صلب 1080: الخصائص والتطبيقات الرئيسية المشرحّة
شارك
Table Of Content
Table Of Content
فولاذ 1080 يصنف كفولاذ كربوني متوسط، يتكون بشكل رئيسي من الحديد مع محتوى كربون يتراوح تقريباً بين 0.78% إلى 0.88%. هذه الدرجة من الفولاذ هي جزء من نظام تصنيف AISI/SAE وتشتهر بصلابتها وقوتها الممتازة، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات. العنصر السبائكي الرئيسي في فولاذ 1080 هو الكربون، الذي يؤثر بشكل كبير على خصائصه الميكانيكية، خاصة صلابته ومقاومته الشد.
نظرة شاملة
يتميز فولاذ 1080 بمحتواه العالي من الكربون، الذي يمنحه تركيبة فريدة من القوة والصلابة ومقاومة التآكل. غالباً ما تُستخدم هذه الدرجة من الفولاذ في التطبيقات التي تتطلب قوة عالية وصلابة، مثل تصنيع الأدوات والشفرات والزنبركات. وتمكنه من أن يتم معالجته حرارياً يسمح له بتحقيق مجموعة واسعة من مستويات الصلابة، مما يجعله مرناً لمجموعة من التطبيقات الهندسية.
مزايا فولاذ 1080:
- صلابة عالية: يسمح محتوى الكربون بتحقيق مستويات صلابة عالية، مما يجعله مثالياً لأدوات القطع والتطبيقات المقاومة للتآكل.
- قوة جيدة: يظهر قوة شد ممتازة، مما يكون مفيداً في التطبيقات الهيكلية.
- قابلية المعالجة الحرارية: يمكن معالجة فولاذ 1080 حرارياً لتعزيز خصائصه الميكانيكية، مما يسمح بالتخصيص بناءً على احتياجات التطبيق المحددة.
حدود فولاذ 1080:
- هشاشة: عند مستويات صلابة أعلى، يمكن أن يصبح فولاذ 1080 هشاً، مما قد يؤدي إلى الفشل تحت التحميل الصادم.
- قابلية للتآكل: يفتقر إلى مقاومة تآكل كبيرة مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، مما يتطلب طلاءات أو معالجات وقائية في البيئات التآكلية.
- مشاكل في القابلية للحام: يمكن أن يعقد محتوى الكربون العالي عمليات اللحام، مما يتطلب النظر بعناية في مواد الحشو والتقنيات.
تاريخياً، تم استخدام فولاذ 1080 في صناعات مختلفة، خاصة في تصنيع الأدوات وتطبيقات السيارات، بفضل خصائصه الميكانيكية الملائمة. لا يزال موقعه في السوق قوياً، خاصة في القطاعات التي تتطلب مواد عالية الأداء.
أسماء بديلة، معايير، ومعادلات
المنظمة المعايير | التسمية/الدرجة | الدولة/المنطقة الأصلية | ملاحظات/ملاحظات |
---|---|---|---|
UNS | G10800 | الولايات المتحدة | أقرب معادل لـ AISI 1080 |
AISI/SAE | 1080 | الولايات المتحدة | يستخدم عادة في تصنيع الأدوات |
ASTM | A108 | الولايات المتحدة | مواصفة معيارية لشرائط فولاذ الكربون المنتهية الباردة |
EN | C75 | أوروبا | خصائص مماثلة ولكن مع اختلافات تركيبية طفيفة |
JIS | S45C | اليابان | درجة قابلة للمقارنة مع اختلافات طفيفة في محتوى الكربون |
توفر الجدول أعلاه مجموعة من المعايير والمعادلات لفولاذ 1080. من الجدير بالذكر أنه على الرغم من أن درجات مثل C75 و S45C متشابهة، إلا أنها قد تحتوي على اختلافات طفيفة في التركيب قد تؤثر على الأداء في تطبيقات معينة. على سبيل المثال، قد يحتوي S45C على محتوى كربون أقل قليلاً، مما قد يؤثر على صلابته ومقاومته للتآكل.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
العنصر (الرمز والاسم) | نطاق النسبة (%) |
---|---|
C (الكربون) | 0.78 - 0.88 |
Mn (المنغنيز) | 0.60 - 0.90 |
P (الفوسفور) | ≤ 0.04 |
S (الكبريت) | ≤ 0.05 |
Si (السيليكون) | ≤ 0.40 |
العنصر السبائكي الرئيسي في فولاذ 1080 هو الكربون، الذي يلعب دوراً حاسماً في تحديد صلابته وقوته. يتم إضافة المنغنيز لتحسين القابلية للتصلب وقوة الشد، في حين أن الفوسفور والكبريت موجودان بكميات ضئيلة لتجنب الهشاشة. يمكن أن يعزز السيليكون القوة ويدعم إزالة الأكسدة أثناء تصنيع الفولاذ.
