4145H الفولاذ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

4145H الفولاذ هو فولاذ سبيكي متوسط الكربون معروف بقدرته الممتازة على التصلب وقوته، مما يجعله خيارًا شائعًا في مختلف التطبيقات الهندسية. تصنيفًا كفولاذ سبيكي، يحتوي 4145H على كميات كبيرة من الكروم والموليبدينوم، مما يعزز خصائصه الميكانيكية ومقاومته للاهتراء. العناصر الأساسية في السبيكة تشمل:

• الكروم (Cr): يحسن من قابلية التصلب ومقاومة التآكل.
• الموليبدينوم (Mo): يزيد من القوة والمتانة، خاصة عند درجات الحرارة العالية.
• الكربون (C): يعزز من الصلابة والقوة من خلال المعالجة الحرارية.

الخصائص الرئيسية والخصائص

يتميز فولاذ 4145H بعدة خصائص بارزة:

• قوة عالية: قادر على تحمل الأحمال والضغوط العالية.
• صلابة جيدة: يظل فعالًا تحت الأحمال الصدمية.
• قدرة ممتازة على التصلب: يمكن معالجته حراريًا لتحقيق مستويات الصلابة المرغوبة.

المزايا والعيوب

الإيجابيات	السلبيات
نسبة عالية من القوة إلى الوزن	عرضة للاهتراء بسبب التوتر في بيئات معينة
مقاومة جيدة للاهتراء	يتطلب معالجة حرارية دقيقة لتجنب الهشاشة
تعدد الاستخدامات لمختلف التطبيقات	قابلية لحام محدودة مقارنة بالفولاذات ذات الكربون المنخفض

تاريخيًا، تم استخدام 4145H في تصنيع مكونات مثل التروس والأعمدة وأجزاء حيوية أخرى في صناعات السيارات والطيران. موقفه في السوق قوي بفضل توازنه بين الأداء وتكلفة الفعالية.

أسماء بديلة، معايير، ونظائر

المنظمة القياسية	التصنيف / الدرجة	دولة / منطقة الأصل	ملاحظات / تعليقات
UNS	G41450	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب نظير لـ AISI 4145H
AISI/SAE	4145H	الولايات المتحدة الأمريكية	يستخدم عادة في التطبيقات المعالجة حراريًا
ASTM	A829	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة عامة للفولاذ السبيكي
EN	42CrMo4	أوروبا	اختلافات تركيبية طفيفة؛ خصائص مشابهة
DIN	1.7225	ألمانيا	درجة مكافئة مع اختلافات طفيفة
JIS	SCM440	اليابان	خصائص مشابهة ولكن مع عناصر سبيكة مختلفة

يمكن أن تؤثر الاختلافات بين هذه الدرجات المكافئة على الأداء، خاصة من حيث القابلية للتصلب والمتانة. على سبيل المثال، بينما يشترك 42CrMo4 و4145H في خصائص مشابهة، قد تنتج عمليات المعالجة الحرارية المحددة نتائج مختلفة في الأداء الميكانيكي.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر	نطاق النسبة (%)
C (الكربون)	0.38 - 0.43
Cr (الكروم)	0.90 - 1.20
Mo (الموليبدينوم)	0.15 - 0.25
Mn (المنغنيز)	0.60 - 0.90
Si (السيليكون)	0.15 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.035
S (الكبريت)	≤ 0.040

تلعب العناصر الأساسية في سبيكة 4145H دورًا حاسمًا في خصائصه. يساهم الكربون في الصلابة والقوة، في حين يعزز الكروم من مقاومة التآكل والقابلية للتصلب. يحسن الموليبدينوم القوة عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعل الفولاذ مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب ضغطًا عاليًا.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة / درجة الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة النموذجية / النطاق (ميترية)	القيمة النموذجية / النطاق (إمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مدفأة ومصلدة	درجة حرارة الغرفة	850 - 1000 ميجا باسكال	123 - 145 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (0.2% إزاحة)	مدفأة ومصلدة	درجة حرارة الغرفة	700 - 850 ميجا باسكال	102 - 123 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	مدفأة ومصلدة	درجة حرارة الغرفة	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
صلابة (HRC)	مدفأة ومصلدة	درجة حرارة الغرفة	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
قوة التأثير	مدفأة ومصلدة	-20°C	≥ 27 جول	≥ 20 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ 4145H مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومتانة. إن قدرته على تحمل الأحمال الكبيرة مع الحفاظ على اللدونة أمر حيوي في التطبيقات الهيكلية، مثل تلك المستخدمة في صناعات السيارات والطيران.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة / درجة الحرارة	القيمة (ميترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/إنش³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	45 واط/م·ك	31 BTU·إنش/(ساعة·قدم²·°F)
سعة الحرارة النوعية	درجة حرارة الغرفة	460 جول/كغ·ك	0.11 BTU/رطل·°F
معامل التمدد الحراري	-	11.5 x 10⁻⁶ /ك	6.4 x 10⁻⁶ /°F

تشير كثافة ونقطة انصهار فولاذ 4145H إلى صلابته، بينما تشير موصليةه الحرارية وسعته الحرارية النوعية إلى قدرات جيدة في إدارة الحرارة في التطبيقات التي تتعلق بالحرارة. هذه الخصائص مهمة بشكل خاص في المكونات المعرضة للتدوير الحراري.

