صلب 10B22: الخصائص والتطبيقات الأساسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
فولاذ 10B22 هو فولاذ متوسط الكربون ينتمي إلى فئة الفولاذ قليل السبائك. يتميز في الأساس بتكوينه، والذي يتضمن كمية ملحوظة من الكربون (حوالي 0.20% إلى 0.25%) ونسبة صغيرة من البورون (حوالي 0.001% إلى 0.003%). وجود البورون يعزز القدرة على التصلب، مما يجعله مناسبًا لمختلف التطبيقات الهندسية.
نظرة شاملة
تشمل العناصر الرئيسية المكونة في فولاذ 10B22 الكربون، المنغنيز، والبورون. الكربون ضروري لزيادة الصلابة والقوة، بينما يعزز المنغنيز المتانة والقدرة على التصلب. البورون، رغم وجوده بكميات ضئيلة، يعزز بشكل كبير قدرة الفولاذ على التصلب، مما يسمح له بالوصول إلى مستويات أعلى من القوة من خلال عمليات المعالجة الحرارية.
الخصائص الرئيسية:
- القوة والصلابة: يتميز 10B22 بقوة شد جيدة وصلابة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب المتانة.
- القدرة على اللحام: هذه الدرجة الفولاذية لديها قدرة لحام معتدلة، يمكن تحسينها مع التسخين المسبق ومعالجة heat post-weld الحرارية المناسبة.
- قابلية التصنيع: تقدم قابلية تصنيع معقولة، على الرغم من أنه يجب اتخاذ الحذر لتجنب تصلب العمل أثناء عمليات التصنيع.
المزايا:
- نسبة عالية من القوة إلى الوزن.
- قدرة متزايدة على التصلب بسبب محتوى البورون.
- مقاومة جيدة للاحتكاك.
القيود:
- مقاومة محدودة للتآكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ.
- تتطلب التعامل الحذر أثناء اللحام لتجنب التشققات.
تاريخيًا، تم استخدام 10B22 في عدة تطبيقات، لا سيما في قطاعات السيارات والآلات، حيث يمكن الاستفادة الكاملة من خصائصه الميكانيكية.
أسماء بديلة، معايير، ومعادلات
المنظمة المعايير | التسمية/الدرجة | الدولة/المنطقة الأصل | الملاحظات/التعليقات |
---|---|---|---|
UNS | G10200 | الولايات المتحدة الأمريكية | أقرب معادل لـ AISI 1020 |
AISI/SAE | 1020 | الولايات المتحدة الأمريكية | اختلافات تركيبية طفيفة |
ASTM | A29/A29M | الولايات المتحدة الأمريكية | المواصفات العامة للفولاذ الكربوني |
EN | 1.0402 | أوروبا | معادل لـ 10B22 مع اختلافات طفيفة |
JIS | S20C | اليابان | خصائص مشابهة ولكن تطبيقات مختلفة |
يمكن أن تؤثر الاختلافات بين هذه الدرجات على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق المحددة، مثل القدرة على اللحام والقدرة على التصلب.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
عنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة (%) |
---|---|
C (الكربون) | 0.20 - 0.25 |
Mn (المنغنيز) | 0.60 - 0.90 |
B (البرون) | 0.001 - 0.003 |
Si (السيليكون) | 0.15 - 0.40 |
P (الفوسفور) | ≤ 0.04 |
S (الكبريت) | ≤ 0.05 |
الدور الرئيسي للكربون في فولاذ 10B22 هو تعزيز الصلابة وقوة الشد. يساهم المنغنيز في تحسين المتانة والقدرة على التصلب، بينما يزيد البورون بشكل كبير من القدرة على التصلب، مما يسمح بتحسين الأداء في ظروف المعالجة الحرارية.
