لماذا يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ بهذه الخصائص الفيزيائية الفريدة، وكيف تؤثر على استخدامه في مختلف الصناعات؟ تستكشف هذه المقالة الخصائص الفيزيائية الرئيسية للفولاذ المقاوم للصدأ، مثل التوصيل الحراري والتمدد الحراري والمقاومة والمغناطيسية والكثافة. إن فهم هذه الخصائص يساعد المهندسين والمصنعين على اتخاذ قرارات مستنيرة عند اختيار المواد للتطبيقات المختلفة، مما يضمن الأداء الأمثل وطول العمر. انغمس في عالم الفولاذ المقاوم للصدأ الرائع واكتشف ما الذي يجعل هذه المادة لا غنى عنها في التكنولوجيا والصناعة الحديثة.
الفولاذ المقاوم للصدأ هو مصطلح يستخدم للإشارة إلى الفولاذ المقاوم للتآكل من الأحماض الضعيفة مثل الهواء والبخار والماء، أو الذي يتميز بخاصية عدم الصدأ.
يعود تاريخ الفولاذ المقاوم للصدأ إلى أكثر من 100 عام منذ ابتكاره.
يُعد اختراع الفولاذ المقاوم للصدأ علامة فارقة في عالم المعادن.
لقد لعب تقدم الفولاذ المقاوم للصدأ دورًا حاسمًا في تطوير الصناعات الحديثة والتقدم التكنولوجي.
يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ بخصائص فيزيائية فريدة مقارنةً بالمواد الأخرى، بما في ذلك التوصيل الحراري والتمدد الحراري والمقاومة والمغناطيسية والكثافة.
من المعترف به عمومًا أن انتقال الحرارة في الفولاذ المقاوم للصدأ أبطأ مقارنةً بالمواد الأخرى، كما هو موضح في الجدول 1. على سبيل المثال، تبلغ الموصلية الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ 1/8 و1/13 لـ SUS304مقارنةً بالألومنيوم. بالمقارنة مع الفولاذ الكربوني، فهي تساوي 1/2 و1/4 على التوالي، مما يشير إلى انخفاض التوصيل الحراري للفولاذ المقاوم للصدأ.
يشكل هذا التوصيل الحراري الضعيف تحديات أثناء التلدين عملية الفولاذ المقاوم للصدأ. الفولاذ المقاوم للصدأ عبارة عن سبيكة من الحديد مضاف إليها الكروم والنيكل.
إذًا، لماذا يكون انتقال الحرارة في الفولاذ المقاوم للصدأ أسوأ من الحديد؟ ببساطة، تعيق إضافة الكروم والنيكل نشاط الإلكترونات الحرة في بلورة المعدن، والتي تقوم بتوصيل الحرارة (التوصيل الحراري الإلكتروني). ويتأثر نشاط هذه الإلكترونات الحرة بدرجة الحرارة، وبالتالي يرتبط أيضًا بالتوصيل الحراري للشبكة، حيث تهتز الذرات بشكل غير منتظم ومرن ومتموج، مما يؤدي إلى توصيل الحرارة تدريجيًا في الشبكة.
وتجدر الإشارة إلى أن التوصيلية الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ تتغير مع درجة الحرارة. فكلما ارتفعت درجة الحرارة، زادت الموصلية الحرارية، خاصةً بالنسبة للفولاذ عالي السبائك مثل الفولاذ المقاوم للصدأ.
التمدد الحراري هو الظاهرة التي يزيد فيها طول المادة بمقدار dL عندما تزيد درجة الحرارة بمقدار dT، بمعلومية درجة الحرارة الابتدائية T والطول L. يمكن التعبير عن معامل التمدد الخطي (أ) على النحو التالي:
أ = (1/لتر) * (د ل/د ت)
بالنسبة للصلب الصلب المتساوي الخواص فإن معامل التمدد الحجمي (b) يساوي 3 أمثال معامل التمدد الخطي، أو b = 3a.
يوضح الجدول 1 معاملات التمدد الخطي لمختلف المواد. بالمقارنة مع الفولاذ الكربوني، يتميز SUS304 بمعامل تمدد خطي أكبر، بينما يتميز SUS430 بمعامل تمدد خطي أصغر. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع الألومنيوم والنحاس بمعاملات تمدد أكبر من الفولاذ المقاوم للصدأ.
