تزوير أداة الصلب: الدرجات والأساليب ومعايير العملية

تزوير فولاذ الأداة هو عملية تشكيل سبائك فولاذ الأداة تحت قوة ضغط عالية - عادة بين 1900 درجة فهرنهايت و2200 درجة فهرنهايت (1040 درجة مئوية - 1200 درجة مئوية) — لإنتاج القوالب، واللكمات، وأدوات القطع، والمكونات الهيكلية ذات الخصائص الميكانيكية الفائقة. بالمقارنة مع البدائل المصنعة أو المصبوبة، توفر الأجزاء الفولاذية للأدوات المطروقة صلابة أعلى بكثير، ومقاومة للتعب، واتساق الأبعاد، مما يجعل تشكيل طريق التصنيع المفضل لتطبيقات الأدوات عالية الضغط.

سواء كنت تبحث عن مصادر فارغة لقالب العمل البارد أو تختار طريقة تزوير لكمة العمل الساخن، فإن فهم كيفية تفاعل العملية مع درجات فولاذية محددة للأدوات يعد أمرًا ضروريًا للحصول على الأداء الذي تحتاجه.

لماذا صياغة أداة الصلب على الإطلاق؟

يمكن تصنيع فولاذ الأدوات من مخزون القضبان أو إنتاجه بواسطة تعدين المساحيق، لذا فإن اختيار الصياغة يكون متعمدًا - مدفوعًا بمتطلبات الأداء التي لا يمكن للطرق الأخرى تلبيتها بالكامل.

يعمل التزوير على تفتيت وإعادة توزيع شبكات الكربيد التي تتشكل أثناء التصلب. في فولاذ الأدوات عالي السبائك مثل د2 أو م2، يمكن لربط الكربيد المصبوب أن يقلل من الصلابة العرضية عن طريق 30-50% مقارنة مع الخام مزورة وعملت بشكل صحيح. يعمل العمل الميكانيكي أيضًا على إغلاق المسامية الداخلية، ومحاذاة تدفق الحبوب مع هندسة الأجزاء، وينتج بنية حبيبية مكررة تستجيب بشكل أكثر توقعًا للمعالجة الحرارية.

من الناحية العملية، عادةً ما تدوم أداة إدخال القالب ح13 المزورة أكثر من المكافئ الميكانيكي بعامل 1.5-3× في تطبيقات الصب بالقالب عالي الضغط، اعتمادًا على شدة التدوير الحراري.

درجات الفولاذ الشائعة للأدوات وخصائصها

لا يتم تشكيل جميع أدوات الفولاذ بنفس الطريقة. يؤثر محتوى السبائك ومستوى الكربون ونوع الكربيد على قابلية التشكيل ونافذة العملية المطلوبة.

د2، معها ~12% كروم و1.5% محتوى كربون ، يعد من أصعب الأدوات الفولاذية في تزويرها. يتطلب الحجم الكبير من كربيدات الكروم تخفيضات كبيرة ومضبوطة لتفكيك شبكة كربيد سهل الانصهار. إن تزوير D2 تحت درجة حرارة 1850 درجة فهرنهايت قد يؤدي إلى حدوث تشقق؛ فوق 1975 درجة فهرنهايت، هناك خطر ذوبان أولي عند حدود الكربيد.

طرق تزوير المستخدمة لأداة الصلب

يؤثر اختيار طريقة الحدادة على تدفق الحبوب، وتشطيب السطح، والتفاوتات، وكمية المعالجة المطلوبة بعد التشكيل.

تزوير القالب المفتوح (سميث).

تستخدم عملية التشكيل بالقالب المفتوح قوالب مسطحة أو بسيطة الشكل لتشغيل قطعة معدنية ساخنة من خلال سلسلة من الضغطات المتزايدة. إنها الطريقة الأكثر مرونة والنهج القياسي لإنتاج الفراغات الفولاذية للأدوات، وكتل القوالب الكبيرة، والأشكال المخصصة التي سيتم تصنيعها بشكل نهائي.

• مناسبة للقضبان من بضعة جنيهات تصل إلى عدة أطنان
• يسمح بالتحكم الكامل في نسبة التخفيض واتجاه العمل
• الحد الأدنى لنسبة التخفيض 4:1 مطلوب عادةً لتكسير الكربيد المناسب في درجات السبائك العالية
• يستخدم من قبل معظم منتجي الصلب المتخصصين لإنتاج القضبان القياسية المستديرة والمربعة والمسطحة

تزوير القالب المغلق (قالب الظهور).

