4030 الفولاذ: نظرة عامة على الخصائص والتطبيقات الرئيسية

تُصنف فولاذ 4030 على أنه فولاذ سبيكة متوسط الكربون، يتكون أساسًا من الحديد والكربون وعناصر سبيكة متنوعة تعزز خصائصه الميكانيكية وخصائص أدائه. تشمل العناصر الرئيسية المضافة في فولاذ 4030 الكروم (Cr) والنيكل (Ni) والموليبدينوم (Mo)، التي تساهم في قوته وصلابته وقابلية تصلبه. يُعرف هذا الدرجة الفولاذية بمقاومتها الممتازة للتآكل، وجودة قابليتها للتشغيل، وقدرتها على تحمل التطبيقات ذات الضغط العالي، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من الاستخدامات الهندسية.

نظرة شاملة

يعرض فولاذ 4030 مجموعة فريدة من الخصائص التي تجعلها مفيدة لمجموعة متنوعة من التطبيقات. يتراوح محتوى الكربون المتوسط عادةً من 0.28% إلى 0.34%، مما يوفر توازنًا بين القوة والليونة. يعزز إضافة الكروم مقاومة التآكل وقابلية تصلب، بينما يحسن النيكل الصلابة وقوة التأثير. يسهم الموليبدينوم في القوة العامة للفولاذ ومقاومته للتآكل.

مزايا فولاذ 4030:
- قوة وصلابة عالية: مناسبة للتطبيقات التي تتطلب قدرة تحميل عالية.
- مقاومة جيدة للتآكل: مثالية للمكونات المعرضة للاحتكاك والتآكل.
- قابلية تشغيل متعددة الاستخدامات: يمكن تشكيلها بسهولة إلى أشكال معقدة.

قيود فولاذ 4030:
- مقاومة متوسطة للتآكل: غير مناسبة للبيئات شديدة التآكل دون طلاءات واقية.
- قابلية لحام محدودة: تتطلب اعتبارًا دقيقًا لتقنيات اللحام لتجنب التشقق.

تاريخيًا، تم استخدام فولاذ 4030 في تصنيع التروس والمحاور ومكونات أخرى في التطبيقات الآلية والميكانيكية. إن مكانته في السوق راسخة جيدًا، خاصة في الصناعات التي تكون فيها القوة والمتانة على رأس الأولويات.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصل	ملاحظات/ملاحظات
UNS	G40300	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب معادل لـ AISI 4030
AISI/SAE	4030	الولايات المتحدة الأمريكية	التسمية المستخدمة بشكل شائع
ASTM	A29/A29M	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة عامة للفولاذ السبيكي
EN	1.7030	أوروبا	اختلافات تركيبية طفيفة يجب أن نكون على دراية بها
JIS	S45C	اليابان	خصائص مشابهة، ولكن توصيات معالجة حرارية مختلفة

تسلط الجدول أعلاه الضوء على معايير مختلفة ومعادلات لفولاذ 4030. بينما قد تبدو درجات مثل S45C و1.7030 متشابهة، فإنها قد تختلف في عناصر السبيكة المحددة وعمليات المعالجة الحرارية، مما قد يؤثر على أدائها في تطبيقات معينة.

الخصائص الرئيسية

تركيب كيميائي

عنصر (رمز واسم)	نسبة التركيز (%)
C (الكربون)	0.28 - 0.34
Cr (الكروم)	0.80 - 1.10
Ni (النيكل)	0.30 - 0.60
Mo (الموليبدينوم)	0.15 - 0.25
Mn (المانغنيز)	0.60 - 0.90
Si (السيليكون)	0.15 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.035
S (الكبريت)	≤ 0.040

تلعب العناصر الرئيسية في فولاذ 4030 أدوارًا حاسمة:
- الكروم: يعزز قابلية التصلب ومقاومة التآكل.
- النيكل: يحسن الصلابة ومقاومة التأثير.
- الموليبدينوم: يزيد من القوة ومقاومة التآكل.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة/النطاق النموذجي (الوحدات المترية - وحدات النظام الدولي)	القيمة/النطاق النموذجي (الوحدات الإمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخلل	620 - 850 ميجا باسكال	90 - 123 ك.س.ي.	ASTM E8
قوة العائد (0.2% تعديل)	مخلل	350 - 550 ميجا باسكال	51 - 80 ك.س.ي.	ASTM E8
التطويل	مخلل	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
الصلابة (روكويل C)	مخلل	20 - 30 HRC	20 - 30 HRC	ASTM E18
قوة التأثير	-40°C	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ 4030 مناسبة للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وصلابة. إن قدرتها على تحمل أحمال كبيرة مع الحفاظ على الليونة تعتبر ذات قيمة خاصة في التطبيقات الهيكلية.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (الوحدات المترية - وحدات النظام الدولي)	القيمة (الوحدات الإمبراطورية)
الكثافة	-	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °م	2600 - 2800 °ف
الموصلية الحرارية	20 °م	45 واط/م·ك	31 وحدة حرارية بريطانية·إن/(ساعة·قدم²·°ف)
السعة الحرارية النوعية	-	460 جول/كغم·ك	0.11 وحدة حرارية بريطانية/رطل·°ف
مقاومة الكهرباء	-	0.0006 أوم·م	0.000035 أوم·إن
معامل التمدد الحراري	20 - 100 °م	11.5 x 10⁻⁶ /ك	6.4 x 10⁻⁶ /°ف

تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة والموصلية الحرارية مهمة للتطبيقات التي تت涉及 إدارة الحرارة. تضمن كثافة فولاذ 4030 حفاظه على تكامله الهيكلي تحت الحمل، بينما تسمح موصلية حرارته بتفريغ الحرارة بشكل فعال في البيئات ذات درجات الحرارة العالية.

