1004 الصلب: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

يتم تصنيف فولاذ 1004 على أنه فولاذ منخفض الكربون، ويندرج تحديداً تحت فئة فولاذ السبائك متوسط الكربون. يحتوي هذا الدرجة عادةً على محتوى كربون بحوالي 0.04%، مما يساهم في خصائصه وأدائه العام. تشمل العناصر الأساسية في سبائك فولاذ 1004 المنغنيز (Mn) والسيليكون (Si)، مما يعزز قوته وصلابته بينما يحسن قابلية تشكيله وقدرته على اللحام.

نظرة شاملة

يتميز فولاذ 1004 بتلك الدكتيلية الرائعة وقابلية التشكيل، مما يجعله مناسباً لمختلف التطبيقات الهندسية. يسمح محتوى الكربون المنخفض بلحام جيد، بينما يساعد وجود المنغنيز في تقوية الفولاذ دون المساس بقوته. يُستخدم هذا الدرجة من الفولاذ غالبًا في التطبيقات التي تتطلب قوة معتدلة ومقاومة جيدة للتآكل.

مزايا فولاذ 1004:
- قابلية لحام جيدة: يسهل محتوى الكربون المنخفض عمليات اللحام.
- دكتيلية: يسمح الدكتيلية العالية بت deform extensively without fracture.
- وفر التكلفة: بشكل عام، تكلفته أقل مقارنة بفولاذ السبائك الأعلى، مما يجعله خياراً اقتصادياً للعديد من التطبيقات.

حدود فولاذ 1004:
- قوة أقل: مقارنة بفولاذ الكربون العالي، قد لا يؤدي فولاذ 1004 بشكل جيد في ظروف الشد العالية.
- مقاومة للتآكل: يفتقر إلى مقاومة التآكل الموجودة في الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يحد من استخدامه في البيئات القاسية.

تاريخياً، تم استخدام فولاذ 1004 في مجالات متعددة، بما في ذلك السيارات والتصنيع، حيث يتم تقييم توازنه بين القوة والدكتيلية والجدوى الاقتصادية عالياً. لا تزال مكانته في السوق ثابتة، مع طلب مستمر في التطبيقات التي تتطلب قوة معتدلة وقابلية تشكيل جيدة.

أسماء بديلة ومعايير ومعادلات

منظمة معيارية	تسمية/درجة	دولة/منطقة المنشأ	ملاحظات/تعليقات
UNS	G10040	الولايات المتحدة	أقرب معادل لـ AISI 1004
AISI/SAE	1004	الولايات المتحدة	تغييرات تركيبية طفيفة يجب الانتباه إليها
ASTM	A108	الولايات المتحدة	مواصفة قياسية لشرائح فولاذ الكربون المعالج على البارد
EN	1.0402	أوروبا	معادل في المعايير الأوروبية
JIS	S10C	اليابان	خصائص مشابهة ولكن مع اختلافات طفيفة في التركيب

يوضح الجدول أعلاه المعايير المختلفة والمعادلات لفولاذ 1004. وتجدر الإشارة إلى أنه في حين قد يبدو أن الكثير من الدرجات متكافئة، إلا أن الاختلافات الطفيفة في التركيب يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الخصائص الميكانيكية والأداء في تطبيقات محددة. على سبيل المثال، قد يُعزز وجود عناصر سبيكة إضافية في بعض المعادلات بعض الخصائص مثل الصلابة أو مقاومة التآكل.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (كربون)	0.04 - 0.06
Mn (منغنيز)	0.30 - 0.60
Si (سيليكون)	0.10 - 0.40
P (فوسفور)	≤ 0.04
S (كبريت)	≤ 0.05

تشمل الأدوار الأساسية لعناصر السبائك الرئيسية في فولاذ 1004:
- الكربون (C): يوفر الصلابة والقوة؛ ومع ذلك، بكميات منخفضة، فإنه يحافظ على الدكتيلية.
- المنغنيز (Mn): يعزز القابلية للتصلب والقوة بينما يحسن مقاومة التآكل.
- السيليكون (Si): يحسن القوة ويفيد في إزالة الأكسدة أثناء تصنيع الفولاذ.

