الفولاذ عالي السرعة هو فولاذ أدوات متخصص يحافظ على صلابته حتى في درجات الحرارة العالية. اختصاره هو HSS. هذه المادة مثالية لصنع أدوات القطع والمكونات الصناعية الثقيلة. ما لا يدركه الكثيرون هو إمكانية استخدام HSS أيضًا في صناعة الأنابيب ذات الخصائص الممتازة للأعمال عالية القوة.إذا كنت بحاجة إلى أنابيب فولاذية خفيفة، يرجى الاتصال بـ TUSPIPE.
تاريخ الفولاذ عالي السرعة
في نهاية القرن التاسع عشر، ومع تسارع وتيرة التصنيع، لم تعد أدوات قطع الفولاذ الكربوني العادية قادرة على تلبية الطلب. في عام ١٨٩٨، طوّر المهندسان الأمريكيان إف. دبليو. تايلور (إف. دبليو. تايلور) وإم. وايت (إم. وايت)، من خلال إضافة التنغستن (حتى ١٨٪)، أول دفعة من الفولاذ عالي السرعة، بسرعة قطع فائقة بلغت ٣٠ مترًا في الدقيقة (بينما تبلغ سرعة قطع الفولاذ الكربوني ٥ أمتار فقط في الدقيقة). أحدث هذا “الفولاذ ذاتي التصلب” ثورة في التصنيع في معرض باريس العالمي عام ١٩٠٠.
بعد حربين عالميتين، طورت ألمانيا فولاذًا عالي السرعة يحتوي على الكوبالت (مثل T15) لإنتاج كميات كبيرة من مكونات الدبابات خلال الحرب العالمية الأولى، بمقاومة حرارية تصل إلى ٦٠٠ درجة مئوية. طورت الولايات المتحدة الأمريكية فولاذ الموليبدينوم عالي السرعة (سلسلة M) خلال الحرب العالمية الثانية لحل مشكلة نقص موارد التنغستن. وفي عام ١٩٤٢، أصدرت المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO) أول معيار لها بشأن الفولاذ عالي السرعة، وقسمته إلى نظامين: نظام W (القائم على التنغستن) ونظام M (القائم على الموليبدينوم).
من عام ١٩٥٠ وحتى اليوم، شهد أداء الفولاذ عالي السرعة الحديث تطورًا ملحوظًا.
أنواع HSS
وفقًا لتصنيف العناصر الرئيسية المستخدمة في السبائك، يُمكن تقسيم الفولاذ عالي السرعة إلى: فولاذ عالي السرعة قائم على التنغستن (النوع W)، وفولاذ عالي السرعة قائم على الموليبدينوم (النوع Mo)، وفولاذ عالي السرعة قائم على التنغستن والموليبدينوم (النوع المركب W-Mo).
تشمل درجات الفولاذ عالي السرعة عادةً: M2، M50، T1، M7، M42، وهكذا.
فولاذ التنغستن عالي السرعة (نوع W)
الدرجات النموذجية: W18Cr4V (T1)، W9Cr4V2
خصائص التركيب: ١٢-١٩٪ تنغستن، ٠.٧-٠.٨٪ كربون
مزايا الأداء: صلابة حمراء ممتازة (صلابة ٦٠٠ درجة مئوية HRC53-55)
التطبيقات النموذجية: قواطع مخرطة عالية التحمل، قواطع طحن قولبة
فولاذ الموليبدينوم عالي السرعة (نوع Mo)
الدرجات النموذجية: W6Mo5Cr4V2 (M2)، Mo8Cr4V2
ابتكار تركيبي: استبدال التنغستن بالموليبدينوم بنسبة ٥-١٠٪ (١٪ Mo ≈ ١.٥-٢٪ W)
المزايا الأساسية: توزيع الكربيد أكثر اتساقًا، وزيادة المتانة بنسبة ٣٠٪
مجالات الاستخدام: المثاقب، والصنابير، وغيرها من عمليات القطع المعقدة أدوات
فولاذ عالي السرعة من التنغستن والموليبدينوم (مركب W-Mo)
الدرجة النموذجية: W2Mo9Cr4V2 (M7)
تصميم متوازن: نسبة التنغستن والموليبدينوم 1:1.5-2.0
أداء شامل: مقاومة للتآكل ومقاومة للصدمات
إضافة العناصر الكيميائية إلى الفولاذ
الفولاذ عالي السرعة - الفولاذ عالي السبائك
الفولاذ عالي السرعة (HSS) هو فئة من الفولاذ عالي الكربون والسبائك، تحتوي عناصره الكيميائية، بالإضافة إلى الحديد والكربون، على كميات كبيرة من التنغستن (W) والموليبدينوم (Mo) والكوبالت (Co) والفاناديوم (V) والكروم (Cr). عنصرا السبائك الرئيسيان هما التنغستن (T) والموليبدينوم (M). يعمل هذان العنصران معًا لتحقيق طفرة في خصائص المواد.
