ASTM A536 A536 درجة 120-90-02 حديد الدكتايل: الخواص والتطبيقات والمواصفات

ASTM A536 A536 درجة 120-90-02 حديد الدكتايل هو مادة عالية القوة ومقاومة للتآكل يتم تحقيقها من خلال المعالجة الحرارية بالتبريد والتلطيف. وبفضل قوة الشد التي لا تقل عن 827 ميجا باسكال وقوة الخضوع التي تبلغ 621 ميجا باسكال، فهو مثالي للتطبيقات التي تتطلب أداءً ميكانيكيًا استثنائيًا. توفر بنيته المجهرية، التي تتميز بالجرافيت الكروي، توازنًا بين القوة والليونة، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الصناعية الصعبة.

1. التركيب الكيميائي والبنية المجهرية

يُظهر حديد الدكتايل من الدرجة ASTM A536 A536 120-90-02 بنية مجهرية من الجرافيت الكروي، مما يعزز خصائصه الميكانيكية مقارنةً بالحديد الرمادي التقليدي. يتضمن التركيب الكيميائي النموذجي ما يلي:

• الكربون (C): 3.65-3.65-3.90%

• السيليكون (Si): 1.70-1.901-1.90%

• المنجنيز (Mn): 0.30-0.30-0.50%

• الفوسفور (P): <0.06%

• الكبريت (S): <0.03%

• المغنيسيوم (Mg): 0.035 - 0.0501 ت 3 ت 3 ت

ويُعد وجود المغنيسيوم أمرًا حاسمًا لتكوين الجرافيت الكروي، مما يعزز من الليونة والصلابة. تضمن هذه التركيبة أن تفي المادة بالمتطلبات الميكانيكية الصارمة المحددة للدرجة 120-90-02.

2. الخواص الميكانيكية والفيزيائية

يتميز حديد الدكتايل من الدرجة 120-90-02 بخصائص ميكانيكية استثنائية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات عالية الإجهاد. تشمل الخصائص الرئيسية ما يلي:

• قوة الشد: ≥ 827 ميجا باسكال (120,000 رطل لكل بوصة مربعة)

• قوة المردود: ≥ 621 ميجا باسكال (90,000 رطل لكل بوصة مربعة)

• الاستطالة: ≥ 2%

• الصلابة: 280-360 HB (صلابة برينل)

• الكثافة: 6.64 - 7.20 جم/سم مكعب

• التوصيل الحراري: 0.074 كالوري/سم-ثانية-درجة مئوية

• حرارة محددة: 0.12 وحدة حرارية بريطانية/رطل-درجة فهرنهايت

• درجة حرارة الانصهار: ~2120°F

وتتحقق هذه الخصائص من خلال عملية المعالجة الحرارية بالتبريد والتلطيف التي تعزز القوة ومقاومة التآكل مع الحفاظ على ليونة كافية.

3. المعالجة الحرارية وعملية التصنيع

ينطوي إنتاج حديد الدكتايل من الدرجة 120-90-02 على التحكم الدقيق في عملية المعالجة الحرارية لتحقيق الخواص الميكانيكية المطلوبة. تتضمن الخطوات النموذجية ما يلي:

1. الصهر والإشابة: يتم صهر الحديد الأساسي وإضافة عناصر السبائك لتحقيق التركيب الكيميائي المطلوب.

2. التلقيح: يتم إدخال المغنيسيوم لتعزيز تكوين الجرافيت الكروي.

3. اختيار الممثلين يتم صب الحديد المنصهر في قوالب لتشكيل الأشكال المطلوبة.

4. الإرواء: يتم تبريد المسبوكات بسرعة لتحويل البنية المجهرية إلى مارتنسيت، مما يزيد من الصلابة والقوة.

5. التقسية: يتم إعادة تسخين المسبوكات المروية إلى درجة حرارة محددة لتخفيف الضغوط الداخلية وتحسين الصلابة.

ويضمن تسلسل المعالجة الحرارية هذا تحقيق المادة للقوة العالية ومقاومة التآكل التي تتميز بها الدرجة 120-90-02.

4. التطبيقات في مختلف الصناعات

ونظراً لخصائصه الميكانيكية الفائقة، يُستخدم حديد الدكتايل من الدرجة 120-90-02 في العديد من التطبيقات الصعبة في العديد من الصناعات:

• السيارات: التروس، وأعمدة الكرنك، ومكونات التعليق.

• الزراعة: معدات الحرث والمحاريث وقطع غيار الجرارات.

• التعدين: مكونات الكسارة، وألواح التآكل، وأجزاء الناقل.

• البناء: أقواس وإطارات ودعامات هيكلية متينة.

• النفط والغاز: علب المضخات، وأجسام الصمامات، ومعدات الحفر.

إن الجمع بين القوة العالية ومقاومة التآكل والليونة الكافية يجعلها مثالية للمكونات التي تتعرض لأحمال عالية وظروف كاشطة.

