مقدمة عن فولاذ قوالب التشكيل على البارد

يُستخدم فولاذ قوالب التشكيل على البارد بشكل أساسي في عمليات التشكيل بالضغط، والتقطيع، والتشكيل، والثني، والبثق على البارد، والسحب على البارد، وقوالب تعدين المساحيق، وغيرها. ويتطلب هذا الفولاذ صلابة عالية، ومقاومة عالية للتآكل، ومتانة كافية. وينقسم عمومًا إلى فئتين: النوع العام والنوع الخاص. على سبيل المثال، يشمل فولاذ قوالب التشكيل على البارد للأغراض العامة في الولايات المتحدة عادةً أربع درجات: 01، A2، D2، وD3. يوضح الجدول 4 مقارنة درجات فولاذ قوالب التشكيل على البارد للأغراض العامة في مختلف البلدان. ​​وفقًا لمعيار JIS الياباني، فإن الأنواع الرئيسية من فولاذ قوالب التشكيل على البارد التي يمكن استخدامها هي سلسلة SK، بما في ذلك فولاذ أدوات الكربون من سلسلة SK، وثمانية أنواع من فولاذ أدوات السبائك من سلسلة SKD، وتسعة أنواع من فولاذ السرعات العالية من سلسلة SKHMO، ليصبح المجموع 24 درجة. أما معيار GB/T1299-2000 الصيني لفولاذ أدوات السبائك فيشمل 11 نوعًا من الفولاذ، مما يشكل سلسلة متكاملة نسبيًا. مع تغير تقنيات التصنيع والمواد المستخدمة والطلب على القوالب، لم تعد السلسلة الأساسية الأصلية قادرة على تلبية الاحتياجات. لذا، قامت مصانع الصلب اليابانية وكبرى شركات تصنيع أدوات وقوالب الصلب الأوروبية بتطوير أنواع خاصة من فولاذ قوالب التشكيل على البارد، وشكلت تدريجياً سلاسل متخصصة من هذا النوع، ويُعد تطوير هذه الأنواع اتجاهاً رئيسياً لتطوير فولاذ قوالب التشكيل على البارد.

فولاذ قوالب التشكيل البارد منخفض السبائك، مُقسّى بالهواء، مُعالج حرارياً بالهواء.

مع تطور تقنيات المعالجة الحرارية، ولا سيما الانتشار الواسع لتقنية التبريد الفراغي في صناعة القوالب، ولتقليل تشوه التبريد، تم تطوير أنواع من الفولاذ منخفض السبائك المبرد بالهواء والمصمم لمقاومة التشوه الدقيق محليًا وعالميًا. يتطلب هذا النوع من الفولاذ قابلية جيدة للتصليد ومعالجة حرارية مناسبة، ويتميز بتشوه منخفض، وقوة ومتانة عاليتين، ومقاومة جيدة للتآكل. على الرغم من أن فولاذ القوالب القياسي عالي السبائك المستخدم في عمليات التشكيل على البارد (مثل D2 وA2) يتمتع بقابلية جيدة للتصليد، إلا أنه يحتوي على نسبة عالية من السبائك، مما يجعله مكلفًا. لذلك، تم تطوير أنواع من الفولاذ منخفض السبائك المصمم لمقاومة التشوه الدقيق محليًا وعالميًا. يحتوي هذا النوع من الفولاذ عادةً على عناصر سبائكية مثل الكروم والمنغنيز لتحسين قابلية التصليد، حيث لا تتجاوز النسبة الإجمالية لهذه العناصر 5%. وهو مناسب لتصنيع الأجزاء الدقيقة بكميات إنتاج صغيرة، والقوالب المعقدة. تشمل أنواع الفولاذ الشائعة A6 من الولايات المتحدة، وACD37 من شركة هيتاشي ميتالز، وG04 من شركة دايدو سبيشال ستيل، وAKS3 من شركة آيتشي ستيل، وغيرها. يتميز فولاذ GD الصيني، بعد تبريده السريع عند 900 درجة مئوية وتلطيفه عند 200 درجة مئوية، بقدرته على الاحتفاظ بكمية معينة من الأوستنيت المتبقي، كما يتمتع بقوة ومتانة وثبات أبعاد جيدين. يُستخدم هذا الفولاذ في صناعة قوالب التشكيل على البارد المعرضة للتشقق والكسر، ويتميز بعمر خدمة طويل.