الخصائص الميكانيكية

خاصية	شرط/حالة	درجة الحرارة للاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (متري)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	معالجة بحرية	درجة حرارة الغرفة	370 - 450 ميجا باسكال	54 - 65 ksi	ASTM E8
قوة السقوط (0.2% إزاحة)	معالجة بحرية	درجة حرارة الغرفة	210 - 300 ميجا باسكال	30 - 43.5 ksi	ASTM E8
التمدد	معالجة بحرية	درجة حرارة الغرفة	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
الصلابة (برينيل)	معالجة بحرية	درجة حرارة الغرفة	120 - 160 HB	120 - 160 HB	ASTM E10
قوة الصدمة	شاربي (عند -20°C)	-20°C	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-للحظة	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ 1004 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة معتدلة ودكتيلية جيدة. تشير مزيج قوة الشد والسقوط إلى أنه بينما يمكنه تحمل الأحمال الكبيرة، فإنه قادر أيضًا على التشوه دون الكسر، وهو أمر ضروري في التطبيقات الهيكلية.

الخصائص الفيزيائية

خاصية	شرط/درجة الحرارة	القيمة (متري)	القيمة (إمبراطوري)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
التوصيل الحراري	درجة حرارة الغرفة	50 واط/م·ك	29 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·°F)
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.49 كيلوجول/كغ·ك	0.12 BTU/رطل·°F
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0000017 أوم·م	0.0000017 أوم·قدم

تشكل الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة والتوصيل الحراري أهمية كبيرة للتطبيقات التي تشمل المعالجة الحرارية والمعالجة الحرارية. تشير الكثافة إلى وزن المادة، وهو أمر حاسم للتطبيقات الهيكلية، بينما تؤثر التوصيلية الحرارية على كيفية تصرف المادة تحت تغيرات درجة الحرارة.

مقاومة التآكل

عامل التآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	3-5	25-60	جيد	خطر تآكل النقر
حمض الكبريتيك	10	25	رديء	غير موصى به
هيدروكسيد الصوديوم	5	25	جيد	مقاومة محدودة

يظهر فولاذ 1004 مقاومة معتدلة للتآكل، وخاصة في البيئات التي تحتوي على الكلوريدات والمحاليل القلوية. ومع ذلك، فإنه عرضة للتآكل النقر والتكسير تحت الضغط في البيئات الغنية بالكلوريد. مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ، مثل 304 أو 316، فإن مقاومة التآكل لفولاذ 1004 أقل بكثير، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات البحرية أو شديدة التآكل.

مقاومة الحرارة

خاصية/حد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400	752	مناسب لدرجات الحرارة المعتدلة
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	450	842	تعرض قصير المدى فقط
درجة حرارة التصفية	600	1112	خطر التأكسد بعد هذه درجة الحرارة

عند درجات حرارة مرتفعة، يحتفظ فولاذ 1004 بسلامته الهيكلية حتى حوالي 400 °C (752 °F). بعد هذه النقطة، تزداد خطر التأكسد، مما قد يؤدي إلى تدهور خصائص المادة. وهذا يجعله مناسبًا للتطبيقات التي لا تكون فيها درجات الحرارة العالية عاملاً ثابتًا.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الممتلئ الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/الحماية الشائعة	ملاحظات
MIG	ER70S-6	الأرجون + CO2	جيد للأقسام الرقيقة
TIG	ER70S-2	الأرجون	لحامات نظيفة، تحويل منخفض
Stick	E7018	N/A	يتطلب تسخين مسبق للأقسام السميكة

يتميز فولاذ 1004 بقابلية اللحام العالية، مما يجعله مناسبًا لمختلف عمليات اللحام. قد يكون من الضروري تسخين الأقسام الأكثر سمكًا لتجنب الكسر. يمكن أن تحسن المعالجة الحرارية بعد اللحام من الخصائص الميكانيكية للحام.

