أفضل أنواع الفولاذ المستخدمة في التصنيع: دليل اختيار المواد

الفولاذ هو سبيكة من الحديد الممزوجة بعناصر أخرى مثل الكربون والنيكل والمنجنيز وما إلى ذلك، لتعديل الخصائص بناءً على المتطلبات. نظرًا لوجود العديد من تركيبات السبائك والاختلافات، غالبًا ما يكون من الصعب اختيار أفضل أنواع الفولاذ للتصنيع يناسب متطلبات تطبيقك تمامًا. يساعد فهم الأنواع المختلفة من الفولاذ ودرجات سبائكها في اتخاذ القرار. 

ستتناول هذه المقالة الفولاذ الكربوني والفولاذ الصلب والفولاذ المقاوم للصدأ وأنواع أخرى. وسنتناول أيضًا درجات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي وقابلية تصنيع الفولاذ. 

هيا بنا نبدأ.

 

الفولاذ كمواد لتصنيع الآلات باستخدام الحاسب الآلي 

هناك العديد من مواد التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، ولكل منها خصائص وخصائص تشغيل مختلفة، بما في ذلك الفولاذ والألمنيوم والنحاس والأكريليك وABS وألياف الكربون. ومع ذلك، يعد الفولاذ معدنًا شائعًا في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، وهو ذو قيمة لقوته ومتانته وتعدد استخداماته. 

قضبان الفولاذ 

تتمتع جميع مواد CNC بفوائدها وتفضيلات التطبيق الخاصة بها، ويمكنك التحقق بشكل أكبر من خيارات المواد على صفحة المواد الخاصة بـ Boda بالتفصيل. 

وفيما يلي الخصائص الرئيسية لتصنيع الفولاذ:

• ارتفاع قوة الشد
• القدرة على الأداء في درجات الحرارة المرتفعة 
• تشطيب سهل للسطح
• التعامل مع الضغوط العالية 
• تختلف قابلية التصنيع حسب درجات الفولاذ 

علاوة على ذلك، فإن اختيار أفضل سبيكة فولاذية للتصنيع يتعلق بموازنة قابلية التصنيع مع مجموعة الخصائص المرغوبة للتطبيق المقصود.

 

أساسيات سلسلة سبائك الفولاذ 

دعونا نفهم سلسلة سبائك الفولاذ ودرجاتها قبل مناقشة أنواع الفولاذ بالتفصيل. سلسلة السبائك هي معايير دولية تحدد تركيبات السبائك الخاصة. 

تقوم AISI بتوحيد درجات الفولاذ الكربوني والفولاذ السبائكي والفولاذ المقاوم للصدأ. تتبع فولاذ الأدوات درجات الحروف مثل A وD وS. 

• AISI 10XX: الفولاذ الكربوني 
• AISI 41XX & 43XX: سبائك الفولاذ 
• AISI 3XX: الفولاذ المقاوم للصدأ 

بينما يختار المهندسون أفضل أنواع الفولاذ للتصنيع، تُشكّل أنواع الفولاذ فئةً عامةً، بينما تُحدّد السلسلة تركيب وخصائص النوع نفسه. في شرح أنواع الفولاذ لاحقًا، سنستخدم سلاسل ودرجات مختلفة ضمنها. اقرأ المزيد:أنواع الفولاذ الخفيف

 

الفولاذ الكربوني المستخدم في تصنيع الآلات ذات التحكم الرقمي 

خصائص الفولاذ الكربوني 

تتميز هذه الفولاذ بمحتوى الكربون في السبائك، والذي يتراوح من 0.05 إلى 2.5%. تُستخدم الفولاذ الكربوني في مشاريع التصنيع باستخدام الحاسب الآلي نظرًا لخصائصها وقدرتها على تحمل التكاليف. ومع ذلك، تقل قابلية التصنيع مع زيادة محتوى الكربون.  

تحتوي سبائك الفولاذ الكربوني على عناصر أخرى إلى جانب مكونات أخرى مثل المنغنيز (0.25٪) والسيليكون والكبريت والفوسفور بنسبة بسيطة.

