1144 فولاذ (مقاوم للضغط): الخصائص والتطبيقات الرئيسية

فولاذ 1144، والذي يُشار إليه عادةً باسم ستريسبروف، هو فولاذ سبائكي متوسط الكربون يُصنف أساسًا كفولاذ كربوني. وهو معروف بقوته وصلابته الاستثنائية، مما يجعله خيارًا شائعًا في تطبيقات الهندسة المختلفة. تشمل العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ 1144 الكربون (C) والمنغنيز (Mn) والكبريت (S)، والتي تؤثر بشكل كبير على خصائصه الميكانيكية وخصائص أدائه.

نظرة شاملة

يتميز فولاذ 1144 بقوته الشد العالية وقابلية التشغيل الجيدة، التي يتم تحقيقها من خلال عملية تصنيعه الفريدة التي تشمل السحب البارد والمعالجة الحرارية المسيطرة. تم تصميم الفولاذ ليقدم أداءً متفوقًا في التطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتعب. تشمل خصائصه الجوهرية مقاومة جيدة للتآكل، وصلابة عالية، والقدرة على تحمل الأحمال الديناميكية، مما يجعله مناسبًا للمكونات المعرضة لضغوط عالية.

مزايا فولاذ 1144:
- قوة عالية: يقدم قوة شد وقوة عائد ممتازة، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الثقيلة.
- قابلية تشغيل جيدة: يمكن تشكيله بسهولة إلى أشكال معقدة، مما يقلل من زمن الإنتاج والتكاليف.
- مقاومة للتعب: يُظهر أداءً جيدًا تحت ظروف التحميل الدوري، مما يزيد من طول عمر المكونات.

قيود فولاذ 1144:
- مقاومة للتآكل: ليست مقاومة للتآكل مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يحد من استخدامه في بيئات قاسية.
- قابلية اللحام: عمومًا لا يُنصح باللحام بسبب محتواه العالي من الكبريت، مما قد يؤدي إلى التشقق.

تاريخيًا، تم استخدام فولاذ 1144 بشكل واسع في تصنيع المكونات الدقيقة مثل المحاور والتروس والمحاور، حيث تكون القوة العالية والمتانة أمرًا بالغ الأهمية. يتمتع بمكانة قوية في السوق، خصوصًا في صناعات مثل السيارات والآلات، حيث الأمان والأداء لهما أهمية قصوى.

أسماء بديلة، معايير، ونظائر

منظمة المعايير	التعيين/الدرجة	البلد/المنطقة الأصلية	ملاحظات/تعليقات
UNS	G11440	الولايات المتحدة	أقرب نظير إلى AISI 1144
AISI/SAE	1144	الولايات المتحدة	معروف بقوته العالية وقابلية التشغيل
ASTM	A108	الولايات المتحدة	مواصفة معيارية لقطع الفولاذ الكربوني المعالج بالبرودة
EN	1.7225	أوروبا	اختلافات تركيبية طفيفة يجب أن تكون على دراية بها
JIS	S45C	اليابان	خصائص مشابهة، ولكن مع عناصر سبائك مختلفة

يمكن أن تؤثر الاختلافات بين هذه الدرجات على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق المحددة. على سبيل المثال، بينما يرتبط AISI 1144 وUNS G11440 ارتباطًا وثيقًا، قد تختلف عمليات التصنيع والخصائص الميكانيكية المحددة قليلاً، مما يؤثر على الأداء في التطبيقات الحرجة.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نسبة النطاق (%)
C (الكربون)	0.40 - 0.45
Mn (المنغنيز)	0.60 - 0.90
S (الكبريت)	0.15 - 0.25
P (الفوسفور)	≤ 0.04
Si (السيليكون)	≤ 0.10

تلعب العناصر السبائكية الرئيسية في فولاذ 1144 أدوارًا حيوية في تحديد خصائصه:
- الكربون (C): يزيد من الصلابة والقوة من خلال تقوية الحلول الصلبة.
- المنغنيز (Mn): يعزز من قدرة الصلابة والصلابة، مما يسهم في القوة العامة للفولاذ.
- الكبريت (S): يُحسن من قابلية التشغيل ولكن قد يؤدي إلى تقليل اللدونة إذا كان موجودًا بكميات كبيرة.

