الفولاذ AISI 1320: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

فولاذ AISI 1320 مصنف كفولاذ سبائك كربوني متوسط، معروف بشكل أساسي بتوازنه بين القوة والخشونة والليونة. يحتوي هذا النوع من الفولاذ على كمية كبيرة من الكربون، إلى جانب عناصر السبائك مثل المنغنيز والكروم والنيكل، التي تعزز خصائصه الميكانيكية وأدائه العام في تطبيقات متعددة.

نظرة شاملة

يمتاز فولاذ AISI 1320 بمحتواه المتوسط من الكربون، والذي يتراوح عادةً بين 0.18% إلى 0.23%. تشمل العناصر الأساسية في السبائك المنغنيز (0.60% إلى 0.90%) والكروم (0.40% إلى 0.60%) والنيكل (0.30% إلى 0.60%). تساهم هذه العناصر في قابلية الصلابة والقوة ومقاومة التآكل والإرهاق، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات الهندسية.

تشمل الخصائص الأكثر أهمية لفولاذ AISI 1320:

• قوة عالية: يسمح محتوى الكربون المتوسط بتحقيق قوة شد جيدة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الهيكلية.
• خشونة جيدة: تعمل عناصر السبائك على تحسين الخشونة، وهي ضرورية للمكونات المعرضة للأحمال الديناميكية.
• ليونة: يظهر AISI 1320 ليونة جيدة، مما يسمح بالتشويه دون كسر، وهو أمر حاسم في عمليات التصنيع.

المزايا:
- توازن ممتاز بين القوة والليونة.
- قابلية تشغيل جيدة وقابلية لحام.
- مناسب لعمليات المعالجة الحرارية لتعزيز الخصائص الميكانيكية.

القيود:
- مقاومة معتدلة للتآكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ.
- يتطلب معالجة حرارية دقيقة لتجنب الهشاشة.

تاريخياً، تم استخدام AISI 1320 في تطبيقات متعددة، بما في ذلك مكونات السيارات وأجزاء الآلات والعناصر الهيكلية، بفضل خصائصه الميكانيكية المواتية وتنوعه.

أسماء بديلة ومعايير ومعادلات

المنظمة المعيارية	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	ملاحظات/ملاحظات
UNS	G13200	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب معادل لـ AISI 1320
AISI/SAE	1320	الولايات المتحدة الأمريكية	تسمية شائعة الاستخدام
ASTM	A29/A29M	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة عامة لسبائك الفولاذ
EN	1.7035	أوروبا	اختلافات تركيبية طفيفة
JIS	S45C	اليابان	خصائص مشابهة، لكن تطبيقات مختلفة
DIN	C45E	ألمانيا	مشابه، لكن بعناصر سبائك مختلفة

غالباً ما يقارن صنف AISI 1320 مع الفولاذات الكربونية المتوسطة الأخرى، مثل AISI 1045 وAISI 4140. بينما يقدم AISI 1045 محتوى كربون أعلى لزيادة القوة، يوفر AISI 4140 قابلية صلابة محسنة بسبب محتواه من الكروم. يمكن أن تؤثر هذه الاختلافات بشكل كبير على اختيار الفولاذ لتطبيقات محددة.

الخصائص الرئيسية

التكوين الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
C (الكربون)	0.18 - 0.23
Mn (المنغنيز)	0.60 - 0.90
Cr (الكروم)	0.40 - 0.60
Ni (النيكل)	0.30 - 0.60
Si (السيليكون)	0.15 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.035
S (الكبريت)	≤ 0.040

تلعب العناصر الأساسية في السبائك في AISI 1320 أدوارًا حاسمة:
- المنغنيز: يعزز قابلية الصلابة والقوة ويعمل على تحسين خشونة الفولاذ.
- الكروم: يزيد من مقاومة التآكل وقابلية الصلابة، مما يسهم في مقاومة التآكل.
- النيكل: يحسن الخشونة والليونة، خاصة في التطبيقات ذات درجات الحرارة المنخفضة.