في عملية التشكيل بالقالب المغلق، يتم ضغط المخزون الساخن بين نصفي القالب المتطابقين اللذين يحتويان على تجويف مطابق لشكل الجزء النهائي. تنتج هذه الطريقة مطروقات على شكل شبه شبكي مع التحكم في تدفق الحبوب وتفاوتات الأبعاد الضيقة - عادةً ±0.010 إلى ±0.030 بوصة على الأبعاد الحرجة

يتم استخدام التشكيل المغلق في اللكمات والإدخالات ومكونات الأدوات الأصغر حجمًا حيث يبرر الحجم الاستثمار في الأدوات. بالنسبة لفولاذ الأدوات، يصبح عمر القالب بحد ذاته مصدر قلق - تُستخدم قوالب الانطباع H13 بشكل شائع لتشكيل درجات فولاذية أخرى للأدوات في درجات حرارة مرتفعة.

الروتاري (الحلقة) المتداول والتزوير الشعاعي

بالنسبة للمكونات الأسطوانية مثل الحلقات أو البطانات أو القضبان المستديرة، توفر طرق الحدادة الدوارة تحسينًا مستمرًا للحبيبات المحيطية. يضغط التشكيل الشعاعي على قطعة معدنية مستديرة في وقت واحد من اتجاهات متعددة، مما ينتج عنه هياكل مجهرية موحدة جدًا في شريط دائري أو سداسي. تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في الإنتاج شريط دائري من الفولاذ عالي السرعة (HSS). لقطع الفراغات أداة.

تزوير متساوي الحرارة

يعمل التشكيل متساوي الحرارة على تسخين كل من قطعة العمل والقالب إلى نفس درجة الحرارة، مما يمنع انخفاض درجة الحرارة الذي يسبب تبريد السطح وتشقق السبائك التي يصعب تشكيلها. إنه أقل شيوعًا بالنسبة لفولاذ الأدوات بسبب تكلفة المعدات، ولكنه يستخدم في فولاذ أدوات HSS من الدرجة الفضائية وفولاذ تعدين المساحيق الذي يحتوي على نوافذ ضيقة للغاية تعمل على الساخن.

معلمات العملية الحرجة للتحكم

يتطلب الحصول على المعادن بشكل صحيح أثناء تزوير أداة الفولاذ تحكمًا محكمًا في العديد من المتغيرات المترابطة.

التسخين المسبق ودرجة حرارة النقع

يجب تسخين فولاذ الأدوات ببطء وبشكل موحد لتجنب الصدمة الحرارية. بروتوكول التسخين النموذجي لكتلة H13 كبيرة:

1. الحرارة ل 1200 درجة فهرنهايت (650 درجة مئوية) واستمر حتى تتساوى درجة الحرارة من خلال المقطع العرضي
2. منحدر لتزوير درجة الحرارة في ≥200 درجة فهرنهايت / ساعة (110 درجة مئوية / ساعة)
3. نقع في درجة حرارة تزوير لمدة لا تقل عن 1 ساعة لكل بوصة من السمك

يؤدي تسريع النقع إلى قلب بارد، مما ينتج عنه تشوه غير متساوٍ ويمكن أن يؤدي إلى حدوث تشققات داخلية أثناء الضغط.

الانتهاء من تزوير درجة الحرارة

يجب أن يتم إكمال العمل أعلى من الحد الأدنى لدرجة حرارة التشطيب لتجنب تصلب الفولاذ في حالة هشة. بالنسبة لمعظم أدوات الفولاذ، لا ينبغي أن يستمر الحداد في الأسفل 1750 درجة فهرنهايت (955 درجة مئوية) . إذا انخفضت القطعة إلى ما دون هذا الحد، فيجب إعادتها إلى الفرن بدلاً من إجبارها على إجراء تخفيضات إضافية.

نسبة التخفيض

تؤدي نسبة التخفيض (المقطع العرضي الأولي ÷ المقطع العرضي النهائي) إلى تفكك الكربيد وصقل الحبوب. تتطلب معايير الصناعة للمطروقات الفولاذية للأدوات عادةً ما يلي:

• الحد الأدنى 3:1 لدرجات مقاومة الصدمات والتصلب المائي (S7، W1)
• الحد الأدنى 4:1 إلى 6:1 لدرجات العمل البارد (A2، D2)
• الحد الأدنى 6:1 أو أكبر للفولاذ عالي السرعة (M2، T1) لكسر شبكات كربيد سهل الانصهار بشكل مناسب

التبريد بعد تزوير

يجب تبريد فولاذ الأدوات ببطء بعد التشكيل لمنع التشقق الناتج عن ضغوط التحويل. ومن الممارسات الشائعة دفن المطرقة في الرمل الجاف أو الفيرميكوليت أو الجير العازل، أو وضعها مباشرة في الفرن عند 1100-1200 درجة فهرنهايت (595-650 درجة مئوية) للحصول على تبريد بطيء ومسيطر عليه للمحيط. يعد تبريد الهواء مقبولًا فقط للدرجات الأكثر تسامحًا مثل S7 في المقاطع العرضية الصغيرة.

