1137 فولاذ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

يتم تصنيف فولاذ 1137 كفولاذ سبائك متوسط الكربون، ويعرف بشكل أساسي بتوليفته الممتازة من القوة والصلابة ومقاومة التآكل. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ 1137 الكربون (C) والمنغنيز (Mn) والسيليكون (Si)، والتي تؤثر بشكل كبير على خصائصه الميكانيكية وأدائه في تطبيقات مختلفة.

نظرة شاملة

عادةً ما يحتوي فولاذ 1137 على محتوى كربون يتراوح بين 0.30% إلى 0.40%، وهو ما يساهم في قوته وصلابته. يعزز المنغنيز، الموجود عادةً في نطاق 0.60% إلى 0.90%، من القدرة على الصلابة ويحسن من قوة الشد. أما السيليكون، الذي يتواجد غالبًا في حدود 0.15% إلى 0.40%، فإنه يعمل على تحسين إزالة الأكسدة في فولاذ المنصهر ويساهم في قوته العامة.

تشمل الخصائص الأكثر أهمية لفولاذ 1137 قابلية جيدة للتشغيل، ونسبة عالية من القوة إلى الوزن، ومقاومة ممتازة للتآكل. تجعل هذه الخصائص منه مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية، خصوصًا في قطاعات السيارات والتصنيع.

مزايا فولاذ 1137:
- قوة عالية: يقدم قوة شد وقوة عائد جيدين، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الحاملة للأحمال.
- مقاومة التآكل: مقاومة ممتازة للتآكل، مما يجعله مثاليًا للمكونات المعرضة للاحتكاك.
- قابلية التشغيل: عادة ما يكون سهل التشغيل، مما يسمح بعمليات تصنيع فعالة.

محددات فولاذ 1137:
- مقاومة التآكل: مقاومة معتدلة للتآكل، والتي قد تتطلب طلاءات وقائية في بعض البيئات.
- قابلية اللحام: على الرغم من أنه يمكن لحامه، إلا أنه قد يتطلب تسخينًا مسبقًا ومعالجة حرارية بعد اللحام لتجنب التصدع.

تاريخيًا، تم استخدام فولاذ 1137 في تطبيقات متنوعة، بما في ذلك التروس والمحاور ومكونات أخرى تتطلب قوة عالية ومتانة. وضعه في السوق قوي، مع طلب ثابت في الصناعات التي تعطي الأولوية للأداء والموثوقية.

أسماء بديلة، معايير، ومكافئات

الجهة القياسية	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصل	ملاحظات/تعليقات
UNS	G11370	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب مكافئ لـ AISI 1137
AISI/SAE	1137	الولايات المتحدة الأمريكية	فولاذ سبائك متوسط الكربون
ASTM	A108	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة قياسية لبار فولاذ الكربون المُعالج باردة
EN	1.1181	أوروبا	درجة مكافئة مع اختلافات تركيبية طفيفة
JIS	S45C	اليابان	خصائص متشابهة، ولكن مع حدود محتوى كربون مختلفة

تُبرز الجدول أعلاه معايير ومكافئات مختلفة لفولاذ 1137. ومن الجدير بالذكر أنه على الرغم من أن الدرجات مثل S45C و1.1181 قد تبدو مكافئة، فقد تختلف في العناصر السبائكية المحددة والخصائص الميكانيكية، مما قد يؤثر على الأداء في التطبيقات الحرجة.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.30 - 0.40
Mn (المنغنيز)	0.60 - 0.90
Si (السيليكون)	0.15 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.04
S (الكبريت)	≤ 0.05

الدور الأساسي للعناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ 1137 هو كما يلي:
- الكربون (C): يزيد من الصلابة والقوة من خلال تقوية المحلول الصلب وتشكيل الكربيدات.
- المنغنيز (Mn): يعزز من القدرة على الصلابة وقوة الشد، بينما يحسن أيضًا من مقاومة الفولاذ للاحتكاك.
- السيليكون (Si): يعمل كعامل إزالة الأكسدة أثناء إنتاج الفولاذ ويساهم في القوة العامة للفولاذ.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الشرط/المعالجة الحرارية	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	معالج حرارياً	600 - 800 MPa	87 - 116 ksi	ASTM E8
قوة العائد (0.2% انزلاق)	معالج حرارياً	350 - 500 MPa	51 - 73 ksi	ASTM E8
التمدد	معالج حرارياً	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
الصلابة (روكويل C)	معالج حرارياً	20 - 30 HRC	20 - 30 HRC	ASTM E18
قوة الصدمة	-40°C	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

تشكل مجموعة هذه الخصائص الميكانيكية تجعل فولاذ 1137 مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب تحميل ديناميكي ومتطلبات سلامة هيكلية، مثل المكونات الآلية وأجزاء الماكينات.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الشرط/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	-	7.85 g/cm³	0.284 lb/in³
نقطة/مدى انصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
موصلية حرارية	20°C	45 W/m·K	31 BTU·in/h·ft²·°F
السعة الحرارية النوعية	20°C	460 J/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
المقاومة الكهربائية	20°C	0.0006 Ω·m	0.00002 Ω·in

تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة والموصلية الحرارية مهمة للتطبيقات التي تتطلب الوزن وتشتت الحرارة بشكل كبير. تتيح كثافة فولاذ 1137 تصميمات قوية دون وزن زائد، في حين تضمن موصلية حرارته انتقال حرارة فعّال في تطبيقات مثل مكونات المحرك.

