مادة CHT 100 الفولاذ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

يعتبر الفولاذ CHT 100 نوعًا عالي الأداء من الفولاذ يصنف كفولاذ سبائك متوسط الكربون. يتكون أساسًا من الحديد والكربون وعناصر سبيكة متنوعة تعزز خصائصه الميكانيكية وأدائه العام. تشمل عناصر السبيكة الرئيسية في CHT 100 المنغنيز والكروم والموليبدينوم، حيث يساهم كل منها في قوة الفولاذ وصلابته ومقاومته للتآكل والتشوه.

نظرة شاملة

يُعرف نوع الفولاذ CHT 100 بتركيبته الممتازة من القوة والصلابة ومقاومة التآكل، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية. يتيح محتوى الكربون المتوسط تحقيق صلابة جيدة، وهو أمر أساسي للحصول على الخصائص الميكانيكية المطلوبة من خلال عمليات المعالجة الحرارية. يحسن وجود المنغنيز الصلابة وقوة الشد، بينما يعزز الكروم مقاومة التآكل والصلابة. يساهم الموليبدينوم في قوة الفولاذ عند درجات حرارة مرتفعة ويحسن صلابته.

المزايا:
- قوة وصلابة عالية: يظهر CHT 100 خصائص ميكانيكية متفوقة، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الصعبة.
- مقاومة للتآكل: توفر عناصر السبيكة مقاومة ممتازة للتآكل، مما يجعلها مناسبة للمكونات المعرضة للاحتكاك والتآكل.
- تطبيقات متعددة: تسمح خصائصه بالاستخدام في قطاعات متنوعة، بما في ذلك السيارات والبناء والتصنيع.

القيود:
- تحديات القابلية للحام: يمكن أن يجعل محتوى الكربون المتوسط من اللحام أكثر تعقيدًا، مما يتطلب اهتمامًا دقيقًا بمواد وتقنيات اللحام.
- اعتبارات التكلفة: بالمقارنة مع الفولاذ الأقل كربونًا، قد يكون CHT 100 أكثر تكلفة بسبب عناصر السبيكة ومتطلبات المعالجة.

تاريخيًا، اكتسب CHT 100 شعبية في الصناعات التي تتطلب مواد عالية الأداء، مما جعله خيارًا موثوقًا للمكونات التي تتطلب توازنًا بين القوة والصلابة.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

منظمة المعايير	الدرجة/التصنيف	البلد/المنطقة الأصل	ملاحظات/تعليقات
UNS	G10400	الولايات المتحدة	الأقرب إلى AISI 1045
AISI/SAE	1045	الولايات المتحدة	اختلافات تركيبية طفيفة يجب أخذها في الاعتبار
ASTM	A829	الولايات المتحدة	مواصفة قياسية للفولاذ السبيكي
EN	1.0503	أوروبا	معادل لـ CHT 100 مع اختلافات طفيفة
JIS	S45C	اليابان	خصائص مشابهة، لكن توصيات معالجة حرارية مختلفة

تسلط الجدول أعلاه الضوء على معايير ومعادلات مختلفة لفولاذ CHT 100. من الجدير بالذكر أنه بينما تشترك الدرجات مثل AISI 1045 و JIS S45C في خصائص ميكانيكية مشابهة، قد تختلف في عناصر السبيكة المحددة أو عمليات المعالجة الحرارية، مما يمكن أن يؤثر على الأداء في تطبيقات معينة.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نسبة النطاق (%)
C (كربون)	0.40 - 0.50
Mn (منغنيز)	0.60 - 0.90
Cr (كروم)	0.15 - 0.30
Mo (موليبدينوم)	0.10 - 0.20
Si (سيليكون)	0.15 - 0.40
P (فوسفور)	≤ 0.035
S (كبريت)	≤ 0.035

