الفولاذ 3Cr13 مقابل الفولاذ المقاوم للصدأ 440C: التركيب والخصائص

بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب صلابة قصوى ومقاومة فائقة للتآكل والاحتفاظ بالحافة لفترة طويلة (الأجزاء الحاملة والسكاكين المتطورة والمحامل الكروية)، عادةً ما يكون 440C هو الخيار الأفضل. بالنسبة للأجزاء الحساسة من حيث التكلفة، والتصنيع الأسهل، والمقاومة العامة الأفضل للتآكل في البيئات اليومية والمكونات التي لا تتطلب صلابة قصوى، فإن 3Cr13 (وتسمى أيضًا 30Cr13 / 3Cr13 الصيني) غالبًا ما يكون الخيار المفضل. اختر 440C عندما تحتاج إلى أداء التآكل/الحافة ويمكنك قبول تكلفة أعلى وتصنيع أكثر صعوبة؛ اختر 3Cr13 عندما تكون الميزانية وقابلية اللحام/التلميع والمقاومة المعتدلة للتآكل أكثر أهمية.

مقارنة الفولاذ 3Cr13 مقابل الفولاذ المقاوم للصدأ 440C

(تتوسع الجداول أدناه في هذه الأرقام وتستشهد بأوراق البيانات الأولية).

التركيب الكيميائي والمعايير الكيميائية

التكوين الرسمي/الاسمي

المصادر: أوراق البيانات الصينية لـ 3Cr13 وأوراق بيانات الصناعة لـ 440C (كاربنتر/سبائك مدرفلة/Upmet). أوراق البيانات هذه هي خط الأساس الصناعي للتركيب وتسمح بالمقارنة بين الرتبتين.

المعايير والمعادلات

• 3Cr13 هي تسمية مارتينسيتية صينية غير قابلة للصدأ (تظهر أحيانًا باسم 30Cr13) وترتبط ارتباطًا وثيقًا بـ X30Cr13 / 1.4028 وإلى المتغيرات منخفضة التكلفة من عائلة 420 (على سبيل المثال، 420J2 عمليًا لبعض الموردين).

• 440C هو أحد أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي الراسخة من الرابطة الدولية للصناعات الحديدية/الأمم المتحدة (UNS S44004 / AISI 440C) مع قوائم دولية في ASTM/EN/JIS، ويُشار إليه عادةً في أوراق بيانات صناعة المحامل/الصمامات/السكاكين.

البنية المجهرية والمعادن (ما تعنيه الأرقام في المعدن)

• يُعد كل من 3Cr13 و440C من الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للصدأ. وهذا يعني أنها مصممة للتحول من الأوستينيت إلى المارتينسيت أثناء دورات التبريد والتلطيف - وهو المسار الذي ينتج عنه صلابة وقوة عالية. إن كربون أعلى في 440C توفر إمكانية تصلب مارتينسيتي أكثر بكثير وتكوين كربيدات (السبب الرئيسي لمقاومة التآكل بشكل أفضل)، في حين أن 3Cr13 يطور مصفوفة مارتينسيتية مع عدد أقل من الكربيدات وبالتالي صلابة أقل في الذروة.

• الكربيدات مهمة. في 440C يتسبب ارتفاع الكربون + الكروم في تكوين كربيدات الكروم (أنواع M23C6/M7C3 حسب الكيمياء والمعالجة الحرارية) التي توفر مقاومة للتآكل. في 3Cr13، يكون جزء حجم الكربيد أقل بكثير - مما يساعد على قابلية التلميع ولكنه يقلل من الاحتفاظ بالحافة ومقاومة التآكل على المدى الطويل.

• الصلابة وحجم المقطع. يمكن أن يحقق 440C، خاصة مع إضافات صغيرة من Mo في بعض المواصفات، صلابة عالية في المقاطع ذات السماكة المعتدلة ولكنه يتطلب إخمادًا محكومًا لتجنب التشويه والتشقق. يتميز 3Cr13 بتصلب أفضل في المقاطع الرقيقة ويسهل معالجته بالحرارة في التصنيع بكميات كبيرة مع عدد أقل من الرفض.

الخواص الميكانيكية والصلابة والمعالجة الحرارية

نطاقات الخواص الميكانيكية النموذجية

هذه النطاقات تمثيلية؛ وتعتمد القيم النهائية بشدة على دورة المعالجة الحرارية الدقيقة (درجة حرارة الأوستنيت ووسط التبريد ودرجة الحرارة/الوقت). بالنسبة للسبائك 440C، تشير أوراق البيانات إلى أنها يمكن أن تصل إلى أعلى صلابة من السبائك غير القابلة للصدأ الشائعة بعد المعالجة الحرارية الصحيحة.