قضبان الفولاذ الكربوني 

وتنقسم هذه الفولاذ إلى ثلاث فئات: الفولاذ منخفض الكربون (الفولاذ الخفيف)، والفولاذ متوسط ​​الكربون، والفولاذ عالي الكربون؛

الفولاذ منخفض الكربون/الفولاذ المعتدل 

يحتوي الفولاذ منخفض الكربون أو الصلب الخفيف على نسبة تتراوح بين 0.05% إلى 0.25% من الكربون، ويُستخدم غالبًا في التطبيقات الهيكلية. ورغم أن هذه الأنواع أكثر عرضة للتآكل، إلا أنه يمكن تطبيق المعالجة الحرارية وطلاء السطح لمنع ذلك.

مثبتات من الفولاذ الخفيف 

تتميز الفولاذات الخفيفة بقوة ميكانيكية جيدة، وقابلية للسحب، وقابلية للتشغيل الآلي. وبالتالي، فهي أكثر ملاءمة للحام المفاصل مقارنة بالأنواع الأخرى. 

يقوم الجدول أدناه بمقارنة خصائص تصنيع الفولاذ من درجات الفولاذ منخفضة الكربون. 

نتيجة صلبة	محتوى الكربون (٪)	قوة الشد (MPa)	قوة العائد (MPa)	استطالة (٪)	صلابة (hb)
ايسي 1018	0.15-0.20	440-470	370-400	15-25	126-137
ايسي 1020	0.18-0.23	410-450	245-275	25-30	119-130
ايسي 1215	0.09-0.15	390-440	230-270	10-15	121-135
ايسي 12L14	0.15	390-490	270-310	10-15	149

غالبًا ما يُعتبر AISI 1018 أفضل فولاذ خفيف للتصنيع نظرًا لقابليته الممتازة للتصنيع وتعدد استخداماته. ومع ذلك، يجب أن يعتمد الاختيار بين 1018 وA36 و1045 على متطلبات محددة للاستخدام النهائي. 

الفولاذ متوسط ​​الكربون 

إن محتوى الكربون أعلى قليلاً في الفولاذ متوسط ​​الكربون، من 0.3 إلى 0.6% من الكربون. كما تشارك عناصر أخرى مثل المنجنيز (حتى 1.6%) والكروم والموليبدينوم في هذه الفولاذ. تعمل النسبة الأعلى من الكربون على تعزيز صلابة السطح ومقاومة التآكل. ولحماية الفولاذ من الصدأ، يمكن طلائه بمادة واقية أو معالجته بالحرارة.

ايسي 1045

تحتوي هذه الدرجة من السبائك متوسطة الكربون على ما يقرب من 0.45% من الكربون، وتتميز بقوة جيدة، ويمكن لحامها بسهولة. كما أنها متينة وتناسب العديد من التطبيقات عالية الأداء، والمحاور، والأعمدة، وما إلى ذلك. ومع ذلك، فهي أقل ملاءمة للمعالجة الحرارية والتطبيقات التي تتطلب قوة شد عالية.

ايسي 1060 

تزيد نسبة الكربون العالية من مقاومة التآكل ولكنها تجعل السبائك أكثر هشاشة. تكون قابلية التصنيع أقل قليلاً من 1045 أو السبائك منخفضة الكربون، في حين أن التلدين قبل التصنيع يمكن أن يساعد في معالجة هذه المشكلة.

 ايسي 1144 

يُعرف الفولاذ 1144 أيضًا باسم فولاذ التشغيل الخالي من الإجهاد، حيث يحتوي على نسبة كبريت أعلى نسبيًا من السبائك متوسطة الكربون الأخرى مما يجعله قابلًا للتشغيل بسهولة. 

