1075 الفولاذ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

يتم تصنيف الفولاذ 1075 على أنه فولاذ متوسط الكربون، يتكون بشكل أساسي من الحديد مع محتوى كربون حوالي 0.75%. تقع هذه الدرجة ضمن نظام تصنيف AISI/SAE، الذي يصنف الصلب بناءً على محتوى الكربون والعناصر السبائكية. العنصر السبائكي الأساسي في فولاذ 1075 هو الكربون، الذي يؤثر بشكل كبير على صلابته وقوته ومقاومته للتآكل.

نظرة شاملة

فولاذ 1075 معروف بصلابته ومقاومته الممتازة للتآكل، مما يجعله خيارًا شائعًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ودوامًا. يتيح محتوى الكربون المتوسط قدرة جيدة على التصلب، وهو القدرة على تقوية الفولاذ من خلال عمليات المعالجة الحرارية. تُستخدم هذه الدرجة الفولاذية غالبًا في تصنيع الأدوات والشفرات والزنبركات، حيث تكون القوة الشد العالية ومقاومة التشوه أمرًا حيويًا.

مزايا فولاذ 1075:
- صلابة عالية: يساهم محتوى الكربون في مستوى صلابة عالي، مما يجعله مناسبًا لأدوات القطع والتطبيقات المقاومة للتآكل.
- مقاومة جيدة للتآكل: قدرته على تحمل التآكل تجعله مثاليًا لتطبيقات مثل شفرات السكاكين والزنبركات.
- معالجة حرارية متعددة الاستخدامات: يمكن معالجة فولاذ 1075 حراريًا لتحقيق الخصائص الميكانيكية المطلوبة، مما يعزز أدائه في تطبيقات مختلفة.

قيود فولاذ 1075:
- هشاشة: يمكن أن يؤدي محتوى الكربون العالي إلى زيادة الهشاشة، خاصة إذا لم يتم معالجته حراريًا بشكل صحيح.
- مقاومة محدودة للتآكل: مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، فإن فولاذ 1075 لديه مقاومة أقل للتآكل، مما قد يحد من استخدامه في بعض البيئات.
- صعوبة في المعالجة: قد تجعل صلابة فولاذ 1075 من الصعب معالجته، مما يتطلب أدوات وتقنيات متخصصة.

تاريخيًا، تم استخدام فولاذ 1075 في تطبيقات متعددة، لا سيما في إنتاج السكاكين والأدوات، نظرًا لتوازنه بين الصلابة والصلابة. وضعه في السوق راسخ جيدًا، لا سيما بين مصنعي أدوات القطع عالية الأداء.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

المنظمة القياسية	التصنيف/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصل	ملاحظات
UNS	G10750	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب معادلة لـ AISI 1075
AISI/SAE	1075	الولايات المتحدة الأمريكية	يستخدم بشكل شائع لتصنيع الأدوات
ASTM	A681	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة للفولاذ الأدوات
EN	C75	أوروبا	خصائص مماثلة ولكن قد تكون لها تطبيقات مختلفة
JIS	S75C	اليابان	اختلافات تركيبية بسيطة يجب أن تكون على علم بها

الجدول أعلاه يوضح معايير ومعادلات مختلفة لفولاذ 1075. من الجدير بالذكر أنه بينما قد تحتوي درجات مثل C75 و S75C على خصائص ميكانيكية مماثلة، إلا أن تطبيقاتها المحددة وعمليات المعالجة الحرارية قد تختلف، مما يمكن أن يؤثر على الأداء في الاستخدام العملي.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نسبة النطاق (%)
C (الكربون)	0.70 - 0.80
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 1075 الكربون والمنغنيز والسيليكون. يعد الكربون حيويًا لزيادة الصلابة والقوة، بينما يعزز المنغنيز من قدرة التصلب والصلابة. يساهم السيليكون في تقليل الأكسدة أثناء تصنيع الفولاذ ويمكن أن يحسن القوة والصلابة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة الحرارة للاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مبرد ومعالج حراريًا	درجة حرارة الغرفة	600 - 850 ميجا باسكال	87 - 123 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة الخضوع (انحراف 0.2%)	مبرد ومعالج حراريًا	درجة حرارة الغرفة	400 - 600 ميجا باسكال	58 - 87 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	مبرد ومعالج حراريًا	درجة حرارة الغرفة	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
الصلابة (روكويل C)	مبرد ومعالج حراريًا	درجة حرارة الغرفة	50 - 60 HRC	50 - 60 HRC	ASTM E18
قوة الصدمة	مبرد ومعالج حراريًا	-20 درجة مئوية	20 - 30 جول	15 - 22 قدم-رطل	ASTM E23

