الخواص الميكانيكية الثمانية التي يجب معرفتها للفولاذ المقاوم للصدأ

1. قوة الخضوع

(الرمز الميكانيكي σ0.2، الرمز المختصر YS)

σ0.2=P0.2/F0

• P0.2 - الحمولة التي تتحملها عينة الشد مع تشوه لدن قدره 0.2%
• F0 - المساحة المقطعية الأصلية لعينة الشد

منخفضة قوة الخضوع للمادة يعني أنها عرضة للإخضاع، ولديها الحد الأدنى من الارتداد بعد تشكيلها، ولها خصائص مواتية لتركيب القالب والحفاظ على الشكل أثناء التشكيل.

2. قوة الشد

(الرمز الميكانيكي σb، اختصار TS)

σb=Pb/ب/ف0

• Pb - أقصى حمل تتحمله عينة الشد قبل الكسر
• F0 - المساحة المقطعية الأصلية لعينة الشد

تعني قوة الشد العالية لمادة ما أنها مقاومة للكسر أثناء التشوه، مما يجعلها مناسبة للخضوع للتشوه اللدن.

3. نسبة العائد

(σ0.2/ب)

تؤثر نسبة مقاومة الخضوع تأثيرًا كبيرًا على قابلية تشكيل المواد أثناء الختم.

عندما تكون نسبة مقاومة الخضوع منخفضة، فإن مرحلة التشوه اللدن من الخضوع إلى الكسر في الصفائح المعدنية طويل، مما يقلل من خطر الكسر أثناء التشكيل، مما يسهل ختمه.

وبوجه عام، تعزز نسبة مقاومة الخضوع المنخفضة من مقاومة التشقق في الصفائح المعدنية أثناء مختلف عمليات التشكيل.

الجدول: نسبة العائد من المشترك مواد الفولاذ المقاوم للصدأ

4. الاستطالة

(الرمز الميكانيكي، الاختصار الإنجليزي EL)

تشير الاستطالة إلى نسبة الزيادة الكلية في طول المادة من التشوه اللدن إلى الكسر، مقارنةً بطولها الأصلي. ويعبَّر عنها بـ

• δ - استطالة المادة (%);
• L - طول العينة عند سحبها (مم);
• L0 - طول العينة قبل الشد (مم).

الاستطالة العالية لمادة ما تعني أنها يمكن أن تخضع لتشوه لدن أكبر وتتمتع بمقاومة جيدة للتشقق، مما يجعلها ملائمة للسحب, الخفقانوالانتفاخ.

وعادةً ما يتناسب معامل التشوه وخاصية الانتفاخ (قيمة إريكسون) للمادة تناسبًا طرديًا مع استطالة المادة.

5. مؤشر تصلب الإجهاد (ن)

ويعكس مؤشر تصلب الإجهاد، المعروف أيضًا باسم "قيمة n"، تصلب الشغل على البارد للمواد وتأثيره على قابلية التشكيل أثناء الختم.

يشير مؤشر تصلب الإجهاد المرتفع إلى أن المادة تتمتع بقدرة إجهاد محلية قوية ويمكنها منع الترقق المحلي بشكل فعال. وهذا يعني أن زيادة إجهاد حد عدم الاستقرار ينتج عنه توزيع تشوه أكثر اتساقًا، ويكون حد التشكيل الكلي للمادة مرتفعًا أثناء التشكيل.

6. معامل الاتزان الأوستنيتي (A)

A(BAL) = 30(C+N) + 0.5Mn+Ni+Ni-1.3Cr+11.8

استقرار الأوستينيت يُشار إليها بالقيمة A. تعني القيمة A الأصغر أن الأوستينيت أقل استقرارًا.

يكون هيكل الفولاذ عرضة للتغييرات الناتجة عن الشغل على البارد والساخن، مما قد يؤثر على خواصه الميكانيكية.

النيكل والمنغنيز والمنغنيز وC وN هي عناصر شائعة تساعد في تكوين واستقرار الأوستينيت في الفولاذ المقاوم للصدأ، وخاصة النيكل. يمكن أن تؤدي زيادة محتوى هذه العناصر إلى زيادة معامل التوازن الأوستنيتي وجعل البنية الأوستنيتية أكثر استقرارًا.

