مسحوق سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ النيكل 18Ni300

مقدمة

اليوم ، أود أن أقدم لكم مسحوق سبيكة 18Ni300 ، لكن أولاً وقبل كل شيء ، أود أن أؤكد أنه لا تخلط بين كلمة "نيكل" في اسمها. إنه ليس نوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ، ولكنه نوع واحد من الفولاذ الصلب المتبلور ذو الأداء الممتاز في مجال التصنيع الدقيق. بعد ذلك، سآخذك لفهم جميع ألغاز مسحوق سبيكة 18Ni300 من منظور عالم المواد.

التركيب والبنية المجهرية لمسحوق سبيكة 18Ni300

في رأيي، لفهم المادة، يجب أن نبدأ أولاً بالتركيب الكيميائي "الجيني" والبنية المجهرية. هذا يشبه تشريح آلة معقدة. فقط من خلال معرفة كل جزء منها وكيفية تجميعها يمكننا أن نفهم حقًا كيفية عملها.

التركيب الكيميائي

ويرجع السبب في قدرة 18Ni300 على تحقيق هذه القوة والمتانة العالية إلى تركيبته الكيميائية الدقيقة والمعقدة. إنها سبيكة الحديد النموذجية رقم 1 التي:

• النيكل (ني): يصل المحتوى إلى حوالي 18%، وهو العنصر الأساسي لتكوين طور المارتينسيت منخفض الكربون وجزء مهم من مرحلة الترسيب في عملية التقوية المتأخرة للشيخوخة.
• الكوبالت (Co): حوالي 9% يساعد الكوبالت على تقليل الكمية المتبقية من الأوستينيت بعد التبريد ويعزز تكوين المارتينسيت. وفي الوقت نفسه، يمكنه أيضًا تحسين قوة وصلابة المادة، كما أن له تأثيرًا إيجابيًا على تحسين تأثير تصلب الشيخوخة.
• الموليبدينوم (Mo): حوالي 5% الموليبدينوم هو عنصر تقوية مهم في المحلول الصلب، والذي يمكن أن يشكل محلولاً صلباً بديلاً مع الحديد ويعيق حركة الخلع. والأهم من ذلك، يعد الموليبدينوم أيضًا عنصرًا أساسيًا في ترسيب مراحل التقوية (مثل Ni3Mo) أثناء عملية التقادم.
• التيتانيوم (Ti): حوالي 0.6% التيتانيوم، على الرغم من أنه ليس عالي المحتوى، إلا أنه عنصر حاسم في تقوية ترسيب الجسيمات الصغيرة. وهو يشكل مرحلة ترسيب Ni3Ti مع النيكل، وهو أحد العوامل الرئيسية التي تساهم في القوة الفائقة للغاية لـ 18Ni300.
• الألومنيوم (Al): عادةً ما يحتوي على كمية صغيرة من الألومنيوم (حوالي 0.11 تيرابايت 3 تيرابايت)، كمزيل للأكسدة ومكرر للحبوب، لتحسين نسيج الصب وتأثير المعالجة الحرارية اللاحقة.
• الكربون (C): محتوى الكربون منخفض للغاية، وعادةً ما يكون أقل من 0.03%. ويُعد الكربون المنخفض سمة رئيسية في الفولاذ المارتنسيت 18Ni300، مما يجعل المارتينسيت المُشكّل يتمتع بصلابة أعلى ويتجنب هشاشة المارتينسيت التقليدي عالي الكربون.

تحول الأوستينيت-مارتنسيت

بعد المعالجة بالمحلول، تشكل المادة بنية أوستنيتية. ومع ذلك، في عملية التبريد اللاحقة، يتحول الأوستينيت بالكامل تقريبًا إلى مارتنسيت منخفض الكربون. يختلف هذا المارتينسيت عن المارتينسيت الفولاذي التقليدي المتصلب، فهو يحتوي على نسبة منخفضة جدًا من الكربون، لذلك يتمتع بصلابة أعلى. في رأيي، إن مصفوفة المارتينسيت الفريدة هذه هي التي تضع أساسًا متينًا لتقوية التقادم اللاحقة.

آلية تعزيز الاستخراج

نحن نعلم أن سحر الفولاذ الصلب 18Ni300 الصلب المتبلور ينعكس إلى حد كبير في الرابط الرئيسي لمعالجته في مرحلة التقادم. عادةً ما نحتفظ به لعدة ساعات في نافذة درجة حرارة تتراوح بين 480-520 درجة مئوية.

في ظل هذه الحالة المضبوطة جيدًا، تترسب تلك المركبات البينية المعدنية الصغيرة، خاصةً مركبات Ti وNielevated Ti وNielevated Mo، بشكل منتظم من مصفوفة المارتينسيت منخفضة الكربون.

