1214 الفولاذ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ 1214 هو فولاذ سبيكة متوسط الكربون مشهور بقدرته الممتازة على المعالجة وخصائصه الميكانيكية الجيدة. مصنف كفولاذ منخفض السبيكة، يحتوي عادةً على نسبة كربون تبلغ حوالي 0.12% إلى 0.14%، بالإضافة إلى كميات كبيرة من المنغنيز والكبريت. تعزز وجود هذه العناصر السبائكية صلابته وقوته ومقاومته للتآكل، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية.
نظرة شاملة
يُصنف الفولاذ 1214 أساسًا كفولاذ سبيكة متوسط الكربون. تشمل عناصره الأساسية السليكية الكربون (C) والمنغنيز (Mn) والكبريت (S)، والتي تلعب أدوارًا حاسمة في تعريف خصائصه. تسهم نسبة الكربون في صلابة الفولاذ وقوته، بينما يعزز المنغنيز من صلابته وقابليته للتصلب. الكبريت، على الرغم من وجوده بكميات صغيرة، يحسن من قابلية المعالجة من خلال تعزيز تكوين الخصائص القابلة للقطع.
أهم خصائص الفولاذ 1214 تشمل:
- قابلية معالجة عالية: يفضل هذا الصف من الفولاذ غالبًا في التطبيقات التي تتطلب معالجة مكثفة بسبب قدرته على إنتاج تشطيبات دقيقة وتحملات ضيقة.
- قوة وصلابة جيدة: يظهر توازنًا بين القوة والصلابة، مما يجعله مناسبًا للأجزاء التي تتعرض لإجهاد معتدل.
- قابلية اللحام: بينما يمكن إذابته، يجب توخي الحذر لتجنب الشقوق بسبب محتوى الكبريت.
المزايا والقيود
| المزايا | القيود |
|---|---|
| قابلية معالجة ممتازة | مقاومة محدودة للتآكل |
| نسبة جيدة بين القوة والوزن | غير مناسب للاستخدامات ذات الحرارة العالية |
| فعال من حيث التكلفة للإنتاج الضخم | قد يتطلب معالجة حرارية لتحقيق خصائص مثلى |
يمتلك الفولاذ 1214 موقعًا مهمًا في السوق بسبب استخدامه الواسع في تصنيع المكونات مثل التروس والمحاور والمثبتات. تكمن أهميته التاريخية في تطويره كفولاذ قابل للقطع الحر، مما مهد الطريق للتقدم في عمليات المعالجة الآلية.
أسماء بديلة ومعايير ومعادلات
| المنظمة المعيارية | التسمية/الدرجة | البلد/المنطقة الأصل | ملاحظات/ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | G12140 | الولايات المتحدة | أقرب معادل لـ AISI 1214 |
| AISI/SAE | 1214 | الولايات المتحدة | فولاذ قابل للقطع بإضافة الكبريت |
| ASTM | A108 | الولايات المتحدة | مواصفة قياسية لبار الفولاذ الكربوني المعالج باردة |
| EN | 1.0737 | أوروبا | خصائص مشابهة، اختلافات تركيبية بسيطة |
| JIS | S45C | اليابان | مماثل، ولكن بمحتوى كبريت مختلف |
تُبرز الجدول أعلاه معايير ومعادلات مختلفة للفولاذ 1214. من الجدير بالذكر أنه على الرغم من أن درجات مثل S45C قد تبدو مشابهة، إلا أنها غالبًا ما تحتوي على محتويات كبريت مختلفة، مما يؤثر على قابلية المعالجة وقابلية اللحام. إن فهم هذه الفروق الدقيقة أمر حيوي لاختيار المادة المناسبة للتطبيقات المحددة.