الخصائص الميكانيكية
الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة/النطاق النموذجي (مترية) | القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
---|---|---|---|---|
قوة الشد | مطعمة | 620 - 850 ميغا باسكال | 90 - 123 كيلو باوند لكل إنش مربع | ASTM E8 |
قوة العائد (0.2% الانزلاق) | مطعمة | 350 - 600 ميغا باسكال | 51 - 87 كيلو باوند لكل إنش مربع | ASTM E8 |
التمدد | مطعمة | 15 - 20% | 15 - 20% | ASTM E8 |
الصلابة (روكويل C) | مبردة ومعالجة حرارياً | 50 - 60 HRC | 50 - 60 HRC | ASTM E18 |
قوة الصدمة (تشاري) | -40 درجة مئوية | 20 - 30 جول | 15 - 22 قدم-باوند | ASTM E23 |
الخصائص الميكانيكية لفولاذ 1080 تجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وصلابة. تشير قوته في الشد وقوة العائد إلى قدرته على تحمل الأحمال الكبيرة، بينما تعكس قيم الصلابة مقاومته للتآكل. تظهر قوة الصدمة عند درجات حرارة منخفضة أداؤه تحت ظروف التحميل الديناميكي.
الخصائص الفيزيائية
الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة (مترية) | القيمة (إمبراطوري) |
---|---|---|---|
الكثافة | - | 7.85 غرام/سم³ | 0.284 رطل/بوصة³ |
نقطة الانصهار | - | 1425 - 1540 درجة مئوية | 2600 - 2800 درجة فهرنهايت |
القدرة على توصيل الحرارة | 25 درجة مئوية | 50 واط/م·ك | 34.5 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت |
السعة الحرارية النوعية | 25 درجة مئوية | 0.49 كيلو جول/كغ·ك | 0.12 وحدة حرارية بريطانية/رطل·درجة فهرنهايت |
المقاومة الكهربائية | 20 درجة مئوية | 0.0006 أوم·م | 0.00001 أوم·بوصة |
تعتبر الخصائص الفيزيائية لفولاذ 1080، مثل كثافته ونقطة انصهاره، حاسمة للتطبيقات التي تشمل بيئات عالية الحرارة. تشير القدرة على توصيل الحرارة إلى قدرة الفولاذ على تبديد الحرارة، وهو أمر ضروري في تطبيقات التشغيل والأدوات. تعتبر السعة الحرارية النوعية مهمة للعمليات التي تتضمن تغييرات في درجة الحرارة، مثل المعالجة الحرارية.
