درجات مواد حديد الدكتايلهي التصنيفات الهامة التي تحدد الخواص الميكانيكية والأداء والتطبيقات لهذه السبيكة متعددة الاستخدامات من حديد الزهر. يوفر حديد الدكتايل المعروف أيضًا باسم حديد الجرافيت العقدي أو حديد الجرافيت الكروي، قوة ومتانة وقابلية تشغيل آلي استثنائية، مما يجعله خيارًا مفضلًا في صناعات مثل السيارات والبناء وأنظمة الأنابيب. تتنوع الدرجات الرئيسية - مثل ASTM A536 (60-40-18، 65-45-12، 80-55-06) وEN-GJS-400-15 - في قوة الشد وقوة الخضوع والاستطالة لتلبية متطلبات هندسية محددة.
1. فهم درجات حديد الدكتايل
عادةً ما يتم تصنيف درجات حديد الدكتايل بناءً على قوة الشد وقوة الخضوع والاستطالة. تعتمد هذه القيم على التركيب والبنية المجهرية والمعالجة الحرارية.
درجات حديد الدكتايل الشائعة:
| الدرجة (ASTM) | الحد الأدنى لقوة الشد (MPa) | قوة الخضوع (MPa) | الاستطالة (%) |
|---|---|---|---|
| 60-40-18 | 414 | 276 | 18 |
| 65-45-12 | 448 | 310 | 12 |
| 70-50-05 | 483 | 345 | 5 |
| 80-55-06 | 552 | 379 | 6 |
| 100-70-03 | 689 | 483 | 3 |
2. معايير ASTM لحديد الدكتايل
إن الجمعية الأمريكية للاختبار والمواد (ASTM) يصنف حديد الدكتايل تحت عدة معايير، في المقام الأول في ASTM A536 المواصفات. إليك التفاصيل
درجات ASTM A536:
| درجة ASTM | الوصف | التطبيقات الشائعة |
|---|---|---|
| 60-40-18 | استطالة عالية، قوة منخفضة | قطع غيار السيارات، علب المضخات |
| 65-45-12 | قوة وليونة متوازنة | الصمامات والتروس وتجهيزات الأنابيب |
| 70-50-05 | قوة متوسطة وليونة منخفضة | أنابيب الضغط، الأعمدة |
| 80-55-06 | قوة عالية، ليونة معتدلة | علب التروس، أعمدة الكرنك |
| 100-70-03 | قوة عالية جداً وليونة منخفضة | المكونات الهيكلية والآلات |
3. معايير ISO وEN لحديد الدكتايل
على الصعيد العالمي، يصنف حديد الدكتايل أيضًا حسب ISO 1083 و EN 1563 المعايير. توفر هذه المعايير أنظمة تسمية مختلفة ولكن نطاقات خصائص ميكانيكية متشابهة.
درجات الأيزو 1083 ISO 1083:
| درجة الأيزو | قوة الشد (ميجا باسكال) | الاستطالة (%) |
|---|---|---|
| GJS-400-15 | 400 | 15 |
| GJS-500-7 | 500 | 7 |
| GJS-600-3 | 600 | 3 |
| GJS-700-2 | 700 | 2 |
تتشابه هذه الدرجات مع درجات ASTM من حيث الأداء الميكانيكي.
4. التركيب الكيميائي لدرجات حديد الدكتايل
يؤثر التركيب الكيميائي على شكل الجرافيت والأداء الميكانيكي.
النطاق الكيميائي النموذجي:
| العنصر | النطاق (%) | الغرض |
|---|---|---|
| الكربون | 3.5 - 4.0 | يعزز تكوين الجرافيت |
| السيليكون | 2.2 - 2.8 | يقوي المصفوفة، ويثبت الجرافيت |
| المنجنيز | <0.5 | يزيد من الصلابة |
| المغنيسيوم | 0.03 - 0.06 | تكوُّن العقيدات |
| الفوسفور | <0.05 | يجب تقليلها إلى الحد الأدنى |
| الكبريت | <0.02 | يجب تقليلها إلى الحد الأدنى |
5. الخواص الميكانيكية لدرجات حديد الدكتايل
تتباين الخواص الميكانيكية لحديد الدكتايل بناءً على الرتبة والمعالجة الحرارية. وتشمل الخواص ما يلي:
-
قوة الشد:: حتى 900 ميجا باسكال
-
قوة الخضوع:: حتى 700 ميجا باسكال
-
الاستطالة:: حتى 18%
-
الصلابة:: من 150 هكتار إلى 300 هكتار
-
مقاومة الصدمات:: عالية، حتى في درجات الحرارة المنخفضة
جدول مقارنة الخصائص:
| الصف | الشد (ميجا باسكال) | العائد (ميجا باسكال) | الاستطالة (%) | الصلابة (HB) |
|---|---|---|---|---|
| 60-40-18 | 414 | 276 | 18 | 130-180 |
| 100-70-03 | 689 | 483 | 3 | 240-300 |
6. تطبيقات رتب حديد الدكتايل المختلفة
تناسب كل درجة من درجات حديد الدكتايل استخدامات محددة حسب الخصائص المطلوبة.
