SUJ2 مقابل 100Cr6 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

SUJ2 و100Cr6 هما تسميتان معترف بهما في الصناعة للفولاذات المستخدمة في المحامل ذات الكربون العالي والكروم العالي، والتي تُستخدم في جميع أنحاء العالم لعناصر الدوران، والحلقات، ومكونات أخرى مقاومة للتآكل. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً خيارًا بين هذه الدرجات عند تحديد مكونات المحامل، والمحاور، أو أجزاء التآكل حيث تكون القدرة على التصلب، وتشطيب السطح، والثبات الأبعاد تحت الاتصال الدوار أمرًا حاسمًا.

تدور معضلة الاختيار العملية عادةً حول التوحيد القياسي الإقليمي وسلسلة التوريد (الممارسات التصميمية/المواصفات اليابانية مقابل الأوروبية)، مقابل المعادلة المعدنية—كلا الدرجتين مخصصتان لنفس مساحة التطبيق ولكن تحكمهما معايير وتفاوتات تصنيع مختلفة. يقارن هذا المقال المعايير، والكيمياء، والهيكل الدقيق، واستجابة المعالجة الحرارية، والأداء الميكانيكي، ومشاكل التصنيع، وإرشادات التطبيق حتى يتمكن المحترفون الفنيون من اتخاذ قرار مستنير.

1. المعايير والتسميات

• SUJ2: معيار صناعي ياباني (JIS) يُشار إليه عادةً كـ JIS G4805 SUJ2. يعادل AISI 52100 من نواحٍ عديدة.
• 100Cr6: معيار أوروبي EN (EN 100Cr6). يُشار إليه أيضًا كـ 1.3505 في النظام الرقمي الأوروبي.
• معادلات AISI/ASTM: يُعتبر AISI 52100 عادةً معادلًا لكل من SUJ2 و100Cr6 للعديد من تطبيقات المحامل.
• GB (الصين): يتم توفيره عادةً بموجب معادلات GB الصينية للفولاذات المستخدمة في المحامل، والتي تتماشى عن كثب مع هذه الكيميائيات.

التصنيف: كل من SUJ2 و100Cr6 هما فولاذات محامل ذات كربون عالي، ومخلوطة بالكروم (غير مقاومة للصدأ، فولاذات أدوات/اتصال دوار). ليست فولاذات مقاومة للصدأ ولا درجات HSLA.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تلخص الجدول التالي نطاقات التركيب النموذجية لـ SUJ2 و100Cr6. تُعطى القيم كنسبة مئوية بالوزن وتمثل نطاقات المواصفات الشائعة؛ يجب استشارة شهادات الموردين المحددة للحصول على الحدود الدقيقة.

عنصر	SUJ2 (نطاق نموذجي، wt%)	100Cr6 (نطاق نموذجي، wt%)
C	0.95 – 1.10	0.95 – 1.05
Mn	0.25 – 0.45	0.25 – 0.45
Si	0.15 – 0.35	0.15 – 0.35
P	≤ 0.03 – 0.04	≤ 0.03 – 0.04
S	≤ 0.03 – 0.04	≤ 0.03 – 0.04
Cr	1.30 – 1.60	1.30 – 1.65
Ni	≤ 0.30 (أثر)	≤ 0.30 (أثر)
Mo	≤ 0.08 (عادةً لا يوجد)	≤ 0.08 (عادةً لا يوجد)
V, Nb, Ti, B, N	عادةً لا يتم تحديدها أو موجودة بمستويات أثرية	عادةً لا يتم تحديدها أو موجودة بمستويات أثرية

كيف تؤثر السبائك على الأداء: - الكربون: المساهم الرئيسي في القدرة على التصلب وصلابة المارتنسيت؛ ~1.0% C يمكّن من تحقيق صلابة عالية ومقاومة عالية للتآكل بعد التبريد والتخمير. - الكروم (~1.3–1.6%): يزيد من القدرة على التصلب ويساهم في مقاومة التآكل وثبات التخمير؛ ليس مرتفعًا بما يكفي ليمنح مقاومة للصدأ. - Mn/Si: مساهمات في إزالة الأكسدة والقوة؛ يساعد Mn أيضًا في القدرة على التصلب. - يتم التحكم في مستويات منخفضة من P/S لأداء التعب والإشراف على الشوائب.

