العربية

Hastelloy B-3

سبيكة متقدمة من النيكل والموليبدينوم توفر مقاومة فائقة للتآكل واستقرارًا حراريًا عاليًا في البيئات الكيميائية المختزِلة. مصممة لمكونات مشغلة باستخدام CNC في التطبيقات الحرجة للصناعات الكيميائية والدوائية وأشباه الموصلات.

مقدمة عن هاستيلوي B-3

هاستيلوي B-3 هو سبيكة من النيكل-المولبدينوم صُمِّمت لتقديم مقاومة استثنائية لحمض الهيدروكلوريك وحمض الأسيتيك وغيرها من المواد الكيميائية المختزِلة القوية. وباعتباره أحدث تطور في عائلة هاستيلوي B، يعالج B-3 قيود الدرجات السابقة عبر ثبات حراري أعلى بشكل ملحوظ، ومقاومة مُحسّنة لتشقق التآكل الإجهادي، وتقليل الحساسية لتآكل منطقة التأثر بالحرارة (HAZ) بعد اللحام.

وبفضل قابليته الممتازة للتشكيل وأدائه العالي في مقاومة التآكل، يُستخدم هاستيلوي B-3 على نطاق واسع في مكوّنات مُشغَّلة باستخدام CNC ضمن صناعات المعالجة الكيميائية والدوائية ومعالجة النفايات. وتضمن بنية السبيكة القوية ثباتًا أبعاديًا وعمر خدمة طويلًا في ظروف تشغيل شديدة العدوانية، خصوصًا عند اجتماع درجات الحرارة المرتفعة مع الأحماض المختزلة.

الخواص الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية لهاستيلوي B-3

هاستيلوي B-3 ‏(UNS N10675 / ASTM B333 / B335) هي سبيكة مقوّاة بالمحلول الصلب (Solid-Solution Strengthened) صُممت لمعالجة أوجه القصور في سبائك سلسلة B السابقة داخل مناطق التأثر بالحرارة. تتميز بقابلية تشغيل أفضل وأداء أعلى في حالة اللحام.

التركيب الكيميائي (نموذجي)

العنصر	نطاق التركيب (بالوزن %)	الدور الأساسي
النيكل (Ni)	الباقي (≥65.0)	العنصر الأساسي؛ يوفر مقاومة التآكل في الأوساط المختزلة
المولبدينوم (Mo)	28.5–30.5	يعزز مقاومة حمض الهيدروكلوريك وغيرها من الأحماض غير المؤكسدة
الحديد (Fe)	1.5–3.0	يحسن الخصائص الميكانيكية
الكوبالت (Co)	1.0–3.0	يعزز الثبات الحراري
الكروم (Cr)	≤1.5	يساعد في التحكم بتآكل حدود الحبيبات
المنغنيز (Mn)	≤3.0	يدعم عمليات التشغيل/التشكيل على الساخن
الكربون (C)	≤0.01	يقلل ترسّب الكربيدات أثناء اللحام
السيليكون (Si)	≤0.1	مخفض لتقليل خطر الهجوم بين الحبيبات
الألومنيوم (Al)	≤0.5	يُتحكم به لضمان الاستقرار البنيوي
الكبريت (S)	≤0.02	يساعد على منع التشقق الساخن أثناء عمليات CNC واللحام

الخواص الفيزيائية

الخاصية	القيمة (نموذجية)	معيار/شرط الاختبار
الكثافة	9.24 g/cm³	ASTM B311
مدى الانصهار	1350–1400°C	ASTM E1268
التوصيل الحراري	10.4 W/m·K عند 100°C	ASTM E1225
المقاومة الكهربائية النوعية	1.29 µΩ·m عند 20°C	ASTM B193
التمدد الحراري	12.2 µm/m·°C (20–300°C)	ASTM E228
السعة الحرارية النوعية	390 J/kg·K عند 20°C	ASTM E1269
معامل المرونة	195 GPa عند 20°C	ASTM E111

الخواص الميكانيكية (حالة التخمير)