الخصائص الميكانيكية

الميزة	الحالة/الحرارة	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات المترية - SI)	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات الإمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مسحوب بارد	620 - 850 ميغاباسكال	90 - 123 كيساي	ASTM E8
قوة العائد (0.2% انحراف)	مسحوب بارد	450 - 650 ميغاباسكال	65 - 94 كيساي	ASTM E8
التمدد	مسحوب بارد	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
الصلابة (روكويل C)	مسحوب بارد	28 - 32 HRC	28 - 32 HRC	ASTM E18
قوة الصدمة	-	20 جول (عند -20 درجة مئوية)	15 قدم-رطل (عند -4 درجة فهرنهايت)	ASTM E23

يجعل جمع القوة العالية لكل من الشد والعائد، إلى جانب القابلية الجيدة للتمدد، فولاذ 1144 مناسبًا للاستخدامات التي تتطلب مقاومة التحميل الميكانيكي وسلامة الهيكل. تسمح صلابته بمقاومة فعالة للتآكل، مما يجعله مثاليًا للمكونات التي تتعرض للاحتكاك والتآكل.

الخصائص الفيزيائية

الميزة	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (الوحدات المترية - SI)	القيمة (الوحدات الإمبراطورية)
الكثافة	-	7.85 غرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 درجة مئوية	2600 - 2800 درجة فهرنهايت
الناقلية الحرارية	20 درجة مئوية	45 واط/م·ك	31 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت)
السعة الحرارية النوعية	20 درجة مئوية	0.49 كيلوجول/كغم·ك	0.12 BTU/رطل·درجة فهرنهايت
معامل التمدد الحراري	20 - 100 درجة مئوية	11.5 x 10⁻⁶ /ك	6.4 x 10⁻⁶ /درجة فهرنهايت

تعتبر الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة والناقلية الحرارية مهمة للتطبيقات التي تكون فيها الوزن وتبديد الحرارة أمرًا حاسمًا. يشير نقطة الانصهار المرتفعة نسبيًا إلى أداء جيد تحت درجات الحرارة المرتفعة، بينما توحي الناقلية الحرارية بأنه يمكنه نقل الحرارة بفعالية، وهو ما يفيد في عمليات التشغيل.

مقاومة التآكل

الفعل التآكلي	التركيز (%)	درجة الحرارة (°م/°ف)	تقييم المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	3 - 10	25 - 60 / 77 - 140	متوسط	خطورة التآكل بالتنقيط
أحماض	5 - 20	20 - 50 / 68 - 122	ضعيف	لا يُنصح به
محاليل قلوية	1 - 5	20 - 60 / 68 - 140	متوسط	عرضة للتشقق الناتج عن إجهاد التآكل
جوي	-	-	جيد	يؤدي جيدًا في البيئات الجافة

يظهر فولاذ 1144 مقاومة متوسطة للتآكل، خاصة في الظروف الجوية. ومع ذلك، فإنه عرضة للتآكل بالتنقيط والتشقق الناتج عن إجهاد التآكل في البيئات الغنية بالكلور ولا ينبغي استخدامه في الظروف الحامضية أو القلوية العالية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ مثل 304 أو 316، والتي تقدم مقاومة متفوقة للتآكل، فإن فولاذ 1144 أقل ملاءمة للتطبيقات المعرضة لبيئات قاسية.

مقاومة الحرارة

الميزة/الحد	درجة الحرارة (°م)	درجة الحرارة (°ف)	ملاحظات
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المستمرة	400 °م	752 °ف	مناسب للتطبيقات ذات الحرارة العالية
الحد الأقصى لدرجة حرارة الخدمة المتقطعة	500 °م	932 °ف	تعرض قصير فقط
درجة حرارة التآكل	600 °م	1112 °ف	خطورة الأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ 1144 بقوته ولكن قد يتعرض للأكسدة إذا لم يتم حمايته بشكل صحيح. أداءه في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية عمومًا جيد، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب التعرض الطويل لدرجات الحرارة التي تتجاوز 400 درجة مئوية (752 درجة فهرنهايت) لتجنب تدهور الخصائص الميكانيكية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن المملوء الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلكس واقي نموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + CO₂	يوصى بالتسخين المسبق
TIG	ER70S-2	أرجون	يتطلب معالجة حرارية بعد اللحام

فولاذ 1144 عمومًا لا يُنصح باللحام نظرًا لمحتواه العالي من الكبريت، مما قد يؤدي إلى التشقق. إذا كان اللحام ضروريًا، فإن التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام أمران حاسمان لتقليل خطر العيوب. يمكن أن يساعد استخدام المعادن المملوءة المناسبة في تحسين جودة اللحام.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	فولاذ 1144	AISI 1212	الملاحظات/النصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	100	130	فولاذ 1144 قابل للتشغيل بدرجة عالية
سرعة القطع النموذجية (التحويل)	50 م/دقيقة	70 م/دقيقة	يجب ضبط السرعات بناءً على الأدوات المستخدمة

يُعرف فولاذ 1144 بقابلية التشغيل الممتازة، مما يجعله مناسبًا لعمليات التشغيل الدقيقة. يجب اختيار سرعات القطع والأدوات المثلى لتعزيز الأداء وتقليل تآكل الأدوات.