وبناءً على كمية عناصر السبائك المضافة، يمكن تصنيف الفولاذ عالي السرعة من النوع T والنوع M. بشكل عام، يُعد الفولاذ عالي السرعة من النوع M أكثر شيوعًا، بحصة سوقية تبلغ حوالي 85%. ويرجع ذلك إلى انخفاض سعره (حوالي 30%) مقارنةً بالأنواع T المماثلة، التي تتميز بتكلفة أقل وتتطلب نصف وزن الموليبدينوم فقط لتحقيق الخصائص والأداء الذي توفره قطعة كاملة من التنغستن.
مخطط عناصر قلب الفولاذ عالي السرعة وتأثير الأداء
عند إضافة عناصر السبائك إلى الفولاذ عالي السرعة، يتراوح محتوى الكربون بين 0.7% و1.65%، مما يؤثر بشكل كبير على خصائص الفولاذ، مثل الصلابة والمتانة. على سبيل المثال، يحتوي الفولاذ عالي السرعة M35 على 0.5% كربون لموازنة الصلابة والمتانة، بينما يحتوي الفولاذ عالي السرعة 1.3202 على 1.5%-1.6% كربون لتحقيق مقاومة فائقة للتآكل.
يتراوح محتوى التنغستن (W) بين 5% و18%. يساهم التنغستن في صلابة الفولاذ ومقاومته للتآكل، مما يضمن متانته.
يستقر الكروم (Cr) عند نسبة 3.8%-5.0%. يُحسّن الكروم مقاومة الفولاذ للتآكل واستقراره في درجات الحرارة العالية. على سبيل المثال، يُعزز الفولاذ عالي السرعة 1.3345 قابلية التصلب من خلال نسبة 4.7% من الكروم.
| العنصر | النسبة النموذجية (%) | الآلية الأساسية | التأثير على الأداء | الدرجات النموذجية |
|---|---|---|---|---|
| كربون (C) | 0.7–1.65 | يشكل شبكات كربيدية | +1–2 HRC لكل 0.1% زيادة، لكن -15% متانة | W18Cr4V (0.7–0.8%) 1.3202 (1.5–1.6%) |
| تنجستن (W) | 5–18 | يُنشئ كربيدات W₂C | يحافظ على ≥54 HRC عند 600°C | W18Cr4V (17.5–19%) W6Mo5Cr4V2 (5.5–6.75%) |
| موليبدينوم (Mo) | 2–10 | يُحل محل التنجستن ويُحسن الحبيبات | تقليل الكثافة 12%، صلادة حرارية مكافئة | W6Mo5Cr4V2 (4.5–5.5%) 1.3351 (4.5–5.5%) |
| كروم (Cr) | 3.8–5.0 | يعزز القابلية للتصلب | +300% عمق التبريد بالزيت | W18Cr4V (3.8–4.4%) 1.3241 (3.8–4.5%) |
| فاناديوم (V) | 1–5.25 | يُشكل كربيدات VC | مقاومة تآكل ×8 عند 3% V | W6Mo5Cr4V2 (1.75–2.2%) 1.3202 (4.5–5.25%) |
| كوبالت (Co) | 0–12 | يمنع تَكَثُّف الكربيدات | يُحول ذروة التصلب الثانوي إلى 560–600°C | T4 (4.25–5.75%) 1.3241 (9.5–12%) |
| سيليكون (Si) | 0.15–0.7 | مُزيل للأكسجين | يُحسن القوة ومقاومة الأكسدة | 1.3202 (0.15–0.4%) |
| منغنيز (Mn) | 0.2–0.55 | يعزز القابلية للتصلب | يزيد المتانة ومقاومة التآكل | W14Cr4VMnXt (0.5–0.55%) |
سبق تفصيل التطور التاريخي للفولاذ عالي السرعة، وعناصره الكيميائية الأساسية، وتأثير هذه العناصر التآزري على خصائصه. يُعد الفولاذ عالي السرعة فولاذ أدوات تاريخيًا وسريع التطور، ويُستخدم بشكل شائع في تصنيع أدوات القطع عالية التحميل. وهو يتبع مواصفات ASTM القياسية لفولاذ الأدوات عالي السرعة. تسمح عناصر السبائك المكونة من التنغستن والموليبدينوم للفولاذ عالي السرعة بالحفاظ على صلابة عالية ومقاومة للتآكل في درجات الحرارة العالية وسرعات القطع العالية في البيئات الصناعية. درجات الصلابة التي تبلغ 60 HRC فأكثر كافية لمقاومة التآكل والحفاظ على ثبات القطع في درجات الحرارة العالية.
