1090 الصلب: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

صلب 1090 مصنف كصلب متوسط الكربون، يتكون أساسًا من الحديد مع محتوى كربون يبلغ حوالي 0.90%. هذا الصنف من الصلب يقع ضمن نظام تصنيف AISI/SAE ويشتهر بقوة وصلابة عالية، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية. العنصر السبائكي الرئيسي في صلب 1090 هو الكربون، الذي يؤثر بشكل كبير على خصائصه الميكانيكية، خاصةً قوته الشدية وصلابته.

نظرة عامة شاملة

يتميز صلب 1090 بمقاومته الممتازة للتآكل وقدرته على التصلب من خلال عمليات المعالجة الحرارية. يسمح محتوى الكربون بتوازن دقيق بين القوة والمرونة، مما يجعله مادة متعددة الاستخدامات للتطبيقات التي تتطلب قوة وصلابة عالية.

المزايا:
- قوة وصلابة عالية: يوفر محتوى الكربون المرتفع قوة شد وصلابة فائقة مقارنة بالصلب ذو المحتوى الكربوني المنخفض.
- مقاومة جيدة للتآكل: مثالي للتطبيقات التي تكون فيها مقاومة التآكل حرجة.
- قابل للمعالجة الحرارية: يمكن تصلبه من خلال عمليات التبريد والتخمير، مما يعزز خصائصه الميكانيكية.

القيود:
- تقليل المرونة: يمكن أن يؤدي محتوى الكربون العالي إلى الهشاشة، خاصة في الحالة المتصلبة.
- مشاكل في القابلية للحام: يمكن أن يكون لحام صلب 1090 تحديًا بسبب محتواه من الكربون، مما قد يؤدي إلى التشققات.
- عرضة للتآكل: أكثر عرضة للتآكل مقارنة بالصلب ذو المحتوى الكربوني المنخفض، مما يتطلب طلاءات واقية في بعض البيئات.

تاريخيًا، تم استخدام صلب 1090 في مجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك مكونات السيارات، والأدوات، وأجزاء الآلات، وذلك بفضل خصائصه الميكانيكية المواتية. وتتميز مكانته في السوق في الصناعات التي تتطلب مواد عالية الأداء، على الرغم من أنه أقل شيوعًا من درجات أخرى مثل صلب 1045 أو 1080.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصل	ملاحظات/تعليقات
UNS	G10900	الولايات المتحدة الأمريكية	الأقرب تعادل لـ AISI 1090
AISI/SAE	1090	الولايات المتحدة الأمريكية	صلب متوسط الكربون مع محتوى كربون مرتفع
ASTM	A108	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة قياسية لقطع صلب الكربون المعالج بالبرودة
EN	C90E	أوروبا	اختلافات طفيفة في التركيبة يجب أن تكون على علم بها
JIS	S45C	اليابان	خصائص مشابهة ولكن مع عناصر سبائكية مختلفة

تسلط الجدول أعلاه الضوء على معايير ومعادلات متنوعة لصلب 1090. من الجدير بالذكر أنه على الرغم من أن S45C مشابه، إلا أنه قد يحتوي على عناصر سبائكية مختلفة يمكن أن تؤثر على الأداء في تطبيقات معينة.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.85 - 0.95
Mn (المنغنيز)	0.60 - 0.90
Si (السليكون)	0.15 - 0.40
P (الفسفور)	≤ 0.04
S (الكبريت)	≤ 0.05

العنصر السبائكي الرئيسي في صلب 1090 هو الكربون، الذي يعزز من الصلابة والقوة. يساهم المنغنيز في القدرة على التصلب ويحسن من الصلابة، بينما يساعد السليكون في إزالة الأكسدة أثناء صناعة الصلب. يتم الحفاظ على مستويات الفوسفور والكبريت عند مستويات منخفضة للحفاظ على المرونة ومنع الهشاشة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة الحرارة للاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (ميتري)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخمّر	درجة حرارة الغرفة	620 - 850 ميغاباسكال	90 - 123 كيسي	ASTM E8
قوة الخضوع (0.2% انزلاق)	مخمّر	درجة حرارة الغرفة	350 - 600 ميغاباسكال	51 - 87 كيسي	ASTM E8
التمدد	مخمّر	درجة حرارة الغرفة	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
الصلابة (روكويل C)	مبرد ومخمّر	درجة حرارة الغرفة	50 - 60 HRC	50 - 60 HRC	ASTM E18
قوة الصدمة	مبرد ومخمّر	-20 درجة مئوية	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لصلب 1090 مناسبة للتطبيقات التي تتطلب قوة وصلابة عالية. تشير مجموعة قوة الشد وقوة الخضوع إلى قدرتها على تحمل الأحمال الكبيرة، بينما تشير قيم الصلابة إلى مقاومة ممتازة للتآكل.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (ميترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غم/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 درجة مئوية	2600 - 2800 درجة فهرنهايت
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	45 واط/م·ك	31 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت)
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.46 كيلوجول/كغ·ك	0.11 BTU/رطل·درجة فهرنهايت
معامل التمدد الحراري	درجة حرارة الغرفة	11.5 x 10⁻⁶/K	6.4 x 10⁻⁶/°F

تشير كثافة صلب 1090 إلى كتلته الكبيرة، مما يسهم في قوته. نقطة الانصهار مرتفعة نسبيًا، مما يسمح له بالحفاظ على سلامة الهيكل عند درجات حرارة مرتفعة. تعتبر الموصلية الحرارية والسعة الحرارية النوعية مهمة للتطبيقات التي تتضمن نقل الحرارة.