الخصائص الأساسية
التركيب الكيميائي
| عنصر (الرمز والاسم) | نسبة النسبة المئوية (%) |
|---|---|
| الكربون (C) | 0.12 - 0.14 |
| المنغنيز (Mn) | 0.60 - 0.90 |
| الكبريت (S) | 0.15 - 0.30 |
| الفوسفور (P) | ≤ 0.04 |
| الحديد (Fe) | التوازن |
تؤثر العناصر السبائكية الأساسية في الفولاذ 1214 بشكل كبير على خصائصه. يعزز الكربون الصلابة وقوة الشد، بينما يحسن المنغنيز من القدرة على التحمل وقابلية التصلب. الكبريت، على الرغم من أنه يمكن أن يقلل من اللدونة، إلا أنه مفيد لقابلية المعالجة، مما يسمح بقص وشكل أسهل خلال عمليات التصنيع.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الدرجات | القيمة النموذجية/النطاق (وحدات متري - وحدات SI) | القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات الإمبراطورية) | المعيار المرجعي لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | مقسى | 580 - 700 ميغاباسكال | 84 - 102 ksi | ASTM E8 |
| قوة العائد (0.2% انزياح) | مقسى | 350 - 450 ميغاباسكال | 51 - 65 ksi | ASTM E8 |
| التمدد | مقسى | 20 - 30% | 20 - 30% | ASTM E8 |
| الصلابة (برينيل) | مقسى | 150 - 200 HB | 150 - 200 HB | ASTM E10 |
| قوة التأثير | شاربي (20°C) | 30 - 50 جول | 22 - 37 قدم-رطل | ASTM E23 |
تجعل الخصائص الميكانيكية للفولاذ 1214 احتماعه مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة معتدلة وقابلية معالجة جيدة. تشير قوته في الشد والعائد إلى أنه يمكنه تحمل أحمال كبيرة، بينما يشير نسبة التمدد إلى لدونة معقولة، مما يسمح ببعض التشوه قبل الفشل. تشير القيم الصلابة إلى أنها يمكن أن تحافظ على حافة حادة، مما يجعلها مثالية ل أدوات القطع والمكونات الدقيقة.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/درجة الحرارة | القيمة (وحدات متري - وحدات SI) | القيمة (الوحدات الإمبراطورية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | درجة حرارة الغرفة | 7.85 غرام/سم³ | 0.284 رطل/بوصة³ |
| نقطة الانصهار | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| التوصيل الحراري | درجة حرارة الغرفة | 45 واط/م·ك | 31 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·°F) |
| السعة الحرارية النوعية | درجة حرارة الغرفة | 0.46 كيلوجول/كغم·ك | 0.11 BTU/رطل·°F |
| المقاومة الكهربائية | درجة حرارة الغرفة | 0.00065 أوم·م | 0.00038 أوم·بوصة |
تعد الخصائص الفيزيائية للفولاذ 1214، مثل كثافته وتوصيله الحراري، أساسية للتطبيقات التي تكون فيها الوزن وتشتت الحرارة عوامل حاسمة. تسهم كثافته العالية نسبيًا في القوة العامة للمكونات، بينما يضمن توصيله الحراري نقل الحرارة بكفاءة في التطبيقات مثل الأدوات والمعالجة.
مقاومة التآكل
| العامل المسبب للتآكل | التركيز (%) | درجة الحرارة (°C/°F) | تصنيف المقاومة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| كلوريدات | 3-10 | 20-60 °C (68-140 °F) | عادلة | خطر النقر |
| أحماض | 10-20 | 20-40 °C (68-104 °F) | ضعيفة | غير موصى بها |
| قلويات | 5-15 | 20-60 °C (68-140 °F) | عادلة | عرضة للشقوق الناتجة عن التوتر |
| الجو | - | - | جيدة | تؤدي بشكل جيد في البيئات الخفيفة |
يظهر الفولاذ 1214 مقاومة محدودة للتآكل، خاصة في البيئات الحمضية والقلوية. على الرغم من أنه يمكن أن يتحمل الظروف الجوية المعتدلة، إلا أنه عرضة للنقر والتشققات الناتجة عن التوتر في وجود الكلوريدات. مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ مثل 304 أو 316، التي تقدم مقاومة superior للتآكل، يعتبر الفولاذ 1214 أقل ملاءمة للتطبيقات المعرضة لبيئات قاسية.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | درجة الحرارة (°C) | درجة الحرارة (°F) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة | 400 °C | 752 °F | بعد ذلك، تتدهور الخصائص |
| أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة | 450 °C | 842 °F | تعرض قصير الأمد فقط |
| درجة حرارة التغطية | 600 °C | 1112 °F | خطر الأكسدة عند درجات حرارة أعلى |
عند درجات الحرارة المرتفعة، يمكن للفولاذ 1214 الحفاظ على خصائصه الميكانيكية حتى حوالي 400 °C (752 °F). ومع ذلك، يمكن أن يؤدي التعرض المديد لما بعد هذا الحد إلى انخفاض في القوة والصلابة. تشير درجة حرارة التغطية إلى المكان الذي قد يصبح فيه الأكسدة مصدر قلق، مما يتطلب من تدابير الحماية في التطبيقات ذات الحرارة العالية.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | الأقطاب المعدنية الموصى بها (تصنيف AWS) | الغاز/الفلكس الحامي النموذجي | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | خليط الأرجون + CO2 | يستحسن التسخين المسبق |
| TIG | ER70S-2 | الأرجون | يتطلب علاج حراري بعد اللحام |
| Stick | E7018 | - | مناسب للأقسام السميكة |
يمكن لحام الفولاذ 1214 باستخدام عمليات مختلفة، ولكن يجب توخي الحذر لتخفيف خطر التشقق بسبب محتوى الكبريت. يساعد التسخين المسبق قبل اللحام والعلاج الحراري بعد اللحام في تخفيف الضغوط المتبقية وتحسين سلامة اللحام.
