يعد فهم اصطلاحات تسمية المعادن أمرًا ضروريًا للمهندسين والمشترين والمصممين للتنقل في السوق العالمية واختيار المواد المناسبة لتطبيقاتهم.
1 مقدمة: لغة المعادن
توفر أنظمة تسمية المعادن لغة موحدة لتحديد وتصنيف مجموعة واسعة من المعادن والسبائك المستخدمة في الصناعة. بدلاً من أن تكون سلاسل عشوائية من الأرقام والحروف، تم تصميم هذه الرموز لنقل معلومات محددة حول التركيب الكيميائي للمادة، أو الخواص الميكانيكية، أو طريقة المعالجة، أو مزيج منها. يعد فهم هذه اللغة أمرًا ضروريًا لتحديد المواد في المشتريات، وضمان الجودة في التصنيع، والحفاظ على السلامة في التطبيقات المهمة عبر صناعات الطيران والبناء والأجهزة الطبية.
تختلف هذه الأنظمة بشكل كبير حسب البلد وهيئة التقييس، مما يخلق مشهدًا معقدًا للمحترفين الذين يعملون مع سلاسل التوريد الدولية. يختلف نظام الترقيم الموحد الأمريكي (UNS) بشكل كبير عن معايير GB الصينية أو معايير DIN الألمانية. وعلى الرغم من هذا التنوع، فإن معظم الأنظمة تتبع أنماطًا منطقية، بمجرد فهمها، تكشف عن معلوماتها المضمنة. يفك هذا الدليل رموز المنهجيات الرئيسية وراء أنظمة تصنيف المعادن الرئيسية في العالم، مما يمكّنك من اتخاذ قرارات مستنيرة فيما يتعلق بالمواد بغض النظر عن المعيار الذي يتم الرجوع إليه.
2 التصنيف الأساسي للمعادن
قبل الخوض في اصطلاحات تسمية محددة، من الضروري فهم الفئات الواسعة التي تصنف فيها المعادن، لأن هذا غالبًا ما يؤثر على كيفية تصنيفها.
المعادن الحديدية مقابل المعادن غير الحديدية: يفصل التقسيم الأساسي المعادن الحديدية، التي تحتوي على الحديد كمكون أساسي لها (مثل الفولاذ والحديد الزهر)، عن المعادن غير الحديدية، التي لا تحتوي على الحديد كمكون رئيسي لها (مثل الألومنيوم والنحاس والتيتانيوم والزنك). وغالباً ما ينعكس هذا التمييز في هيكل نظام التعيين نفسه.
المعادن النقية مقابل السبائك: تميز الأنظمة أيضًا بين المعادن النقية، وهي عناصر في شكلها المعدني (على سبيل المثال، 99.9% ألومنيوم)، والسبائك، وهي عبارة عن خليط من عنصرين أو أكثر، حيث يكون عنصر واحد على الأقل معدنًا. عادةً ما تكون تسميات السبائك أكثر تعقيدًا، حيث تقوم بترميز المعلومات حول العناصر المكونة لها.
المنتجات المطاوع مقابل المنتجات المصبوبة: تستخدم العديد من الأنظمة بادئات أو لواحق مختلفة للإشارة إلى شكل المنتج. تم تصنيع المنتجات المطاوع (مثل الصفائح والقضبان والأنابيب) ميكانيكيًا لتشكيلها، مما يؤدي غالبًا إلى هياكل مجهرية وخصائص مختلفة مقارنة بمنتجات الصب، والتي يتم تشكيلها عن طريق صب المعدن المنصهر في قالب.
3 أنظمة التقييس الدولية الرئيسية
قامت مختلف البلدان والمناطق بتطوير منظمات المعايير الخاصة بها، ولكل منها فلسفة التصنيف الخاصة بها. فيما يلي الأنظمة الأكثر تأثيرًا التي تمت مواجهتها في التجارة والهندسة العالمية.
3.1 النظام الأمريكي (SAE/AISI، ASTM، UNS، AMS)
النظام الأمريكي ليس معيارًا واحدًا، بل نظامًا بيئيًا من التسميات التكميلية.
تسميات الصلب SAE/AISI: لعقود من الزمن، كانت أنظمة جمعية مهندسي السيارات (SAE) والمعهد الأمريكي للحديد والصلب (AISI) هي الطرق الأساسية لتعيين الفولاذ الكربوني والسبائك في الولايات المتحدة. وتستخدم هذه عادةً رمزًا مكونًا من أربعة أرقام حيث يشير أول رقمين إلى عائلة السبائك (على سبيل المثال، "10" للفولاذ الكربوني، "41" للفولاذ الموليبدينوم الكروم) ويمثل الرقمان الأخيران محتوى الكربون الاسمي بأجزاء من المئات من السبائك. بالمائة. يشير الحرف "B" المدرج بين الرقمين الثاني والثالث (على سبيل المثال، 10B46) إلى إضافة البورون لتحسين قابلية التصلب.