فولاذ القوالب المقوى باللهب

بهدف تقصير دورة تصنيع القوالب، وتبسيط عملية المعالجة الحرارية، وتوفير الطاقة، وخفض تكلفة التصنيع، طورت اليابان أنواعًا خاصة من فولاذ القوالب المُستخدم في عمليات التشكيل على البارد، والمصممة خصيصًا لتلبية متطلبات التبريد باللهب. ومن أبرز هذه الأنواع: SX105V (7CrSiMnMoV) وSX4 (Cr8) من شركة آيتشي ستيل، وHMD5 وHMD1 من شركة هيتاشي ميتال، وفولاذ G05 من شركة داتونغ للصلب الخاص، وغيرها. أما الصين، فقد طورت فولاذ 7Cr7SiMnMoV، الذي يُستخدم لتسخين شفرة القالب أو أجزاء أخرى منه باستخدام مسدس رش الأوكسي أسيتيلين أو غيره من أجهزة التسخين بعد معالجة القالب، ثم تبريده بالهواء وتبريده سريعًا. ويمكن استخدامه مباشرةً بعد التبريد. وبفضل سهولة تصنيعه، يُستخدم هذا الفولاذ على نطاق واسع في اليابان. ويُعد فولاذ 7CrSiMnMoV من أبرز أنواع هذا الفولاذ، لما يتميز به من قابلية جيدة للتصلب. عند تبريد الفولاذ بقطر 80 مم بالزيت، تصل صلابته على بُعد 30 مم من السطح إلى 60 HRC. ويبلغ فرق الصلابة بين اللب والسطح 3 HRC. أما عند التبريد باللهب، وبعد التسخين المسبق عند 180-200 درجة مئوية، ثم التسخين إلى 900-1000 درجة مئوية للتبريد السريع باستخدام مسدس رش، تصل الصلابة إلى أكثر من 60 HRC، ويمكن الحصول على طبقة صلبة بسماكة تزيد عن 1.5 مم.

فولاذ قوالب تشكيل على البارد عالي المتانة ومقاومة عالية للتآكل

بهدف تحسين متانة فولاذ قوالب التشكيل على البارد وتقليل مقاومته للتآكل، طورت بعض كبرى شركات إنتاج فولاذ القوالب الأجنبية سلسلة من أنواع الفولاذ المصممة خصيصًا لهذا الغرض، تتميز بمتانة عالية ومقاومة عالية للتآكل. يحتوي هذا النوع من الفولاذ عادةً على حوالي 1% كربون و8% كروم. وبإضافة عناصر أخرى مثل الموليبدينوم والفاناديوم والسيليكون، تصبح كربيداته دقيقة ومتجانسة التوزيع، وتتجاوز متانته بكثير متانة فولاذ Cr12، بينما تبقى مقاومته للتآكل مماثلة. كما يتميز هذا الفولاذ بصلابة عالية، وقوة انحناء، وقوة إجهاد، ومقاومة للكسر، بالإضافة إلى ثبات أعلى ضد التصليد مقارنةً بفولاذ قوالب Cr12. وهو مناسب للمكابس عالية السرعة والمكابس متعددة المحطات. ومن أبرز أنواع هذا الفولاذ، الفولاذ الياباني DC53 ذو المحتوى المنخفض من الفاناديوم، وفولاذ CRU-WEAR ذو المحتوى العالي من الفاناديوم. يُقسّى فولاذ DC53 عند درجة حرارة 1020-1040 درجة مئوية، وتصل صلابته إلى 62-63 HRC بعد التبريد الهوائي. يمكن تلطيفه عند درجات حرارة منخفضة (180-200 درجة مئوية) ودرجات حرارة عالية (500-550 درجة مئوية)، وتكون صلابته أعلى بمرة واحدة من D2، وأداؤه في مقاومة الإجهاد أعلى بنسبة 20% من D2؛ بعد التشكيل والدرفلة بتقنية CRU-WEAR، يُخضع لعملية التلدين والتسخين الأوستنيتي عند 850-870 درجة مئوية بمعدل أقل من 30 درجة مئوية/ساعة، ثم يُبرد إلى 650 درجة مئوية ويُحرر، فتصل صلابته إلى 225-255 HB، ويمكن اختيار درجة حرارة التبريد السريع في نطاق 1020-1120 درجة مئوية، فتصل صلابته إلى 63 HRC، ويُعالج بالتلطيف عند 480-570 درجة مئوية حسب ظروف الاستخدام، مع تأثير تصلب ثانوي واضح، ومقاومة للتآكل وصلابة أفضل من D2.

