الفولاذ AISI 3130: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ AISI 3130 مصنف كفولاذ سبائك متوسط الكربون، ويعرف بشكل أساسي بتوازنه الممتاز بين القوة والصلابة ومقاومة التآكل. يتميز هذا الدرجة الفولاذية بعناصره السبائكية، والتي تشمل الكربون والمنغنيز والكروم، حيث يساهم كل منها في خصائصه العامة. يتراوح محتوى الكربون عادةً بين 0.28% إلى 0.34%، بينما يوجد المنغنيز والكروم بكميات كبيرة، مما يعزز من قابلية الصلابة والقوة.

نظرة شاملة

يستخدم الفولاذ AISI 3130 بشكل أساسي في التطبيقات التي تتطلب خصائص ميكانيكية جيدة ومقاومة معتدلة للتآكل. تلعب العناصر السبائكية أدواراً حاسمة: حيث يزيد الكربون من الصلابة والقوة، بينما يعزز المنغنيز من الصلابة وقابلية الصلابة، ويحسن الكروم من مقاومة التآكل وخصائص التآكل.

تشمل الخصائص الأكثر أهمية لـ AISI 3130 قوته الشد العالية، وقابليته الجيدة للتشغيل، وجاهزيته الممتازة للتشغيل، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية. ومع ذلك، فإن له قيودًا، مثل مقاومة تآكل أقل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ والوزن المحتمل عند درجات حرارة منخفضة.

في السوق، يتم التعرف على AISI 3130 باعتباره فولاذًا متعدد الاستخدامات وغالبًا ما يستخدم في صناعة التروس والمحاور ومكونات هيكلية أخرى. تاريخيًا، كان عنصرًا أساسيًا في الصناعات مثل automotive والماكينات، حيث تكون القوة والمتانة ذات أهمية بالغة.

أسماء بديلة ومعايير ومكافئات

الهيئة المعيارية	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	G31300	الولايات المتحدة	أقرب مكافئ لـ AISI 4130، مع اختلافات طفيفة في التركيب.
AISI/SAE	3130	الولايات المتحدة	تسمية شائعة الاستخدام في أمريكا الشمالية.
ASTM	A29/A29M	الولايات المتحدة	مواصفة عامة لفولاذ السبائك.
EN	30CrMo	أوروبا	مكافئ بخصائص مشابهة ولكن بمعايير مختلفة.
JIS	SCM430	اليابان	درجة مشابهة مع اختلافات طفيفة في التركيبة.

توجد الاختلافات بين AISI 3130 ومكافئاته، مثل AISI 4130، غالبًا في النسب المحددة لعناصر السبائك، والتي يمكن أن تؤثر على قابلية الصلابة والصلابة. على سبيل المثال، عادة ما يحتوي AISI 4130 على محتوى أعلى من الكروم، مما قد يعزز قوته وقابلية صلابته مقارنة بـ AISI 3130.

الخصائص الأساسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نسبة النطاق (%)
C (كربون)	0.28 - 0.34
Mn (منغنيز)	0.60 - 0.90
Cr (كروم)	0.40 - 0.60
Si (سيليكون)	0.15 - 0.40
P (فوسفور)	≤ 0.035
S (كبريت)	≤ 0.040

الدور الرئيسي للكربون في AISI 3130 هو تعزيز الصلابة وقوة الشد، بينما يساهم المنغنيز في تحسين الصلابة وقابلية الصلابة. يزيد الكروم من مقاومة التآكل ويوفر بعض مستوى مقاومة التآكل، مما يجعل الفولاذ أكثر متانة في بيئات متنوعة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة/النطاق النموذجي (الوحدات القياسية - SI)	القيمة/النطاق النموذجي (الوحدات الإمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخمرة	580 - 700 ميغاباسكال	84 - 102 كيلو باوند في البوصة	ASTM E8
قوة التحمل (0.2% إزاحة)	مخمرة	350 - 450 ميغاباسكال	51 - 65 كيلو باوند في البوصة	ASTM E8
التمدد	مخمرة	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
الصلابة (برينيل)	مخمرة	170 - 210 HB	170 - 210 HB	ASTM E10
قوة الصدمة	شاربي عند -20°C	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-رطل	ASTM E23

يجعل الجمع بين هذه الخصائص الميكانيكية AISI 3130 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب تحميلًا ديناميكيًا ومتطلبات السلامة الهيكلية، مثل تلك المستخدمة في مكونات السيارات وأجزاء الماكينات.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (الوحدات القياسية - SI)	القيمة (الوحدات الإمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار/النطاق	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
موصلية حرارية	درجة حرارة الغرفة	45 واط/م·ك	31 BTU·إن/(ساعة·قدم²·°ف)
سعة الحرارة النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.46 كج/كغ·ك	0.11 BTU/رطل·°ف
مقاومة كهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0000017 Ω·م	0.0000017 Ω·بوصة

تشير الكثافة ونقطة الانصهار لـ AISI 3130 إلى ملاءمته للاستخدامات عالية الحرارة، بينما تقترح موصلية حرارية جيدة خصائص تبديد حرارية جيدة، وهو أمر مفيد في عمليات التشغيل والتشكيل.

مقاومة التآكل

الوكيل المؤكسد	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	يختلف	الجو المحيط	عادل	خطر تآكل الحفر.
حمض الكبريتيك	10	25/77	ضعيف	غير موصى به.
هيدروكسيد الصوديوم	50	60/140	عادل	خطر تآكل إجهادي.