تلعب العناصر الأساسية في السبيكة في فولاذ CHT 100 أدوارًا حاسمة في تحديد خصائصه. يعد الكربون ضروريًا لتحقيق الصلابة والقوة، بينما يعزز المنغنيز القابلية للصلابة وقوة الشد. يحسن الكروم مقاومة التآكل والصلابة، ويزيد الموليبدينوم من القوة عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعل الفولاذ مناسبًا للتطبيقات ذات الضغط العالي.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الصلب	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (ميترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبريالية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مبرد ومصقول	درجة حرارة الغرفة	850 - 1000 ميغا باسكال	123 - 145 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة التحمل (0.2% عكسي)	مبرد ومصقول	درجة حرارة الغرفة	600 - 800 ميغا باسكال	87 - 116 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التطويل	مبرد ومصقول	درجة حرارة الغرفة	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
الصلابة (روكويل C)	مبرد ومصقول	درجة حرارة الغرفة	30 - 40 هاردنس روكويل C	30 - 40 هاردنس روكويل C	ASTM E18
قوة التأثير (تشيربي)	مبرد ومصقول	-20°C (-4°F)	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ CHT 100 منه مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب قوة وصلابة عالية. تشير قوة الشد والتحمل إلى قدرته على تحمل أحمال كبيرة، بينما تعكس نسبة التطويل مرونته، مما يسمح بالتشوه دون كسر. تشير قيم الصلابة إلى أنه يمكن أن يقاوم التآكل والاحتكاك بفعالية، مما يجعله مثاليًا للمكونات المعرضة لظروف الضغط العالي.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (ميترية)	القيمة (إمبريالية)
الكثافة	-	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °م	2600 - 2800 °ف
التوصيل الحراري	20°C	45 واط/م·ك	31 BTU·بوصة/ساعة·قدم²·°ف
السعة الحرارية النوعية	20°C	0.46 كيلو جول/كغ·ك	0.11 BTU/رطل·°ف
المقاومة الكهربائية	20°C	0.0000017 أوم·م	0.0000017 أوم·بوصة
معامل التمدد الحراري	20°C	11.5 × 10⁻⁶/K	6.4 × 10⁻⁶/°ف

تعتبر الخصائص الفيزيائية لفولاذ CHT 100 مهمة لتطبيقاته. تشير الكثافة إلى مادة قوية، بينما تشير نقطة الانصهار إلى استقرار حراري جيد. يعد التوصيل الحراري أساسيًا للتطبيقات التي تتضمن نقل الحرارة، وتعكس السعة الحرارية النوعية قدرتها على امتصاص الحرارة. المقاومة الكهربائية منخفضة نسبيًا، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تعتبر فيها التوصيلية الكهربائية عاملًا.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	3-5	25	متوسطة	خطر الخدش
حمض الكبريتيك	10	60	رديء	لا يُوصى به
هيدروكسيد الصوديوم	5	25	جيد	مقاومة متوسطة
جوي	-	-	جيد	مُعرض للصدأ

يظهر فولاذ CHT 100 درجات متفاوتة من مقاومة التآكل اعتمادًا على البيئة. في البيئات الغنية بالكلوريد، يظهر مقاومة متوسطة، مع خطر تآكل الخدش. بالمقابل، لا يُوصى بالتعرض لحمض الكبريتيك بسبب المقاومة الضعيفة، بينما يؤدي أداءً معتدلاً في الظروف القلوية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، تظل مقاومة التآكل في CHT 100 محدودة، مما يجعله أقل ملاءمة للبيئات ذات التآكل العالي.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400	752	مناسب للتعرض المستمر
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500	932	التعرض قصير المدى فقط
درجة حرارة التآكل	600	1112	خطر الأكسدة يتجاوز هذه الدرجة الحرارة
اعتبارات قوة الزحف	400	752	يبدأ التدهور عند درجات الحرارة المرتفعة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحافظ فولاذ CHT 100 على قوته وصلابته حتى حوالي 400°C (752°F) للخدمة المستمرة. يتزايد خطر الأكسدة والتآكل بعد هذه الدرجة الحرارة، مما قد يؤثر على سلامة المادة. تصبح قوة الزحف مصدر قلق عند درجات الحرارة فوق 400°C، مما يستلزم اهتمامًا دقيقًا في التطبيقات ذات الحرارة المرتفعة.

