الفولاذ 1018 مقابل حديد الدكتايل - الخواص والتطبيقات وتحليل التكلفة

يختلف فولاذ 1018 (فولاذ منخفض الكربون) وحديد الدكتايل (حديد الزهر العقدي) اختلافًا جوهريًا في قوة الشد (65,000 رطل لكل بوصة مربعة مقابل 60,000-120,000 رطل لكل بوصة مربعة)، ومقاومة التآكل (ضعيف مقابل معتدل مع الطلاء)، والتكلفة (20-301 تيرابايت أقل بالنسبة لفولاذ 1018). في حين يتفوق فولاذ 1018 في قابلية التشغيل الآلي واللحام لأعمدة السيارات، يتفوق حديد الدكتايل في امتصاص الصدمات وتخميد الاهتزازات لأنابيب المياه وعلب التروس.

1. التركيب والبنية المجهرية

1018 فولاذ 1018

• التركيب الكيميائي: 1018 فولاذ 1018 هو فولاذ منخفض الكربون بمحتوى كربون 0.181 تيرابايت 3 تيرابايت تقريبًا. كما يحتوي على كميات صغيرة من المنجنيز والفوسفور والكبريت.

• البنية المجهرية: ينتج عن المحتوى المنخفض من الكربون بنية مجهرية من الفريت والبيرلايت، مما يوفر توازنًا بين القوة والليونة.

حديد الدكتايل:

• التركيب الكيميائي: يحتوي حديد الدكتايل المعروف أيضًا باسم حديد الزهر العقدي عادةً على 3.0-3.91 تيرابايت 3 تيرابايت كربون و1.8-2.81 تيرابايت 3 تيرابايت سيليكون، بالإضافة إلى كميات ضئيلة من المنجنيز والفوسفور والكبريت والمغنيسيوم.

• البنية المجهرية: وتؤدي إضافة المغنيسيوم إلى تحويل رقائق الجرافيت الموجودة في الحديد الرمادي إلى عقيدات كروية، مما يعزز الليونة والصلابة.

جدول المقارنة:

2. الخواص الميكانيكية

1018 فولاذ 1018

• قوة الشد: حوالي 440 ميجا باسكال (63,800 رطل لكل بوصة مربعة).

• قوة المردود: حوالي 370 ميجا باسكال (53,700 رطل لكل بوصة مربعة).

• الاستطالة عند الاستراحة: حوالي 15%.

• الصلابة: صلابة برينل حوالي 126.

حديد الدكتايل (درجة 65-45-12):

• قوة الشد: حوالي 448 ميجا باسكال (65,000 رطل لكل بوصة مربعة).

• قوة المردود: حوالي 310 ميجا باسكال (45,000 رطل لكل بوصة مربعة).

• الاستطالة عند الاستراحة: حوالي 12%

• الصلابة: صلابة برينل تتراوح من 170 إلى 210.

جدول المقارنة:

3. قابلية التشغيل الآلي واللحام

قابلية التشغيل الآلي:

• 1018 فولاذ 1018 معروف بقابليته الممتازة للتشغيل الآلي بسبب محتواه المنخفض من الكربون وبنيته الحبيبية الدقيقة. وغالباً ما يتم استخدامه في التطبيقات التي تتطلب تشغيل آلي واسع النطاق.

• حديد الدكتايل: يوفر قابلية جيدة للتشغيل الآلي، على الرغم من أنه ليس بمستوى الفولاذ 1018. يمكن أن يؤدي وجود عقيدات الجرافيت إلى زيادة تآكل الأداة.

قابلية اللحام:

• 1018 فولاذ 1018 تُظهر قابلية لحام ممتازة مع جميع تقنيات اللحام القياسية. التسخين المسبق غير مطلوب بشكل عام.

