35# مقابل 45# – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

35# و 45# هما درجتان من الفولاذ الكربوني المتوسط المستخدمتان على نطاق واسع في المكونات الميكانيكية، والمحاور، والمثبتات، والسباكة. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً بوزن التبادلات بين التكلفة، وقابلية التشغيل، وقابلية اللحام، وأداء التحمل عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية ما إذا كان يجب إعطاء الأولوية للقوة العالية المقاومة للتآكل مقابل سهولة التشكيل، وانخفاض حساسية المعالجة الحرارية، وإجراءات الانضمام الأبسط.

الفرق الرئيسي بين الدرجتين هو محتوى الكربون والقدرة الناتجة على القوة والصلابة للمواد 45# مقارنةً بـ 35#. يؤثر هذا التحول الأساسي في التركيب على البنية المجهرية، واستجابة المعالجة الحرارية، وقابلية التصلب، والعمليات اللاحقة — ولهذا السبب يتم مقارنة هذه الدرجات بشكل متكرر للمكونات التي تتطلب توازنًا بين القوة، والصلابة، وقابلية التصنيع.

1. المعايير والتسميات

• GB (الصين): 35# و 45# (تسمية مستخدمة بشكل شائع في المعايير الصينية).
• EN / الأوروبية: C35، C45 (عائلة EN 10083 للفولاذ القابل للمعالجة الحرارية).
• SAE/AISI: تعادل تقريبًا 1035 (≈0.35%C) و 1045 (≈0.45%C).
• JIS (اليابان): S35C، S45C.
• ASTM/ASME: ليس هناك تسمية مباشرة واحدة، ولكنها قابلة للمقارنة مع الفولاذ الكربوني المتوسط المغطى بمواصفات أوسع (البار، السباكة).

التصنيف: كل من 35# و 45# هما فولاذ كربوني عادي (ليس فولاذ مقاوم للصدأ، وليس HSLA بشكل افتراضي). قد يتم توفيرهما كفولاذ كربوني أساسي للمعالجة الحرارية؛ وعناصر السبائك بخلاف C و Mn و Si عادةً ما تكون ضئيلة ما لم يتم تحديد المنتج عمدًا كسبائك أو ميكروسبائك.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

جدول: نطاقات التركيب النموذجية (wt%). هذه هي النطاقات التمثيلية المستخدمة في الممارسة لفئات الفولاذ الكربوني مع تسميات 35 و 45. يجب التحقق من المواد الموردة الفعلية مقابل شهادات المصنع.

عنصر	35# (نموذجي، wt%)	45# (نموذجي، wt%)
C	0.32 – 0.38	0.42 – 0.50
Mn	0.25 – 0.65	0.50 – 0.80
Si	0.15 – 0.35	0.15 – 0.35
P	≤ 0.035 (أقصى)	≤ 0.035 (أقصى)
S	≤ 0.035 (أقصى)	≤ 0.035 (أقصى)
Cr	عادةً ≤ 0.25 (أثر)	عادةً ≤ 0.25 (أثر)
Ni	عادةً ≤ 0.30 (أثر)	عادةً ≤ 0.30 (أثر)
Mo	عادةً ≤ 0.08 (أثر)	عادةً ≤ 0.08 (أثر)
V، Nb، Ti	عادةً غير محدد (أثر في بعض الطرق)	عادةً غير محدد (أثر)
B، N	مستويات أثر إذا تم التحكم فيها	مستويات أثر إذا تم التحكم فيها

كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - الكربون: المحرك الرئيسي للقوة وقابلية التصلب. زيادة C (45#) تزيد من الصلابة والقوة الشد القابلة للتحقيق بعد التصلب والتخمير ولكن تقلل من اللدونة وقابلية اللحام. - المنغنيز: يزيد من قابلية التصلب والقوة الشد ويعوض عن الهشاشة الناتجة عن الكبريت؛ شائع في كلا الدرجتين بمستويات معتدلة. - السيليكون: مزيل للأكسدة ويساهم بشكل معتدل في القوة. - عناصر السبائك الأثرية (Cr، Mo، V): إذا كانت موجودة عمدًا، تحسن من قابلية التصلب، ومقاومة التآكل، واستقرار التخمير؛ ولكن عادةً ما تكون 35#/45# غير سبائكية إلى مستويات عالية ما لم يتم تحديدها.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية النموذجية: - حالات المدرفلة أو المعالجة: مزيج من الفريت والبيرلايت. 35# (كربون أقل) سيظهر نسبة أكبر من الفريت وبارلايت أكثر خشونة؛ 45# لديه نسبة أعلى من البيرلايت/السمنتيت (بيرلايت لاميلار أكثر) وقد يظهر بعض السمنتيت البروتكتويدي اعتمادًا على التبريد. - بعد التبريد: تكون تشكيل المارتنسيت أكثر وضوحًا في 45# لنفس شدة التبريد بسبب الكربون الأعلى. 35# سيشكل مارتنسيت ولكن إلى حد أقل (وقد يتطلب تبريدًا أعمق أو سبائك للحصول على صلابة معادلة). - بعد التخمير: مارتنسيت مخمر، مع استجابات التخمير تختلف حسب الكربون — الفولاذ عالي الكربون يحتفظ بصلابة أعلى عند درجات حرارة تخمير معادلة.

أثر طرق المعالجة: - المعالجة (التسخين والتبريد الهوائي) تنقي حجم الحبيبات وتنتج مصفوفة فريت + بيرلايت متجانسة نسبيًا؛ 35# يميل إلى أن يكون أكثر لدونة بعد ذلك. - التبريد والتخمير يمكن أن يرفع القوة والصلابة: 45# يمكن أن يحقق نوافذ قوة/صلابة أعلى ولكن يتطلب تخميرًا دقيقًا لتجنب الهشاشة. - المعالجة الحرارية الميكانيكية وإضافات الميكروسبائك (V، Nb، Ti) يمكن أن تنقي حجم حبيبات الفريت وتنتج مصفوفات فريت/بيرلايت أو باينيت أقوى، مما يزيد من القوة دون الاعتماد فقط على الكربون؛ مثل هذه المعالجات عادةً ما يتم تحديدها بدلاً من أن تكون متأصلة في 35#/45# القياسية.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: نطاقات الخصائص الميكانيكية النموذجية للظروف الشائعة (النطاقات المعالجة أو المبرّدة والمخمرة تتداخل). هذه هي القيم التمثيلية — تحقق من شهادات المصنع وسجلات المعالجة الحرارية للتصميم.

الخاصية	35# (نموذجي)	45# (نموذجي)
قوة الشد (Rm)	~500 – 700 ميجا باسكال	~600 – 800 ميجا باسكال
قوة الخضوع (Rp0.2 / Re)	~300 – 500 ميجا باسكال	~350 – 600 ميجا باسكال
التمدد (A)	~16 – 25%	~10 – 18%
صلابة التأثير (شاربي V نوتش، كما هو معالج)	متوسطة؛ أعلى من 45# تحت نفس المعالجة الحرارية	أقل من 35# لنفس المعالجة؛ تتحسن مع التخمير
الصلابة (HB)	~150 – 220 HB	~180 – 260 HB

التفسير: - 45# أقوى وقادر على تحقيق صلابة أعلى ومقاومة للتآكل بسبب الكربون الأعلى؛ عادةً ما يظهر انخفاضًا في اللدونة وصلابة أقل في الشقوق في الظروف المعادلة. - 35# أكثر لدونة ويتسامح مع عمليات التشكيل ودورات اللحام الحرارية؛ غالبًا ما يكون مفضلًا حيث تكون الصلابة، والانحناء، أو التشكيل البارد مهمة. - تعتمد الخصائص النهائية بشكل كبير على المعالجة الحرارية: يمكن أن يقترب 35# المبرّد والمخمّر من قوة 45# المعالج، ولكن تظل قدرة الصلابة ومقاومة التآكل مقيدة بمحتوى الكربون.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام بشكل أساسي على محتوى الكربون، ومعادل الكربون (CE)، والسبائك. هناك مؤشرين تجريبيين شائعين مفيدين لتفسير قابلية اللحام النسبية:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

