فولاذ عالي القوة منخفض السبائك
الفولاذ عالي القوة منخفض السبائك ( HSLA ) هو نوع من الفولاذ السبائكي يتميز بخصائص ميكانيكية أفضل أو مقاومة أكبر للتآكل مقارنةً بالفولاذ الكربوني . يختلف فولاذ HSLA عن أنواع الفولاذ الأخرى في أنه لا يُصنع وفقًا لتركيب كيميائي محدد، بل وفقًا لخصائص ميكانيكية محددة. يحتوي على نسبة كربون تتراوح بين 0.05 و0.25% للحفاظ على قابليته للتشكيل واللحام . تشمل عناصر السبائك الأخرى ما يصل إلى 2.0% من المنجنيز، وكميات ضئيلة من النحاس ، والنيكل ، والنيوبيوم ، والنيتروجين ، والفاناديوم ، والكروم ، والموليبدينوم ، والتيتانيوم ، والكالسيوم ، وعناصر الأرض النادرة ، أو الزركونيوم . [ 1 ] [ 2 ] يُضاف النحاس والتيتانيوم والفاناديوم والنيوبيوم لأغراض التقوية. [ 2 ] تهدف هذه العناصر إلى تغيير البنية المجهرية للفولاذ الكربوني، والتي عادةً ما تكون عبارة عن تكتل من الفريت والبيرلايت ، لإنتاج تشتت دقيق للغاية لكربيدات السبائك في مصفوفة فريت نقية تقريبًا. يُزيل هذا التأثير المُقلِّل للمتانة الناتج عن نسبة حجم البيرلايت، مع الحفاظ على قوة المادة وزيادتها من خلال تحسين حجم الحبيبات ، مما يزيد في حالة الفريت من مقاومة الخضوع بنسبة 50% لكل انخفاض في متوسط قطر الحبيبات إلى النصف. كما يلعب تقوية الترسيب دورًا ثانويًا. تتراوح مقاومة الخضوع لهذه الفولاذات بين 250 و590 ميجاباسكال (36000 و86000 رطل لكل بوصة مربعة) . ونظرًا لقوتها ومتانتها العالية، تتطلب فولاذات HSLA عادةً طاقةً أكبر بنسبة 25 إلى 30% لتشكيلها، مقارنةً بالفولاذ الكربوني. [ 2 ]
تُضاف عناصر النحاس والسيليكون والنيكل والكروم والفوسفور لزيادة مقاومة التآكل. كما تُضاف عناصر الزركونيوم والكالسيوم والعناصر الأرضية النادرة للتحكم في شكل شوائب الكبريتيد، مما يُحسّن قابلية التشكيل. هذه الإضافات ضرورية لأن معظم أنواع الفولاذ عالي القوة منخفض السبائك (HSLA) تتميز بخصائص حساسة للاتجاه. إذ يمكن أن تختلف قابلية التشكيل وقوة الصدم اختلافًا كبيرًا عند اختبارها طوليًا وعرضيًا بالنسبة للألياف. وتكون الانحناءات الموازية للألياف الطولية أكثر عرضة للتشقق حول الحافة الخارجية نظرًا لتعرضها لأحمال شد. وتُقلل هذه الخاصية الاتجاهية بشكل كبير في أنواع الفولاذ عالي القوة منخفض السبائك (HSLA) التي خضعت لمعالجة للتحكم في شكل الكبريتيد. [ 2 ]
تُستخدم هذه المواد في السيارات والشاحنات والرافعات والجسور وقطارات الملاهي وغيرها من المنشآت المصممة لتحمل إجهادات كبيرة أو التي تتطلب نسبة عالية من القوة إلى الوزن. [ 2 ] عادةً ما تكون مقاطع وهياكل الفولاذ عالي القوة منخفض السبائك (HSLA) أخف بنسبة تتراوح بين 20 و30% من الفولاذ الكربوني ذي القوة نفسها. [ 3 ] [ 4 ]
تتميز فولاذات HSLA بمقاومتها العالية للصدأ مقارنةً بمعظم أنواع الفولاذ الكربوني، وذلك لافتقارها إلى البيرلايت - وهي طبقات رقيقة من الفريت (حديد نقي تقريبًا) والسمنتيت الموجودة في البيرلايت. [ 5 ] وتبلغ كثافة فولاذات HSLA عادةً حوالي 7800 كجم/ م³ . [ 6 ]
تُصنع ألواح الدروع العسكرية في الغالب من سبائك الصلب، على الرغم من أن بعض الدروع المدنية المضادة للأسلحة الصغيرة تُصنع الآن من فولاذ عالي القوة منخفض السبائك مع التبريد بدرجة حرارة منخفضة للغاية. [ 7 ]
التصنيفات
- الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية : هو نوع من الفولاذ يتميز بمقاومة أفضل للتآكل. ومن الأمثلة الشائعة عليه فولاذ كورتن.
