الصلب المدلفن على البارد: الخصائص والتطبيقات الرئيسية

الفولاذ المدرفل على البارد هو نوع من الفولاذ الذي خضع لعملية درفلة على البارد، والتي تتضمن تقليل سمك الفولاذ عند درجة حرارة الغرفة. تعزز هذه العملية الخصائص الميكانيكية للفولاذ، مما ينتج عنه منتج أقوى وأدق في الأبعاد مقارنة بالفولاذ المدرفل على الساخن. يتم تصنيف الفولاذ المدرفل على البارد بشكل أساسي كفولاذ منخفض الكربون، على الرغم من أنه يمكن أن يتضمن أيضًا درجات متوسطة وعالية الكربون اعتمادًا على عناصر السبائك المستخدمة.

نظرة شاملة

يتميز الفولاذ المدرفل على البارد بلمسة سطحية ناعمة، وت tolerances أكثر إحكاماً، وخصائص ميكانيكية معززة. تشمل عناصر السبائك الأساسية في الفولاذ المدرفل على البارد عادةً الكربون (C)، المنغنيز (Mn)، الفوسفور (P)، والكبريت (S). يتراوح محتوى الكربون عمومًا من 0.05% إلى 0.25%، والذي يؤثر بشكل كبير على صلابة الفولاذ وقوته. يعمل المنغنيز كعناصر مزيلة للأكسدة ويحسن الممكنية للصلابة، بينما يمكن أن يعزز الفوسفور والكبريت القابلية للتشغيل ولكن قد تؤدي كمياتهما الزائدة إلى الهشاشة.

تتضمن الخصائص المميزة للفولاذ المدرفل على البارد:

• قوة عالية: تزيد عملية الدرفلة على البارد من القوة المحورية وقوة الشد، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب نسبة عالية من القوة إلى الوزن.
• دقة الأبعاد: يتم إنتاج الفولاذ المدرفل على البارد مع tolerances أكثر إحكاماً، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية.
• تشطيب السطح: تؤدي العملية إلى سطح ناعم يجعله جذابًا من الناحية الجمالية ويمكن طلاؤه أو تغطيته بسهولة.

المزايا:
- خصائص ميكانيكية محسنة مقارنة بالفولاذ المدرفل على الساخن.
- تشطيب سطحي أفضل ودقة أبعاد محسنة.
- تطبيقات متعددة في مختلف الصناعات.

القيود:
- أكثر تكلفة من الفولاذ المدرفل على الساخن بسبب المعالجة الإضافية.
- تقليل اللدونة مقارنة بالدرجات المدرفلة على الساخن، مما يجعلها أقل ملاءمة لبعض عمليات التشكيل.

يمتلك الفولاذ المدرفل على البارد مكانة هامة في السوق بسبب تعدديته وخصائصه المتفوقة، مما يجعله خيارًا شائعًا في تطبيقات السيارات، والبناء، والتصنيع.

أسماء بديلة، معايير، ونظائر

منظمة المعيار	التسمية/الدرجة	الدولة/المنطقة الأصلية	ملاحظات/ملاحظات
UNS	G10080	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب نظير لـ AISI 1008
AISI/SAE	1008	الولايات المتحدة الأمريكية	فولاذ منخفض الكربون مع قابلية لحام جيدة
ASTM	A1008	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة قياسية للفولاذ المدرفل على البارد
EN	1.0330	أوروبا	معادل لـ AISI 1008
JIS	S10C	اليابان	خصائص مشابهة ولكن مع اختلافات في التركيب
ISO	ISO 3574	دولي	معيار للفولاذ المدرفل على البارد منخفض الكربون

تُبرز الجدول أعلاه معايير ونظائر مختلفة للفولاذ المدرفل على البارد. من المهم ملاحظة أنه على الرغم من أن هذه الدرجات يمكن اعتبارها متكافئة، يمكن أن تؤثر الاختلافات الدقيقة في التركيب والمعالجة على الأداء في التطبيقات المحددة. على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي وجود عناصر سبائك إضافية أو اختلافات في طرق المعالجة إلى اختلافات في الخصائص الميكانيكية، ومقاومة التآكل، وقابلية اللحام.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.05 - 0.25
Mn (المنغنيز)	0.30 - 0.90
P (الفوسفور)	≤ 0.04
S (الكبريت)	≤ 0.05
Fe (الحديد)	التوازن

