فولاذ 86L20: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ 86L20 هو نوع من الفولاذ منخفض السبائك يصنف أساساً على أنه فولاذ سبائكي متوسط الكربون. يتميز بتركيبته الخاصة، والتي تشمل كميات كبيرة من الكربون والمنغنيز والكروم. تساهم العناصر السبيكية في 86L20 في خصائصه الميكانيكية، مما يعزز قوته ومتانته ومقاومته للاحتكاك.

هذا النوع من الفولاذ معروف بقابلية تشغيله الممتازة وقابلية لحامه، مما يجعله خياراً شائعاً في تطبيقات الهندسة المختلفة. تشمل خصائصه الرئيسية قوة شد جيدة، صلابة معتدلة، ومرونة ممتازة، مما يسمح له بتحمل ضغوط ميكانيكية كبيرة دون الفشل.

المزايا والقيود

المزايا:
- نسبة عالية من القوة إلى الوزن: يوفر 86L20 توازناً مناسباً بين القوة والوزن، مما يجعله مناسباً للتطبيقات التي تتطلب تقليل الوزن.
- قابلية تشغيل جيدة: يمكن تشغيل هذا الفولاذ بسهولة، مما يسمح بعمليات إنتاج فعالة.
- قابلية لحام: يمكن لحامه باستخدام تقنيات قياسية، مما يعد ميزة أثناء التصنيع.

القيود:
- مقاومة التآكل: بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن 86L20 لديه مقاومة محدودة للتآكل، مما يجعله أقل ملاءمة للبيئات القاسية.
- حساسية المعالجة الحرارية: يمكن أن تختلف خصائصه بشكل كبير مع المعالجة الحرارية، مما يتطلب تحكماً دقيقاً أثناء المعالجة.

تاريخياً، تم استخدام 86L20 في مجالات متنوعة، بما في ذلك صناعة السيارات والآلات، بسبب توازنه بين الخصائص والجدوى الاقتصادية.

الأسماء البديلة، المعايير، والمعادلات

هيئة المعايير	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	G86200	الولايات المتحدة الأمريكية	المعادلة الأقرب إلى AISI 8620
AISI/SAE	8620	الولايات المتحدة الأمريكية	هناك اختلافات طفيفة في التركيب يجب الانتباه إليها
ASTM	A29/A29M	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة عامة للفولاذ السبائكي
EN	1.6523	أوروبا	درجة معادلة في المعايير الأوروبية
DIN	20MnCr5	ألمانيا	خصائص مشابهة، ولكن مع عناصر سبائكية مختلفة
JIS	SCr420	اليابان	درجة قابلة للمقارنة مع اختلافات طفيفة
GB	20CrMn	الصين	معادلة مع اختلافات طفيفة في التركيب

تسلط الجدول أعلاه الضوء على معايير ومعادلات مختلفة لفولاذ 86L20. من الجدير بالذكر، بينما يعتبر AISI 8620 غالباً معادلاً، قد يظهر اختلافات طفيفة في الخصائص الميكانيكية والتركيب الكيميائي التي قد تؤثر على الأداء في تطبيقات محددة.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

المادة (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (كربون)	0.18 - 0.23
Mn (منغنيز)	0.60 - 0.90
Cr (كروم)	0.40 - 0.60
Mo (موليبدينوم)	0.15 - 0.25
Si (سيليكون)	0.15 - 0.40
P (فوسفور)	≤ 0.035
S (كبريت)	≤ 0.040

