لماذا يقرر اختيار المواد عمر الجزء؟
يعد النحاس والألمنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ بمثابة الأعمال الثلاثة المعدنية الصناعية الخفيفة، وهي تتداخل بدرجة كافية بحيث نادرًا ما يكون الاختيار واضحًا. يمكن أن تبدو التركيبات النحاسية، ولوحة الألومنيوم، ودعامة الفولاذ المقاوم للصدأ مقبولة بنفس القدر في الرسم، إلا أنها تتصرف بشكل مختلف تمامًا في الهواء الساحلي، أو في منطقة الغسل-، أو في التجميع الساخن، أو في الجزء الذي يجب ربطه بالخيط، أو تأكسده، أو صقله كل شهر. الأسئلة الحاسمة هي نفسها دائمًا تقريبًا: ما مدى عدوانية البيئة، وما مدى أهمية الوزن، وما مقدار القوة المطلوبة لكل وحدة سمك، وما مقدار تكلفة الصيانة أو التشطيب التي يمكن أن يتحملها المشروع.
المقارنة أدناه مكتوبة للمشترين ومهندسي التصميم الذين يحددون منتجات المطاحن المطاوع بدلاً من أعمال التجزئة الزخرفية.
النحاس: سبائك النحاس-الزنك ذات أفضل قابلية للتصنيع
النحاس عبارة عن سبيكة من النحاس والزنك، والنسبة بين الاثنين تحدد الخصائص. تعتبر الخرطوشة النحاسية C26000 (70/30) درجة سحب ليونة وعميقة- تستخدم لقلوب الرادياتير والأصداف والمكابس الزخرفية، بينما تتميز C27200 (65/35) بقدرة قليلة من الليونة من أجل القوة وهي شائعة في الأنابيب. يضيف قطع النحاس-المجاني مثل C36000 رصاصًا لكسر الرقائق وهو الاختيار القياسي للتصنيع اللولبي-عالي السرعة للتجهيزات والصمامات والموصلات.
نقاط القوة: قابلية تصنيع ممتازة، توصيل حراري وكهربائي جيد، سطح مضاد للبكتيريا بشكل طبيعي، مظهر ذهبي دافئ، سلوك جيد عند التعب في خدمة الاهتزاز.
نقاط الضعف: عرضة للتشوه الأسود الناتج عن أكسدة السطح، لذا تحتاج الوجوه الزخرفية المكشوفة إلى تلميع منتظم؛ عرضة لإزالة الزنك والإجهاد-تشقق التآكل في الكلوريد أو الأمونيا-البيئات الحاملة ما لم يتم اختيار درجة مقاومة مثل النحاس الأميرالي أو النيكل النحاسي بدلاً من ذلك.
الوزن والقوة: الكثافة حوالي 8.5 جم/سم3، قوة الشد حوالي 340-470 ميجا باسكال حسب الحالة المزاجية.
في الممارسة العملية، يتم اختيار النحاس عندما يجب تشكيل الجزء من حيث الحجم، أو يجب أن يوصل الحرارة أو التيار، أو يجب أن يكون ملحومًا وملحومًا بسهولة.
الألومنيوم: أقل وزن لكل وحدة قوة
الألومنيوم معدن خفيف وناعم وقابل للطرق بدرجة كبيرة، وتبلغ كثافته حوالي 2.70 جم/سم مكعب، أي ما يقرب من ثلث كثافة الفولاذ أو النحاس. هذه الخاصية الفردية هي التي تقود معظم استخدامها: فالألومنيوم المدرفل والمبثوق يحل محل المعادن الثقيلة أينما يجب نقل الهيكل أو شحنه أو تسريعه. تُعد السبائك 5052 (Al-Mg) الاختيار المعتاد لألواح الألواح والزخارف البحرية لأنها تتحمل التشكيل وتقاوم رذاذ الملح، في حين أن 6061-T6 (Al-Mg-Si) هي الدرجة الهيكلية للأقواس المصنعة آليًا والإطارات والمشتتات الحرارية، مع قوة شد تبلغ حوالي 310 ميجا باسكال في درجة حرارة T6.
نقاط القوة: نسبة القوة المتميزة-إلى-الوزن، وسهولة اللف، والبثق والتصنيع، والتوصيل الحراري الجيد، والتكلفة المنخفضة للكيلوجرام الواحد مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ.
نقاط الضعف: صلابة مطلقة منخفضة، لذا تحتاج الخيوط وأسطح المحامل إلى إدخالات أو سمك جدار كبير؛ يحمي فيلم الأكسيد الطبيعي ولكنه لا يوقف الهجوم بشكل كامل في الكلوريد القوي أو الخدمة القلوية.
الأنودة: السطح المؤكسد يكون صلبًا وعازلًا كهربائيًا ومقاومًا للتآكل بدرجة عالية، مما يجعله اللمسة النهائية المفضلة لألواح الألومنيوم الخارجية واللافتات والمرفقات.
الفولاذ المقاوم للصدأ: القوة ومقاومة التآكل معًا
الفولاذ المقاوم للصدأ عبارة عن فولاذ منخفض الكربون-يحتوي على الكروم بنسبة 10% أو أكثر من حيث الوزن، ومحتوى الكروم هو الذي ينتج طبقة الأكسيد السلبي المسؤولة عن مقاومته للصدأ والتآكل. الدرجة 304 (1.4301) هي الدرجة الأوستنيتي- للأغراض العامة، والدرجة 316 (1.4404)، التي تحتوي على ما يقرب من 16-18% كروم و10-14% نيكل و2-3% موليبدينوم، هي الدرجة البحرية التي تقاوم الكلوريدات أيضًا ولن تفقد بريقها في الظروف الرطبة.
نقاط القوة: قوة وصلابة عالية مع ليونة ممتازة، ويحتفظ بالشكل والقوة عند درجة حرارة مرتفعة، ولا يفقد البريق- وسهل التنظيف، وقابلية لحام جيدة.
نقاط الضعف: تكلفة أعلى من الفولاذ الكربوني أو الألومنيوم، وموصلية حرارية وكهربائية أقل من سبائك النحاس، وتصلب العمل أثناء التصنيع مما يؤدي إلى تقليل سرعات القطع واستخدام الأدوات الصلبة.
ملاحظة حول الليونة: تختلف الخصائص باختلاف محتوى النيكل، لذلك لن تتشكل درجة الحديد مثل درجة الأوستنيتي 316 على الرغم من أن كلاهما يسمى الفولاذ المقاوم للصدأ.
توجه-إلى-المقارنة الرئيسية
| ملكية | نحاس (C26000 / C36000) | ألومنيوم (5052 / 6061) | الفولاذ المقاوم للصدأ (304 / 316) |
|---|---|---|---|
| الكثافة النموذجية | حوالي 8.5 جم/سم3 | حوالي 2.70 جم/سم3 | حوالي 8.0 جم/سم3 |
| مقاومة التآكل | ضعيف إلى متوسط؛ يشوه ويزيل الزنك في الكلوريد | جيدة عندما بأكسيد. عارية معتدلة | ممتاز، بما في ذلك الكلوريدات في 316 |
| قوة | معتدل، حوالي 340-470 ميجاباسكال | منخفض إلى متوسط، حوالي 310 ميجا باسكال في 6061-T6 | عالية، عادة 500-700 ميجا باسكال |
| القدرة على التصنيع | أفضل من الثلاثة | جيد، غائر بسرعات منخفضة | إن كان الأمر عادلاً بالنسبة للفقراء، فإن العمل-يصبح أكثر صعوبة |
| الموصلية | حرارية وكهربائية جيدة | حراري جيد | قليل |
| موقف التكلفة | أعلى للكيلو جرام | الأدنى بالنسبة لحجم الورقة والبثق | الأعلى للطبق الثقيل والبار |
| صيانة | تلميع منتظم عند التعرض له | منخفض بأكسيد مرة واحدة | الأدنى؛ نظيف وغير-مشوه |
كيفية الاختيار بينهما
الخدمة الرطبة أو المالحة أو الساحلية: استخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 316 أو الألومنيوم المؤكسد حيث يهم الوزن أكثر من القوة. يجب تجنب استخدام النحاس العادي على الوجوه الخارجية.
التركيبات والصمامات والموصلات الكهربائية ذات الحجم الكبير-: استخدم قطع النحاس مجانًا-، والتي يتم تصنيعها بشكل أسرع بعدة مرات من الفولاذ المقاوم للصدأ ويوصل التيار.
الوزن-الإطارات والألواح والمبيتات والمشتتات الحرارية المهمة: استخدم الألومنيوم 6061-T6 أو 5052، وحدد الأكسدة للتعرض الخارجي.
الأجزاء الساخنة والأجزاء الصحية والمكونات المعمارية أو لوحة الاسم-طويلة العمر: استخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 304 أو 316، والذي يحافظ على شكله تحت الحرارة ولا يحتاج إلى أي نظام تلميع.
العمل الداخلي الذي يعتمد على التكلفة-: النحاس للمظهر والتوصيل، والألمنيوم للألواح المسطحة، والفولاذ المقاوم للصدأ فقط عندما تكون قوته أو نظافته مطلوبة حقًا.
الأسئلة المتداولة
س: ما هي أقوى المواد الثلاث؟
الفولاذ المقاوم للصدأ هو الأقوى، عادة 500-700 ميجا باسكال في الدرجات الأوستنيتي، يليه النحاس عند حوالي 340-470 ميجا باسكال ثم الألومنيوم عند حوالي 310 ميجا باسكال في 6061-T6.
س: أيهما أفضل للاستخدام الخارجي أم الساحلي؟
الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة 316، لأن محتواه من الكروم والنيكل والموليبدينوم يمنحه الطبقة السلبية الأكثر ثباتًا؛ الألومنيوم المؤكسد هو البديل الأخف والأرخص للألواح والمرفقات.
س: ما هي المواد الأسهل في الماكينة؟
قطع النحاس مجانًا-بآلات C36000 الأسرع والأنظف. يأتي الألومنيوم في المرتبة الثانية، والفولاذ المقاوم للصدأ هو الأبطأ لأنه يعمل-يتصلب ويتطلب أدوات صلبة وسرعات قطع أقل.
س: هل يتآكل النحاس فعلا في مياه البحر؟
يتحلل النحاس العادي في بيئات الكلوريد ويمكن أن يتعرض للتشقق الناتج عن الإجهاد-والتآكل، لذلك يتم استبداله عادةً بالنحاس الأميرالي أو النيكل النحاسي للأجزاء المبللة بمياه البحر.
س: هل الألومنيوم أضعف من الفولاذ عمليا؟
إنه يتنافس بشكل جيد بالنسبة لكل وحدة وزن، لكن قوته المطلقة أقل، لذلك تستخدم تصميمات الألومنيوم أقسامًا أكثر سمكًا أو أضلاعًا مقذوفة للوصول إلى نفس صلابة الجزء المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ.
س: لماذا يفقد النحاس بريقه بينما لا يفقد الفولاذ المقاوم للصدأ بريقه؟
لا يحتوي النحاس على الكروم لإعادة بناء طبقة سلبية، لذلك يتأكسد سطحه ويصبح داكنًا؛ يعمل الفولاذ المقاوم للصدأ باستمرار على تجديد طبقة أكسيد الكروم-الغنية به، مما يحافظ على لمعانه.