مقاومة التآكل

العامل التآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكوريدات	يتفاوت	بيئي	متوسط	خطر التآكل النقطي
حمض الكبريتيك	منخفض	بيئي	رديء	غير موصى به
محلول قلوي	يتفاوت	بيئي	جيد	مقاوم عمومًا
الظروف الجوية	-	بيئي	متوسط	يتطلب طلاءات واقية

يظهر فولاذ 4145H مقاومة متوسطة للتآكل. على الرغم من أدائه الجيد في البيئات القلوية، إلا أنه عرضة للتآكل النقطي في الظروف الغنية بالكلوريد، ولا ينبغي استخدامه في تطبيقات حمض الكبريتيك. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، مثل 304 أو 316، فإن مقاومة التآكل لـ 4145H أقل بكثير، مما يجعله أقل ملاءمة للاستخدامات البحرية أو معالجة المواد الكيميائية.

مقاومة الحرارة

الخاصية / الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة	400 °C	752 °F	-
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة	500 °C	932 °F	-
درجة حرارة التقشر	600 °C	1112 °F	خطر الأكسدة
اعتبارات قوة الزحف	400 °C	752 °F	يبدأ في التدهور

يحافظ فولاذ 4145H على قوته عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات المتعلقة بالحرارة. ومع ذلك، يجب توخي الحذر لتجنب التعرض الممتد لدرجات الحرارة فوق 400 °C، حيث إن ذلك قد يؤدي إلى الأكسدة وتدهور خصائص المادة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملئ الموصى به (تصنيف AWS)	غاز الحماية / الفلكس النموذجي	ملاحظات
SMAW	E7018	-	يتطلب تسخين مسبق
GMAW	ER70S-6	أرغون / CO2	يوصى بمعالجة حرارية بعد اللحام
GTAW	ER70S-2	أرغون	يتطلب تسخين مسبق لتجنب التصدع

يمكن لحام 4145H، ولكنه يتطلب مراعاة دقيقة للتسخين المسبق ومعالجة حرارية بعد اللحام لتجنب التصدع. إن استخدام المعادن الملئ المناسبة ضروري للحفاظ على سلامة اللحام.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	[فولاذ 4145H]	[AISI 1212]	ملاحظات / نصائح
مؤشر التشغيل النسبي	60%	100%	أكثر صعوبة في التشغيل
سرعة القطع النموذجية (الدوران)	25-40 م/دقيقة	60-80 م/دقيقة	استخدم أدوات كربيد

يتميز فولاذ 4145H بقابلية تشغيل أقل مقارنة بالفولاذات ذات التشغيل الحر مثل AISI 1212. يجب استخدام سرعات قطع وأدوات مثالية لتحقيق التشغيل الفعال.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ 4145H قابلية تشكيل متوسطة. يمكن تشكيله باردًا، ولكن يفضل تشكيله ساخنًا لتقليل خطر التصدع. تجعل ميزات العمل الصلب الخاصة بالمواد التحكم الدقيق في نصف قطر الانحناء ضروريًا لتجنب الفشل أثناء عمليات التشكيل.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة
التخمير	600 - 650 °C / 1112 - 1202 °F	1-2 ساعات	هواء	تقليل الصلابة، تحسين قابلية التشغيل
التبريد	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 دقيقة	زيت / ماء	زيادة الصلابة
التمليس	400 - 700 °C / 752 - 1292 °F	ساعة واحدة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين المتانة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على التركيب المجهري لفولاذ 4145H. تزيد عملية التبريد من الصلابة، بينما يعزز التمليس من المتانة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات الضغط العالي.

التطبيقات الشائعة والاستخدامات النهائية

الصناعة / القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
صناعة السيارات	التروس والأعمدة	قوة عالية، متانة	مكونات تحمل الأحمال الحرجة
الطيران	مكونات معدات الهبوط	نسبة قوة إلى وزن عالية	الأمان والأداء تحت الضغط
النفط والغاز	Bits الحفر	مقاومة للاهتراء، متانة	التحمل في البيئات القاسية

• تشمل التطبيقات الأخرى:
• مكونات الآلات الثقيلة
• أجزاء هيكلية في البناء
• أدوات عالية الأداء

يتم اختيار فولاذ 4145H للتطبيقات التي تتطلب مزيجًا من القوة والمتانة ومقاومة التآكل، مما يجعله مثاليًا للمكونات الحيوية في البيئات الصعبة.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة / الخاصية	[فولاذ 4145H]	[AISI 4140]	[AISI 4340]	ملاحظة موجزة حول الإيجابيات / السلبيات أو المقايضة
خاصية ميكانيكية رئيسية	قوة عالية	قوة متوسطة	متانة أعلى	يوفر 4145H توازنًا بين القوة والمتانة
جانب مقاومة التآكل الرئيسي	مقاومة متوسطة	مقاومة متوسطة	مقاومة جيدة	4340 أفضل في البيئات التآكلية
قابلية اللحام	متوسطة	جيدة	متوسطة	تتطلب 4145H مزيدًا من العناية في اللحام
قابلية التشغيل	متوسطة	جيدة	متوسطة	4145H أكثر صعوبة في التشغيل
قابلية التشكيل	متوسطة	جيدة	متوسطة	لدى 4145H قيود في التشكيل
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	متوسطة	أعلى	4145H فعال من حيث التكلفة للتطبيقات العالية الأداء
التوفر النموذجي	شائع	شائع	أقل شيوعًا	4145H متوفر على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ 4145H، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، وفعاليته من حيث التكلفة، وتوفره. بينما يوفر أداءً ممتازًا في العديد من التطبيقات، يجب تقييم تعرضه للتآكل، والتحديات في اللحام والتشغيل بعناية وفقًا لمتطلبات المشروع.