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, element content and specific gravity.
The density of stainless steel is about 7.9 g/cm3. The weight of stainless steel per cubic inch is 0.285 pounds, and per cubic foot is 490 pounds. The typical density for carbon steel plate is 0.284 pounds per cubic inch. The weight of carbon steel per cubic foot is 490 pounds in imperial or 7.85 cubic meters in metric.
سعر
The price of steel is determined by many variables such as supply, demand, and energy prices. Raw materials prices change daily. لكن, generally speaking, stainless steels cost four to five times much as carbon steel in material costs. Carbon steel is about $500/ton, while stainless steel costs about $2000/ton.
Stainless steel is more expensive than carbon steel because other alloys, such as chromium, النيكل, and manganese, are added to the process of making stainless steel. Using these extra elements adds to the cost. Compared with stainless steel, carbon steel is mainly made up of relatively inexpensive iron and carbon. Carbon steel is therefore cheaper to produce. If the budget is tight, carbon steel may be the best choice.
When purchasing appliances and other large items, it is important to pay attention to the stainless steel grade. Not all stainless steel has the same price. Stainless steel with a minimum chromium content of 10.5% is much cheaper and less durable than stainless steel with a chromium content of 16%. The price difference will show up later in maintenance costs and service life.
تطبيق
The most commonly used form of steel is carbon steel. Up to 90% of the steel produced today is carbon steel. Wide availability, range of properties, and cost make this form of steel ideal for manufacturing, بناء, مواصلات, and industrial uses.
Typical applications for low-carbon steel include automobile body components, structural shapes, and sheets that are used in pipelines, and buildings.
Medium-carbon Steel is mostly used in the production of machine components, shafts, axles, gears, crankshafts, coupling and forgings and could also be used in rails and railway wheels.
High-carbon steels could be used for springs, rope wires, hammers, screwdrivers, and wrenches.
Ultra-high-carbon Steel could be used for hard steel products, such as truck springs, metal cutting tools, and other special purposes like (non-industrial-purpose) knives, axles, or punches. Most steels with more than 2.5% carbon content are made of powder metallurgy.
In spite of the diverse types of stainless steel, only a dozen or so are regularly used.
على سبيل المثال, AISI Type 304 SS, having a chromium-nickel constituent and low carbon, is popular for its good corrosion resistance, cleanability, and formability, making it popular for many everyday items such as kitchen sinks.
AISI Type 316 SS, containing the alloying element molybdenum, is even more resistant to chemical attack than Type 304, making it useful for exposure to seawater, brine, sulfuric acids, and other corrosives found in the industrial environment.
In general, stainless steel is typically used in either corrosive or high-heat environments. High levels of chromium and nickel give stainless steel its unique properties to handle these environments. Common applications are kitchen utensils, saltwater applications, and automotive exhaust. Stainless steel is also found in household appliances, toolboxes, automotive wheels, وما إلى ذلك وهلم جرا.
خاتمة
مصدر: ssmetalinox
لتلخيص, carbon steel and stainless steel have advantages and disadvantages in different aspects. Each type of steel varies in its properties such as صلابة, مرونة, متانة, وزن, و سعر so different kinds of steel are applied to different conditions. Consumers have to take the properties of steel into their consideration when purchasing.
Carbon steel or Stainless steel? Regardless of the difference between carbon steel and stainless steel, the most important thing is that consumers should choose the type of steel that meets their demands.
