8620 الفولاذ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية نظرة عامة

يعتبر الفولاذ 8620 فولاذ سبيكة متوسط الكربون يُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الهندسة المختلفة بفضل خصائصه الميكانيكية الممتازة وتنوعه. يُصنف كفولاذ منخفض السبيكة، حيث يحتوي بشكل أساسي على الكروم والموليبدينوم كمكونات سبائكية، مما يعزز بشكل كبير من قوته وصلابته وقابلية تصلب. يتكون التركيب الكيميائي النموذجي لفولاذ 8620 من حوالي 0.18-0.23% كربون، 0.70-0.90% منغنيز، 0.15-0.25% كروم، و0.10-0.20% موليبدينوم.

نظرة شاملة

يُعرف فولاذ 8620 بتوازنه الجيد بين القوة والليونة والصلابة، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات تتطلب مقاومة عالية للتآكل والقدرة على تحمل الأحمال الصدمية. تساهم المكونات السبائكية، وخاصة الكروم والموليبدينوم، في قابلية تصلبه، مما يسمح له بتحقيق مستويات صلابة عالية من خلال عمليات المعالجة الحرارية.

المزايا:
- قوة عالية وصلابة: يُظهر فولاذ 8620 قوة سحب ومقاومة صدمة ممتازة، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات ذات الحمولة الثقيلة.
- قابلية تشغيل جيدة: يمكن تشكيله بسهولة في حالته المعالجة، مما يفيد في تصنيع الأجزاء المعقدة.
- معالجة حرارية متنوعة: يمكن معالجة الفولاذ حرارياً لتحقيق مستويات الصلابة والقوة المطلوبة، مما يعزز أدائه في تطبيقات مختلفة.

القيود:
- مقاومة للتآكل: مقارنة بالفويلات غير القابلة للصدأ، يتمتع 8620 بمقاومة أقل للتآكل، مما قد يحد من استخدامه في البيئات شديدة التآكل.
- مشاكل القابلة لللحام: على الرغم من أنه يمكن لحامه، إلا أن التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام غالباً ما تكون ضرورية لتجنب التشقق.

تاريخيًا، تم استخدام فولاذ 8620 في صناعات السيارات والطيران لمكونات مثل التروس والمحاور وأعمدة الكرنك، حيث تكون القوة العالية والمتانة أمرًا حاسمًا. تظل مكانته في السوق قوية بسبب توازنه بين الأداء والتكلفة الفعالة.

أسماء بديلة، معايير، ومكافئات

المنظمة القياسية	تعيين/درجة	البلد/المنطقة الأصل	ملاحظات/تعليقات
UNS	G86200	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب مكافئ لـ AISI 8620
AISI/SAE	8620	الولايات المتحدة الأمريكية	تعيين شائع الاستخدام
ASTM	A829	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة قياسية لفولاذ السبيكة
EN	1.6523	أوروبا	خصائص مماثلة، فرق تركيب طفيف
JIS	SCr420	اليابان	مكافئ مع اختلافات طفيفة في المكونات السبائكية

يمكن أن تؤثر الاختلافات بين هذه الدرجات على أدائها في تطبيقات محددة. على سبيل المثال، في حين أن 1.6523 قد تقدم قابلية تصلب أفضل قليلاً، فإن G86200 غالبًا ما يُفضل لتوافره وتكلفته.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نسبة المئوية (%)
C (كربون)	0.18 - 0.23
Mn (منغنيز)	0.70 - 0.90
Cr (كروم)	0.15 - 0.25
Mo (موليبدينوم)	0.10 - 0.20
Si (سيليكون)	0.15 - 0.40
P (فوسفور)	≤ 0.035
S (كبريت)	≤ 0.040

تلعب العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ 8620 أدوارًا حاسمة:
- الكربون (C): يعزز الصلابة والقوة من خلال المعالجة الحرارية.
- الكروم (Cr): يحسن قابلية التصلب ومقاومة التآكل.
- الموليبدينوم (Mo): يزيد من القوة عند درجات حرارة مرتفعة ويعزز الصلابة.

الخصائص الميكانيكية

خاصية	الشرط/الحرارة	القيمة النموذجية/النطاق (مترية)	القيمة النموذجية/النطاق (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	معالجة	620 - 850 ميغا باسكال	90 - 123 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (تعديل 0.2%)	معالجة	350 - 550 ميغا باسكال	51 - 80 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	معالجة	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
الصلابة (روكويل C)	معالجة بالتبريد والتلطيف	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
قوة الصدمة (شاري)	-40°C	27 جول	20 قدم-رطل	ASTM E23

يجعل الجمع بين هذه الخصائص الميكانيكية فولاذ 8620 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وصلابة، مثل التروس والمحاور التي تتعرض لتحميل ديناميكي.

الخصائص الفيزيائية

خاصية	الشرط/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطوري)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/الإنش³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
التوصيل الحراري	درجة حرارة الغرفة	45 واط/م·ك	31.2 BTU·إنش/ساعة·قدم²·°F
سعة الحرارة النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.46 كيلوجول/كغ·ك	0.11 BTU/رطل·°F
معامل التمدد الحراري	درجة حرارة الغرفة	11.5 x 10⁻⁶/ك	6.4 x 10⁻⁶/°F

تمثل الخصائص الفيزيائية الأساسية مثل الكثافة والتوصيل الحراري أهمية كبيرة للتطبيقات التي تشمل المعالجة الحرارية والمعالجة الحرارية. تسمح نقطة الانصهار العالية نسبيًا بالمعالجة الفعالة عند درجات حرارة مرتفعة.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	يختلف	محلي	عادل	خطر الحفر
حمض الكبريتيك	منخفض	محلي	ضعيف	غير موصى به
هيدروكسيد الصوديوم	منخفض	محلي	عادل	عرضة لتصدع تآكل الضغط

يظهر فولاذ 8620 مقاومة متوسطة للتآكل، خصوصًا في الظروف الجوية. ومع ذلك، فإنه عرضة للحفر في الأجواء الكلوريدية ويجب تجنبه في الظروف الحمضية أو القلوية الشديدة. مقارنة بالصلب غير القابل للصدأ مثل 304 أو 316، فإن مقاومة التآكل لـ 8620 أقل بكثير، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات البحرية أو المعالجة الكيميائية.