الخصائص الميكانيكية

خاصية	الحالة/الحرارة	درجة الحرارة للاختبار	القيمة/النطاق النموذجي (مترية)	القيمة/النطاق النموذجي (إنجليزية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	ملأن	درجة حرارة الغرفة	580 - 700 ميجا باسكال	84 - 102 كيلو باوند في البوصة	ASTM E8
قوة العائد (0.2% إزاحة)	ملأن	درجة حرارة الغرفة	350 - 450 ميجا باسكال	51 - 65 كيلو باوند في البوصة	ASTM E8
التمدد	ملأن	درجة حرارة الغرفة	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
الصلابة (برينيل)	ملأن	درجة حرارة الغرفة	160 - 210 HB	160 - 210 HB	ASTM E10
قوة التأثير (شاربي)	ملأن	-20 درجة مئوية (-4 درجة فهرنهايت)	30 - 50 جول	22 - 37 قدم-رطل	ASTM E23

تجمع هذه الخصائص الميكانيكية بين AISI 1320 وتجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وخشونة، مثل التروس والمحاور والمكونات الهيكلية. إن قدرته على تحمل الأحمال الديناميكية مع الحفاظ على الليونة تعتبر حاسمة في العديد من التطبيقات الهندسية.

الخصائص الفيزيائية

خاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إنجليزية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
درجة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
التوصيل الحراري	درجة حرارة الغرفة	45 واط/م·ك	31 BTU·إن/ (ساعة·قدم²·°F)
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	460 جول/كجم·ك	0.11 BTU/رطل·°F
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.00065 أوم·م	0.00038 أوم·بوصة

تشير كثافة AISI 1320 ودرجة انصهاره إلى ملاءمته للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية، بينما تعتبر قدرته على التوصيل الحراري والسعة الحرارية النوعية مهمة للتطبيقات التي تنطوي على نقل الحرارة. إن مقاومتها الكهربائية منخفضة نسبيًا، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب توصيل كهربائي.

مقاومة التآكل

الوكيل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
كلوريدات	3-5	25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت)	مقبول	خطر التآكل
حمض الكبريتيك	10	25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت)	ضعيف	غير موصى به
هيدروكسيد الصوديوم	50	25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت)	مقبول	خطر تكسر التآكل بسبب الإجهاد

يظهر فولاذ AISI 1320 مقاومة معتدلة للتآكل، خاصة في البيئات التي تحتوي على الكلوريدات والمحاليل القلوية. إن تعرضه للتآكل وتكسر الإجهاد في البيئات الغنية بالكلوريدات يمكن أن يقيد استخدامه في التطبيقات البحرية. مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ مثل AISI 304 أو AISI 316، فإن مقاومة AISI 1320 للتآكل أقل بكثير، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات التي تعتبر فيها مقاومة التآكل أمراً حاسماً.

مقاومة الحرارة

خاصية/حد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400°C	752°F	مناسب للتعرض الممتد
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500°C	932°F	التعرض لفترات قصيرة فقط
درجة حرارة التصلب	600°C	1112°F	خطر الأكسدة بعد هذه الدرجة
تبدأ اعتبارات قوة الزحف	300°C	572°F	قد يحدث زحف عند درجات حرارة مرتفعة

يحافظ فولاذ AISI 1320 على خصائصه الميكانيكية عند درجات حرارة مرتفعة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تنطوي على التعرض للحرارة. ومع ذلك، يجب توخي الحذر لتجنب التعرض المطول لدرجات حرارة أعلى من 400°C، حيث يمكن أن يؤدي ذلك إلى الأكسدة والتكلس، مما يؤثر على سلامة المادة.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	معادن التعبئة الموصى بها (تصنيف AWS)	غاز/فلتر الدرع النموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	خلط الأرجون وثاني أكسيد الكربون	جيد للأجزاء الرقيقة
TIG	ER80S-Ni	الأرجون	يحتاج إلى تسخين مسبق
لصق	E7018	غير متاح	مناسب للحام في الميدان

يظهر AISI 1320 قابلية لحام جيدة، خاصة مع المعادن التعبئة المناسبة. يُوصى بالتسخين المسبق لتقليل خطر الكسر أثناء اللحام. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية بعد اللحام من خصائص اللحام.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	AISI 1320	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70%	100%	AISI 1212 أسهل في التشغيل
سرعة القطع النموذجية (تدوير)	30-40 م/دقيقة	50-60 م/دقيقة	تعديل للتآكل على الأداة