الجدول 1 الموصلية الحرارية ومعامل التمدد الخطي لمختلف المواد في درجة حرارة الغرفة
| المواد | الموصلية الحرارية （W ℃ / م）×102 | معامل التمدد الخطي （×10-6） |
| نحاس فضي ألومنيوم نيكل الكروم حديد الفولاذ الكربوني SUS430 SUS304 | 4.12 3.71 1.95 0.96 0.84 0.79 0.58 0.26 0.16 | 19 16.7 23 17 12.8 11.7 11 10.4 16.4 |
يُشار إلى صعوبة تدفق الكهرباء بالمقاومة أو المقاومة النوعية، وعادةً ما يُعبَّر عنها باستخدام المعادلة التالية:
المقاومة = المقاومة النوعية ' (طول الموصل / مساحة المقطع العرضي)
الجدول 2 المقاومة النوعية الكهربائية لمختلف المواد
| علم المواد | المقاومة النوعية (في درجة حرارة الغرفة) | سلسلة درجات الحرارة | ||
|---|---|---|---|---|
| قائد الفرقة الموسيقية | معدن نقي | الفضة النحاس ألومنيوم ني كر حديد | Ωسم 1.62×10-6 1.72×10-6 2.75×10-6 7.2×10-6 17×10-6 9.8×10-6 | /℃ 4.1×10-3 4.3×10-3 4.2×10-3 6.7×10-3 2.1×10-3 6.6×10-3 |
| سبيكة | SUS430 (Fe-18% Cr) SUS304 (Fe-18% Cr) - 8%Ni SUS310S (Fe-25% Cr) - 20% Ni سبيكة الحديد والكروم والألمنيوم NiCr (nNi Cr) برونز (نحاس القصدير) | 60×10-6 72×10-6 78×10-6 140×10-6 108×10-6 15×10-6 | 0.8×10-3 0.6×10-3 0.5×10-3 0.1×10-3 0.1×10-3 0.5×10-3 | |
| أشباه الموصلات | الجرمانيوم السيليكون | 5×10 3×105 | -- | |
| العازل | الورق راتنجات الإيبوكسي زجاج الكوارتز | 1010~1012 103~1015 >1017 | - | |
الفولاذ المقاوم للصدأ هو معدن يمكنه توصيل الكهرباء بسهولة بين مختلف المعادن.
ومع ذلك، بالمقارنة مع المعادن النقية، تكون المقاومة النوعية للسبائك، بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ، أكبر بشكل عام. ويرجع ذلك إلى أن الفولاذ المقاوم للصدأ يتمتع بمقاومة نوعية أعلى من العناصر المكونة له وهي الحديد والكروم والنيكل.
وتجدر الإشارة إلى أن SUS304 لديه مقاومة نوعية أعلى من SUS430. وبما أن عدد عناصر السبائك كما في حالة SUS310S، تزداد المقاومة أيضًا.
ويرجع سبب الزيادة في المقاومة النوعية الكهربائية بسبب الإشابة إلى أن حركة الإلكترونات الحرة المشحونة تتعطل بسبب وجود عناصر السبائك.
من المهم ملاحظة أن الإلكترونات الحرة تلعب أيضًا دورًا في التوصيل الحراري. ولذلك، إذا كانت الموصلية الحرارية للمعدن عالية، فإن الموصلية الكهربائية (مقلوب المقاومة النوعية) تكون عالية أيضًا.
تُعرَف هذه العلاقة بين التوصيلية الكهربية والحرارية باسم قاعدة فيدرمان-فرانز وتوضَّح على النحو التالي:
L/s = TLo (حيث لو هو عدد لورينز وT هو درجة الحرارة)
ومن الجدير بالذكر أن المقاومة النوعية تختلف أيضًا باختلاف درجة الحرارة، كما هو موضح في الجدول 2.
الجدول 3 الخواص المغناطيسية للمواد المختلفة
| علم المواد | الخواص المغناطيسية | النفاذية المغناطيسية: μ （H=50e） |
| SUS430 | مغناطيسية قوية | – |
| حديد | مغناطيسية قوية | – |
| ني | مغناطيسية قوية | – |
| SUS304 | غير مغناطيسية (مغناطيسية أثناء العمل على البارد) | 1.5 (معالجة 65%) |
| SUS301 | غير مغناطيسية (مغناطيسية أثناء العمل على البارد) | 14.8 (معالجة 55%) |
| SUS305 | غير مغناطيسية | – |
الجدول 4 كثافة المواد المختلفة (في درجة حرارة الغرفة)
| علم المواد | الكثافة (جم/سم3) |
| SUS430 | 7.75 |
| SUS304 | 7.93 |
| ألومنيوم | 2.70 |
| حديد | 7.87 |
| كر | 7.19 |
| ني | 8.9 |
| الفضة | 10.49 |
| النحاس | 8.93 |
| الفولاذ الكربوني | 7.87 |
| خشب (محترق) | 0.70 |
| زجاج | 2.8-6.3 |
| الخرسانة المسلحة | 2.4 |
| السليلويد | 1.35-1.60 |
بصفتي مؤسس شركة MachineMFG، فقد كرّستُ أكثر من عقد من حياتي المهنية في مجال تصنيع المعادن. وقد أتاحت لي خبرتي الواسعة أن أصبح خبيرًا في مجالات تصنيع الصفائح المعدنية، والتصنيع الآلي، والهندسة الميكانيكية، وأدوات الماكينات للمعادن. أفكر وأقرأ وأكتب باستمرار في هذه المواضيع، وأسعى باستمرار للبقاء في طليعة مجال عملي. فلتكن معرفتي وخبرتي مصدر قوة لعملك.
AR 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO