درجة تصليد النحاس وأدنى نصف قطر ثني
كيف تحدد درجات تصليد EN 13601 وهي R220 وR240 وR290 أدنى نصف قطر ثني لقضبان النحاس، وكيف تقرأ شهادة المصنع، ومتى يكون التلدين جواباً خاطئاً.
قراءة في 10 دقيقةآخر تحديث 2026-08-18
"قضبان نحاس، 100 × 10، 3 أمتار" ليست مواصفة قابلة للشراء. فهي تسمّي معدناً ومقطعاً وتُغفل الخاصية الوحيدة التي تقرر ما إذا كان القضيب سينثني إلى نصف القطر الذي على رسمك أو سيتشقق عبر وجهه الخارجي عند أول قطعة. وتلك الخاصية هي درجة التصليد، وهي حقل في سلسلة التوريد قبل أن تكون مشكلة ورشة: فبمجرد أن يستقر القضيب على الرفّ، لا يستطيع أحد تغييرها دون فرن.
وما يلي يفهرس إرشادات نصف قطر الثني إلى رموز درجات التصليد التي تظهر على أوامر الشراء وشهادات المصانع، لا إلى السماكة وحدها. فالسماكة تهم، لكنها المتغير الثاني.
ماذا تعني رموز EN 13601
تغطي EN 13601 أسياخ النحاس وقضبانه وأسلاكه للأغراض الكهربائية، وفي أعمال قضبان التوزيع تكون الدرجة محل الاهتمام هي Cu-ETP، بالتسمية CW004A. وتحدد المواصفة حالة المادة بطريقتين، وكلتاهما تظهران على الشهادات.
التسمية R مفهرسة على أدنى مقاومة شدّ بـ N/mm². فـ R220 تعني حدّاً أدنى للشدّ قدره 220. والتسمية H مفهرسة على أدنى صلادة فيكرز. فـ H040 تعني 40 HV كحدّ أدنى. والاثنتان تسيران بالتوازي، ولهذا تراهما مقترنتين.
| درجة التصليد | مقاومة الشدّ Rm | إجهاد الخضوع النمطي عند 0.2% | الاستطالة النمطية A50 | الصلادة النمطية |
|---|---|---|---|---|
| R220 / H040 (مُلدَّن ناعم) | 220–260 N/mm² | ≤ 140 N/mm² | ≥ 33% | 40–70 HV |
| R240 / H065 (نصف صلد) | 240–300 N/mm² | ≥ 180 N/mm² | ≥ 8% | 65–95 HV |
| R290 / H090 (صلد) | 290–360 N/mm² | ≥ 250 N/mm² | ≥ 4% | 90–110 HV |
ونطاقات الشدّ هي نطاقات المواصفة. أما أرقام إجهاد الخضوع والاستطالة والصلادة فهي التي تنشرها صحائف بيانات المصانع إلى جانب هذه التسميات لـ Cu-ETP وينبغي التعامل معها كقيم نمطية لا مُلزِمة؛ فإرشادات قضبان التوزيع لدى جمعية تطوير النحاس تذكر إجهاد خضوع من 50 إلى 55 N/mm² لنحاس مقاطع قضبان التوزيع المُلدَّن تماماً ومن 170 إلى 200 N/mm² لنصف الصلد، وهو أدنى عند الطرف الناعم من أرقام الشرائط أعلاه.
ويتبع الجدولَ أمران وكلاهما يهم أكثر من الأرقام نفسها.
الأول أن السلسلة أحادية الاتجاه. فالشغل على البارد يرفع مقاومة الشدّ، ويرفع إجهاد الخضوع، ويرفع الصلادة، ويقصّ الاستطالة. وكل خاصية في الصف تتحرك مع الأخريات لأنها جميعاً تأتي من كثافة الانخلاعات نفسها. فلا يمكنك شراء نحاس صلد يملك أيضاً قابلية تشكيل النحاس الناعم.
والثاني أن عمود الاستطالة ينهار أسرع بكثير مما ترتفع أعمدة المتانة. فالانتقال من R220 إلى R290 يكسبك نحو 40% في مقاومة الشدّ ويكلفك نحو 88% من استطالتك. وذلك اللاتناظر هو سبب هيمنة اعتبارات التشكيل على اختيار درجة التصليد بدل اعتبارات المتانة.