مقاومة التآكل
الوسيط المسبب للتآكل | التركيز (%) | الحرارة (°م/°ف) | درجة المقاومة | ملاحظات |
---|---|---|---|---|
الكلوريدات | 3-5 | 25 درجة مئوية/77 درجة فهرنهايت | متوسط | خطر الصدأ |
الأحماض | 10 | 25 درجة مئوية/77 درجة فهرنهايت | سيء | غير موصى به |
القلويات | 5-10 | 25 درجة مئوية/77 درجة فهرنهايت | متوسط | عرضة للإصابة بصدأ الإجهاد (SCC) |
الجو | - | - | جيد | يتطلب طلاء وقائي |
يظهر فولاذ 1080 مقاومة محدودة للتآكل، خاصة في البيئات الغنية بالأحماض والكلوريدات. إنه عرضة للصدأ وأيضاً للصدأ الإجهادي عند تعرضه للكلوريدات. بالمقارنة، تقدم درجات مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 304 مقاومة تآكل متفوقة، مما يجعلها أكثر ملاءمة للبيئات القاسية.
مقاومة الحرارة
الخاصية/الحد | الحرارة (°م) | الحرارة (°ف) | ملاحظات |
---|---|---|---|
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة | 300 درجة مئوية | 572 درجة فهرنهايت | بعد هذه الحدود، تتدهور الخصائص |
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة | 400 درجة مئوية | 752 درجة فهرنهايت | تعرض قصير الأمد فقط |
درجة حرارة التقشير | 600 درجة مئوية | 1112 درجة فهرنهايت | خطر الأكسدة بعد هذه الحرارة |
عند درجات حرارة مرتفعة، يمكن أن يفقد فولاذ 1080 خصائصه الميكانيكية، خاصة القوة والصلابة. لا يُوصى باستخدامه للخدمة المستمرة فوق 300 درجة مئوية بسبب احتمال التدهور. تشير درجة حرارة التقشير إلى المكان الذي قد يحدث فيه الأكسدة، مما يستلزم اتخاذ تدابير وقائية في التطبيقات ذات الحرارة العالية.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
عملية اللحام | موصى به مادة الحشو (تصنيف AWS) | غاز/فلكس الحماية النموذجي | ملاحظات |
---|---|---|---|
MIG | ER70S-6 | الأرجون + CO2 | يوصى بالتسخين المسبق |
TIG | ER80S-D2 | الأرجون | يتطلب معالجة بعد اللحام |
عصا | E7018 | - | ليس مثاليًا للأقسام السميكة |
يقدم فولاذ 1080 تحديات في اللحام بسبب محتواه العالي من الكربون، مما يمكن أن يؤدي إلى التصدع. غالباً ما يكون التسخين المسبق قبل اللحام والمعالجة الحرارية بعد اللحام ضروريين للتخفيف من هذه المشاكل. إن اختيار مادة الحشو أمر حاسم لضمان التوافق وتقليل العيوب.
قابلية التشغيل
معلمة التشغيل | فولاذ 1080 | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
---|---|---|---|
مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 60% | 100% | فولاذ 1080 أصعب في التشغيل |
سرعة القطع النموذجية (التدوير) | 25 م/دقيقة | 50 م/دقيقة | استخدم أدوات كاربيد للحصول على أفضل النتائج |
قابلية التشغيل لفولاذ 1080 معتدلة، تتطلب اختياراً دقيقاً للأدوات ومعلمات القطع. يشير مؤشر قابلية التشغيل النسبي إلى أنه أكثر تحدياً في التشغيل مقارنة بالفولاذات ذات الكربون المنخفض مثل AISI 1212. يمكن أن تعزز سرعات القطع المثلى ومواد الأدوات الأداء.
قابلية التشكيل
فولاذ 1080 ليس مناسبًا بشكل خاص لعمليات التشكيل الواسعة بسبب محتواه العالي من الكربون، مما يمكن أن يؤدي إلى الهشاشة. يمكن تشكيله على البارد ولكن قد يتطلب التحكم الدقيق في العملية لتجنب التصدع. يمكن إجراء تشكيل ساخن عند درجات حرارة مرتفعة لتحسين القابلية للطرق.
