مكافئ الكروم والنيكل على مخطط شيفلر
تركيب اللُّحام بعد الخلط، وموضعه على المخطّط، والبنية المتوقّعة ونسبة الفريت — مع أثر التخفيف بالمعدن الأساسي.
الجواب المختصر
رقمان يضعان اللحام على مخطّط شيفلر: مكافئ الكروم ومكافئ النيكل. والكربون يزن فيهما ثلاثين ضعف النيكل — فعُشر بالمئة منه يزيح النقطة بقدر ثلاثة بالمئة من النيكل. والصيغتان والمخطّط أدناه.
كيف يُقرأ المخطّط
محور أفقي لمكافئ الكروم ورأسي لمكافئ النيكل، والمستوى مقسوم إلى مناطق: أوستنيت ومارتنزيت وفريت وما بينها. موضع النقطة يقول البنية المتوقّعة، وخطوط تساوي الفريت تقول نسبته.
فيمَ يُستعمل عمليًّا
في وصلات المعادن المختلفة أوّلًا: هو الذي يفسّر لماذا يُختار 309L عند وصل المقاوم للصدأ بالكربوني — راجع لحام المعادن المختلفة. وفي التحقّق من أن اللُّحام الأوستنيتي سيحمل فريتًا كافيًا لمنع الشقّ الساخن.
حدوده
المخطّط من عام 1949 ويقرأ بالنطاقات لا بالأرقام الدقيقة. للتقدير الدقيق لنسبة الفريت يُستعمل WRC-1992 أو قياس مباشر بمقياس فريت على الوصلة نفسها.
الصيغ
شيفلر:
Cr-eq = Cr + Mo + 1.5·Si + 0.5·Nb + 2·Ti
Ni-eq = Ni + 30·C + 0.5·Mn
WRC-1992:
Cr-eq = Cr + Mo + 0.7·Nb
Ni-eq = Ni + 35·C + 20·N + 0.25·Cu
الكربون يُحسب في مكافئ النيكل ثلاثين مرّة. فعُشر بالمئة من الكربون يرفع النقطة بقدر ثلاثة بالمئة من النيكل. ولهذا حين يُلحم فولاذ غير سبائكي بحشو مقاوم للصدأ، يُنظر أوّلًا إلى الكربون الذي يُدخله المعدن الأساسي في اللُّحام، لا إلى الكروم.
التخفيف
تركيب اللُّحام متوسّط موزون بالحصص. في وصلة من معدن واحد حدّان: المعدن الأساسي والحشو. وفي وصلة معدنين مختلفين ثلاثة حدود، وهنا يبدأ الحساب الذهني بالخطأ. القيم الافتراضية في الحاسبة هي الحالة الكلاسيكية نفسها: 304 من جهة، وS235 من الجهة الأخرى، وحشو 309L، وحصّة كلّ معدن أساسي 25 %.
كيف يُقرأ مخطّط شيفلر خطوة بخطوة
- احسب اللُّحام لا الحشو. أدخل المعدنين الأساسيين والحشو وحصصها؛ تخلط الحاسبة التحاليل الثلاثة وتعيد الحصص إلى 100 %.
- مكافئ الكروم على المحور الأفقي، من 0 إلى 40: العناصر التي تدفع اللُّحام نحو الفريت.
- مكافئ النيكل على المحور الرأسي، من 0 إلى 30: العناصر التي تدفعه نحو الأوستنيت.
- ابحث عن المنطقة. ثلاثة حدود تفصل المارتنزيت، والفريت مع المارتنزيت، والأوستنيت مع المارتنزيت؛ وفوقها الأوستنيت، والأوستنيت مع الفريت، والفريت.
- اقرأ الفريت نطاقًا. خطوط تساوي الفريت مرسومة لـ 0 و5 و10 و20 و40 و80 و100 %. والخطّان المحيطان بالنقطة هما الجواب: 5–10 % لا 7 %.
- افحص القرب من الحدّ. إذا كانت النقطة أقرب من وحدة واحدة من مكافئ النيكل إلى حدّ منطقة، تنبّه الحاسبة: هذا سُمك الخطّ على مخطّط 1949، وتغيّر صغير في التخفيف ينقل اللُّحام إلى المنطقة المجاورة.
