مصدر: المجموعة الهندسية المتقدمة
الجميع على دراية بالحديد, كربون, والصلب. الحديد والكربون هما العنصران الكيميائيان الأساسيان اللذان يتكون منهما الفولاذ المعدني. صغير مثل المقص, بحجم سفينة الفضاء, هذه الاختراعات لا تنفصل عن استخدام الصلب.
الصلب هو في الواقع عائلة ضخمة من السبائك المعدنية. بأساليب احترافية, يمكن تقسيم الفولاذ إلى أنواع مختلفة. على سبيل المثال, حسب كمية عنصر الكربون الكيميائي, يمكن تقسيم الفولاذ إلى فولاذ طري (C≤0.25٪), معدن الكربون المتوسط (C≤0.25 ~ 0.60٪) والفولاذ عالي الكربون (C≤0.60٪).
هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار الفولاذ الكربوني أو الفولاذ المقاوم للصدأ, مثل صلابة, سعر, التطبيقات وما إلى ذلك وهلم جرا. في بعض الأحيان يحتاج المستهلكون أيضًا إلى أخذ الشركة المصنعة والمورد في الاعتبار.
على سبيل المثال, ك مورد الفولاذ المقاوم للصدأ, تشتهر SSMETAL بتنوعها منتج الفولاذ المقاوم للصدأ مشتمل صفائح كبيرة, لفائف, شرائط, أنابيب, و مظهر. الهدف من SSMETAL هو تزويد المستهلكين بمواد غير قابلة للصدأ عالية الجودة. SSMETAL هي أيضًا واحدة من أفضل الشركات مورد صفائح الفولاذ المقاوم للصدأ نظرًا لأنه يحتوي على تقنية قطع وشق دقيقة للتكيف مع المتطلبات المختلفة للحجم.
ستناقش هذه المقالة بإيجاز نوعين شائعين من الفولاذ: الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ الكربوني وقارنوا اختلافهم فيما يتعلق صلابة, مرونة, وزن, سعر, و التطبيقات.
الكربون الصلب وأنواعه الأربعة
الكربون الصلب هو سبيكة كربون حديدية يتراوح محتوى الكربون منها 0.0218% ل 2.11%. يحتوي هذا النوع من الفولاذ أيضًا على كميات صغيرة من السيليكون, المنغنيز, الكبريت والفوسفور. لصلب الكربون, كلما زاد محتوى الكربون, كلما زادت الصلابة والقوة, ولكن انخفاض اللدونة.
هناك أربع فئات عامة من الفولاذ الكربوني: قليل, واسطة, عالي, وعالية جدًا.
منخفض الكربون الصلب مع عادة تحت 0.30% يمكن تشكيل الكربون بسهولة وغالبًا ما يستخدم في الأنابيب, الأسلاك, والأجهزة العامة.
معدن الكربون المتوسط يحتوي على محتوى الكربون بين 0.31% و 0.6%. هذا النوع من الفولاذ أقوى بكثير ويستخدم في تطبيقات السكك الحديدية, الأجزاء الميكانيكية, وغيرها من التطبيقات المماثلة.
محتوى الكربون ارتفاع الكربون الصلب يتراوح ما بين 0.61% و 1%. غالبًا ما يستخدم في تطبيقات مقاومة الشد العالية أو التآكل مثل الشفرات والينابيع.
فولاذ عالي الكربون يحتوي على ما يقرب من 1.25 - 2.0٪ من محتوى الكربون. يمكن أن يخفف إلى صلابة كبيرة.
الستانلس ستيل وأنواعه الخمسة
الفولاذ المقاوم للصدأ يحتوي على الحديد, كربون, وعلى الأقل 10.5% الكروم. الكروم هو المكون الرئيسي للفولاذ المقاوم للصدأ. يتفاعل مع الأكسجين لتشكيل طبقة تخميل تحمي الفولاذ من التآكل.
هناك اكثر من 100 درجات الفولاذ المقاوم للصدأ ومعظمها مصنفة إلى خمس مجموعات: الأوستنيتي, حديدي, مارتينسيتيك, مزدوج, وتصلب الترسيب.