أثر الحجم الذي لا يذكره أحد
ثمة تحفّظ على درجة التصليد الصلدة يوقع الناس في المقاطع الكبيرة. فأقصى متانة يمكن بلوغها تتوقف على المقطع، لأن مقدار الشغل على البارد الذي يستطيع المصنع إدخاله في قضيب محدود بمقدار خفض المساحة الذي تسمح به العملية. وإرشادات جمعية تطوير النحاس تضع قضبان التوزيع في الحالة الصلدة في نطاق 250 إلى 340 N/mm² تبعاً لمساحة المقطع، مع وقوع المقاطع الأكبر عند الطرف الأدنى.
فـ"الصلد" على قضيب 30 × 5 و"الصلد" على قضيب 200 × 12 ليسا حالة المادة نفسها، حتى حين تقول الشهادتان R290. فالمقطع الكبير سيقع أقرب إلى قاع النطاق، وسيكون أكثر تسامحاً في الثني قليلاً، وسيرتد أقل قليلاً. وإن كنت تنقل جدول إزاحات مُثبتاً من مقطع صغير إلى مقطع كبير، فتوقّع أن يكون متحفظاً لا خاطئاً.
أدنى نصف قطر ثني، مسطحاً
نقطة الانطلاق المنشورة هي إرشادات جمعية تطوير النحاس للنحاس عالي التوصيل في درجة التصليد نصف الصلدة أو الصلدة، وهي تعطي أدنى أنصاف أقطار القوالب كمضاعفات للسماكة:
| السماكة | أدنى نصف قطر ثني |
|---|---|
| حتى 10 mm | 1 t |
| 11 إلى 25 mm | 1.5 t |
| 26 إلى 50 mm | 2 t |
وفوق 50 mm لا تُثنى القضبان عادةً إطلاقاً؛ وتلاحظ جمعية تطوير النحاس أن ذلك ممكن مع تلدين موضعي قبل التشكيل.
وتلك الأرقام تفترض أصلاً درجات التصليد الأصلد، فهي أرضية آمنة لـ R240 وR290. ولـ R220 تستطيع الذهاب أضيق، لكن نادراً ما يوجد سبب لذلك. وما لا تُظهره نطاقات السماكة هو محور درجة التصليد، فعملياً يبدو الجدول الصالح للعمل أشبه بهذا:
| السماكة | R220 / H040 | R240 / H065 | R290 / H090 |
|---|---|---|---|
| ≤ 10 mm | 1 t | 1 t | 1 إلى 1.5 t |
| 11–25 mm | 1 t | 1.5 t | 2 t |
| 26–50 mm | 1.5 t | 2 t | 2.5 t، تحقّق |
تعامل مع عمود R220 وعمود R290 كقيم استرشادية. فجدول جمعية تطوير النحاس هو المرساة المتحقَّق منها؛ والتشتت على جانبيه يعكس ممارسة الورش المعتادة وينبغي تأكيده على أول قطعة لكل تركيبة مادة وسماكة وأدوات.
الاستطالة ترتّب درجات التصليد؛ وهي لا تضع ميزانية لانفعال الثني
الانفعال الهندسي عند الليف الخارجي للثنية يتبع الهندسة مباشرة:
ε = t / (2R + t) = 1 / (2·(R/t) + 1)
فعند R/t = 1 يكون ذلك 33%. وعند R/t = 2 يكون 20%. وعند R/t = 4 يكون 11%. وقارن ذلك بعمود الاستطالة: فـ R290 محدَّدة عند 4% كحدّ أدنى، وهو ما كان سيتطلب بقراءة ساذجة R/t فوق 11 قبل أن ينجو الليف الخارجي.
وهو لا يتطلب ذلك، ومعرفة السبب تمنع الناس من المبالغة في تحديد أنصاف الأقطار. فاختبار الشدّ يقيس الاستطالة حتى الكسر في طول قياس منتظم يستطيع فيه العنق أن يتشكل ويجري. أما في الثنية فالانفعال الأقصى موجود عند السطح الخارجي فقط وعلى امتداد قوس قصير، والمادة غير المنفعلة المحيطة تمنع أي عنق من التطور. ولذلك يتجاوز انفعال الثني القابل للتحقيق استطالة الشدّ بهامش واسع، وهو بالضبط كيف تستطيع جمعية تطوير النحاس تحديد 1 t للنحاس الصلد حتى سماكة 10 mm في مادة استطالتها 4%.
استخدم رقم الاستطالة لترتيب درجات التصليد بعضها مقابل بعض وللتنبؤ بأيها سيتشقق أولاً. ولا تستخدمه كميزانية لانفعال الثني.
كيف يبدو الفشل
التشقق عند الليف الخارجي يتقدم عبر مراحل يمكن التعرف عليها، والتقاطه في المرحلة الأولى ينقذ الدفعة.
