أربعة أنواع رئيسية من الفولاذ وخصائصها
فهرس المحتويات
المقدمة
تعلّم الإنسان منذ حوالي 6000 سنة كيفية التعامل مع معدن الحديد. وبعد فترة، تمكّن من الحصول على الفولاذ، وهو سبيكة من الحديد، الذي أصبح العنصر الأكثر استخدامًا في الصناعة. يُستخدم الفولاذ في تطبيقات واسعة تشمل المعدات الميكانيكية والكهربائية، معدات البناء الثقيلة، أدوات المطبخ، وغيرها. على الرغم من تنوع واستخدامات الفولاذ الواسعة، قد تبدو عملية اتخاذ القرار بشأن كيفية ونوع استخدامه صعبة في بعض الحالات.
الفولاذ هو سبيكة من الحديد، مما يعني أنه يتكون بشكل رئيسي من الحديد الممزوج بعنصر آخر مثل الكربون (غالباً بنسبة أقل من 2٪) وبعض العناصر الأخرى. ينقسم الفولاذ إلى 4 أنواع رئيسية. تختلف خصائص هذه المجموعات بناءً على كمية ونوع العناصر التي تندمج مع الحديد، وكذلك الطرق المستخدمة لتسخين وتبريد المعدن.
في هذا المقال، سنستعرض الأنواع المختلفة من الفولاذ ونوضح الهدف من استخدام كل نوع.
يُصنَّف الفولاذ بناءً على تركيبته؛ حيث يُذاب الحديد مع الكربون وبعض العناصر الأخرى للوصول إلى غرض معين. الأنواع الأربعة الرئيسية هي:
- الفولاذ الكربوني
- الفولاذ المقاوم للصدأ
- الفولاذ السبائكي
- فولاذ الأدوات
الفولاذ الكربوني
جميع أنواع الفولاذ تحتوي على الكربون، لكن الفولاذ الكربوني يتميز بغياب العناصر الأخرى في تركيبه، مما يجعله فريدًا. وعلى الرغم من أن هذه السبيكة تحتوي على نسبة 2٪ فقط من الكربون، فإن طبيعتها تجعل الفولاذ الكربوني مادة قوية ومتينة، ما يجعله مثاليًا للاستخدامات المتعددة.
في بعض الأحيان يُخلط الفولاذ الكربوني مع الحديد الزهر، وهو سبيكة أخرى من الحديد مشابهة للفولاذ، ولكن نسبة الكربون فيه تتجاوز 2٪، مما يمنحه خصائص ميكانيكية وكيميائية مختلفة عن الفولاذ. يحتوي الحديد الزهر على نسبة كربون تتراوح بين 2 و 3.5٪، مما يعطيه ملمسًا خشنًا وطبيعة هشة.
على الرغم من أن الفولاذ الكربوني يتكون من معادن سبائكية، إلا أنه لا يصنف كفولاذ سبائكي بسبب عدم وجود عناصر سبائكية أخرى في تركيبته. هذه البساطة تسهم في زيادة شعبية الفولاذ الكربوني. ويشكل هذا النوع من الفولاذ حوالي 90٪ من إجمالي إنتاج الفولاذ.
أنواع مختلفة
يمكن تقسيم الفولاذ الكربوني إلى ثلاث فئات: قليل الكربون، متوسط الكربون، وعالي الكربون. يحتفظ كل نوع من الفولاذ الكربوني بقوة الكربون الجوهرية، ولكن الهدف الأساسي لاستخدامه يتغير مع زيادة محتوى الكربون.
- قليل الكربون: هو النوع الأكثر شيوعًا والأقل تكلفة. بفضل مرونته العالية وقدرته على التمدد والضغط، يُشكل بسهولة. يستخدم هذا النوع من الفولاذ في تصنيع الأسلاك، البراغي، والأنابيب.
- متوسط الكربون: يحتوي على نسبة كربون بين 0.31٪ و0.60٪، مما يمنحه قوة أعلى ومرونة أقل مقارنة بنوع قليل الكربون. يُستخدم هذا النوع في صناعة التروس وخطوط السكك الحديدية.
- عالي الكربون: هو النوع الأقسى، ويحتوي على أكثر من 0.61٪ من الكربون، وغالبًا ما يُستخدم لإنتاج المسامير الخشنة والأدوات الحادة مثل شفرات الترانشر. هذا النوع من الفولاذ لا يحتوي على أكثر من 2٪ من الكربون.
الفولاذ المقاوم للصدأ
يُعرف هذا النوع عادةً بدوره في صناعة معدات المطبخ والأدوات الطبية، لكن نطاق استخدامه يمتد إلى ما هو أكثر من ذلك. الكروم هو العنصر السبائكي الذي يمنح الفولاذ المقاوم للصدأ لمعانًا مميزًا. يُعتبر الكروم عنصرًا مقاومًا للأكسدة، ويزيد من عمر المعدن عن طريق منع صدأه. عادةً يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ على نسبة كروم تزيد عن 10.5٪، وفي بعض التطبيقات الخاصة قد يحتوي على نسبة تصل إلى 30٪.