الفولاذ الأساسي (الفولاذ عالي السرعة)

يُستخدم الفولاذ عالي السرعة على نطاق واسع في الخارج لتصنيع قوالب التشكيل على البارد عالية الأداء وطويلة العمر، وذلك بفضل مقاومته الممتازة للتآكل وصلابته العالية، مثل الفولاذ الياباني القياسي عالي السرعة SKH51 (W6Mo5Cr4V2). ولتلبية متطلبات القالب، غالبًا ما تُحسّن المتانة عن طريق خفض درجة حرارة التبريد، أو صلابة التبريد، أو تقليل محتوى الكربون في الفولاذ عالي السرعة. يُطوّر الفولاذ الأساسي من الفولاذ عالي السرعة، ويُصبح تركيبه الكيميائي مُكافئًا لتركيب الفولاذ الأساسي بعد التبريد. لذلك، يكون عدد الكربيدات المتبقية بعد التبريد قليلًا وموزعًا بالتساوي، مما يُحسّن متانة الفولاذ بشكل كبير مقارنةً بالفولاذ عالي السرعة. درست الولايات المتحدة واليابان أنواعًا من الفولاذ الأساسي بدرجات VascoMA وVascoMatrix1 وMOD2 في أوائل سبعينيات القرن الماضي. ومؤخرًا، تم تطوير أنواع أخرى مثل DRM1 وDRM2 وDRM3. يُستخدم هذا النوع من الفولاذ عادةً في قوالب التشكيل على البارد التي تتطلب صلابة عالية ومقاومة أفضل للتصلب. وقد طورت الصين أيضاً أنواعاً أخرى من الفولاذ الأساسي، مثل 65Nb (65Cr4W3Mo2VNb)، و65W8Cr4VTi، و65Cr5Mo3W2VSiTi، وغيرها. يتميز هذا النوع من الفولاذ بقوة وصلابة عاليتين، ويُستخدم على نطاق واسع في عمليات البثق على البارد، والتثقيب البارد للصفائح السميكة، وعجلات دلفنة الخيوط، وقوالب التشكيل بالضغط، وقوالب التشكيل على البارد، وغيرها، كما يُمكن استخدامه كقوالب للبثق على الساخن.

فولاذ القوالب المصنوع بتقنية تعدين المساحيق

يتميز فولاذ قوالب التشكيل على البارد عالي السبائك من نوع LEDB، المُنتَج بالطرق التقليدية، وخاصةً المواد ذات المقاطع الكبيرة، بوجود كربيدات يوتكتيكية خشنة وتوزيع غير متجانس، مما يُقلل بشكل كبير من صلابة الفولاذ وقابليته للطحن وتجانسه. في السنوات الأخيرة، ركزت كبرى شركات الصلب الأجنبية المتخصصة في إنتاج فولاذ الأدوات والقوالب على تطوير سلسلة من فولاذ السرعات العالية وفولاذ القوالب عالي السبائك المُنتَج بتقنية تعدين المساحيق، مما أدى إلى التطور السريع لهذا النوع من الفولاذ. باستخدام عملية تعدين المساحيق، يبرد مسحوق الفولاذ المُذرَّر بسرعة، وتكون الكربيدات المتكونة دقيقة ومتجانسة، مما يُحسِّن بشكل ملحوظ صلابة مادة القالب وقابليتها للطحن وتجانسها. بفضل عملية الإنتاج الخاصة هذه، تتميز الكربيدات بدقة وتجانس عالٍ، كما تتحسن قابلية التشغيل وأداء الطحن، مما يسمح بإضافة محتوى أعلى من الكربون والفاناديوم إلى الفولاذ، وبالتالي تطوير سلسلة من أنواع الفولاذ الجديدة. على سبيل المثال، تشهد سلسلة DEX من شركة داتونغ اليابانية (DEX40، DEX60، DEX80، إلخ)، وسلسلة HAP من شركة هيتاشي ميتال، وسلسلة FAX من شركة فوجيكوشي، وسلسلة VANADIS من شركة أوديهولم، وسلسلة ASP من شركة إيراستيل الفرنسية، وفولاذ الأدوات والقوالب المصنّع بتقنية تعدين المساحيق من شركة كروسيبل الأمريكية، تطوراً سريعاً. وتتميز سلسلة فولاذ تعدين المساحيق، مثل CPM1V وCPM3V وCPM1OV وCPM15V، بمقاومة تآكل ومتانة محسّنة بشكل ملحوظ مقارنةً بفولاذ الأدوات والقوالب المصنّع بالطرق التقليدية.