1070 الفولاذ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية موضحة

فولاذ 1070 مصنف كفولاذ متوسط الكربون، يتميز بمحتوى الكربون الذي يصل إلى حوالي 0.70%. يتم سبك هذا الصنف من الفولاذ بشكل أساسي بالمنغنيز، مما يعزز قابليته للتصلب وقوته. يؤثر وجود الكربون بشكل كبير على خصائصه الميكانيكية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل.

نظرة شاملة

فولاذ 1070 يظهر عدة خصائص مميزة، بما في ذلك قوة شد عالية، ductility جيدة، ومقاومة ممتازة للتآكل. يسمح محتوى الكربون له بإنشاء هيكل دقيق عند معالجته حرارياً، مما يؤدي إلى زيادة الصلابة والقوة. ومع ذلك، فإن محتوى الكربون المرتفع نسبيًا يمكن أن يجعل من الصعب اللحام والتشكيل مقارنة بالفولاذات ذات الكربون المنخفض.

المزايا:
- قوة عالية: يمكن لفولاذ 1070 أن يحقق قوتي شد وعائد عالية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات المُطالبة.
- مقاومة للتآكل: تجعل صلابة فولاذ 1070 مثاليًا للتطبيقات التي تكون فيها مقاومة التآكل حاسمة.
- مرونة: يمكن معالجته حرارياً لتحقيق خصائص ميكانيكية متنوعة، مما يسمح بالتخصيص بناءً على متطلبات التطبيق المحددة.

الحدود:
- مشاكل في قابلية اللحام: يمكن أن يؤدي محتوى الكربون العالي إلى التشقق أثناء اللحام، مما يتطلب اختيارًا دقيقًا لمواد التعبئة ومعالجات حرارية قبل وبعد اللحام.
- هشاشة: على الرغم من أنه يمكن أن يكون صلبًا، قد تؤدي الصلابة المفرطة إلى هشاشة، مما قد يكون مصدر قلق في بعض التطبيقات.
- التكلفة: مقارنة بالفولاذات ذات الكربون المنخفض، قد يكون فولاذ 1070 أكثر تكلفة بسبب عناصره السبائكية ومتطلبات المعالجة.

تاريخيًا، تم استخدام فولاذ 1070 في تطبيقات متنوعة، بما في ذلك مكونات السيارات، والأدوات، وأجزاء الآلات، بسبب خصائصه الميكانيكية وأداءه المفضل.

أسماء بديلة، معايير، ونظائر

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	ملاحظات/ملاحظات
UNS	G10700	الولايات المتحدة	الأقرب ل AISI 1070
AISI/SAE	1070	الولايات المتحدة	تسمية مستخدمة بشكل شائع
ASTM	A108	الولايات المتحدة	مواصفة معيارية لفتائل الفولاذ الكربوني المجمد عن بارد
EN	1.0705	أوروبا	اختلافات تركيبية طفيفة يجب الانتباه لها
JIS	S45C	اليابان	خصائص مشابهة، ولكن عناصر سبائك مختلفة
ISO	1070	دولي	تسمية معيارية

يمكن أن تؤثر الاختلافات بين الدرجات المماثلة على الأداء في تطبيقات معينة. على سبيل المثال، بينما قد توفر S45C خصائص ميكانيكية مشابهة، فإن محتوى الكربون المنخفض الخاص بها يمكن أن يؤدي إلى تحسين قابلية اللحام، مما يجعلها خيارًا أفضل للهياكل الملحومة.

