اساسيات متالورجي للصلب الكاربوني

أساسيات ميتالورجيا الصلب المقاوم للصدأ Stainless steel
الصلب المقاوم للصدأ عباره عن سبيكه تحتوى أساساً على الحديد وهناك مجموعتان من هذا الصلب هما المجموعه 300 ، المجموعه 400

العنصران
الأساسيان فى الصلب المقاوم للصدأ هما الكروم والنيكل . يعتبر الكروم عنصر
أساسى فى هذا النوع من الصلب لأنه يكون أكسيد الكروم الذى يغطى سطح الصلب
ويحميه من الصدأ . أقل نسبه كروم ضرورية للحصول على صلب مقاوم للصدأ هى
12% تقريباً . مجموعه 400 من هذا الصلب هى المحتويه على الحديد والكروم
وهى قابله للمغنطه كما هو الحال فى الصلب الكربونى باضافة كل من الكروم
والنيكل للحديد يتم الحصول على مجموعه 300 لهذا الصلب وهى غير قابله
للمغنطه

بصفه عامه
فإن سبائك الصلب المقاوم للصدأ لها مقاومه ممتازه للتأكل والأكسده بعض هذه
السبائك لها خواص فيزيقيه محسنه عند درجات الحراره العاليه نتيجه إضافه
عناصر سبائيكيه أخرى . يعتبر الكروم هو العنصر الرئيسى فى جميع أنواع الصلب
المقاوم للصدأ حيث أن نسبته تتراوح ما بين 12 الى حوالى 30%

يوجد ثلاثة أنواع أساسيه للصلب المقاوم للصدأ هى :
1- الصلب المارتنزيتى المقاوم للصدأ
2- الصلب الفريتى المقاوم للصدأ
3- الصلب الأوستنتيتى المقاوم للصدأ

كل من
الصلب المارتنزيتى والفيريتى المقاوم للصدأ عباره عن سبائك مختلفه النسب من
الحديد والكربون والكروم . فى حالة وجود النيكل فأن نسبته تقل عادة عن
1.5 - 4%.

يبين شكل
رقم 1 منحنى الاتزان للحديد والكروم . المنطقه الموجوده فى أقصى الجانب
الأيسر من المنحنى توضح أن الأوستنيت ممكن أن يكون موجوداً فقط فى الحديد
الخالى من الكربون مع وجود كروم حتى نسبة 12% تقريباً . باضافة الكربون
وبناء على نسبته المضافه فمن الممكن أن تمتد منطقة الأوستنتيت حتى 18% كروم
فى الحديد

وهناك
الصلب المقاوم للصدأ الفيريتى يحتوى على نسبة عاليه من الكروم ونسبه منخفضه
من الكربون فى الحديد وطور الفيريت فى هذا النوع من الصلب يظل ثابت
ومستقراً حتى نقطة الانصهار للصلب . بمعنى أخر لا يوجد تحول طورى فى هذا
الصلب .

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]هذه الصورة تم تصغيرها. اضغط هنا لعرض الصورة الكاملة. حجم الصورة الأصلي 668x557.[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]
1 - الصلب المارتنزيتى المقاوم للصدأMartensitic Stainless steel
هذا النوع
من الصلب هو جزء من مجموعه سبائك 400 وهو قابل للتصليد بالمعالجه الحراريه
. ولذلك يجب أخذ هذه النقطه فى الاعتبار عند لحام هذا النوع من الصلب
.بحيث يشتمل أسلوب لحام الصلب المقاوم للصدأ المارتنزيتى على كل من
التسخين السابق والتسخين اللاحق للحام وذلك لتقليل أو منع تكون المارتنزيت
فى المنطقه المتأثره بالحراره لوصلة اللحام.
تتراوح نسب
الكروم فى هذا النوع من الصلب من 12 حتى 17% تقريباً مجالات استعمال هذا
الصلب تشمل أدوات تناول الطعام كالسكاكين والشوك والملاعق - شفرات الحلاقه
وتطبيقات أخرى تتطلب قابلية الاحتفاظ بدرجة عاليه من الصلاده

2 - الصلب الفريتى المقاوم للصدأFerretic Stainless Steel
يحتوى
الفريتى الصلب المقاوم للصدأ على نسب كروم تتراوح من 17 حتى 27% تقريباً
بدون اضافات ملموسه من النيكل والكربون أو أى عناصر أخرى تساعد فى تكوين
الاوستينيت .

