8640 الصلب: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

فولاذ 8640 هو فولاذ سبيكة متوسطة الكربون يُصنف بشكل أساسي كفولاذ منخفض السبيكة. وهو معروف بمتانته وقوته ومقاومته للتآكل، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الصعبة. تشمل العناصر الأساسية في سبيكة فولاذ 8640 النيكل والكروم والموليبدينوم، والتي تعزز خصائصه الميكانيكية وأدائه العام.

نظرة شاملة

يتميز فولاذ 8640 بتكوينه المتوازن، الذي يتضمن عادة حوالي 0.40% كربون، و0.70% منغنيز، و0.50% كروم، و0.25% موليبدنوم، و1.50% نيكل. تساهم هذه التركيبة من العناصر في قوته العالية ومرونته الجيدة، مما يسمح له بتحمل إجهاد وتشكيل كبيرين دون فشل. كما يُحسن وجود النيكل والكروم من قابلية تصلب الفولاذ، بينما يُعزز الموليبدينوم مقاومته للتآكل والتعب.

مزايا فولاذ 8640:
- قوة ومتانة عالية: يظهر فولاذ 8640 خصائص ميكانيكية ممتازة، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للصدمات.
- قدرة تصلب جيدة: تسمح عناصر السبيكة بعلاج حراري فعال، مما يؤدي إلى تحسين الصلابة ومقاومة التآكل.
- تعدد الاستخدامات: يمكن استخدامه في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك السيارات والطيران والآلات الثقيلة.

قيود فولاذ 8640:
- مشاكل في قابلية اللحام: نظرًا لعناصر سبيكته، قد يكون من الصعب لحام 8640 دون التسخين المسبق المناسب وعلاج حراري بعد اللحام.
- التكلفة: قد تجعل عناصر السبيكة فولاذ 8640 أغلى بالمقارنة مع الفولاذات ذات الدرجة المنخفضة.

تاريخيًا، تم استخدام فولاذ 8640 في تطبيقات حيوية مثل التروس والمحاور ومكونات أخرى تتطلب قوة عالية ومتانة. إن موقعه في السوق قوي، خاصة في الصناعات التي تتطلب أداءً موثوقًا في ظروف قاسية.

أسماء بديلة، معايير ومكافئات

منظمة المعايير	العلامة/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	G86400	الولايات المتحدة	أقرب مكافئ لـ AISI 8640
AISI/SAE	8640	الولايات المتحدة	التسمية الشائعة الاستخدام
ASTM	A829	الولايات المتحدة	مواصفة قياسية لفولاذ السبيكة
EN	1.6511	أوروبا	درجة مكافئة في المعايير الأوروبية
JIS	SNCM439	اليابان	خصائص مشابهة ولكن مع اختلافات طفيفة في التركيب

يسلط الجدول أعلاه الضوء على تسميات مختلفة لفولاذ 8640 عبر معايير مختلفة. من الجدير بالذكر أنه بالرغم من أن SNCM439 غالبًا ما يعتبر مكافئًا، إلا أنه قد يحتوي على اختلافات طفيفة في التركيب قد تؤثر على الأداء في تطبيقات محددة، خاصة من حيث قابلية التصلب والمتانة.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (كربون)	0.38 - 0.43
Mn (منغنيز)	0.60 - 0.90
Cr (كروم)	0.40 - 0.60
Mo (موليبدنوم)	0.15 - 0.25
Ni (نيكل)	1.30 - 1.70

تلعب العناصر الأساسية في سبيكة فولاذ 8640 أدوارًا مهمة:
- نيكل (Ni): يعزز المتانة وقوة الصدمة، خصوصًا في درجات الحرارة المنخفضة.
- كروم (Cr): يحسن قابيلة التصلب ومقاومة التآكل والصدأ.
- موليبدنوم (Mo): يزيد القوة عند درجات حرارة مرتفعة ويعزز المقاومة للتليين.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة الحرارة الاختبارية	القيمة/النطاق النموذجي (مترين)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مبردة ومعالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	850 - 1000 ميغاباسكال	123 - 145 كيسي	ASTM E8
قوة العائد (0.2% تعويض)	مبردة ومعالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	650 - 850 ميغاباسكال	94 - 123 كيسي	ASTM E8
تمدد	مبردة ومعالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
صلابة (روكويل C)	مبردة ومعالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
قوة الصدمة	مبردة ومعالجة حرارية	-20°C (-4°F)	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ 8640 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومتانة، مثل مكونات السيارات والطيران. إن قدرته على الحفاظ على القوة تحت الضغط ومقاومة التشوه أمر حاسم لسلامة الهيكل في البيئات الصعبة.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	-	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
التوصيل الحراري	20°C	45 واط/م·ك	31 BTU·كل إنش/ساعة·قدم²·°F
السعة الحرارية النوعية	20°C	0.49 كيلوجول/كجم·ك	0.12 BTU/رطل·°F

تشير الكثافة ونقطة انصهار فولاذ 8640 إلى قوته، بينما تعتبر الموصلية الحرارية والسعة الحرارية النوعية أساسية للتطبيقات المتعلقة بإدارة الحرارة.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
ماء مالحي	3.5%	25°C (77°F)	عادلة	خطر التآكل
حمض الكبريتيك	10%	20°C (68°F)	ضعيفة	لا يُوصى بها
كلوريدات	1%	30°C (86°F)	عادلة	عرضة للتصدع بسبب التآكل الناتج عن الإجهاد