مقاومة التآكل

عامل التآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م/°ف)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	3-10	20-60 / 68-140	متوسطة	خطر التآكل
حمض الكبريتيك	10-30	20-40 / 68-104	ضعيفة	غير موصى بها
هيدروكسيد الصوديوم	5-20	20-60 / 68-140	جيدة	مقاومة متوسطة

يظهر فولاذ 4030 مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في البيئات التي تحتوي على كلوريدات. ومع ذلك، فإنه معرض للتآكل والصدع الناتج عن إجهاد في البيئات الغنية بالكلوريد. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ، مثل 304 أو 316، فإن مقاومة التآكل لفولاذ 4030 أقل بكثير، مما يجعله أقل ملائمة للتطبيقات البحرية أو شديدة التآكل.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحدود	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة للخدمة المستمرة	400 °م	752 °ف	مناسب للتعرض المطول
أقصى درجة حرارة للخدمة المتقطعة	500 °م	932 °ف	تعرض قصير الأمد
درجة حرارة التقشر	600 °م	1112 °ف	خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ 4030 بقوته ولكن قد يتعرض للأكسدة والتقشر. يجب أخذ شروط الخدمة بعين الاعتبار بعناية لتجنب التدهور في التطبيقات ذات الحرارة العالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن المكمل الموصى به (تصنيف AWS)	غاز الحماية/الفلور المستخدم عادةً	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + ثاني أكسيد الكربون	يوصى بالتسخين الأولي
TIG	ER70S-2	أرجون	علاج حراري بعد اللحام

يمكن لحام فولاذ 4030 باستخدام عمليات شائعة مثل لحام MIG وTIG، لكن من الموصى به غالبًا إجراء التسخين المسبق لتقليل خطر التشقق. يمكن أن تعزز عمليات العلاج الحراري بعد اللحام الخصائص الميكانيكية للحام.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	فولاذ 4030	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70%	100%	4030 أقل قابلية للتشغيل من 1212
سرعة القطع النموذجية (الدوران)	30-50 م/دقيقة	60-80 م/دقيقة	تعديل الأدوات وفقًا لذلك

يظهر فولاذ 4030 قابلية تشغيل جيدة، رغم أنه ليس سهل التشغيل مثل بعض الفولاذات المنخفضة الكربون. يمكن أن optimize أداء التشغيل من خلال الأدوات الصحيحة وسرعات القطع.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل فولاذ 4030 بشكل بارد وساخن، لكن محتواه المتوسط من الكربون قد يؤدي إلى تصلب العمل. يجب النظر بعناية في أنصاف الانحناء لتجنب التشقق أثناء عمليات التشكيل البارد.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م/°ف)	الوقت للنقع النموذجي	طريقة التبريد	الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة
التعقيم	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 ساعة	هواء	تحسين الليونة وتقليل الصلابة
التصلب	800 - 850 / 1472 - 1562	30 دقيقة	زيت	زيادة الصلابة والقوة
التخفيض	400 - 600 / 752 - 1112	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة وتحسين المتانة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية الدقيقة وخصائص فولاذ 4030. يعمل التعقيم على تليين الفولاذ، بينما تزيد عملية التصلب من الصلابة، وتوازن عملية التخفيض بين القوة والليونة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	خصائص الفولاذ الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
السيارات	التروس	قوة عالية، مقاومة للتآكل	أساسية للمتانة
الآلات	المحاور	صلابة، قابلية تشغيل	حرجة للأداء
الفضاء	مكونات هيكلية	نسبة القوة إلى الوزن	مهمة للسلامة

تتضمن التطبيقات الأخرى:
- أدوات وقوالب
- موصلات
- مكونات الآلات الثقيلة

يتم اختيار فولاذ 4030 للتطبيقات التي تتطلب مزيجًا من القوة والصلابة ومقاومة التآكل، خصوصًا في البيئات ذات الضغط العالي.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، وأفكار أخرى

الميزة/الخاصية	فولاذ 4030	AISI 4140	AISI 4340	ملاحظات موجزة/إيجابيات وسلبيات أو ملاحظات تبادل
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة متوسطة	قوة عالية	قوة عالية جدًا	فولاذ 4030 أقل قوة من 4140 و4340
الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل	مقاومة متوسطة	مقاومة متوسطة	مقاومة جيدة	فولاذ 4030 أقل مقاومة من 4340
قابلية اللحام	متوسطة	جيدة	متوسطة	فولاذ 4030 يتطلب مزيدًا من العناية في اللحام
قابلية التشغيل	جيدة	متوسطة	ضعيفة	فولاذ 4030 أسهل للحفر من 4340
قابلية التشكيل	جيدة	متوسطة	ضعيفة	فولاذ 4030 يمكن تشكيله بسهولة أكبر
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	أعلى	أعلى	فولاذ 4030 فعال من حيث التكلفة للكثير من التطبيقات
التوفر النموذجي	شائع	شائع	أقل شيوعًا	فولاذ 4030 متاح على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ 4030، تشمل الاعتبارات الفعالية من حيث التكلفة، والتوفر، ومتطلبات التطبيق المحددة. يجعل توازن خصائصه منه مناسبًا لمجموعة من التطبيقات الهندسية، على الرغم من أنه يمكن النظر في البدائل بناءً على احتياجات الأداء الخاصة.