استراتيجية السبيكة العامة: تعظيم الصلابة القابلة للتحقيق ومقاومة التآكل من خلال محتوى كربون عالي بالإضافة إلى محتوى كروم معتدل مع الحفاظ على الكيمياء بسيطة للتحكم في الشوائب وعمر التعب.

3. الهيكل الدقيق واستجابة المعالجة الحرارية

الهياكل الدقيقة النموذجية: - الحالة المعالجة/المعالجة اللينة: كربيدات متكروية بشكل أساسي في مصفوفة حديدية لسهولة التشغيل الجيد. هذه هي الهيكل الدقيق المفضل للتشكيل والتشغيل. - تم تبريده وتخميره: مصفوفة مارتنسيتية مع كربيدات كروم دقيقة وموزعة؛ توفر صلابة عالية ومقاومة للتآكل. التصلب الكامل هو أمر شائع للحلقات والكرات المحامل حتى أحجام مقاطع معينة. - المتغيرات المعالجة السطحية: أقل شيوعًا لهذه الدرجات؛ عادةً لا يتم استخدام الكربنة لأن الفولاذ يحتوي بالفعل على كربون عالي.

أثر العمليات: - المعالجة (فوق A3 والتبريد في الهواء) تنقي حجم الحبيبات ويمكن أن تنتج قدرة على تصلب أكثر اتساقًا قبل التصلب النهائي. - التبريد (زيت أو هواء، اعتمادًا على حجم المقطع والصلابة المطلوبة) يحول الأوستنيت إلى مارتنسيت. بالنسبة للأقسام الأكثر سمكًا أو عند الحاجة إلى تقليل التشوه، قد يتم استخدام التبريد المتقطع أو المتغيرات الأوستيمبرينغ. - التخمير يقلل من الهشاشة مع الاحتفاظ بصلابة عالية؛ تتحكم درجة حرارة التخمير في التوازن النهائي بين HRC والصلابة. درجات حرارة التخمير المنخفضة تعطي صلابة أعلى وهشاشة أقل؛ بينما زيادة درجة حرارة التخمير تزيد من الصلابة على حساب الصلابة.

تختلف التعديلات بين SUJ2 و100Cr6 في ضبط الهيكل الدقيق بشكل أساسي من حيث الإجراءات (دورات المعالجة الحرارية، وسائل التبريد، وتفاوتات التصنيع) بدلاً من كونها مدفوعة بالكيمياء.

4. الخصائص الميكانيكية

تعتمد الخصائص الميكانيكية بشكل كبير على المعالجة الحرارية وحجم المقطع. يوفر الجدول أدناه نطاقات مؤشِّرة للحالات المعالجة والمعالجة بالكامل؛ استخدمها كمرجع وتحقق من بيانات الموردين أو اختبارات الشد.

الخاصية	معالجة (نموذجي)	معالجة بالكامل (مبرد ومخمّر) نموذجي
قوة الشد (MPa)	~600 – 900 (معالجة)	غالبًا >1500 (مارتنسيت مقوى؛ يمكن أن تتجاوز 2000 MPa اعتمادًا على الصلابة)
قوة العائد (MPa)	~300 – 600 (معالجة)	>1200 (مقوى)
التمدد (%)	~10 – 20 (معالجة)	~1 – 6 (مقوى)
صلابة التأثير (شاربي، J)	متوسطة (معالجة، تعتمد على التطبيق)	منخفضة إلى متوسطة (الصلابة العالية تقلل من الصلابة)
الصلابة	~HB 180–260 (معالجة)	~58 – 66 HRC (نموذجي لتطبيقات المحامل)

أيها أقوى/أكثر صلابة/أكثر مرونة: - كلا من SUJ2 و100Cr6 يظهران استجابة ميكانيكية مشابهة جدًا لأن كيميائياتهما متساوية أساسًا. يوفر المارتنسيت المعالج بالكامل قوة وصلابة عالية ولكن على حساب المرونة وصلابة التأثير؛ تنتج المعالجة هيكلًا أكثر ليونة ومرونة للتشغيل والتشكيل.