قابلية القطع

باراميتر القطع	فولاذ 1004	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية القطع النسبية	70	100	1004 قابلية قطع متوسطة
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	50 م/دقيقة	80 م/دقيقة	تعديل بناءً على الأدوات

يوفر فولاذ 1004 قابلية قطع متوسطة، يمكن تحسينها من خلال أدوات وقطع مناسبة. من الضروري استخدام أدوات حادة وسرعات قطع مناسبة لتحقيق نتائج مثلى.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ 1004 قابلية تشكيل ممتازة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل البارد والساخن. يمكن ثنيه وتشكيله بسهولة دون كسر، مما يسمح بتصميمات معقدة في التصنيع. معدل العمل الصلب متوسط، مما يعني أنه على الرغم من أنه يمكن تشكيله بشكل موسع، يجب توخي الحذر لتجنب الإجهاد المفرط.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة
التسخين المعالج	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 ساعة	هواء	تحسين الدكتيلية وتقليل الصلابة
التسوية	850 - 900 / 1562 - 1652	1 - 2 ساعة	هواء	تهذيب بنية الحبيبة
التبريد	800 - 850 / 1472 - 1562	30 دقيقة	زيت أو ماء	زيادة الصلابة

تعتبر عمليات المعالجة الحرارية مثل التسخين المعالج والتسوية حاسمة لتغيير البنية المجهرية لفولاذ 1004. يحسن التسخين المعالج الدكتيلية ويقلل الصلابة، بينما يُهذب التسوية بنية الحبيبة، مما يعزز الخصائص الميكانيكية العامة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
السيارات	مكونات الهيكل	قابلية لحام جيدة، دكتيلية	اقتصادية، سهلة التشكيل
التصنيع	أجزاء الآلات	قوة معتدلة، قابلية القطع	ملائمة للإنتاج الضخم
البناء	عوارض هيكلية	قوة، قابلية التشكيل	اقتصادية للهياكل الكبيرة

تتضمن التطبيقات الأخرى:
- معدات الزراعة
- أنابيب وأنابيب
- لوحات هيكل السيارات

اختيار فولاذ 1004 في التطبيقات الخاصة بالسيارات والتصنيع يعود أساسًا لتوازنه بين القوة والدكتيلية والجدوى الاقتصادية، مما يجعله مثاليًا للمكونات التي تتطلب قابلية تشكيل جيدة ولحام.

اعتبارات هامة ومعايير الاختيار ورؤى إضافية

ميزة/خاصية	فولاذ 1004	AISI 1010	AISI 1020	ملاحظة موجزة حول الإيجابيات/السلبيات أو المقايضة
خاصية ميكانيكية رئيسية	قوة معتدلة	قوة أقل	قوة أعلى	يوفر 1004 توازنًا بين الخصائص
جانب مقاومة التآكل الرئيسي	جيد	رديء	رديء	جميع الدرجات لها مقاومة محدودة للتآكل
قابلية اللحام	جيدة	متوسطة	جيدة	1004 أسهل للحام من 1010
قابلية القطع	متوسطة	جيدة	متوسطة	1004 أقل قابلية للقطع من 1010
قابلية التشكيل	ممتازة	جيدة	جيدة	يتميز 1004 بامتياز في عمليات التشكيل
التكلفة النسبية التقريبية	منخفضة	منخفضة	متوسطة	اقتصادي للعديد من التطبيقات
التوفر النموذجي	مرتفع	مرتفع	مرتفع	متاح على نطاق واسع بأشكال مختلفة

عند اختيار فولاذ 1004، تشمل الاعتبارات جدواه الاقتصادية وتوفره ومدى ملاءمته للتطبيقات المحددة. قوتها المعتدلة وقابلية تشكيلها الممتازة تجعلها خيارًا شائعًا في الصناعات حيث تكون هذه الخصائص ملحة. ومع ذلك، يجب تقييم حدودها في مقاومة التآكل والقوة مقارنة بفولاذ السبائك الأعلى جيدًا بناءً على متطلبات التطبيق.

في الختام، يعتبر فولاذ 1004 مادة متعددة الاستخدامات في مختلف التطبيقات الهندسية، حيث يوفر توازنًا من الخصائص التي تلبي احتياجات المصنعين والمهندسين على حد سواء. تبرز أهميته التاريخية وملاءمته المستمرة في السوق قيمته في التطبيقات الحديثة.