسافة من سطح الجزء الفولاذي إلى الموقع الذي تمثل فيه البنية المارتينسيتية 50٪ داخليًا. كلما زاد عمق الطبقة المتصلبة، زادت قابلية التصلب؛ عندما يصل عمق الطبقة المتصلبة إلى القلب، يتم تصلب قطعة العمل بالكامل.
2. تأثير قابلية التصلب على الخصائص الميكانيكية للفولاذ
لقابلية التصلب تأثير كبير على الخصائص الميكانيكية للفولاذ. إذا تم تصلب قطعة العمل بالكامل، فإن خصائص سطحها تكون موحدة ومتسقة، مما يسمح بممارسة الإمكانات الكاملة للخصائص الميكانيكية للفولاذ. إذا لم يتم تصلبها بالكامل، فسوف تكون هناك اختلافات في خصائص السطح؛ خاصة بعد التقسية ذات درجة الحرارة العالية، ستكون صلابة القلب أقل من صلابة الطبقة السطحية.
في ظل نفس ظروف الأوستنة، تكون قابلية التصلب لنفس نوع الفولاذ متطابقة.
بالنسبة لعمق الطبقة المتصلبة: التبريد بالماء > التبريد بالزيت؛ قطع العمل الصغيرة > قطع العمل الكبيرة.
3. العوامل المؤثرة على قابلية التصلب
قابلية التصلب هي خاصية متأصلة للفولاذ، مستقلة عن الظروف الخارجية للفولاذ (مثل الشكل والحجم والمساحة السطحية ووسط التبريد)، ولكنها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بمعدل التبريد الحرج. كلما كان معدل التبريد الحرج أصغر، زادت قابلية التصلب للفولاذ.
جميع العوامل التي تؤثر على معدل التبريد الحرج (أو موضع منحنى C) — مثل التركيب الكيميائي ودرجة حرارة التبريد ووقت الاحتفاظ — ستؤثر على قابلية التصلب.
1）التركيب الكيميائي
- محتوى الكربون: من بين الفولاذ ناقص اليوتكتويد، والفولاذ اليوتكتويدي، والفولاذ فوق اليوتكتويدي، يتمتع الفولاذ اليوتكتويدي بأصغر معدل تبريد حرج وأعلى قابلية تصلب بين أنواع الفولاذ الكربوني. تزداد قابلية التصلب للفولاذ ناقص اليوتكتويد مع زيادة محتوى الكربون. ضمن نطاق درجة حرارة التسخين العادي للتبريد، تنخفض قابلية التصلب للفولاذ فوق اليوتكتويدي مع زيادة محتوى الكربون.
- عناصر السبائك: تعمل جميع عناصر السبائك باستثناء الكوبالت على تحويل منحنى C إلى اليمين، وتقليل معدل التبريد الحرج، وتحسين قابلية التصلب.
2）درجة حرارة التبريد ووقت الاحتفاظ
يمكن أن يؤدي رفع درجة حرارة التسخين وإطالة وقت الاحتفاظ إلى تحسين قابلية التصلب للفولاذ بشكل مناسب. ومع ذلك، ستتسبب هذه الطريقة في خشونة الحبيبات، لذلك لا يتم اعتمادها بشكل عام.
4. تحديد قابلية التصلب: اختبار التبريد النهائي (اختبار التبريد النهائي لـ Jominy)
5. تطبيقات قابلية التصلب
1）تقدير عمق الطبقة المتصلبة
أثناء تصميم الأجزاء، يمكن استخدام منحنى قابلية التصلب المعروف لتقدير عمق الطبقة المتصلبة الفعال للجزء.
2）اختيار المواد بناءً على عمق الطبقة المتصلبة
لعمق الطبقة المتصلبة الفعال تأثير كبير على الخصائص الميكانيكية لقطعة العمل.
عندما يتم تصلب قطعة العمل بالكامل، يمكن الحصول على هيكل موزع بشكل موحد على طول المقطع العرضي بأكمله بعد التقسية، كما أن خصائصه الميكانيكية متسقة.
عندما لا يتم تصلبها بالكامل، تكون الخصائص الميكانيكية لقلب قطعة العمل أقل من تلك الخاصة بالطبقة المتصلبة السطحية.
عندما يتم توزيع إجهاد قطعة العمل بشكل موحد على طول المقطع العرضي وتكون الخصائص الميكانيكية على المقطع العرضي متسقة، يجب اختيار الفولاذ ذو قابلية التصلب العالية.
بالنسبة للأجزاء المعرضة لأحمال الانحناء أو الالتواء (مثل الأعمدة)، يكون إجهاد السطح هو الأعلى بينما يكون إجهاد القلب منخفضًا جدًا، لذلك يجب اختيار الفولاذ ذو قابلية التصلب الضعيفة.
في ظل نفس ظروف الأوستنة، تكون قابلية التصلب لنفس نوع الفولاذ متطابقة.
*الصلابة بعد التبريد (قابلية التصلب لتحقيق أقصى صلابة)
في ظل ظروف التبريد العادية، يشير إلى أقصى صلابة يمكن تحقيقها عن طريق الحصول على هيكل مارتينسيتي. يعتمد العامل المؤثر الرئيسي عليه على محتوى الكربون في المارتينسيت، وليس له علاقة كبيرة بعناصر السبائك. كلما زاد محتوى الكربون، زادت الصلابة بعد التبريد.
على سبيل المثال، يتمتع الفولاذ السبائكي منخفض الكربون بقابلية تصلب جيدة جدًا ولكن صلابة منخفضة بعد التبريد. مثال آخر هو فولاذ الأدوات عالي الكربون، والذي يتمتع بقابلية تصلب ضعيفة ولكن صلابة عالية بعد التبريد.
عادةً، يتم استخدام الفولاذ السبائكي متوسط الكربون 40Cr والفولاذ الكربوني 45 للمقارنة. يحتوي الأول على عنصر الكروم السبائكي، لذا فإن قابلية تصلبه أعلى من قابلية الأخير؛ ومع ذلك، فإن محتوى الكربون فيه أقل من محتوى الأخير، مما يؤدي إلى صلابة أقل قليلاً بعد التبريد.
ملاحظة: ليس بالضرورة أن يتمتع الفولاذ ذو قابلية التصلب العالية بصلابة عالية بعد التبريد، والعكس صحيح.