الخاصية	القيمة (نموذجية)	معيار الاختبار
مقاومة الشد	690–770 MPa	ASTM E8/E8M
إجهاد الخضوع (0.2%)	275–350 MPa	ASTM E8/E8M
الاستطالة	≥45% (طول قياس 25mm)	ASTM E8/E8M
الصلادة	180–220 HB	ASTM E10
متانة الصدم	ممتازة في درجة حرارة الغرفة والظروف المبردة	ASTM E23

الخصائص الرئيسية لهاستيلوي B-3

ثبات حراري مُحسّن: يقاوم تكوّن الأطوار البينية (Intermetallic Phases) عند التعرض لـ 500–900°C، وهو تحسن كبير مقارنةً بـ B-2 وB.
قابلية لحام فائقة: يحافظ على مقاومة التآكل في منطقة التأثر بالحرارة (HAZ) دون الحاجة إلى معالجة حرارية بعد اللحام، مما يقلل تعقيد التصنيع.
مقاومة تآكل عالية: يُظهر معدلات تآكل <0.02 مم/سنة في حمض الهيدروكلوريك 20% عند الغليان وفي حمض الأسيتيك عند 80°C، وفق اختبارات الغمر ASTM G31.
ملاءمة لتشغيل CNC: يتيح الاستقرار البنيوي تشغيلًا عالي الدقة بتسامحات ضمن ±0.01 مم وتشطيب سطحي دقيق أقل من Ra 1.0 µm.

تحديات وحلول تشغيل هاستيلوي B-3 باستخدام CNC

تحديات التشغيل

التصلّب الانفعالي

تُظهر المادة معامل تصلّب انفعالي (n ≈ 0.35)، ما يؤدي إلى زيادة صلادة السطح وانخفاض عمر الأداة عند استخدام قطوع سطحية ضحلة.

احتباس الحرارة

ضعف التوصيل الحراري يرفع درجات حرارة القطع لتتجاوز 600°C، مما يجعل التبريد عالي الضغط عبر الأداة (Through-Tool Coolant) ضروريًا.

إدارة الرايش

ينتج رايشًا طويلًا ومستمراً يصعب إخلاؤه في الهندسات الضيقة أو عند التغذيات العالية.

استراتيجيات تشغيل مُحسّنة

اختيار الأداة

المعيار	التوصية	المبرر
مادة الأداة	كربيد مطلي CVD/PVD (K20–K30) أو إدخالات سيراميكية	تتحمل درجات حرارة القطع المرتفعة
الطلاء	AlCrN أو TiAlN (بسماكة 3–5 µm)	يحسن انفصال الرايش ويقلل تآكل الحافة
الهندسة	زاوية ميل موجبة (10–12°)، صقل حافة 0.02–0.05 mm	توازن بين قوة القطع والتحكم بالرايش

معلمات القطع (ISO 3685)

العملية	السرعة (m/min)	التغذية (mm/rev)	عمق القطع (DOC) (mm)	ضغط سائل التبريد (bar)
تشغيل خشن (Roughing)	10–18	0.20–0.30	2.0–3.0	100–120
تشغيل نهائي (Finishing)	20–35	0.05–0.10	0.5–1.0	120–150

المعالجات السطحية لأجزاء هاستيلوي B-3 المُشغَّلة

الكبس المتساوي الضغط على الساخن (HIP)

HIP يطبق ضغطًا منتظمًا حتى 100–200 MPa عند درجات حرارة تقارب 1150°C، لإزالة الفراغات الداخلية ورفع مقاومة الكلال بأكثر من 25% للمكوّنات الحرجة.

المعالجة الحرارية

المعالجة الحرارية تشمل التخمير عند 1065–1100°C لمدة 1–2 ساعة، يتبعه تبريد سريع للحد من انفصال الأطوار واستعادة مقاومة التآكل إلى <0.01 مم/سنة في HCl.

لحام السبائك الفائقة

لحام السبائك الفائقة يستخدم GTAW مع سلك حشو ERNiMo-10 والتحكم بدرجات حرارة بينية (Interpass) أقل من 100°C لتفادي التحسس في HAZ والحفاظ على استطالة >40%.