لا يتم تكديس هذه الرواسب ببساطة، بل يتم دمجها بذكاء مع المصفوفة بطريقة مشتركة أو شبه مشتركة، مما يحسن بشكل كبير من قوة الخضوع وقوة الشد للمادة.

دعني أتحدث تحديداً عن مرحلتي التعزيز الرئيسيتين:

طور Ni₃Ti: وعادةً ما نلاحظ أنها تترسب في شكل كروي أو بيضاوي صغير، وغالبًا ما يتم التحكم في حجمها بين 5-20 نانومتر. ويكون تأثيرها على حركة الخلع قويًا جدًا وهو العامل الأساسي الذي يساهم في القوة المذهلة للمادة.

طور Ni₃Mo: سوف تترسب أيضًا بطريقة مماثلة، ولكنها قد تكون أكثر شبهاً بالبلات أو المغزل في التشكل، وقد تكون أكبر قليلاً في الحجم. لا يمكن أن توفر زيادة المنيوم المنيوم تأثيرًا تقويميًا كبيرًا فحسب، بل أيضًا من وجهة نظر استقرار الأنسجة، فهي تلعب دورًا مهمًا في تثبيت نسيج المصفوفة، مما يمنع حدوث تحول طوري غير مرغوب فيه.

ويحدد نوع هذه الرواسب النانوية وحجمها المحدد ومورفولوجيتها وتوحيد توزيعها في المصفوفة، كل هذه التفاصيل تحدد بشكل مباشر الأداء الميكانيكي النهائي ل 18Ni300.

مورفولوجيا المسحوق وخصائصه

بالنسبة لتصنيع المواد المضافة، فإن جودة المسحوق نفسه أمر بالغ الأهمية. عادةً ما يتم تحضير مسحوق سبيكة 18Ni300 باستخدام تقنيات الانحلال الغازي أو الانحلال بالبلازما، مما يضمن أن تكون جزيئات المسحوق ذات كروية جيدة ونسبة فراغ منخفضة وقابلية تدفق عالية. وتؤثر مورفولوجيا المسحوق المثالية وتوزيع حجم الجسيمات بشكل مباشر على تجانس وكثافة انتشار المسحوق أثناء عملية الطباعة، وبالتالي تحديد أداء الجزء النهائي.

الخواص الفيزيائية لمسحوق سبيكة 18Ni300

بالإضافة إلى البنية المجهرية، فإن الخصائص الفيزيائية العيانية هي أيضًا من العوامل التي يجب على مهندسينا أخذها في الاعتبار عند اختيار المواد.

الكثافة

تتراوح كثافة سبيكة 18Ni300 عادةً من 8.0 جم/سم مكعب إلى 8.2 جم/سم مكعب. وتُعد هذه الكثافة معتدلة بالنسبة للصلب عالي القوة، وبالمقارنة مع بعض السبائك فائقة القوة (مثل سبائك التنغستن)، فإنها لا تفرض عبء وزن زائد على الهيكل. في مجال الطيران، يعتبر كل جرام من الوزن أمرًا بالغ الأهمية؛ ولذلك، فإن هذه الكثافة المعتدلة، بالإضافة إلى قوته الممتازة، تجعله مادة مفضلة للتصميمات خفيفة الوزن.

نطاق درجة الانصهار

وتتراوح درجة انصهاره بين 1410 درجة مئوية تقريبًا و1425 درجة مئوية. تضمن نقطة الانصهار العالية نسبياً هذه أن تحافظ المادة على السلامة الهيكلية والخصائص الميكانيكية الجيدة في البيئات ذات درجات الحرارة العالية، مثل مكونات المحرك. وفي الوقت نفسه، بالنسبة لعمليات التصنيع المضافة، تساعد معرفة نطاق نقطة الانصهار الدقيقة المهندسين على تعيين أفضل معلمات العملية مثل طاقة الليزر وسرعة المسح الضوئي لضمان ذوبان المسحوق بالكامل وتشكيل طبقة مطبوعة كثيفة.

التوصيل الحراري

الموصلية الحرارية لسبائك 18Ni300 منخفضة نسبيًا، حوالي 20-25 وات/(م - كلفن). هذه القيمة أقل من المواد ذات الموصلية الحرارية العالية مثل النحاس النقي أو الألومنيوم النقي، ولكنها تشبه العديد من أنواع الفولاذ عالي القوة. في بعض التطبيقات، قد يعني انخفاض التوصيل الحراري في بعض التطبيقات أنه يجب النظر في تصميم فعال لتبديد الحرارة لتجنب ارتفاع درجة الحرارة المحلية. ومع ذلك، في تطبيقات أخرى، مثل المكونات التي تتطلب عزلًا موضعيًا، أو عند التشغيل تحت تدرجات حرارة عالية، قد تكون هذه الموصلية الحرارية المنخفضة ميزة في المقابل.