قشر البرتقال يأتي أولاً. فالسطح الخارجي يخشن إلى نسيج مرئي مع تشوّه الحبيبات الفردية باستقلال. وهو شكلي بحد ذاته، لكنه يخبرك أن الليف الخارجي قريب من حدّه، وهو يسوء مع حجم الحبيبة الخشن، وذلك نفسه عَرَض من أعراض الإفراط في التلدين.
ثم تتبعه الشقوق الدقيقة المستعرضة، وهي تسير موازية لمحور الثنية عبر الوجه الخارجي. وعلى قضيب مطلي قد لا تظهر إلا كانقطاعات في الطلاء. والقطعة خردة عند هذه النقطة، لأن الشقّ رافع إجهاد يجلس بالضبط حيث يكون تحميل الكلال أعلى ما يكون في الخدمة. والتشقق النافذ هو المرحلة النهائية ولا يحتاج وصفاً.
وعلى الوجه الداخلي يكون نمط الفشل مختلفاً: عدم استقرار انضغاطي، يظهر كانبعاج أو تجعّد. وعلى ثنية مسطحة يكون ذلك عادةً دليلاً على أن القضيب لم يُسنَد إسناداً كافياً. وعلى ثنية على الحرف يكون هو القيد الحاكم لا قيداً عرضياً.
الثني على الحرف يحتاج أنصاف أقطار أكبر جذرياً
كل ما سبق للثني المسطح، حيث يُطوى القضيب عبر سماكته ويحكم البُعد الصغير الانفعال. اثنِ القضيب نفسه بالطريق الصعب، عبر عرضه، فتتغير الهندسة تماماً: إذ يقع الليف الخارجي الآن على نصف عرض القضيب من المحور المحايد بدل نصف السماكة، وللليف الداخلي باع طويل غير مسنود في الانضغاط.
والدليل العملي في جداول سعة الماكينات. فـSMART-603CNC-S مقننة عند 260 × 20 mm للثني المسطح و125 × 15 mm للثني على الحرف، وذلك التنصيف التقريبي للبُعدين نمط ستجده في معدات ثني قضبان التوزيع عموماً. وأدنى أنصاف الأقطار في العمل على الحرف تسير في مضاعفات عرض القضيب لا سماكته، وهي عادةً عدة أضعاف الرقم المسطح. وتغطي مقارنة الثني على الحرف والثني المسطح لقضبان التوزيع الميكانيكا والبدائل التصميمية.
لا تنقل قاعدة نصف قطر مسطحة إلى ثنية على الحرف. فذلك أسرع طريق إلى حافة خارجية متشققة.
اتجاه الحبيبات
النحاس المدرفل والمسحوب يحمل نسيجاً بلورياً محاذياً لاتجاه الشغل، وقابلية التشكيل اتجاهية نتيجةً لذلك. وتنطبق القاعدة العامة من تشكيل الصفائح: فالثنية التي يسير محورها عمودياً على اتجاه الدرفلة هي الاتجاه المؤاتي، والثنية التي يسير محورها موازياً له هي التي تتشقق.
وفي قضبان التوزيع العادية يعمل هذا لصالحك دون أي جهد. فالقضبان تُدرفل أو تُسحب على امتداد طولها، والثنية المستعرضة العادية تضع محور الثنية عبر القضيب، عمودياً على اتجاه الشغل. فأنت في الاتجاه الجيد أصلاً.
وحيث يكفّ الأمر عن كونه تلقائياً هو القضبان المقطوعة من لوح عريض أو المشقوقة من لفّة، حيث قد لا يتحاذى طول القضيب النهائي مع اتجاه الدرفلة الأصلي. فإن استبدل مورّد مادة مشقوقة بقضبان مسحوبة، فقد يتغير سلوك الثني وإن كانت الشهادة تُقرأ مطابقةً في المتانة. وذلك سبب وجيه لتسجيل شكل المادة، لا الدرجة ودرجة التصليد وحدهما، في سجل عملية الثني.
قراءة شهادة المصنع
الشهادة المفيدة لقضبان التوزيع تحمل الدرجة والمواصفة، Cu-ETP CW004A وفق EN 13601. وتحمل تسمية درجة التصليد بالصيغتين حيث يذكر المصنع الاثنتين، R240 / H065. وتحمل مقاومة الشدّ والاستطالة والصلادة المقيسة مقابل رقم الصبّة أو الدفعة. وتحمل التوصيلية كنسبة مئوية من IACS، وهي للمادة المُلدَّنة ينبغي أن تكون 100% أو أفضل وللمادة المسحوبة على البارد 97% على الأقل، لأن الشغل على البارد يكلف 2 إلى 3% من التوصيلية.