الصلب بعد تزوير

يؤدي تزوير العمل إلى تقوية فولاذ الأدوات وتأمين الضغوط المتبقية. قبل أي معالجة ميكانيكية أو حرارية، يجب أن يتم تلدين الفراغات الفولاذية للأدوات المطروقة إلى:

• قم بتليين الفولاذ إلى صلابة يمكن تشكيلها (عادة HB 180-250 حسب الدرجة)
• تخفيف الضغوط تزوير المتبقية
• إنتاج بنية مجهرية كربيد كروية موحدة للاستجابة المثلى للمعالجة الحرارية

على سبيل المثال، يتضمن التلدين الكروي الكامل لفولاذ الأداة D2 الإمساك بـ 1600 درجة فهرنهايت (870 درجة مئوية) لمدة 2-4 ساعات، ثم يتم تبريد الفرن ببطء ≥25 درجة فهرنهايت / ساعة (14 درجة مئوية / ساعة) إلى أقل من 1000 درجة فهرنهايت (540 درجة مئوية). غالبًا ما يؤدي تخطي هذه الخطوة أو تقصيرها إلى حدوث تشققات أو تشويه أثناء التصلب.

العيوب الشائعة في المطروقات الفولاذية للأدوات وكيفية تجنبها

أداة تزوير الفولاذ مقابل تعدين المساحيق: معرفة متى تختار كل منهما

يوفر فولاذ أدوات تعدين المساحيق (PM)، الذي يتم إنتاجه عن طريق تفتيت مساحيق السبائك وتلبيدها، توزيعًا موحدًا للغاية للكربيد لا يمكن تحقيقه بمفرده في درجات السبائك العالية. أصبحت درجات PM مثل CPM 3V أو CPM M4 أو Vanadis 4 Extra بدائل شائعة لـ D2 أو M2 المزورة تقليديًا للتطبيقات كثيرة المتطلبات.

ومع ذلك، لا يزال التشكيل يحمل مزايا واضحة في عدة سيناريوهات:

• التكلفة: عادةً ما يكون شريط الفولاذ للأدوات المزورة تقليديًا 30-60% أقل تكلفة من درجات PM المكافئة
• المقاطع العرضية الكبيرة: توفر شريط PM محدود في الأقسام الثقيلة؛ يتم إنتاج كتل فولاذية مزورة بشكل روتيني بأحجام تتجاوز 24 بوصة
• الأشكال المخصصة: يمكن أن يؤدي التطريق بالقالب المفتوح إلى إنتاج قوالب تشكيلية شبه شبكية تقلل من هدر المواد في كتل القوالب الكبيرة
• أداء مثبت: تتمتع Forged H13 وA2 وS7 بعقود من بيانات الأداء الميداني عبر كل تطبيقات الأدوات تقريبًا

يعد PM هو الخيار الأفضل عندما تكون المتانة في جميع الاتجاهات أمرًا بالغ الأهمية، ويتجاوز محتوى الفاناديوم ~ 3-4٪ (مما يجعل عملية التشكيل التقليدية غير عملية)، أو عندما يتطلب التطبيق أفضل بنية كربيد على الإطلاق. بالنسبة لمعظم أدوات العمل، يظل فولاذ الأدوات التقليدية المُشكل بشكل صحيح هو الحل الأكثر فعالية من حيث التكلفة .

المصادر والتحقق من الجودة

عند شراء أدوات الفولاذ المطروقة، تتضمن ممارسات ضمان الجودة الأساسية ما يلي:

• شهادات المطحنة: طلب التحليل الكيميائي (شهادة الحرارة)، ونتائج الاختبار الميكانيكي (الشد والتأثير) من حرارة الحدادة، حيثما أمكن ذلك
• اختبار الموجات فوق الصوتية (UT): ضروري للكتل الكبيرة؛ ASTM A388 هي طريقة UT القياسية للمطروقات الفولاذية ويمكنها اكتشاف الفراغات الداخلية أو الفصل فوق حدود القبول المحددة
• تصنيف شبكة كربيد: بالنسبة لدرجات السبائك العالية، يجب أن يكون الموردون قادرين على توفير أو ترتيب فحص ميتالوغرافي يؤكد التوزيع المناسب للكربيد وفقًا لمعيار قبول محدد (على سبيل المثال، سبتمبر 1520 لنطاقات الكربيد)
• فحص صلابة صلب: تؤكد قراءة صلابة برينل عند الاستلام أن المادة قد تم تلدينها بشكل صحيح وتقع ضمن النطاق المتوقع للدرجة

يوفر موردو الأدوات الفولاذية ذوو السمعة الطيبة، مثل Böhler-Uddeholm، وCarpenter Technology، وCrucible Industries (لدرجات PM) شهادات منتجات موحدة، ولكن يُنصح بالتحقق المستقل لبرامج الأدوات ذات الأهمية الكبيرة للسلامة أو كبيرة الحجم.