الفولاذ عالي السرعة

الفولاذ عالي السرعة ( HSS أو HS ) هو مجموعة فرعية من فولاذ الأدوات ، ويستخدم عادة كمادة لأدوات القطع .

بالمقارنة مع أدوات الفولاذ عالي الكربون ، يتحمل الفولاذ عالي السرعة درجات حرارة أعلى دون أن يفقد صلابته، مما يسمح باستخدام سرعات قطع أعلى . عند درجة حرارة الغرفة، وبعد المعالجة الحرارية الموصى بها عمومًا، تُظهر درجات الفولاذ عالي السرعة صلابة عالية (أعلى من 60 على مقياس روكويل C ) ومقاومة للتآكل مقارنةً بالفولاذ الكربوني وفولاذ الأدوات الشائع . توجد أنواع عديدة من الفولاذ عالي السرعة، مثل M42 وM2. ^{[ 1 ]}

في عام 1868، طوّر عالم المعادن الإنجليزي روبرت فورستر موشيه فولاذ موشيه ، الذي يُعتبر سلفًا لأنواع الفولاذ الحديثة عالية السرعة. تكوّن هذا الفولاذ من 2% كربون ، و2.5% منغنيز ، و7% تنجستن . كانت الميزة الرئيسية لهذا الفولاذ هي قدرته على التصلب عند تبريده بالهواء من درجة حرارة تتطلب تبريدًا سريعًا لمعظم أنواع الفولاذ الأخرى . وعلى مدى الثلاثين عامًا التالية، كان التغيير الأهم هو استبدال المنغنيز بالكروم . ^{[ 2 ]}

في عامي 1899 و1900، أجرى فريدريك وينسلو تايلور وماونسيل وايت ( المعروف أيضًا باسم ماونسيل وايت الثالث؛ 1856-1912؛ حفيد ماونسيل وايت ؛ 1783-1863)، بالتعاون مع فريق من المساعدين في شركة بيت لحم للصلب في بيت لحم، بنسلفانيا ، الولايات المتحدة الأمريكية، سلسلة من التجارب على المعالجة الحرارية لأنواع الفولاذ عالية الجودة المستخدمة في صناعة الأدوات، مثل فولاذ موشيه، حيث تم تسخينها إلى درجات حرارة أعلى بكثير مما كان يُعتبر مرغوبًا فيه في هذا المجال. ^{[ 3 ] [ 4 ]} تميزت تجاربهم بالمنهج التجريبي العلمي، إذ تم تحضير واختبار العديد من التركيبات المختلفة دون التقيد بالأساليب التقليدية، مع الاحتفاظ بسجلات مفصلة لكل دفعة. كانت النتيجة عملية معالجة حرارية حوّلت السبائك الموجودة إلى نوع جديد من الفولاذ قادر على الاحتفاظ بصلابته في درجات حرارة أعلى، مما سمح بزيادة سرعة القطع ثلاثة أضعاف، من 30 قدمًا سطحية في الدقيقة إلى 90 قدمًا. وقد أثار عرض أدوات القطع المصنوعة من الفولاذ الجديد ضجة كبيرة في معرض باريس عام 1900. ^{[ 5 ] : 200}

تم تسجيل براءة اختراع عملية تايلور-وايت ^{[ 6 ]} ، مما أحدث ثورة في صناعات التشغيل الآلي. وقد استدعى الأمر استخدام آلات تشغيل أثقل ذات صلابة أعلى للاستفادة القصوى من الفولاذ الجديد، الأمر الذي دفع إلى إعادة تصميم واستبدال آلات المصانع القائمة. وقد طُعن في براءة الاختراع وأُلغيت في نهاية المطاف. ^{[ 7 ]}

أول سبيكة تم تصنيفها رسميًا على أنها فولاذ عالي السرعة تُعرف بتسمية AISI T1، والتي تم تقديمها في عام 1910. ^{[ 8 ]} وقد حصلت شركة Crucible Steel Co. على براءة اختراعها في بداية القرن العشرين. ^{[ 2 ]}

