33 KSI الصلب: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

تُصنَّف فولاذ 33 KSI كفولاذ سبيكي متوسط الكربون، ويُعرف بشكل خاص بصلابته البالغة حوالي 33,000 psi (أو 227 MPa). تحتوي هذه الدرجة الفولاذية عادةً على مزيج متوازن من الكربون، والمنغنيز، وغيرهما من العناصر السبائكية التي تعزز خصائصها الميكانيكية وأدائها في تطبيقات متنوعة. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ 33 KSI:

• الكربون (C): يتراوح عادةً بين 0.25% إلى 0.30%، الكربون ضروري لزيادة الصلابة والقوة من خلال المعالجة الحرارية.
• المنغنيز (Mn): عادةً ما يكون حوالي 0.60% إلى 0.90%، المنغنيز يحسن القدرة على التصلب وقوة الشد بينما تساعد أيضًا في إزالة الأكسدة أثناء صناعة الفولاذ.
• السيليكون (Si): موجود عادةً بكميات صغيرة (0.15% إلى 0.40%)، السيليكون يعزز القوة ويكون مفيدًا لمقاومة الفولاذ للأكسدة.

الخصائص الرئيسية والخصائص

يتميز فولاذ 33 KSI بالنسبة الممتازة للقوة إلى الوزن، وملاءمته الجيدة لللحام، ومقاومته المعتدلة للتآكل. غالباً ما يُستخدم في التطبيقات التي تتطلب قوة كبيرة وقوة تحمل، مثل المكونات الهيكلية، وأجزاء السيارات، والآلات.

المزايا والعيوب

المزايا	العيوب
قوة تحمل عالية وقوة شد عالية	مقاومة معتدلة للتآكل
قابلية تشغيل جيدة	مرونة محدودة مقارنةً بالدرجات الأدنى
مناسب للحام	يتطلب إدارة دقيقة للمعالجة الحرارية
فعال من حيث التكلفة لتطبيقات عالية القوة	قد يكون معرضًا لتشقق التآكل الجبهي في بيئات معينة

تاريخيًا، كان فولاذ 33 KSI خيارًا شائعًا في صناعات البناء والسيارات بسبب توازنه بين القوة والتكلفة والتوافر. تظل مكانته في السوق قوية، خصوصًا في المناطق حيث يُفضل الفولاذ متوسطة الكربون للتطبيقات الهيكلية.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

المنظمة المعيارية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	الملاحظات/التعليقات
UNS	G10400	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب معادل لـ AISI 1040
AISI/SAE	1040	الولايات المتحدة الأمريكية	اختلافات تركيبية بسيطة
ASTM	A36	الولايات المتحدة الأمريكية	درجة فولاذ هيكلي شائعة
EN	S235JR	أوروبا	قوة تحمل أقل لكن مشابهة
JIS	SS400	اليابان	تطبيقات مشابهة، قوة أقل

تظهر الجدول أعلاه بعض المعايير والمعادلات لفولاذ 33 KSI. بينما تُعتبر درجات مثل A36 وS235JR غالبًا متكافئة، إلا أن لديها عادةً قوة تحمل أقل، مما قد يؤثر على الأداء في التطبيقات ذات الضغط العالي. فهم هذه الفروق الدقيقة أمر بالغ الأهمية لاختيار المواد.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
الكربون (C)	0.25 - 0.30
المنغنيز (Mn)	0.60 - 0.90
السيليكون (Si)	0.15 - 0.40
الفوسفور (P)	≤ 0.04
الكبريت (S)	≤ 0.05

دور العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ 33 KSI مهم. يزيد الكربون من الصلابة والقوة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الحاملة للأحمال. يعزز المنغنيز القدرة على التصلب والقوة، بينما يساهم السيليكون في القوة ومقاومة الأكسدة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/التسخين	درجة الحرارة للاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة التحمل (إزاحة 0.2%)	مخمرة	درجة حرارة الغرفة	227 MPa	33 ksi	ASTM E8
قوة الشد	مخمرة	درجة حرارة الغرفة	450 - 620 MPa	65 - 90 ksi	ASTM E8
التمدد	مخمرة	درجة حرارة الغرفة	20%	20%	ASTM E8
الصلابة (Brinell)	مخمرة	درجة حرارة الغرفة	160 - 190 HB	160 - 190 HB	ASTM E10
قوة الصدمة	تشربي V-notch	-20°C	27 J	20 ft-lbf	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ 33 KSI مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وقوة تحمل، مثل العوارض الهيكلية ومكونات السيارات. تسمح له قوته بتحمل الأحمال الكبيرة دون تشوه دائم، بينما تضمن له قوة الشد أنه يمكنه التعامل مع الضغوط الديناميكية.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 g/cm³	0.284 lb/in³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
التوصيل الحراري	درجة حرارة الغرفة	50 W/m·K	29 BTU·in/h·ft²·°F
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.46 kJ/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0000017 Ω·m	0.0000017 Ω·in

تشير الكثافة ونقطة الانصهار لفولاذ 33 KSI إلى قوتها، بينما تقترح الموصلية الحرارية والسعة الحرارية النوعية أنها يمكن أن تبعث الحرارة بشكل فعال في التطبيقات التي تتضمن دورات حرارية.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	الملاحظات
الكليوريد	3%	25°C / 77°F	مقبول	خطر حدوث التآكل العميق
حمض الكبريتيك	10%	20°C / 68°F	سيئ	غير موصى به
هيدروكسيد الصوديوم	5%	25°C / 77°F	جيد	مقاومة معتدلة

