فولاذ نيتراوي 135: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ Nitralloy 135 هو فولاذ سبيكة متوسط الكربون مصمم خصيصًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وصلابة. يصنف كفولاذ سبيكة، يحتوي بشكل أساسي على عناصر مثل الكروم والموليبدينوم والنيتروجين، التي تعزز بشكل كبير خصائصه الميكانيكية وخصائص الأداء. إن دمج هذه العناصر السبيكية يساهم في تحسين القدرة على تصلب، مقاومة التآكل، وقوة التعب، مما يجعل Nitralloy 135 مناسبًا لتطبيقات الهندسة الشديدة.

واحدة من أهم الخصائص لـ Nitralloy 135 هي قدرته على تحقيق صلابة سطحية عالية من خلال نترات، وهي عملية معالجة حرارية تُدخل النيتروجين في سطح الفولاذ. وهذا يؤدي إلى سطح صلب ومقاوم للتآكل مع الحفاظ على لب صلب، وهو أمر ضروري للمكونات المعرضة للإجهاد العالي والتآكل.

المزايا والقيود

المزايا:
- قوة عالية وصلابة: يظهر Nitralloy 135 قوة شد ومقاومة صدمة ممتازة، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الثقيلة.
- قدرة النترات: القدرة على الخضوع للنترات تعزز صلابة السطح دون المساس بصلابة اللب.
- قابلية تشغيل جيدة: يمكن تشكيل هذا النوع من الفولاذ بفعالية، مما يسمح بتصنيع مكونات دقيقة.

القيود:
- التكلفة: قد تجعل العناصر السبيكية وعملية النترات Nitralloy 135 أكثر تكلفة من الفولاذ الكربوني القياسي.
- مشاكل قابلية اللحام: على الرغم من أنه يمكن لحامه، يجب توخي الحذر الخاص لتجنب التشقق وضمان سلامة الوصلات.

تاريخيًا، تم استخدام Nitralloy 135 في صناعات متنوعة، بما في ذلك السيارات والطيران، حيث تكون المكونات عالية الأداء حاسمة. إن خصائصه الفريدة تضعه كمواد قيمة في السوق، خصوصًا للتطبيقات التي تتطلب مزيجًا من القوة والصلابة ومقاومة التآكل.

أسماء بديلة، معايير، ونظائر

المنظمة القياسية	التصنيف/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	G13500	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب نظير لـ AISI 4140 مع فروقات تركيبية طفيفة.
AISI/SAE	135	الولايات المتحدة الأمريكية	تسمية مستخدمة بشكل شائع في أمريكا الشمالية.
ASTM	A829	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة قياسية لألواح الفولاذ السبيكي.
EN	1.8510	أوروبا	نظير أوروبي بخصائص مشابهة.
JIS	SCr 440	اليابان	أداء مشابه ولكن بعناصر سبيكية مختلفة.

يمكن أن تؤثر الفروقات بين هذه الدرجات على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق المحددة. على سبيل المثال، بينما G13500 و AISI 4140 متشابهان، فإن قدرة النترات لـ Nitralloy 135 توفر صلابة سطحية محسنة قد لا تكون قابلة للتحقيق باستخدام AISI 4140.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.30 - 0.35
Cr (الكروم)	0.80 - 1.10
Mo (الموليبدينوم)	0.15 - 0.25
N (النيتروجين)	0.02 - 0.05
Mn (المنغنيز)	0.60 - 0.90
Si (السيليكون)	0.15 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.035
S (الكبريت)	≤ 0.025

تلعب العناصر السبيكية الرئيسية في Nitralloy 135 أدوارًا حاسمة:
- الكروم: يعزز القدرة على تصلب ومقاومة التآكل.
- الموليبدينوم: يحسن القوة عند درجات الحرارة المرتفعة ويعزز الصلابة.
- النيتروجين: يزيد من صلابة السطح من خلال النترات، مما يساهم في مقاومة التآكل.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مبردة ومعالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	850 - 1000 ميغاباسكال	123 - 145 ksi	ASTM E8
قوة العائد (0.2% انحراف)	مبردة ومعالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	600 - 800 ميغاباسكال	87 - 116 ksi	ASTM E8
الإطالة	مبردة ومعالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	12 - 18%	12 - 18%	ASTM E8
الصلابة (HRC)	مبردة ومعالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
قوة الصدم (شاربي)	درجة حرارة الغرفة	-20°م	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-باوند	ASTM E23

يسمح الجمع بين قوة الشد وقوة العائد العالية، إلى جانب الإطالة الجيدة، باستخدام Nitralloy 135 في التطبيقات التي تتطلب مقاومة للتحميل الميكانيكي وسلامة الهيكل. تتيح صلابته لتحمل التآكل في البيئات الشديدة.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطوري)
الكثافة	-	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
درجة انصهار	-	1425 - 1540 °م	2600 - 2800 °ف
الموصلية الحرارية	20°م	45 واط/م·ك	31.2 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·°ف)
السعة الحرارية النوعية	20°م	0.46 كيلو جول/كغ·ك	0.11 BTU/رطل·°ف
المقاومة الكهربائية	20°م	0.00065 أوم·م	0.00038 أوم·بوصة

إن الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة ودرجة الانصهار لها أهمية كبيرة للتطبيقات التي تشمل عمليات درجات الحرارة العالية. تشير الموصلية الحرارية إلى مدى قدرة المادة على تبديد الحرارة، وهو أمر حاسم في عمليات التشغيل السريعة أو التطبيقات عالية الاحتكاك.

