1022 الصلب: نظرة عامة على الخصائص والتطبيقات الرئيسية

فولاذ 1022 مصنف كفولاذ سبيكة متوسطة الكربون، ويتكون أساسًا من الحديد مع محتوى كربون يبلغ حوالي 0.22%. يُعرف هذا الدرجة من الفولاذ بتوازنها بين القوة واللدونة ومقاومة التآكل، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية. تشمل العناصر السبائكية الأساسية في فولاذ 1022 المنغنيز، الذي يعزز خواص الصلابة والقوة، والفوسفور والكبريت، اللذان يمكن أن يؤثرا على قابلية التشغيل والصلابة.

نظرة شاملة

تتميز خصائص فولاذ 1022 بقابلية اللحام الجيدة، والقوة المعتدلة، وقابلية التشغيل الممتازة. يُستخدم غالبًا في التطبيقات التي تتطلب قوة معتدلة وصلابة جيدة، مثل مكونات السيارات، وأجزاء الماكينات، والتطبيقات الهيكلية.

مزايا فولاذ 1022:
- قابلية تشغيل جيدة: فولاذ 1022 سهل التشغيل، مما يقلل من تكاليف الإنتاج والوقت.
- قابلية اللحام: يمكن لحامه باستخدام طرق متنوعة، مما يجعله متعدد الاستخدامات لعمليات التصنيع المختلفة.
- القوة واللدونة: يقدم توازنًا جيدًا بين القوة واللدونة، مما يسمح بالتشوه دون كسر.

قيود فولاذ 1022:
- مقاومة التآكل: لديه مقاومة محدودة للتآكل، مما قد يستلزم وضع طلاءات أو علاجات واقية في بيئات معينة.
- صلابة أقل: بالمقارنة مع الفولاذ عالي الكربون، قد لا يكون 1022 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب صلابة عالية.

تاريخيًا، تم استخدام فولاذ 1022 على نطاق واسع في صناعة السيارات لمكونات مثل المحاور والتروس نظرًا لخصائصه الميكانيكية الجيدة وكلفته الفعالة. تعزى شيوعته في السوق إلى تعدد استخداماته وسهولة توفره.

أسماء بديلة، معايير، وما يعادلها

المنظمة المعيارية	التعيين/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	الملاحظات/التعليقات
UNS	G10220	الولايات المتحدة	أقرب ما يعادل AISI 1022
AISI/SAE	1022	الولايات المتحدة	تعيين يُستخدم بشكل شائع
ASTM	A108	الولايات المتحدة	مواصفة قياسية لبار الفولاذ الكربوني المنتهي بالبرودة
EN	C22E	أوروبا	اختلافات تركيبية طفيفة
DIN	1.0402	ألمانيا	خصائص متشابهة، معايير مختلفة
JIS	S22C	اليابان	معادل مع اختلافات طفيفة
GB	Q235B	الصين	مقارنة ولكن بخصائص ميكانيكية مختلفة
ISO	1022	دولي	تعيين موحد

يمكن أن تؤثر الاختلافات بين هذه الدرجات المكافئة على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق المحددة، مثل الخصائص الميكانيكية، والتوفر، والتكلفة. على سبيل المثال، بينما AISI 1022 وEN C22E متشابهان، قد يكون لدى الأخير حدود أكثر صرامة بشأن بعض الشوائب.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
C (الكربون)	0.20 - 0.25
Mn (المنغنيز)	0.60 - 0.90
P (الفوسفور)	≤ 0.04
S (الكبريت)	≤ 0.05
Si (السيليكون)	≤ 0.40
Fe (الحديد)	التوازن

الدور الأساسي للكربون في فولاذ 1022 هو تعزيز الصلابة والقوة، بينما يحسن المنغنيز من قابلية الصلابة والصلابة. يمكن أن يعزز الفوسفور والكبريت قابلية التشغيل لكن يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تقليل الصلابة إذا كان بكميات زائدة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الدرجة	درجة الحرارة للاختبار	القيمة / النطاق النموذجي (المتري)	القيمة / النطاق النموذجي (الإمبراطوري)	المرجع القياسي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مُعالج حراري	درجة حرارة الغرفة	370 - 490 ميغاباسكال	54 - 71 ksi	ASTM E8
قوة العائد (0.2% تأجيل)	مُعالج حراري	درجة حرارة الغرفة	210 - 310 ميغاباسكال	30 - 45 ksi	ASTM E8
التمدد	مُعالج حراري	درجة حرارة الغرفة	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
الصلابة (برينيل)	مُعالج حراري	درجة حرارة الغرفة	120 - 160 HB	120 - 160 HB	ASTM E10
قوة الصدمة (شاربي)	مُعالج حراري	-20 °م	27 جول	20 قدم-رطل	ASTM E23

يجعل الجمع بين هذه الخصائص الميكانيكية فولاذ 1022 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة معتدلة ولدونة جيدة، مثل مكونات السيارات وأجزاء الماكينات.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (المتري)	القيمة (الإمبراطوري)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °م	2600 - 2800 °ف
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	50 واط/م·ك	29 BTU·إنش/ساعة·قدم²·°ف
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	460 جول/كيلو جرام·ك	0.11 BTU/رطل·°ف
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0001 أوم·م	0.0001 أوم·إنش

تساهم كثافة فولاذ 1022 في وزنه وسلامته الهيكلية، بينما تعتبر موصلتيته الحرارية مهمة للتطبيقات التي تتضمن نقل الحرارة. تشير نقطة الانصهار إلى ملاءمته للتطبيقات ذات الحرارة العالية.