مقاومة التآكل

العميل التآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م/°ف)	تقييم المقاومة	ملاحظات
الجو	-	-	جيد	خطر الصدأ دون حماية
الكلوريدات	3-5	20-60 °م (68-140 °ف)	ضعيف	عرضة للتآكل بالتحلل
الأحماض	10-20	درجة حرارة الغرفة	ضعيف	غير موصى به في البيئات الحمضية
القلويات	5-10	درجة حرارة الغرفة	جيد	مقاومة متوسطة، لكن الإجراءات الوقائية مطلوبة

يظهر صلب 1090 مقاومة متوسطة للتآكل، خاصةً في الظروف الجوية. ومع ذلك، فهو عرضة للتحلل في بيئات الكلوريد ولا ينبغي استخدامه في التطبيقات الحمضية. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ، مثل 304 أو 316، فإن مقاومة التآكل لصلب 1090 أقل بشكل كبير، مما يتطلب طلاءات أو تشطيبات واقية في البيئات التآكلية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	300 °م	572 °ف	بعد ذلك، تتدهور الخصائص
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	400 °م	752 °ف	تعرض قصير الأجل فقط
درجة حرارة التآكل	600 °م	1112 °ف	خطر الأكسدة عند هذه الدرجة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحافظ صلب 1090 على قوته لكنه قد يبدأ في فقدان الصلابة والصلابة. يمكن أن يحدث الأكسدة عند درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى التآكل، مما يمكن أن يؤثر على سلامة السطح.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الحماية النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + CO2	يوصى بالتسخين المسبق
TIG	ER70S-2	أرجون	يتطلب معالجة حرارية بعد اللحام

يمكن أن يكون لحام صلب 1090 تحديًا بسبب محتواه العالي من الكربون، مما قد يؤدي إلى التشققات. يوصى بالتسخين المسبق قبل اللحام والمعالجة الحرارية بعد اللحام للتخفيف من هذه المشاكل.

قابلية المعالجة

معلمة المعالجة	صلب 1090	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية المعالجة النسبي	60	100	1212 أسهل في المعالجة
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	30-50 م/دقيقة	60-80 م/دقيقة	تعديل بناءً على الأدوات

يتمتع صلب 1090 بقابلية معالجة متوسطة. يجب استخدام سرعات القطع المثلى والأدوات لتحقيق أفضل النتائج، حيث يمكن أن يتصلب بسرعة.

قابلية التشكيل

صلب 1090 أقل قابلية للتشكيل من الصلب ذو المحتوى الكربوني المنخفض بسبب محتواه العالي من الكربون. من الممكن التشكيل البارد ولكن قد يتطلب مزيدًا من القوة ويمكن أن يؤدي إلى تصلب العمل. التشكيل الساخن أكثر ملاءمة، مما يسمح بتشكيل أفضل دون التأثير على سلامة المادة.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م/°ف)	مدة النقع النموذجية	طريقة التبريد	الهدف الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التخميل	600 - 700 °م / 1112 - 1292 °ف	1 - 2 ساعة	هواء	تليين، تحسين المرونة
التبريد المفاجئ	800 - 900 °م / 1472 - 1652 °ف	30 دقيقة	زيت أو ماء	تصلب
التخمير	200 - 600 °م / 392 - 1112 °ف	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين الصلابة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية المجهرية لصلب 1090. يزيد التبريد المفاجئ من الصلابة، بينما التخمير ضروري لتقليل الهشاشة وتعزيز الصلابة.

التطبيقات الشائعة والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للصلب المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
السيارات	أعمدة القيادة	قوة عالية، مقاومة للتآكل	الدوام تحت الحمل
الأدوات	أدوات القطع	صلابة، احتفاظ بالحواف	طول أداء طويل
الآلات	التروس	صلابة، مقاومة التعب	موثوقية في التشغيل

تشمل التطبيقات الأخرى:
- أعمدة ومحاور في الآلات
- مكونات النوابض
- مكونات متعلقة بالقوة العالية

يتم اختيار صلب 1090 لهذه التطبيقات بسبب قدرته على تحمل الإجهاد العالي والتآكل، مما يجعله مثاليًا للمكونات التي تتطلب الدوام والأداء.

اعتبارات مهمة، ومعايير اختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	صلب 1090	AISI 1045	AISI 1080	ملاحظة موجزة عن المزايا والعيوب أو التوازن
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	قوة معتدلة	قوة عالية	يوفر 1090 صلابة أفضل من 1045
جانب التآكل الرئيسي	جيد	جيد	ضعيف	1090 أقل مقاومة للتآكل مقارنة بـ 1080
قابلية اللحام	تحدي	معتدل	ضعيف	1045 أسهل في اللحام من 1090
قابلية المعالجة	متوسطة	جيدة	ضعيف	1045 أسهل في المعالجة من 1090
التكلفة التقريبية النسبية	متوسطة	منخفضة	متوسطة	التكلفة تختلف حسب الطلب في السوق
التوافر النموذجي	متوسطة	مرتفع	متوسطة	1045 أكثر توافرًا بشكل شائع

عند اختيار صلب 1090، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، والاحتمالية للتآكل، والتحديات في التصنيع. بينما يقدم قوة عالية ومقاومة للتآكل، قد تحد قابلية لحامه ومواده من استخدامه في تطبيقات معينة. فهم هذه التوازنات أمر حاسم للمهندسين والمصممين عند تحديد المواد للمشاريع.

باختصار، صلب 1090 هو صلب متوسط الكربون قوي مع مزايا وقيود مميزة. تمتد تطبيقاته عبر مختلف الصناعات، مما يجعله مادة قيمة للمكونات عالية الأداء.