تشمل العناصر السبيكية الرئيسية في فولاذ 86L20 الكربون والمنغنيز والكروم. يعزز الكربون الصلابة والقوة، بينما يحسن المنغنيز القابلية للتصلب والمتانة. يساهم الكروم في مقاومة التآكل والقوة الشاملة، مما يجعله عنصراً حيوياً للتطبيقات التي تتطلب المتانة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الدرجات	درجة الحرارة للاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخمرة	درجة حرارة الغرفة	620 - 750 ميغاباسكال	90 - 110 كيساي	ASTM E8
قوة العائد (0.2%offset)	مخمرة	درجة حرارة الغرفة	350 - 450 ميغاباسكال	50 - 65 كيساي	ASTM E8
التمدد	مخمرة	درجة حرارة الغرفة	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
الصلابة (بريينل)	مخمرة	درجة حرارة الغرفة	200 - 250 HB	200 - 250 HB	ASTM E10
قوة التأثير	شرفي V-notch	-20 °م	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ 86L20 مناسباً للتطبيقات التي تتطلب قوة ومتانة عالية. تشير قوتهما في الشد والعائد إلى أنه يمكنه تحمل أحمال كبيرة، بينما تظهر نسبة التمدد جيداً المرونة، مما يسمح بالتشوه دون الكسر.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار/المدى	-	1425 - 1540 °م	2600 - 2800 °ف
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	45 واط/م·ك	31.2 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·°ف)
الحرارة النوعية	درجة حرارة الغرفة	460 جول/كغ·ك	0.11 BTU/رطل·°ف
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.00065 أوم·م	0.00038 أوم·بوصة

تشير كثافة فولاذ 86L20 إلى أنه ثقيل نسبياً، وهو أمر شائع للفولاذ السبائكي. كما أن موصلته الحرارية معتدلة، مما يجعله مناسباً للتطبيقات التي تتطلب تبديد الحرارة. توحي الحرارة النوعية بأنه يمكنه امتصاص كمية معقولة من الحرارة قبل حدوث تغييرات كبيرة في درجة الحرارة.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م/°ف)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكليوريدات	3-10	20-60 / 68-140	متوسطة	خطر التكبير
حمض الكبريتيك	10-20	20-40 / 68-104	سيئة	غير موصى به
هيدروكسيد الصوديوم	5-10	20-60 / 68-140	متوسطة	عرضة للكسر الناتج عن التوتر

يظهر فولاذ 86L20 مقاومة معتدلة للتآكل في بيئات متعددة. إنه عرضة بشكل خاص للتكبير في بيئات الكلورايد ويظهر أداءً سيئاً في الظروف الحمضية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، مثل 304 أو 316، فإن مقاومة التآكل الخاصة بـ86L20 أقل بكثير، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات في بيئات شديدة التآكل.

بالمقارنة مع الفولاذ السبائكي الآخر، مثل AISI 4140، قد يوفر 86L20 قابلية تشغيل أفضل ولكن مع تكلفة مقاومة للتآكل أقل. يجب أن تؤخذ هذه المفاضلة في الاعتبار عند اختيار المواد لتطبيقات محددة.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
Max Continuous Service Temp	400 °م	752 °ف	مناسب لدرجات الحرارة المعتدلة
Max Intermittent Service Temp	500 °م	932 °ف	تعرض قصير الأمد فقط
Scaling Temperature	600 °م	1112 °ف	خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة

عند درجات الحرارة العالية، يحتفظ فولاذ 86L20 بخصائصه الميكانيكية حتى حد معين. ومع ذلك، بمجرد تجاوزه حدود درجة الحرارة المستمرة القصوى، قد يتعرض للأكسدة وفقدان القوة. هذا يجعله مناسباً للتطبيقات التي تتضمن تعرضاً حرارياً معتدلاً ولكن ليس للبيئات ذات الحرارة العالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصي به (تصنيف AWS)	الغاز/الفلكس الواقي النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + CO2	يستحسن التسخين المسبق
TIG	ER70S-2	أرجون	قد تتطلب المعالجة الحرارية بعد اللحام

يعتبر فولاذ 86L20 بشكل عام جيد في قابلية اللحام. ومع ذلك، غالباً ما يُوصى بالتسخين المسبق لتجنب الكسور، خصوصاً في المقاطع السميكة. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام من خصائص الوصلات الملحومة.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	[فولاذ 86L20]	[AISI 1212]	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70	100	جيد للمعالجة
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	30 متر/دقيقة	50 متر/دقيقة	تعديل وفقاً للأدوات