5. مقارنة مع رتب حديد الدكتايل الأخرى

الرتبة 120-90-02 هي واحدة من عدة درجات من حديد الدكتايل التي يتميز كل منها بخصائص مميزة مصممة خصيصًا لتطبيقات محددة. وفيما يلي مقارنة مع الدرجات الشائعة الأخرى:

توفر الدرجة 120-90-02 أعلى قوة ومقاومة للتآكل من بين هذه الدرجات، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الأكثر تطلبًا.

6. الأسئلة الشائعة (FAQs)

س1: ما الذي يميز الرتبة 120-90-02 عن رتب حديد الدكتايل الأخرى؟

A1: يتميز حديد الدكتايل من الرتبة 120-90-02 بقوة الشد والخضوع العالية، والتي يتم تحقيقها من خلال عملية المعالجة الحرارية بالتبريد والتلطيف. وتتميز هذه الرتبة بمقاومة فائقة للتآكل والصلابة مقارنةً برتب حديد الدكتايل الأخرى، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تنطوي على إجهاد عالٍ وظروف كاشطة. ومع ذلك، فإن له ليونة أقل، مما قد يحد من استخدامه في التطبيقات التي تتطلب تشوهًا كبيرًا.

س2: هل يمكن لحام حديد الدكتايل من الدرجة 120-90-02؟

A2: يمثل لحام حديد الدكتايل من الدرجة 120-90-02 تحديًا بسبب صلابته العالية واحتمالية تكسيره. إذا كان اللحام ضروريًا، فإن التسخين المسبق للمادة واستخدام مواد الحشو المناسبة المصممة للحديد الزهر ضروريان. قد تكون المعالجة الحرارية بعد اللحام مطلوبة أيضًا لتخفيف الضغوط المتبقية واستعادة الخواص الميكانيكية. يوصى بالتشاور مع مهندس لحام من ذوي الخبرة في الحديد الزهر للتطبيقات الحرجة.

س3: كيف تؤثر عملية المعالجة الحرارية على خواص الرتبة 120-90-02؟

A3: تعمل عملية المعالجة الحرارية بالتبريد والتلطيف على تحويل البنية المجهرية لحديد الدكتايل من الدرجة 120-90-02، مما يعزز خصائصه الميكانيكية. يعمل التبريد على تبريد المادة بسرعة، مما يؤدي إلى تشكيل بنية مارتينسيتية تزيد من الصلابة والقوة. ثم يقوم التسخين بعد ذلك بإعادة تسخين المادة إلى درجة حرارة محددة، مما يخفف من الضغوط الداخلية ويحسّن من الصلابة. ينتج عن هذه العملية توازن بين القوة العالية والليونة الكافية.

س4: ما هي اعتبارات التصنيع الآلي لحديد الدكتايل من الدرجة 120-90-02؟

A4: نظرًا لصلابته العالية، يتطلب تصنيع حديد الدكتايل من الدرجة 120-90-02 استخدام أدوات القطع المصنوعة من الكربيد أو السيراميك. يعد الاختيار السليم لسرعات القطع والتغذية واستخدام سائل التبريد أمرًا بالغ الأهمية لتقليل تآكل الأداة وتحقيق التشطيبات السطحية المطلوبة. يمكن أيضًا النظر في المعالجة الحرارية قبل التصنيع لتقليل الصلابة وتحسين قابلية التشغيل الآلي.

س5: هل الرتبة 120-90-02 مناسبة للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية؟

A5: تبلغ درجة حرارة انصهار حديد الدكتايل من الدرجة 120-90-02 حوالي 2120 درجة فهرنهايت (1160 درجة مئوية). في حين أنه يمكن أن يتحمل درجات الحرارة المرتفعة، إلا أن التعرض لفترات طويلة لدرجات الحرارة المرتفعة قد يؤدي إلى تغيرات في البنية المجهرية تؤثر على الخواص الميكانيكية. بالنسبة للتطبيقات التي تنطوي على درجات حرارة عالية مستدامة، ينبغي النظر في المواد المصممة خصيصًا لتحقيق الاستقرار الحراري.

س6: كيف يمكن مقارنة الدرجة 120-90-02 بالصلب من حيث الأداء والتكلفة؟

A6: يوفر حديد الدكتايل من الدرجة 120-90-02 قوة ومقاومة تآكل مماثلة لدرجات معينة من الفولاذ ولكن بتكلفة أقل بسبب قابليته للصب وانخفاض كثافة المواد. ومع ذلك، يوفر الفولاذ عمومًا ليونة وصلابة أفضل، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تنطوي على تشوه كبير أو أحمال صدمات. يعتمد الاختيار بين حديد الدكتايل والفولاذ على المتطلبات المحددة للتطبيق، بما في ذلك الأداء الميكانيكي والتكلفة واعتبارات التصنيع.

المراجع:

1. ASTM A536 - المواصفات القياسية لمسبوكات حديد الدكتايل

2. حديد الدكتايل - ويكيبيديا

3. المعهد الوطني للصحة والسلامة والصحة المهنية (NIOSH) للأعمال المعدنية وسلامة المواد

4. الخواص الميكانيكية والمعالجة الحرارية لحديد الدكتايل | AZoM