- الفولاذ المدرفل بالتحكم : الفولاذ المدرفل على الساخن الذي يتميز ببنية أوستنيتية مشوهة للغاية والتي ستتحول إلى بنية فيريتية متساوية المحاور دقيقة للغاية عند التبريد.
- الفولاذ منخفض البيرلايت : فولاذ منخفض الكربون ينتج عنه كمية قليلة من البيرلايت أو لا ينتج عنه بيرلايت على الإطلاق، بل مصفوفة من الفريت ذات حبيبات دقيقة للغاية. ويتم تقويته عن طريق التصليد بالترسيب.
- الفولاذ الفريتي الإبري : يتميز هذا الفولاذ ببنية فريتية إبرية دقيقة للغاية وعالية القوة، ومحتوى منخفض جدًا من الكربون، وقابلية جيدة للتصلب .
- الفولاذ ثنائي الطور : يتميز هذا النوع من الفولاذ ببنية مجهرية من الفريت تحتوي على أقسام صغيرة موزعة بانتظام من المارتنسيت. تمنح هذه البنية المجهرية الفولاذ مقاومة خضوع منخفضة، ومعدل تصلب عالي، وقابلية تشكيل جيدة. [ 1 ]
- الفولاذ المعالج بالسبائك الدقيقة : الفولاذ الذي يحتوي على إضافات صغيرة جدًا من النيوبيوم والفاناديوم و/أو التيتانيوم للحصول على حجم حبيبات دقيق و/أو تصلب بالترسيب.
يُعدّ الفولاذ عالي القوة منخفض السبائك (HSLA) ذو قابلية التشكيل المحسّنة نوعًا شائعًا من الفولاذ المُعالج بالسبائك الدقيقة. يتميز هذا الفولاذ بمقاومة خضوع تصل إلى 80,000 رطل لكل بوصة مربعة (550 ميجا باسكال)، ولكنه أغلى بنسبة 24% فقط من فولاذ A36 ( 36,000 رطل لكل بوصة مربعة (250 ميجا باسكال) ). من عيوب هذا الفولاذ انخفاض مطاوعيته بنسبة تتراوح بين 30 و40% . في الولايات المتحدة، تُحدد مواصفات هذه الأنواع من الفولاذ وفقًا لمعايير الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM) A1008/A1008M وA1011/A1011M للصفائح المعدنية، وA656/A656M للألواح. طُوّر هذا الفولاذ خصيصًا لصناعة السيارات بهدف تقليل الوزن دون المساس بالمتانة. تشمل استخداماته، على سبيل المثال، عوارض منع اقتحام الأبواب، وأجزاء الهيكل، ودعامات التقوية والتثبيت، وأجزاء التوجيه والتعليق، والمصدات، والعجلات. [ 2 ] [ 8 ]
درجات SAE
تحافظ جمعية مهندسي السيارات (SAE) على معايير درجات الفولاذ عالي القوة منخفض السبائك (HSLA) لأنها تستخدم غالبًا في تطبيقات السيارات.
