1112 الصلب: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

فولاذ 1112 هو فولاذ سبيكة منخفض الكربون يُصنَّف ضمن فئة الفولاذ متوسط الكربون. يتميز بشكل أساسي بتركيبته، التي تشمل كمية كبيرة من المنغنيز ومحتوى منخفض من الكربون، عادة حوالي 0.12%. يُستخدم هذا الدرجة من الفولاذ غالبًا في التطبيقات التي تتطلب قابلية تشغيل جيدة وقوة معتدلة، مما يجعله خيارًا شائعًا في مختلف القطاعات الهندسية.

نظرة شاملة

يُصنَّف فولاذ 1112 على أنه فولاذ سبيكة منخفض الكربون، مع كون العناصر الأساسية المكونة له هي الكربون (C) والمنغنيز (Mn) وكميات صغيرة من الكبريت (S) والفوسفور (P). يساهم محتوى الكربون المنخفض في مرونته الممتازة وقابليته للتشكيل، بينما يعزز المنغنيز من قابليته للتصلب وقوته.

تشمل الخصائص الأكثر أهمية لفولاذ 1112 ما يلي:

• قابلية تشغيل جيدة: يُعرف هذا الدرجة من الفولاذ بسهولة تشغيله، مما يجعله مناسبًا لمكونات دقيقة.
• قوة معتدلة: رغم أنه ليس بقوة الفولاذ عالي الكربون، إلا أن فولاذ 1112 يوفر قوة كافية للعديد من التطبيقات.
• قابلية اللحام: يمكن لحامه باستخدام الطرق القياسية، على الرغم من أن التسخين المسبق قد يكون ضروريًا لتجنب التشقق.

المزايا:
- تسمح قابلية التشغيل الممتازة بإنتاج فعال للأجزاء المعقدة.
- تجعل المرونة والمتانة الجيدة منه مناسبًا للتطبيقات ذات الحمل الديناميكي.
- فعّال من حيث التكلفة بسبب محتواه المنخفض من الكربون وسهولة إنتاجه.

القيود:
- القوة الأقل مقارنة بالفولاذ عالي الكربون تحد من استخدامه في التطبيقات ذات الإجهاد العالي.
- مقاومة التآكل المنخفضة مقارنة بالفولاذ ذا المحتوى العالي من الكربون.

تاريخيًا، كان فولاذ 1112 مهمًا في صناعات السيارات والتصنيع، حيث تم استغلال خصائصه في إنتاج التروس والمحاور ومكونات أخرى تتطلب قابلية تشغيل جيدة وقوة معتدلة.

أسماء بديلة ومعايير ومكافئات

المنظمة المعيارية	التعيين/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	G11120	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب مكافئ لـ AISI 1112
AISI/SAE	1112	الولايات المتحدة الأمريكية	تعيين يُستخدم بشكل شائع
ASTM	A108	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة قياسية لحديد الكربون المعالج بالبرودة
EN	1.1121	أوروبا	اختلافات تركيبية ثانوية يجب الانتباه لها
JIS	S12C	اليابان	خصائص مشابهة ولكن معايير معالجة مختلفة

توضح الجدول أعلاه التعيينات والمعايير المختلفة المرتبطة بفولاذ 1112. من الجدير بالذكر أنه بينما يُعتبر G11120 و AISI 1112 عادةً متساويين، فإن الاختلافات الطفيفة في التركيب والمعالجة يمكن أن تؤثر على الأداء في تطبيقات معينة. على سبيل المثال، قد تحتوي المعايير الأوروبية 1.1121 على حدود أكثر صرامة لمحتوى الكبريت، مما يمكن أن يؤثر على قابلية التشغيل وإنهاء السطح.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.10 - 0.15
Mn (المنغنيز)	0.60 - 0.90
S (الكبريت)	≤ 0.05
P (الفوسفور)	≤ 0.04