مع 16 ل 26 في المئة من الكروم وما يصل إلى 35 في المئة من النيكل, الفولاذ الأوستنيتي عادة ما يكون لها أعلى مقاومة للتآكل. لا تتصلب بالمعالجة الحرارية وهي غير مغنطيسية. النوع الأكثر شيوعًا من الفولاذ الأوستنيتي هو 18/8, أو 304 المرتبة, الذي يحتوي على 18 في المئة من الكروم و 8 في المئة من النيكل. تشمل التطبيقات النموذجية الطائرات وصناعات تجهيز الأغذية.
فولاذ حديدي قياسي
أنه يحتوي على 10.5 ل 27 في المئة من الكروم وخالي من النيكل. إنه بسبب محتوى الكربون المنخفض (أقل من 0.2 نسبه مئويه) أن الفولاذ الحديدي غير قابل للتصلب بالمعالجة الحرارية وله تطبيقات مقاومة للتآكل أقل أهمية, مثل الزخرفة المعمارية والسيارات.
فولاذ مارتينسيتي
عادة ما تحتوي على 11.5 ل 18 في المئة من الكروم وما يصل إلى 1.2 نسبة الكربون مع إضافة النيكل. إنها قابلة للصلابة بالمعالجة الحرارية, لديها مقاومة تآكل متواضعة, ويتم تطبيقها على إنتاج أدوات المائدة, الأدوات الجراحية, الشدات, والتوربينات.
دوبلكس فولاذ مقاوم للصدأ
إنه مزيج من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والحديد بكميات متساوية. وهذا يعني أن الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين يحتوي على 21 ل 27 في المئة من الكروم, 1.35 ل 8 في المئة من النيكل, 0.05 ل 3 في المئة من النحاس, و 0.05 ل 5 في المئة الموليبدينوم. الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين أقوى وأكثر مقاومة للتآكل من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي والحديد., وهي مفيدة في بناء صهاريج التخزين, المعالجة الكيميائية, وحاويات لنقل الكيماويات.
الفولاذ المقاوم للصدأ تصلب هطول الأمطار
عادة ما تحتوي على 15 ل 17.5 في المئة من الكروم, 3 ل 5 في المئة من النيكل, و 3 ل 5 في المئة من النحاس. يشتهر هذا النوع من الفولاذ المقاوم للصدأ بقوته بسبب إضافة الألمنيوم, نحاس, والنيوبيوم إلى السبيكة بكميات أقل من 0.5 النسبة المئوية للكتلة الكلية للسبيكة. غالبا ما تستخدم في بناء مهاوي طويلة, يمكن مقارنته بالفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ من حيث مقاومة التآكل.
مقارنة
مصدر: الهندسة الأحادية
صلابة
في علم المواد, صلابة القدرة على تحمل المسافة البادئة السطحية (تشوه البلاستيك الموضعي) والخدش. من المحتمل أن تكون الصلابة هي الخاصية المادية الأكثر سوءًا لأنها قد تشير إلى مقاومة الخدش, مقاومة التآكل, مقاومة المسافة البادئة أو حتى مقاومة التشكيل أو تشوه البلاستيك الموضعي. الصلابة مهمة من وجهة نظر هندسية لأن مقاومة التآكل عن طريق الاحتكاك أو التآكل بالبخار, زيت, والماء بشكل عام يزيد مع صلابة.
يوفر الاختبار نتائج عددية لتحديد صلابة المادة, والتي يتم التعبير عنها برقم صلابة برينل - HB. يتم تحديد رقم صلابة برينل من خلال معايير الاختبار الأكثر استخدامًا (ASTM E10-14[2] و ISO 6506-1:2005) مثل HBW (ح من صلابة, ب من برينل, و W من مادة إندينتر, التنغستن (ولفرام) كربيد). في المعايير السابقة, تم استخدام HB أو HBS للإشارة إلى القياسات التي تم إجراؤها باستخدام المسافات البادئة الفولاذية.
الفولاذ عالي الكربون صلب للغاية ومقاوم للاهتراء ويمكنه تحمل الكثير من القوة قبل أن يتشوه. للأسف, المعادن الصلبة هشة أيضا. من المرجح أن يتصدع الفولاذ عالي الكربون أكثر من الانحناء عند وضعها تحت ضغط شد شديد. من الفولاذ المقاوم للصدأ, يمكن استخدام الكروم كعنصر تقوية وغالبًا ما يستخدم جنبًا إلى جنب مع عناصر التقوية مثل النيكل لإنتاج خصائص ميكانيكية ممتازة.