الممتلكات	قوة الشد (MPa)	قوة العائد (MPa)	استطالة (٪)	صلابة (hb)
ايسي 1045	570-700	310-450	16-22	170-210
ايسي 1060	620-850	350-650	10-20	179-229
ايسي 1144	760-1,030	415-585	10-16	200-270

فولاذ عالي الكربون 

يزيد محتوى الكربون بنسبة تصل إلى 2% في السبائك عالية الكربون، عادةً 0.6 إلى 1.25% كربون في درجات التشغيل الآلي. ومع ذلك، يتم تقليل محتوى المنجنيز في نطاق من 0.3 إلى 0.9%. تزيد نسبة الكربون الأعلى من الصلابة والمتانة، مما يزيد من مقاومة التآكل والتآكل. كما تزيد كمية الكربون الأعلى من الهشاشة، مما يجعل تشكيلها صعبًا ويزيد من خطر الكسر تحت الضغط. 

ايسي 1075

تشتمل هذه الدرجة العالية من الكربون على 0.7 إلى 0.8% من الكربون، و0.5 إلى 0.7% من المنجنيز، وعناصر سبائك أخرى، مما يوفر الصلابة والمتانة. وبالتالي، يمكنك أيضًا معالجتها بالحرارة عن طريق التبريد أو التلدين لضبط الخصائص. 

ايسي 1080 

يحتوي AISI 0.80 على نسبة كربون تبلغ حوالي 1080% مما يوفر قوة ميكانيكية ومقاومة أفضل للتآكل. تُستخدم هذه الدرجة عادةً في تصنيع نوابض السيارات والأسلاك وأدوات القطع.

بالمقارنة بخصائص تصنيع الفولاذ في السبائك الكربونية الأخرى، فإن تصنيعه أكثر صعوبة. ومع ذلك، يمكن للمعالجة الحرارية أن تقاوم الهشاشة. 

الممتلكات	قوة الشد (MPa)	قوة العائد (MPa)	استطالة (٪)	صلابة (hb)
ايسي 1075	570-700	420-520	12-18	160-210
ايسي 1080	965	585	12	293

 

سبائك الفولاذ المستخدمة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي 

خصائص الفولاذ السبائكي 

الفرق الرئيسي بين سبائك الصلب مقابل الكربون الصلب هي كمية العناصر الإضافية بخلاف الكربون. يتم تعريف الفولاذ الكربوني في المقام الأول بنسبة الكربون، في حين يتضمن الفولاذ السبائكي عناصر أخرى مثل الكروم أو النيكل أو الموليبدينوم بنسب أعلى. يحسن هذا المعدن القوة والصلابة ومقاومة التآكل.

سبائك الصلب

بناءً على نسبة عناصر السبائك (باستثناء الحديد والكربون)، يتم تصنيف الفولاذ السبائكي إلى فولاذ عالي السبائك وفولاذ منخفض السبائك. يحتوي الفولاذ عالي السبائك على أكثر من 8% من إجمالي وزن العناصر السبائكية. 

في التصنيع، يتم اتباع ما يلي درجات سبائك الصلب هي الأكثر شيوعاً؛

ايسي 4140

أجزاء من سبائك الفولاذ 4140 

إلى جانب 0.40% من الكربون، فإنه يحتوي على الكروم بنسبة 1% تقريبًا والموليبدينوم بنسبة 0.15 إلى 0.25%. يوفر هذا الصنف قوة جيدة ومقاومة للتعب. وفي الوقت نفسه، فإن التطبيقات الشائعة للتصنيع باستخدام فولاذ السبائك 410 هي أدوات الآلات، والأدوات، وتروس السيارات، والأعمدة، وما إلى ذلك.

ايسي 4340 

قطعة مخصصة من الفولاذ السبائكي 4340

4340 عبارة عن فولاذ منخفض السبائك يحتوي على تركيبة نيكل إضافية مقارنة بـ 4140. يوفر النيكل الصلابة ومقاومة الصدمات. علاوة على ذلك، يتمتع بنسبة قوة إلى وزن عالية نسبيًا وهو مناسب للأجزاء عالية الأداء. 

الصف	قوة الشد (MPa)	قوة العائد (MPa)	استطالة (٪)	صلابة (hb)
ايسي 4140	690-1,080	470-990	11-26	200-310
ايسي 4340	690-1,280	470-1,150	12-22	210-360

 

الفولاذ المقاوم للصدأ لآلات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي 

خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ

تتمثل العيوب الرئيسية للفولاذ الكربوني في خطر تكوّن الصدأ وزيادة الوزن. يعالج الفولاذ المقاوم للصدأ هذه الجوانب من خلال تضمين كمية أكبر من الكروم وعناصر أخرى بكميات صغيرة. وبالتالي، فإنه يوفر أيضًا ثباتًا حراريًا أعلى. 