و

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - 45# مع كربون أعلى سيكون له $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ أعلى من 35# (مع بقاء كل شيء آخر متساويًا)، مما يشير إلى ميل أكبر لتشكيل مناطق تأثر حرارية مارتنسيتية صلبة وزيادة خطر الشقوق الباردة. وهذا يتطلب تسخينًا مسبقًا، والتحكم في درجات حرارة التداخل، والمعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) بشكل أكثر تكرارًا لـ 45#. - 35# أكثر قابلية للحام في الممارسة الشائعة: متطلبات تسخين مسبق أقل، خطر تشوه أقل، ومشاكل تشقق أقل. - عندما تكون عناصر السبائك (Cr، Mo) موجودة، تزداد قابلية التصلب وتقل قابلية اللحام أكثر لكلا الدرجتين؛ يتضخم هذا التأثير في 45# بسبب قابلية التصلب الأساسية الأعلى الناتجة عن الكربون.

6. التآكل وحماية السطح

• لا 35# ولا 45# هما فولاذ مقاوم للصدأ؛ كلاهما عرضة للتآكل الجوي العام والهجوم الموضعي في البيئات العدوانية.
• استراتيجيات الحماية الشائعة: الغلفنة بالغمس الساخن، الطلاء الكهربائي، طلاءات التحويل، أنظمة الطلاء/التمهيد، أو تغطيات البوليمر. يعتمد الاختيار على بيئة الخدمة، والهندسة، والتكلفة.
• PREN (رقم مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على الفولاذ الكربوني العادي لأنه يستخدم للسبائك المقاومة للصدأ:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• استخدم سبائك مقاومة للتآكل (فولاذ مقاوم للصدأ) أو طلاءات عندما تكون مقاومة التآكل شرط تصميم؛ بالنسبة للفولاذ الكربوني العادي، ركز على طرق الحماية الحاجزية والكاثودية.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل: 35# عادةً ما يتم تشغيله بسهولة أكثر من 45# بسبب انخفاض الصلابة وأقل تآكل للأدوات؛ ومع ذلك، تعتمد قابلية التشغيل على المعالجة الحرارية والبنية المجهرية. التعديلات القابلة للقطع (إضافات الكبريت) هي فئة منفصلة.
• قابلية التشكيل والانحناء: 35# لديه لدونة أعلى وقابلية تشكيل باردة أفضل. يمكن تشكيل 45# باردة ولكن لديه إجهاد مسموح أقل قبل التشقق؛ قد يتطلب التشكيل الساخن أو التخمير للانحناءات الضيقة.
• الطحن، والتشطيب، وتصلب السطح: 45# يستجيب بشكل أفضل لعمليات تصلب السطح (التصلب بالحث، الكربنة تليها التبريد والتخمير عند دمجها مع ملفات الكربون المناسبة) لتحسين مقاومة التآكل.
• الاستقرار الأبعاد: كلا الدرجتين تتطلبان الانتباه إلى الضغوط المتبقية الناتجة عن التشغيل والمعالجة الحرارية؛ قد يحتاج 45# إلى تخمير تخفيف الضغط اعتمادًا على التطبيق النهائي.

8. التطبيقات النموذجية

35# — الاستخدامات النموذجية	45# — الاستخدامات النموذجية
محاور ومحاور للأحمال المتوسطة، دبابيس، مسامير، وصواميل حيث تكون اللدونة والصلابة مهمة	محاور محملة بشكل كبير، تروس، أعمدة كرانك، أعمدة كام، مسامير ثقيلة، أجزاء مقاومة للتآكل تتطلب صلابة أعلى
سباكات ومكونات سيتم تخميرها من أجل قوة متوسطة وصلابة جيدة	مكونات تتطلب قوة أعلى بعد التبريد والتخمير ومقاومة سطحية للتآكل
أجزاء يتم لحامها بشكل متكرر أو تتطلب تشكيلًا أكثر عدوانية	أجزاء تتطلب قوة تحمل أعلى ومقاومة للتآكل؛ مكونات تتعرض لإجهاد الانحناء

مبررات الاختيار: - اختر 35# عندما تكون سهولة التشكيل، واللحام، والصلابة هي الأولويات أو عندما تكون التكلفة قيدًا. - اختر 45# عندما تكون القوة العالية، والصلابة السطحية، ومقاومة التآكل هي المحركات الرئيسية للتصميم وعندما يمكن أن تتضمن عملية التصنيع قابلية التصلب الأعلى للفولاذ.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة: 35# عمومًا أقل تكلفة قليلاً من 45# على أساس لكل كجم بسبب انخفاض محتوى الكربون وطرق الإنتاج المماثلة؛ الفرق متواضع. يمكن أن تتجاوز تكاليف المعالجة الحرارية والتشطيب الفروق في أسعار المواد.
• التوافر: كلا الدرجتين متواجدتان في كل مكان في القضبان، والألواح، ومواد السباكة. قد يكون 45# أكثر شيوعًا في المخزون للمكونات الثقيلة والتطبيقات التي تتطلب تسليمات مبرّدة ومخمرة، بينما 35# شائع للأجزاء ذات الأغراض العامة.
• أشكال المنتجات: كلاهما متاح على نطاق واسع كقضبان مدرفلة ساخنة، وقضبان مسحوبة باردة، وسباكات، وألواح. يتم إنتاج أنواع خاصة من الميكروسبائك أو الكيمياء المتحكم فيها حسب الطلب.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي):

الجانب	35#	45#
قابلية اللحام	أفضل (CE أقل)	أكثر حساسية (CE أعلى)
توازن القوة والصلابة	أكثر لدونة، صلابة أفضل عند معالجة حرارية متساوية	قوة/صلابة أعلى قابلة للتحقيق؛ لدونة أقل إذا تم تصلبها بشكل مفرط
التكلفة	أقل قليلاً (تكلفة المواد)	أعلى قليلاً (تكلفة المواد + معالجة محتملة)

التوصيات: - اختر 35# إذا: - كنت بحاجة إلى لدونة أفضل بعد التصنيع، وعمليات لحام أبسط، وتقليل خطر التشقق. - ستخضع القطعة لتشكيل كبير أو تتطلب صلابة أعلى في الشقوق عند أحمال التصميم. - كانت التكلفة وسهولة التصنيع أولوية على أقصى صلابة أو مقاومة للتآكل.

• اختر 45# إذا:
• كانت القوة الأعلى، أو إمكانيات الصلابة الأكبر، أو مقاومة التآكل المحسنة مطلوبة (مثل المحاور المحملة بشكل كبير، والتروس).
• يمكن أن تتضمن عملية التصنيع تسخينًا مسبقًا مناسبًا/PWHT وتبريدًا/تخميرًا متحكمًا لإدارة الصلابة.
• كانت مدة التعب، أو صلابة السطح من خلال التصلب بالحث، أو خصائص مبرّدة ومخمرة هي محركات التصميم.

ملاحظة نهائية: كلا من 35# و 45# هما فولاذ كربوني متوسط الاستخدام العام. يعتمد الاختيار الأفضل على حالة تحميل المكون النهائي، وطريق التصنيع، وقيود التكلفة. للتطبيقات الحرجة، حدد المعالجة الحرارية المطلوبة، وأهداف الخصائص الميكانيكية، واختبارات القبول (UT/MT، رسم الخرائط للصلابة، اختبارات التأثير) في مستندات الشراء لضمان أن المصنع وطريق المعالجة الحرارية يوفران الأداء المقصود.