1055 فولاذ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية نظرة عامة

فولاذ 1055 مصنف على أنه فولاذ سبائكي متوسط الكربون، يتكون أساسًا من الحديد مع محتوى كربوني يقارب 0.55%. يُعرف هذا الدرجة الفولاذية بصلابتها وقوتها الممتازتين، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ 1055 المنغنيز، الذي يعزز القدرة على التصلب والقوة، والسيليكون، الذي يحسن إزالة الأكسدة والقوة عند درجات الحرارة المرتفعة.

نظرة شاملة

تحدد خصائص فولاذ 1055 بمحتواه المتوسط من الكربون، الذي يوفر توازنًا بين القابلية للانحناء والقوة. يظهر مقاومة جيدة للتآكل ويمكن معالجته بالحرارة لتحقيق مستويات صلابة أعلى. تجعل الخصائص الميكانيكية للفولاذ مناسبًا للاستخدامات التي تتطلب قوة وصرامة عاليين، مثل التروس والعمود والمكونات الآلية المتنوعة.

المزايا:
- قوة عالية: يوفر فولاذ 1055 قوة شد ممتازة، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتحمل الأحمال.
- قدرة جيدة على التصلب: يمكن معالجته بالحرارة لتحقيق مستويات الصلابة المرغوبة، مما يعزز مقاومته للتآكل.
- تطبيقات متعددة: تسمح خصائصه بالاستخدام في صناعات متنوعة، بما في ذلك السيارات والتصنيع.

القيود:
- مشكلات في القابلية للحام: بسبب محتواه من الكربون، يمكن أن يكون فولاذ 1055 صعب اللحام دون تسخين مسبق ومعالجة حرارية بعد اللحام.
- الهشاشة عند الصلابة العالية: عندما يتم تصلبه، قد يصبح هشًا، مما يمكن أن يؤدي إلى الفشل في ظل ظروف معينة.

تاريخيًا، تم استخدام فولاذ 1055 في التطبيقات التي تتطلب القوة ومقاومة التآكل، مما يجعله اختيارًا موثوقًا به في فئة الفولاذ متوسط الكربون.

الأسماء البديلة، المعايير، والمعادلات

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	G10550	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب معادل لـ AISI 1055
AISI/SAE	1055	الولايات المتحدة الأمريكية	تسمية مستخدمة شائعاً
ASTM	A29/A29M	الولايات المتحدة الأمريكية	المواصفات العامة للفولاذ الكربوني
EN	C55E	أوروبا	اختلافات تركيبية طفيفة
JIS	S55C	اليابان	خصائص مماثلة لكن معايير مختلفة

يوضح الجدول أعلاه معايير مختلفة ومعادلات لفولاذ 1055. من الجدير بالذكر أنه بينما تعتبر C55E و S55C درجات مكافئة، إلا أنه قد تظهر اختلافات طفيفة في الخصائص الميكانيكية والتركيب الكيميائي التي قد تؤثر على الأداء في تطبيقات محددة.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.50 - 0.60
Mn (المنغنيز)	0.60 - 0.90
Si (السيليكون)	0.15 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.04
S (الكبريت)	≤ 0.05

تلعب العناصر السبائكية الأساسية في فولاذ 1055 أدوارًا حاسمة:
- الكربون (C): يعزز الصلابة والقوة من خلال المعالجة الحرارية.
- المنغنيز (Mn): يحسن القدرة على التصلب وقوة الشد.
- السيليكون (Si): يعمل كعامل مزيل للأكسدة ويساهم في القوة عند درجات الحرارة المرتفعة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة النمطية/النطاق (متري)	القيمة النمطية/النطاق (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخلل	620 - 850 ميغاباسكال	90 - 123 باوند/بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (0.2% انزلاق)	مخلل	350 - 550 ميغاباسكال	51 - 80 باوند/بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	مخلل	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
الصلابة	محمص ومجدد	50 - 55 HRC	500 - 550 HB	ASTM E18
قوة الصدمة	-40°C	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-جنيه	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ 1055 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة وصرامة عاليين. تشير قوة الشد وقوة العائد إلى قدرتها على تحمل أحمال كبيرة، بينما يعكس النسبة المئوية للتمدد قابليتها للانحناء، مما يسمح ببعض التشوه قبل الفشل.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (متري)	القيمة (إمبراطوري)
الكثافة	-	7.85 جم/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
التوصيلية الحرارية	20°C	45 واط/م·ك	31 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·°F)
السعة الحرارية النوعية	-	0.46 ك جول/كجم·ك	0.11 BTU/رطل·°F
المقاومة الكهربائية	-	0.0006 أوم·م	0.00002 أوم·بوصة

تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية لفولاذ 1055، مثل كثافته ونقطة انصهاره، مهمة للتطبيقات التي تتطلب بيئات عالية الحرارة. تشير التوصيلية الحرارية إلى قدرته على تشتيت الحرارة، وهو أمر حاسم في التطبيقات التي تتطلب إدارة حرارية.