| درجة | نسبة الكربون (الحد الأقصى) | نسبة المنغنيز (الحد الأقصى) | نسبة الفوسفور (الحد الأقصى) | نسبة الكبريت (الحد الأقصى) | نسبة السيليكون (كحد أقصى) | ملحوظات |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 942X | 0.21 | 1.35 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | معالج بالنيوبيوم أو الفاناديوم |
| 945A | 0.15 | 1.00 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | |
| 945 درجة مئوية | 0.23 | 1.40 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | |
| 945X | 0.22 | 1.35 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | معالج بالنيوبيوم أو الفاناديوم |
| 950A | 0.15 | 1.30 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | |
| 950B | 0.22 | 1.30 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | |
| 950 درجة مئوية | 0.25 | 1.60 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | |
| 950D | 0.15 | 1.00 | 0.15 | 0.05 | 0.90 | |
| 950X | 0.23 | 1.35 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | معالج بالنيوبيوم أو الفاناديوم |
| 955X | 0.25 | 1.35 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | معالج بالنيوبيوم أو الفاناديوم أو النيتروجين |
| 960X | 0.26 | 1.45 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | معالج بالنيوبيوم أو الفاناديوم أو النيتروجين |
| 965X | 0.26 | 1.45 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | معالج بالنيوبيوم أو الفاناديوم أو النيتروجين |
| 970X | 0.26 | 1.65 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | معالج بالنيوبيوم أو الفاناديوم أو النيتروجين |
| 980X | 0.26 | 1.65 | 0.04 | 0.05 | 0.90 | معالج بالنيوبيوم أو الفاناديوم أو النيتروجين |
| درجة | استمارة | قوة الخضوع (الحد الأدنى) [رطل لكل بوصة مربعة (ميجا باسكال)] | أقصى قوة شد (الحد الأدنى) [رطل لكل بوصة مربعة (ميجا باسكال)] |
|---|---|---|---|
| 942X | أطباق وأشكال وقضبان يصل قطرها إلى 4 بوصات. | 42000 (290) | 60,000 (414) |
| 945أ، ج | ورقة وشريط | 45000 (310) | 60,000 (414) |
| الأطباق والأشكال والقضبان: | |||
| 0-0.5 بوصة | 45000 (310) | 65000 (448) | |
| 0.5–1.5 بوصة | 42000 (290) | 62000 (427) | |
| 1.5–3 بوصة | 40,000 (276) | 62000 (427) | |
| 945X | صفائح، وشرائح، وألواح، وأشكال، وقضبان يصل طولها إلى 1.5 بوصة. | 45000 (310) | 60,000 (414) |
| 950A، B، C، D | ورقة وشريط | 50,000 (345) | 70,000 (483) |
| الأطباق والأشكال والقضبان: | |||
| 0-0.5 بوصة | 50,000 (345) | 70,000 (483) | |
| 0.5–1.5 بوصة | 45000 (310) | 67000 (462) | |
| 1.5–3 بوصة | 42000 (290) | 63000 (434) | |
| 950X | صفائح، وشرائح، وألواح، وأشكال، وقضبان يصل طولها إلى 1.5 بوصة. | 50,000 (345) | 65000 (448) |
| 955X | صفائح، وشرائح، وألواح، وأشكال، وقضبان يصل طولها إلى 1.5 بوصة. | 55000 (379) | 70,000 (483) |
| 960X | صفائح، وشرائح، وألواح، وأشكال، وقضبان يصل طولها إلى 1.5 بوصة. | 60,000 (414) | 75000 (517) |
| 965X | صفائح، وشرائح، وألواح، وأشكال، وقضبان يصل سمكها إلى 0.75 بوصة. | 65000 (448) | 80,000 (552) |
| 970X | صفائح، وشرائح، وألواح، وأشكال، وقضبان يصل سمكها إلى 0.75 بوصة. | 70,000 (483) | 85000 (586) |
| 980X | صفائح وشرائح وألواح يصل سمكها إلى 0.375 بوصة. | 80,000 (552) | 95000 (655) |
| رتبة | قابلية اللحام | قابلية التشكيل | صلابة |
|---|---|---|---|
| أسوأ | 980X | 980X | 980X |
| 970X | 970X | 970X | |
| 965X | 965X | 965X | |
| 960X | 960X | 960X | |
| 955X، 950C، 942X | 955X | 955X | |
| 945 درجة مئوية | 950 درجة مئوية | 945C، 950C، 942X | |
| 950B، 950X | 950D | 945X، 950X | |
| 945X | 950B، 950X، 942X | 950D | |
| 950D | 945C، 945X | 950B | |
| 950A | 950A | 950A | |
| أفضل | 945A | 945A | 945A |
الدرفلة المتحكم بها للفولاذ عالي القوة منخفض السبائك
الآلية
التدحرج المتحكم فيه
الدرفلة المتحكم بها هي طريقة لتحسين بنية حبيبات الفولاذ عن طريق إدخال عدد كبير من مواقع التكوين للفريت في مصفوفة الأوستنيت، وذلك بالدرفلة عند درجة حرارة مضبوطة بدقة، مما يزيد من قوة الفولاذ. تتكون الدرفلة المتحكم بها من ثلاث مراحل رئيسية: [ 12 ]
1) التشوه في مناطق إعادة التبلور . في هذه المرحلة، تتم إعادة تبلور الأوستنيت وتنقيته، مما يتيح تنقية حبيبات الفريت في مرحلة لاحقة.
