يُظهر حديد الدكتايل، المعروف أيضًا باسم حديد الجرافيت العقدي أو الكروي الشكل، ما يلي الكثافة التي تتراوح عادةً بين 7.05 و7.30 جم/سم مكعب (7.05 إلى 7.30 ملجم/متر مكعب)، تختلف باختلاف الرتبة والتركيبة وظروف المعالجة. معايير الصناعة مثل ASTM A536 تحدد بشكل روتيني كثافة اسمية 0.256 رطل/بوصة مكعبة (7.10 جم/سم مكعب) للدرجات الشائعة مثل 60-40-18، و65-45-12، و80-55-06.
مقدمة
حديد الدكتايل هو أحد أنواع الحديد الزهر الذي يتميز بشوائب الجرافيت الكروية التي تضفي ليونة ومقاومة صدمات معززة مقارنةً بالحديد الرمادي. إن معرفة كثافته بدقة أمر ضروري للتصميمات الحساسة للوزن - مما يؤثر على كتلة المكونات، وتكلفة المواد، وحسابات القوة إلى الوزن.
كثافة حديد الدكتايل
النطاق النموذجي
-
7.05-7.25 جم/سم مكعب (440-452 رطل/قدم مكعب) غالبًا ما يُستشهد به كنافذة الكثافة العامة لمعظم أنواع حديد الدكتايل.
-
7.10 - 7.20 جم/سم مكعب (0.256 رطل/بوصة مكعبة) تظهر باستمرار في أوراق البيانات لدرجات ASTM A536، مما يعكس الرقابة المشددة في الإنتاج التجاري.
-
تشير بعض بيانات المسابك إلى كثافات عالية تصل إلى 7.30 جم/سم مكعب (119.6 رطل/قدم مكعب) للمسبوكات المتخصصة منخفضة الانكماش.
تحويلات الوحدات
| الوحدة | القيمة لكل سنتيمتر مكعب | القيمة لكل بوصة³ | القيمة لكل متر مكعب |
|---|---|---|---|
| جم/سم مكعب | 7.05-7.30 | - | - |
| رطل/في³ | - | 0.255-0.260 | - |
| كجم/م³ (مجم/م³) | - | - | 7050-750 كجم/م3 7050-7300 كجم/م3 |
| رطل/قدم³ | - | - | 440-452 رطل/قدم³ |
العوامل المؤثرة على الكثافة
-
التركيب والدرجة: تؤدي الاختلافات في مستويات الكربون والسيليكون والمنجنيز إلى تغيير المصفوفة المعدنية وعقيدات الجرافيت، مما يؤدي إلى تغيير الكثافة بنسبة تصل إلى ± 0.1 جم/سم مكعب.
-
المسامية والانكماش: يقلل ارتفاع مسامية الصب أو عيوب الانكماش من الكثافة الفعالة في الأجزاء الجاهزة.
-
المعالجة الحرارية: يمكن أن يؤدي التقشير أو العمليات الحرارية الأخرى إلى تحولات في البنية المجهرية، مما يؤثر بشكل هامشي على الثقل النوعي عن طريق تغيير أجزاء الطور.
مقارنة مع مواد أخرى
| المواد | الكثافة (جم/سم مكعب) | التطبيق النموذجي |
|---|---|---|
| حديد الدكتايل | 7.05-7.30 | الأنابيب والتروس وقطع غيار السيارات |
| حديد زهر رمادي | 6.90-7.20 | كتل المحركات، وقواعد الماكينات |
| الفولاذ (C-Mn) | 7.75-8.05 | العوارض الهيكلية والأعمدة |
| ألومنيوم (6061) | 2.70 | الفضاء، والمكونات البحرية |
| النحاس | 8.90 | الأسلاك الكهربائية، المبادلات الحرارية |
التطبيقات التي تكون فيها الكثافة مهمة
-
مشاريع خطوط الأنابيب: توازن أنابيب المياه والغاز المصنوعة من حديد الدكتايل بين القوة والوزن؛ حيث تساعد كثافتها التي تبلغ 7.1 جم/سم مكعب على تخطيط التركيب والتصميم الإنشائي.
-
مكونات السيارات: تستفيد أذرع التحكم، والأعمدة المرفقية، وأجزاء التعليق من الكثافة العالية للقصور الذاتي وتخميد الاهتزازات.
-
الآلات الثقيلة: تستغل علب التروس وأغطية المضخات نسبة صلابة حديد الدكتايل إلى الوزن لطول العمر تحت الحمل.
الأسئلة الشائعة
س1: لماذا يتميز حديد الدكتايل بكثافة أعلى من الألومنيوم؟
A1: تُنتج مصفوفة حديد الدكتايل الغنية بالحديد (≈90% Fe) كثافة تبلغ حوالي 7.1 جم/سم مكعب، وهي أعلى بكثير من الألومنيوم الذي يبلغ 2.7 جم/سم مكعب بسبب كتلة الألومنيوم الذرية الأخف وزنًا ومحتوى السبائك الأقل.
س2: هل يمكن أن تؤثر اختلافات الكثافة على الأداء الميكانيكي؟
ج2: نعم - يمكن أن يقلل انخفاض الكثافة الناجم عن المسامية أو الانكماش من قدرة التحميل وعمر التعب، مما يجعل التحكم الصارم في الكثافة أمرًا بالغ الأهمية في مصبوبات الفضاء الجوي والسيارات.
س3: كيف يمكنني قياس كثافة حديد الدكتايل في الجزء النهائي؟
ج3: تشمل الطرق الشائعة مبدأ أرخميدس (الوزن في الهواء مقابل الغمر) والقياس الدقيق للحجم عن طريق المسح ثلاثي الأبعاد أو الحسابات الهندسية.
س4: هل توجد درجات من حديد الدكتايل ذات كثافات مختلفة بشكل ملحوظ؟
A4: تتجمع معظم درجات ASTM A536 حول 7.10 جم/سم مكعب، ولكن يمكن أن تتراوح المتغيرات المتخصصة منخفضة الانكماش أو عالية السبائك بين 7.25 و7.30 جم/سم مكعب.
س5: هل تؤثر درجة الحرارة على كثافة حديد الدكتايل؟
A5: يمكن أن يقلل التمدد الحراري الكثافة بحوالي 0.02 جم/سم مكعب بين درجة حرارة الغرفة و200 درجة مئوية، وهو عامل في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.
AR 
EN