1018 الفولاذ: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

فولاذ 1018 هو نوع من الفولاذ منخفض الكربون الذي يقع ضمن فئة الفولاذات السبيكية متوسطة الكربون. يتكون في الأساس من الحديد، مع محتوى كربون يبلغ حوالي 0.18%، مما يساهم في قوته وصلابته. العناصر الرئيسية المضافة في فولاذ 1018 تشمل المنغنيز، الذي يعزز القدرة على التصلب وقوة الشد، والفوسفور والكبريت، الموجودين بكميات ضئيلة ويمكن أن يؤثرا على قابلية التشغيل واللمعان.

نظرة شاملة

يُعرف فولاذ 1018 بجودته الممتازة في اللحام، وقابلية التشغيل، وخصائصه الميكانيكية الجيدة، مما يجعله خيارًا شائعًا في تطبيقات الهندسة المختلفة. يسمح محتواه المنخفض من الكربون بمرونة جيدة وقابلية للتشكيل، بينما يُحسن وجود المنغنيز قوته وصلابته. غالبًا ما يُستخدم الفولاذ في التطبيقات التي تتطلب قوة معتدلة ومتانة جيدة.

تشمل المزايا الرئيسية لفولاذ 1018:

• قابلية اللحام: يمكن لحامه بسهولة باستخدام عمليات لحام مختلفة.
• قابلية التشغيل: لديه قابلية تشغيل جيدة، مما يسمح بعمليات تصنيع فعالة.
• التكلفة الفعالة: يعتبر غير مكلف نسبيًا مقارنة بالفولاذات السبيكية الأعلى.

ومع ذلك، فإن فولاذ 1018 له بعض القيود:

• مقاومة التآكل: لديه مقاومة محدودة للتآكل، مما يجعله غير مناسب للبيئات القاسية دون طلاءات واقية.
• قيود القوة: بينما لديه قوة جيدة، قد لا يكون مناسبًا للتطبيقات ذات الضغط العالي مقارنة بالفولاذات ذات الكربون الأعلى أو السبيكية.

تاريخيًا، تم استخدام فولاذ 1018 على نطاق واسع في تصنيع أعمدة الدوران، والتروس، وغيرها من المكونات حيث تتطلب قوة معتدلة ومرونة جيدة. يعود شيوعه في السوق إلى تنوعه وسهولة توفره.

أسماء بديلة، معايير، ومكافئات

المنظمة المعيارية	التصنيف/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/ملاحظات
UNS	G10180	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب مكافئ لـ AISI 1020
AISI/SAE	1018	الولايات المتحدة الأمريكية	فولاذ منخفض الكربون شائع الاستخدام
ASTM	A108	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة معيارية ل барات فولاذ الكربون المعالج بشكل بارد
EN	C18E	أوروبا	اختلافات طفيفة في التركيب
JIS	S45C	اليابان	خصائص مشابهة، ولكن مع محتوى كربون أعلى
ISO	1018	دولي	تعيين مكافئ

تسلط الجدول أعلاه الضوء على معايير ومكافئات مختلفة لفولاذ 1018. من المهم أن نلاحظ أنه بينما قد تبدو درجات مثل AISI 1020 وJIS S45C متشابهة، إلا أنها يمكن أن تحتوي على اختلافات طفيفة في التركيب والخصائص الميكانيكية التي قد تؤثر على أدائها في تطبيقات معينة.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.15 - 0.20
Mn (المنغنيز)	0.60 - 0.90
P (الفوسفور)	≤ 0.04
S (الكبريت)	≤ 0.05
Fe (الحديد)	الرصيد

الدور الرئيسي للعناصر الأساسية في فولاذ 1018 يشمل:

• الكربون (C): يوفر القوة والصلابة؛ يضمن محتوى الكربون المنخفض مرونة جيدة.
• المنغنيز (Mn): يعزز القدرة على التصلب وقوة الشد، مما يحسن الخصائص الميكانيكية بشكل عام.
• الفوسفور (P) و الكبريت (S): موجودين بكميات صغيرة، يمكن أن يحسنا من قابلية التشغيل لكن قد يقللا من المرونة إذا وُجدوا بكثرة.