على الرغم من أن الفولاذ عالي السرعة الغني بالموليبدينوم ، مثل AISI M1، قد استُخدم منذ ثلاثينيات القرن العشرين، إلا أن نقص المواد وارتفاع التكاليف الناجمين عن الحرب العالمية الثانية هما ما حفّزا تطوير سبائك أقل تكلفة تستبدل التنجستن بالموليبدينوم. وقد جعلت التطورات التي شهدها الفولاذ عالي السرعة القائم على الموليبدينوم خلال هذه الفترة منه يضاهي، بل ويتفوق في بعض الحالات، على الفولاذ عالي السرعة القائم على التنجستن. بدأ هذا باستخدام فولاذ M2 بدلاً من فولاذ T1. ^{[ 2 ] [ 9 ]}

تُعدّ فولاذات السرعة العالية سبائك تكتسب خصائصها من مجموعة متنوعة من المعادن المضافة إلى الفولاذ الكربوني، وتشمل عادةً التنجستن والموليبدينوم، أو مزيجًا منهما، وغالبًا ما تُضاف إليها سبائك أخرى. ^{[ 10 ]} وهي تنتمي إلى نظام سبائك Fe–C–X متعدد المكونات، حيث يُمثل X الكروم أو التنجستن أو الموليبدينوم أو الفاناديوم أو الكوبالت . وعمومًا، تتجاوز نسبة المكون X 7%، إلى جانب أكثر من 0.60% من الكربون .

في نظام الترقيم الموحد (UNS)، تُخصص أرقام لأنواع التنجستن (مثل T1 وT15) ضمن سلسلة T120xx، بينما تُخصص أرقام لأنواع الموليبدينوم (مثل M2 وM48) والأنواع المتوسطة ضمن سلسلة T113xx. وتعترف معايير ASTM بسبعة أنواع من التنجستن وسبعة عشر نوعًا من الموليبدينوم. ^{[ 11 ]}

إن إضافة حوالي 10٪ من التنجستن والموليبدينوم إجمالاً تزيد بشكل فعال من صلابة ومتانة الفولاذ عالي السرعة وتحافظ على تلك الخصائص في درجات الحرارة العالية المتولدة عند قطع المعادن.

تُرمز رؤوس الحفر المصنوعة من الفولاذ عالي السرعة (HSS) عن طريق الدرفلة بالرمز HSS-R. أما رؤوس الحفر المصنوعة من الفولاذ عالي السرعة (HSS-G) والكوبالت والكربيد فتُصنع عن طريق الطحن . ^{[ 16 ]}

لا يزال الاستخدام الرئيسي للفولاذ عالي السرعة يتمثل في تصنيع أدوات القطع المختلفة: المثاقب، والصنابير ، وقواطع التفريز ، وريش الأدوات ، وقواطع التروس ، وشفرات المناشير ، وشفرات المسحاجات والوصلات، وريش التوجيه، وما إلى ذلك، على الرغم من أن استخدامها في صناعة المثاقب والقوالب آخذ في الازدياد. ^{[ 17 ]}

في العقود الأخيرة ، ازداد استخدام الفولاذ عالي السرعة في صناعة الأسطوانات في مصانع الدرفلة على الساخن . ^{[ 18 ] [ 19 ]}

وجدت أنواع الفولاذ عالي السرعة سوقًا أيضًا في الأدوات اليدوية الدقيقة، حيث جعلتها متانتها الجيدة نسبيًا عند الصلابة العالية، إلى جانب مقاومتها العالية للتآكل، مناسبة للتطبيقات منخفضة السرعة التي تتطلب حافة حادة متينة، مثل المبارد والأزاميل وشفرات المسحاج اليدوي وسكاكين المطبخ وسكاكين الجيب المصنوعة من الفولاذ الدمشقي . ^{[ 20 ] [ 21 ]}

تُعد أدوات الفولاذ عالي السرعة الأكثر شيوعًا في خراطة الخشب، نظرًا لسرعة حركة قطعة العمل عند حافة القطع، والتي تكون عالية نسبيًا بالنسبة للأدوات اليدوية، كما أن الفولاذ عالي السرعة يحافظ على حدته لفترة أطول بكثير من أدوات الفولاذ عالي الكربون. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

• فولاذ الكروم والفاناديوم (Cr-V)
• قائمة منتجي الصلب