وما لا تحمله عادةً، ما لم تطلبه، هو إجهاد الخضوع المقيس عند 0.2%. وذلك هو الرقم الذي يحتاجه حساب الارتداد المرن، ولـ R220 يحمل أوسع تشتت مسموح. فالمواصفة تضع سقفاً على إجهاد الخضوع للمادة الناعمة لا أرضية، فقضيبان مطابقان من R220 قد يختلفان بعامل اثنين في مقدار ارتدادهما. فإن كنت تشغّل نحاساً ناعماً في الإنتاج، فضع Rp0.2 المقيس على أمر الشراء.
والأمر الآخر الذي ينبغي فحصه أن الشهادة تشير إلى الدفعة المورَّدة لا إلى اختبار نمطي. فشهادات الاختبار النمطي شائعة وهي ليست الدليل نفسه.
متى يكون التلدين هو الجواب الصحيح
ثمة حالات مشروعة. القضبان التي تتجاوز سماكتها 50 mm، حيث يكون التلدين الموضعي عند الثنية قبل التشكيل هو المسار العملي الوحيد. وإعادة العمل على قضيب مشكَّل أصلاً، حيث تكون منطقة الثنية قد تصلّدت بالشغل من العملية الأولى وحيث ستتشقق ثنية ثانية في الموضع نفسه. وأنصاف أقطار ضيقة جداً في تعديل لاحق يكون فيه القضيب مقطوعاً أصلاً والبديل هو الخردة.
وثمة أيضاً حالة شائعة ليست سبباً مشروعاً: شراء قضبان صلدة لأن ذلك ما كان لدى التاجر، ثم تلدينها لجعلها قابلة للثني. ذلك التسلسل يدفع ثمن الشغل على البارد، ثم يدفع مرة أخرى لإزالته، ويتخلص من الخواص الميكانيكية التي كانت درجة التصليد الصلدة توفّرها. فالقضبان الصلدة تقاوم التهدّل على الأبواع الطويلة غير المسنودة وتقاوم التشوّه الدائم تحت القوى الكهرومغناطيسية لتيار القصر. لدّن القضيب كله وتكون قد اشتريت لا قابلية تشكيل R220 ولا صلابة R290.
ويطبَّق قيدان تقنيان قبل أن تلتزم بالتلدين. فـ Cu-ETP يلين تدريجياً فوق نحو 150 °C، والتلدين الكامل لإعادة التبلور يُجرى عادةً حول 400 °C، حيث تكتمل إعادة التبلور عملياً خلال دقائق. والنقع الأطول يخشّن الحبيبة، والحبيبة الخشنة تعطي قشر برتقال في الثنية التالية، فالتلدين الطويل قد يجعل تشطيب السطح أسوأ بينما يجعل المادة أطرى.
والقيد الثاني خاص بهذه الدرجة. فـ Cu-ETP يحتوي أكسجيناً متبقياً. لدّنه في جوّ يحمل هيدروجيناً فينتشر الهيدروجين إلى الداخل، ويختزل شوائب الأكسيد، ويكوّن بخاراً عند حدود الحبيبات، وهو ما يُقصّف المادة على نحو لا رجعة فيه. وتحمل EN 13601 اشتراط الخلو من التقصّف الهيدروجيني لهذا السبب بالضبط. فإن كان التلدين جزءاً من عمليتك، فاضبط جوّ الفرن أو حدّد درجة خالية من الأكسجين بدلاً منها.
كتابة أمر الشراء
الحدّ الأدنى لأمر قضبان التوزيع هو الدرجة والمواصفة، وتسمية درجة التصليد، والمقطع، والشكل، واشتراط الشهادة. وإضافة إجهاد الخضوع المقيس لا تكلف المصنع شيئاً وتزيل أكبر مصدر مفرد للانحراف في الثني. وإن كان قضيب ذاهباً إلى ماكينة ثني فيها جدول إزاحات ارتداد مرن مخزّن، فرمز درجة التصليد هو ما يُفهرَس عليه ذلك الجدول، ودرجة تصليد غير محددة تعني أن الجدول لا يملك مدخلاً صالحاً.
ولا أثر لدرجة التصليد في سعة حمل التيار، التي يحددها المقطع والترتيب والبيئة الحرارية؛ فإن كان ذلك هو القيد الذي تعمل به، فإن حاسبة سعة تيار قضبان التوزيع تتولاه بمعزل عن كيفية تشغيل القضيب. والقراران قابلان للفصل، وإبقاؤهما منفصلين يمنع تسرّب حجج قابلية التشكيل إلى حجج التحجيم.