المعالجة الحرارية
عملية المعالجة | نطاق الحرارة (°م/°ف) | الوقت النموذجي للنقع | طريقة التبريد | الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
---|---|---|---|---|
التطبيع | 700 - 800 / 1292 - 1472 | 1 - 2 ساعات | هواء | تقليل الصلابة، تحسين القابلية للطرق |
تسقيط | 800 - 900 / 1472 - 1652 | 10 - 30 دقيقة | زيت/ماء | زيادة الصلابة |
تمرير حراري | 150 - 300 / 302 - 572 | 1 ساعة | هواء | تقليل الهشاشة، تحسين المتانة |
تغير معالجة الحرارة بشكل كبير الهيكل الدقيق لفولاذ 1080، مما يعزز صلابته ومتانته. تزيد عملية التسقيط من الصلابة، بينما يقلل التمرير الحراري من الهشاشة، مما يسمح بتوازن الخصائص المناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات.
التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية
الصناعة/القطاع | مثال على التطبيق المحدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (باختصار) |
---|---|---|---|
السيارات | زنبركات الورقة | قوة عالية، مقاومة للتعب | ضروري للتطبيقات التي تحتاج لحمل الأحمال |
تصنيع الأدوات | أدوات القطع | صلابة، مقاومة للتآكل | مطلوبة للتحمل والأداء |
الفضاء | مكونات العجلات هبوطية | قوة عالية، متانة | حرجة للسلامة والموثوقية |
في قطاع السيارات، غالبًا ما يُستخدم فولاذ 1080 في زنبركات الورقة بسبب قوته العالية ومقاومته للتعب. في تصنيع الأدوات، تجعل صلابته ومقاومته للتآكل مثاليًا لأدوات القطع. تستفيد تطبيقات الفضاء من متانته وقوته، مما يضمن السلامة والموثوقية في المكونات الحرجة.
اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
الميزة/الخاصية | فولاذ 1080 | AISI 4140 | AISI 1045 | ملاحظة موجزة حول المزايا/العيوب أو التنازلات |
---|---|---|---|---|
الخاصية الميكانيكية الرئيسية | صلابة عالية | متانة جيدة | صلابة معتدلة | يتفوق فولاذ 1080 في الصلابة، و 4140 في المتانة |
المظهر الرئيسي للتآكل | سيء | متوسط | متوسط | فولاذ 1080 أقل مقاومة من الفولاذات السبائكية |
قابلية اللحام | تحدي | متوسطة | جيدة | يتطلب فولاذ 1080 تقنيات لحام دقيقة |
قابلية التشغيل | متوسطة | جيدة | جيدة | فولاذ 1080 أصعب في التشغيل من الدرجات الأدنى |
قابلية التشكيل | محدودة | متوسطة | جيدة | فولاذ 1080 أقل قابلية للتشكيل بسبب محتواه العالي من الكربون |
تكلفة النسبية التقريبية | متوسطة | أعلى | أقل | تختلف التكلفة وفقًا لعناصر السبائك |
توفر النموذجية | شائعة | شائعة | شائعة | متاحة على نطاق واسع في أشكال مختلفة |
عند اختيار فولاذ 1080، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية ومقاومة التآكل وتحديات التصنيع. على الرغم من أنه يقدم صلابة وقوة عالية، قد تحد قابلية لحامه ومقاومته للتآكل من استخدامه في تطبيقات معينة. بالمقارنة مع درجات بديلة مثل AISI 4140 و AISI 1045، فإن فولاذ 1080 هو الأنسب للتطبيقات حيث تكون الصلابة عاملاً أساسياً، بينما قد تكون الدرجات الأخرى مفضلة لمتانتها وسهولة التصنيع.
باختصار، فولاذ 1080 هو فولاذ كربوني متوسط متنوع يتميز بخصائص فريدة تجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات المت demanding. يجب تقييم قوته وضعفه بعناية مقابل متطلبات الهندسة المحددة لضمان الأداء الأمثل.