• حديد الدكتايل: يعتبر اللحام أكثر صعوبة بسبب المحتوى العالي من الكربون واحتمالية تكوين الجرافيت في المنطقة المتأثرة بالحرارة، مما قد يؤدي إلى هشاشة. غالبًا ما تكون إجراءات اللحام المتخصصة والتسخين المسبق ضرورية.

جدول المقارنة:

4. مقاومة التآكل وتشطيب السطح

مقاومة التآكل:

• 1018 فولاذ 1018 عرضة للتآكل إذا لم تكن محمية بشكل صحيح. غالبًا ما يتطلب طلاء أو دهان لمقاومة التآكل.

• حديد الدكتايل: يوفر مقاومة متأصلة أفضل للتآكل بسبب محتوى الجرافيت الذي يوفر درجة من الحماية الكاثودية. ومع ذلك، فهي لا تزال عرضة للتآكل في البيئات العدوانية وقد تتطلب طلاءات واقية.

تشطيب السطح:

• 1018 فولاذ 1018 يمكن أن يحقق سطحًا أملسًا، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الجمالية.

• حديد الدكتايل: عادةً ما يكون سطحها أكثر خشونة بسبب عملية الصب. قد يلزم إجراء عمليات تصنيع إضافية للتطبيقات التي تتطلب أسطحاً ملساء.

جدول المقارنة:

5. التطبيقات

1018 فولاذ 1018

• الاستخدامات الشائعة: الأعمدة، والدبابيس، والقضبان، والمغازل، والتروس، وأجزاء الماكينات المختلفة.

• الصناعات: السيارات، والبناء، وتصنيع الآلات، والهندسة العامة.

حديد الدكتايل:

• الاستخدامات الشائعة: الأنابيب، والتجهيزات، ومكونات السيارات، والآلات الزراعية، والتروس الثقيلة.

• الصناعات: المياه والصرف الصحي، والسيارات، والزراعة، والآلات الثقيلة.

جدول المقارنة:

6. التكلفة والتوافر

التكلفة المادية

1018 فولاذ 1018 وعموماً، يكون الفولاذ 1018 أغلى من حديد الدكتايل. ويُعزى ارتفاع التكلفة إلى خطوات المعالجة الإضافية التي ينطوي عليها إنتاج الفولاذ، مثل الدرفلة والمعالجات الحرارية، والتي تعزز خصائصه الميكانيكية وتشطيب سطحه.

حديد الدكتايل: عادةً ما يكون حديد الدكتايل أقل تكلفة، خاصةً بالنسبة للمسبوكات الكبيرة. وينبع انخفاض تكاليف إنتاجه من عملية الصب التي تتطلب طاقة أقل وخطوات معالجة أقل مقارنةً بتصنيع الصلب.

تكاليف الإنتاج والتصنيع

1018 فولاذ 1018 يتضمن تصنيع مكونات الفولاذ 1018 عمليات مثل التصنيع الآلي واللحام والتشكيل. وعلى الرغم من أن هذه العمليات مباشرة بسبب قابلية المادة الممتازة للتشغيل الآلي واللحام الممتازة، إلا أنها يمكن أن تضيف إلى التكلفة الإجمالية، خاصةً بالنسبة للأجزاء المعقدة.

حديد الدكتايل: تسمح عملية الصب المستخدمة لحديد الدكتايل بإنتاج أشكال معقدة في عملية واحدة، مما يقلل من الحاجة إلى التشغيل الآلي المكثف. يمكن أن تؤدي هذه القدرة إلى توفير كبير في التكاليف في إنتاج المكونات المعقدة.

جدول المقارنة:

الأسئلة الشائعة (FAQs)

س1: ما هي المادة الأفضل لتطبيقات اللحام، الفولاذ 1018 أم حديد الدكتايل؟

A1: يُعد الفولاذ 1018 مناسبًا بشكل عام لتطبيقات اللحام بسبب محتواه المنخفض من الكربون وقابليته الممتازة للحام. ويمكن لحامه باستخدام تقنيات قياسية دون الحاجة إلى التسخين المسبق. ومن ناحية أخرى، يحتوي حديد الدكتايل على نسبة أعلى من الكربون ويتطلب إجراءات لحام متخصصة، بما في ذلك التسخين المسبق والتبريد المتحكم فيه لمنع التشقق والحفاظ على الخواص الميكانيكية.