بعض المواد الشائعة وصلابة برينل الخاصة بهم
| مادة | رقم صلابة برينل – HB (الآلام والكروب الذهنية) |
| يقود | 5.0 |
| نحاس | 35 |
| لينة النحاس | 60 |
| الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي | 180 |
| ستانلس ستيل – 304 | 201 |
| دوبلكس الفولاذ المقاوم للصدأ | 217 |
| فولاذ تصلب الترسيب | 353 |
| الحديد الزهر الأبيض | 415 |
| زجاج | 1550 |
مرونة
معامل مرونة يونغ هو معامل المرونة لإجهاد الشد والضغط في نظام المرونة الخطي للتشوه أحادي المحور ويتم تقييمه عادةً عن طريق اختبارات الشد. تصل إلى الحد من الإجهاد, سيتمكن الجسم من استعادة أبعاده عند إزالة الحمولة. تتسبب الضغوط المطبقة في انتقال الذرات الموجودة في البلورة من موقع التوازن. يتم إزاحة جميع الذرات بنفس المقدار ولا تزال تحافظ على هندستها النسبية. عندما تتم إزالة الضغوط, تعود جميع الذرات إلى مواقعها الأصلية ولا يحدث تشوه دائم.
معامل يونغ لمرونة الفولاذ عالي الكربون هو 200 المعدل التراكمي, والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي 45 المعدل التراكمي. المعامل الفولاذي الصغير هو مقياس للتشوه المرن للصلابة / المقاومة لأحمال الشد. يرجع سبب اختلاف قيم معامل الفولاذ للشباب إلى عملية التصنيع, والتي تمثل كمية الشوائب في الفولاذ ونوع / درجة الفولاذ المحدد.
متانة
يمكن أن يصدأ الفولاذ الكربوني في بعض الظروف لأنه يفتقر إلى مقاومة التآكل من نظيره من الفولاذ المقاوم للصدأ. على الرغم من أن الفولاذ الكربوني أقوى من الفولاذ المقاوم للصدأ, قد تصدأ وتتآكل عند تعرضها للرطوبة. حتى كميات صغيرة من الرطوبة, بما في ذلك الأبخرة الرطبة في الهواء, يمكن أن يتسبب في صدأ الكربون الصلب.
الفولاذ الكربوني أقل مرونة من الفولاذ المقاوم للصدأ. الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل عام أكثر مرونة من الفولاذ الكربوني, ويرجع ذلك أساسًا إلى محتواه العالي من النيكل. لكن بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ هشة للغاية, مثل الفولاذ المقاوم للصدأ مارتينسيتي.
وزن
الصلب مادة قابلة للتشوه, لذلك يمكن أن تتأثر خصائص ووزن الفولاذ في ظل ظروف مختلفة. يشير الوزن النظري للصلب إلى الوزن لكل وحدة طول للمادة ذات الطول المحدد والسمك. في حساب الوزن النظري, بالإضافة إلى القطر الخارجي والسمك المحدد في المواصفات, يجب أيضًا مراعاة ميزات المادة, مثل نوع المعدن, محتوى العنصر والثقل النوعي.
كثافة الفولاذ المقاوم للصدأ حوالي 7.9 ز / سم 3. وزن الفولاذ المقاوم للصدأ لكل بوصة مكعبة هو 0.285 جنيه, ولكل قدم مكعب هو 490 جنيه. الكثافة النموذجية للوحة الفولاذ الكربوني هي 0.284 جنيه لكل بوصة مكعبة. وزن الفولاذ الكربوني لكل قدم مكعب هو 490 جنيه في الإمبراطوري أو 7.85 متر مكعب في متري.
سعر
يتم تحديد سعر الفولاذ من خلال العديد من المتغيرات مثل إمداد, يطلب, وأسعار الطاقة. أسعار المواد الخام تتغير يوميا. لكن, بشكل عام, يكلف الفولاذ المقاوم للصدأ أربعة إلى خمسة أضعاف تكلفة الفولاذ الكربوني في تكاليف المواد. ويبلغ سعر الفولاذ الكربوني حوالي 500 دولار/طن, بينما تبلغ تكلفة الفولاذ المقاوم للصدأ حوالي 2000 دولارطن.
الفولاذ المقاوم للصدأ أغلى من الفولاذ الكربوني بسبب السبائك الأخرى, مثل الكروم, النيكل, والمنغنيز, تضاف إلى عملية صنع الفولاذ المقاوم للصدأ. استخدام هذه العناصر الإضافية يزيد من التكلفة. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ, يتكون الفولاذ الكربوني أساسًا من الحديد والكربون غير المكلفين نسبيًا. ولذلك فإن إنتاج الفولاذ الكربوني أرخص. إذا كانت الميزانية ضيقة, قد يكون الفولاذ الكربوني هو الخيار الأفضل.