ملاحظات المعالجة الحرارية

• 3Cr13:: تقسية نموذجية ~ 1000-1050 درجة مئوية، والتبريد في الزيت/الماء حسب حجم الجزء، والتلطيف في درجات حرارة معتدلة للوصول إلى HRC المطلوب. أسهل للتلطيف دون تشقق مفرط.

• 440C:: يوصى بالتبريد بالزيت أو الغاز المضغوط لتقليل التشقق والتشويه؛ يوصى بالتبريد في درجات حرارة أعلى مع درجات حرارة متعددة للوصول إلى درجة الحرارة المستهدفة HRC مع تحسين الصلابة. 440C حساس للتبريد/التلطيف غير السليم ويمكن أن يتشقق في مناطق اللحام إذا لم يتم تخفيف الضغط.

مقاومة التآكل وتشطيب السطح

• 3Cr13 العروض مقاومة جيدة للتآكل بشكل عام في الغلاف الجوي والعديد من البيئات المعتدلة العدوانية بسبب محتواه من الكروم وانخفاض تكوين الكربيد (مما يقلل من استنفاد الكروم المحلي). وهذا يجعلها خيارًا قويًا لأدوات المطبخ والأجهزة الخارجية والمكونات ذات الأغراض العامة.

• 440C يوفر مقاومة معتدلة للتآكل؛ يساعد ارتفاع الكروم في ذلك، ولكن الكربون العالي الذي يشكل الكربيدات يمكن أن يستنفد كروم المصفوفة محليًا، وهو ما يمكن أن يقلل من مقاومة التنقر في الأجزاء سيئة المعالجة أو سيئة التشطيب مقارنةً بالأجزاء غير القابل للصدأ منخفضة الكربون مثل 304. في الأجزاء 440C المصقولة جيدًا والمخمولة جيدًا، تكون مقاومة التآكل مقبولة في العديد من البيئات (المياه العذبة، ملامسة الطعام بعناية)، ولكن في البيئات الغنية بالكلوريد أو البحرية تكون أقل مثالية من الدرجات الأوستنيتي.

نقطة عملية: يجب أن يكون 440C مصقولًا للغاية ومخملاً بعد التصنيع النهائي للحصول على أفضل أداء للتآكل. للاستخدام الرطب/البحري ضع في اعتبارك عائلة مختلفة (حديدية/أوستنيتية) ما لم يكن أداء التآكل أمرًا بالغ الأهمية.

مقاومة التآكل، والاحتفاظ بالحافة والشحذ

• الاحتفاظ بالحافة = الدالة (الكربون + توزيع الكربيد + الصلابة). نظرًا لأن 440C يحتوي على ما يقرب من ثلاثة أضعاف الكربون الموجود في 3Cr13، ويشكل كربيدات كروم أكثر صلابة يحتفظ بالميزة لفترة أطول بكثير ويقاوم التآكل بفعالية أكبر. وهذا هو السبب الذي يجعل صانعي الشفرات ومهندسي المحامل يعتمدون على 440C لحواف القطع عالية الضغط والأسطح الدوارة.

• مفاضلة الشحذ: 440C أصعب في الشحذ وسيؤدي إلى شحذ عجلات الصقل وأحزمة الكشط بشكل أسرع؛ 3Cr13 أسهل في الطحن وإعادة الشحذ في الظروف الميدانية.

قابلية التصنيع الآلي، وقابلية اللحام، والتشطيب السطحي

• قابلية التشغيل الآلي: إن 3Cr13 أسهل في الماكينة والطحن بشكل عام - تآكل أقل للأدوات وصقل أفضل للسطح على معدات التصنيع النموذجية. إن 440C مادة كاشطة (كربيدات) وصلبة، لذا يجب تحديد أدوات الإنتاج للأدوات الأكثر صلابة (CBN، وإدخالات الكربيد) ويجب تكييف التغذية/السرعة.

• اللحام: وكلاهما مارتينسيتي ويتطلبان معالجة حرارية قبل/بعد اللحام لتجنب التشقق؛ 3Cr13 أكثر تسامحًا إلى حد ما في ممارسات الورش الشائعة ولكن لا يزال يحتاج إلى التحكم. إذا كان اللحام مطلبًا رئيسيًا، فقد تكون عائلة مختلفة (على سبيل المثال، 316L، 17-4PH) أفضل.

• التلميع/تشطيب السطح: يتم صقل 3Cr13 بشكل جيد حتى يصبح لامعًا؛ أما 440C فيمكنه الحصول على تشطيبات نهائية استثنائية كالمرآة ولكنه يستغرق وقتًا أطول بسبب الكربيدات.

التطبيقات النموذجية (وسبب استخدام كل درجة)

3Cr13 حالات الاستخدام الشائعة:

• سكاكين المطبخ والأواني وأدوات المائدة منخفضة التكلفة حيث تكون مقاومة التآكل وقابلية التلميع مطلوبة ولكن عمر الحافة الأقصى ليس أمراً بالغ الأهمية.