أنواع مختلفة
تُستخدم هذه الفئة عادةً في المطابخ والتطبيقات الطبية وصناعة السيارات، إلا أن لها استخدامات قيمة أخرى. يُقسم هذا النوع إلى أربعة أنواع فرعية، لكل منها هدف استخدام مختلف:
- السبائك المارتنزيتية
- السبائك الفريتية
- السبائك الأوستنيتية
- السبائك الدوبلكس
الفولاذ السبائكي
تشمل هذه الفئة مجموعة واسعة من السبائك التي تمتلك خصائص متنوعة. يتم استخدام سبيكة معقدة تحتوي على عدة عناصر لتصنيع حاويات نقل البضائع، حيث يتم دمج العناصر لإنتاج منتج متين ومقاوم. عادةً لا يُعتبر السيليكون جزءًا أساسيًا في الفولاذ، ولكن خصائصه المغناطيسية تجعله مكونًا ممتازًا لمعظم الآلات الكبيرة.
بعض العناصر التي تندمج مع الحديد والكربون لتكوين السبائك تُستخدم أيضًا في صناعة فولاذ الأدوات، مثل الكوبالت، التنجستن، والموليبدينوم، وهي معادن شديدة الصلابة تتميز بمقاومتها للصدمات وقدرتها على القطع.
أنواع هذه السبائك
يوفر الفولاذ السبائكي إمكانية تخصيص عالية للتطبيقات الخاصة بفضل تنوعه. ومع ذلك، نظرًا لأن العناصر الثانوية المشاركة في تكوين السبائك، مثل الكربون أو الكروم، ليست دائمًا متوفرة بسهولة، فإن بعض السبائك الخاصة قد تكون مرتفعة السعر.
بعض الأنواع الشائعة من الفولاذ السبائكي تشمل:
- الألومنيوم
- النحاس
- المنغنيز
- الموليبدينوم
- السيليكون
- الفاناديوم
الفولاذ الأدواتي
تعتبر هذه الفئة من الفولاذ من بين الأبرز في مجالها. تُستخدم في صناعة الآلات لإنتاج الأدوات. تُعد عملية “التقسية” التي تتضمن تسخينًا عاليًا، تبريدًا سريعًا، ثم إعادة تسخينه، هي العملية التي تجعل الفولاذ الأدواتي صلبًا ومقاومًا للحرارة. يُستخدم هذا النوع عادةً في البيئات ذات الصدمات العالية ويكون مقاومًا للتآكل بشكل كبير.
أنواع مختلفة
تتطلب الأدوات المختلفة المستخدمة في الإنتاج مجموعة متنوعة من أنواع الفولاذ الأدواتي. تُستخدم هذه الفئة بطرق مختلفة لتلبية احتياجات تصنيع أداة معينة بأفضل طريقة ممكنة. إن العناصر المضافة إلى هذا النوع من الفولاذ تحدد التطبيق المحدد الذي يكون مناسبًا له.
- سهل التقسية بالهواء: يُمكن لهذا الفولاذ بفضل محتواه العالي من الكروم أن يتحمل درجات حرارة عالية دون تشوه.
- سهل التقسية بالماء: يُبرّد هذا الفولاذ بسرعة عند استخدام الماء. يُعد هذا النوع من الفولاذ الأدواتي الأكثر اقتصادية ويُستخدم لصنع الأدوات العادية.
- سهل التقسية بالزيت: يُعد هذا الفولاذ الأدواتي مقاومًا بشكل كبير للانزلاق، ويُستخدم في صناعة السكاكين والمقصات.
- فولاذ عالي السرعة: يتميز الفولاذ الأدواتي عالي السرعة بمقاومته الشديدة للتآكل والصدمات، ويُستخدم في المثاقب والمناشير الكهربائية.
- تحمل العمل الساخن: يستطيع هذا النوع تحمل الحرارة الشديدة ويُستخدم في عمليات الحدادة والصب.
- مقاوم للصدمات: يكتسب هذا الفولاذ صلابة بفضل إضافة كميات صغيرة من الكربون والسيليكون والموليبدينوم، ويُناسب أدوات التثقيب والبرشمة.
يتم استخدام أجهزة مختلفة لقص ألواح الفولاذ، ومن أكثر الآلات شيوعًا وأفضلها في هذا المجال هي آلة القص (المقصلة). هناك نوعان شائعان من هذه الآلات في الصناعة وهما: المقصلة الكهروميكانيكية والمقصلة الهيدروليكية.
كما يُستخدم جهاز الكبس (بريس بريك) لثني هذه الألواح. للتعرف على جهاز الكبس (بريس بريك) اضغط هنا.