GM190 الفولاذ المصبوب: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ المصبوب GM190 هو درجة معينة من الفولاذ المصبوب المعروف بخصائصه الفريدة وتطبيقاته في مجالات الهندسة المختلفة. يصنف كفولاذ سبيكي ذو كربون متوسط، يحتوي GM190 عادةً على مزيج متوازن من الكربون والمنغنيز والسيليكون، التي تساهم في قوته الميكانيكية ودوامه. تشمل العناصر الأساسية في سبائك GM190:

• الكربون (C): يعزز الصلابة والقوة.
• المنغنيز (Mn): يحسن القابلية للتصلب وقوة الشد.
• السيليكون (Si): يزيد القوة والمقاومة للأكسدة.

نظرة شاملة

يتمتع الفولاذ المصبوب GM190 بخصائص ميكانيكية ممتازة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات، خاصة في قطاعات السيارات والآلات. تشمل خصائصه الملحوظة القابلية الجيدة للتلحيم، وقوة عالية، ومقاومة للتآكل، وهي ضرورية للمكونات التي تتعرض للإجهاد الميكانيكي.

تشمل مزايا GM190:

• قوة عالية: مناسب للتطبيقات الحاملة للأحمال.
• قابلية جيدة للتلحيم: يمكن تلحيمه بسهولة باستخدام تقنيات قياسية.
• مقاومة للتآكل: مثالي للمكونات التي تتعرض للاحتكاك.

ومع ذلك، يمتلك GM190 أيضًا قيودًا:

• مقاومة للتآكل: ليست مقاومة للتآكل كما هو الحال في الفولاذ المقاوم للصدأ.
• سهولة الانكسار: يمكن أن يصبح هشًا إذا لم يتم معالجته حراريًا بشكل صحيح.

تاريخيًا، استُخدم GM190 في تطبيقات متنوعة، بما في ذلك المكونات الهيكلية، وأجزاء السيارات، والآلات، نظرًا لتوازنه المفضل بين القوة والمرونة.

أسماء بديلة، معايير، ونظائر

المنظمة المعيارية	الدرجة/الصنف	الدولة/المنطقة	ملاحظات/تعليقات
UNS	G19000	الولايات المتحدة	أقرب نظير لمعيار ASTM A216 WCB
ASTM	A216 WCB	الولايات المتحدة	يستخدم عادةً في الصب
EN	1.0619	أوروبا	اختلافات طفيفة في التكوين
DIN	1.0619	ألمانيا	خصائص مشابهة لـ GM190
JIS	G3106 SM490	اليابان	قابل للمقارنة من حيث القوة

قد تحتوي الدرجات المعادلة المذكورة أعلاه على اختلافات طفيفة في التكوين والخصائص يمكن أن تؤثر على الأداء في تطبيقات محددة. على سبيل المثال، في حين أن ASTM A216 WCB مشابه في القوة، قد لا تؤدي أداءً مماثلًا في التطبيقات ذات الحرارة العالية مقارنةً بـ GM190.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.20 - 0.25
Mn (المنغنيز)	0.60 - 0.90
Si (السيليكون)	0.15 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.035
S (الكبريت)	≤ 0.035

تشمل الدور الرئيسي للعناصر الأساسية في السبائك في GM190:

• الكربون: يزيد من الصلابة والقوة، وهو أمر ضروري للتطبيقات الحاملة للأحمال.
• المنغنيز: يعزز القابلية للتصلب، مما يسمح بأداء أفضل تحت الضغط.
• السيليكون: يحسن مقاومة الأكسدة، مما يساهم في متانة الفولاذ.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة الحرارة للاختبار	القيمة النموذجية/النطاق (مترية)	القيمة النموذجية/النطاق (إمبريالية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	معالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	370 - 490 ميغا باسكال	54 - 71 كيلو باوند في البوصة	ASTM E8
قوة الخضوع (0.2% انزلاق)	معالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	220 - 300 ميغا باسكال	32 - 44 كيلو باوند في البوصة	ASTM E8
التشوه	معالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
الصلابة (برينل)	معالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	150 - 200 HB	150 - 200 HB	ASTM E10
قوة التأثير	شاري، -20 درجة مئوية	-20 درجة مئوية	27 - 35 جول	20 - 26 قدم-رطل	ASTM E23

تشكل مجموعة هذه الخصائص الميكانيكية GM190 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وصلابة، مثل المكونات الهيكلية وأجزاء الآلات.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبريالية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غم/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 درجة مئوية	2600 - 2800 درجة فهرنهايت
الناقلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	50 واط/م·ك	34.5 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت)
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.46 كيلو جول/كغم·ك	0.11 BTU/رطل·درجة فهرنهايت
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0000017 أوم·م	0.0000017 أوم·بوصة

تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة ونقطة الانصهار مهمة للتطبيقات التي تكون فيها الوزن وإدارة الحرارة ذات أهمية قصوى. توفر الكثافة رؤى حول وزن المادة، بينما تشير نقطة الانصهار إلى ملاءمتها للتطبيقات ذات الحرارة العالية.

المقاومة للتآكل

الوكيل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكوريدات	3-5	25-60	متوسطة	خطر تآكل الثقوب
حمض الكبريتيك	10-20	25-50	ضعيف	غير موصى به
الجو	-	-	جيد	مقاومة متوسطة

يظهر GM190 مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في الظروف الجوية. ومع ذلك، فهو معرض لخطر تآكل الثقوب في بيئات الكوريدات ويجب تجنبه في الظروف الحمضية. مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ، تقتصر مقاومة GM190 للتآكل، مما يجعله أقل ملاءمة في البيئات البحرية أو البيئات شديدة التآكل.

المقاومة للحرارة

الخاصية/الحدود	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400 °C	752 °F	مناسب لدرجات الحرارة المتوسطة
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500 °C	932 °F	تعرض قصير المدى فقط
درجة حرارة التقشر	600 °C	1112 °F	خطر الأكسدة بعد هذه الحدود

عند درجات الحرارة العالية، يحتفظ GM190 بقوته ولكنه قد يتعرض للأكسدة. يجب اتخاذ الحذر لتجنب التعرض المطول لدرجات الحرارة فوق 400 °C لمنع تدهور الخصائص الميكانيكية.

خصائص التصنيع

قابلية التلحيم

عملية اللحام	المعدن filler الموصى به (تصنيف AWS)	غاز الحماية/الأسمنت العادي النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرغون/CO2	جيدة للأقسام الرقيقة
TIG	ER70S-2	أرغون	ممتازة للدقة
Stick	E7018	-	يتطلب تسخين مسبق

يعتبر GM190 عمومًا جيدًا من حيث قابلية التلحيم. قد يكون التسخين المسبق ضروريًا لتجنب التصدع، خاصةً في الأقسام السميكة. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام من الخصائص الميكانيكية للحام.

قابلية التشغيل الآلي

معامل التشغيل الآلي	GM190	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60%	100%	قابلية تشغيل آلي متوسطة
سرعة القطع النموذجية (التحويل)	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	استخدم أدوات كربيد لتحقيق أفضل النتائج

يمتلك GM190 قابلية تشغيل آلي متوسطة، والتي يمكن تحسينها باستخدام أدوات مناسبة وظروف قطع ملائمة. من المستحسن استخدام أدوات فولاذ عالي السرعة أو كربيد لعمليات التشغيل الآلي.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل GM190 باستخدام كل من العمليات الباردة والساخنة. التشكيل البارد ممكن ولكنه قد يؤدي إلى تصلب العمل، مما قد يؤثر على المرونة. يفضل التشكيل الساخن للأشكال المعقدة لتجنب التصدع وتحسين قابلية التشكيل.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجات الحرارة (°C/°F)	الوقت النموذجي للتشبع	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التلدين	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 ساعة	هواء	تقليل الصلابة، تحسين المرونة
التبريد المفاجئ	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 دقيقة	زيت/ماء	زيادة الصلابة
التقسية	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، زيادة الصلابة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على التركيب الدقيق لـ GM190، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يزيد التبريد المفاجئ من الصلابة، بينما تقلل التقسية من الهشاشة، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات متنوعة.

التطبيقات والنهايات النموذجية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
السيارات	كتل المحرك	قوة عالية، قابلية تشغيل آلي جيدة	قدرة تحمل الأحمال
الآلات	صناديق التروس	مقاومة للتآكل، صلابة	الديمومة تحت الضغط
البناء	مكونات هيكلية	قوة، قابلية التلحيم	سهولة التصنيع

تشمل التطبيقات الأخرى:

• أنابيب
• أجزاء الآلات الثقيلة
• مكونات السكك الحديدية

يتم اختيار GM190 لهذه التطبيقات بسبب توازنه بين القوة والمرونة وسهولة التصنيع، مما يجعله مثاليًا لمكونات تتطلب أداءً عاليًا تحت الإجهاد الميكانيكي.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	GM190	AISI 4140	AISI 1045	ملاحظات مختصرة/مساومة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	متوسطة	عالية	متوسطة	GM190 أقل قوة من 4140 ولكنه أسهل في اللحام.
الجوانب الرئيسية للتآكل	متوسطة	جيدة	متوسطة	GM190 أقل مقاومة للتآكل من 4140.
قابلية التلحيم	جيدة	متوسطة	جيدة	GM190 أسهل في اللحام من 4140.
قابلية التشغيل الآلي	متوسطة	جيدة	جيدة	GM190 أقل قابلية للتشغيل من 1045.
قابلية التشكيل	جيدة	متوسطة	جيدة	يمكن تشكيل GM190 بسهولة مقارنة بـ 4140.
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	أعلى	أقل	GM190 فعّال من حيث التكلفة للعديد من التطبيقات.
التوفر النموذجي	شائع	أقل شيوعًا	شائع	GM190 متوفر على نطاق واسع في السوق.

عند اختيار GM190، يجب مراعاة عوامل مثل الفعالية من حيث التكلفة، والتوافر، والخصائص الميكانيكية المحددة المطلوبة للتطبيق. على الرغم من أنه قد لا يوفر نفس القوة التي توفرها بعض الفولاذات السبائكية، إلا أن قابلية اللحام والتشغيل تجعله خيارًا مفضلًا للعديد من التطبيقات الهندسية. بالإضافة إلى ذلك، تجعل مقاومته المعتدلة للتآكل مناسبة للبيئات التي يكون فيها التعرض للعوامل المسببة للتآكل محدودًا.

باختصار، يُعتبر الفولاذ المصبوب GM190 مادة متعددة الاستخدامات تتوازن بين القوة والمرونة وسهولة التصنيع، مما يجعله اختيارًا قيمًا في تطبيقات صناعية متنوعة.