مقاومة التآكل

الوكيل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	3-10	20-60	عادل	خطر التآكل النقطي
حمض الكبريتيك	10-30	20-40	ضعيف	غير موصى به
هيدروكسيد الصوديوم	5-20	20-60	عادل	عرضة للتآكل المجهد

يظهر فولاذ 1137 مقاومة معتدلة للتآكل، خصوصًا في البيئات التي تحتوي على كلوريدات ومواد قلوية. فهو عرضة للتآكل النقطي وتصدع التآكل المجهد (SCC) في ظروف معينة. مقارنةً بدرجات مثل AISI 4140، التي تتمتع بمقاومة تآكل أفضل بسبب محتواها الأعلى من الكروم، قد يتطلب فولاذ 1137 طلاءات واقية أو علاجات في البيئات التآكلية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحدود	الدرجة الحرارية (°C)	الدرجة الحرارية (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400	752	مناسب للحرارة المعتدلة
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500	932	تعرض قصير الأمد فقط
درجة حرارة التقشير	600	1112	خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ 1137 بقوته ولكن قد يبدأ بفقدان الصلابة والصلابة. يمكن أن تصبح الأكسدة مصدر قلق، خصوصًا فوق 600 °C، مما يتطلب اهتمامًا دقيقًا في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

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

يمكن لحام فولاذ 1137 ولكنه يتطلب تسخينًا مسبقًا لتقليل خطر التصدع. كما يُوصى أيضًا بمعالجة حرارية بعد اللحام لتخفيف الإجهاد المتبقي وتحسين الصلابة.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	[فولاذ 1137]	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70	100	قابلية تشغيل جيدة، لكنها أصعب من 1212
سرعة القطع النموذجية (تدوير)	30 m/min	50 m/min	استخدم أدوات فولاذ عالية السرعة

تشمل ظروف التشغيل المثلى استخدام أدوات حادة وسرعات قطع مناسبة لتحقيق أفضل تشطيب سطحي وعمر أداة.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ 1137 قابلية تشكيل جيدة، ومناسب لعمليات التشكيل الباردة والساخنة. ومع ذلك، يجب توخي الحذر فيما يتعلق بأشعة الانحناء لتجنب التصدع، خاصةً في تطبيقات التشكيل الباردة.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C)	الوقت النموذجي للتخزين	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التلدين	600 - 700	1 - 2 ساعات	هواء	تليين، تحسين اللدونة
التبريد + التخمير	850 - 900	30 دقيقة	زيت	زيادة الصلابة والقوة

أثناء المعالجة الحرارية، يخضع فولاذ 1137 لتحولات معدنية تعزز من خصائصه الميكانيكية. يمكن أن يزيد التبريد متبوعًا بالتخمير من الصلابة بشكل كبير مع الحفاظ على الصلابة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
السيارات	التروس	قوة عالية، مقاومة للتآكل	أساسي من أجل المتانة
التصنيع	المحاور	صلابة، قابلية للتشغيل	حرج للأداء
الطيران والفضاء	المكونات الهيكلية	نسبة القوة إلى الوزن	مهم للكفاءة

تشمل التطبيقات الأخرى:
- مكونات الماكينات
- الأجزاء السريعة
- الأدوات

غالبًا ما يتم اختيار فولاذ 1137 لتوازنه بين القوة وقابلية التشغيل، مما يجعله مثاليًا للمكونات التي تتطلب كل من المتانة وسهولة التصنيع.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	[فولاذ 1137]	[AISI 4140]	[AISI 1045]	ملاحظات موجزة إيجابية/سلبية أو مفاضلة
الخصائص الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	صلابة أعلى	قوة معتدلة	4140 يوفر صلابة أفضل ولكن أصعب في التشغيل
الجوانب الرئيسية للتآكل	معتدلة	جيدة	عادلة	4140 لديه مقاومة تآكل أفضل بسبب الكروم
قابلية اللحام	معتدلة	جيدة	عادلة	4140 قد يتطلب تسخين مسبق أكثر
قابلية التشغيل	جيدة	عادلة	ممتازة	1045 أسهل في التشغيل
التكلفة النسبية التقريبية	معتدلة	أعلى	أقل	تختلف اعتبارات التكلفة حسب التطبيق
التوافر النموذجي	شائعة	أقل شيوعًا	شائعة جدًا	1045 متوفر على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ 1137، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، فعاليته من حيث التكلفة، وتوافره. بينما يقدم توازنًا جيدًا بين القوة وقابلية التشغيل، قد تُفضل البدائل مثل AISI 4140 في التطبيقات التي تتطلب صلابة أعلى أو مقاومة للتآكل. بالإضافة إلى ذلك، فإن قابلية اللحام والتشغيل المعتدلة لفولاذ 1137 تجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من عمليات التصنيع، على الرغم من ضرورة توخي الحذر لتجنب المشكلات أثناء التصنيع.