مقاومة التآكل

الوكيل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م/°ف)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكلوريدات	3-5	25°م/77°ف	متوسط	خطر التآكل بالتجاويف.
حمض الكبريتيك	10-20	25°م/77°ف	ضعيف	غير موصى به.
محاليل قلوية	5-10	25°م/77°ف	جيد	مقاومة معتدلة.

يظهر Nitralloy 135 مقاومة معتدلة للتآكل، خصوصًا في البيئات القلوية، ولكنه عرضة للتجاويف في الظروف الغنية بالكلوريد. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، مثل AISI 304، الذي يوفر مقاومة تآكل متفوقة، قد لا يكون Nitralloy 135 مناسبًا للتطبيقات المعرضة للعوامل المسببة للتآكل العدائية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400°م	752°ف	مناسب للتعرض المطول.
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500°م	932°ف	تعرض قصير الأجل فقط.
درجة حرارة التقشير	600°م	1112°ف	خطر الأكسدة فوق هذه الدرجة.

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ Nitralloy 135 بقوته ولكنه قد يتعرض للأكسدة إذا تعرض للهواء. من الضروري التفكير في استخدام الطلاءات الوقائية أو البيئات الخاضعة للتحكم للتطبيقات التي تتضمن درجات حرارة عالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الحماية النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	خلط الأرجون/ثاني أكسيد الكربون	يُوصى بالتسخين المسبق.
TIG	ER80S-Ni	أرجون	يحتاج إلى معالجة حرارية بعد اللحام.

يمكن اللحام Nitralloy 135 باستخدام العمليات القياسية، ولكن غالبًا ما يكون التسخين المسبق ضروريًا لتجنب التشقق. يوصى بإجراء معالجة حرارية بعد اللحام لتخفيف الضغوط وتحسين الصلابة.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	Nitralloy 135	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	يتطلب أدوات حادة ومبرد.
سرعة القطع النموذجية	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	ضبط بناءً على تآكل الأداة.

قابلية التشغيل جيدة ولكنها تتطلب اهتمامًا دقيقًا بالأدوات وظروف القطع لتجنب التآكل المفرط.

قابلية التشكيل

يظهر Nitralloy 135 قابلية تشكيل معتدلة. يمكن تشكيله على البارد، لكن تشكيله على الساخن مفضل لتقليل خطر تصلب العمل. يجب الالتزام بنصف قطر الانحناء الموصى به لتجنب التشقق.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م/°ف)	زمن النقع النموذجي	طريقة التبريد	الهدف الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التليين	700 - 800 °م / 1292 - 1472 °ف	1-2 ساعات	هواء أو زيت	تليين، تحسين قابلية التشغيل.
التبريد	850 - 900 °م / 1562 - 1652 °ف	30 دقيقة	زيت	تصلب، زيادة القوة.
التمليس	400 - 600 °م / 752 - 1112 °ف	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين الصلابة.

تعمل عمليات المعالجة الحرارية على تغيير البنية المجهرية لـ Nitralloy 135 بشكل ملحوظ، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يزيد التخريد من الصلابة، بينما يساعد التمليس في تخفيف الضغوط وتحسين الليونة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
السيارات	التروس والمحاور	قوة عالية، صلابة، مقاومة للتآكل	ضرورية للمتانة.
الفضاء	مكونات العجلات الهبوط	نسبة عالية من القوة إلى الوزن	حرجة للسلامة والأداء.
آلات	الأدوات والموتات	صلابة، قابلية تشغيل	الدقة مطلوبة للتشغيل.

تشمل التطبيقات الأخرى:
- النفط والغاز: مكونات معرضة لضغوط وتآكل عالية.
- الآلات الثقيلة: أجزاء تتطلب مقاومة عالية للتعب.

يتم اختيار Nitralloy 135 لهذه التطبيقات بسبب مزيجه الفريد من القوة والصلابة ومقاومة التآكل، مما يجعله مثاليًا للمكونات التي يجب أن تتحمل ظروف التشغيل القاسية.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	Nitralloy 135	AISI 4140	8620	ملاحظة مختصرة عن الفوائد/العيوب أو نقاط المقايضة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	متوسطة	متوسطة	Nitralloy 135 يتفوق في القوة.
الجوانب الرئيسية لمقاومة التآكل	متوسطة	متوسطة	جيدة	Nitralloy 135 أقل مقاومة للتآكل.
قابلية اللحام	متوسطة	جيدة	جيدة	يتطلب الحذر لتجنب التشقق.
قابلية التشغيل	جيدة	ممتازة	متوسطة	يتطلب أدوات مخصوصة.
قابلية التشكيل	متوسطة	جيدة	جيدة	التشكيل على الساخن مفضل.
التكلفة التقريبية	أعلى	متوسطة	أقل	قد تكون التكلفة عاملًا في الاختيار.
التوافر النموذجي	متوسط	مرتفع	مرتفع	قد يختلف التوافر حسب المنطقة.

عند اختيار Nitralloy 135، تشمل الاعتبارات فعاليتها من حيث التكلفة بالنسبة لمتطلبات الأداء، توافرها في السوق، واحتياجات التطبيق المحددة. تجعل خصائصه الفريدة منه مناسبًا للتطبيقات عالية الأداء، ولكن يجب على المستخدمين المحتملين تقييم الفوائد مقابل التكاليف المرتبطة وتحديات التصنيع.

في الختام، يُعد Nitralloy 135 درجة فولاذ متعددة الاستخدامات تقدم مزيجًا فريدًا من القوة والصلابة ومقاومة التآكل، مما يجعلها خيارًا ممتازًا للتطبيقات الهندسية الشاقة. تتطلب خصائصه، على الرغم من فوائدها، اعتبارًا دقيقًا من حيث التصنيع والتطبيق لتعظيم الأداء وطول العمر.