الخصائص الرئيسية

تركيب كيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.65 - 0.75
Mn (المنغنيز)	0.60 - 0.90
Si (السيليكون)	0.15 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.04
S (الكبريت)	≤ 0.05

تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ 1070 الكربون والمنغنيز. الكربون أساسي لتعزيز الصلابة والقوة، بينما يحسن المنغنيز قابلية التصلب والصلابة. يتم إضافة السيليكون لتحسين إزالة الأكسدة أثناء صناعة الفولاذ، ويتم الاحتفاظ بالفوسفور والكبريت لأدنى حد لتجنب الهشاشة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الأجواء	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	معالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	620 - 750 ميغا باسكال	90 - 109 ksi	ASTM E8
قوة العائد (0.2% انزياح)	معالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	350 - 450 ميغا باسكال	51 - 65 ksi	ASTM E8
التمدد	معالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
الصلابة (روكويل C)	معالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
قوة الصدمات	معالجة حرارية	-20°C (-4°F)	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

يجعل الجمع بين قوة الشد والعائد العالية، مع ductility المعقولة، فولاذ 1070 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب سلامة هيكلية تحت التحميل الميكانيكي. تسمح صلابته له بتحمل التآكل، مما يجعله مثاليًا للمكونات المعرضة للاحتكاك.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غم/سم³	0.284 رطل/بوصة³
درجة الحرارة/نطاق الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	45 W/m·K	31 BTU·في/(ساعة·قدم²·°F)
سعة الحرارة النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.46 كيلوجول/كغ·ك	0.11 BTU/رطل·°F
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0000017 Ω·م	0.0000017 Ω·بوصة

تشير كثافة فولاذ 1070 إلى كتلته الكبيرة، مما يسهم في قوته. نطاق درجة حرارة الانصهار مهم للتطبيقات التي تتضمن درجات الحرارة العالية. الموصلية الحرارية متوسطة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تحتاج إلى تبديد الحرارة.

مقاومة التآكل

العميل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
جوي	-	-	متوسطة	عرضة للصدأ
كلوريدات	3-5	20-60	ضعيفة	خطر التعفن
أحماض	10-20	20-40	ضعيفة	غير موصى بها
قلويات	5-10	20-60	متوسطة	مقاومة معتدلة

يظهر فولاذ 1070 مقاومة متوسطة للتآكل الجوي ولكنه عرضة للصدأ من دون معالجة سطحية مناسبة. في البيئات المكلورة، يظهر مقاومة ضعيفة، مما يؤدي إلى تآكل التفريغ. أدائه في الظروف الحمضية والقلوية محدود أيضًا، مما يجعله غير مناسب للتطبيقات في البيئات ذات التآكل الشديد.

عند مقارنته بدرجات مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 304، الذي يقدم مقاومة ممتازة للتآكل، فإن فولاذ 1070 أقل تفضيلًا للتطبيقات المعرضة للبيئات القاسية. ومع ذلك، قد تجعل قوته ومقاومته للتآكل منه خيارًا أفضل في الأماكن الأقل تآكلًا.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400 °C	752 °F	مناسب لدرجات الحرارة المتوسطة
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500 °C	932 °F	يمكن أن يتحمل التعرض قصير الأمد
درجة حرارة التسلق	600 °C	1112 °F	خطر الأكسدة بعد هذه النقطة

عند درجات حرارة مرتفعة، يحافظ فولاذ 1070 على قوته حتى حوالي 400 °C (752 °F). بعد ذلك، قد يبدأ في فقدان خصائصه الميكانيكية ويصبح عرضة للأكسدة. يجب توخي الحذر في التطبيقات حيث يُتوقع درجات حرارة عالية، حيث يمكن أن يؤدي التعرض المطول إلى تدهور.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن التعبوي الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/الفلين المتعارف عليه	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + CO2	يفضل التسخين المسبق
TIG	ER70S-2	أرجون	يتطلب معالجة حرارية بعد اللحام
العصا	E7018	-	استخدم أقطاب ذات هيدروجين منخفض

يمكن لحام فولاذ 1070، ولكن يجب اتخاذ الاحتياطات بسبب محتواه العالي من الكربون. يتم غالبًا التوصية بالتسخين المسبق لتقليل خطر التشقق. كما يمكن أن يساعد العلاج الحراري بعد اللحام في تخفيف الضغوط وتحسين السلامة العامة للحام.