يظهر فولاذ 33 KSI مقاومة متوسطة لبيئات تآكل مختلفة. إنه عرضة للتآكل العميق في البيئات الغنية بالكلوريد، مما قد يكون مصدر قلق في التطبيقات البحرية. مقارنةً بالدرجات مثل A36، التي تتمتع بمقاومة تآكل مماثلة، قد تجعل القوة الأعلى لفولاذ 33 KSI الخيار المفضل في التطبيقات التي تكون فيها الأحمال الميكانيكية كبيرة.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	الملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400 °C	752 °F	مناسب للتطبيقات الهيكلية
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500 °C	932 °F	تعرض قصير الأمد فقط
درجة حرارة الترسب	600 °C	1112 °F	خطر الأكسدة عند درجات حرارة عالية

عند درجات حرارة مرتفعة، يحتفظ فولاذ 33 KSI بقوته ولكنه قد يتعرض للأكسدة. يجب أخذ درجات الحرارة الخدمة بعين الاعتبار بعناية لمنع تدهور الخصائص الميكانيكية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	غاز التغطية/الفلز النموذجي	الملاحظات
MIG	ER70S-6	الأرجون + CO2	جيد للأجزاء الرقيقة
TIG	ER70S-2	الأرجون	ممتاز للأعمال الدقيقة
اللحام العادي	E7018	-	يتطلب تسخين مسبق

يمكن عمومًا لحام فولاذ 33 KSI باستخدام العمليات الشائعة مثل MIG وTIG. قد يكون التسخين المسبق ضروريًا لتجنب التشقق، خاصةً في الأجزاء الأكثر سمكًا. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام من خصائص منطقة اللحام.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	[فولاذ 33 KSI]	جودة AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70%	100%	جيد للتدوير والفرز
سرعة القطع النمطية (التدوير)	60 m/min	90 m/min	تعديل حسب ارتداء الأداة

يوفر فولاذ 33 KSI قابلية تشغيل جيدة، على الرغم من أنه أقل قابلية للتشغيل من الفولاذات القابلة للتشغيل الحرة مثل AISI 1212. ينبغي اختيار سرعة القطع والأدوات المثلى لتقليل الارتداء.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل فولاذ 33 KSI على البارد والساخن، على الرغم من أن محتواه المتوسط من الكربون يعني أنه قد يتطلب قوى أعلى مقارنةً بالفولاذات منخفضة الكربون. تُظهر المادة صلابة العمل، مما قد يؤثر على أنصاف المنحنيات وعمليات التشكيل.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة
المخمرة	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 ساعة	هواء أو فرن	تليين، تحسين المرونة
التبريد المفاجئ	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 دقيقة	ماء أو زيت	تصلب، زيادة القوة
التمثيل	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	ساعة واحدة	هواء	Reducing brittleness, improving toughness

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية المجهرية لفولاذ 33 KSI. تعمل التخثير على تليين الفولاذ، بينما يزيد التبريد من الصلابة. يوازن التمثيل بين الصلابة والمرونة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات.

التطبيقات النمطية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
البناء	العوارض الهيكلية	قوة تحمل عالية، قابلية لحام جيدة	أساسي للهياكل الحاملة للأحمال
السيارات	مكونات الهيكل	قوة شد عالية، قابلية تشغيل جيدة	التحمل والأداء تحت الضغط
الآلات	أعمدة التروس	قوة، مقاومة للصدمات	موثوقية في التطبيقات الديناميكية

تشمل التطبيقات الأخرى:

• • المعدات الزراعية
• • الآلات الثقيلة
• • خطوط أنابيب النفط والغاز

يتم اختيار فولاذ 33 KSI لهذه التطبيقات بفضل قدرته على تحمل الأحمال العالية ومرونته في عمليات التصنيع.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ 33 KSI	فولاذ A36	فولاذ 1040	ملاحظة مختصرة/استدراك أو ملاحظة مقايضة
قوة التحمل	227 MPa	250 MPa	400 MPa	فولاذ 33 KSI أقل من 1040 ولكنه يقدم قابلية لحام أفضل
مقاومة التآكل	معتدلة	معتدلة	سيئة	فولاذ 33 KSI يقدم أداءً أفضل في بعض البيئات من 1040
قابلية اللحام	جيدة	جيدة	مقبولة	فولاذ 33 KSI أسهل في اللحام من 1040
قابلية التشغيل	جيدة	مقبولة	جيدة	فولاذ 33 KSI أقل قابلية للتشغيل من A36
التكلفة التقريبية النسبيّة	معتدلة	منخفضة	معتدلة	فعال من حيث التكلفة للتطبيقات عالية القوة
التوافر النموذجي	شائع	شائع جدًا	شائع	فولاذ 33 KSI متاح على نطاق واسع ولكن قد يختلف حسب المنطقة

عند اختيار فولاذ 33 KSI، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، وتكلفته الفعّالة، وتوافره. توازن قوته وقابلية لحامه يجعله خيارًا مفضلًا للكثير من التطبيقات الهيكلية. ومع ذلك، يجب على المستخدمين المحتملين أن يكونوا على دراية بحدوده في البيئات التآكل وأن يضمنوا توظيب تقنيات التصنيع المناسبة لتعظيم الأداء.