يمتاز AISI 1320 بقابلية تشغيل معتدلة، مما يجعله مناسبًا لمجموعة متنوعة من عمليات التشغيل. ومع ذلك، مقارنةً بفولاذات التشغيل الحرة مثل AISI 1212، يتطلب المزيد من العناية في التعامل والأدوات لتحقيق النتائج المثلى.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل AISI 1320 بشكل بارد أو ساخن، مع ليونة جيدة تسمح بمجموعة متنوعة من عمليات التشكيل. ومع ذلك، يجب توخي الحذر لتجنب العمل المفرط المعزز، مما قد يؤدي إلى الكسر. يجب مراعاة الحد الأدنى من نصف قطر الانحناء أثناء عمليات التشكيل لضمان السلامة.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	مدة النقع النموذجية	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التلين	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1 - 2 ساعات	هواء	تقليل الصلابة، تحسين الليونة
التبريد السريع	800 - 850 °C / 1472 - 1562 °F	30 دقيقة	زيت	زيادة الصلابة
التخمير	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	ساعة واحدة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين الخشونة

تؤثر عمليات المعالجة الحرارية بشكل كبير على البنية الدقيقة وخصائص AISI 1320. يعمل التلين على تليين الفولاذ، بينما يزيد التبريد السريع من الصلابة. يعتبر التخمير ضروريًا لتخفيف الضغوط وتعزيز الخشونة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات الضغوط العالية.

التطبيقات النموذجية وطرق الاستخدام النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	خصائص الصلب الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
صناعة السيارات	التروس	قوة عالية، وخشونة	القدرة على تحمل الأحمال الديناميكية
الآلات	المحاور	الليونة، وقابلية التشغيل	سهولة التصنيع والقوة
البناء	المكونات الهيكلية	القوة، وقابلية اللحام	مناسب للتطبيقات الحاملة للأحمال

تتضمن تطبيقات أخرى:
- - مكونات الطيران
- - الأدوات والقوالب
- - البراغي والتجهيزات

يتم اختيار AISI 1320 لهذه التطبيقات بفضل توازنه الممتاز بين القوة والخشونة وقابلية التشغيل، مما يجعله خيارًا متنوعًا لاحتياجات الهندسة المختلفة.

اعتبارات مهمة، ومعايير الاختيار، وأفكار إضافية

الميزة/الخاصية	AISI 1320	AISI 4140	AISI 1045	ملاحظات مختصرة حول المنافع/القيود أو التجارة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة معتدلة	قوة عالية	قوة معتدلة	يوفر AISI 4140 قابلية صلابة أعلى
البعد التآكلي الرئيسي	مقبول	جيد	مقبول	يمتاز AISI 4140 بمقاومة تآكل أفضل
قابلية اللحام	جيدة	مقبولة	جيدة	قد يتطلب AISI 4140 تسخينًا مسبقًا
قابلية التشغيل	معتدلة	معتدلة	عالية	أسهل في التشغيل AISI 1045
قابلية التشكيل	جيدة	مقبولة	جيدة	AISI 4140 أقل ليونة
التكلفة النسبية التقريبية	معتدلة	أعلى	أقل	تختلف التكلفة بناءً على عناصر السبائك
التوفر النموذجي	شائع	شائع	شائع جداً	AISI 1045 متاح على نطاق واسع

عند اختيار AISI 1320، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، قابلية اللحام، والتكلفة الفعالة. بينما يقدم توازنًا جيدًا بين القوة والليونة، قد لا يكون الخيار الأفضل في البيئات شديدة التآكل أو التطبيقات التي تتطلب قابلية صلابة قصوى. توفره في السوق جيد بشكل عام، مما يجعله خيارًا عمليًا للعديد من التطبيقات الهندسية.

باختصار، يعتبر فولاذ AISI 1320 فولاذ سبائك كربوني معتدل متعدد الاستخدامات يوفر توازنًا بين القوة والخشونة وقابلية التشغيل، مما يجعله مناسبًا لمجموعة واسعة من التطبيقات في صناعات مختلفة.