10.9 الصلب: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ 10.9 ، الذي يُشار إليه عمومًا بـ "درجة البرغي 10.9" ، هو درجة فولاذية عالية القوة تُستخدم بشكل أساسي في تصنيع البراغي والأجزاء السريعة. يتم تصنيفه كفولاذ سبيكي متوسط الكربون ، والذي يتميز بمحتواه الكبير من الكربون (عادةً حوالي 0.8٪ إلى 1.0٪) ووجود عناصر سبيكية مثل المنغنيز والسيليكون وأحيانًا الكروم. تساهم هذه العناصر في القوة العامة للفولاذ ، والصلابة ، ومقاومة التآكل.

تتضمن الصفات الأساسية للفولاذ 10.9 قوة الشد العالية ، التي يمكن أن تصل إلى 1,000 ميجا باسكال (145 كيسي) ، ومقاومة التعب الممتازة ، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات المت demanding في مختلف الصناعات. ومع ذلك ، من المهم أن نلاحظ أنه بينما يقدم فولاذ 10.9 العديد من المزايا ، مثل نسبة القوة إلى الوزن العالية وسهولة المعالجة الجيدة ، فإنه أيضًا له قيود. على سبيل المثال ، قد تكون قابليته للتصدع الناتج عن إجهاد التآكل (SCC) في بعض البيئات مصدر قلق.

تاريخيًا ، لعب فولاذ 10.9 دورًا حاسمًا في تطوير الأجزاء السريعة عالية الأداء ، وخاصة في قطاعات السيارات والبناء ، حيث يكون الاعتماد والسلامة أمرين حيويين. موقعه في السوق قوي ، مع استخدام واسع في التطبيقات التي تتطلب قوة عالية ودوام.

أسماء بديلة ومعايير ونظائر

المنظمة المعايير	التسمية / الدرجة	البلد / المنطقة الأصلية	ملاحظات
UNS	G10450	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب نظير لـ AISI 4140
AISI/SAE	1045	الولايات المتحدة الأمريكية	اختلافات تركيبية طفيفة
ASTM	A325	الولايات المتحدة الأمريكية	تستخدم للبراغي الهيكلية
EN	10.9	أوروبا	معيار للبراغي عالية القوة
DIN	10.9	ألمانيا	مشابه لمعايير EN
JIS	SCM435	اليابان	معادل بخصائص مختلفة
ISO	10.9	دولي	معيار عالمي للبراغي عالية القوة

تسلط الجدول أعلاه الضوء على معايير ونظائر مختلفة لفولاذ 10.9. ومن الجدير بالذكر أنه بينما تعتبر درجات مثل AISI 4140 و SCM435 غالبًا متكافئة ، إلا أنها قد تعرض خواص ميكانيكية مختلفة ومقاومة للتآكل ، مما يمكن أن يؤثر بشكل كبير على الأداء في تطبيقات معينة.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.8 - 1.0
Mn (المنغنيز)	0.6 - 0.9
Si (السيليكون)	0.15 - 0.4
Cr (الكروم)	0.0 - 0.25
P (الفوسفور)	≤ 0.025
S (الكبريت)	≤ 0.025

تشمل العناصر الرئيسية المسبقة في فولاذ 10.9 الكربون والمنغنيز والسيليكون. الكربون ضروري لتعزيز الصلابة والقوة ، بينما يحسن المنغنيز قابلية التكليس والصلابة. يساهم السيليكون في زيادة القوة ومقاومة الأكسدة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة / الحرارة	القيمة / النطاق النموذجي (مترية)	القيمة / النطاق النموذجي (إمبراطورية)	معيار المرجع لطريقة الاختبار
قوة الشد	مروي وملدن	800 - 1,000 ميجا باسكال	1160 - 145 كيسي	ASTM E8
قوة العائد (0.2% انحراف)	مروي وملدن	600 - 850 ميجا باسكال	87 - 123 كيسي	ASTM E8
التمدد	مروي وملدن	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
الصلابة (روكويل C)	مروي وملدن	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
قوة الصدمة	-	27 جول (عند -20 درجة مئوية)	20 قدم-رطل (عند -4 درجة فهرنهايت)	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ 10.9 مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تتطلب أحمال ميكانيكية عالية وسلامة هيكلية. تسمح قوتاه العاليتان في الشد والعائد بتحمل قوى كبيرة ، بينما تشير قيمته في التمدد وقوة الصدمة إلى مرونة وصلابة جيدة.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة / درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	-	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 درجة مئوية	2600 - 2800 درجة فهرنهايت
الموصلية الحرارية	20 درجة مئوية	50 واط/م·ك	34.5 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت
السعة الحرارية النوعية	-	460 جول/كجم·ك	0.11 وحدة حرارية بريطانية/رطل·درجة فهرنهايت
المقاومة الكهربائية	-	0.0000017 أوم·م	0.0000017 أوم·قدم

تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة ونقطة الانصهار حاسمة للتطبيقات التي يكون فيها الوزن والأداء الحراري مهمين. تسمح نقطة الانصهار العالية لفولاذ 10.9 بالحفاظ على سلامته الهيكلية عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

مقاومة التآكل

عامل تآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكوريدات	3 - 10	20 - 60	عادل	خطر تآكل النقر
الأحماض	1 - 5	20 - 40	سيئ	غير موصى به
المحاليل القلوية	1 - 10	20 - 60	عادل	معرض للتآكل الناتج عن الإجهاد
الجو	-	-	جيد	مقاومة متوسطة

تظهر الفولاذ 10.9 مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في الظروف الجوية. ومع ذلك، فهو معرض لتآكل النقر في البيئات الكلوريدية وتصدع التآكل الناتج عن الإجهاد في المحاليل القلوية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، مثل 316 أو 304، فإن مقاومة تآكل فولاذ 10.9 أقل بكثير، مما يجعله menos مناسبًا للبيئات البحرية أو ذات التآكل العالي.

مقاومة الحرارة

الخاصية / الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	300 °م	572 °ف	فوق هذا، تتدهور الخصائص
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	400 °م	752 °ف	تعرض قصير الأجل فقط
درجة حرارة التآكل	500 °م	932 °ف	خطر الأكسدة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ 10.9 بقوته ولكنه قد يتعرض للأكسدة والتآكل. تشير أقصى درجة حرارة للخدمة المستمرة إلى الحد الأعلى للتعرض المديد، بعده يمكن أن تتدهور الخصائص الميكانيكية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز / الفيض الحماي النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون/CO2	يوصى بالتسخين المسبق
TIG	ER70S-2	أرجون	يتطلب رقابة دقيقة
القضيب	E7018	-	معالجة حرارية بعد اللحام

فولاذ 10.9 قابل للحام بشكل عام، ولكن عادة ما يُوصى بالتسخين المسبق لمنع التصدع. يمكن أن تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام في تخفيف الضغوط وتحسين الصلابة في منطقة اللحام.

قابلية المعالجة

معامل المعالجة	[فولاذ 10.9]	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية المعالجة النسبي	60%	100%	يتطلب سرعات قطع أبطأ
سرعة القطع النموذجية (الدوران)	20 م/دقائق	40 م/دقائق	استخدم أدوات الكربيد لتحقيق أفضل النتائج

قابلية المعالجة متوسطة؛ بينما يمكن معالجة فولاذ 10.9 بشكل فعال، إلا أنه يتطلب سرعات قطع أبطأ وأدوات مناسبة لتحقيق النتائج المثلى.

قابلية التشكيل

يعرض فولاذ 10.9 قابلية تشكيل محدودة بسبب قوته العالية. من الممكن تشكيله باردًا ولكنه قد يتطلب قوة كبيرة، بينما يمكن أن يؤدي التشكيل الساخن إلى تحسين المرونة. يجب مراعاة تأثير تصلب العمل خلال المعالجة.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التبريد السريع	800 - 900	30 دقيقة	زيت أو ماء	تصلب
التقسية	400 - 600	1 - 2 ساعة	هواء	تحسين الصلابة

تعزز عمليات المعالجة الحرارية مثل التبريد السريع والتقسية بشكل كبير الخصائص الميكانيكية لفولاذ 10.9. يزيد التبريد السريع من الصلابة، بينما تقلل التقسية من الهشاشة وتعمل على تحسين الصلابة.

التطبيقات والنهايات النموذجية

الصناعة / القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (بإيجاز)
السيارات	مكونات المحرك	قوة شد عالية، مقاومة التآكل	موثوقية تحت الضغط
البناء	براغي هيكلية	قوة عائد عالية، مقاومة للتآكل	السلامة والدوام
الآلات	أجزاء الآلات الثقيلة	قوة الصدمة، الصلابة	الأداء تحت الحمل

تشمل التطبيقات الأخرى:
* مكونات الطيران
* أجزاء بحرية
* معدات ثقيلة

يتم اختيار فولاذ 10.9 للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وموثوقية، وخاصة حيث تكون السلامة أمرًا حيويًا. تجعل خصائصه الميكانيكية مثاليًا للتطبيقات الهيكلية في البيئات المت demanding.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار وأفكار إضافية

الميزة / الخاصية	فولاذ 10.9	AISI 4140	SCM435	ملاحظة قصيرة حول المزايا / العيوب أو التكلفة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	قوة عالية	قوة معتدلة	يقدم 10.9 قوة شد أعلى
الجوانب الرئيسية للمقاومة للتآكل	متوسطة	متوسطة	جيدة	فولاذ 10.9 أقل مقاومة للتآكل
قابلية اللحام	عادل	جيدة	جيدة	يتطلب فولاذ 10.9 تسخينًا مسبقًا
قابلية المعالجة	متوسطة	جيدة	ممتازة	من الأصعب معالجة فولاذ 10.9
قابلية التشكيل	محدودة	جيدة	جيدة	فولاذ 10.9 أقل قابلية للتشكيل
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	متوسطة	عالية	فعالة من حيث التكلفة للقوة العالية
التوفر النموذجي	عالية	متوسطة	عالية	فولاذ 10.9 متوفر على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ 10.9 ، تعتبر اعتبارات مثل التكلفة الفعّالة والتوفر ومتطلبات التطبيق المحددة أمرًا حيويًا. تجعل قوته العالية منه خيارًا مفضلًا في العديد من التطبيقات الهندسية، ولكن يجب تقييم القضايا المحتملة المتعلقة بمقاومة التآكل وقابلية اللحام بعناية.

باختصار ، يعد فولاذ 10.9 مادة متعددة الاستخدامات وعالية الأداء مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات، خاصة حيث تكون القوة والموثوقية أمرين حيويين. فهم خصائصه وقيوده أمر أساسي للاختيار الأمثل للمواد وتطبيقها.