قابلية المعالجة
| معلمة المعالجة | [فولاذ 1214] | [AISI 1212] | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية المعالجة النسبي | 100 | 130 | 1214 أقل قابلية للمعالجة من 1212 |
| سرعة القطع النموذجية (الدوران) | 30-50 م/دقيقة | 50-80 م/دقيقة | يجب ضبط الأدوات لتحقيق الأداء الأمثل |
يُعرف الفولاذ 1214 بقابلية المعالجة الممتازة، على الرغم من أنه أقل قابلية للمعالجة قليلاً من AISI 1212 بسبب محتواه العالي من الكبريت. يجب أن تؤخذ سرعات القطع المثلى والأدوات في الاعتبار لتحقيق أفضل النتائج خلال عمليات المعالجة.
قابلية التشكيل
يظهر الفولاذ 1214 قابلية تشكيل معتدلة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشكيل البارد والساخن. ومع ذلك، بسبب محتواه المتوسط من الكربون، قد يتطلب التعامل الدقيق لتجنب تصلب العمل. يجب أن تؤخذ أدنى نصف قطر للقطع في الاعتبار خلال عمليات التشكيل لتجنب التشقق.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق درجة الحرارة (°C/°F) | الوقت النموذجي للاستخدام | طريقة التبريد | الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التمليح | 600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F | 1 - 2 ساعات | هواء أو فرن | تليين، تحسين قابلية المعالجة |
| التبريد | 800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F | 30 دقيقة | زيت أو ماء | تصلب، زيادة القوة |
| التقسية | 400 - 600 °C / 752 - 1112 °F | 1 ساعة | هواء | تقليل الهشاشة، تحسين الصلابة |
تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية الدقيقة وخصائص الفولاذ 1214. يعمل التمليح على تليين المادة، مما يعزز قابلية المعالجة، بينما يزيد التبريد من الصلابة. تعتبر التقسية ضرورية لتحقيق توازن بين الصلابة والصلابة، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات.
التطبيقات والنهايات النموذجية
| الصناعة/القطاع | مثال على تطبيق محدد | خصائص الفولاذ الأساسية المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (باختصار) |
|---|---|---|---|
| السيارات | التروس | قوة عالية، قابلية معالجة ممتازة | إنتاج فعال من حيث التكلفة |
| الفضاء | المثبتات | نسبة جيدة بين القوة والوزن | موثوقية تحت الضغط |
| التصنيع | المحاور | مقاومة التآكل، قابلية المعالجة | مكونات دقيقة |
يستخدم الفولاذ 1214 عادة في صناعات السيارات والفضاء لمكونات مثل التروس والمثبتات. إن قابليته الممتازة للمعالجة وقوته تجعله خيارًا مفضلًا للإنتاج الضخم، حيث تكون الدقة وفعالية التكلفة حاسمتين.
اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | [فولاذ 1214] | [AISI 4140] | [AISI 1045] | ملاحظات إيجابية/سلوبية أو تجارية |
|---|---|---|---|---|
| خاصية ميكانيكية رئيسية | قوة معتدلة | قوة عالية | قوة معتدلة | الفولاذ 1214 أسهل في المعالجة من 4140 |
| جانب التآكل الرئيسي | عادلة | جيدة | عادلة | يقدم 4140 مقاومة أفضل للتآكل |
| قابلية اللحام | معتدلة | جيدة | جيدة | الفولاذ 1214 يتطلب عناية لتجنب الشقوق |
| قابلية المعالجة | ممتازة | معتدلة | جيدة | الفولاذ 1214 متفوق في المعالجة |
| قابلية التشكيل | معتدلة | رديئة | جيدة | الفولاذ 1214 أسهل في التشكيل من 4140 |
| التكلفة النسبي التقريبية | منخفضة | متوسطة | منخفضة | فعال من حيث التكلفة للإنتاج الضخم |
| التوافر النموذجي | مرتفع | متوسط | مرتفع | الفولاذ 1214 متوفر على نطاق واسع بأشكال مختلفة |
عند اختيار الفولاذ 1214، تكون الاعتبارات مثل الكفاءة من حيث التكلفة، والتوافر، والخصائص الميكانيكية المحددة حاسمة. تجعله قابلية المعالجة الممتازة مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب الدقة، بينما يجب أخذ حدوده في مقاومة التآكل بعين الاعتبار في البيئات المعرضة للتآكل. بشكل عام، يظل الفولاذ 1214 خيارًا شائعًا في مختلف الصناعات بسبب توازنه بين الخصائص والأداء.