صلب SAE 1112: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

فولاذ SAE 1112 يصنف كفولاذ سبائك منخفض الكربون، معروف بشكل أساسي بقدرته على التشغيل والتنوع في مختلف التطبيقات الهندسية. يحتوي هذا الدرجة المعدنية على محتوى كربون منخفض نسبيًا، عادة ما يكون حوالي 0.10% إلى 0.15%، مما يسهم في لزوجته الممتازة وقابلية تشكيله. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في SAE 1112 المنغنيز (Mn) الذي يعزز القدرة على الإنتاج الصلب والقوة، والكبريت (S) الذي يحسن قابلية التشغيل.

نظرة شاملة

تُقدَّر SAE 1112 بشكل خاص في قطاع التصنيع لتوازنها بين القوة، والمرونة، وقابلية التشغيل. يتم استخدامها غالبًا في التطبيقات التي تتطلب عمليات تشغيل معقدة، مثل انتاج التروس والمحاور والبراغي. يسمح محتوى الكربون المنخفض في الفولاذ بتحسين قابلية اللحام والتشكيل، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من تقنيات التصنيع.

مزايا SAE 1112:
- قابلية تشغيل ممتازة: وجود الكبريت يعزز قابلية التشغيل للفولاذ، مما يجعله أسهل في القطع والتشكيل.
- مرونة جيدة: يتيح محتوى الكربون المنخفض خصائص إطالة جيدة، مما يسمح بالتشوه دون كسر.
- تطبيقات متنوعة: مناسب لمجموعة واسعة من التطبيقات في قطاعات السيارات والصناعة.

قيود SAE 1112:
- صلابة محدودة: بالمقارنة مع الفولاذات ذات الكربون الأعلى، قد لا تحقق SAE 1112 نفس مستويات الصلابة، مما يحد من استخدامها في التطبيقات العالية البلى.
- مقاومة للتآكل: لا تمتلك مقاومة تآكل كبيرة، مما يجعلها أقل ملاءمة للبيئات المعرضة للصدأ والأكسدة.

تاريخيًا، كانت SAE 1112 عنصرًا أساسيًا في إنتاج المكونات الدقيقة نظرًا لخصائصها المواتية وسهولة معالجتها. لا يزال موقعها في السوق قويًا، خاصة في الصناعات التي تتطلب إنتاجية عالية والدقة.

أسماء بديلة، معايير، ومكافئات

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصل	ملاحظات/تعليقات
UNS	G11120	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب مكافئ لـ AISI 1112
AISI/SAE	1112	الولايات المتحدة الأمريكية	يستخدم بشكل شائع في صناعة السيارات
ASTM	A108	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة قياسية لقصبات الفولاذ الكربوني المنتهية باردًا
EN	1.0402	أوروبا	اختلافات تركيبية طفيفة يجب الانتباه إليها
JIS	S10C	اليابان	خصائص مشابهة ولكن بتطبيقات مختلفة
ISO	10120	دولي	معادل عام للفولاذ منخفض الكربون

يمكن أن تؤثر الفروق بين هذه الدرجات على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق المحددة. على سبيل المثال، بينما تكون AISI 1112 و UNS G11120 وثيقتي الصلة، قد تحتوي الأخيرة على محتوى كبريت مختلف قليلاً، مما يؤثر على قابلية التشغيل.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
C (الكربون)	0.10 - 0.15
Mn (المنغنيز)	0.30 - 0.60
S (الكبريت)	0.15 - 0.35
P (الفوسفور)	≤ 0.04
Fe (الحديد)	الرصيد