Cr وMo وSi وTi وNb هي العناصر التي تساعد على تكوين هيكل الفريت واستقراره. يمكن أن تؤدي زيادة محتوى Cr إلى تقليل معامل التوازن الأوستنيتي.

الفولاذ المقاوم للصدأ SUS304 هو هيكل أوستنيتي نقي له ثباته الخاص. بعد الشغل على البارد، يصبح صلبًا بسبب تغير جزء من البنية الأوستنيتية إلى مارتينسايتوالمعروف باسم المارتنسيت المستحث بالشغل على البارد.

يتميز الفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ بمعامل توازن صغير، مما يجعله عرضة للتحول المارتنسيتي أو تكوين المارتينسيت أثناء الشغل على البارد، مما يؤدي إلى درجة عالية من التصلب أثناء الشغل على البارد.

7. نقطة التحول المارتنسيت المستحثة بالشغل على البارد Md (30/50)

Md(30/50)= 551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo

نقطة التحول المارتنسيتي (Md(30/50)) هي درجة الحرارة التي تخضع عندها المادة 50% للتحول المارتنسيتي بعد خضوعها لإجهاد حقيقي 30% من التشوه البارد. كلما زاد محتوى عناصر السبائك في الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، كلما انخفضت نقطة تحول المارتينسيت.

يكون الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ ذو نقطة تحول المارتينسيت المنخفضة أقل عرضة للمارتينسيت المستحث أثناء الشغل على البارد، كما أنه يتمتع بدرجة منخفضة من التصلب أثناء الشغل على البارد.

ينجم تصلب الشغل على البارد في الفولاذ المقاوم للصدأ عن عاملين: تصلب الشغل بسبب زيادة الاضطرابات، وتصلب الشغل بسبب التحول الهيكلي (من الأوستينيت إلى المارتينسيت).

لا يخضع فولاذ SUS430 للتحول الهيكلي أثناء التشوه، وينجم تصلب الشغل على البارد فقط عن زيادة في الخلخلة.

في المقابل، يرجع تصلب الشغل البارد للصلب SUS304 بشكل أساسي إلى التحول من الأوستينيت إلى المارتينسيت، مع مساهمة أقل من زيادة الاضطرابات. وهذا هو السبب في أن تصلب الشغل البارد للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ أكثر وضوحًا من الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي.

لمحتوى النيكل تأثير كبير على نقطة تحول المارتينسيت في الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ. وتؤدي الزيادة في محتوى النيكل إلى انخفاض نقطة تحول المارتينسيت ودرجة أقل من التصلب الناتج عن العمل على البارد.

8. حجم الحبيبات (N)

يمكن فهم المعنى الفيزيائي لحجم الحبيبات وفقًا للصيغة التالية:

ξ=2ن+3

• 𝑇- عدد الحبيبات لكل ملليمتر مربع من مساحة المقطع;
• حجم الحبيبات N.

يعني ارتفاع حجم الحبيبات N أن هناك المزيد من الحبيبات لكل وحدة مساحة مقطع عرضي، مما يجعل حجم الحبيبات أدق. وينتج عن ذلك قوة أعلى واستطالة أفضل للمادة.

يعتبر الفولاذ الذي يحتوي على N>5 (256 حبيبة/مم) فولاذًا ناعم الحبيبات.

يمكن أن يؤدي حجم الحبيبات الكبير إلى زيادة نسبة الإجهاد اللدن (R) للمادة، ولكنه يقلل أيضًا من نسبة مقاومة الخضوع والاستطالة.

ومع ذلك، مع الحبيبات الكبيرة، يمكن أن يكون هناك اتجاهات مختلفة على سطح الصفيحة المعدنية، مما يؤدي إلى تشوه غير متساوٍ ويسبب تأثير "قشر البرتقال" على سطح المادة.

يمكن أن يقلل تنقية حجم الحبيبات من حدوث قشر البرتقال، ولكن إذا كان حجم الحبيبات ناعمًا جدًا، ستنخفض نسبة الإجهاد اللدائني، وستزداد نسبة قوة الخضوع والاستطالة، مما يجعلها أقل ملاءمة للتشكيل.