| الصف | التطبيقات الرئيسية |
|---|---|
| 60-40-18 | أسطوانات الفرامل، وأغلفة المضخات، وأجزاء التعليق |
| 65-45-12 | أغطية غرف التفتيش والفلنجات وتجهيزات الأنابيب |
| 80-55-06 | أعمدة الكرنك، والضواغط، وصناديق التروس |
| 100-70-03 | محاور توربينات الرياح، وقواعد الماكينات، والأعمدة الصناعية |
7. جدول المقارنة لدرجات حديد الدكتايل الشائعة
| الممتلكات | ASTM 60-40-18 | ASTM 65-45-12 | ASTM 80-55-06 | ASTM 100-70-03 |
|---|---|---|---|---|
| الشد (ميجا باسكال) | 414 | 448 | 552 | 689 |
| العائد (ميجا باسكال) | 276 | 310 | 379 | 483 |
| الاستطالة (%) | 18 | 12 | 6 | 3 |
| الليونة | ممتاز | جيد | عادل | منخفضة |
| القوة | منخفضة | معتدل | عالية | عالية جداً |
8. المعالجة الحرارية والبنية المجهرية
يمكن أن تؤدي المعالجة الحرارية إلى تعديل البنية المجهرية لحديد الدكتايل لتعزيز القوة أو الليونة.
أنواع المعالجة الحرارية:
-
التلدين: يحسن الليونة عن طريق تحويل البرليت إلى فريت.
-
التطبيع: يصقل البنية المجهرية لزيادة الصلابة.
-
التقسية: يقلل من الهشاشة بعد التصلب.
-
أوستيمبيرينج: يُنتج حديد الدكتايل الأوستيمبلي (حديد الدكتايل المقوّى) ذو القوة العالية ومقاومة التآكل.
أنواع البنية المجهرية:
-
حديد ثنائي الدكتايل الحديدي: استطالة عالية، قوة أقل
-
حديد اللؤلؤ اللدن اللؤلؤي: قوة أعلى، ليونة أقل
-
الحديد المارتنزيتي/حديد الدكتايل المارتنزيتي/المقوى: قوة فائقة ومقاومة للتآكل.
الأسئلة الشائعة - درجات حديد الدكتايل
1. ما الفرق بين ASTM 60-40-18 و ASTM 100-70-03 حديد الدكتايل ASTM 60-40-18؟
تقدم ASTM 60-40-18 ليونة أعلى مع استطالة 18%، ولكن قوة شد أقل (414 ميجا باسكال)، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تحتاج إلى مرونة. من ناحية أخرى، يوفر ASTM 100-70-03 ما يلي قوة شد عالية جدًا (689 ميجا باسكال) واستطالة منخفضة (3%)، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الإنشائية التي تكون فيها القوة ضرورية. المفاضلة بين القوة والليونة هي الفرق الرئيسي.
2. كيف تؤثر المعالجة الحرارية على درجات حديد الدكتايل؟
يمكن للمعالجة الحرارية تعديل بنية المصفوفة من حديد الدكتايل. على سبيل المثال:
-
حديد الدكتايل الملدن يصبح حديديًا، مما يزيد من الاستطالة.
-
حديد الدكتايل العادي يزيد من الصلابة والقوة.
-
أوستيمبيرينج ينتج حديد الدكتايل المقوى الأوستيمبلي (حديد الدكتايل المقوى)، مما يزيد بشكل كبير من الصلابة ومقاومة التعب، وهو مفيد للتروس والأجزاء المقاومة للتآكل. تعمل كل معالجة على تكييف الحديد حسب متطلبات الأداء المحددة.
3. ما هي المعادلات الدولية لدرجات حديد الدكتايل ASTM؟
درجات ASTM مثل 60-40-18 مكافئة تقريبًا ل ISO GJS-400-15 و EN-GJS-400-400-15 في معايير ISO وEN. في حين أن القيم متشابهة، إلا أنه من الضروري مطابقة ليس فقط قوة الشد، ولكن أيضًا قوة الخضوع والاستطالة عند المقارنة دوليًا. لكل معيار اصطلاحات اختبار وتسمية مختلفة قليلاً.
4. لماذا يفضل حديد الدكتايل على الحديد الرمادي في العديد من التطبيقات؟
يحتوي حديد الدكتايل على خصائص ميكانيكية فائقة بسبب الجرافيت العقدي، مما يوفر
-
قوة شد أعلى
-
استطالة أكبر
-
مقاومة أفضل للصدمات
-
تحسين قابلية التشغيل الآلي
وهذا يجعله مناسبًا للأجزاء الهيكلية والحاملة حيث يكون الحديد الرمادي هشًا للغاية.
5. ما العوامل التي تؤثر على اختيار درجة حديد الدكتايل؟
يعتمد اختيار الدرجة على:
-
الخواص الميكانيكية المطلوبة (القوة مقابل الليونة)
-
شروط الخدمة (درجة الحرارة، والحمل، والصدمات)
-
قابلية التصنيع الآلي وتعقيد الصب
-
اعتبارات التكلفة
على سبيل المثال، قد تفضل الشركات المصنعة للأنابيب GJS-500-7 للقوة ومقاومة التآكل، بينما تستخدم قطع غيار السيارات غالبًا 60-40-18 لليونة.
6. هل يمكن لحام حديد الدكتايل؟
نعم، يمكن لحام حديد الدكتايل ولكن الأمر يتطلب تقنيات خاصة:
-
التسخين المسبق إلى 300 درجة مئوية أو أكثر لتجنب الصدمة الحرارية
-
الأقطاب الكهربائية القائمة على النيكل للحفاظ على الليونة
-
تبريد بطيء لمنع التشقق
يمكن أن يؤدي اللحام غير السليم إلى تدهور البنية المجهريةلذلك يتم تجنبها في الغالب إلا إذا كان ذلك ضروريًا. ويفضل عادةً التثبيت الميكانيكي أو تكامل الصب.
AR 
EN