1045 الفولاذ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية نظرة عامة

يتم تصنيف فولاذ 1045 على أنه فولاذ سبائك متوسط الكربون، معروف بتوازنه بين القوة والصلابة والمرونة. يحتوي بشكل أساسي على الكربون (0.43% إلى 0.50%) كعنصر سبائك رئيسي، بالإضافة إلى المنغنيز (0.60% إلى 0.90%) الذي يعزز قابليته للتصلب وقوته. تسهم وجود هذه العناصر في خصائصه الأساسية، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية.

نظرة شاملة

يتم التعرف على فولاذ 1045 على نطاق واسع لمرونته ويستخدم عادة في التطبيقات التي تتطلب قوة متوسطة ومتانة. يسمح محتواه المتوسطة من الكربون بمقاومة جيدة للتآكل والقدرة على المعالجة الحرارية لتحقيق مستويات أعلى من الصلابة. يمكن تخصيص الخصائص الميكانيكية للفولاذ من خلال عمليات المعالجة الحرارية المختلفة، مما يجعلها خيارًا شائعًا في صناعات مثل السيارات والتصنيع والبناء.

مزايا فولاذ 1045:
- قابلية تشغيل جيدة: يمكن معالجة فولاذ 1045 بسهولة، مما يسمح بتصنيع دقيق للمكونات.
- قوة ومتانة عالية: يقدم توازنًا جيدًا بين القوة والمرونة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الهيكلية.
- قابلية المعالجة حراريًا: يمكن توصيل الفولاذ من خلال المعالجة الحرارية، مما يعزز مقاومته للتآكل.

قيود فولاذ 1045:
- مقاومة التآكل: مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، فإن فولاذ 1045 لديه مقاومة محدودة للتآكل، مما يجعله أقل ملاءمة للبيئات القاسية.
- مشكلات في القابلية للحام: بينما يمكن لحامه، فإن التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام غالبًا ما تكون ضرورية لتجنب الكسر.

تاريخياً، كان فولاذ 1045 مهمًا في تطوير مكونات ميكانيكية متنوعة، مثل أعمدة الدوران والتروس والمحاور، بفضل خصائصه الميكانيكية المواتية وسهولة تصنيعه.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

المنظمة المعيارية	التصنيف/الدرجة	دولة/منطقة المنشأ	ملاحظات/تعليقات
UNS	G10450	الولايات المتحدة الأمريكية	الأقرب إلى AISI 1045
AISI/SAE	1045	الولايات المتحدة الأمريكية	تصنيف شائع الاستخدام
ASTM	A830-1045	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفات لوحات الفولاذ الكربوني
EN	C45	أوروبا	فروقات تركيبية طفيفة
DIN	1.0503	ألمانيا	خصائص مشابهة، تُستخدم غالبًا بالتبادل
JIS	S45C	اليابان	معادلة مع تغيير طفيف في التركيب
ISO	1045	دولي	تصنيف موحد

يمكن أن تؤثر الاختلافات بين الدرجات المعادلة بشكل كبير على الأداء. على سبيل المثال، على الرغم من تشابه C45 و S45C، قد يكون لديهم اختلافات في محتوى الكبريت والفوسفور، مما يؤثر على قابلية التشغيل وقابلية اللحام.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر (رمز واسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (كربون)	0.43 - 0.50
Mn (منغنيز)	0.60 - 0.90
Si (سيليكون)	0.15 - 0.40
P (فوسفور)	≤ 0.040
S (كبريت)	≤ 0.050

الدور الرئيسي للكربون في فولاذ 1045 هو تعزيز الصلابة والقوة من خلال المعالجة الحرارية. يساهم المنغنيز في قابلية التصلب ويحسن مرونة الفولاذ. يعمل السيليكون كمنقي أثناء تصنيع الفولاذ ويمكن أن يعزز القوة في درجات الحرارة المرتفعة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	قيمة نموذجية/نطاق (مترية)	قيمة نموذجية/نطاق (إمبراطورية)	معيار المرجع لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخفف	570 - 700 ميجا باسكال	83 - 102 كيلوجرام لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (نسبة 0.2%)	مخفف	310 - 450 ميجا باسكال	45 - 65 كيلوجرام لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	مخفف	16 - 20%	16 - 20%	ASTM E8
الصلابة (برينيل)	مخفف	170 - 210 هاردي	170 - 210 هاردي	ASTM E10
قوة الصدمة (شاربي)	-40°C	25 - 35 جول	18 - 26 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل مجموعة هذه الخصائص الميكانيكية فولاذ 1045 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومتانة، مثل تصنيع التروس والمحاور، حيث تعتبر مقاومة التآكل والتشوه حاسمة.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	-	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
الموصلية الحرارية	20°C	46 واط/م·ك	32 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·°F)
سعة الحرارة النوعية	20°C	0.486 كيلوجول/كجم·ك	0.116 BTU/رطل·°F
مقاومة الكهرباء	20°C	0.00065 أوم·م	0.00000038 أوم·بوصة
معامل التمدد الحراري	20°C	11.5 x 10⁻⁶/K	6.36 x 10⁻⁶/°F

تساهم كثافة فولاذ 1045 في وزنه وقوته الكلية، بينما تعتبر موصلية حرارته مهمة للتطبيقات التي تتضمن تبديد الحرارة. يعد معامل التمدد الحراري حاسمًا في التطبيقات التي تحدث فيها تقلبات في درجات الحرارة، حيث يؤثر على الاستقرار البعدي.