تلعب العناصر الأساسية المكونة في فولاذ 1112 أدوارًا حاسمة:
- الكربون (C): يوفر القوة الأساسية والصلابة؛ ومع ذلك، يضمن المحتوى المنخفض مرونة جيدة.
- المنغنيز (Mn): يعزز من القابلية للتصلب وقوة الشد، مما improves wear resistance.
- الكبريت (S): يُضاف لتحسين قابلية التشغيل ولكن يجب التحكم فيه لتجنب الهشاشة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة حرارة الاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (متري)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري)	معيار المرجع لطريقة الاختبار
قوة الشد	معالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	450 - 550 ميغاباسكال	65 - 80 ksi	ASTM E8
قوة العائد (انحراف 0.2%)	معالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	250 - 350 ميغاباسكال	36 - 51 ksi	ASTM E8
التمدد	معالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	25 - 30%	25 - 30%	ASTM E8
الصلابة (برينيل)	معالجة حرارية	درجة حرارة الغرفة	120 - 160 HB	120 - 160 HB	ASTM E10
قوة التأثير (شاربي)	معالجة حرارية	-20°C (-4°F)	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل الخصائص الميكانيكية لفولاذ 1112 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة معتدلة ومرونة جيدة. قوة الشد وقوة العائد كافية للعديد من التطبيقات الهندسية، بينما يشير التمدد إلى قابلية جيدة للتشكيل. تشير قوة التأثير عند درجات الحرارة المنخفضة إلى أنه يمكنه تحمل الأحمال الديناميكية دون الكسر.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (متري)	القيمة (إمبراطوري)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة/نطاق الانصهار	-	1425 - 1540 °م	2600 - 2800 °ف
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	50 واط/م·ك	29 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·°ف)
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.46 كيلوجول/كجم·ك	0.11 BTU/رطل·°ف
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0006 أوم·م	0.00002 أوم·بوصة

تشير كثافة فولاذ 1112 إلى أنه مادة ثقيلة نسبيًا، وهو أمر نموذجيا للفولاذ. تقترح نقطة انصهاره استقرارًا حراريًا جيدًا، في حين تشير الموصلية الحرارية والسعة الحرارية النوعية إلى كيفية تصرفه تحت الأحمال الحرارية. وتكون مقاومته الكهربائية منخفضة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي يؤخذ فيها توصيل الكهرباء بعين الاعتبار.

مقاومة التآكل

المادة المسببة للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م/°ف)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الكلوريدات	يختلف	محطة	متوسطة	عرضة للتآكل
الأحماض	يختلف	محطة	ضعيف	غير موصى به
القلويات	يختلف	محطة	جيد	عمومًا مقاومة
الجو	-	محطة	متوسطة	يتطلب طلاء وقائي

يظهر فولاذ 1112 مقاومة متوسطة للتآكل. إنه عرضة للتآكل في بيئات الكلوريد، مما يمكن أن يكون مصدر قلق كبير في التطبيقات البحرية. في الظروف الحمضية، يظهر مقاومة ضعيفة، مما يجعله غير مناسب لبيئات المعالجة الكيميائية. ومع ذلك، فإنه يعمل بصورة معقولة في الظروف القلوية، مما يمكن أن يكون مفيدًا في بعض التطبيقات.

عند مقارنته بدرجات فولاذ أخرى مثل AISI 1018 و4140، فإن مقاومة التآكل في فولاذ 1112 عمومًا أقل بسبب تركيبته الأقل سبيكة. على سبيل المثال، يحتوي AISI 4140 على قابلية تصلب ومقاومة تآكل أفضل، مما يجعله أكثر ملائمة للتطبيقات التي تتعرض لبيئات قاسية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة للخدمة المستمرة	400 °م	752 °ف	بعد ذلك، تتدهور الخصائص
أقصى درجة حرارة للخدمة المتقطعة	500 °م	932 °ف	تعرض قصير الأمد فقط
درجة حرارة التآكل	600 °م	1112 °ف	خطر الأكسدة عند هذه الدرجة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ 1112 بخصائصه الميكانيكية حتى حوالي 400 °م (752 °ف). بعد ذلك، قد يتعرض الفولاذ لانخفاض في القوة والمرونة. تشير درجة حرارة التآكل إلى النقطة التي تصبح فيها الأكسدة مصدر قلق، مما يتطلب طلاءات وقائية أو بيئات محكمة التحكم في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن المضاف الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس الحماية النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + CO2	جيد للحام العام
TIG	ER70S-2	أرجون	مناسب للأقسام الرقيقة
Stick	E7018	-	يتطلب تسخين مسبق

يعتبر فولاذ 1112 عمومًا قابلًا للحام باستخدام عمليات قياسية مثل اللحام MIG وTIG واللحام بالطريقة التقليدية. قد يكون التسخين المسبق ضروريًا لتجنب التشقق، خاصةً في الأقسام السميكة. يمكن أن يؤثر اختيار المعدن المضاف على الخصائص النهائية للحام، ويجب توخي الحذر ليتناسب المعدن المضاف مع المادة الأساسية.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	فولاذ 1112	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	100	150	1212 أسهل في التشغيل
سرعة القطع النموذجية (الدوران)	30 م/دقيقة	45 م/دقيقة	تعديل على أساس تآكل الأداة

