تفصيل الأنواع الشائعة لدرجات سبائك الفولاذ

درجات سبائك الفولاذ

الفولاذ يُعد الفولاذ من أكثر المواد اعتمادًا في جميع أنحاء العالم. يمكنك استخدامه يوميًا في المباني والأدوات والمركبات. بينما يعتقد معظم الناس أنه مجرد حديد وكربون، فإن الفولاذ الحديث أكثر تعقيدًا من ذلك بكثير. يتضمن الفولاذ الحالي تركيبات دقيقة من عناصر أخرى لتحسين القوة والمرونة والمتانة.

قد تظن أن الفولاذ تركيبة ثابتة. في الواقع، يتغير باختلاف طريقة صنعه. تعديل محتوى الكربون أو إضافة سبائك مثل الكروم أو المنغنيز يُغير من خصائصه. هذه التغييرات تجعل الفولاذ أكثر صلابة، وأكثر ليونة، وأكثر مقاومة للتآكل. على سبيل المثال، عند الاختيار بين 4130 و4140 الفولاذ، من المفيد معرفة كيفية تعامل كل نوع مع القوة والمتانة بشكل مختلف. وينطبق الأمر نفسه على الفولاذ المقاوم للصدأ. 316 و 316 ل. يبدو أنهم متشابهون جدًا ولكن لديهم اختلافات طفيفة. ولهذا السبب تُستخدم الفولاذ في العديد من البيئات، بدءًا من البناء وحتى الفضاء الجوي.

هناك اعتقاد شائع بأن الفولاذ يأتي في شكل واحد أو اثنين فقط. لكن في الحقيقة، يوجد أكثر من 3,500 درجة مختلفة من الفولاذ. لكل درجة غرض صناعي فريد. يمكنك تحديد درجة الفولاذ من خلال النظر إلى نسبة الكربون فيه، وأنواع عناصر السبائك المضافة، وكيفية معالجته.

ستقدم لك هذه المقالة تفصيلاً كاملاً لكيفية درجات سبائك الصلب يتم تصنيفها. ستستكشف الأنواع الأربعة الرئيسية للفولاذ، ودور درجات الفولاذ، وكيف يُحسّن المعالجة الحرارية الأداء.

4 أنواع شائعة من درجات سبائك الفولاذ يجب أن تعرفها

توجد أربعة أنواع شائعة من الفولاذ بشكل عام. يتميز كل نوع بخصائصه. تستخدم جميع الصناعات: الفولاذ الكربوني، والفولاذ السبائكي، والفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ المستخدم في الأدوات. كيف يختلف كلٌّ منها عن الآخر؟ سنتناول هذا بالتفصيل.

يمكن استخدام الفولاذ في أعمال البناء الثقيلة والأدوات الجراحية، ويتميز بسرعة التكيف. جميع أنواعه مصممة لتلبية احتياجات عمل محددة. معرفة ذلك تُمكّنك من اختيار الدرجة المناسبة لأي مهمة.

فولاذ الكربون

مكونات مصنوعة من الفولاذ الكربوني

الكربون الصلب يتكون بشكل أساسي من الحديد والكربون (حتى 2.1%)، مع كميات محدودة من المنغنيز والسيليكون وعناصر أخرى متبقية. تقريبًا 90% ينتمي الفولاذ المُنتَج اليوم إلى هذه الفئة. ويرجع ذلك لصعوبة تصنيعه، وسهولة الحصول عليه، ورخص ثمنه. المباني، وأنابيب النفط والغاز، وهياكل السيارات، أماكن مألوفة لرؤيتها.

تُصنف الفولاذات إلى ثلاث فئات بناءً على نسبة الكربون فيها. الفولاذ الطري، الذي يُسمى أحيانًا بالفولاذ منخفض الكربون، يحتوي على نسبة كربون تصل إلى 0.3%. ولأنه مطيل، فهو مناسب للحام والثني. يُستخدم في صناعة الهياكل والألواح وإطارات الأثاث.

يشتمل الفولاذ الكربوني المتوسط ​​على ما بين 0.3٪ و0.6٪ مصنوع من الكربون. يمنحك القوة والمرونة معًا. لذا، فهو شائع الاستخدام في المحركات وأنواع أخرى من الآلات. يتميز الفولاذ عالي الكربون بمتانته العالية نظرًا لاحتوائه على نسبة كربون أعلى من 0.6%. ومع ذلك، فهو ليس بمرونة شفرة المِسْكَر والنوابض.