يعرض AISI 3130 مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في الظروف الجوية والبيئات الخفيفة. ومع ذلك، فإنه عرضة للتآكل الحفري وتصدع الإجهاد في البيئات الغنية بالكلوريد، مما يجعله أقل ملاءمة للاستخدامات البحرية مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ. عند مقارنته بـ AISI 4140، الذي يمتلك مقاومة أفضل للتآكل بسبب ارتفاع محتوى الكروم، قد يتطلب AISI 3130 طلاءات أو معالجة وقائية في البيئات التآكلية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400	752	ملائم لتطبيقات درجة حرارة معتدلة.
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500	932	تعرض قصير المدى فقط.
درجة حرارة التقييد	600	1112	خطر الأكسدة فوق هذه الحرارة.
اعتبارات قوة الزحف	450	842	تبدأ في التدهور عند درجات حرارة مرتفعة.

عند درجات حرارة مرتفعة، يحافظ AISI 3130 على قوته ولكن قد يتعرض للأكسدة والتقييد، مما قد يؤثر على أدائه في التطبيقات ذات الحرارة العالية. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية الخاصة به خصائصه، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب التعرض المفرط للحرارة العالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملء الموصى به (تصنيف AWS)	غاز الحماية/الغطاء النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون/CO2	يفضل التسخين المسبق.
TIG	ER70S-2	أرجون	يتطلب معالجة حرارية بعد اللحام.
عصا	E7018	غير متوفر	جيد للأقسام السميكة.

يعتبر AISI 3130 عمومًا قابلًا للحام، ولكن يُوصى بتسخينه المسبق لتجنب التشقق. يمكن أن تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام في تخفيف الضغوط وتحسين الصلابة في منطقة اللحام.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	AISI 3130	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70	100	AISI 1212 أسهل في التشغيل.
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	يجب تعديلها حسب تآكل الأداة.

يوفر AISI 3130 قابلية تشغيل جيدة، ولكن يجب توخي الحذر عند اختيار سرعات القطع والأدوات المناسبة لتحسين الأداء وتقليل التآكل.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل AISI 3130 باردة وساخنة، مما يتيح له شكلًا معقدًا بفضل مرونته الجيدة. ومع ذلك، يجب توخي الحذر لتجنب تصلب العمل المفرط، الذي يمكن أن يؤدي إلى التشقق أثناء عمليات التشكيل. يجب الالتزام بنصف قطر الانحناء الموصى به لتحقيق أفضل النتائج.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	زمن النقع النموذجي	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التخميل	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 ساعة	هواء	تحسين المرونة وتقليل الصلابة.
التبريد المفاجئ	800 - 850 / 1472 - 1562	30 دقيقة	زيت أو ماء	زيادة الصلابة والقوة.
التسخين	400 - 600 / 752 - 1112	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة وتحسين الصلابة.

أثناء المعالجة الحرارية، يخضع AISI 3130 لتحولات معدنية تعزز من هيكله الدقيق، مما يؤدي إلى تحسين الخصائص الميكانيكية. تعتبر المعالجة الحرارية المناسبة ضرورية لتحقيق التوازن المطلوب بين القوة والمرونة.

تطبيقات واستخدامات نموذجية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الأساسية لفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (موجز)
السيارات	التروس	قوة شد عالية، قابلية تشغيل جيدة	مطلوب للمتانة والأداء.
الماكينات	المحاور	صلابة، مقاومة للتآكل	أساسية في التطبيقات الحاملة للأحمال.
الفضاء	مكونات هيكلية	نسبة القوة إلى الوزن	حرجة للسلامة والكفاءة.

تشمل التطبيقات الأخرى:

• • معدات البناء
• • مكونات صناعة النفط والغاز
• • أجزاء آلات ثقيلة

يتم اختيار AISI 3130 لهذه التطبيقات بسبب خصائصه الميكانيكية الممتازة، التي توفر القوة والمتانة اللازمة في البيئات الصعبة.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، وأفكار إضافية

الميزة/الخاصية	AISI 3130	AISI 4140	AISI 1045	ملاحظة موجزة/إيجابية أو سلبية أو اختلاف
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة معتدلة	قوة عالية	قوة معتدلة	AISI 4140 يقدم قوة متفوقة.
الجانب الرئيسي للتآكل	عادل	جيد	ضعيف	AISI 4140 أفضل في البيئات التآكلية.
قابلية اللحام	جيدة	عادل	جيدة	AISI 4140 تتطلب مزيدًا من العناية أثناء اللحام.
قابلية التشغيل	جيدة	عادل	ممتازة	AISI 1045 أسهل في التشغيل.
التكلفة التقريبية النسبية	معتدلة	أعلى	أقل	تختلف التكلفة مع عناصر السبائك.
التوافر النموذجي	شائع	شائع	شائع جداً	AISI 1045 متوفر على نطاق واسع.

عند اختيار AISI 3130، تشمل الاعتبارات جدواه من حيث التكلفة، توفره، وملاءمته للاستخدامات المحددة. بينما يوفر توازنًا جيدًا بين الخصائص، قد تكون البدائل مثل AISI 4140 الأكثر ملاءمة للتطبيقات عالية القوة، بينما قد يكون AISI 1045 مفضلًا لسهولة التشغيل.

في الختام، يعتبر الفولاذ AISI 3130 فولاذ سبائك متعدد الاستخدامات يستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات بفضل خصائصه الميكانيكية المناسبة ومقاومته المعتدلة للتآكل. يمكن أن يؤدي الاختيار والمعالجة المناسبة إلى تحسين أدائه في التطبيقات المحددة، مما يجعله مادة قيمة في الهندسة والتصنيع.