قابلية التشغيل الآلي

معامل التشغيل الآلي	فولاذ 1070	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر التشغيل الآلي النسبي	60	100	1070 أقل قابلية للعمل من 1212
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	استخدم أدوات حادة ومواد تبريد مناسبة

يمكن أن يكون تشغيل فولاذ 1070 تحديًا نظرًا لصلابته. من المستحسن استخدام أدوات فولاذ السرعة العالية أو الأدوات الكربيد والحفاظ على سرعات قطع مناسبة لتحقيق أفضل النتائج.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ 1070 قابلية تشكيل متوسطة. التشكيل البارد ممكن، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب التشقق بسبب تصلب العمل. يمكن أن يحسن التشكيل الساخن ductility ويقلل من خطر العيوب.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C)	الوقت النموذجي للإشباع	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التخدير	600 - 700	1 - 2 ساعة	هواء	تليين، تحسين ductility
التبريد السريع	800 - 850	30 دقيقة	زيت أو ماء	تصلب، زيادة القوة
التيرميك	200 - 400	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين toughness

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على الهيكل المجهري وخصائص فولاذ 1070. تعمل عمليات التخدير على تليين المادة، بينما تزيد عملية التبريد السريع من الصلابة. تعتبر عملية التيرميك ضرورية لتحقيق توازن بين الصلابة والصلابة، مما يجعل الفولاذ مناسبًا لمختلف التطبيقات.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
السيارات	أكواد السيارة	قوة عالية، مقاومة للتآكل	تحمل التحميل
تصنيع الأدوات	أدوات القطع	صلابة، مقاومة للتآكل	الأداء في القطع
الآلات	تروس	قوة، صلابة	موثوقية في التشغيل

تشمل التطبيقات الأخرى:
- النوابض
- المثبتات
- المكونات الهيكلية

يتم اختيار فولاذ 1070 بشكل متكرر لتطبيقات تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل، مثل في مكونات السيارات والآلات. تتيح له القدرة على المعالجة الحرارية إمكانية التخصيص استنادًا إلى متطلبات الأداء المحددة.

اعتبارات مهمة ومعايير الاختيار والأفكار الإضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ 1070	AISI 1045	AISI 4140	ملاحظة قصيرة حول الإيجابيات/السلبيات أو التضحيات
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	قوة معتدلة	قوة عالية	يقدم فولاذ 1070 قوة أعلى من 1045 ولكن أقل من 4140
الجانب الرئيسي للمقاومة للتآكل	متوسط	متوسط	جيد	تمتلك 4140 مقاومة أفضل للتآكل بسبب عناصر السبائك
قابلية اللحام	تحدي	معتدل	معتدل	يتطلب فولاذ 1070 ممارسات لحام دقيقة
قابلية التشغيل الآلي	متوسطة	جيدة	متوسطة	فولاذ 1070 أقل قابلية للعمل من 1045
قابلية التشكيل	متوسطة	جيدة	متوسطة	فولاذ 1070 أصعب في التشكيل مقارنة بـ 1045
التكلفة التقريبية النسبية	متوسطة	منخفضة	مرتفعة	عادة ما يكون فولاذ 1070 أغلى من 1045
التوافر النموذجي	متوسطة	عالية	متوسطة	يتمتع فولاذ 1045 بتوافر واسع بسبب استخدامه الشائع

عند اختيار فولاذ 1070، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، وكلفته الفعالة، وتوافره. بينما يقدم قوة ممتازة ومقاومة للتآكل، يجب أخذ تحدياته في اللحام والتشغيل في الاعتبار في تصميم عمليات التصنيع. بالإضافة إلى ذلك، فإن أدائه في البيئات التآكلية محدود مقارنة بالسبائك الأكثر مقاومة للتآكل، وهو ما قد يؤثر على اختيار المواد بناءً على متطلبات التطبيق.