انقطاع السلك وانعكاس المقاومة في التلدين المستمر لسلك MP35N الدقيق (0.02–0.065 mm)
من سجلات إنتاجنا لسلك MP35N الدقيق بقطر 0.02–0.065 mm ملاحظتان: عند 0.02 mm يتركّز انقطاع السلك في آخر قوالب السحب، وفي التلدين المستمر تنخفض مقاومة الشد أولًا ثم ترتفع مع زيادة الحرارة لتتجاوز حالة السحب عند 700 °C. نناقش الآلية، وعلاقة هذا السلك المُزال إجهاده بحالات السلك الدقيق في ASTM F562.
نُشر في
- المادة: سلك دقيق من MP35N (UNS R30035) بأقطار 0.02 و0.025 و0.03 و0.035 و0.06 و0.065 mm، لأسلاك أجهزة تنظيم ضربات القلب والكابلات المجدولة.
- السحب: عند 0.02 mm يتركّز الانقطاع في آخر القوالب. وأكثر العوامل تأثيرًا تفاوت قطر المادة الأولية والعيوب السطحية وطريقة الصهر.
- التلدين: سلك 0.035 mm الملدَّن تلدينًا مستمرًا مع بضع ثوانٍ في المنطقة الساخنة انتقل من نحو 1600 MPa في حالة السحب إلى نحو 1400 MPa عند 590 °C و1500 MPa عند 650 °C و1700 MPa عند 700 °C.
- 650 °C هي نقطة التحول بين استقامة السلك واستعادة المقاومة. والسلك المُزال إجهاده الناتج لا يطابق أيًّا من حالات السلك الدقيق في ASTM F562.
MP35N سبيكة من الكوبالت والنيكل والكروم والموليبدنوم، مقاومة لتآكل سوائل الجسم وللكلال، وهي موصّل شائع في أسلاك أجهزة تنظيم ضربات القلب. ومع ترقق الأسلاك يُسحب الموصّل إلى بضع عشرات من الميكرونات. وعند هذا المقاس تظهر مشكلتان قليلتا الأهمية في المقاسات الأغلظ: الانقطاع أثناء السحب، واستقامة السلك ومقاومته بعد التلدين.
يلخّص هذا المقال سجلات إنتاجنا لسلك MP35N الدقيق بقطر 0.02–0.065 mm، ويصف ما لاحظناه، ويفسّره بآليات التقوية في السبيكة.
ظروف الإنتاج
| البند | الشرط |
|---|---|
| المادة | MP35N (UNS R30035) |
| الأقطار النهائية | 0.02، 0.025، 0.03، 0.035، 0.06، 0.065 mm |
| التلدين | تلدين مستمر، جو واقٍ، بضع ثوانٍ في المنطقة الساخنة |
| درجات الحرارة | 590 و650 و700 °C (بيانات المقاومة لسلك 0.035 mm) |
| التعبئة | 50–500 g لكل بكرة |
| التطبيقات | أسلاك أجهزة تنظيم ضربات القلب، كابلات مجدولة |
أرقام المقاومة قيم تقريبية سُجّلت أثناء الإنتاج، وليست نتائج برنامج اختبار رسمي، ولم تُسجَّل الاستطالة بعد التلدين. ويعتمد التحليل على الاتجاه العام لا على دقة كل قيمة.
الملاحظة الأولى: عند 0.02 mm يتركّز الانقطاع في آخر القوالب
فوق 0.035 mm يكون الانقطاع أثناء السحب عرضيًّا. وعند 0.02 mm يصبح المشكلة الرئيسية ويتجمع في آخر القوالب.
والنتيجة المباشرة بكرات لا تمتلئ أبدًا. كل انقطاع ينهي البكرة مبكرًا، فيتفاوت وزنها وطولها. والجدل واللف يحتاجان بكرات كاملة بطول ثابت، وكثرة الانقطاع تعني مزيدًا من الوصلات وتبديل البكرات في المراحل اللاحقة.
حجم العيب نسبةً إلى قطر السلك. العيب ذو الحجم المحدد يشغل جزءًا أكبر من السلك الأرفع:
| قطر السلك | نسبة عيب قدره 1 µm من القطر |
|---|---|
| 0.065 mm | نحو 1.5% |
| 0.035 mm | نحو 2.9% |
| 0.02 mm | 5% |
العيب المهمل عند 0.065 mm يكفي لبدء كسر عند 0.02 mm. ولهذا يتجمع الانقطاع في آخر القوالب: كلما اقترب السلك من المقاس النهائي كبر أي عيب نسبيًّا.
عوامل المادة الأولية. عند تتبّع الدفعات التي انقطعت، كانت ثلاثة عوامل هي الأكثر تأثيرًا:
- تفاوت قطر المادة الأولية. القطر غير المنتظم يعني تخفيضًا غير منتظم في كل قالب، والمواضع التي تتعرض لتخفيض زائد تنقطع أولًا.
- العيوب السطحية. الخدوش والتراكبات والقشور المضغوطة تتحرك نحو مركز السلك عبر التمريرات المتتالية وتظهر نقاطَ انقطاع في آخر القوالب.
- طريقة الصهر. يحتوي MP35N على التيتانيوم الذي يكوّن شوائب صلبة من النتريدات والكربيدات. هذه الجسيمات لا تتشوه مع المصفوفة فتصبح منشأً للكسر في السلك الدقيق، وفي الأسلاك المكتملة تكون أيضًا منشأً شائعًا لشقوق الكلال. والمادة المصهورة في الفراغ والمعاد صهرها تحتوي شوائب أقل وأصغر.
تسمح ASTM F562 بالتيتانيوم حتى 1.0% ولا تحدد طريقة الصهر. لذلك قد تختلف صبات مختلفة تستوفي كلها F562 اختلافًا واضحًا عند سحبها إلى 0.02 mm.
الملاحظة الثانية: انعكاس المقاومة في التلدين المستمر
لسلك MP35N الدقيق المسحوب التواء واضح: إذا أُطلق التفّ حلقات، ولا يمكن إدخاله مباشرة في الجدل أو في الأنابيب. والتلدين يزيل إجهاد السحب المتبقي ويقوّم السلك.
نتائج سلك 0.035 mm الملدَّن تلدينًا مستمرًا عند درجات حرارة مختلفة:
| الحالة | مقاومة الشد (تقريبًا) | مقارنة بحالة السحب | الاستقامة |
|---|---|---|---|
| حالة السحب | 1600 MPa | — | ملتوٍ |
| 590 °C | 1400 MPa | −12% | غير مستقيم تمامًا |
| 650 °C | 1500 MPa | −6% | مستقيم تمامًا |
| 700 °C | 1700 MPa | +6% | مستقيم تمامًا |
تحت 600 °C لا يستقيم السلك بشكل فعّال. ومع ارتفاع الحرارة لا تنخفض المقاومة باطّراد كما في معظم المعادن، بل تنخفض ثم ترتفع: أدناها عند 590 °C، وفوق حالة السحب عند 700 °C.
المناقشة: عمليتان متعاكستان
عند تسخين MP35N المسحوب على البارد تنطلق عمليتان تدفعان المقاومة في اتجاهين متعاكسين.
إزالة الإجهاد (الاستعادة). يرتخي إجهاد السحب المتبقي وتعيد الانخلاعات ترتيب نفسها. يستقيم السلك ويفقد قليلًا من المقاومة. وهذا سريع، فالثواني تكفي.
التقوية بالتعتيق. يبلغ MP35N أعلى مقاومة له بالتشغيل على البارد مع التعتيق: البنية المشغّلة على البارد تزداد قوة عند تسخينها. والمعالجة المعتادة للتعتيق عند 540–645 °C لمدة 4 ساعات، أي زمن يُقاس بالساعات.
يستمر التلدين المستمر ثوانيَ معدودة. عند الحرارة المنخفضة لا يجد التعتيق وقتًا ليتطور فتغلب إزالة الإجهاد. وعند الحرارة الأعلى يتسارع التعتيق بما يكفي ليلحق بإزالة الإجهاد ويتجاوزها في الثواني نفسها:
- عند 590 °C: بدأت إزالة الإجهاد وانخفضت المقاومة نحو 12%، لكن الإجهاد المتبقي لم يزل كله والسلك لم يستقم بعد.
- عند 650 °C: زال الإجهاد المتبقي تقريبًا واستقام السلك. وبدأ التعتيق يعمل فاستعادت المقاومة شيئًا من قيمتها، لكنها بقيت دون حالة السحب.
- عند 700 °C: يتغلب التعتيق خلال ثوانٍ قليلة على الفقد الناتج عن إزالة الإجهاد، فتنتهي المقاومة أعلى من حالة السحب بنحو 6%.
لذلك تكون 650 °C، في ظروف التلدين المستمر الموصوفة هنا، نقطة التحول: السلك مستقيم والمقاومة لم ترتفع بعد. وإذا زادت الحرارة فقد تتجاوز المقاومة النطاق الذي يتطلبه تصميم السلك، وإذا قلّت لا يستقيم السلك. والنافذة ضيقة، ويجب تثبيت حرارة الفرن.
هذه الحرارة صالحة فقط للتلدين المستمر الذي يُقاس بالثواني. أما التلدين الدفعي للفائف الكاملة فيستمر ساعات، ويكتمل التعتيق عند حرارة أدنى، فتختلف العلاقة بالحرارة.
العلاقة بحالات السلك الدقيق في ASTM F562
ASTM F562 هي المواصفة المعتادة لسلك MP35N الطبي. وتحدد للسلك الدقيق ثلاث حالات: ملدَّن، ومشغَّل على البارد «hard»، ومشغَّل على البارد «spring». وتقع مقاساتنا 0.02–0.035 mm في أدق نطاقاتها (أقل من 0.0508 mm)، و0.06 و0.065 mm في النطاق الذي يليه.
| نطاق القطر | ملدَّن | مشغَّل على البارد «hard» | مشغَّل على البارد «spring» |
|---|---|---|---|
| 0.0508 إلى أقل من 0.0762 mm | 1034–1310 MPa، استطالة ≥30% | 1896–2103 MPa، ≥2.0% | 2103–2310 MPa، ≥2.0% |
| أقل من 0.0508 mm | 1172–1448 MPa، استطالة ≥25% | 1999–2275 MPa، ≥1.8% | 2206–2482 MPa، ≥1.8% |
المقاومة محددة بنطاق، فالسلك الذي يتجاوز الحد الأعلى غير مطابق أيضًا.
سلك 0.035 mm المُزال إجهاده عند 650 °C، بنحو 1500 MPa، أعلى من نطاق الحالة الملدَّنة وأدنى بكثير من الحد الأدنى لـ «hard». فلا ينتمي إلى أي من الحالات الثلاث.
الاستطالة 25–30% في عمود الحالة الملدَّنة تخص سلكًا ملدَّنًا تلدينًا كاملًا عالي الحرارة يعيد تبلوره ويليّنه. أما السلك المُزال إجهاده والمقوَّم فيحتفظ بمعظم تقويته الناتجة عن التشغيل على البارد، واستطالته أدنى من ذلك بكثير.
وللحالات خارج الجدول تترك F562 الخواص الميكانيكية لاتفاق المشتري والمورّد. واستطالة السلك الدقيق تتوقف كثيرًا على طول القياس، لذا ينبغي الاتفاق على طول القياس أيضًا.
الاستنتاجات
- عند سحب MP35N إلى 0.02 mm يتركّز الانقطاع في آخر القوالب، أساسًا لأن العيوب تصبح كبيرة نسبةً إلى قطر السلك. ويحدد تفاوت قطر المادة الأولية وجودة السطح وطريقة الصهر (مستوى الشوائب) ما إذا كان يمكن إنتاج هذا المقاس بثبات.
- في التلدين المستمر الذي يستمر ثواني، تنخفض مقاومة شد سلك 0.035 mm ثم ترتفع مع الحرارة: نحو 12% أقل عند 590 °C، واستعادة عند 650 °C، ونحو 6% فوق حالة السحب عند 700 °C. والسبب اختلاف سرعتي إزالة الإجهاد والتقوية بالتعتيق.
- 650 °C هي نقطة التحول التي توازن بين الاستقامة والمقاومة. والسلك المُزال إجهاده الناتج يقع خارج حالات ASTM F562 الثلاث (ملدَّن و«hard» و«spring»)، ويجب الاتفاق منفصلًا على نطاق مقاومة الشد والاستطالة وطول القياس.
- البيانات قيم إنتاج تقريبية، والاستنتاجات قائمة على الاتجاه العام. ولا تشمل الاستطالة بعد التلدين.
السبائك الواردة في هذا المقال
أرسل إلينا السبيكة وشكل المنتج والمقاس ودرجة حرارة التشغيل. سيذكر عرض السعر المواصفة وحالة التوريد اللتين يُصنع وفقهما.
إصدارات المواصفات التي رُوجعت لهذا المقال: ASTM F562-22. يسري الإصدار المذكور في عقدكم.