مثال قراءة: Cr-eq 39 وNi-eq 29
عند Cr-eq 39 يمرّ خطّ 10 % عند Ni-eq 28.0، وخطّ 5 % كان سيمرّ عند 31.8 — أي فوق الحافّة العليا للمخطّط. النقطة بينهما، فتكتب الحاسبة أوستنيت مع فريت، 5–10 %. وهي أعلى من خطّ 10 % بوحدة واحدة: قليل من الكروم الزائد فتصير القراءة 10–20 %. وحدود المارتنزيت بعيدة، فلا تنبيه. أمّا اللُّحامات المعتادة فتقع أبعد كثيرًا إلى اليسار: كلّ الأمثلة أدناه بين Cr-eq 14 و22.
ماذا تعني مناطق المخطّط وبماذا تهدّد كلّ منها
| المنطقة | ما تكتبه الحاسبة | الخطر على اللُّحام |
|---|---|---|
| A | أوستنيت، 0 % فريت | متين، لكنّه بلا فريت أكثر المناطق عرضة للشقّ الساخن في محور اللُّحام |
| A+F | أوستنيت مع فريت | الهدف: بضعة بالمئة من فريت دلتا توقف الشقوق الساخنة |
| A+M | أوستنيت مع مارتنزيت | جزر صلبة، ومطيلية أقلّ، وشقوق باردة؛ نموذجية عند زيادة الفولاذ الكربوني في الخليط |
| M | مارتنزيت | صلب وهشّ بعد اللحام؛ شقوق باردة مع الهيدروجين والتقييد الشديد |
| F+M | فريت مع مارتنزيت | مناطق مقسّاة وفريت خشن معًا |
| F | فريت | نموّ الحبيبات بالحرارة، ومتانة صدم منخفضة |
هذه هي المخاطر الأربعة الكلاسيكية لمخطّط شيفلر: الشقّ الساخن في اللُّحام الأوستنيتي الكامل، وشقوق التقسية في زاوية المارتنزيت، ونموّ الحبيبات والتقصّف في منطقة الفريت، وطور سيغما عند زيادة الفريت. وطور سيغما طور صلب هشّ من الحديد والكروم؛ ينمو من الفريت الغنيّ بالكروم حين يبقى اللُّحام زمنًا طويلًا في حرارة مرتفعة — في الخدمة أو أثناء المعالجة الحرارية. فالهدف إذن نطاق ضيّق من بضعة بالمئة من الفريت، لا أكبر قدر ممكن. وكيف يبدو كلّ نوع من الشقوق وكيف يُميَّز، تجده في مقال شقوق اللحام.
أمثلة محلولة: الفولاذ المقاوم للصدأ مع الكربوني
كلّ الأرقام هي بالضبط ما تعرضه الحاسبة في هذه الصفحة. المعدنان الأساسيان: 304 (C 0.08، Cr 18، Ni 9، Mn 1.5، Si 0.5، N 0.05) وS235 (C 0.18، Cr 0.2، Ni 0.1، Mn 1.2، Si 0.3).
304 مع S235 بحشو 309L — القيم الافتراضية
309L (C 0.03، Cr 23.5، Ni 13، Mo 0.3، Mn 1.7، Si 0.4، N 0.05)، والحصص 25/25/50: Cr-eq 17.1، Ni-eq 11.9، أوستنيت، 0 % فريت، والنسبة 1.43، ووفق WRC-1992 16.5 / 12.3 — وتنبيه الحدّ مضاء. يُبقي 309L اللُّحام خارج المارتنزيت، لكنّ احتياطه ينفد عند تخفيف كلّي 50 %: لا يبقى فريت ضدّ الشقّ الساخن، وأيّ تخفيف زائد ينقل النقطة إلى ما وراء الخطّ.
