SPHC مقابل SPHD - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
SPHC و SPHD هما نوعان من درجات الصلب المدلفن على الساخن المعينة من قبل JIS والتي يتم تحديدها عادةً في الألواح والشريط للاستخدامات الهيكلية وعمليات التشكيل. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو الإنتاج غالبًا الخيار بينهما عند الموازنة بين التكلفة وقابلية التشكيل ومتطلبات المعالجة اللاحقة. تشمل سياقات القرار النموذجية ما إذا كان يجب إعطاء الأولوية لأداء السحب العميق وجودة السطح الدقيقة (الأجزاء التي تتطلب تشكيلًا مكثفًا) مقابل التطبيقات الهيكلية العامة حيث تكون التكلفة والتوافر هما المحركان الرئيسيان.
التمييز الأساسي هو أن SPHD يتم إنتاجه وتحديده لتحسين قابلية السحب وخصائص التشكيل مقارنةً بـ SPHC، الذي هو درجة مدلفنة على الساخن للاستخدام العام. نظرًا لأن كلاهما يستخدمان لعائلات أجزاء مشابهة، فإن المقارنة المباشرة شائعة في مراجعات التصميم ومواصفات الشراء.
1. المعايير والتسميات
- JIS (المعايير الصناعية اليابانية):
- SPHC — ألواح، وأوراق، وشريط من الصلب المدلفن على الساخن للتشكيل العام (جودة تجارية).
- SPHD — ألواح، وأوراق، وشريط من الصلب المدلفن على الساخن للسحب (قابلية تشكيل محسنة).
- ASTM/ASME: لا يوجد مكافئ مباشر واحد لواحد من ASTM؛ أقرب النظائر هي الصلب العادي المدلفن على الساخن المغطى تحت عائلات ASTM A1011 / A1008 (جودة تجارية مقابل جودة السحب)، لكن الاختلافات في المواصفات تختلف حسب الكيمياء والتسامحات المسموح بها.
- EN: تغطي عائلة EN 10025 الصلب الهيكلي وتغطي معايير EN الأخرى درجات السحب/السحب العميق؛ يتطلب التماثل التحقق من الكيمياء والخصائص الميكانيكية حالة بحالة.
- GB (الصين): قد تعمل الصلب المدلفن على الساخن التجاري والسحب في الصين (مثل سلسلة Q235 للدرجات العامة) وظائف مشابهة ولكنها ليست مكافئات مباشرة دون مقارنة متقاطعة.
التصنيف: كل من SPHC و SPHD هما صلب كربوني (كربون منخفض) بدلاً من سبائك، أو أدوات، أو صلب مقاوم للصدأ، أو HSLA. قد تشمل بعض المتغيرات في المصنع عناصر ميكروسبائكية بمستويات ضئيلة للتحكم في الخصائص، لكن كلاهما في الأساس صلب مدلفن على الساخن منخفض الكربون.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
| عنصر | SPHC (نموذجي) | SPHD (نموذجي) |
|---|---|---|
| C | كربون منخفض؛ مُحسّن للتشكيل العام وقابلية اللحام. | كربون أقل من SPHC (النية: تحسين قابلية التشكيل وتقليل ميل الشيخوخة الناتجة عن الإجهاد). |
| Mn | منغنيز صغير إلى معتدل من أجل القوة والتحكم في إزالة الأكسدة. | استراتيجية منغنيز مشابهة؛ يتم التحكم فيها لتحقيق توازن بين القوة والليونة. |
| Si | موجود كعامل إزالة أكسدة؛ مستويات منخفضة. | سيليكون منخفض لتجنب عيوب السطح أثناء السحب العميق. |
| P | محتفظ به عند مستويات منخفضة (تحكم في الشوائب) للحفاظ على المتانة وجودة السطح. | مراقب عند مستويات منخفضة مماثلة؛ يمكن التحكم بشكل أكثر دقة للأوراق المخصصة للسحب العميق. |
| S | محتفظ به عند الحد الأدنى؛ التحكم في الكبريت مهم لجودة السطح وقابلية التشكيل. | غالبًا ما يكون الكبريت الحر أقل من SPHC لتجنب عيوب اللحام/التقشر أثناء السحب. |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti | عادةً ما تكون غائبة أو موجودة فقط كإضافات ميكروسبائكية في بعض الدرجات الخاصة بالمصنع. | غالبًا ما تكون غائبة؛ حيثما كانت موجودة، يتم تقليلها للحفاظ على جودة التشكيل الجيدة. |
| B | ليس نموذجيًا؛ فقط كميات ضئيلة إذا تم استخدامها من أجل القدرة على التصلب في المتغيرات المتخصصة. | ليس نموذجيًا. |
| N | نيتروجين متبقي؛ أحيانًا يتم التحكم فيه بشكل صارم في درجات السحب لتحسين قابلية التشكيل. | غالبًا ما يكون التحكم في النيتروجين المتبقي أكثر صرامة لتعزيز أداء السحب العميق. |
ملاحظات: الجدول يقدم استراتيجية التركيب النوعية بدلاً من حدود الوزن المحددة. كلا الدرجتين منخفضتان عمدًا في السبائك/الكربون؛ يضع SPHD تركيزًا أقوى على تقليل العناصر والشوائب التي ت degrade جودة السطح وقابلية التشكيل (P، S، N الحر، وC العالي).