خواص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/الفلوس الحامي النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + CO2	يُوصى بالتسخين المسبق
TIG	ER70S-2	أرجون	قد تكون معالجة حرارية بعد اللحام مطلوبة
Stick	E7018	-	يتطلب التحكم الدقيق لتفادي التشقق

يمكن لحام فولاذ CHT 100 باستخدام طرق متنوعة، لكنه يتطلب اهتمامًا دقيقًا بالتسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام لتفادي التشقق بسبب محتواه المتوسط من الكربون. يعتبر اختيار المعادن الملحقة أمرًا حاسمًا للحفاظ على سلامة اللحام. تعتبر عمليات MIG وTIG شائعة الاستخدام، مع مجموعة محددة من المعادن الملحقة الموصى بها لضمان التوافق والأداء.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	CHT 100	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	فولاذ CHT 100 أقل قابلية للتشغيل من AISI 1212
سرعة القطع النموذجية	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	يجب ضبط الأدوات لتحقيق الأداء الأمثل

يمتلك فولاذ CHT 100 مؤشر قابلية تشغيل حوالي 60، مما يدل على أنه أقل قابلية للتشغيل مقارنة ببعض الدرجات الأخرى مثل AISI 1212. يجب ضبط سرعات القطع المثلى بناءً على الأدوات وظروف التشغيل للحصول على أفضل النتائج.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ CHT 100 قابلية تشكيل متوسطة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل الباردة والساخنة. ومع ذلك، يجب توخي الحذر لتفادي تصلب العمل الزائد، مما قد يؤدي إلى التشقق. يجب الالتزام بأشعة الانحناء الموصى بها، خاصة في تطبيقات التشكيل الباردة، للحفاظ على سلامة المادة.

معالجة حرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م)	مدة النقع النموذجية	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
تسخين	600 - 700	1 - 2 ساعات	هواء	تليين، تحسين المرونة
تجفيف	800 - 900	30 دقيقة	زيت أو ماء	صلابة، زيادة القوة
تطبيق الحرارة	400 - 600	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين الصلابة

تعتبر عمليات المعالجة الحرارية مثل التسخين والتجفيف وتطبيق الحرارة أساسية لتحسين خصائص فولاذ CHT 100. يعمل التسخين على تليين المادة، بينما تزيد التجفيف من الصلابة. تعتبر تطبيق الحرارة أساسية لتقليل الهشاشة وتعزيز الصلابة، مما يسمح للفولاذ بالأداء بشكل فعال في التطبيقات المختلفة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
السيارات	التروس والمحاور	قوة عالية، مقاومة للتآكل	أساسية للمتانة والأداء
البناء	المكونات الهيكلية	صلابة، قابلية للحام	حرجة للتطبيقات التي تتحمل الأحمال
التصنيع	الأدوات والقوالب	صلابة، مقاومة للتآكل	ضرورية للطول الدائم والدقة

في قطاع السيارات، غالبًا ما يتم استخدام CHT 100 للتروس والمحاور بسبب قوته العالية ومقاومته للتآكل. في البناء، تجعل صلابته وقابلية اللحام منه مناسبًا للمكونات الهيكلية. بالإضافة إلى ذلك، تستفيد الأدوات والقوالب في التصنيع من صلابة ومقاومة التآكل لهذه الدرجة من الفولاذ، مما يضمن الطول الدائم والدقة في عمليات الإنتاج.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى أخرى

الميزة/الخاصية	CHT 100	AISI 1045	S45C	ملاحظة موجزة حول الفائدة/العيب أو التوازن
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	قوة متوسطة	قوة متوسطة	يقدم CHT 100 قوة متفوقة
الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل	متوسطة	رديئة	متوسطة	يعد CHT 100 أفضل في بعض البيئات
قابلية اللحام	متوسطة	جيدة	جيدة	يتطلب CHT 100 لحامًا دقيقًا
قابلية التشغيل	متوسطة	جيدة	جيدة	CHT 100 أقل قابلية للتشغيل
قابلية التشكيل	متوسطة	جيدة	جيدة	CHT 100 لديه قيود في التشكيل
التكلفة النسبية التقديرية	أعلى	متوسطة	أدنى	قد يكون CHT 100 أكثر تكلفة
التوافر النموذجي	متوسطة	عالية	عالية	قد يكون CHT 100 أقل توفرًا

عند اختيار فولاذ CHT 100، تعد اعتبارات مثل التكلفة والتوافر والخصائص الميكانيكية المحددة أساسية. على الرغم من أنه يوفر قوة ومقاومة للتآكل تفوق، فإن ارتفاع تكلفته وقابلية التشغيل المتوسطة قد تؤثر على القرارات لصالح درجات بديلة مثل AISI 1045 أو S45C، حسب متطلبات التطبيق. فهم التوازن بين هذه الدرجات أمر ضروري لتحسين الأداء والفعالية من حيث التكلفة في التطبيقات الهندسية.