تشمل الدور الرئيسي لعناصر السبائك الأساسية في الفولاذ المدرفل على البارد:
- الكربون: يزيد من الصلابة والقوة؛ محتوى الكربون المرتفع يؤدي إلى قوة أعلى ولكن يقلل من اللدونة.
- المنغنيز: يعزز الخصائص القابلة للصلابة والقوة، ويحسن من الكفاءة، ويساعد في إزالة الأكسدة أثناء صنع الفولاذ.
- الفوسفور: يمكن أن يحسن القابلية للتشغيل ولكن قد يؤدي إلى الهشاشة إذا كان موجودًا بكميات عالية.
- الكبريت: يعزز القابلية للتشغيل ولكنه يمكن أن يؤثر سلبًا على اللدونة والصلابة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	درجة الحرارة للاختبار	القيمة/المدى النموذجي (مترية)	القيمة/المدى النموذجي (إمبراطورية)	معيار المرجع لطريقة الاختبار
قوة الشد	مدرفل على البارد	درجة حرارة الغرفة	270 - 450 ميجاباسكال	39 - 65 رطل لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (إزاحة 0.2%)	مدرفل على البارد	درجة حرارة الغرفة	210 - 350 ميجاباسكال	30 - 51 رطل لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	مدرفل على البارد	درجة حرارة الغرفة	20 - 40%	20 - 40%	ASTM E8
الصلابة (روكويل B)	مدرفل على البارد	درجة حرارة الغرفة	60 - 80 HRB	60 - 80 HRB	ASTM E18
قوة الصدمة	مدرفل على البارد	-20 درجة مئوية (-4 درجة فهرنهايت)	20 - 40 جول	15 - 30 قدم-رطل	ASTM E23

تجعل مجموعة هذه الخصائص الميكانيكية الفولاذ المدرفل على البارد مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية وتشطيب سطحي ممتاز. قوة الشد والعائد العالية تجعله مثاليًا للمكونات الهيكلية، بينما تسمح خصائص التمدد ببعض مستوى من التشكيل دون كسر.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (مترية)	القيمة (إمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1425 - 1540 درجة مئوية	2600 - 2800 درجة فهرنهايت
الموصلية الحرارية	درجة حرارة الغرفة	50 واط/م·ك	29 وحدة حرارية بريطانية·بوصة/(ساعة·قدم²·درجة فهرنهايت)
السعة الحرارية النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.49 كيلو جول/كجم·ك	0.12 وحدة حرارية بريطانية/رطل·درجة فهرنهايت
المقاومة الكهربائية	درجة حرارة الغرفة	0.0000017 أوم·م	0.0000017 أوم·بوصة

تعد الخصائص الفيزيائية الرئيسية مثل الكثافة والموصلية الحرارية هامة للتطبيقات التي تتضمن معالجة حرارية أو معالجة حرارية. تجعل كثافة الفولاذ المدرفل على البارد مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب اعتبارات للوزن، بينما تؤثر الموصلية الحرارية على أدائه في المبادلات الحرارية وغيرها من التطبيقات الحرارية.

مقاومة التآكل

عامل تآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (درجة مئوية/درجة فهرنهايت)	تقييم المقاومة	ملاحظات
الجو	يتنوع	محلي	عادل	عرضة للصدأ
الكلوريدات	يتنوع	محلي	ضعيف	خطر التآكل العميق
الأحماض	يتنوع	محلي	ضعيف	غير موصى به
القلويات	يتنوع	محلي	عادل	مقاومة متوسطة

يعرض الفولاذ المدرفل على البارد مقاومة معتدلة للتآكل، خاصة في الظروف الجوية. ومع ذلك، فهو عرضة للصدأ عند تعرضه للرطوبة والكلوريدات، مما يمكن أن يؤدي إلى تآكل عميق. مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ، فإن الفولاذ المدرفل على البارد لديه مقاومة تآكل أقل بشكل ملحوظ، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات في البيئات شديدة التآكل.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (درجة مئوية)	درجة الحرارة (درجة فهرنهايت)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	400 درجة مئوية	752 درجة فهرنهايت	بعد هذا، قد تتدهور الخصائص.
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	500 درجة مئوية	932 درجة فهرنهايت	تعرض قصير المدى فقط.
درجة حرارة التقشير	600 درجة مئوية	1112 درجة فهرنهايت	خطورة الأكسدة في درجات حرارة مرتفعة.

يحافظ الفولاذ المدرفل على البارد على قوته عند درجات حرارة مرتفعة تصل إلى حوالي 400 درجة مئوية (752 درجة فهرنهايت). بعد هذه الدرجة الحرارة، قد تبدأ الخصائص الميكانيكية في التدهور، مما يؤدي إلى أداء مقبول أقل في التطبيقات الهيكلية. يمكن أيضًا حدوث الأكسدة عند درجات حرارة عالية، مما يتطلب طلاءات أو معالجات وقائية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن المملوء الموصى به (تصنيف AWS)	غاز/فلاكس حماية نموذجي	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون/CO2	جيد للأقسام الرقيقة
TIG	ER70S-2	أرجون	تحكم ممتاز
Stick	E7018	N/A	يتطلب تسخينًا مسبقًا

يعتبر الفولاذ المدرفل على البارد عمومًا جيدًا في قابلية اللحام، لاسيما مع عمليات MIG وTIG. قد يتطلب التسخين المسبق للأقسام الأ thicker لتجنب التشقق. يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية اللاحقة للحام من خصائص منطقة اللحام.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	الفولاذ المدرفل على البارد	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	70	100	جيدة لعمليات التشغيل
سرعة القطع النموذجية	30 م/دقيقة	50 م/دقيقة	تعديل بناءً على الأدوات

يعرض الفولاذ المدرفل على البارد قابلية تشغيل جيدة، على الرغم من أنه ليس سهل التشغيل مثل بعض الفولاذ المحتوي على سبائك مثل AISI 1212. يعد اختيار الأدوات وسرعات القطع المناسبة أساسياً لتحسين أداء التشغيل.