تشمل الدور الأساسي للعناصر السبائكية الرئيسية في SAE 1112:
- الكربون (C): يوفر القوة والصلابة؛ ومع ذلك، يضمن محتواه المنخفض مرونة جيدة.
- المنغنيز (Mn): يعزز القدرة على الإنتاج الصلب وقوة الشد، مما يساهم في الخصائص الميكانيكية العامة.
- الكبريت (S): يحسن قابلية التشغيل عن طريق تعزيز تشكيل الرقائق خلال عمليات القطع.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إمبراطوري)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مُعالج حراري	370 - 480 ميغاباسكال	54 - 70 ksi	ASTM E8
قوة العائد (إزاحة 0.2%)	مُعالج حراري	210 - 310 ميغاباسكال	30 - 45 ksi	ASTM E8
الإطالة	مُعالج حراري	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
الصلابة (روكويل B)	مُعالج حراري	70 - 90 HRB	70 - 90 HRB	ASTM E18
قوة التأثير (تشاري)	-20 درجة مئوية	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل مجموعة هذه الخصائص الميكانيكية SAE 1112 مناسبة للتطبيقات التي تتطلب قوة ومرونة جيدة تحت الأحمال الميكانيكية. تشير نسبة الإطالة المرتفعة نسبيًا إلى أنها يمكن أن تتحمل تشوهات كبيرة قبل الفشل، مما يجعلها مثالية للمكونات المعرضة لأحمال ديناميكية.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	-	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
درجة انصهار/نطاق	-	1425 - 1540 درجة مئوية	2600 - 2800 درجة فهرنهايت
الناقلية الحرارية	20 درجة مئوية	50 واط/م·ك	34.5 BTU·في/ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت
السعة الحرارية النوعية	20 درجة مئوية	0.46 كيلو جول/كغ·ك	0.11 BTU/رطل·درجة فهرنهايت
المقاومة الكهربائية	20 درجة مئوية	0.0000017 أوم·م	0.0000017 أوم·بوصة

تعتبر الأهمية العملية للكثافة ونقطة الانصهار في SAE 1112 حاسمة للتطبيقات التي تشمل عمليات درجات الحرارة العالية، مثل التشكيل والسباكة. تشير الناقلية الحرارية إلى أنها يمكن أن تشتت الحرارة بكفاءة، مما يكون مفيدًا في عمليات التشغيل لمنع الحرارة الزائدة.

مقاومة للتآكل

عامل مسبب للتآكل	التركيز (%)	الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الماء	-	بيئة	متوسطة	عرضة للصدأ
الأحماض (HCl)	10%	25 درجة مئوية/77 درجة فهرنهايت	ضعيفة	خطر التآكل
القلويات (NaOH)	5%	25 درجة مئوية/77 درجة فهرنهايت	متوسطة	مقاومة معتدلة
الكربونات (NaCl)	3%	25 درجة مئوية/77 درجة فهرنهايت	ضعيفة	خطر تآكل الشد

تظهر SAE 1112 مقاومة محدودة للتآكل، خاصة في البيئات الحمضية والكلوريد. إنها عرضة للصدأ في الظروف الرطبة وقد تواجه تآكلًا في وجود الكلوريدات. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ مثل AISI 304، الذي يوفر مقاومة تآكل ممتازة، SAE 1112 أقل ملاءمة للتطبيقات في البيئات التآكلية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	الحرارة (°C)	الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	300 درجة مئوية	572 درجة فهرنهايت	بعد هذه النقطة، قد تتدهور الخصائص
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	400 درجة مئوية	752 درجة فهرنهايت	قد يتم تحمل التعرض لفترة قصيرة
درجة حرارة التآكل	600 درجة مئوية	1112 درجة فهرنهايت	خطر الأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة
تبدأ اعتبارات قوة الزحف حول	400 درجة مئوية	752 درجة فهرنهايت	قد يصبح الزحف مهمًا

عند درجات الحرارة المرتفعة، تحافظ SAE 1112 على خصائص ميكانيكية معقولة ولكن قد تواجه الأكسدة والتآكل، خاصة فوق 400 درجة مئوية. قد يؤدي ذلك إلى انخفاض القوة والمرونة، مما يجعلها أقل ملاءمة للتطبيقات عالية الحرارة بالمقارنة مع الفولاذات ذات السبائك الأعلى.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن الملء الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/الفلكس المعتاد	ملاحظات
MIG	ER70S-6	خليط الأرجون + CO2	جيد للأقسام الرقيقة
TIG	ER70S-2	أرجون نقي	يتطلب تسخين مسبق
قضيب (SMAW)	E7018	-	مناسب للاستخدام العام

تعتبر SAE 1112 عمومًا ذات قابلية لحام جيدة، خاصة مع عمليات MIG وTIG. قد يكون من الضروري تسخينها مسبقًا لتجنب التشقق، خاصة في الأقسام السميكة. يمكن أن تساعد المعالجة الحرارية بعد اللحام في تخفيف الضغوط وتحسين الأداء العام للحام.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	SAE 1112	الفولاذ المعياري (AISI 1212)	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	100	130	SAE 1112 أقل قابلية للتشغيل من AISI 1212
سرعة القطع المعتادة	30 م/دقائق	40 م/دقائق	تعديل بسبب تآكل الأداة

تقدم SAE 1112 قابلية تشغيل جيدة، على الرغم من أنها أقل تفضيلًا قليلاً من AISI 1212. يجب اختيار سرعات القطع والأدوات المثلى لتقليل التآكل وزيادة الكفاءة أثناء عمليات التشغيل.