مقاومة التآكل

المادة المسببة للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C)	تقييم المقاومة	ملاحظات
الجو	-	-	مرضية	عرضة للصدأ
كلوريدات	3-5	20-60	ضعيف	خطر الحفر
أحماض	10-20	20-40	غير موصى به	تآكل سريع
قلويات	5-10	20-60	مرضية	مقاومة متوسطة

يظهر فولاذ 1045 مقاومة مرضية للتآكل الجوي ولكنه عرضة للصدأ إذا لم يتم حمايته بشكل صحيح. في البيئات الغنية بالكلوريد، يمكن أن يتعرض لتآكل الحفر، مما يجعله غير مناسب للتطبيقات البحرية. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ مثل 304 أو 316، فإن مقاومة تآكل فولاذ 1045 أقل بكثير، مما يحد من استخدامه في البيئات التآكليّة.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
درجة حرارة الخدمة القصوى المستمرة	400	752	يتناقص القوة بمجرد تجاوز ذلك
درجة حرارة الخدمة القصوى المتقطعة	500	932	تعرض قصير الأمد فقط
درجة حرارة التقشير	600	1112	خطر الأكسدة عند درجات حرارة أعلى
اعتبارات قوة الزحف	400	752	يبدأ في التدهور بشكل كبير

في درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ 1045 بقوة جيدة ولكن يمكن أن يفقد الصلابة والمرونة إذا تعرض لفترات طويلة. يمكن أن يحدث الأكسدة عند درجات حرارة تتجاوز 600 °C، مما يتطلب استخدام طلاءات واقية أو مواد بديلة في التطبيقات ذات الحرارة العالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/مادة إضافية عادةً	ملاحظات
MIG	ER70S-6	الأرجون + CO2	التسخين المسبق موصى به
TIG	ER70S-2	الأرجون	تحتاج إلى معالجة حرارية بعد اللحام
Stick	E7018	-	يتطلب تحكمًا دقيقًا

يمكن لحام فولاذ 1045 باستخدام عمليات مختلفة، لكن التسخين المسبق إلى حوالي 150-200 °C (300-400 °F) يكون غالبًا ضروريًا لتقليل خطر الكسر. يمكن أن تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام في تخفيف الضغوط وتحسين الخصائص الميكانيكية للحام.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	فولاذ 1045	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70	100	1212 أسهل في التشغيل
سرعة القطع النموذجية	30-50 م/دقيقة	60-80 م/دقيقة	تعديل بناءً على الأدوات

فولاذ 1045 لديه قابلية تشغيل جيدة، لكنه ليس سهل التشغيل مثل بعض الفولاذات ذات القابلية العالية مثل AISI 1212. يمكن أن تعزز استخدام أدوات الفولاذ السريع أو أدوات الكاربيد وسوائل القطع المناسبة الأداء.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل فولاذ 1045 باردًا وساخنًا، ولكنه يظهر صعوبة في التصلب، مما قد يجعل التشكيل البارد أكثر تحديًا. عادة ما يكون الحد الأدنى من نصف قطر الانحناء 3-4 مرات سمك المادة، ويجب توخي الحذر لتجنب الكسر أثناء عمليات التشكيل.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C)	زمن النقع النموذجي	طريقة التبريد	الهدف الأساسي / النتيجة المتوقعة
التسخين	700 - 800	1-2 ساعة	هواء	تليين، تحسين القابلية للتشغيل
التبريد السريع	800 - 850	30 دقيقة	زيت أو ماء	تصلب، زيادة القوة
التطرية	400 - 600	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين المتانة

خلال المعالجة الحرارية، يخضع فولاذ 1045 لتحولات معدنية مهمة. يزيد التبريد من الصلابة من خلال تشكيل المارتنزيت، بينما تقلل التطرية الهشاشة وتعزز المتانة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الديناميكية.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
السيارات	أعمدة الدوران	قوة عالية، متانة	التحمل تحت الضغط
التصنيع	التروس	مقاومة التآكل، قابلية التشغيل	الدقة وطول العمر
البناء	مكونات هيكلية	قوة، مرونة	قدرة التحمل على الأحمال

تشمل التطبيقات الأخرى:
- المحاور وأعمدة الدوران
- روابط
- قطع الماكينات

يتم اختيار فولاذ 1045 لهذه التطبيقات بسبب خصائصه الميكانيكية الممتازة، التي توفر القوة والمتانة اللازمة في البيئات الصعبة.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ 1045	AISI 4140	AISI 1018	ملاحظة مختصرة حول المزايا/العيوب أو الصفقة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة متوسطة	قوة عالية	قوة منخفضة	يوفر 4140 قوة أعلى ولكن بمرونة أقل
الجانب الرئيسي للتآكل	مرضية	جيدة	ممتازة	يمتاز 1018 بمقاومة تآكل تفوق
قابلية اللحام	متوسطة	جيدة	ممتازة	1018 أسهل في اللحام دون التسخين المسبق
قابلية التشغيل	جيدة	مرضية	ممتازة	1018 أسهل في التشغيل بسبب انخفاض محتوى الكربون
قابلية التشكيل	متوسطة	ضعيفة	جيدة	يمتاز 1018 بشكل أكبر في التشكيل بسبب محتوى الكربون المنخفض
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	أعلى	أقل	يعتبر 1045 ذا تكلفة فعّالة لتطبيقات القوة المتوسطة
التوفر النموذجي	شائع	أقل شيوعًا	شائع جدًا	1018 متوفر على نطاق واسع للاستخدام العام

عند اختيار فولاذ 1045، تشمل الاعتبارات توازنه بين القوة وقابلية التشغيل، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات. ومع ذلك، يجب weighing قيوده في مقاومة التآكل وقابلية اللحام ضد المتطلبات المحددة للمشروع. بالإضافة إلى ذلك، بينما يعتبر 1045 فعّالًا من حيث التكلفة، قد تكون البدائل مثل AISI 4140 أكثر ملاءمة للتطبيقات عالية القوة، ولكن بتكلفة أعلى.