ويعتبر هذا
النوع من الصلب غير قابل للتصليد ويحتفظ بطور الفريت حتى نقطة انصهار
الصلب كما هو موضح فى منحنى الاتزان للحديد والكروم فى شكل رقم 1 . بمعنى
أخر لا يتكون أو ستينيت فى هذا الصلب مع التسخين بالرغم من أن هذا الصلب
يعتبر غير قابل للتصليد ، فان بعض أنواعه ممكن أن تحتوى على أوستنيت عند
حدود الحبيبات الذى قد يتحول الى مارتنزيت فى المنطقه المتاثره بالحراره
أثناء تبريد المعدن.

الصلب
الفريتى المقاوم للصدأ معرض لنمو زائد فى الحبيبات عند تعرضه لدرجات حراره
أعلى من 1100ه م ويمكن ملاحظة ذلك فى المنطقه المتأثره بالحراره من معدن
الأساس بعد تبريد وصلة اللحام . لحسن الحظ فانه يمكن تصغير الحبيبات
بالمعالجه الحراريه اللاحقه لللحام ، التىتحسن من متانته أيضاً .

ممكن
استعمال سلك لحام من نفس النوع للحام سبائك الصلب الفريتى المقاوم للصدأ
.إلا أنه يفضل استخدام اسلاك لحام من الصلب الأوستنيتى المقاوم للصدأ 312 ،
310 أو 309 للحام الصلب الفريتى المقاوم للصدأ .

3 - الصلب الأوستنيتى المقاوم للصدأ Austenitic Staniless Steel
هذا النوع
من الصلب عباره عن سبائك من الحديد والكروم والنيكل أيضاً مضافاً اليه نسب
مختلفه من الكربون وعناصر سبائكيه أخرى للحصول على خواص معينه مثل مقاومة
التأكل والأكسده والمتانه عند درجات الحراره العاليه وقابلية اللحام.

البنيه
المجهريه للأوستنيت تظل ثابته وغير متغيره عند جميع درجات الحراره وذلك
بإضافة النيكل ونسب أقل من الكربون والمنجنيز وهذا يعنى عدم تحول الأوستنيت
الى فيريت عند أى درجة حراره.
و الصلب
الاوستنيتى المقاوم للصدأ لا يمكن تصليده بالمعالجه الحراريه حيث لا يحدث
تحول الى فيريت وهى ميزه لعدم امكانيه تصليد أى جزء فى معدن الأساس هذا
النوع من الصلب له قابليه لحام ممتازه وذلك لجميع سبائك المجموعه 300 .

وكذلك فليس
من الضرورى عمل تسخين سابق للحام بل على العكس يجب تجنب التسخين المسبق
تماماً كما يجب أن تكون درجة الحراره بين الامرارات أقل من 95ه م.

4 - اسلاك اللحام للصلب المقاوم للصدأ
لعل أحد
أهم العوامل فى اختيار سلك اللحام هى مضاهاته معدن الأساس بقدر الامكان فى
التركيب الكيميائى والمتانه ومقاومة التأكل والأكسده.بالرغم من عدم وجود
ألفا فيريت فى الصلب الاوستنيتى المقاوم للصدأ فانه عاده يحتوى على نسبه
صغيره من دلتا فيريت . وتعتبر هذه ميزه حيث أنها تساعد فى تقليل امكانية
التشرخ على الساخن فى اللحام أثناء دورة التبريد كذلك فالتحكم فى نسبة
الفيريت الموجود فى الصلبالاوستنيتى المقاوم للصدأ هام للغايه فاضافه نسبه
صغيره من دلتا فيريت تقلل مشاكل اللحام الخاصه بالتشرخ على الساخن لمعدن
اللحام.
الشكل رقم 2
يوضح الطور المتوقع بعد عملية اللحام من واقع تحليل معدن اللحام ومعدل
التبريد ويجب ان يوضع فى الحسبان ان ذلك الشكل ليس منحنى طور ثنائي
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]هذه الصورة تم تصغيرها. اضغط هنا لعرض الصورة الكاملة. حجم الصورة الأصلي 761x456.[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