الوصلة نفسها بحشو 308L
نأخذ لـ 308L التحليل النموذجي الذي تنشره voestalpine Böhler Welding لسلك ER308L من طراز EAS 2-IG: C 0.02، Cr 20.0، Ni 10.0، Mn 1.8، Si 0.45؛ وتعطي ESAB لـ OK Autrod 308L قيمًا شبه مطابقة (Cr 19.8، Ni 9.8، Mn 1.9، Si 0.4). وعند 25/25/50: Cr-eq 15.2، Ni-eq 10.3، أوستنيت مع مارتنزيت؛ وبتحليل ESAB تقع النقطة في المنطقة نفسها. هذا هو الحساب وراء القاعدة في مقال لحام المعادن المختلفة: 308L في وصل المقاوم للصدأ بالكربوني يقع في المارتنزيت.
كيف يحرّك التخفيف النقطة
تُقسم حصّة المعدن الأساسي بالتساوي بين الجهتين، كما في مخطّط التخفيف: 20 % تعني تيارًا منخفضًا ونفاذًا قليلًا، و40 % نفاذًا عميقًا.
| التخفيف (A/B/الحشو) | 309L | 308L |
|---|---|---|
| 20 % (10/10/80) | 21.5 / 13.6، أوستنيت مع فريت 5–10 % | 18.5 / 11.0، أوستنيت مع فريت 5–10 %، تنبيه الحدّ |
| 40 % (20/20/60) | 18.5 / 12.5، أوستنيت 0 % | 16.3 / 10.6، أوستنيت مع مارتنزيت |
| 50 % (25/25/50) | 17.1 / 11.9، أوستنيت 0 %، تنبيه الحدّ | 15.2 / 10.3، أوستنيت مع مارتنزيت |
| 60 % (30/30/40) | 15.6 / 11.4، أوستنيت مع مارتنزيت | 14.1 / 10.1، أوستنيت مع مارتنزيت |
كلّ زيادة في الفولاذ الكربوني تزيح النقطة إلى اليسار والأسفل، نحو المارتنزيت. يحتفظ 309L بالفريت عند التخفيف القليل ويبقى أوستنيتيًّا حتى النصف تقريبًا؛ أمّا 308L فلا يصمد إلّا مع أقلّ نفاذ، وعلى الحافّة — فبتحليل ESAB تسقط نقطة 20 % نفسها في الأوستنيت مع المارتنزيت. ولهذا فالتيار المنخفض، والخيوط المستقيمة بلا تمايل، والطبقة العازلة على الأطراف في المقاطع السميكة لا تقلّ أهمية عن الحشو نفسه.
وصلة متجانسة: 304 مع 304 بحشو 308L
304 في العمودين، و308L نفسه، والحصص 15/15/70: Cr-eq 20.1، Ni-eq 11.7، أوستنيت مع فريت 5–10 % (WRC-1992 19.4 / 11.3). هنا لا يضرّ التخفيف: فالمعدن الأساسي مقاوم للصدأ هو أيضًا، و308L وحده يعطي 20.7 / 11.5 و10–20 % فريت. ولماذا تُختار حشوات المقاوم للصدأ بحيث يبقى شيء من الفريت، تجده في مقال لحام الفولاذ المقاوم للصدأ.
شيفلر وديلونغ وWRC-1992
يغطّي شيفلر الحقل كلّه مع المارتنزيت، ولذا فهو أداة الوصلات المختلفة والطبقات
العازلة. ثمّ دقّق ديلونغ الزاوية الأوستنيتية وأضاف النيتروجين وأدخل رقم الفريت
(FN)؛ ويتابع WRC-1992 هذا الخطّ بالنيتروجين والنحاس، فيعطي الفريت بـ FN لا
بالنسبة المئوية، وهو أدقّ للُّحامات الأوستنيتية والدوبلكس، لكن لا منطقة مارتنزيت
فيه. ولهذا تعرض الحاسبة الزوجين: شيفلر للمنطقة، وWRC-1992 للفريت. وفي الحالة
الافتراضية مكافئ النيكل وفق WRC أعلى (12.3 مقابل 11.9) بسبب الحدّ
20·N.
أخطاء شائعة
- وضع الحشو على المخطّط بدل اللُّحام. 309L وحده يعطي 24.4 / 14.8 و10–20 % فريت؛ واللُّحام الافتراضي 17.1 / 11.9 بلا فريت. صورة علبة الحشو ليست وصلتك.