س2: هل يمكن استخدام فولاذ 1018 وحديد الدكتايل بالتبادل في التطبيقات الإنشائية؟

A2: في حين أن كلا المادتين لهما قوة شد متقاربة، إلا أن خصائصهما الأخرى تختلف بشكل كبير. يوفر الفولاذ 1018 ليونة وقابلية لحام أفضل، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب التشكيل والربط. يوفر حديد الدكتايل تخميدًا أفضل للاهتزازات وأكثر فعالية من حيث التكلفة للمسبوكات الكبيرة. لذلك، تعتمد قابلية التبادل على المتطلبات المحددة للتطبيق.

س3: كيف يمكن المقارنة بين خواص مقاومة التآكل في الفولاذ 1018 وحديد الدكتايل؟

A3: يوفر حديد الدكتايل عمومًا مقاومة تآكل متأصلة أفضل بسبب وجود الجرافيت الذي يوفر بعض الحماية الكاثودية. ومع ذلك، في البيئات العدوانية، قد تتطلب كلتا المادتين طلاءات واقية. أما الفولاذ 1018 فهو أكثر عرضة للتآكل ويحتاج عادةً إلى حماية إضافية، مثل الطلاء أو الجلفنة لتعزيز مقاومته للتآكل.

س4: ما هي المواد الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتطبيقات الصب على نطاق واسع؟

A4: وعادةً ما يكون حديد الدكتايل أكثر فعالية من حيث التكلفة لتطبيقات الصب على نطاق واسع. وتسمح عملية الصب بإنتاج أشكال معقدة في عملية واحدة، مما يقلل من الحاجة إلى التشغيل الآلي والتجميع المكثف. هذه القدرة، بالإضافة إلى انخفاض تكاليف المواد والإنتاج، تجعل من حديد الدكتايل خياراً مفضلاً لمكونات الصب الكبيرة.

س5: ما هي الاختلافات في قابلية التشغيل الآلي بين الفولاذ 1018 وحديد الدكتايل؟

A5: يشتهر الفولاذ 1018 بقابليته الممتازة للتشغيل الآلي بسبب محتواه المنخفض من الكربون وبنيته الحبيبية الدقيقة. وغالباً ما يُستخدم في التطبيقات التي تتطلب تشغيل آلي واسع النطاق. ويوفر حديد الدكتايل قابلية جيدة للتشغيل الآلي ولكن ليس بنفس مستوى فولاذ 1018. يمكن أن يؤدي وجود عقيدات الجرافيت في حديد الدكتايل إلى زيادة تآكل الأداة، مما يجعله أقل مثالية للتطبيقات التي تتطلب تشغيل آلي عالي الدقة.

س6: ما هي المادة الأكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب تخميد اهتزازات عالية؟

A6: حديد الدكتايل أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب تخميد اهتزازات عالية. توفر بنيته المجهرية الغنية بالجرافيت قدرة تخميد فائقة مقارنةً بالفولاذ 1018. هذه الخاصية تجعل من حديد الدكتايل خياراً ممتازاً للمكونات مثل كتل المحركات، وأغطية المضخات، وقواعد الماكينات، حيث يكون التخميد الاهتزازي أمراً بالغ الأهمية.

المراجع:

خواص مادة الفولاذ 1018 - MatWeb
لجنة ASTM E28 المعنية بمعايير ASTM للمسبوكات المعدنية وحديد الدكتايل
حديد الدكتايل - ويكيبيديا
سبائك الصلب وخواصها الميكانيكية - صندوق الأدوات الهندسية