مقاومة التآكل

الوكيل التآكلي	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
جوي	متفاوت	متفاوت	مقبول	عرضة للصدأ
كلوريدات	متفاوت	متفاوت	رديء	خطر تآكل النقر
أحماض	متفاوت	متفاوت	رديء	غير موصى به
كيمياءات قلوية	متفاوت	متفاوت	مقبول	مقاومة محدودة

يظهر فولاذ 1022 مقاومة محدودة للتآكل، خاصة في البيئات الغنية بالكلور، حيث يكون عرضة للنقر. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ مثل 304 أو 316، التي تقدم مقاومة ممتازة للتآكل، قد تتطلب فولاذ 1022 طلاءات واقية أو علاجات في البيئات التآكلية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	الملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400 °م	752 °ف	ملائمة لدرجات حرارة معتدلة
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500 °م	932 °ف	تعرض قصير الأمد فقط
درجة حرارة التطاير	600 °م	1112 °ف	خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة

عند درجات حرارة مرتفعة، يحتفظ فولاذ 1022 بقوته ولكنه قد يتعرض للأكسدة. يجب توخي الحذر لتجنب التعرض المطول لدرجات حرارة تتجاوز 400 °م لمنع تدهور الخصائص الميكانيكية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	معدن التعبئة الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/الفلكس الحامي النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + CO2	جيد للأجزاء الرقيقة
TIG	ER70S-2	أرجون	يتطلب تسخين مسبق
نظام الحام الحديدي	E7018	N/A	مناسب للحام في المجال

يعتبر فولاذ 1022 عمومًا جيدًا في قابلية اللحام. قد يكون من الضروري تسخين الجزء مسبقًا لتجنب التشققات، خاصة في الأجزاء السميكة. يمكن أن يحسن العلاج الحراري بعد اللحام من الصلابة ويقلل من الضغوط المتبقية.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	[فولاذ 1022]	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70	100	1212 أسهل في التشغيل
سرعة القطع النموذجية	30 م/دقيقة	40 م/دقيقة	تعديل لطبيعة الأداة

يقدم فولاذ 1022 قابلية تشغيل جيدة، على الرغم من أنه ليس من السهل تشغيله مثل بعض الفولاذات ذات القابلية العالية مثل AISI 1212. يمكن أن تعزز استخدام الأدوات والأسرع الملائمة من الأداء.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل فولاذ 1022 باردًا وساخنًا، حيث تسمح له اللدونة الجيدة بتشكيل أشكال متنوعة. ومع ذلك، يجب توخي الحذر لتفادي تصلب العمل، الذي يمكن أن يؤدي إلى التشققات أثناء عمليات التشكيل. يجب اعتبار الحد الأدنى من نصف قطر الانحناء بناءً على سمك المادة.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م)	المدة الزمنية المعتادة	طريقة التبريد	الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة
تسديد	650 - 700	1 - 2 ساعة	هواء	تليين، تحسين اللدونة
تطهير	800 - 850	30 دقيقة	زيت أو ماء	صلابة، زيادة القوة
تحمل	400 - 600	ساعة واحدة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين الصلابة

تغير العمليات الحرارية مثل التسديد والتحمل بشكل كبير من التركيب الدقيق لفولاذ 1022، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يعمل التسديد على تليين الفولاذ، بينما يقلل التحمل من الهشاشة بعد الصلابة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	خصائص الفولاذ الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
صناعة السيارات	محاور	قوة جيدة ولدونة	قدرة تحمل عالية
الماكينات	تروس	مقاومة التآكل وقابلية التشغيل	تصنيع بدقة
البناء	مكونات هيكلية	القوة وقابلية اللحام	خيارات تصنيع متعددة الاستخدامات

تشمل التطبيقات الأخرى:
- المثبتات: بسبب قوة الشد الجيدة.
- الأنابيب: للتطبيقات ذات الضغط المعتدل.
- الأدوات: حيث تعتبر الصلابة المعتدلة مقبولة.

يتم اختيار فولاذ 1022 لهذه التطبيقات بسبب توازنه بين القوة، وقابلية التشغيل، وقابلية اللحام، مما يجعله خيارًا متعدد الاستخدامات في مختلف الصناعات.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ 1022	AISI 1045	AISI 1018	ملاحظة موجزة إيجابية/سلبية أو تسوية
خاصية ميكانيكية رئيسية	قوة معتدلة	قوة أعلى	قوة أقل	يقدم 1045 قوة أفضل، بينما 1018 يقدم لدونة أفضل
جوانب التآكل الرئيسية	مقبول	مقبول	جيد	يمتاز 1018 بمقاومة أفضل للتآكل
قابلية اللحام	جيدة	مقبولة	جيدة	1045 قد يتطلب تسخين مسبق
قابلية التشغيل	جيدة	مقبولة	ممتازة	1018 أسهل في التشغيل
قابلية التشكيل	جيدة	مقبولة	جيدة	يمتاز 1018 بقابلية تشكيل أفضل
التكلفة النسبية التقريبية	معتدلة	معتدلة	منخفضة	يمتاز 1018 بشكل عام بكونه أرخص
التوفر النموذجي	شائع	شائع	شائع جدًا	يمتاز 1018 بكونه متوفر على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ 1022، تشمل الاعتبارات كلفته الفعالة، وتوفره، وملاءمته للتطبيقات المحددة. توازن قوته المعتدلة وقابلية تشغيله يجعله خيارًا شائعًا، ولكن للتطبيقات التي تتطلب قوة أعلى أو مقاومة أفضل للتآكل، قد تكون البدائل مثل AISI 1045 أو AISI 1018 أكثر ملاءمة.

باختصار، فولاذ 1022 هو فولاذ سبيكة متوسط الكربون يتمتع بتوازن من الخصائص المناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية. تجعل خصائصه الفريدة، مع النظر بعناية في قيوده، منه مادة قيمة في قطاعات التصنيع والبناء.