- نسيان كربون المعدن الأساسي. الكربون يُضرب في 30: فـ 0.18 % C في S235 تساوي وحدها 5.4 وحدة، وبحصّة 25 % تضيف إلى اللُّحام 1.35.
- إغفال Ti وNb. في الفولاذ المثبَّت يضيف كلّ عُشر بالمئة من Ti مقدار 0.2 إلى Cr-eq شيفلر، وكلّ عُشر من Nb مقدار 0.05 (و0.07 وفق WRC-1992). اترك الحقول صفرًا فتقف النقطة أبعد إلى اليسار من حقيقتها.
- قراءة رقم واحد بدل النطاق. عند الحدّ لا يعطي المخطّط جوابًا حاسمًا. وإذا أضاء التنبيه فغيِّر الحشو أو التخفيف، لا القراءة.
- تخفيف واحد لكلّ الطرق. القطب المغلّف عادةً 20–30 %، وMAG 25–50 %، واللحام تحت المسحوق أكثر من 60 % — و60 % تنقل حتى 309L إلى الأوستنيت مع المارتنزيت. ولجهة الفولاذ الكربوني احسب التسخين المسبق بـحاسبة مكافئ الكربون.
أسئلة متكرّرة
أي نقطة أنظر إليها في المخطّط؟
نقطة اللُّحام بعد الخلط، لا نقطة مادة الحشو ولا نقطة المعدن الأساسي. الحاسبة تحسبها من الحصص التي تُدخلها: كلّما زاد التخفيف اقتربت النقطة من المعدن الأساسي.
ما نسبة الفريت المطلوبة؟
في اللُّحام الأوستنيتي: بضعة بالمئة، لا صفر ولا كثير. القليل منه يزيد خطر الشقّ الساخن، والكثير يخفض المتانة ومقاومة التآكل في بعض الأوساط. ولقياس دقيق يُستعمل WRC-1992 أو مقياس فريت.
والنقطة وقعت على حدّ منطقة؟
عندئذٍ لا يعطي المخطّط جوابًا حاسمًا: تغيّر صغير في التركيب أو في التخفيف ينقلها. غيّر الحشو إلى الأغنى، أو اخفض التخفيف بتيار أقلّ ومرّات أرقّ.
كيف أقرأ نسبة الفريت على مخطّط شيفلر؟
بين خطّي تساوي الفريت المحيطين بالنقطة (0 و5 و10 و20 و40 و80 و100 %)، فالجواب نطاق دائمًا. مثال: Cr-eq 39 وNi-eq 29 تقع بين خطّ 10 % (عنده Ni-eq 28.0) وخطّ 5 % — أوستنيت مع 5–10 % فريت.
لماذا 309L لا 308L لوصل المقاوم للصدأ بالفولاذ الكربوني؟
لأنّ الفولاذ الكربوني يخفّف الحشو. بالقيم الافتراضية (304 وS235 والحصص 25/25/50) يعطي 309L مكافئ Cr 17.1 وNi 11.9 — أوستنيت على حدّ المارتنزيت. ويعطي 308L نموذجي 15.2 و10.3 — أوستنيت مع مارتنزيت.
ما طور سيغما وما علاقة الفريت به؟
طور صلب هشّ من الحديد والكروم ينمو من فريت دلتا الغنيّ بالكروم حين يبقى اللُّحام زمنًا طويلًا في حرارة مرتفعة. يخفض المتانة ومقاومة التآكل — ولهذا المطلوب بضعة بالمئة من الفريت، لا أكبر قدر ممكن.
ماذا لو وقعت النقطة في المارتنزيت؟
سيخرج اللُّحام صلبًا وعرضة للشقوق الباردة. خذ حشوًا أغنى سبكًا، واخفض التخفيف بتيار أقلّ وخيوط مستقيمة، أو اكسُ طرف الفولاذ الكربوني أوّلًا بطبقة من الحشو المقاوم للصدأ. ثمّ أعد الحساب: يجب أن تبتعد النقطة عن الحدّ بلا تنبيه.
آخر تحديث: