صلب 10B30: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

فولاذ 10B30 هو فولاذ سبائك متوسط الكربون يُستخدم بشكل أساسي في التطبيقات التي تتطلب قدرة جيدة على التصلب ومقاومة للاهتراء. يُصنف كفولاذ منخفض السبائك، وعادة ما يحتوي على مزيج متوازن من الكربون والمنغنيز والبورون، مما يعزز بشكل كبير خصائصه الميكانيكية. تشمل العناصر الأساسية المسبوكة في فولاذ 10B30:

• الكربون (C): يعزز الصلابة والقوة.
• المنغنيز (Mn): يحسن القدرة على التصلب وقوة الشد.
• البورون (B): يزيد من القدرة على التصلب، مما يسمح بتصلب أعمق خلال المعالجة الحرارية.

نظرة عامة شاملة

يُعرف فولاذ 10B30 بجمعه الممتاز بين القوة والصلابة ومقاومة الاهتراء، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية. يسمح محتوى الكربون المتوسط بأساس جيد بين الليونة والقوة، بينما تعزز إضافة البورون قدرته على التصلب، مما يمكّنه من تحقيق مستويات أعلى من الصلابة من خلال عمليات المعالجة الحرارية.

مزايا فولاذ 10B30:
- صلابة عالية: مناسب للتطبيقات التي تتطلب مقاومة للاهتراء.
- صلابة جيدة: يحتفظ بالسلامة الهيكلية تحت الأحمال الصدمية.
- تطبيقات متعددة: يمكن استخدامه في قطاعات مختلفة، بما في ذلك السيارات والآلات.

قيود فولاذ 10B30:
- مIssues في اللحام: يتطلب اعتبارات دقيقة أثناء اللحام بسبب إمكانية حدوث تشققات.
- مقاومة للتآكل: ليست مقاومة للتآكل مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يحد من استخدامه في البيئات القاسية.

تاريخيًا، وجد فولاذ 10B30 niche الخاصة به في تصنيع مكونات مثل التروس والمحاور وأجزاء أخرى من الآلات حيث تكون القوة ومقاومة الاهتراء أساسية. إن موقعه في السوق مستقر، مع طلب مستمر من الصناعات التي تعطي الأولوية للمتانة والأداء.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصل	ملاحظات/تعليقات
UNS	G10430	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب معادل لـ AISI 1030 مع إضافة البورون
AISI/SAE	10B30	الولايات المتحدة الأمريكية	فولاذ متوسط الكربون مع البورون لتحسين القدرة على التصلب
ASTM	A29/A29M	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة عامة لفولاذ السبائك
EN	1.0503	أوروبا	خصائص مماثلة، اختلافات طفيفة في التركيب
JIS	S45C	اليابان	مماثل، ولكن يفتقر إلى إضافة البورون
ISO	10B30	دولي	تسمية معيارية دولية

يمكن أن تؤثر الفروق بين الدرجات المعادلة بشكل كبير على الأداء. على سبيل المثال، بينما S45C مشابه في محتوى الكربون، فإنه يفتقر إلى إضافة البورون التي تعزز القدرة على التصلب في 10B30، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب تصلبًا عميقًا.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
C (كربون)	0.28 - 0.34
Mn (منغنيز)	0.60 - 0.90
B (بورون)	0.001 - 0.005
Si (سيليكون)	0.15 - 0.40
P (فوسفور)	≤ 0.035
S (كبريت)	≤ 0.035

تلعب العناصر الأساسية المسبوكة في فولاذ 10B30 دوراً حاسماً في تحديد خصائصه. يساهم الكربون في الصلابة والقوة، بينما يعزز المنغنيز القدرة على التصلب وقوة الشد. على الرغم من أن البورون موجود بكميات صغيرة، فإنه يحسن بشكل كبير قدرة الفولاذ على التصلب خلال المعالجة الحرارية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للاهتراء.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (متري)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مروي & تم تشكيله	درجة حرارة الغرفة	800 - 1000 ميغاباسكال	116,000 - 145,000 رطل لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (0.2% تعويض)	مروي & تم تشكيله	درجة حرارة الغرفة	600 - 800 ميغاباسكال	87,000 - 116,000 رطل لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	مروي & تم تشكيله	درجة حرارة الغرفة	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
الصلابة (HRC)	مروي & تم تشكيله	درجة حرارة الغرفة	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
قوة الصدمة	شاربي V-notch	-20 درجة مئوية	20 - 30 جول	15 - 22 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ 10B30 مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات التي تتضمن أحمال ديناميكية والسلامة الهيكلية. تسمح قوته العالية في الشد والعائد بتحمل إجهاد كبير، بينما يضمن تمدده وقوة الصدمة أنه يمكنه امتصاص الطاقة دون كسر، مما يجعله مثاليًا للمكونات التي تتعرض لحمولات صدمية.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (متري)	القيمة (إمبراطوري)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة/مدى الانصهار	-	1425 - 1540 درجة مئوية	2600 - 2800 درجة فهرنهايت
التوصيلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	45 واط/م·ك	31 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.46 كيلو جول/كغم·ك	0.11 وحدة حرارية بريطانية/رطل·درجة فهرنهايت
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0006 أوم·م	0.000035 أوم·بوصة

تشير كثافة فولاذ 10B30 إلى كتلته لكل وحدة حجم، وهو أمر مهم للتطبيقات حيث يكون الوزن عاملاً حاسماً. تشير التوصيلية الحرارية إلى قدرته على توصيل الحرارة، وهو ما يمكن أن يكون مهمًا في التطبيقات التي تتضمن تقلبات في درجة الحرارة. تشير السعة الحرارية النوعية إلى مقدار الطاقة المطلوبة لرفع درجة حرارة الفولاذ، مما يؤثر على إدارته الحرارية في البيئات التشغيلية.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°س/°ف)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
جوي	يختلف	محلي	عادل	عرضة للصدأ
كلوريدات	يختلف	محلي	ضعيف	خطر حدوث نقر
أحماض	يختلف	محلي	ضعيف	غير موصى به
قواعد	يختلف	محلي	عادل	مقاومة محدودة

يظهر فولاذ 10B30 مقاومة معتدلة للتآكل، ويرجع ذلك أساسًا إلى محتواه من الكربون. في الظروف الجوية، يمكن أن يصاب بالصدأ إذا لم يتم حمايته بشكل صحيح. تزيد وجود الكلوريدات بشكل كبير من خطر تآكل النقيرات، مما يجعله غير مناسب للتطبيقات البحرية بدون طلاءات واقية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، فإن مقاومة التآكل لـ 10B30 محدودة، مما يتطلب اعتبارًا دقيقًا في البيئات التي يتوقع فيها التعرض للعوامل المسببة للتآكل.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°س)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400 °س	752 °ف	مناسب لدرجات الحرارة المعتدلة
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500 °س	932 °ف	تعرض قصير الأجل فقط
درجة حرارة التكسير	600 °س	1112 °ف	خطر الأكسدة فوق هذه الدرجة
اعتبارات قوة الزحف	450 °س	842 °ف	يبدأ في التحلل عند هذه الدرجة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ 10B30 بقوته ولكنه قد يتعرض للأكسدة والتكسير، خاصةً فوق 600 درجة مئوية. أدائه في التطبيقات عالية الحرارة محدود، ويجب توخي الحذر لتجنب التعرض المطول لدرجات الحرارة التي تتجاوز حدوده القصوى في الخدمة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملئي الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الحماية الشائع	ملاحظات
MIG	ER70S-6	خلط أرغون/CO2	يوصى بعملية التسخين الأولي
TIG	ER70S-2	أرغون	يتطلب المعالجة بعد اللحام
Stick	E7018	غير متاح	استخدم أقطاب منخفضة الهيدروجين

يقدم فولاذ 10B30 تحديات في اللحام بسبب محتواه المتوسط من الكربون، مما يمكن أن يؤدي إلى التشققات إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح. غالبًا ما يُوصى بالتسخين الأولي قبل اللحام لتقليل خطر الصدمة الحرارية. يمكن أن تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام أيضًا على تخفيف الضغوط وتحسين السلامة العامة للحام.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	فولاذ 10B30	فولاذ AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	10B30 أقل قابلية للتشغيل
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	50 م/دقيقة	80 م/دقيقة	استخدم أدوات كربيد

يمتلك فولاذ 10B30 مؤشر قابلية تشغيل أقل مقارنةً بـ AISI 1212، المعروف بقابليته الممتازة في التشغيل. عند تشغيل 10B30، من الضروري استخدام سرعات أداة مناسبة وأدوات للوصول إلى نتائج مثالية وتقليل تآكل الأدوات.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ 10B30 قابلية تشكيل معتدلة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل البارد والساخن. ومع ذلك، يجب توخي الحذر لتجنب العمل المفرط الذي يمكن أن يؤدي إلى التشققات أثناء الثني أو التشكيل. ينبغي الالتزام بأشعة الثني الموصى بها، ويجب استخدام أدوات مناسبة لضمان الجودة.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°س/°ف)	وقت النقع النموذجي	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التسخين على درجة حرارة منخفضة	600 - 700 °س / 1112 - 1292 °ف	1 - 2 ساعة	هواء	تنعيم، تحسين الليونة
التبريد	800 - 850 °س / 1472 - 1562 °ف	30 دقيقة	زيت أو ماء	تصلب، زيادة القوة
التلطيف	400 - 600 °س / 752 - 1112 °ف	ساعة واحدة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين الصلابة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية الدقيقة وخصائص فولاذ 10B30. تزيد عملية التبريد من الصلابة، بينما تقلل عملية التلطيف من الهشاشة، مما يسمح بتوازن بين القوة والصلابة. تؤدي عملية التسخين على درجة حرارة منخفضة إلى تنعيم الفولاذ، مما يسهل العمل به أثناء التصنيع.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
السيارات	التروس	قوة عالية، مقاومة للاهتراء	الدوام تحت الحمل
الآلات	المحاور	صلابة، مقاومة للصدمات	سلامة هيكلية
البناء	المثبتات	صلابة، قوة الشد	موثوقية في التجميع

تشمل التطبيقات الأخرى:
- مكونات الأدوات
- أجزاء الآلات الثقيلة
- المعدات الزراعية

غالبًا ما يتم اختيار فولاذ 10B30 للتطبيقات التي تكون فيها القوة العالية ومقاومة للاهتراء أمرًا حاسمًا. تمكن قدرته على الحفاظ على الأداء تحت الأحمال الديناميكية من أن يكون خيارًا مفضلًا في قطاعات السيارات والآلات.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ 10B30	فولاذ AISI 4140	فولاذ S45C	ملاحظة موجزة حول الإيجابيات/السلبيات أو التنازلات
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	صلابة أعلى	قوة معتدلة	فولاذ 10B30 أفضل لمقاومة الاهتراء
الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل	عادل	جيد	عادل	4140 يقدم مقاومة أفضل للتآكل
قابلية اللحام	متوسطة	جيدة	متوسطة	4140 أسهل في اللحام
قابلية التشغيل	متوسطة	عادل	جيدة	فولاذ 10B30 أقل قابيلة للتشغيل
قابلية التشكيل	متوسطة	عادل	جيدة	فولاذ 10B30 يتطلب التعامل بحذر
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	أعلى	أقل	التكلفة تختلف حسب الظروف السوقية
التوافر النموذجي	شائع	شائع	شائع	جميع الدرجات متوفرة على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ 10B30، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، والجدوى الاقتصادية، والتوافر. بينما يقدم مقاومة ممتازة للاهتراء، قد تتطلب قابلية لحامه وتشغيله اهتمامًا إضافيًا أثناء التصنيع. سيوجه فهم المتطلبات المحددة للتطبيق اختيار فولاذ 10B30 أو بدائله.

باختصار، فولاذ 10B30 هو فولاذ سبائك متوسط الكربون يتسم بالمرونة ويتفوق في التطبيقات التي تتطلب القوة ومقاومة للاهتراء. تجعل خصائصه الفريدة، جنبًا إلى جنب مع الاهتمام الدقيق بعوامل التصنيع والبيئة، منه مادة قيمة في مختلف القطاعات الهندسية.