قابلية التشكيل

يمكن تشكيل الفولاذ المدرفل على البارد باستخدام تقنيات مختلفة، بما في ذلك الدفع، والتشكيل، والسحب. ومع ذلك، فإن لزوجته المخفضة مقارنةً بالفولاذ المدرفل على الساخن قد تحد من قدرته على خضوعه لعمليات تشكيل شديدة دون تشقق. يجب أن تؤخذ نصف قطر الانحناء الأدنى بعين الاعتبار بعناية لتجنب الفشل أثناء التشكيل.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	زمن النقع النموذجي	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
التلدين	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 ساعات	هواء أو ماء	تليين، تحسين اللدونة
التطبيع	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 ساعات	هواء	تحسين بنية الحبوب
التبريد المفاجئ	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	ساعة واحدة	ماء أو زيت	صلابة

يمكن أن تؤثر عمليات المعالجة الحرارية مثل التلدين والتطبيع بشكل كبير على البنية المجهرية للفولاذ المدرفل على البارد، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يعمل التلدين على تليين الفولاذ، مما يحسن من لزوجته، بينما يعمل التطبيع على تحسين بنية الحبوب، مما يؤدي إلى تحسين المتانة.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على التطبيق المحدد	خصائص الفولاذ الرئيسية المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (بإيجاز)
السيارات	ألواح الجسم	قوة عالية، تشطيب سطحي جيد	خفيف الوزن ودائم
البناء	المكونات الهيكلية	دقة الأبعاد، القوة	دقة وموثوقية
التصنيع	قطع الماكينات	قابلية تشغيل جيدة، قوة	سهولة التصنيع

يستخدم الفولاذ المدرفل على البارد على نطاق واسع في مختلف الصناعات بفضل خصائصه المفيدة. في قطاع السيارات، يفضل للألواح الجسمية بسبب قوته وتشطيبه السطحي. في البناء، تجعل دقته المثالية للمكونات الهيكلية. بالإضافة إلى ذلك، فإن قابلية تشغيله مفيدة في تصنيع قطع الماكينات.

الاعتبارات الهامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	الفولاذ المدرفل على البارد	AISI 1018	الفولاذ المقاوم للصدأ 304	ملاحظة قصيرة عن المزايا/العيوب أو التعاملات
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	قوة عالية	قوة متوسطة	قوة عالية	الفولاذ المدرفل على البارد يوفر قوة أفضل من AISI 1018 ولكنه أقل من الفولاذ المقاوم للصدأ.
جانب التآكل الرئيسي	مقاومة عادلة	مقاومة عادلة	مقاومة ممتازة	الفولاذ المدرفل على البارد أقل مقاومة للتآكل مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ.
قابلية اللحام	جيدة	جيدة	متوسطة	الفولاذ المدرفل على البارد أسهل في اللحام من الفولاذ المقاوم للصدأ.
قابلية التشغيل	جيدة	ممتازة	عادلة	الفولاذ المدرفل على البارد أقل قابلية للتشغيل من AISI 1018.
قابلية التشكيل	متوسطة	جيدة	متوسطة	الفولاذ المدرفل على البارد أقل قابلية للتشكيل من AISI 1018.
التكلفة التقريبية النسبية	متوسطة	منخفضة	عالية	الفولاذ المدرفل على البارد أكثر تكلفة من AISI 1018 ولكنه أقل تكلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
التوافر النموذجي	عالي	عالي	متوسط	الفولاذ المدرفل على البارد متوفر على نطاق واسع بأشكال مختلفة.

عند اختيار الفولاذ المدرفل على البارد لتطبيق معين، تكون الاعتبارات مثل التكلفة، والتوافر، والخصائص الميكانيكية حاسمة. في حين أنه يوفر قوة عالية وقابلية لحام جيدة، يجب أن تؤخذ حذراً من حساسيته للتآكل واللدونة المخفضة مقارنة بالدرجات الأخرى. غالبًا ما يتم اختيار الفولاذ المدرفل على البارد للتطبيقات التي تكون فيها الدقة وتشطيب السطح هي الأهم، بينما قد يتم اختيار درجات بديلة بسبب مقاومتها الممتازة للتآكل أو قابليتها للتشغيل.