٢) التشوه في المناطق غير المُتبلورة. تستطيل حبيبات الأوستنيت بفعل الدرفلة. وقد تظهر نطاقات التشوه داخل النطاق أيضًا. تُعد حدود الحبيبات المستطيلة ونطاقات التشوه جميعها مواقع تنوية للفريت.
3) التشوه في منطقة الطورين الأوستنيتي والفريتي. تتشكل نوى الفريت ويزداد الأوستنيت صلابةً بالتشكيل.
آلية التعزيز
تحتوي فولاذات HSLA المُشكّلة بالدرفلة المُتحكّم بها على مزيج من آليات التقوية المختلفة. ويأتي التأثير الرئيسي للتقوية من تكرير الحبيبات ( تقوية حدود الحبيبات )، حيث تزداد المقاومة مع انخفاض حجم الحبيبات. وتشمل الآليات الأخرى تقوية المحلول الصلب والتصليد بالترسيب الناتج عن العناصر المُضافة بكميات ضئيلة. [ 13 ] [ 14 ] بعد أن يتجاوز الفولاذ درجة حرارة منطقة الأوستنيت-الفريت، يتم تقويته بشكل إضافي عن طريق التصليد بالتشكيل . [ 13 ] [ 12 ]
الخواص الميكانيكية
تتميز فولاذات HSLA المُشكّلة بالدرفلة المُتحكّم بها عادةً بقوة وصلابة أعلى، بالإضافة إلى درجة حرارة انتقال أقل بين الليونة والهشاشة [ 14 ] وخصائص كسر ليّنة. [ 13 ] فيما يلي بعض العناصر الشائعة المُضافة بالسبائك الدقيقة لتحسين الخواص الميكانيكية.
تأثير العناصر المضافة بكميات ضئيلة
النيوبيوم: يمكن للنيوبيوم أن يزيد درجة حرارة إعادة التبلور بحوالي 100 درجة مئوية، [ 12 ] مما يوسع نطاق عدم إعادة التبلور ويبطئ نمو الحبيبات. كما يمكن للنيوبيوم أن يزيد من كلٍّ من الصلابة والمتانة من خلال تقوية الرواسب وتحسين الحبيبات. [ 14 ] علاوة على ذلك، يُعد النيوبيوم مُكوِّنًا قويًا للكربيدات/النتريدات، ويمكن لمركب Nb(C, N) المتكون أن يعيق نمو الحبيبات أثناء التحول من الأوستنيت إلى الفريت. [ 14 ]
الفاناديوم: يمكن للفاناديوم أن يزيد بشكل كبير من قوة ودرجة حرارة التحول عن طريق تقوية الترسيب. [ 14 ]
التيتانيوم: ينتج عن التيتانيوم زيادة طفيفة في القوة من خلال كل من تحسين الحبيبات وتقوية الترسيب.