علاوة على ذلك، فهو سهل الإنتاج وقليل التكلفة. لذا، تُستخدم كمواد أساسية في مشاريع البناء الكبرى. هناك فرق جوهري ومدروس بين الفولاذ الطري والفولاذ عالي الكربون. (احصل على مزيد من التفاصيل حول الفولاذ السبائكي مقابل الفولاذ الكربوني)

سبائك الفولاذ

قضبان سبائك الصلب

يحتوي الفولاذ السبائكي على الفولاذ الكربوني وعناصر إضافية كالكروم والنيكل والنحاس والألومنيوم، والتي تُضاف عادةً. تُغير هذه المكونات سلوك الفولاذ عند تمدده وتآكله. كما تُضيف عملية السبائك خصائص وقائية ومرونة وقوة.

يُعدّ الفولاذ السبائكي الخيار الأمثل لقطع الغيار عالية الأداء. يستخدمه المصنّعون في صناعة الطيران، وفي مواقع النفط البحرية، وفي أي شيء يتطلب استبدالًا متكررًا. وهو متوفر بدرجات متعددة، حسب نوع العمل. 

صُممت هذه الفولاذات لأداء مهام يصعب على الفولاذ الكربوني القيام بها. ويشمل ذلك حالاتٍ تشمل درجات حرارةٍ مرتفعةً وباردةً وظروف قوىً صعبةً، بالإضافة إلى استخداماتٍ أخرى عديدة. يتميز الفولاذ السبائكي بمتانته.

الفولاذ المقاوم للصدأ

أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ

يجب أن يكون الفولاذ قادرًا على تحمّل الظروف الجوية القاسية. هنا، يُمكن الاعتماد على الفولاذ المقاوم للصدأ. 10-20% كروم ضمن تركيبه. النيكل والسيليكون هما مادتان تجعلان التيتانيوم مقاومًا للتآكل.

يتميز هذا الفولاذ بمقاومته العالية للتآكل، ما يجعله مثاليًا للاستخدام الخارجي. يُستخدم عادةً على الجسور والسكك الحديدية وأسطح المنازل. لا يُسبب الهواء المالح أو المطر تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ.

يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 304 على نطاق واسع في العديد من الصناعات. فهو يحمي الأسلاك والمكونات من الظروف القاسية. وهذا ما يجعله يُستخدم أيضًا في العديد من الأجهزة الكهربائية.

السبب الرئيسي لهذا الفولاذ ليس دائمًا قدرته على مقاومة العوامل الجوية. تُصنع الأدوات الجراحية ومعدات المستشفيات من الفولاذ المقاوم للصدأ. يسهل تنظيفه؛ فهو ليس بيئة مناسبة لنمو البكتيريا. لهذا السبب، تلجأ العديد من شركات الأغذية والأدوية والمستلزمات الطبية إلى الكيمياء.

أداة الفولاذ

أجزاء آلية من الفولاذ

الصلب أداة يُستخدم هذا النوع من الفولاذ في الأعمال الشاقة مثل صناعة أدوات القطع والمثاقب والقوالب. ويظهر لمعانه في أدوات مثل المناشير والمطاحن والمكابس. يمكن أن يتشوه فولاذ الأدوات عند درجات حرارة مرتفعة؛ وتقاوم أنواع الفولاذ المستخدمة في الأعمال الساخنة (مثل H13) التشوه حتى حوالي 540 درجة مئوية (1000 درجة فهرنهايت)، ولكن ليس إلى ما لا نهاية. ويعود ذلك إلى إضافة عناصر معدنية مثل... التنغستن والكوبالت والموليبدينوم.

يتحمّل فولاذ الأدوات التآكل الذي يُسبّب تفتّت المعادن الأخرى بسرعة. فهو قويّ ومتين، ويحافظ على حدّته لفترة طويلة. تعتمد عليه أدوات القطع، كالأدوات اليدوية والقوالب ورؤوس الحفر. وبفضله، يُصبح العمل اليومي الدقيق في المصانع ممكنًا.

لا يُسبب الضغط أو الإجهاد المنتظم كسرًا سهلًا لفولاذ الأدوات. فهو لا يُشكّل غمازات أو تشققات أو يتغير شكله. ولهذا السبب يُستخدم بثقة في الصناعات الثقيلة والتصنيع.

انظر أيضا: الفولاذ السبائكي مقابل الفولاذ المقاوم للصدأ

 

نظام تصنيف الفولاذ

تصنيف درجات سبائك الفولاذ

تتيح أنظمة تصنيف الفولاذ فرز الفولاذ حسب نوعه. يُصنّف الفولاذ حسب طريقة استخدامه. تبريد الفولاذ بطريقة معينة قد يُغيّر من متانته. لذلك، قد تحتوي صفيحتان من الفولاذ على نفس السبيكة، لكنهما تختلفان في درجاتهما نتيجة المعالجة الحرارية.

في نظام ASTM، يتم تحديد الدرجات باستخدام مجموعة من الحروف والأرقام. يشير البادئة "A" من ASTM إلى المواد الحديدية، بينما يشير "SA" إلى الفولاذ المقاوم للصدأ/السبائكي لتطبيقات الطيران والفضاء. لكل معدن رقم يُظهر خصائصه، ما يُسهّل اختيار الفولاذ المناسب لمختلف الأغراض.

A رمز من أربعة أرقام يتم استخدامه بدلا من ذلك في نظام SAE. يشير الرقمان الأولان إلى نوع السبيكة المستخدمة. أما الرقمان الأخيران فيشيران إلى محتوى الكربون بأجزاء من المائة (مثلاً: 4140 = 0.40% كربون). ويوضحان لك فورًا قدرة الفولاذ على العمل.

تُستخدم أنظمة التصنيف هذه في العديد من الصناعات. ويستخدمها العاملون في مجالات العلوم والهندسة والتصنيع بشكل يومي. تضمن المعايير توحيد محتوى المادة ووضوحه، كما توضح كيفية تصنيع الفولاذ أو استخدامه. اقرأ المزيد:تصنيع الصلب

طرق مختلفة لمعالجة الفولاذ بالحرارة

تُستخدم الحرارة لتغيير خصائص الفولاذ. وتُستخدم طرقٌ مختلفةٌ لتحسين صلابة المعادن ومرونتها ومتانتها. وفيما يلي أهمّ المعالجات الحرارية.

كروي

تسخين الفولاذ الكربوني إلى 1290 ° F (699 ° C) لـ خلال 30 ساعة يتم ذلك أثناء عملية التشكيل الكروي. السمنتيت، الذي كان في السابق على شكل طبقات، يتشكل الآن على شكل كرات صغيرة. يصبح الفولاذ أكثر ليونة وقابلية للتشكيل. استُخدمت هذه الطريقة في كثير من الأحيان لتحسين التشغيل الآلي والتشكيل. يُحسّن التشكيل الكروي الفولاذ الطري بشكل كبير.

التليين الكامل

التليين الكامل

التلدين هو تسخين الفولاذ الكربوني إلى درجة حرارة قريبة جدًا من درجته الحرجة. بعد ساعة، يُبرّد برفق. ولأن الفولاذ يبرد ببطء، يتشكل هيكل بيرليتي خشن. ينتج عن ذلك فولاذ مرن لا يتأثر بالإجهاد الداخلي.

عملية التلدين

تلدين الصلب

عملية التلدين تُخفف الضغط الناتج عن المعالجة الباردة للفولاذ منخفض الكربون. تستغرق العملية ساعة واحدة حيث يُسخّن المعدن بين 550-650 درجة مئوية (1022-1202 درجة فهرنهايت)، أقل من درجة الحرارة الحرجة الدنيا. يُعيد ترتيب هيكل الفولاذ. تبريد الفولاذ يُسهّل تشغيله وتشكيله.

التلدين المتساوي الحرارة

يحتوي الفولاذ الكربوني على نسبة عالية من الكربون. وعادةً ما يكون مُلَدَّس حراريًاسخّن المادة فوق درجة الحرارة المناسبة. ثبّت درجة الحرارة، واتركها تبرد حتى تصل إلى أدنى نقطة حرجة، ثم ثبّتها. بعد انتهاء الخبز، اتركها تبرد تدريجيًا حتى تصل إلى درجة حرارة الغرفة. هذا يحافظ على ثبات درجة الحرارة والتركيب في جميع أنحاء الكيك.

تطبيع

السماح للفولاذ الكربوني بالتطبيع في طور الأوستينيت لمدة ساعة. تتم عملية التبريد في الهواء، مما يمنح الفولاذ بنية دقيقة ذات حبيبات لؤلؤية. يتميز الفولاذ بقوته من جميع الجوانب، ما يجعله يتحمل الإجهاد بكفاءة.