تشير الخصائص الميكانيكية لفولاذ 1075 إلى أنه مناسب للتطبيقات التي تتطلب قوة وصلابة عالية. يسمح الجمع بين قوة الشد وقوة الخضوع العالية، مع تمدد معقول، بأداء فعال تحت التحميل الميكانيكي. تشير القيم الصلابة إلى ملاءمته للتطبيقات المقاومة للتآكل.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 درجة مئوية	2600 - 2800 درجة فهرنهايت
التوصيل الحراري	درجة حرارة الغرفة	45 واط/م·ك	31 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.46 كيلوجول/كجم·ك	0.11 وحدة حرارية بريطانية/رطل·درجة فهرنهايت
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0006 أوم·م	0.00001 أوم·بوصة

تشير الكثافة ونقطة الانصهار لفولاذ 1075 إلى متانته وملاءمته للتطبيقات عالية الحرارة. التوصيل الحراري والسعة الحرارية النوعية مهمان للتطبيقات التي تتضمن دورات حرارية، حيث تؤثر على كيفية تصرف المادة تحت تغيرات درجة الحرارة.

مقاومة التآكل

المادة المسببة للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (درجة مئوية)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريد	3-5%	25 درجة مئوية	جيد	خطر تآكل الحفر
الأحماض	10%	20 درجة مئوية	ضعيف	غير مستحسن للاستخدام
المحاليل القلوية	5%	30 درجة مئوية	جيد	مقاومة محدودة

يظهر فولاذ 1075 مقاومة محدودة للتآكل، لا سيما في البيئات التي تحتوي على الكلوريدات والظروف الحامضية. تكون قابليته لتآكل الحفر في البيئات الكلوريد مصدر قلق كبير، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات البحرية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، مثل 304 أو 316، تعتبر مقاومة التآكل لفولاذ 1075 أقل بشكل ملحوظ، مما يمكن أن يكون عاملًا حاسمًا في اختيار المواد لتطبيقات معينة.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
درجة حرارة الخدمة المستمرة القصوى	300 درجة مئوية	572 درجة فهرنهايت	مناسب للتعرض القصير الأمد
درجة حرارة الخدمة المتقطعة القصوى	400 درجة مئوية	752 درجة فهرنهايت	مقاومة أكسدة محدودة
درجة حرارة الترسيب	600 درجة مئوية	1112 درجة فهرنهايت	خطر الترسيب عند درجات الحرارة العالية

عند درجات الحرارة المرتفعة، يمكن أن يحافظ فولاذ 1075 على قوته وصلابته حتى حد معين. ومع ذلك، قد يؤدي التعرض المطول لدرجات الحرارة العالية إلى الأكسدة والترسيب، مما يمكن أن يؤثر على خصائصه الميكانيكية. يمكن أن تقلل المعالجة الحرارية المناسبة وحماية السطح من هذه المشكلات.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن المملوء الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/الفلز الواقي النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + CO2	يوصى بتسخين مسبق
TIG	ER70S-2	أرجون	يتطلب تحكمًا دقيقًا
Stick	E7018	غير متاح	جهد حراري بعد اللحام مطلوب

يمكن لحام فولاذ 1075 باستخدام طرق مختلفة، ولكن عادة ما يُوصى بالتسخين المسبق لتقليل خطر التصدع. يمكن أن تعزز معالجة حرارية بعد اللحام من صلابة اللحامات. الاختيار الدقيق للمعادن المملوءة والغازات الواقية أمر حاسم لضمان لحامات قوية ومتينة.