• الأعمدة، والمثبتات، والزخارف، وأجهزة التزيين، والمكونات التي تتطلب أداءً مقاومًا للصدأ مع معالجة اقتصادية.

• السلع الاستهلاكية ذات الإنتاج الضخم حيث يكون معدل الرفض المنخفض والأدوات غير المكلفة مهمة.

440C حالات الاستخدام الشائعة:

• شفرات السكاكين التي تتطلب الاحتفاظ بحوافها لفترة طويلة (بعض السكاكين القابلة للطي الممتازة والشفرات الثابتة).

• سباقات المحامل، ومكونات الصمامات، وأجزاء الكرات/البكرات، وحلقات التآكل - التطبيقات التي تتطلب صلابة عالية ومقاومة للتآكل.

• المكونات الصناعية الدقيقة التي تخضع لتحميل وتآكل دوري عالي الدقة.

اعتبارات التكلفة والمشتريات والتوريد

• تكلفة المواد الخام: عادةً ما يكون 440C أغلى ثمناً بسبب ارتفاع محتوى السبيكة والمعالجة الأكثر إحكاماً والمعالجة الحرارية الأكثر تطلباً. يُصنَّف 3Cr13 على أنه غير قابل للصدأ المارتنسيتي الملائم للميزانية.

• تكلفة المعالجة: يزيد 440C من تكاليف التشغيل الآلي والطحن والمعالجة الحرارية (معدلات إزالة أبطأ، وتآكل أكثر للأدوات، ودورات مزاجية أكثر). يجب أن تتضمن تقديرات الميزانية وقت تشطيب إضافي ومخاطر خردة أعلى إذا لم يتم التحكم في المعالجة الحرارية بإحكام.

• التوريد: كلا الدرجتين متاحان على نطاق واسع من موردي السلع غير القابل للصدأ؛ ولكن 440C في قضبان/قضبان عالية الجودة للاستخدام المحمل غالبًا ما تأتي من مصانع ذات مراقبة جودة صارمة - أصر على شهادات المطاحن وسجلات الصلابة لكل دفعة.

كيفية الاختيار

• إذا كان متطلبك الأساسي هو عمر الحافة / مقاومة التآكل / الصلابة → 440C.

• إذا كان متطلبك الأساسي هو انخفاض التكلفة / سهولة التصنيع / مقاومة التآكل بشكل عام → 3Cr13.

• إذا كنت بحاجة إلى كلاهما مقاومة التآكل والتآكل المعقول، ولكن لا يمكنك تحمل تكلفة 440C، فكر في تحسين المعالجة الحرارية من 3Cr13 أو استخدام غير القابل للصدأ الأوستنيتي مع تصلب السطح أو الطلاءات كبدائل.

الاختبار ومراقبة الجودة (ما يجب تحديده في أمر الشراء)

الحد الأدنى من عناصر الاختبار للأجزاء الحرجة:

• شهادة المطحنة (التركيب الكيميائي) - الدرجة ورقم الدفعة.

• اختبار الصلابة (Rockwell HRC) - موقع العينة ونطاق القبول.

• فحص البنية المجهرية (الفراغات، الكربيدات، جزء المارتينسيت المقبول) للأجزاء عالية التآكل.

• اختبار غير متلف (إن أمكن): اختبار غير متلف (إن وجد): اختبار الصبغة المخترقة، اختبار UT للأجزاء الكبيرة.

• معيار خشونة السطح والصقل (Ra أو المرآة).

• اختبار التآكل (رذاذ الملح أو التنقر المحتمل) فقط إذا تطلبت البيئة ذلك.

الحالة

الحالة أ - صانع السكاكين الصغيرة (حوار):
"لي (مدير الإنتاج): "نحن نريد شفرة أقل تكلفة ويسهل إنتاجها بكميات كبيرة لمجموعة مطابخ التخييم".
تشين (مهندس مواد): "3Cr13 سيحافظ على انخفاض التكاليف ووقت الأدوات، ويصقل بشكل جيد، ويعطي مقاومة مقبولة للتآكل. للاستخدام في التخييم الخفيف اختر HRC ~ 50 وصقل جيد."

الحالة ب - صمام OEM (حوار):
"أحمد (الشراء): "تتآكل مقاعد الصمامات خلال عام؛ هل يمكننا إطالة العمر الافتراضي؟
سارة (تصميم): "سيؤدي التحويل إلى 440C للمقاعد إلى تحسين عمر التآكل بشكل كبير، ولكن توقع ارتفاع تكلفة المواد والمعالجة ويتطلب معالجة حرارية دقيقة. إذا كانت الوسائط شديدة التآكل، ففكر في استخدام 440C مع طلاء واقٍ أو اختر عائلة مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ للهيكل."