الخصائص الميكانيكية

خاصية	الحالة/الحرارة	القيمة/النطاق النموذجي (الوحدات المترية - وحدات SI)	القيمة/النطاق النموذجي (الوحدات الإمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مخمّر	370 - 580 ميغاباسكال	53.5 - 84.2 ksi	ASTM E8
قوة العائد (0.2% إزاحة)	مخمّر	205 - 370 ميغاباسكال	29.7 - 53.5 ksi	ASTM E8
التمدد	مخمّر	15 - 25%	15 - 25%	ASTM E8
الصلابة (برينيل)	مخمّر	119 - 207 HB	119 - 207 HB	ASTM E10
قوة التأثير (شاربي)	-40°C	27 جول	20 قدم-رطل	ASTM E23

يجعل مزيج هذه الخصائص الميكانيكية فولاذ 1018 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة معتدلة ومتانة جيدة، مثل في تصنيع التروس، والأعمدة، وغيرها من المكونات التي تتعرض لأحمال معتدلة.

الخصائص الفيزيائية

خاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (الوحدات المترية - وحدات SI)	القيمة (الوحدات الإمبراطورية)
الكثافة	-	7.85 غرام سم³	0.284 رطل/إنش³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
موصلية حرارية	20 °C	50.2 واط/م·ك	34.6 BTU·إنش/(ساعة·قدم²·°F)
السعة الحرارية النوعية	20 °C	0.486 كيلوجول/كغم·ك	0.116 BTU/رطل·°F
المقاومة الكهربائية	20 °C	0.00065 أوم·م	0.0004 أوم·إنش

تشمل الأهمية العملية للخصائص الفيزيائية لفولاذ 1018:

• الكثافة: تسهم كثافته في الوزن والسلامة الهيكلية للمكونات.
• الموصلية الحرارية: تجعل الموصلية الحرارية المعتدلة استخدامه مناسبًا في التطبيقات التي تحتاج إلى تبديد الحرارة.
• نقطة الانصهار: تشير نقطة الانصهار إلى ملاءمته للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، على الرغم من أنه لا يجب أن يتعرض لدرجات حرارة متطرفة لفترات طويلة.

مقاومة التآكل

العامل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
جوي	-	-	متوسط	خطر الصدأ دون حماية
كلوريدات	3-5	25-60 °C (77-140 °F)	سيء	عرضة لصدأ التآكل
أحماض	10-20	20-50 °C (68-122 °F)	سيء	غير موصّى به في البيئات الحامضية
قلويات	5-10	20-50 °C (68-122 °F)	متوسط	مقاومة معتدلة، لكن يُنصح باتخاذ تدابير وقائية

يظهر فولاذ 1018 مقاومة محدودة للتآكل، خاصة في البيئات ذات الرطوبة العالية أو التعرض للكلوريدات والأحماض. إنه عرضة للصدأ وتآكل البقع، خاصة في البيئات البحرية أو الصناعية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ مثل 304 أو 316، الذي يقدم مقاومة تآكل ممتازة، يتطلب فولاذ 1018 طلاءات واقية أو تشطيبات لتحسين متانته في البيئات التآكلية.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	الملاحظات
أقصى درجة حرارة للخدمة المستمرة	400 °C	752 °F	مناسب للتطبيقات ذات درجات الحرارة المعتدلة
أقصى درجة حرارة للخدمة المتقطعة	500 °C	932 °F	تعرض قصير الأمد لدرجات حرارة أعلى
درجة حرارة التـقشر	600 °C	1112 °F	خطر التقشر عند درجات الحرارة المرتفعة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يمكن لفولاذ 1018 الحفاظ على خصائصه الميكانيكية حتى حد معين. ومع ذلك، فإن التعرض لفترات طويلة لدرجات الحرارة العالية يمكن أن يؤدي إلى الأكسدة والتقشر، مما قد يضعف سلامته الهيكلية. من الضروري مراعاة هذه العوامل عند تصميم المكونات التي ستعمل في بيئات درجات حرارة مرتفعة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن المضاف الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس دروع نموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	مزيج أرجون + CO2	جيد للأقسام الرقيقة
TIG	ER70S-2	أرجون	لحامات نظيفة، تشوه منخفض
Stick	E7018	-	مناسب للاستخدام الخارجي