قابلية المعالجة

معامل المعالجة	فولاذ 1075	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية المعالجة النسبي	60	100	يتطلب أدوات سرعة عالية
سرعة القطع النموذجية	30-50 م/دقيقة	60-80 م/دقيقة	استخدم أدوات كربيد لتحقيق أفضل النتائج

قابلية معالجة فولاذ 1075 متوسطة، وتتطلب أدوات وسرعات قطع محددة لتحقيق نتائج مثلى. يمكن أن تؤدي صلابة المادة إلى زيادة تآكل الأدوات، مما يستدعي استخدام فولاذ عالي السرعة أو أدوات كربيد.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ 1075 قابلية تشكيل محدودة بسبب محتواه العالي من الكربون، مما قد يؤدي إلى الهشاشة أثناء عمليات التشكيل البارد. يعتبر التشكيل الساخن أكثر ملاءمة، مما يسمح بتشكيل أفضل دون الإضرار بسلامة المادة. يجب أخذ تأثير الصلابة في الاعتبار عند تصميم الأجزاء التي تتطلب ثني أو تشكيل.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م/°ف)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التمليس	700 - 800 °م / 1292 - 1472 °ف	1-2 ساعة	هواء	تليين، تحسين قابلية المعالجة
التبريد المفاجئ	800 - 900 °م / 1472 - 1652 °ف	30 دقيقة	زيت أو ماء	تصلب، زيادة القوة
التحلية	150 - 300 °م / 302 - 572 °ف	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين الصلابة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية المجهرية وخصائص فولاذ 1075. يزيد التبريد من الصلابة، بينما يقلل التحلية من الهشاشة، مما يسمح بالتوازن بين القوة والصلابة. فهم هذه التحولات أمر حاسم لتحقيق خصائص الأداء المطلوبة في التطبيقات.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
تصنيع الأدوات	شفات السكاكين	صلابة عالية، مقاومة للتآكل	ضروري لأداء القطع
السيارات	زنبركات	قوة شد عالية، مقاومة للتعب	حرجة للمتانة تحت الحمل
الطيران	مكونات معدات الهبوط	قوة عالية، صلابة	السلامة والموثوقية في التطبيقات الحساسة

يستخدم فولاذ 1075 عادةً في التطبيقات حيث تكون القوة العالية ومقاومة التآكل أساسية. تجعل خصائصه منه مثاليًا لتصنيع أدوات القطع، والزنبردات، والمكونات في صناعات السيارات والطيران. يعتمد اختيار فولاذ 1075 لهذه التطبيقات على قدرته على الحفاظ على الأداء تحت ظروف قاسية.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ 1075	AISI 1080	AISI 4140	ملاحظة موجزة/إيجابيات وسلبيات أو ملاحظات توازن
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	صلابة عالية	صلابة أعلى	صلابة أقل	يوفر فولاذ 1075 توازنًا بين القوة والصلابة
الجوانب الرئيسية لمقاومة التآكل	جيدة	جيدة	جيدة	يحتوي 4140 على مقاومة أفضل للتآكل
قابلية اللحام	متوسطة	متوسطة	جيدة	4140 أسهل في اللحام مع تقنيات مناسبة
قابلية المعالجة	متوسطة	رديئة	جيدة	4140 أسهل في المعالجة من 1075
قابلية التشكيل	محدودة	محدودة	جيدة	4140 يمكن تشكيله بشكل أكثر سهولة
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	متوسطة	أعلى	تختلف التكلفة بناءً على العناصر السبائكية
التوفر النموذجي	شائع	شائع	أقل شيوعًا	فولاذ 1075 متوفر على نطاق واسع لتطبيقات مختلفة

عند اختيار فولاذ 1075، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية ومقاومته للتآكل وخصائص التصنيع. بينما يوفر صلابة ممتازة ومقاومة للتآكل، يجب weighing قيوده في مقاومة التآكل وقابلية المعالجة مقابل متطلبات التطبيق المحدد. تجعل الجدوى الاقتصادية وتوافر فولاذ 1075 منه خيارًا شائعًا في العديد من الصناعات، ولكن قد تكون الدرجات البديلة أكثر ملاءمة حسب الاحتياجات الخاصة للمشروع.