مقاومة التآكل

عامل التآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
جو الغلاف الجوي	-	-	متوسطة	معرضة للصدأ
ماء مالح	3.5	25°C/77°F	ضعيفة	خطر الثقب
أحماض (HCl)	10	25°C/77°F	ضعيفة	غير موصى بها
قلويات	10	25°C/77°F	متوسطة	مقاومة معتدلة

يظهر فولاذ 1055 مقاومة معتدلة للتآكل، وخاصة في الظروف الجوية، حيث يكون عرضة للصدأ. في البيئات المالحة، مثل مياه البحر، تزداد مخاطر تآكل الثقب بشكل كبير. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، فإن فولاذ 1055 أقل مقاومة للعوامل المسببة للتآكل، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات في البيئات القاسية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة	400 °C	752 °F	مناسب للحرارة المعتدلة
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة	500 °C	932 °F	تعرض قصير المدى فقط
درجة حرارة التسخين	600 °C	1112 °F	خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحافظ فولاذ 1055 على قوته ولكنه قد يتعرض للأكسدة، مما قد يؤثر على أدائه. تشير درجة حرارة الخدمة المستمرة القصوى إلى ملاءمته لتطبيقات تتضمن حرارة معتدلة، بينما تسلط درجة حرارة التسخين الضوء على خطر التدهور عند درجات الحرارة الأعلى.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن filler الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/الفلور النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	خلط الأرجون و CO2	تسخين مسبق موصى به
TIG	ER70S-2	الأرجون	المعالجة الحرارية بعد اللحام
Stick	E7018	-	يتطلب تسخين مسبق

يمكن أن تكون قابلية لحام فولاذ 1055 تحديًا بسبب محتواه من الكربون. غالبًا ما يكون التسخين المسبق قبل اللحام والمعالجة الحرارية بعد اللحام ضروريًا لمنع التشقق. اختيار المعدن filler أمر حاسم لضمان التوافق والحفاظ على الخصائص الميكانيكية.

قابلية التشغيل

معيار التشغيل	فولاذ 1055	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	قابلية تشغيل معتدلة
سرعة القطع النموذجية	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	تعديل وفقًا لتآكل الأداة

يمتلك فولاذ 1055 قابلية تشغيل معتدلة، مما يتطلب اختيارًا دقيقًا لأدوات القطع والسرعات لتحسين الأداء. يُفضل استخدام أدوات فولاذية عالية السرعة أو أدوات كاربيد لتحقيق تشغيل فعال.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل فولاذ 1055 من خلال عمليات باردة وساخنة. التشكيل البارد ممكن ولكنه قد يؤدي إلى تصلب العمل، مما يتطلب التحكم الدقيق في أنصاف الانحناءات. يُفضل التشكيل الساخن للأشكال المعقدة، حيث يقلل من خطر التشقق.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	أوقات النقع النموذجية	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
تخميل	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 ساعة	هواء	تليين، تحسين القابلية للانحناء
تصلب	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	30 دقيقة	زيت أو ماء	تصلب، زيادة القوة
تجديد	200 - 600 °C / 392 - 1112 °F	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين الصلابة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية الدقيقة لفولاذ 1055. يزيد التصلب من الصلابة، بينما تساعد التجديد في تخفيف الهشاشة، مما يجعل الفولاذ أكثر قابلية للانحناء ومناسبًا للتطبيقات المتطلبة.

التطبيقات المعتادة والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الأساسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
السيارات	التروس	قوة عالية، مقاومة للتآكل	ضروري للمتانة
التصنيع	الأعمدة	الصلابة، قابلية التشغيل	حاسم للأداء
الفضاء	مكونات المحرك	قوة عند درجات الحرارة العالية	مطلوب للسلامة والموثوقية

• تطبيقات أخرى:
• مكونات الأدوات
• المثبتات
• أجزاء هيكلية في الماكينات

غالبًا ما يتم اختيار فولاذ 1055 لتطبيقات تتطلب مزيجًا من القوة والصلابة، خاصة في البيئات التي تكون فيها مقاومة التآكل حاسمة.

اعتبارات هامة، ومعايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ 1055	AISI 4140	AISI 1045	ملاحظة مختصرة/ملاحظة أو تفاوت
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	صلابة أعلى	قوة معتدلة	يقدم 1055 صلابة جيدة ولكنه قد يكون هشاً.
البعد الرئيسي لمكافحة التآكل	متوسطة	جيدة	متوسطة	4140 لديه مقاومة تآكل أفضل بسبب السبيكة.
قابلية اللحام	تحدي	متوسط	جيد	يتطلب 1055 تقنيات لحام دقيقة.
قابلية التشغيل	متوسط	جيد	ممتاز	1045 أسهل في التشغيل من 1055.
قابلية التشكيل	متوسط	جيد	جيد	1055 أقل قابليةً للتشكيل من الفولاذات ذات الكربون الأقل.
التكلفة النسبية التقريبية	متوسط	أعلى	أقل	تختلف التكلفة حسب ظروف السوق.
توافر عام	شائع	شائع	شائع جدًا	1045 متوفر على نطاق واسع بسبب شعبيته.

عند اختيار فولاذ 1055، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، وقابلية اللحام، والجدوى الاقتصادية. بينما يوفر قوة عالية ومقاومة للتآكل، يجب أن يتم weighing التحديات التي يواجهها في اللحام والهشاشة المحتملة عند مستويات الصلابة العالية مقابل درجات بديلة مثل AISI 4140 و AISI 1045، التي قد توفر أداءً أفضل بصورة عامة في بعض التطبيقات.

باختصار، فولاذ 1055 هو فولاذ سبائكي متوسط الكربون متعدد الاستخدامات يجد استخدامًا واسعًا في التطبيقات التي تتطلب توازنًا بين القوة والصلابة ومقاومة التآكل. يمكن تحسين خصائصه من خلال المعالجة الحرارية، مما يجعله اختيارًا قيمًا في مجالات الهندسة المتنوعة.