تطبيق واسع النطاق لمسحوق السبائك 18Ni300

إن مزيجها الفريد من الخصائص - القوة الفائقة والمتانة الممتازة والأداء الجيد في مقاومة التعب وثبات الأبعاد - يجعلها تلعب دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في العديد من المجالات الرئيسية.

الطيران والفضاء

في مجال صناعة الطيران، كل تحسين في الأداء يعني تقدماً كبيراً. الوزن هو العدو الأبدي لتصميم الطائرات، في حين أن القوة هي شريان الحياة لضمان سلامة الطيران. وبفضل نسبة القوة إلى الوزن العالية للغاية والصلابة الممتازة التي يتميز بها 18Ni300، أصبح هذا المعدن مادة مثالية لتصنيع المكونات الرئيسية مثل الأجزاء الهيكلية للطائرات، وأجزاء معدات الهبوط، والأجزاء الدقيقة للأقمار الصناعية، وفوهات محركات الصواريخ، وشفرات التوربينات.

من خلال تقنية التصنيع المضاف، يمكننا استخدام مسحوق 18Ni300 لإنتاج أجزاء خفيفة الوزن ذات بنية داخلية معقدة وتصميم طوبولوجيا محسّنة معقدة، والتي لا يمكنها فقط تقليل الوزن بشكل كبير، بل يمكنها أيضًا تحقيق التكامل الوظيفي والأداء الوظيفي للأجزاء دون التضحية بالأداء.

تصنيع القوالب الدقيقة

بالنسبة للقوالب الدقيقة، وخاصة قوالب الصب بالقالب أو قوالب الحقن أو قوالب العمل الساخنة، يجب ألا تتمتع المادة بصلابة عالية وقوة عالية لمقاومة التآكل والتشوه فحسب، بل يجب أن تتمتع أيضًا بصلابة جيدة لتجنب التشقق المبكر، وتلميع ممتاز لتلبية متطلبات جودة السطح. بعد المعالجة الحرارية المناسبة للشيخوخة، يمكن أن تصل سبيكة 18Ni300 إلى صلابة فائقة فوق HRC 50، وتمنحها مصفوفة المارتينسيت صلابة شاملة ممتازة.

لذلك، يتفوق المسحوق المصنوع من سبيكة 18Ni300 في تصنيع قوالب طويلة العمر وعالية الدقة يمكنها تحمل بيئات العمل القاسية. يمكن لأدائها الممتاز أن يطيل عمر خدمة القالب بشكل كبير، ويقلل من تكاليف الإنتاج، ويحسن جودة المنتج.

الأجهزة الطبية

في مجال الأجهزة الطبية، وخاصة الأدوات الجراحية وبعض أجهزة تثبيت العظام والمكونات الطبية المخصصة، هناك متطلبات عالية للغاية لقوة المواد وصلابتها ومقاومتها للتآكل وتعقيمها. على الرغم من أن سبيكة 18Ni300 ليست مادة حيوية من فئة الزرع بالمعنى التقليدي، إلا أن قوتها العالية للغاية وأداءها الجيد في مقاومة التعب يجعلها تُظهر إمكانات كبيرة في تصنيع الأجهزة الطبية غير القابلة للزرع التي تتحمل الضغط العالي وتتطلب موثوقية عالية.

على سبيل المثال، في بعض الموجهات الجراحية المعقدة المخصصة أو مقابض الأدوات أو مكونات الأدوات الجراحية بمساعدة الروبوت، يمكن أن يوفر 18Ni300 أداءً لا مثيل له في المواد التقليدية. وأعتقد أنه مع تطور تكنولوجيا الطلاء المتوافق حيويًا، فإن تطبيقه في المجال الطبي الأوسع نطاقًا واعدًا.

خاتمة، تؤكد من جديد الدور الرئيسي لمسحوق سبيكة 18Ni300 في التصنيع عالي الأداء

18Ni300 هي أكثر من مجرد مادة 1، بل هي أشبه بمفتاح يفتح إمكانيات لا حصر لها في مجال التصنيع عالي الأداء. يقودنا مزيجها المثالي مع تكنولوجيا التصنيع المضافة إلى عصر جديد من الأجزاء الأخف وزنًا والأقوى والأكثر تعقيدًا. أعتقد أنه في المستقبل، سيستمر مسحوق سبيكة 18Ni300 في التألق في مجال التكنولوجيا الفائقة، وسيرتقي بمستوى التصميم الهندسي والتصنيع إلى مستوى جديد.