نظام الترقيم الموحد (UNS): تم إنشاء نظام الترقيم الموحد لتوفير قاعدة بيانات مرجعية تقلل من الارتباك بين أنظمة الترقيم المختلفة. رقم UNS ليس مواصفات في حد ذاته ولكنه معرف فريد يرتبط بتركيبة محددة في معايير أخرى. ويتكون عادةً من حرف واحد متبوعًا بخمسة أرقام (على سبيل المثال، G10400 للفولاذ الكربوني، وC36000 لسبائك النحاس). يشير الحرف إلى عائلة المعادن: "G" للفولاذ الكربوني وسبائك الفولاذ، و"A" للألمنيوم، و"C" للنحاس، و"S" للفولاذ المقاوم للصدأ، و"T" لفولاذ الأدوات، وغيرها.
تسميات ASTM وAMS: غالبًا ما تستخدم الجمعية الأمريكية للاختبارات والمواد (ASTM) ومواصفات المواد الفضائية (AMS) رموزًا وصفية قد تشير إلى خصائص المادة أو تطبيقها بدلاً من الصيغة الكيميائية الصارمة. على سبيل المثال، يتم تعريف الفولاذ "ASTM A36" من خلال خواصه الميكانيكية (في المقام الأول قوة إنتاج لا تقل عن 36 كيلو بوصة مربعة)، بينما يحدد "AMS 4911" شكل منتج صفائح سبائك التيتانيوم.
3.2 المعايير الوطنية الصينية (GB)
تستخدم معايير GB الصينية، التي تديرها إدارة التقييس الصينية (SAC)، منهجًا منهجيًا باستخدام حروف وأرقام بينيين الصينية.
الفولاذ: بالنسبة للفولاذ، غالبًا ما تشير البادئات إلى مسار الاستخدام أو المعالجة. يتم استخدام "Q" للفولاذ حيث يعتمد التصنيف الأساسي على قوة الخضوع. قد تبدأ سبائك الفولاذ الإنشائي بأرقام تشير إلى محتوى الكربون، متبوعة بالرموز الكيميائية لعناصر السبائك الأولية ونسبها المئوية.
المعادن غير الحديدية: يستخدم النظام أحرف بينيين المشتقة من الاسم الصيني للمعدن الأساسي.
يُشار إلى الألومنيوم وسبائكه بالحرف "L" (من "Lü").
يستخدم النحاس وسبائكه الحرف "T" (من "Tong").
ثم تحدد الحروف والأرقام اللاحقة نوع السبيكة والسلسلة والدرجة المحددة. على سبيل المثال، في "LF"، يشير "L" إلى الألومنيوم، ويشير "F" ("Fang") إلى أنها سبيكة مضادة للصدأ. تستخدم سبائك الألومنيوم المصبوبة "ZL" لـ "Zhu Lü" (الألومنيوم المصبوب).
3.3 الأنظمة الأوروبية (DIN، EN)
DIN الألمانية: تشتهر معايير المعهد الألماني للنورمونج (DIN) بتسمياتها التفصيلية والوصفية. بالنسبة للفولاذ، يستخدم النظام غالبًا مجموعة من الحروف والأرقام حيث يمثل الرقم الحد الأدنى لقوة الشد (على سبيل المثال، St42 للفولاذ بقوة شد ≈420 ميجاباسكال) أو رمز للتركيب الكيميائي (على سبيل المثال، C15E للفولاذ الكربوني مع ~ 0.15٪ C، "E" للتصلب). تتميز الرموز الأبجدية الرقمية بأنها محددة للغاية، حيث تعرض تفاصيل عناصر صناعة السبائك وكمياتها التقريبية.
المعيار الأوروبي (EN): يحل نظام EN محل العديد من المعايير الوطنية داخل الاتحاد الأوروبي، بهدف التنسيق. غالبًا ما تتبنى مبدأً مشابهًا لنظام UNS الأمريكي، حيث تعمل كمجموعة شاملة تتضمن وإسنادًا ترافقيًا للمعايير الوطنية القديمة مثل DIN. تتمتع معايير EN بنظام ترقيم خاص بها ولكنها تحتفظ في كثير من الأحيان برابط للتسمية القديمة من أجل الوضوح.
3.4 المعايير الصناعية اليابانية (JIS)
غالبًا ما يستخدم نظام المعايير الصناعية اليابانية (JIS) أحرفًا مفردة أو مزدوجة للإشارة إلى فئة المادة، تليها الأرقام. بالنسبة للفولاذ، تشير البادئة "S" إلى "الفولاذ". ويلي ذلك أحرف إضافية للنوع المحدد: "SC" للفولاذ الكربوني للهياكل، و"SK" للفولاذ الكربوني للأدوات، و"SUS" للفولاذ المقاوم للصدأ، و"SUH" للفولاذ المقاوم للحرارة. تشير الأرقام التالية عادةً إلى قوة الشد، أو الرقم التسلسلي، أو، في حالة الفولاذ المقاوم للصدأ، غالبًا ما تتوافق مع نوع AISI (على سبيل المثال، SUS304 يعادل على نطاق واسع AISI 304).
3.5 المنظمة الدولية للمعايير (ISO)
تهدف المنظمة الدولية للمعايير (ISO) إلى إنشاء معايير منسقة عالميًا. غالبًا ما تسعى تسمياتها إلى سد الفجوات بين الأنظمة الوطنية الرئيسية. بالنسبة للفولاذ، تستخدم سلسلة ISO 683، على سبيل المثال، نظامًا يعتمد على التركيب الكيميائي والمعالجة الحرارية، مع تسميات منطقية ولكنها ليست بديهية دائمًا بدون جدول مرجعي. تكمن قوة نظام ISO في دوره كنقطة مرجعية محايدة للعقود الدولية والوثائق الفنية.
4 فك فئات المواد المحددة
يصبح منطق أنظمة التصنيف أكثر وضوحًا عند تطبيقه على عائلات مادية محددة.
4.1 سبائك الصلب والحديد
تعد اصطلاحات تسمية الفولاذ من بين المعلومات الأكثر تنوعًا، وغالبًا ما تمزج المعلومات حول التركيب والخصائص الميكانيكية والتطبيق.
| البادئة/الرمز | النظام القياسي | المعنى/التطبيق النموذجي |
| 10XX، 41XX، إلخ. | ساي/إيسي | رمز مكون من أربعة أرقام حيث يشير أول رقمين إلى سلسلة السبائك ويشير الرقمان الأخيران إلى محتوى الكربون. |
| س + قوة الخضوع | جيجابايت (الصين) | الفولاذ حيث يعتمد التصنيف الأساسي على قوة الخضوع (على سبيل المثال، Q235 لديه قوة خضوع تبلغ 235 ميجاباسكال). |
| س + حرف | جيس (اليابان) | S' للفولاذ، متبوعًا بحرف للفئة (على سبيل المثال، 'SC' للفولاذ الكربوني للهياكل). |
| شارع + رقم | دين (ألمانيا) | St لـ "Stahl" (الفولاذ)، مع الرقم الذي يشير إلى الحد الأدنى من قوة الشد (على سبيل المثال، St42). |
| ز | جامعة الأمم المتحدة (الولايات المتحدة الأمريكية) | بادئة الحروف للفولاذ الكربوني والسبائك في نظام UNS. |
| إيسي 304 / SUS304 | AISI (الولايات المتحدة الأمريكية) / JIS (اليابان) | درجة شائعة من الفولاذ المقاوم للصدأ؛ تشير "السلسلة 300" إلى البنية الأوستنيتي. |
الفولاذ المقاوم للصدأ: تصنف معظم الأنظمة الفولاذ المقاوم للصدأ إلى عائلات مثل الأوستنيتي (سلسلة 200 و300)، الحديدي (سلسلة 400)، والمارتنسيتيك (سلسلة 400). تتم الإشارة إلى نظام AISI المكون من 3 أرقام (على سبيل المثال، 304، 316) على نطاق واسع، إما بشكل مباشر أو غير مباشر، في العديد من المعايير الوطنية الأخرى مثل JIS (مثل SUS304).
فولاذ الأدوات: غالبًا ما يتم تحديدها من خلال تطبيقاتها ومحتوى السبائك. يستخدم نظام AISI حروفًا مثل "A" للتصلب بالهواء، و"O" للتصلب بالزيت، و"W" للتصلب بالماء، و"H" لفولاذ أدوات العمل الساخن، متبوعًا برقم تسلسلي.
4.2 الألومنيوم وسبائك الألومنيوم
تخضع تسميات الألومنيوم في الغالب لنظام مكون من أربعة أرقام طورته جمعية الألومنيوم، والذي تم اعتماده على نطاق واسع، بما في ذلك في الولايات المتحدة الأمريكية وكأساس للمعايير الدولية الأخرى.
السبائك المطاوع:
سلسلة 1xxx: الحد الأدنى 99.00% من الألومنيوم (على سبيل المثال، 1050، 1100).
سلسلة 2xxx: النحاس هو العنصر الرئيسي لصناعة السبائك (على سبيل المثال، 2024، المستخدم في الطائرات).
