فولاذ S55C (JIS ~1055): الخصائص والتطبيقات الرئيسية
شارك
Table Of Content
Table Of Content
الفولاذ S55C، الذي يصنف كفولاذ سبائك متوسط الكربون، معروف بخصائصه المتوازنة التي تجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الهندسية. يتكون هذا الدرجة من الفولاذ بشكل رئيسي من الكربون (حوالي 0.50-0.60٪ بالوزن)، مع عناصر سبائكية إضافية مثل المنغنيز والسيليكون والفوسفور. يعزز وجود الكربون من صلابته وقوته، بينما يساهم المنغنيز في تحسين المتانة ومقاومة التآكل.
نظرة شاملة
يصنف الفولاذ S55C تحت معايير JIS (معايير الصناعة اليابانية) وهو معادل لدرجة AISI 1055. يسمح محتوى الكربون المتوسط بتوازن جيد بين القوة والليونة، مما يجعله خيارًا متعدد الاستخدامات لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك مكونات السيارات وأجزاء الآلات والتطبيقات الهيكلية.
الخصائص الرئيسية:
- الصلابة والقوة: يظهر S55C صلابة جيدة وقوة شد، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب مقاومة عالية للتآكل.
- الليونة: على الرغم من أنه أقوى من الفولاذ منخفض الكربون، إلا أنه يحتفظ بليونة كافية لعمليات التشكيل والتشغيل.
- قابلية المعالجة الحرارية: يمكن معالجة هذا الفولاذ حراريًا لتعزيز خصائصه الميكانيكية بشكل أكبر.
المزايا:
- نسبة عالية من القوة إلى الوزن.
- قابلية جيدة للمعالجة ولحام.
- مناسب لعمليات المعالجة الحرارية لتحقيق الصلابة المطلوبة.
القيود:
- مقاومة متوسطة للتآكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ.
- يتطلب تحكمًا دقيقًا أثناء المعالجة الحرارية لتجنب الهشاشة.
تاريخيًا، تم استخدام S55C بشكل واسع في تصنيع المكونات التي تتطلب مزيجًا من القوة والمتانة، مثل التروس والمحاور والأعمدة. وتظل مكانته في السوق قوية بسبب قابليته للتكيف في مختلف القطاعات الهندسية.
أسماء بديلة، معايير، ومعادلات
| المنظمة المعيارية | التسمية/الدرجة | البلد/المنطقة الأصلية | ملاحظات/ملاحظات |
|---|---|---|---|
| UNS | G10550 | الولايات المتحدة الأمريكية | الأقرب إلى S55C |
| AISI/SAE | 1055 | الولايات المتحدة الأمريكية | خصائص مشابهة، اختلافات طفيفة في التركيب |
| ASTM | A29/A29M | الولايات المتحدة الأمريكية | مواصفة عامة للفولاذ الكربوني |
| EN | C55E | أوروبا | معادل مع اختلافات طفيفة في التركيب |
| DIN | C55 | ألمانيا | درجة مقارنة مع تطبيقات مماثلة |
| JIS | S55C | اليابان | التسمية الرئيسية لهذه الدرجة من الفولاذ |
| GB | Q345B | الصين | قوة مشابهة ولكن محتوى كربون أقل |
تتراوح الاختلافات بين هذه الدرجات المعادلة غالبًا في محتوى الكربون المحدد ووجود عناصر سبائكية أخرى، مما يمكن أن يؤثر على خصائصها الميكانيكية وملاءمتها لتطبيقات معينة.
الخصائص الرئيسية
التركيب الكيميائي
| العنصر (الرمز والاسم) | نسبة المئوية (%) |
|---|---|
| C (الكربون) | 0.50 - 0.60 |
| Mn (المنغنيز) | 0.60 - 0.90 |
| Si (السيليكون) | 0.15 - 0.40 |
| P (الفوسفور) | ≤ 0.030 |
| S (الكبريت) | ≤ 0.030 |
الدور الرئيسي للكربون في S55C هو تعزيز الصلابة والقوة، بينما يحسن المنغنيز المتانة ومقاومة التآكل. يساهم السيليكون في نزع الأكسدة أثناء تصنيع الفولاذ ويعزز القوة، بينما يتم الحفاظ على مستويات منخفضة من الفوسفور والكبريت لتجنب الهشاشة وتحسين الليونة.
الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة النمطية/النطاق (وحدات مقياس سي) | القيمة النمطية/النطاق (الوحدات الإمبراطورية) | معيار المرجع لطريقة الاختبار |
|---|---|---|---|---|
| قوة الشد | ماء بارد ومعالج | 600 - 800 ميجا باسكال | 87 - 116 كيسي | ASTM E8 |
| قوة العائد (0.2% انزلاق) | ماء بارد ومعالج | 400 - 600 ميجا باسكال | 58 - 87 كيسي | ASTM E8 |
| التمدد | ماء بارد ومعالج | 10 - 15% | 10 - 15% | ASTM E8 |
| خفض المنطقة | ماء بارد ومعالج | 40 - 50% | 40 - 50% | ASTM E8 |
| الصلابة (روكويل C) | مخلوط | 20 - 30 HRC | 20 - 30 HRC | ASTM E18 |
| قوة التأثير (شاربي) | -20 درجة مئوية | 30 - 50 جول | 22 - 37 قدم-رطل | ASTM E23 |
تجمع القوة العالية للشد والعائد تجعل S55C مناسبًا للتطبيقات التي تتعرض لأحمال ميكانيكية كبيرة. توضح قيمة الاستطالة المعتدلة أن بينما هو قوي، لا يزال بإمكانه undergoing بعض التشويه قبل الفشل، وهو أمر بالغ الأهمية لسلامة الهيكل.
الخصائص الفيزيائية
| الخاصية | الحالة/الحرارة | القيمة (وحدات مقياس سي) | القيمة (الوحدات الإمبراطورية) |
|---|---|---|---|
| الكثافة | - | 7.85 جرام/سم³ | 0.284 رطل/إنش³ |
| درجة الانصهار | - | 1425 - 1540 درجة مئوية | 2600 - 2800 درجة فهرنهايت |
| موصلية حرارية | 20 درجة مئوية | 45 واط/م·ك | 31.2 BTU·إنش/(ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت) |
| السعة الحرارية النوعية | - | 0.46 جول/جرام·ك | 0.11 BTU/رطل·درجة فهرنهايت |
| مقاومة كهربائية | - | 0.0000017 أوم·م | 0.0000017 أوم·إنش |
| معامل التمدد الحراري | 20 - 100 درجة مئوية | 11.5 × 10⁻⁶ /ك | 6.36 × 10⁻⁶ /درجة فهرنهايت |
تشير كثافة S55C إلى أنه ثقيل نسبيًا، مما يساهم في قوته. يشير نطاق درجة الانصهار إلى أنه يمكنه تحمل درجات حرارة عالية قبل الانتقال إلى الحالة السائلة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتضمن حرارة. الموصلية الحرارية متوسطة، وهي مفيدة في التطبيقات التي تحتاج إلى تبديد الحرارة.
مقاومة التآكل
| العامل المسبب للتآكل | التركيز (%) | الحرارة (°م/°ف) | تصنيف المقاومة | الملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| الجو | - | - | عادل | معرض للصدأ بدون حماية |
| كلوريدات | 3-5 | 20-60 °م (68-140 °ف) | ضعيف | خطر التآكل بالتنقيط |
| الأحماض | 10-20 | 20-40 °م (68-104 °ف) | ضعيف | غير موصى به في البيئات الحمضية |
| القلويات | 5-10 | 20-60 °م (68-140 °ف) | عادل | مقاومة متوسطة، ولكن يمكن أن تتآكل بمرور الوقت |
| المواد العضوية | - | - | جيد | مقاوم بشكل عام للمذيبات العضوية |
يعرض فولاذ S55C مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في الظروف الجوية. ومع ذلك، فهو عرضة للتنقيط في بيئات الكلوريد وينبغي عدم استخدامه في ظروف حمضية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، فإن مقاومة التآكل لـ S55C محدودة، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات في البيئات القاسية.
مقاومة الحرارة
| الخاصية/الحد | الحرارة (°م) | الحرارة (°ف) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة | 300 | 572 | مناسب للتطبيقات ذات الحرارة المعتدلة |
| أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة | 400 | 752 | يمكنه تحمل التعرض القصير لدرجات حرارة مرتفعة |
| درجة حرارة التقشر | 600 | 1112 | خطر الأكسدة فوق هذه الدرجة |
| اعتبارات قوة الانحناء | 400 | 752 | يبدأ في فقدان القوة عند درجات حرارة مرتفعة |
يحافظ فولاذ S55C على خصائصه الميكانيكية عند درجات حرارة معتدلة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتعرض لدورات حرارية. ومع ذلك، يجب اتخاذ الاحتياطات لتجنب التعرض الطويل لدرجات حرارة تتجاوز 400 °م (752 °ف)، حيث أن ذلك قد يؤدي إلى الأكسدة وفقدان القوة.
خصائص التصنيع
قابلية اللحام
| عملية اللحام | المعدن الملحق الموصى به (تصنيف AWS) | الغاز/المادة الحامية النمطية | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | خلط الأرجون + CO2 | جيد للأجزاء الرقيقة |
| TIG | ER70S-2 | الأرجون | مناسب للمفاصل النظيفة |
| اللحام بالبوب (SMAW) | E7018 | - | يتطلب تسخين مسبق |
يعتبر فولاذ S55C عمومًا قابلًا للحام، ولكن يوصى بالتسخين المسبق لتقليل خطر التشقق. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام خصائص اللحام. يجب توخي الحذر لاختيار المعادن الملحقة المناسبة لتتناسب مع خصائص المادة الأساسية.