قابلية التشكيل

تظهر SAE 1112 قابلية تشكيل جيدة، مما يجعلها مناسبة لعمليات التشكيل الباردة والساخنة. يمكن ثنيها وتشكيلها بسهولة دون خطر كبير من التشقق. معدل تصلب العمل معتدل، مما يسمح ببعض التشوه قبل الوصول إلى نقطة العائد.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق الحرارة (°C/°F)	وقت النقع المعتاد	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التسخين الحراري	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 ساعات	هواء	تحسين المرونة وتقليل الصلابة
التطبيع	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 ساعات	هواء	تحسين بنية الحبوب
التبريد السريع	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	1 ساعة	زيت أو ماء	زيادة الصلابة

أثناء المعالجة الحرارية، undergo خلال تغييرات معدنية تعزز من خصائصها. يسهل التسخين الحراري من الفولاذ، مما يحسن من مرونته، بينما يساعد التطبيع في تحسين بنية الحبوب، مما يؤدي إلى تحسين المتانة. يمكن أن يزيد التبريد السريع من الصلابة ولكنه قد يتطلب التسخين لإزالة الضغوط.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (موجز)
السيارات	التروس	قابلية تشغيل عالية، مرونة جيدة	مكونات دقيقة
التصنيع	البراغي	قابلية تشكيل ممتازة، قابلية لحام	إنتاجية عالية
الفضاء	المكونات الهيكلية	نسبة قوة إلى وزن جيدة	تطبيقات خفيفة الوزن
الآلات	المحاور	قوة شد عالية، مقاومة جيدة للصدمات	متانة تحت الحمل

تتضمن التطبيقات الأخرى:
- البناء: تستخدم في المكونات الهيكلية بسبب قوتها وسهولة تصنيعها.
- الإلكترونيات: مكونات تتطلب معالجة دقيقة وإنتاج بتكلفة منخفضة.

يتم اختيار SAE 1112 لهذه التطبيقات بسبب توازنها المواتي بين الخصائص، مما يجعلها مثالية للإنتاج بالكمية العالية حيث تكون الدقة والجدوى الاقتصادية حاسمة.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	SAE 1112	AISI 1018	AISI 1212	ملاحظات موجزة عن الإيجابيات/السلبيات أو التبادل
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة معتدلة	قوة أقل	قوة أعلى	1212 يقدم قابلية تشغيل أفضل
الجوانب الرئيسية للمقاومة للتآكل	متوسطة	متوسطة	ضعيفة	تتمتع جميع الدرجات بمقاومة محدودة للتآكل
قابلية اللحام	جيدة	جيدة	متوسطة	قد تتطلب 1212 رعاية خاصة
قابلية التشغيل	جيدة	متوسطة	ممتازة	1212 أفضل في التشغيل
قابلية التشكيل	جيدة	جيدة	متوسطة	1212 أقل قابلية للتشكيل
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	منخفضة	مرتفعة	تختلف التكلفة حسب الطلب في السوق
التوافر النموذجي	شائع	شائع جدًا	أقل شيوعًا	1018 متاح على نطاق واسع

عند اختيار SAE 1112، تشمل الاعتبارات الجدوى الاقتصادية، والتوافر، ومتطلبات الأداء المحددة. تجعل تكلفته المعتدلة وتوافره الجيد خيارًا عمليًا للعديد من التطبيقات. ومع ذلك، بالنسبة للبيئات التي تتطلب مقاومة أعلى للتآكل أو مقاومة للبلى، قد تكون درجات بديلة أكثر ملاءمة.

باختصار، يعتبر فولاذ SAE 1112 فولاذ سبائك منخفض الكربون متعدد الاستخدامات يبرز في قابلية التشغيل وقابلية التشكيل، مما يجعله خيارًا شائعًا في مختلف الصناعات. فهم خصائصه وقيوده أمر بالغ الأهمية لاختيار المادة المناسبة للتطبيقات المحددة.