يُعدّ كلٌّ من النيوبيوم والفاناديوم والتيتانيوم ثلاثة عناصر شائعة في سبائك الفولاذ عالي القوة منخفض السبائك. وهي جميعها مُكوِّنات جيدة للكربيدات والنيتريدات، [ 12 ] حيث تمنع الرواسب المتكونة نمو الحبيبات عن طريق تثبيت حدودها. كما أنها جميعها مُكوِّنات للفريت، مما يزيد من درجة حرارة التحول في منطقة الطورين الأوستنيتي والفريتي ويقلل من منطقة عدم إعادة التبلور. [ 12 ] ويؤدي انخفاض منطقة عدم إعادة التبلور إلى تكوين نطاقات التشوه وحدود الحبيبات النشطة، والتي تُعدّ مواقع بديلة لتكوين نوى الفريت بدلاً من حدود الحبيبات. [ 12 ]
تُستخدم عناصر السبائك الأخرى بشكل أساسي لتقوية المحلول الصلب، بما في ذلك السيليكون والمنغنيز والكروم والنحاس والنيكل. [ 14 ]
مراجع
- 1 2 "تصنيف الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2008-10-06 .
- 1 2 3 4 5 6 "HSLA Steel" . 15-11-2002. مؤرشف من الأصل في 30-12-2009 . تم الاطلاع عليه في 11-10-2008 .
- ↑ ديغارمو، ص 116.
- ↑ نفس كثافة الفولاذ الكربوني، انظر الفقرة التالية
- ↑ كانت، كريشان؛ كومار، لاليت؛ فيرما، كانيكا؛ راوات، ديباك (10 أبريل 2016). "تأثيرات معايير العملية المختلفة من خلال اختبار الشد والمتانة على جودة وصلة اللحام لصلب HSLA أثناء اللحام بالقوس المغمور" . المجلة الدولية للبحوث العلمية في العلوم والهندسة والتكنولوجيا . 2 (2): 652-659 . doi : 10.32628/IJSRSET1622216 (غير نشط في 12 يوليو 2025).
{{cite journal}}: صيانة CS1: رقم التعريف الرقمي غير نشط اعتبارًا من يوليو 2025 ( رابط ) - ↑ "خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ لتطبيقات السيارات الهيكلية" (ملف PDF) . يورو إينوكس. يونيو 2000. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 28 سبتمبر 2007. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أغسطس 2007 .
- ↑ "فولاذ الحماية الباليستية Swebor Armor 500" (ملف PDF) . Swebor Armor . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 14 يناير 2020. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 مايو 2018 .
- ↑ صفائح فولاذية مدرفلة على البارد ، مؤرشفة من الأصل بتاريخ 30-04-2008 ، تم استرجاعها بتاريخ 11-10-2008
- ↑ أوبيرج، ص 440-441.
- ↑ أوبيرج، ص 441.
- ↑ أوبيرج، ص 442.
- 1 2 3 4 5 6 تامورا، إيماو (1988). المعالجة الحرارية الميكانيكية للفولاذ عالي القوة منخفض السبائك . بتروورث. ISBN 978-0-408-11034-1.
- 1 2 3 موريسون، دبليو بي؛ تشابمان، جيه إيه (8 يوليو 1976). "مؤتمر روزنهاين المئوي - 3. تطوير المواد حاضرًا ومستقبلًا 3.2 الدرفلة المتحكم بها". المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن. السلسلة أ، العلوم الرياضية والفيزيائية . 282 (1307): 289-303 . doi : 10.1098/rsta.1976.0119 . S2CID 136154334 .
- 1 2 3 4 5 6 تاناكا، ت. (يناير 1981). "الدرفلة المتحكم بها للصفائح والشرائح الفولاذية". مجلة المعادن الدولية . 26 (1): 185-212 . doi : 10.1179/imtr.1981.26.1.185 .
مصادر
- ديغارمو، إي. بول؛ بلاك، جيه تي؛ كوهسر، رونالد أ. (2003)، المواد والعمليات في التصنيع ( الطبعة التاسعة)، وايلي، ISBN 0-471-65653-4.
- أوبيرغ، إي.؛ وآخرون (1996)، دليل الآلات ( الطبعة الخامسة والعشرون)، دار النشر الصناعية
- الصلب
- درع