سلسلة 3xxx: المنغنيز هو العنصر الرئيسي لصناعة السبائك (على سبيل المثال، 3003، للاستخدام للأغراض العامة).
سلسلة 4xxx: السيليكون هو العنصر الرئيسي لصناعة السبائك (على سبيل المثال، 4043، يستخدم لأسلاك اللحام).
سلسلة 5xxx: المغنيسيوم هو العنصر الرئيسي لصناعة السبائك (على سبيل المثال، 5052، 5083 للتطبيقات البحرية).
سلسلة 6xxx: المغنيسيوم والسيليكون (لتشكيل Mg2Si)؛ قابلة للمعالجة بالحرارة (على سبيل المثال، 6061، 6063 للسحب).
سلسلة 7xxx: الزنك هو العنصر الرئيسي لصناعة السبائك (على سبيل المثال، 7075، وهي سبيكة فضائية عالية القوة).
السبائك المصبوبة: استخدم نظامًا مشابهًا مكونًا من 3 أرقام بالإضافة إلى علامة عشرية (على سبيل المثال، 356.0، A380.0). يشير الرقم الأول إلى مجموعة السبائك.
تعيين المزاج: جزء مهم من تعيين الألومنيوم هو المزاج، الذي يشير إلى حالة المادة. ويتبع رقم السبيكة ويتم فصله بواصلة (على سبيل المثال، 6061-T6). تشتمل درجات الحرارة الشائعة على "O" للصلب، و"F" للمصنعة، و"H" للصلبة، و"T" للمعالجة بالحرارة.
4.3 النحاس وسبائك النحاس
يتم تصنيف سبائك النحاس في المقام الأول باستخدام نظام UNS، الذي يجمعها حسب عناصر السبائك الأساسية.
النحاس (C1xxxx): نحاس غير مخلوط ذو موصلية كهربائية عالية.
السبائك عالية النحاس (C16xxx-C19xxx): السبائك مع إضافات صغيرة من العناصر الأخرى.
النحاس الأصفر (C2xxxx إلى C4xxxx): سبائك النحاس والزنك. غالبًا ما يرتبط رقم UNS بالأسماء الأقدم والأكثر شهرة مثل "Cartridge Brass" (C26000) أو "Naval Brass" (C46400).
البرونز (C5xxxx إلى C6xxxx): سبائك النحاس والقصدير تاريخيًا، ولكن المصطلح يشمل الآن على نطاق واسع سبائك النحاس مع عناصر أخرى غير الزنك باعتبارها السبيكة الأساسية، مثل برونزيات الألومنيوم (C6xxxx)، وبرونزيات السيليكون (C64xxx)، وبرونزيات الفوسفور (C5xxxx).
النحاس والنيكل (C7xxxx): سبائك من النحاس والنيكل، معروفة بمقاومتها الممتازة للتآكل (على سبيل المثال، C71500).
5 تطبيقات عملية واستخدام متعدد المعايير
يمثل التنقل بين المعايير الدولية المختلفة تحديًا مشتركًا.
استخدام الجداول والكتيبات المرجعية: عندما يستدعي رسم أو مواصفات مادة ما بموجب معيار غير مألوف، فإن الخطوة الأولى هي استشارة جدول أو كتيب مرجعي موثوق. تسرد هذه الموارد درجات مكافئة أو مشابهة عبر معايير مختلفة. من المهم أن نفهم أن كلمة "مكافئ" لا تعني دائمًا "متطابقًا"؛ يمكن أن تكون هناك اختلافات دقيقة ولكنها مهمة في مستويات الشوائب المسموح بها أو متطلبات المعالجة.
اعتبارات حاسمة لاختيار المواد واستبدالها: قد يكون استبدال مادة تعتمد فقط على التركيب الكيميائي المطابق من جدول الإسناد الترافقي محفوفًا بالمخاطر. يجب أن يأخذ التقييم الشامل في الاعتبار ما يلي:
متطلبات الخاصية الميكانيكية: التحقق من أن البديل يلبي جميع قيم القوة والليونة والمتانة المحددة.
الاستجابة للمعالجة الحرارية: يمكن أن تؤدي طرق المعالجة المختلفة إلى هياكل مجهرية وأداء مختلف.
مقاومة التآكل: يمكن أن تؤثر الاختلافات الطفيفة في التركيب بشكل كبير على سلوك التآكل.
قابلية اللحام وقابلية التشكيل: لا يتم دائمًا التقاط خصائص المعالجة هذه بشكل كامل في تعيين الدرجة الأساسية.
المواصفات والشهادات المطبقة: في الصناعات الخاضعة للتنظيم (الفضائي والطبي والنووي)، يجب غالبًا الحصول على المادة واعتمادها وفقًا لمعيار محدد، وليس مجرد معيار "مشابه".