الخصائص الميكانيكية
الخاصية | الحالة/الحرارة | درجة الحرارة للاختبار | القيمة النمطية/النطاق (المترية) | القيمة النمطية/النطاق (الإمبراطورية) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
---|---|---|---|---|---|
قوة الشد | معالجة حرارية | درجة حرارة الغرفة | 490 - 620 MPa | 71 - 90 ksi | ASTM E8 |
قوة العائد (إنحراف 0.2%) | معالجة حرارية | درجة حرارة الغرفة | 310 - 450 MPa | 45 - 65 ksi | ASTM E8 |
التمدد | معالجة حرارية | درجة حرارة الغرفة | 20 - 25% | 20 - 25% | ASTM E8 |
الصلابة (برينيل) | معالجة حرارية | درجة حرارة الغرفة | 150 - 200 HB | 150 - 200 HB | ASTM E10 |
قوة الصدمة (تشربي) | درجة حرارة الغرفة | -20 درجة مئوية | 30 - 50 J | 22 - 37 قدم-رطل | ASTM E23 |
مجموعة هذه الخصائص الميكانيكية تجعل فولاذ 10B22 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة جيدة ومتانة، لا سيما في ظروف الحمل الديناميكي.
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (المترية) | القيمة (الإمبراطورية) |
---|---|---|---|
الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7.85 جرام/سم³ | 0.284 رطل/بوصة³ |
درجة انصهار الصلب | - | 1425 - 1540 درجة مئوية | 2600 - 2800 درجة فهرنهايت |
التوصيل الحراري | درجة حرارة الغرفة | 50 واط/م·ك | 34.5 BTU·بوصة/ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت |
السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 460 جول/كغم·ك | 0.11 BTU/رطل·درجة فهرنهايت |
المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.0000017 أوم·م | 0.0000017 أوم·بوصة |
تشير الكثافة ونقطة الانصهار لفولاذ 10B22 إلى قوته، بينما يعد التوصيل الحراري والسعة الحرارية النوعية ضروريين للتطبيقات التي تشمل عمليات المعالجة الحرارية.
مقاومة التآكل
العامل المسبب للتآكل | تركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
---|---|---|---|---|
الجو | - | - | جيدة | عرضة للصدأ |
الكبرات | 3-5 | 25-60 درجة مئوية (77-140 درجة فهرنهايت) | ضعيفة | خطر التآكل |
الأحماض | 10-20 | 20-50 درجة مئوية (68-122 درجة فهرنهايت) | ضعيفة | غير موصى بها |
يظهر فولاذ 10B22 مقاومة جيدة للتآكل الجوي ولكنه عرضة للتآكل في البيئات الكلورويدية وأداء ضعيف في الظروف الحمضية. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ مثل 304 أو 316، والتي تقدم مقاومة ممتازة للتآكل، يُعتبر فولاذ 10B22 أقل ملاءمة للبيئات التي تكون فيها التآكل مصدر قلق كبير.
مقاومة الحرارة
الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
---|---|---|---|
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة | 400 درجة مئوية | 752 درجة فهرنهايت | مناسبة لدرجات حرارة معتدلة |
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة | 500 درجة مئوية | 932 درجة فهرنهايت | تعرض قصير الأمد فقط |
درجة حرارة التقشر | 600 درجة مئوية | 1112 درجة فهرنهايت | خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة الحرارة |
عند درجات حرارة مرتفعة، يحتفظ فولاذ 10B22 بقوته ولكن قد يتعرض للأكسدة. تحتاج التطبيقات التي تتضمن تعرضًا طويل الأمد لدرجات حرارة عالية إلى اعتبار دقيق.
خصائص التصنيع
القدرة على اللحام
عملية اللحام | المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS) | غاز/فلتر الحماية النمطي | ملاحظات |
---|---|---|---|
MIG | ER70S-6 | الأرجون + CO2 | ينصح بالتسخين المسبق |
TIG | ER70S-2 | الأرجون | ينصح بمعالجة heat post-weld الحرارية |
يمكن لحام فولاذ 10B22 باستخدام عمليات شائعة مثل MIG وTIG. عادة ما يُوصى بالتسخين المسبق لتقليل خطر التشققات، ويمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام الخصائص الميكانيكية للحام.
قابلية التصنيع
بارامتر المعالجة | [فولاذ 10B22] | [AISI 1212] | ملاحظات/نصائح |
---|---|---|---|
مؤشر قابلية التصنيع النسبي | 60% | 100% | قابلية تصنيع معتدلة |
سرعة القطع النموذجية (التدوير) | 30 م/دقائق | 60 م/دقائق | تعديل بناءً على الأدوات |
قابلية التصنيع معتدلة، واستخدام أدوات وسرعات القطع المناسبة أمر ضروري لتجنب تصلب العمل.
قابلية التشكيل
يظهر فولاذ 10B22 قابلية جيدة للتشكيل في كل من الظروف الباردة والحارة. يمكن ثنيه وتشكيله باستخدام أدوات مناسبة، على الرغم من أنه يجب اتخاذ الحذر لتجنب تصلب العمل المفرط.
المعالجة الحرارية
عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C/°F) | زمنة النقع النمطية | طريقة التبريد | الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة |
---|---|---|---|---|
التلدين | 600 - 700 درجة مئوية / 1112 - 1292 درجة فهرنهايت | 1 - 2 ساعة | هواء | التليين، تحسين الليونة |
التصلب | 800 - 850 درجة مئوية / 1472 - 1562 درجة فهرنهايت | 30 دقيقة | زيت أو ماء | التصلب |
التمرير | 400 - 600 درجة مئوية / 752 - 1112 درجة فهرنهايت | ساعة واحدة | هواء | تقليل الهشاشة، تحسين المتانة |
تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية الدقيقة لفولاذ 10B22، مما يعزز خصائصه الميكانيكية ويهيئه لتطبيقات محددة.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
الصناعة/القطاع | مثال على تطبيق محدد | الخصائص الفولاذية الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (باختصار) |
---|---|---|---|
صناعة السيارات | التروس والمحاور | قوة عالية، مقاومة للاحتكاك | الدوام تحت الحمل |
الآلات | المكونات الهيكلية | المتانة، قابلية التصنيع | سهولة التصنيع |
البناء | المثبتات | القوة، الصلابة | موثوقية في التجميع |
- تطبيقات أخرى تشمل:
- معدات زراعية
- الأدوات والقوالب
- المكونات الهندسية العامة
غالبًا ما يتم اختيار 10B22 لموازنة القوة والمتانة، مما يجعله مثاليًا للمكونات التي تتعرض لأحمال ديناميكية.
اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، وأفكار إضافية
الميزة/الخاصية | [فولاذ 10B22] | [AISI 1045] | [AISI 4140] | ملاحظة موجزة عن الإيجابيات/السلبيات أو المساومة |
---|---|---|---|---|
الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة معتدلة | قوة أعلى | متانة أعلى | 10B22 أكثر اقتصادًا |
الجوانب المتعلقة بالتآكل | جيدة | جيدة | جيدة | 10B22 أقل مقاومة للتآكل |
القدرة على اللحام | معتدلة | جيدة | جيدة | يتطلب 10B22 التسخين المسبق |
قابلية التصنيع | معتدلة | جيدة | جيدة | يسهل تصنيع 10B22 |
قابلية التشكيل | جيدة | جيدة | جيدة | يمكن تشكيل 10B22 بسهولة |
التكلفة النسبية التقريبية | معتدلة | معتدلة | أعلى | 10B22 أكثر اقتصادًا |
التوفر النموذجي | شائع | شائع | أقل شيوعًا | الفولاذ 10B22 متاح على نطاق واسع |
عند اختيار فولاذ 10B22، تشمل الاعتبارات فعاليتها من حيث التكلفة، توفرها، وصلاحيتها لتطبيقات محددة. على الرغم من أنه قد لا يتطابق مع مقاومة التآكل للفولاذيات الأعلى سبائك، إلا أن خصائصه الميكانيكية تجعلها خيارًا موثوقًا للعديد من التطبيقات الهندسية.
باختصار، فولاذ 10B22 هو فولاذ سبائك متوسط الكربون متعدد الاستخدامات يوازن بين القوة والمتانة وقابلية التصنيع، مما يجعله مناسبًا لمختلف التطبيقات عبر صناعات متعددة.