يقدم فولاذ 86L20 قابلية تشغيل جيدة، على الرغم من أنه ليس سهلاً في التشغيل كما هو الحال مع بعض الفولاذات ذات القطع الحر مثل AISI 1212. يجب استخدام سرعات قطع وأدوات مثلى لتحقيق أفضل النتائج.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل فولاذ 86L20 بارداً وساخناً، ولكن يجب اتخاذ الحيطة لتجنب التصلب الناتج عن العمل. يجب النظر في الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء أثناء عمليات التشكيل لتجنب الكسور.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق الحرارة (°م/°ف)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
Annealing	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 ساعات	هواء	تليين، تحسين المرونة
Quenching	850 - 900 / 1562 - 1652	30 دقيقة	زيت أو ماء	تصلب
Tempering	400 - 600 / 752 - 1112	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين المتانة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على التركيب الدقيق وخصائص فولاذ 86L20. تعمل المعالجة بالتسخين على تليين المادة، بينما تزيد المعالجة بالتبريد من الصلابة. المعالجة بالحرارة ضرورية لتقليل الهشاشة وتحسين المتانة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات المختلفة.

التطبيقات الشائعة والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
صناعة السيارات	التروس والمحاور	قوة عالية، قابلية تشغيل جيدة	المتانة والأداء
الآلات	الأعمدة المرفقية	متانة، مقاومة للاحتكاك	الاعتمادية تحت الحمولة
النفط والغاز	مكونات الصمامات	مقاومة للتآكل، قوة	الأداء في البيئات القاسية

تشمل التطبيقات الأخرى:
- المكونات الهيكلية في الآلات
- الأدوات والقوالب
- المربوطات والصمامات

يتم اختيار فولاذ 86L20 لهذه التطبيقات بسبب توازنه بين القوة والمتانة وقابلية التشغيل، مما يجعله مناسبًا للمكونات التي تواجه أحمال ديناميكية.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	[فولاذ 86L20]	[AISI 4140]	[AISI 8620]	ملاحظة موجزة حول المزايا والعيوب أو التبادل
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة جيدة	قوة أعلى	قوة معتدلة	4140 توفر قوة أعلى ولكن أقل قابلية للتشغيل
الجوانب الرئيسية لمقاومة التآكل	متوسطة	متوسطة	جيدة	8620 لديه مقاومة أفضل للتآكل
قابلية اللحام	جيدة	معتدلة	جيدة	4140 قد تتطلب تسخين مسبق
قابلية التشغيل	جيدة	معتدلة	جيدة	4140 يصعب تشغيلها أكثر
قابلية التشكيل	معتدلة	سيئة	جيدة	8620 أكثر قابلية للتشكيل
التكلفة التقريبية	معتدلة	أعلى	معتدلة	4140 عمومًا أغلى
التوفر النموذجي	شائعة	شائعة	شائعة	جميع الدرجات متاحة على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ 86L20، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، جدواه الاقتصادية، وتوفره. بينما يقدم أداءً جيداً للعديد من التطبيقات، قد تكون البدائل مثل AISI 4140 أو AISI 8620 أكثر ملاءمة اعتمادًا على المتطلبات المحددة، مثل القوة الأعلى أو مقاومة التآكل الأفضل.

باختصار، يُعتبر فولاذ 86L20 فولاذاً سبائكياً متوسط الكربون متعدد الاستخدامات مع مجموعة من التطبيقات عبر مختلف الصناعات. يجعل توازنه بين الخصائص خيارًا موثوقًا للمكونات التي تتطلب قوة، ومتانة، وقابلية تشغيل، بينما يجب مراعاة قيوده في مقاومة التآكل بعناية خلال عملية الاختيار.