كيف تؤثر السبائك على الخصائص: - يزيد الكربون من القوة والقدرة على التصلب ولكنه يقلل من الليونة وقابلية اللحام. تحسين الكربون المنخفض في SPHD يعزز قابلية التشكيل. - يزيد المنغنيز من القوة والقدرة على التصلب ويساعد في إزالة الأكسدة؛ يمكن أن يقلل المنغنيز الزائد قليلاً من قابلية التشكيل. - يستخدم السيليكون لإزالة الأكسدة؛ يمكن أن يقلل السيليكون العالي من جودة السطح وقابلية الطلاء. - يمكن أن تؤدي الميكروسبائك (V، Nb، Ti) عند وجودها بكميات صغيرة إلى تحسين حجم الحبيبات وزيادة القوة دون خسائر كبيرة في الليونة، لكن مثل هذه العناصر عادة ما يتم تجنبها في درجات السحب العميق.
3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية
الميكروهياكل النموذجية: - SPHC: هيكل ميكروهيكلي من الفريت واللؤلؤة يتم إنتاجه عن طريق الدرفلة الساخنة والتبريد المنضبط. يعتمد حجم الحبيبات ونسبة اللؤلؤة على معدل التبريد؛ بشكل عام متوازن لتحقيق قوة وليونة معتدلة. - SPHD: أيضًا فريت ولؤلؤة ولكن مع ضبط العملية لإنتاج حجم حبيبات فريت أدق ونسبة لؤلؤة أقل (أو تباعد لاميلار أدق) لتعزيز قابلية التشكيل والاستطالة المتجانسة.
المعالجة الحرارية والمعالجة: - يتم عادةً توفير كلا الدرجتين في الحالة المدلفنة على الساخن. لا يُقصد بهما المعالجة بالتبريد والتصلب النموذجية للصلب الهيكلي عالي القوة. - يمكن أن يؤدي التعديل إلى تحسين حجم الحبيبات وزيادة القوة والمتانة بشكل معتدل لكلا الدرجتين، لكن نادرًا ما يتم تطبيقه على SPHD لأنه يمكن أن يغير قابلية التشكيل. - المعالجة الحرارية الميكانيكية المنضبطة (TMCP) ليست نموذجية للسلع SPHC/SPHD، على الرغم من أن بعض المصانع قد تطبق الدرفلة المنضبطة والتبريد المعجل لتحقيق نطاقات خصائص أضيق. - تؤثر المعالجة الباردة (مثل، النقع، تمرير الجلد) على تشطيب السطح والخصائص الميكانيكية؛ غالبًا ما تتلقى SPHD معالجة سطحية أكثر دقة لتطبيقات السحب.
4. الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | SPHC | SPHD | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| قوة الشد | معتدلة (نطاق المدلفن على الساخن التجاري) | مماثلة أو أقل قليلاً لصالح قابلية التشكيل | القيم الفعلية تعتمد على السماكة ومعالجة المصنع. |
| قوة الخضوع | معتدلة | مماثلة أو أقل قليلاً | قد يكون لدى SPHD قوة خضوع أقل أو نسبة خضوع إلى شد أكثر اتساقًا للمساعدة في قابلية السحب. |
| الاستطالة | كافية للتشكيل العام | استطالة أعلى واستطالة متجانسة أفضل | تم تحسين SPHD لاستطالة إجمالية ومتجانسة أعلى أثناء السحب العميق. |
| صلابة التأثير | نموذجية للصلب المدلفن على الساخن منخفض الكربون؛ ليست محسّنة بشكل خاص | قابلة للمقارنة ولكن ليست محور تصميم رئيسي | عادةً لا يتم تحديدها للأوراق الرقيقة؛ تعتمد على السماكة والميكروهيكل. |
| الصلابة | معتدلة (ناعمة إلى معتدلة) | قابلة للمقارنة أو أقل قليلاً | غالبًا ما ترتبط الصلابة المنخفضة بأداء سحب عميق محسّن. |
التفسير: تم صياغة SPHD ومعالجته لتحقيق ليونة متفوقة وسلوك تشكيل متسق؛ بينما يركز SPHC على التطبيق الواسع والتنافسية من حيث التكلفة. تعتمد قيم الاختبار الميكانيكي على السماكة ومعالجة المصنع؛ عند الحاجة إلى أرقام دقيقة، يُرجى الرجوع إلى شهادة المصنع أو جداول JIS للدفعة المحددة.
5. قابلية اللحام
قابلية اللحام في الصلب المدلفن على الساخن منخفض الكربون جيدة عمومًا، لكنها تعتمد على محتوى الكربون، والسبائك، ومستويات الشوائب. يتم عرض مؤشرين شائعين لقابلية اللحام أدناه.
-
معادل الكربون (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
-
مؤشر دولي/Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - كل من SPHC و SPHD هما منخفضا الكربون وبالتالي عمومًا سهل اللحام باستخدام العمليات الشائعة (MIG/MAG، SMAW، TIG). - غالبًا ما تجعل مستويات الكربون الأقل والتحكم الأكثر دقة في الشوائب في SPHD منه أكثر تسامحًا قليلاً أثناء اللحام (انخفاض قابلية التشقق البارد وانخفاض الميل لتشكيل هياكل ميكروية صلبة في منطقة اللحام). - يمكن أن ترفع الميكروسبائك في بعض المتغيرات (Nb، V، Ti) $CE_{IIW}$ و$P_{cm}$ بشكل طفيف وقد تتطلب تسخينًا مسبقًا أو درجات حرارة تحكم بين الطبقات للأقسام الأكثر سمكًا. - بالنسبة للتصنيع الحرج، اتبع شهادات المصنع الخاصة بالمصنع وإرشادات المعالجة الحرارية قبل/بعد اللحام وقم بإجراء التحكم في الهيدروجين، خاصةً على الأقسام الأكثر سمكًا واللحامات متعددة الطبقات.
6. التآكل وحماية السطح
- لا SPHC ولا SPHD مقاومان للصدأ؛ مقاومة التآكل هي مقاومة الصلب الكربوني العادي ويجب إدارتها لعمر الخدمة.
- التدابير الوقائية النموذجية:
- التغليف بالغمس الساخن لحماية من التآكل الجوي.
- التغليف الكهربائي، أو طلاء الملف، أو الطلاء لتحسين الجمالية ومقاومة التآكل.
- طلاءات التحويل (الفوسفات) قبل الطلاء أو التشكيل للمساعدة في الالتصاق.
- PREN (عدد مقاومة التآكل) ينطبق على الدرجات المقاومة للصدأ وليس له صلة بـ SPHC أو SPHD، ولكن للرجوع: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ هذا المؤشر غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ.
عند تحديد تشطيب السطح والحماية، ضع في اعتبارك الأضرار الناتجة عن التشكيل على الطلاءات: للسحب العميق (SPHD)، اختر الطلاءات والمعالجات المسبقة المصممة للتشكيل عالي الإجهاد لتجنب التشقق أو الانفصال.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- القطع: يتم استخدام البلازما، الليزر، أو القص الميكانيكي. كلا الدرجتين تقطع بسهولة؛ يمكن أن يقلل تحسين جودة السطح في SPHD من التشطيب الثانوي.
- الانحناء والتشكيل: يتفوق SPHD على SPHC في السحب العميق والتشكيل عالي الإجهاد بسبب انخفاض الكربون، والتحكم الأكثر دقة في الشوائب، وتشطيب السطح المعالج؛ عادةً ما يتحمل انحناءات أصغر وأشكال أكثر تعقيدًا دون تشقق.