قضبان الفولاذ المقاوم للصدأ 

التركيب القياسي للفولاذ المقاوم للصدأ هو الكروم بنسبة 10.5 إلى 30% والنيكل بنسبة 0.10 إلى 0.35% والموليبدينوم والسيليكون والفوسفور. تؤدي النسبة الأعلى من الكروم في الفولاذ المقاوم للصدأ إلى تكوين طبقة أكسيد واقية من التآكل عند ملامسته للأكسجين.

فيما يلي الشائع تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ الدرجات؛ 

ايسي 304

الفولاذ المقاوم للصدأ 303 هو أحد الدرجات المتاحة بشكل شائع والفعّالة من حيث التكلفة. فهو غير مغناطيسي ويتمتع بقابلية عالية للتشغيل الآلي. يحتوي على نسبة 17% من الكروم، و8% من النيكل، و0.08% كحد أقصى من الكربون، في حين أن شوائب الكبريت والفوسفور تجعل إزالة المواد سهلة أثناء التشغيل الآلي. هذا الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مناسب لمجموعة واسعة من العناصر الآلية، من معالجة الأغذية إلى مكونات الأجهزة الطبية. 

ايسي 302

الفرق الرئيسي بين الفولاذ المقاوم للصدأ 302 و304 هو محتوى الكربون. يحتوي السبائك 302 على كمية كربون أعلى، 0.15٪. وفي الوقت نفسه، يبلغ الكروم والنيكل 17٪ و8٪ على التوالي. كما يوفر أيضًا قوة ميكانيكية أعلى من 303 و304. وعلى الرغم من زيادة القوة، فإن 302 أبطأ نسبيًا وأقل قابلية للتشغيل إذا قارنا قابلية التشغيل للفولاذ المقاوم للصدأ 302 مقابل 304. 

ايسي 430

إنه فولاذ فيريتي يوفر قابلية تشكيل وتوصيل حراري أفضل من الدرجات الأوستنيتية. تصل نسبة الكربون فيه إلى 0.12٪، والكروم حوالي 17٪. وبالتالي، فإن هذه الدرجة أقل مقاومة للتآكل من غيرها ولكنها لا تزال تمنع الصدأ في حمض النيتريك ومعالجة الألبان والرطوبة العالية والظروف القاسية. علاوة على ذلك، يمكن أن تكون كمية الكبريت المتزايدة في الفولاذ المقاوم للصدأ 430F هي الأفضل لعمليات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي. 

ايسي 316 

إنه يقاوم التآكل بشكل أفضل من السبائك الأخرى (302 و 304)، بما في ذلك في ظروف الكلوريد. وبالتالي، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ 316 لا يفقد خصائصه الفيزيائية والميكانيكية عند درجات الحرارة المرتفعة. الاستخدامات الشائعة لتصنيعه هي أنظمة معالجة المياه، والمعدات البحرية، ومعدات النفط والغاز، ومكونات المعالجة الكيميائية. 

الصف	قوة الشد (MPa)	قوة العائد (MPa)	استطالة (٪)	صلابة (hb)
ايسي 302	585-1,000	240-520	40-50	200-250
ايسي 304	515-1,000	205-520	40-50	170-220
ايسي 316	515-1,000	205-520	40-50	170-220
ايسي 430	450-600	205-240	18-25	160-200

 

فولاذ الأدوات المستخدمة في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي 

تطبيقات الفولاذ للأدوات

كما يوحي الاسم، فإن فولاذ الأدوات هو فولاذ مُقسّى (مُعالج حرارياً) يُستخدم بشكل أساسي في صناعة القوالب والأدوات. ورغم صلابته ومتانته، إلا أنه يتمتع بقابلية عالية للتشكيل. ويمكن أيضاً معالجته بالتلدين لزيادة ليونته وقابليته للتشكيل. اقرأ المزيد:التلدين الفولاذي

درجات الفولاذ المستخدمة في تصنيع أدوات الآلات هي؛ 

• ايسي O1: درجة من الفولاذ المقسى بالزيت، والتي يمكن تصنيعها بسهولة مقارنة بالدرجات المقساة الأخرى.
• ايسي D2: فولاذ أدوات عالي الكربون يستخدم في الأدوات الصلبة مثل قوالب الصب الدائمة والقواطع. 
• ايسي A2: وهو عبارة عن فولاذ أدوات مقوى بالهواء ومصمم للعمل على البارد، وهو يوفر مزيجًا من مقاومة التآكل والصلابة.  
• ايسي M2: يحافظ هذا الفولاذ عالي السرعة على صلابته عند درجات الحرارة المرتفعة. وهو الأفضل لقطع الأدوات التي تعمل بسرعات عالية، مثل رؤوس المثقاب CNC. 

علاوة على ذلك، فإن الاعتبارات الدقيقة لاختيار أدوات CNC والطلاء المناسبين أمر ضروري في تصنيع هذه الأنواع. على سبيل المثال، قواطع الطحن الطرفية المصنوعة من الفولاذ عالي السرعة والكربيد. 

 

الفولاذ المستخدم في الآلات ذات التحكم الرقمي: أين يتم استخدامه؟

إن الاختلاف في الخواص الفيزيائية والميكانيكية والكيميائية يجعل كل نوع من أنواع الفولاذ مناسبًا لبعض التطبيقات المحددة. دعونا نرى أين يتم استخدام آلات CMC للفولاذ الكربوني والسبائكي والفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المستخدم في الأدوات. 

نوع الصلب	الاستخدامات
معدن الكربون	مواد البناء، قطع غيار السيارات، أعمدة الآلات والتروس، وأدوات القوالب، وما إلى ذلك.
سبائك الصلب	أجزاء الطائرات، أعمدة الكرنك والقضبان للمركبات، والآلات الصناعية ذات الضغط العالي.
ستانلس ستيل	الأجهزة الطبية والأدوات الجراحية وأنظمة معالجة الأغذية والمواد الكيميائية وأجزاء السيارات والطائرات وما إلى ذلك.
أداة الصلب	مثقاب CNC، صنابير الخيوط، قوالب الصب الرملي والبثق، قوالب الحقن، إلخ.

"يمكنك أيضًا قراءة مقارنة تصنيع الفولاذ مع سبائك التيتانيوم هنا في هذه المقالة" تصنيع التيتانيوم مقابل الصلب"مقارنة تفصيلية لخصائص الآلات واستخداماتها."

 

اعتبارات اختيار أفضل أنواع الفولاذ للتصنيع 

يعد اختيار الفولاذ لتحقيق أقصى أداء وتكلفة منخفضة وكفاءة محسنة أحد العوامل الحاسمة في تصنيع الفولاذ. وفيما يلي بعض العوامل التي يجب مراعاتها عند اتخاذ هذا الاختيار:

قابلية التصنيع وخصائص تصنيع الفولاذ الأخرى

إن قابلية تصنيع الفولاذ تشكل جانبًا مهمًا للغاية عند النظر إلى إنتاج الفولاذ وفعالية الأدوات. بعبارة أخرى، تتمتع الفولاذ القابلة للفصل بقابلية تصنيع عالية، وبالتالي تتطلب قوة قطع أقل، وتتعرض لحرارة أقل، وتنتج أسطحًا أكثر سلاسة. على سبيل المثال، يعتبر الفولاذ المحتوي على الكبريت والرصاص أكثر ملاءمة. فهي تزيد من قابلية التصنيع عن طريق تقليل قوى القطع المطلوبة وتسهيل تكوين الرقائق.

الخصائص الفيزيائية والميكانيكية

عندما يتعلق الأمر بتطبيق معين، فمن الضروري ملاحظة أن بعض الخصائص الميكانيكية مثل قوة الشد، والسحب، والصلابة مطلوبة للتطبيقات. وتشمل الاعتبارات الأخرى ما هو الحمل المتوقع على الأجزاء، والبيئة الحرارية والكيميائية، وعمر الخدمة المطلوب.