5. قابلية اللحام

الكربون العالي (~1.0%) يجعل هذه الدرجات مرشحة ضعيفة للحام التقليدي دون معالجة قبل وبعد اللحام. الاعتبارات الرئيسية: - يزيد محتوى الكربون العالي من خطر تشكيل مارتنسيت صلب وهش في منطقة التأثير الحراري (HAZ) ويزيد من القابلية للتشقق البارد. - تزيد القدرة على التصلب المدفوعة بالكروم والمنغنيز من صلابة HAZ.

مؤشرات قابلية اللحام المفيدة: - مكافئ الكربون (IIW): $$ CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15} $$ - Pcm أكثر شمولاً: $$ P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000} $$

التفسير: - تشير كلا الصيغتين إلى أنه مع C ≈ 1.0 وكروم قابل للقياس، ستظل قيم $CE_{IIW}$ و$P_{cm}$ مرتفعة مقارنة بالفولاذات منخفضة الكربون، مما يشير إلى الحاجة إلى التسخين المسبق، وإجراءات منخفضة الهيدروجين، وتخمير بعد اللحام. بالنسبة للمكونات الحرجة، يتم عادةً تجنب اللحام؛ يُفضل الانضمام الميكانيكي، أو التشغيل، أو التصميم لأجزاء قابلة للفصل.

6. التآكل وحماية السطح

• هذه الدرجات غير مقاومة للصدأ؛ الكروم عند ~1.3–1.6% يحسن مقاومة التآكل قليلاً مقارنة بالفولاذات الكربونية العادية ولكنه غير كافٍ لتصنيفها كمقاومة للصدأ.
• تدابير الحماية الشائعة: الطلاء، التزييت، الفوسفات، أو الطلاء الكهربائي؛ يمكن أن يكون الجلفنة ممكنة لبعض الأجزاء الفرعية ولكنها ليست شائعة لعناصر الدوران الدقيقة.
• PREN (عدد مقاومة التآكل) ليس قابلًا للتطبيق بطريقة ذات مغزى لأن PREN يُستخدم للدرجات المقاومة للصدأ التي تحتوي على كميات أكبر بكثير من الكروم، والموليبدينوم، والنيتروجين: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$
• بالنسبة لمكونات المحامل المعرضة للتآكل، فإن المعالجات السطحية مثل الطلاء بالكروم الصلب أو طلاءات DLC شائعة، أو يتم تحديد التحول إلى فولاذات المحامل المقاومة للصدأ (مثل AISI 440C أو المحامل الفولاذية المقاومة للصدأ المارتنسيتية).

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل: الأفضل في الحالة المعالجة (المتكررة)—تتطلب المعالجة السريعة للمكونات الصلبة المبردة أدوات كربيد وتغذيات بطيئة. SUJ2/100Cr6 في الحالة المعالجة تعمل بشكل مشابه لـ AISI 52100.
• الطحن والتشطيب: الطحن الدقيق شائع لعناصر الدوران والحلقات بعد المعالجة الحرارية؛ تُستخدم أدوات كربيد أو CBN الجيدة على الأجزاء المقواة.
• التشكيل/الانحناء: محدود في الحالة المقواة؛ يجب تشكيل الأجزاء التي يُقصد تشكيلها في الحالة المعالجة ثم يتم تشغيلها بشكل نهائي ومعالجتها حراريًا.
• تشطيب السطح: تحقيق خشونة سطح منخفضة ودقة أبعاد عالية أمر حاسم لعمر المحامل؛ الطحن الدقيق والتشطيب الفائق هما المعيار.