5 - طور سيجما Sigma phase
بالرغم من
أن وجود الفيريت فى معدن اللحام له ميزه فى عملية اللحام الإ أنه قد يسبب
مشاكل بالنسبه للخواص الفيزيقيه عند درجات الحراره العاليه أثناء
الاستخدام .ذلك لأن بعض سبائك الصلب الاوستنتيتى المقاوم للصدأ وبالأخص
تلك المحتويه على فيريت تكون طوراً هشاً يعرف بطور سيجما عند تعرضها
لدرجات حراره ما بين 480 الى 960 م ويترسب طور سيجما بسرعه زائده عند
درجات حراره معينه خلال هذا المدى الحرارى فى خلال وقت قصير جداً . كمثال
فان طور سيجما سوف يترسب فى أقل من ساعه عند درجة حراره 840 م.

ونتيجه
لترسيب طور سيجما يقل كل من مقاومة التأكل ولدونه الصلب فى حين تزداد صلاده
الصلب وتقل متانته بصوره واضحه . بالرغم من أنه يمكن التخلص من طور سيجما
بالتلدين عند درجات حراره أعلى من 980م ، إلا أنه من الأفضل اختيار
السبائك المناسبه وبالأخص عند استعمالها عند درجات حراره أعلى من 540م ،
فيجب تأن تكون نسبة دلتا فيريت الموجوده فى السبيكه التى تم اختيارها فى
أقل حد ممكن . كذلك عند أختيار سلك اللحام للصلب المقاوم للصدأ المستخدم فى
درجات الحراره العاليه . يجب أن يكون هو أيضا منخفض فى نسبة دلتا فيريت
وذلك لتحاشى طور سيجما فى معدن اللحام المترسب.
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

6 - ترسيب الكربيدات
يوجد مدى
حرارى حرج يجب أن يأخذ فى الاعتبار فى حاله لحام الصلب الاوستنيتى المقاوم
للصدأ أو تسخينه .ذلك انه فى مدى الحرارى ما بين 430 الى 820م ، يتحد
الكروم مع الكربون لتكوين كربيدات كروم عند الحدود الفاصله للحبيبات ونتيجه
لذلك تفقتد مناطق المعدن حول حدود الحبيبات الحمايه التى يوفرها أكسيد
الكروم وتصبح عرضه للتأكل بسهوله.

وأثناء
اللحام يحدث ترسيب للكربيدات فى المناطق المتأثره بالحراره من معدن الاساس
إذا ما يتم تعريضها للمدى الحرارى الحرج . لفتره زمنيه كافيه لاتحاد
الكربون بالكروم وتزداد الخطوره الناتجه عن ترسيب الكربيدات بزيادة هذه
الفتره الزمنيه.

وهناك طرق عديده لتقليل أو منع ترسيب الكربيدات فى الصلب الأوستنيتى المقاوم للصدأ ومن أهمها :-
1. تسخين
المعدن لدرجة حراره أعلى من 980م ثم تبريده سريعاً بالطش. هذه المعالجه
الحراريه تعمل على ذوبان كربيدات وبالتالى اعادة توزيع الكروم بشكل منتظم
داخل الحبيبات وحول الحدود الفاصله بينها .كما أن التبريد السريع يمنع
ترسيب الكربيدات بتبريد المعدن فى أقل وقت ممكن خلال المدى الحرارى الحرج.
2. تقليل
نسبه الكربون فى الصلب المقاوم للصدأ بالدرجه الكافيه بحيث عندما يتم ترسيب
كربيدات الكروم تكون غير مؤثره على كفاءة حماية الحبيبات والمناطق
القريبه من الحدود بينها من التأكل فى المحاليل . الأنواع ذات الكربون
المنخفض بالنسبه لكل من معدن الأساس وسلك اللحام يضاف النهايتها حرف L أو
يشار اليها بالحروف (ELC)
3. اضافه
عنصر لتثبت الكربون مثل النيييوم (N6) أو التيتانيوم (Ti) لمعدن الأساس أو
سلك اللحام. حيث أن لكل فيهما قابليه اكبر للاتحاد بالكربون عنها فى حالة
الكروم فيصبح الكربون المتاح للاتحاد مع الكروم قليل جداً وغالباً ما
يستخدم هذا النوع من الصلب فى التطبيقات التىيصعب فيها التحكم فى درجة
الحراره خلال المدى الحرارى الحرج.