متطلبات تشطيب السطح

لتحقيق اختيار جيد، يجب مراعاة التشطيب المطلوب. اختر معيارًا مقبولًا لكل من فئة الوظائف وفئة الجمال. بشكل عام، تسمح المواد ذات خصائص التشغيل العالية بأسطح أفضل مما يساعد على تقليل عمليات التشطيب الإضافية.

تكلفة المادة

بعد ذلك، يمكن أن تتقلب تكاليف المواد بشكل كبير. على سبيل المثال، يمكن أن يكون الفولاذ عالي الأداء مكلفًا في حين أنه يوفر صفات مرغوبة. يتطلب تحديد فعالية تكلفة سبيكة فولاذية معينة تقييم تكلفة الحصول عليها ووفورات التكلفة من تقليل وقت تعطل الماكينة وتآكل الأدوات.

موثوقية سلسلة التوريد

تشير موثوقية سلسلة التوريد إلى مدى سرعة وموثوقية تسليم المواد؛ هل يستطيع المورد تلبية الكمية والوقت المتوقعين؟ تميل الأنظمة الموثوقة إلى أن يكون لديها أقل قدر من التأخير ونفاد المخزون وتحديات الجودة. وبالتالي، فهي أيضًا أسرع في الاستجابة للحوادث غير المتوقعة.

الاتساق المادي

يجب أن تكون جودة المواد الخام المستخدمة في عمليات التصنيع متسقة. يعمل الاتساق على تحسين جودة المنتج النهائي للتصنيع ويقلل من العيوب. لذا، قبل اتخاذ القرار، تحتاج أيضًا إلى التحقق من الفولاذ الذي يوفر اتساقًا في الجودة.

 

الخلاصة: اتخاذ القرار الصحيح 

إذا نظرنا فقط إلى سهولة التصنيع، فإن الفولاذ الصلب 1020 هو أفضل أنواع الفولاذ للتصنيعومع ذلك، فإن الاختيار يعتمد بشكل كبير على متطلبات التطبيق. يمكن تصنيع الفولاذ 1020 بسهولة، لكنه قد يفتقر إلى القوة والصلابة والمتانة والخصائص الأخرى المطلوبة. 

في Boda، يمكننا مساعدتك في العثور على أفضل درجة من الفولاذ لمشروعك وتحويلها إلى الشكل المطلوب. خدمات التصنيع باستخدام الحاسب الآلي تشمل الطحن، والتحويل، والحفر، والنقر، وغير ذلك الكثير.

سواء كنت بحاجة إلى أجزاء تصنيع فولاذية للنماذج الأولية أو الإنتاج على نطاق واسع، فإن المتخصصين في المواد ومهندسي الصناعة لدينا يمكنهم تلبية توقعاتك من حيث الجودة والدقة. لذا، أرسل لنا الرسم الخاص بك تصنيع الصلب المخصص أجزاء اليوم! 

 

الأسئلة الشائعة

ما هي أكثر أنواع الفولاذ المستخدمة في الآلات شيوعًا؟ 

الفولاذ مثل 1018,1020، 1035، 12، و 14LXNUMX هي بعض درجات سبائك الفولاذ الشائعة في مشاريع التصنيع.

ما هو الفولاذ المقاوم للصدأ الأسهل في التصنيع؟

يمكن تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ 302 و304 بسهولة مقارنة بدرجات الفولاذ المقاوم للصدأ. كما أن المحتوى العالي نسبيًا من الكبريت يحسن من كسر الرقائق ويقلل من الاحتكاك.

هل الفولاذ أصعب في التصنيع من الألومنيوم؟ 

نعم، عادةً ما يكون تصنيع الفولاذ أصعب من تصنيع الألومنيوم نظرًا لقوته وكثافته ومتانته العالية. من ناحية أخرى، يعد الألومنيوم أكثر ليونة وأخف وزنًا وأكثر توصيلًا للحرارة، مما يسمح بتصنيع أسرع مع الحد الأدنى من التكاليف. ارتداء أداة.