قابلية التشغيل
| معامل التشغيل | S55C | AISI 1212 | ملاحظات/نصائح |
|---|---|---|---|
| مؤشر قابلية التشغيل النسبي | 60% | 100% | S55C أقل قابلية للتشغيل من 1212 |
| سرعة القطع النموذجية (القطع الدائري) | 30 م/دقيقة | 50 م/دقيقة | ضبط السرعات اعتمادًا على الأدوات |
يظهر S55C قابلية تشغيل متوسطة، والتي يمكن تحسينها باستخدام أدوات قطع صحيحة وظروف مناسبة. يُنصح باستخدام أدوات عالية السرعة أو كربيد لتحقيق أفضل أداء.
قابلية التشكيل
يمكن تشكيل فولاذ S55C على البارد والساخن، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب الإجهاد المفرط. ينبغي النظر في الحد الأدنى من نصف القطر عند عمليات التشكيل لتجنب التشقق.
المعالجة الحرارية
| عملية المعالجة | نطاق الحرارة (°م/°ف) | الوقت النموذجي للنقع | طريقة التبريد | الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة |
|---|---|---|---|---|
| التلدين | 600 - 700 / 1112 - 1292 | 1 - 2 ساعة | هواء | تليين، تحسين الليونة |
| التبريد السريع | 800 - 900 / 1472 - 1652 | 30 دقيقة | زيت أو ماء | تشديد |
| التمليح | 200 - 600 / 392 - 1112 | 1 ساعة | هواء | تقليل الهشاشة، تحسين المتانة |
تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على الميكروهيكل وخصائص فولاذ S55C. يزيد التبريد السريع من الصلابة، بينما يقلل التمليح من الهشاشة، مما يجعل الفولاذ أكثر ملاءمة للتطبيقات الديناميكية.
التطبيقات والتخصصات النموذجية
| الصناعة/القطاع | مثال على تطبيق محدد | الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق | سبب الاختيار (باختصار) |
|---|---|---|---|
| السيارات | التروس | قوة شد عالية، مقاومة للتآكل | مطلوبة للتحمل |
| الآلات | الأعمدة | متانة، قابلية التشغيل | ضرورية للأداء |
| البناء | مكونات هيكلية | قوة، ليونة | يدعم احتياجات تحمل الأوزان |
تشمل التطبيقات الأخرى:
- أدوات وقوالب
- موصلات
- معدات زراعية
يتم اختيار S55C لهذه التطبيقات بسبب مزيجه من القوة والمتانة وقابلية التشغيل، مما يجعله مثاليًا للمكونات التي يجب أن تتحمل ضغطًا ميكانيكيًا كبيرًا.
اعتبارات هامة ومعايير الاختيار ورؤى إضافية
| الميزة/الخاصية | S55C | AISI 1045 | AISI 4140 | ملاحظات مختصرة عن المزايا/العيوب أو المقايضة |
|---|---|---|---|---|
| الخاصية الميكانيكية الرئيسية | قوة عالية | قوة متوسطة | قوة عالية | يوفر S55C توازنًا بين القوة والليونة |
| الجوانب المهمة للتآكل | عادل | عادل | جيد | تعتبر S55C أقل مقاومة من 4140 في البيئات المسببة للتآكل |
| قابلية اللحام | جيدة | متوسطة | عادية | يعتبر S55C أسهل للحام من 4140 |
| قابلية التشغيل | متوسطة | جيدة | عادية | S55C أقل قابلية للتشغيل من 1045 |
| قابلية التشكيل | جيدة | جيدة | عادية | يمكن تشكيل S55C بسهولة مقارنةً بـ 4140 |
| التكلفة التقريبية النسبية | متوسطة | متوسطة | أعلى | فعالة من حيث التكلفة للكثير من التطبيقات |
| التش Availability النمطية | شائعة | شائعة | أقل شيوعًا | يتوفر S55C على نطاق واسع بأشكال مختلفة |
عند اختيار فولاذ S55C، تعتبر اعتبارات مثل فعالية التكلفة والتوافر والخصائص الميكانيكية المحددة أمرًا بالغ الأهمية. إن مقاومته المتوسطة للتآكل تجعله مناسبًا للكثير من التطبيقات، ولكن في البيئات ذات الإمكانية التآكلية العالية، قد تكون الدرجات البديلة أكثر ملاءمة. بالإضافة إلى ذلك، تجعل قابلية اللحام وقابلية التشغيل لـ S55C خيارًا عمليًا للمصنعين الذين يبحثون عن درجة فولاذ متعددة الاستخدامات.
باختصار، يُعتبر فولاذ S55C فولاذ سبائك متوسط الكربون يجمع بين القوة والمتانة وقابلية التشغيل، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات الهندسية. يمكن تعديل خصائصه من خلال المعالجة الحرارية، وعلى الرغم من أنه يحتوي على قيود في مقاومة التآكل، إلا أنه يبقى خيارًا شائعًا في الصناعة.