يقدم فولاذ 1112 قابلية تشغيل جيدة، رغم أنه ليس مفضلًا كما هو الحال في AISI 1212، الذي تم تصميمه خصيصًا ليكون له قابلية تشغيل عالية. يجب اختيار سرعات القطع والأدوات المثلى لضمان التشغيل الفعال مع تقليل تآكل الأداة.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ 1112 قابلية تشكيل جيدة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل البارد والساخن. يمكن ثنيه وتشكيله دون خطر كبير من التشقق، على الرغم من أنه يجب توخي الحذر مع أشعة الانحناء لتجنب تصلب العمل.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°م/°ف)	الوقت النموذجي للتجفيف	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
تخليل	600 - 700 °م / 1112 - 1292 °ف	1 - 2 ساعات	هواء	تحسين المرونة وتقليل الصلابة
تصلب	800 - 850 °م / 1472 - 1562 °ف	30 دقيقة	زيت أو ماء	زيادة الصلابة والقوة
تليين	400 - 600 °م / 752 - 1112 °ف	ساعة واحدة	هواء	تقليل الهشاشة وتحسين المتانة

يمكن أن تؤدي عمليات المعالجة الحرارية مثل التخليل والتصلب والتليين إلى تغيير كبير في التركيب الدقيق وخصائص فولاذ 1112. يعزز التخليل المرونة، بينما يزيد التصلب من الصلابة. غالباً ما يتم استخدام التليين لرفع الضغوط وتحسين المتانة بعد التصلب.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
السيارات	تروس	قابلية تشغيل جيدة، قوة معتدلة	إنتاج بتكلفة فعّالة
التصنيع	محاور	مرونة، متانة	مناسب للأحمال الديناميكية
الفضاء	حوامل	خفيف الوزن، قوة معتدلة	توازن بين الوزن والقوة

في قطاع السيارات، يُستخدم فولاذ 1112 غالبًا للتروس نظرًا لقابلية تشغيله الممتازة وقوته المعتدلة. في مجال التصنيع، يتم استخدامه في المحاور التي تتطلب مرونة جيدة ومتانه لتحمل الأحمال الديناميكية. في تطبيقات الفضاء، يتم اختياره للحوامل حيث يكون التوازن بين الوزن والقوة أمرًا حاسمًا.

اعتبارات هامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الخاصية/الميزة	فولاذ 1112	AISI 1018	AISI 4140	ملاحظة موجزة عن المزايا/العيوب أو التوازن
خاصية ميكانيكية رئيسية	قوة معتدلة	قوة أقل	قوة أعلى	4140 أفضل للتطبيقات ذات الإجهاد العالي
جانب مقاومة التآكل الرئيسي	متوسطة	جيدة	متوسطة	1018 لديها مقاومة للتآكل أفضل
قابلية اللحام	جيدة	ممتازة	متوسطة	4140 تحتاج إلى تسخين مسبق للحام
قابلية التشغيل	جيدة	ممتازة	متوسطة	1018 أسهل في التشغيل
قابلية التشكيل	جيدة	جيدة	متوسطة	4140 أقل قابلية للتشكيل
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	منخفضة	مرتفعة	تختلف التكلفة باختلاف محتوى السبيكة
التوافر النموذجي	مرتفع	مرتفع	متوسط	1018 متاحة على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ 1112، تشمل الاعتبارات فعالية التكلفة والتوافر مقارنة بالبدائل مثل AISI 1018 وAISI 4140. على الرغم من أن فولاذ 1112 يقدم قابلية تشغيل جيدة وقوة معتدلة، إلا أنه قد لا يكون مناسبًا للتطبيقات ذات الإجهاد العالي حيث سيكون 4140 مفضلًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن مقاومته للتآكل ليست قوية كما هو الحال في AISI 1018، مما يجعله أقل مثالية لبعض البيئات.

باختصار، يعتبر فولاذ 1112 فولاذ سبيكة منخفض الكربون متعدد الاستخدامات يتألق في التطبيقات التي تتطلب قابلية تشغيل جيدة وقوة معتدلة. تجعل خصائصه منه مناسبًا لمجموعة من التطبيقات الهندسية، على الرغم من أن الأخذ بعين الاعتبار قيوده أمر ضروري لتحقيق الأداء الأمثل.