عند شراء الأجهزة وغيرها من العناصر الكبيرة, من المهم الانتباه إلى درجة الفولاذ المقاوم للصدأ. ليس كل الفولاذ المقاوم للصدأ له نفس السعر. الفولاذ المقاوم للصدأ مع الحد الأدنى من محتوى الكروم 10.5% أرخص بكثير وأقل متانة من الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يحتوي على نسبة من الكروم 16%. سيظهر فرق السعر لاحقًا في تكاليف الصيانة ومدة الخدمة.
تطبيق
الشكل الأكثر استخدامًا للصلب هو الفولاذ الكربوني. حتى 90% من الفولاذ المنتج اليوم هو الفولاذ الكربوني. توافر واسع, مجموعة من الخصائص, والتكلفة تجعل هذا النوع من الفولاذ مثاليًا للتصنيع, بناء, مواصلات, والاستخدامات الصناعية.
تشمل التطبيقات النموذجية للفولاذ منخفض الكربون مكونات جسم السيارة, الأشكال الهيكلية, والصفائح التي تستخدم في خطوط الأنابيب, والمباني.
يستخدم الفولاذ متوسط الكربون في الغالب في إنتاج مكونات الماكينة, مهاوي, المحاور, التروس, أعمدة الكرنك, أدوات التوصيل والمطروقات ويمكن استخدامها أيضًا في القضبان وعجلات السكك الحديدية.
ويمكن استخدام الفولاذ عالي الكربون للينابيع, أسلاك حبل, المطارق, المفكات, والشدات.
يمكن استخدام الفولاذ عالي الكربون في منتجات الفولاذ الصلب, مثل نوابض الشاحنات, أدوات القطع المعدنية, وغيرها من الأغراض الخاصة مثل (غير الأغراض الصناعية) سكاكين, المحاور, أو اللكمات. معظم الفولاذ مع أكثر من 2.5% محتوى الكربون مصنوع من مسحوق المعادن.
بالرغم من تنوع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ, يتم استخدام عشرات فقط أو نحو ذلك بانتظام.
على سبيل المثال, نوع إيسي 304 سس, وجود مكون الكروم والنيكل ومنخفضة الكربون, تحظى بشعبية لمقاومتها الجيدة للتآكل, قابلية التنظيف, والقابلية للتشكيل, مما يجعلها مشهورة للعديد من العناصر اليومية مثل أحواض المطبخ.
نوع إيسي 316 سس, تحتوي على عنصر صناعة السبائك الموليبدينوم, أكثر مقاومة للهجوم الكيميائي من النوع 304, مما يجعلها مفيدة للتعرض لمياه البحر, محلول ملحي, أحماض الكبريتيك, وغيرها من المواد المسببة للتآكل الموجودة في البيئة الصناعية.
على العموم, يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ عادةً في البيئات المسببة للتآكل أو عالية الحرارة. تمنح المستويات العالية من الكروم والنيكل الفولاذ المقاوم للصدأ خصائصه الفريدة للتعامل مع هذه البيئات. التطبيقات الشائعة هي أدوات المطبخ, تطبيقات المياه المالحة, وعوادم السيارات. يوجد الفولاذ المقاوم للصدأ أيضًا في الأجهزة المنزلية, صناديق الأدوات, عجلات السيارات, وما إلى ذلك وهلم جرا.
خاتمة
مصدر: com.ssmetalinox
لتلخيص, الكربون الصلب والفولاذ المقاوم للصدأ لهما مزايا وعيوب في جوانب مختلفة. ويختلف كل نوع من أنواع الفولاذ في خصائصه مثل صلابة, مرونة, متانة, وزن, و سعر لذلك يتم تطبيق أنواع مختلفة من الفولاذ في ظروف مختلفة. يجب على المستهلكين أن يأخذوا خصائص الفولاذ بعين الاعتبار عند الشراء.
الكربون الصلب أو الفولاذ المقاوم للصدأ? بغض النظر عن الفرق بين الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ, الشيء الأكثر أهمية هو أنه يجب على المستهلكين اختيار نوع الفولاذ الذي يلبي متطلباتهم.