الفولاذ 3Cr13 مقابل طاولات الفولاذ المقاوم للصدأ 440C

الجدول أ - الصلابة النموذجية مقابل الاستخدام (إرشادي)

الجدول ب - ملخص الإيجابيات والسلبيات

الأسئلة الشائعة

1. هل 3Cr13 هو نفسه 420/420J2؟
   ليس متطابقًا تمامًا، ولكن 3Cr13 يشبه كيميائيًا عائلة 420 وغالبًا ما يتطابق مع X30Cr13 / 1.4028 وأحيانًا بالمقارنة مع 420J2. تؤثر الاختلافات الصغيرة في مستويات الكربون والشوائب على الصلابة والخصائص النهائية.

2. هل يمكن أن يصدأ 440C؟
   نعم، مثل معظم أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ 440C يقاوم الصدأ ولكن يمكن أن يتآكل تحت هجوم الكلوريد أو في ظروف التشطيب الرديء. التلميع الدقيق والتخميل يحسن من سلوك التآكل.

3. أيهما يحافظ على الحافة لفترة أطول: 3Cr13 أم 440C؟
   440C يحافظ على الحافة لفترة أطول بسبب المحتوى العالي من الكربون والكربيد الذي يوفر مقاومة فائقة للتآكل.

4. هل 440C أفضل للمحامل من 3Cr13؟
   نعم - يستخدم 440C بشكل شائع في المحامل الكروية والبكرات حيثما تكون هناك حاجة إلى سباقات صلبة ومقاومة للتآكل.

5. أيهما أسهل للسن في الميدان؟
   3Cr13 أسهل في الشحذ، بينما 440C أكثر صلابة وتحتاج إلى مواد كشط أكثر قوة ووقتًا أطول.

6. هل هناك مزالق في المعالجة الحرارية يجب أن أحترس منها؟
   بالنسبة إلى 440C، يمكن أن يتسبب الإخماد أو التبريد غير الصحيح في حدوث تشقق وضعف الصلابة؛ يتطلب دورات مضبوطة وتخفيف الإجهاد بعد المعالجة الحرارية. 3Cr13 أكثر تسامحًا ولكنه لا يزال يحتاج إلى دورات صحيحة.

7. هل يمكنني لحام أي من الدرجتين؟
   كلاهما مارتينسيتي ويتطلب اللحام التسخين المسبق والتلطيف بعد اللحام للمكونات الحرجة؛ فكر في عائلات بديلة إذا كانت هناك حاجة إلى اللحام المتكرر.

8. ماذا عن الطلاء السطحي بدلاً من تبديل الدرجات؟
   إذا كان التآكل هو المشكلة الرئيسية ولكنك تحتاج إلى التآكل، ففكر في الطلاءات عالية الجودة (PVD، النيترة، النيترة، السيراميك) فوق قاعدة 3Cr13 أو ركيزة منخفضة التكلفة لتحقيق التوازن بين التكلفة والأداء.

9. ما هي الدرجة التي تعطي لمسة نهائية أفضل في التلميع/المرآة؟
   يتم تلميع 3Cr13 بسهولة؛ يمكن لـ 440C الحصول على تشطيب مرآة ممتاز ولكن يستغرق وقتًا أطول ومواد كاشطة.

10. ما هي شهادات الاختبار التي يجب أن أصر عليها؟
    التركيب الكيميائي (شهادة المطحنة)، واختبار الصلابة، وسجلات المعالجة الحرارية، وتقارير البنية الدقيقة أو تقارير الفحص غير الكامل إذا كانت حرجة.

التوصيات النهائية

• بالنسبة لـ شفرات النموذج الأولي أو الأجهزة الاستهلاكية حيث تدفع التكلفة وسرعة الإنتاج القرارات → 3Cr13.

• بالنسبة لـ أجزاء التآكل الدقيقة, الأسطح الحاملةو أدوات القطع المتطورة حيث تكون حياة الحافة حرجة → 440C (أو ضع في اعتبارك درجات المساحيق المعدنية الحديثة إذا كانت الميزانية تسمح بذلك).

• دائماً تحديد المعالجة الحرارية ومعايير القبول في طلبات الشراء، وتتطلب خرائط صلابة أو عينات من أول دفعة إنتاج.

مراجع موثوقة

• بن ستانلس ستانلس - 440C الفولاذ المقاوم للصدأ (معلومات المنتج)
• كاربنتر تكنولوجي - 440C ستانلس ستانلس ستيل (ورقة البيانات / MSDS)
• فولاذ القوالب المعدنية - 3Cr13 (30Cr13) تفاصيل الدرجة والمراجع القياسية