التبريد

تبريد الفولاذ

يحدث التبريد السريع للفولاذ في عملية الإخماد بعد تسخينه إلى درجة حرارة التطبيع. يمكن تبريده باستخدام الماء أو الزيت أو المحلول الملحي. يُنتج هيكلًا مارتنسيتيًا صلبًا وسهل الكسر. يُستخدم في صناعة العديد من أدوات القطع والأجزاء التي تتطلب عمرًا طويلًا. في معظم الأحيان، يُطهى الفولاذ المُطهى بعد ذلك.

تلطيف الفولاذ المُطفأ

الفولاذ المُطفئ والمُقسّى

يمنح التلطيف الفولاذ المُخمّد الصلابة والمتانة المناسبتين. يُعاد تسخينه عند درجة حرارة حرجة منخفضة. تتراوح درجات حرارة التلطيف بين 150 و650 درجة مئوية (300 و1200 درجة فهرنهايت)، حيث تحافظ درجات الحرارة المنخفضة على صلابته، بينما تزيد درجات الحرارة المرتفعة من متانته. هذا يجعله أقل عرضة للكسر وأكثر قوة.

 

ما هو أفضل نوع من الفولاذ؟

لا يوجد دائمًا درجة معينة من الفولاذ تعتبر "الأفضل" تصنيع الصلب درجة الجودة. تؤثر عوامل عديدة على الاختيار الصحيح. على سبيل المثال، عوامل مثل دور الفولاذ، وخصائصه الميكانيكية والفيزيائية المطلوبة، واستثمارك.

تُعتبر بعض أنواع الفولاذ عمومًا الأفضل في مجالاتها. غالبًا ما يستخدم الفولاذ الكربوني درجات A36، A529، A572، 1020، 1045، و4130. سبائك الفولاذ عالية الجودة المعتادة هي 4140 و 4150 و 4340 و 9310 و 52100من بين أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ، هناك درجات مهمة يتم ذكرها غالبًا وهي 304 و 316 و 410 و 420. أفضل أنواع الفولاذ المستخدم في الأدوات هي في أغلب الأحيان د2، ح13، و م2.
اقرأ أكثر:

أجزاء مصنعة من سبائك الصلب 4140

أجزاء مصنعة من سبائك الصلب 4340

1018 مقابل 4140 فولاذ

الخلاصة

لإختيار أفضل أنواع الفولاذ درجة السبائك لمشروعك، تواصل مع أحد خبراء Boda. نحن متخصصون في تشكيل المعادن. سواء كنت بحاجة إلى فولاذ طري أو فولاذ متخصص أجزاء آلية من سبائك الفولاذنحن نوفر لك كل ما تحتاجه. في برولين تك، لا نكتفي بجعل عملية الحصول على الفولاذ سهلة وبسيطة فحسب، بل نوفر أيضًا خدمات موثوقة. خدمة تصنيع الصلب. تواصل معنا واحصل على رأينا لمشروعك.

 

الاسئلة المتكررة

س1. ما هي درجات سبائك الفولاذ؟

يأتي الفولاذ السبائكي في الدرجات 4140، 4340، 8620، 1215، و6150. تختلف هذه الدرجات بناءً على تركيبها وخصائصها الميكانيكية، وهي مصممة لتطبيقات صناعية محددة.

س2. ما هي أنواع الفولاذ السبائكي الأربعة؟

الفئات الأساسية لسبائك الفولاذ هي: الفولاذ منخفض السبائك (≤8% عناصر سبائك)، الفولاذ عالي السبائك (>8% عناصر سبائك)، الفولاذ المصغر (إضافات Nb/V/Ti)، والفولاذ عالي القوة للغاية.

س3. ما هو أقوى سبائك الفولاذ؟

يُعد فولاذ الماراجينج من أقوى أنواع الفولاذ السبائكي، وهو معروف بقوته ومتانته العالية للغاية. ومن الأنواع القوية الأخرى فولاذ 300M و4340، المستخدمان بكثرة في مجال الطيران والدفاع.

س4. ما هو استخدام الفولاذ 4140 بشكل شائع؟

يُستخدم فولاذ 4140 على نطاق واسع في قطع غيار السيارات والأجزاء الصناعية، مثل التروس والأعمدة والأدوات. فهو يوفر توازنًا جيدًا بين القوة والمتانة وقابلية التشغيل بعد المعالجة الحرارية.

س5. أيهما أقوى، الفولاذ 12.9 أم 10.9؟

فولاذ الدرجة 12.9 أقوى من فولاذ الدرجة 10.9. يتميز بقوة شد أعلى (تصل إلى 1,220 ميجا باسكال)، مما يجعله أكثر ملاءمةً للتطبيقات عالية الضغط، مثل المعدات الثقيلة والمثبتات الهيكلية.