مقاومة الحرارة

خاصية/حد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة	400 °C	752 °F	الخصائص تتدهور بعد ذلك
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة	500 °C	932 °F	تعرض قصير الأمد فقط
درجة حرارة التقشر	600 °C	1112 °F	خطر الأكسدة عند درجات حرارة عالية

عند درجات حرارة مرتفعة، يحتفظ فولاذ 8620 بقوته ولكن قد يتعرض للأكسدة والتقشر. من الضروري مراعاة هذه العوامل عند تصميم المكونات للتطبيقات ذات الحرارة العالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	معدن الحشو الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/مادة حماية نموذجية	ملاحظات
MIG	ER70S-6	خليط أرجون + CO2	يُوصى بالتسخين المسبق
TIG	ER80S-Ni	أرجون	تحتاج إلى معالجة حرارية بعد اللحام

يمكن لحام فولاذ 8620 باستخدام عمليات شائعة مثل MIG وTIG. ومع ذلك، يعتبر التسخين المسبق غالبًا ضروريًا لتجنب التشقق، لا سيما في الأجزاء السميكة. كما يمكن أن تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام في تخفيف الضغوط وتحسين الصلابة.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	فولاذ 8620	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	قابلية تشغيل جيدة في الحالة المعالجة
سرعة القطع النموذجية	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	تعديل حسب تآكل الأداة

يوفر فولاذ 8620 قابلية تشغيل جيدة، خاصة عند حالته المعالجة. من المهم استخدام أدوات القطع وسرعات مناسبة لتحسين الأداء وعمر الأداة.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل فولاذ 8620 على البارد أو الساخن، ولكن يجب مراعاة تجنب تصلب العمل. يجب مراعاة الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء خلال عمليات التشكيل لتجنب التشقق.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التسخين	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 ساعة	هواء	تليين، تحسين الليونة
التبريد	820 - 860 °C / 1508 - 1580 °F	30 دقيقة	زيت أو ماء	تصلب
التلطيف	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين الصلابة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بصورة كبيرة على الميكروهيكل لفولاذ 8620، مما يعزز من صلابته وقوته. إن التحول من الأوستنيت إلى المارتينسيت أثناء التبريد أمر حاسم لتحقيق الخصائص الميكانيكية المرغوبة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

صناعة/قطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
السيارات	التروس	قوة عالية، صلابة	متانة تحت الحمل
الطيران	محاور	قابلية تشغيل جيدة، مقاومة للحرارة	مكونات دقيقة
النفط والغاز	لقم الحفر	مقاومة للتآكل، قوة صدمة	أداء في البيئات القاسية

تتضمن التطبيقات الأخرى:
* - أسطوانات هيدروليكية
* - أعمدة الكرنك
* - مسامير

يتم اختيار فولاذ 8620 لهذه التطبيقات بفضل تركيبه الممتاز من القوة والصلابة وقابلية التشغيل، مما يجعله مناسبًا للمكونات التي تتعرض لأحمال ديناميكية وتتطلب متانة عالية.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ 8620	AISI 4140	AISI 4340	ملاحظات سريعة عن المزايا/العيوب أو التجارة
خاصية ميكانيكية رئيسية	قوة عالية، صلابة جيدة	قوة أعلى	صلابة أعلى	فولاذ 8620 أكثر اقتصادية
جانب رئيسي من التآكل	عادل	ضعيف	عادل	فولاذ 8620 أفضل في البيئات المتوسطة
قابلية اللحام	متوسطة	جيدة	متوسطة	يتطلب فولاذ 8620 معالجة مسبقة/بعدية للحرارة
قابلية التشغيل	جيدة	متوسطة	ضعيفة	فولاذ 8620 أسهل في التشغيل من 4340
قابلية التشكيل	جيدة	عادل	ضعيفة	يمكن تشكيل فولاذ 8620 بسهولة أكبر
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	أعلى	أعلى	عادة ما يكون فولاذ 8620 أكثر اقتصادية
التوافر النموذجي	مرتفع	متوسط	متوسط	فولاذ 8620 متوفر على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ 8620، تتضمن الاعتبارات فعاليته من حيث cost، وتوافره، ومدى مناسبته لتطبيقات محددة. على الرغم من أنه قد لا يتمتع بمقاومة التآكل للفولاذ غير القابل للصدأ، إلا أن خصائصه الميكانيكية تجعله خيارًا موثوقًا للعديد من تطبيقات الهندسة. بالإضافة إلى ذلك، يسمح أداؤه في عمليات المعالجة الحرارية المختلفة بتخصيصه لتلبية المتطلبات المحددة.

باختصار، يُعتبر فولاذ 8620 سبيكة متنوعة ومستخدمة على نطاق واسع تقدم توازنًا بين القوة والصلابة وقابلية التشغيل، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الصعبة عبر العديد من الصناعات.