يُعرف فولاذ 1018 بقابليته الممتازة للحام، مما يجعله مناسبًا لعمليات اللحام المختلفة. قد يلزم تسخين سابق للأقسام الأكثر سمكًا لتفادي التشققات. يمكن أن تعزز معالجة الحرارة بعد اللحام من خصائص منطقة اللحام، مما يقلل من الضغوط المتبقية.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	[فولاذ 1018]	[AISI 1212]	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70	100	1212 أسهل في التشغيل
سرعة القطع النموذجية (التدوير)	30-50 م/دقيقة	60-80 م/دقيقة	تعديل وفقًا للأدوات والإعداد

يمتلك فولاذ 1018 قابلية تشغيل جيدة، مما يسمح بالقص والتشكيل الفعال. تشمل الظروف المثلى استخدام أدوات حادة وسرعات قطع مناسبة لتقليل تآكل الأداة وتحقيق تشطيب جيد للسطح.

قابلية التشكيل

يظهر فولاذ 1018 قابلية تشكيل جيدة، مما يسمح بعمليات التشكيل البارد والساخن. يمكن ثنيه وتشكيله دون خطر كبير من التشقق، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب أشكالًا معقدة. ومع ذلك، يجب اتخاذ الحذر بشأن أبعاد الانحناء لتفادي تصلب العمل.

معالجة الحرارة

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	الوقت النموذجي للنقع	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
تخفيف	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 ساعة	هواء	تحسين المرونة وتقليل الصلابة
تصلب	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 دقيقة	زيت أو ماء	زيادة الصلابة والقوة
تخمير	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	ساعة واحدة	هواء	تقليل الهشاشة بعد التصلب

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية المجهرية وخصائص فولاذ 1018. تحسن التخفيفة من المرونة، بينما تزيد التصلب من الصلابة. تساعد التخمير بعد التصلب على تخفيف الضغوط وتحسين المتانة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	خصائص فولاذ الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (باختصار)
السيارات	التروس	قوة جيدة، قابلية التشغيل	فعالة من حيث التكلفة وموثوقة
التصنيع	الأعمدة	مرونة، قابلية اللحام	سهل التصنيع
البناء	المكونات الهيكلية	قوة معتدلة، قابلية التشكيل	متعددة الاستخدامات ومتاحة على نطاق واسع

تشمل التطبيقات الأخرى لفولاذ 1018:

• • المثبتات
• • أجزاء الآلات
• • مكونات الأدوات

تعود اختيار فولاذ 1018 لهذه التطبيقات أساسًا إلى توازنه بين القوة والمرونة وسهولة التصنيع، مما يجعله مادة مثالية لمجموعة واسعة من الاحتياجات الهندسية.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الخاصية/الخاصية	فولاذ 1018	AISI 1045	AISI 4140	ملاحظة قصيرة حول الميزة/العيب أو التوازن
خاصية ميكانيكية رئيسية	قوة معتدلة	قوة أعلى	قوة أعلى	1045 يوفر قوة أفضل، و4140 يوفر متانة أفضل
جانب مقاومة التآكل الرئيس	متوسط	متوسط	جيد	4140 لديه مقاومة تآكل أفضل
قابلية اللحام	ممتازة	جيدة	متوسطة	4140 قد يتطلب تسخين مسبق
قابلية التشغيل	جيدة	متوسطة	سيئة	1018 أسهل في التشغيل
قابلية التشكيل	جيدة	متوسطة	سيئة	يمكن تشكيل 1018 بسهولة
التكلفة النسبية التقريبية	منخفضة	متوسطة	مرتفعة	فولاذ 1018 فعال من حيث التكلفة للعديد من التطبيقات
التوفر النموذجي	مرتفع	متوسط	منخفض	فولاذ 1018 متاح على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ 1018، تشمل الاعتبارات الفعالية من حيث التكلفة، والتوافر، والخصائص الميكانيكية المحددة المطلوبة للتطبيق. تجعل قابلية اللحام وقابلية التشغيل الممتازة منه خيارًا مفضلًا للكثير من عمليات التصنيع. ومع ذلك، للتطبيقات التي تتطلب قوة أكبر أو مقاومة تآكل أفضل، قد تكون درجات بديلة مثل AISI 1045 أو AISI 4140 أكثر ملاءمة.

في الختام، يعد فولاذ 1018 فولاذًا منخفض الكربون متعدد الاستخدامات يوفر توازنًا بين الخصائص الميكانيكية الجيدة، وسهولة التصنيع، وفعالية التكاليف، مما يجعله خيارًا شائعًا في تطبيقات الهندسة المتنوعة.