يظهر فولاذ 8640 مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في البيئات المالحة حيث يمكن أن يحدث التآكل. لا يُوصى باستخدامه في البيئات الحمضية، حيث يمكن أن يتعرض لضرر كبير. بالمقارنة مع الدرجات مثل 4140 و4340، التي تتمتع بمقاومة أفضل للتآكل بسبب ارتفاع محتوى الكروم، قد يتطلب فولاذ 8640 طلاءات أو معالجات واقية في البيئات التآكلية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة	400°C	752°F	س suitable لتسخين معتدل
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة	500°C	932°F	تعرض قصير المدى فقط
درجة حرارة التقشير	600°C	1112°F	خطر الأكسدة فوق هذه الدرجة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحافظ فولاذ 8640 على قوته ولكن قد يبدأ في الأكسدة إذا لم يكن محميًا بشكل صحيح. أداؤه في التطبيقات عالية الحرارة مناسب، ولكن يجب اتخاذ الحيطة لتجنب التعرض الممتد لظروف قاسية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	معدن التعبئة الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلور الحماية النموذجي	ملاحظات
MIG	ER80S-Ni1	أرجون + CO2	يوصى بالتسخين المسبق
TIG	ER80S-Ni1	أرجون	يُنصح بالعلاج الحراري بعد اللحام

يتطلب لحام فولاذ 8640 اعتبارات دقيقة للتسخين المسبق والعلاج الحراري بعد اللحام لتجنب التشقق وضمان سلامة اللحام. تعزز المعادن المملوءة الموصى بها خصائص اللحام وتحافظ على التوافق مع المادة الأساسية.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	فولاذ 8640	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	قابلية تشغيل متوسطة
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	استخدم أدوات كربيد للحصول على أفضل النتائج

قد تكون عملية تشغيل فولاذ 8640 تحديًا بسبب صلابته، مما يتطلب أدوات وسرعات قطع مناسبة لتحقيق أفضل النتائج. يُنصح باستخدام أدوات كربيد والحفاظ على تدفق مناسب لمبرد لتعزيز عمر الأداة.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ 8640 قابلية تشكيل متوسطة، مما يجعله مناسبًا لعمليات العمل الباردة والساخنة. ومع ذلك، فإنه يتعرض للعمل الصلب، مما قد يحد من قدرته على التشكيل دون التقنيات المناسبة. ينبغي حساب نصف قطر الانحناء بعناية لتجنب التشقق أثناء عمليات التشكيل.

علاج حراري

عملية العلاج	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	مدة النقع النموذجية	طريقة التبريد	الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة
التخمير	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 ساعات	هواء أو فرن	التنعيم، تحسين قابلية التمدد
التبريد	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 دقيقة	زيت أو ماء	التصلب، زيادة القوة
التليين	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين المتانة

ثر العملية العلاجية بشكل كبير على البنية المجهرية لفولاذ 8640، حيث تحولها من حالة أكثر ليونة وقابلية للتمدد إلى حالة أكثر صلابة وهشاشة من خلال التبريد، تليها عملية التليين لتحقيق توازن بين الصلابة والمتانة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الأساسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب اختيارها (باختصار)
السيارات	تروس	قوة عالية، متانة	مطلوبة للمكونات التحميلية
الفضاء	مكونات الطائرات	نسبة عالية من القوة إلى الوزن	حرجة للأداء والسلامة
الآلات الثقيلة	محاور	مقاومة للتآكل، قوة التحمل	أساسية للمتانة تحت الضغط

تشمل التطبيقات الأخرى:
- معدات حفر النفط والغاز
- مكونات مركبات عسكرية
- أدوات وقوالب

يعود اختيار فولاذ 8640 في هذه التطبيقات إلى قوته العالية ومتانته وقدرته على تحمل ظروف التشغيل القاسية.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، وأفكار إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ 8640	AISI 4140	AISI 4340	ملاحظات موجزة حول الإيجابيات والسلبيات أو التجارة
خاصية ميكانيكية رئيسية	قوة عالية	صلابة أعلى	مقاومة أفضل للتعب	4140 أكثر قابلية للتمدد، 4340 يقدم متانة متفوقة
جانب التآكل الرئيسي	متوسط	عادلة	جيدة	4140 و4340 لديهما مقاومة أفضل للتآكل
قابلية اللحام	متوسطة	جيدة	عادلة	4140 أسهل في اللحام، بينما 4340 يتطلب مزيدًا من العناية
قابلية التشغيل	متوسطة	جيدة	عادلة	4140 أسهل في التشغيل
التكلفة التقريبية النسبية	متوسطة	متوسطة	أعلى	4340 يميل إلى أن يكون أكثر تكلفة
التوافر النموذجي	شائعة	شائعة	أقل شيوعًا	4340 قد يكون له توافر محدود

عند اختيار فولاذ 8640، تشمل الاهتمامات خصائصه الميكانيكية، والتكلفة الفعالة، والتوافر. بينما يقدم توازنًا جيدًا بين القوة والمتانة، قد تكون البدائل مثل 4140 و4340 أكثر ملاءمة لتطبيقات محددة، خاصة عندما تكون هناك حاجة إلى مقاومة أعلى للتآكل أو متانة أكبر. بالإضافة إلى ذلك، يجب تقييم خصائص اللحام والتشغيل بناءً على عمليات التصنيع المقصودة لضمان الأداء الأمثل في التطبيق النهائي.