قابلية التشكيل

يعرض فولاذ 1144 قابلية تشكيل محدودة بسبب قوته العالية وصلابته. عمليات التشكيل البارد ممكنة، ولكن يجب توخي الحذر لتجنب التشقق. التشكيل الساخن ممكن ولكنه يتطلب التحكم الدقيق في درجة الحرارة للحفاظ على خصائص المادة.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجات الحرارة (°م/°ف)	وقت النقع النموذجي	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
الشمع	700 - 800 / 1292 - 1472	1 - 2 ساعات	هواء	تليين، تحسين اللدونة
التبريد المفاجئ	800 - 900 / 1472 - 1652	30 دقيقة	زيت	تصلب، زيادة القوة
الت tempering	400 - 600 / 752 - 1112	1 ساعة	هواء	تخفيف الهشاشة، تحسين الصلابة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية مثل الشمع، والتبريد المفاجئ، والتبريد بشكل كبير على التركيب الدقيق وخصائص فولاذ 1144. يعمل الشمع على تليين المادة، بينما يزيد التبريد من الصلابة. يعتبر التبريد أمرًا أساسيًا لتقليل الهشاشة وتعزيز الصلابة، مما يجعله مناسبًا للاستخدامات الديناميكية.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الأساسية الفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (بإيجاز)
السيارات	محاور الدفع	قوة عالية، مقاومة للتعب	مطلوب للأحمال الديناميكية
الآلات	التروس	مقاومة للتآكل، قابلية التشغيل	مكونات دقيقة
الطيران والفضاء	مكونات معدات الهبوط	قوة عالية، صلابة	تطبيقات حرجة للسلامة
التصنيع	أسطوانات هيدروليكية	مقاومة للتآكل، قوة	التحمل تحت الضغط

تتضمن التطبيقات الأخرى:
- المحاور الدقيقة
- المحاور
- عناصر ربط
- مكونات الأدوات

يتم اختيار فولاذ 1144 لهذه التطبيقات بسبب مزيجه من القوة العالية، وقابلية التشغيل الممتازة، ومقاومة التعب، مما يجعله مثاليًا للمكونات التي يجب أن تتحمل إجهاد ميكانيكي كبير.

اعتبارات هامة ومعايير الاختيار ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	فولاذ 1144	AISI 4140	AISI 1018	ملاحظات بإيجاز
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	قوة معتدلة	قوة منخفضة	فولاذ 1144 يوفر قوة متفوقة
الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل	متوسط	جيد	ممتاز	فولاذ 1144 أقل ملاءمة للبيئات التآكلية
قابلية اللحام	ضعيف	متوسط	جيد	يتطلب فولاذ 1144 معالجة خاصة
قابلية التشغيل	ممتازة	جيدة	جيدة جدًا	فولاذ 1144 قابل للتشغيل بدرجة عالية
قابلية التشكيل	محدودة	جيدة	ممتازة	فولاذ 1144 أقل قابلية للتشكيل
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	أعلى	أقل	تختلف التكلفة حسب طلب السوق
التوافر النموذجي	شائع	شائع	شائع جدًا	فولاذ 1144 متوفر على نطاق واسع

عند اختيار فولاذ 1144، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، والجدوى الاقتصادية، والتوافر. بينما يتفوق في القوة وقابلية التشغيل، يجب تقييم قيوده في مقاومة التآكل وقابلية اللحام بعناية بناءً على متطلبات التطبيق. بالإضافة إلى ذلك، يجعل أدائه في سيناريوهات التحميل الديناميكي منه خيارًا مفضلًا في الصناعات التي تكون فيها الموثوقية أمرًا حاسمًا.

باختصار، يُعتبر فولاذ 1144 (ستريسبروف) مادة متعددة الاستخدامات ومتينة تقدم مجموعة فريدة من الخصائص المناسبة للتطبيقات الصعبة. إن اختياره ومعالجته بعناية يمكن أن يؤدي إلى فوائد أداء كبيرة في مختلف السياقات الهندسية.