8. التطبيقات النموذجية

الاستخدامات النموذجية لـ SUJ2 (JIS)	الاستخدامات النموذجية لـ 100Cr6 (EN)
كرات دقيقة، بكرات، محامل صغيرة، محاور وأعمدة لمعدات السوق اليابانية	محامل عناصر الدوران (كرات، بكرات، حلقات)، محاور، مكونات تآكل دقيقة في السوق الأوروبية
مكونات محامل صغيرة إلى متوسطة الحجم لمعدات السيارات والصناعات	محامل عالية الدقة لأدوات الآلات، وناقلات السيارات، والصناعات الثقيلة
مكونات تتطلب توثيق معيار JIS وسلسلة التوريد	مكونات تتطلب تتبع معيار EN/الأوروبي وتوافق سلسلة التوريد

مبررات الاختيار: اختر هذه الدرجات لأجزاء الاتصال الدوار حيث تكون الصلابة العالية، وقوة التعب الجيدة، وسلوك التآكل المتوقع مطلوبة. غالبًا ما يكون الاختيار بين SUJ2 و100Cr6 مدفوعًا بالمعايير الإقليمية، ومؤهلات الموردين، ومتطلبات التتبع بدلاً من الأداء المعدني.

9. التكلفة والتوافر

• كلا الدرجتين هما فولاذات محامل سلع مع توفر واسع عالميًا في الأشرطة، والحلقات، والشريط، وأشكال الكرات الدقيقة.
• الاختلافات الإقليمية: يتم تخزين SUJ2 عادةً في آسيا ومن قبل الموردين الآسيويين؛ 100Cr6 هو المعيار في أوروبا. في العديد من الأسواق، يُعتبر AISI 52100 هو الاسم التجاري الشائع.
• التكلفة: عمومًا متقاربة؛ من المرجح أن تكون الفروق السعرية بسبب الشكل (شريط، حلقة، كرة)، تشطيب السطح، والمعالجة الحرارية/العمليات المطلوبة بدلاً من الاختلافات الكيميائية الجوهرية.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي):

السمة	SUJ2	100Cr6
قابلية اللحام	ضعيفة (كربون عالي، تتطلب تسخين مسبق/لاحق)	ضعيفة (مماثلة لـ SUJ2)
التوازن بين القوة والصلابة	يمكن تحقيق صلابة/قوة عالية؛ صلابة متوسطة إلى منخفضة عند التصلب	سلوك مكافئ؛ يعتمد على المعالجة الحرارية
التكلفة والتوافر	متاحة على نطاق واسع في آسيا؛ تسعير تنافسي	متاحة على نطاق واسع في أوروبا؛ تسعير تنافسي

التوصيات: - اختر SUJ2 إذا كانت سلسلة التوريد الخاصة بك، أو المواصفات، أو قبول المكونات تعتمد على JIS، أو إذا كنت تستورد بشكل أساسي من الموردين اليابانيين أو الآسيويين الذين يخزنون أشكال ومنتجات SUJ2. - اختر 100Cr6 إذا كنت بحاجة إلى توثيق معيار EN/الأوروبي، أو تتبع، أو تعمل ضمن ممارسات الشراء الأوروبية وشبكات الموردين.

إرشادات عملية: - بالنسبة لأجزاء المحامل الحرجة، حدد الدرجة بالإضافة إلى المعالجة الحرارية المطلوبة، ونطاق الصلابة، وتفاوت تشطيب السطح، ومتطلبات اختبار التعب—تعتبر هذه التفاصيل المعالجة أكثر أهمية للأداء من الاختلافات الطفيفة بين كيمياء SUJ2 و100Cr6. - تجنب اللحام على المكونات المصنوعة من هذه الفولاذات ما لم تكن مؤهلات إجراءات اللحام، والتسخين المسبق المناسب، والمواد الاستهلاكية منخفضة الهيدروجين، والتخمير بعد اللحام جزءًا من مواصفات العملية.

باختصار: من الناحية المعدنية، SUJ2 و100Cr6 متساويتان لمعظم تطبيقات المحامل والتآكل؛ اختر بناءً على المعايير، وتوافر الموردين، ومواصفات المعالجة بدلاً من توقع اختلافات أداء جوهرية كبيرة.