- قابلية التشغيل: كلا الدرجتين قابلتان للتشغيل كصلب عادي؛ تتأثر عوامل قابلية التشغيل بشكل رئيسي بمحتوى الكربون، وإضافات الكبريت (المتغيرات سهلة القطع)، والصلابة. SPHC و SPHD ليست محسّنة لعمليات التشغيل الحرة.
- التشطيب: جودة السطح أكثر اتساقًا في SPHD؛ قد تظهر SPHC المزيد من القشور وعدم انتظام السطح مما يتطلب النقع/النفخ بالرصاص للتشطيبات الحرجة.
8. التطبيقات النموذجية
| استخدامات SPHC | استخدامات SPHD |
|---|---|
| ألواح هيكلية عامة، دعامات، أجزاء تشكيل أساسية، مكونات هيكلية غير حرجة | ألواح داخلية للسيارات، أدوات مطبخ مصنوعة بالسحب العميق، أغطية علب المشروبات والطعام (حيثما ينطبق)، أجزاء هيكلية للسيارات تتطلب سحبًا مكثفًا |
| تصنيع ملحوم للاستخدام العام، إطارات هيكلية خفيفة | مكونات تتطلب قابلية تشكيل دقيقة، استطالة متجانسة عالية، وجودة سطح أفضل بعد التشكيل |
| حاويات منخفضة التكلفة، حاويات صناعية | أجزاء مطبوعة عالية الجودة حيث تكون الجودة السطحية والأبعاد حرجة |
مبررات الاختيار: - استخدم SPHC عندما تكون التكلفة، والتوافر الواسع، وأداء التشكيل المقبول كافية. - استخدم SPHD عندما تتطلب التصاميم قابلية سحب عالية، وتحكمًا دقيقًا في السطح، أو عمليات تشكيل أكثر شدة.
9. التكلفة والتوافر
- عادةً ما تكون SPHC أقل تكلفة ومتاحة على نطاق واسع كصفائح مدلفنة على الساخن عبر نطاقات السماكة ومراكز الخدمة.
- تطلب SPHD علاوة متواضعة بسبب الكيمياء الأكثر دقة والتحكم في السطح وقد يكون لديها إمدادات أكثر تقييدًا في بعض المناطق أو السماكات.
- أشكال المنتجات: لفائف، وأوراق، وقطع؛ يتم إنتاج كلاهما عادةً كلفائف. للتصنيع في الوقت المناسب، تأكد من مخزونات المصنع المحلية وأوقات التسليم لـ SPHD، حيث قد تعوض أوقات الشراء الأطول عن فوائد المواد.
10. الملخص والتوصية
| السمة | SPHC | SPHD |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | جيدة | أفضل قليلاً (كربون/شوائب أقل) |
| توازن القوة–المتانة | كافية للاستخدام العام | قابلة للمقارنة، محسّنة لزيادة الليونة |
| التكلفة | أقل (سلعة) | أعلى (علاوة درجة السحب) |
التوصيات: - اختر SPHC إذا كنت بحاجة إلى صلب مدلفن على الساخن فعال من حيث التكلفة ومتاحة بسهولة للاستخدام الهيكلي العام، أو الأجزاء الملحومة، أو الأجزاء التي تم تشكيلها بشكل خفيف حيث لا تكون قابلية التشكيل القصوى مطلوبة. - اختر SPHD إذا كانت تطبيقاتك تتطلب أداءً متفوقًا في السحب العميق، واستطالة متجانسة أعلى، وجودة سطح أكثر دقة بعد التشكيل (مثل الألواح الداخلية للسيارات، والأجزاء المطبوعة المعقدة)، وأنت مستعد لقبول علاوة متواضعة في المواد وأوقات تسليم أطول محتملة.
ملاحظة نهائية: تأكد دائمًا من الشهادات الكيميائية والميكانيكية الدقيقة للمصنع للدفعة التي تنوي استخدامها. نظرًا لأن كل من SPHC و SPHD يتم تعريفهما من خلال نية العملية وممارسة المصنع بدلاً من الكيمياء عالية السبائك، يمكن أن تختلف نطاقات الخصائص حسب المورد والسماكة؛ يجب أن يجمع اختيار المواد بين مراجعة المواصفات، وتجارب التشكيل، وتعاون المورد لضمان سلوك اسمي في الإنتاج.