ZF70 مقابل ZF140 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
ZF70 و ZF140 هما تسميات للفولاذ الكربوني/الفولاذ منخفض السبائك المعالج سطحياً، وتستخدم عادةً في التطبيقات الهيكلية، والسيارات، والتصنيع العام حيث يتطلب الأمر مقاومة للتآكل من طلاء معدني. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع غالباً بوزن المزايا والعيوب بين الخصائص الميكانيكية للركيزة، ومتانة السطح، وقابلية التصنيع، وتكلفة دورة الحياة عند الاختيار بين هذين الخيارين. تشمل سياقات القرار النموذجية موازنة المقاومة للتآكل الجوي أو الناتج عن المناولة (وبالتالي متانة الطلاء) مقابل تكلفة الوحدة، وقابلية التشكيل، وقيود عملية اللحام.
يكمن الاختلاف التشغيلي الرئيسي بين الخيارين في كمية الطلاء المعدني المطبق على الفولاذ الأساسي: يحمل أحد المتغيرات طلاءً واقياً أكبر بكثير من الآخر، مما يؤثر على طول عمر السطح، ومقاومة التآكل، وبعض اعتبارات التصنيع. نظرًا لأن المعادن الأساسية يمكن أن تكون متشابهة جدًا لكلا تسميتي المنتج، غالبًا ما يتم مقارنتهما بشكل أساسي بناءً على حماية السطح، وعمر الخدمة، وتكلفة الوحدة بدلاً من التركيب الكيميائي الأساسي للسبائك.
1. المعايير والتسميات
- المعايير الرئيسية التي قد تحكم الفولاذات الأساسية والطلاءات:
- EN (المعايير الأوروبية) — على سبيل المثال، EN 10147 (الفولاذ المجلفن)، EN 10346 (الفولاذات المطلية المستمرة)
- ASTM/ASME — مواصفات ASTM المختلفة للطلاءات المجلفنة والفولاذ الكربوني
- JIS — المعايير الصناعية اليابانية للفولاذات المطلية
- GB — المعايير الوطنية الصينية للفولاذات المطلية
- التصنيف:
- ZF70 و ZF140 يتميزان بشكل أفضل كفولاذات كربونية أو منخفضة السبائك مع طلاءات واقية معدنية (أي، فولاذات مطلية). ليست درجات مقاومة للصدأ؛ ولا هي فولاذات أدوات أو فئات أدوات سبائكية عالية القوة حسب التعريف. قد تكون الركيزة الأساسية فولاذ كربوني عادي، أو فولاذ خالي من الفجوات (IF)، أو فولاذ منخفض السبائك ذو عائد مسيطر عليه حسب المورد والتطبيق المقصود.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
جدول: الدور النموذجي للعناصر في الركائز الكربونية/السبائكية المنخفضة المطلية (نوعية)
| عنصر | ZF70 (ركيزة) | ZF140 (ركيزة) | وظيفة نموذجية / تعليق |
|---|---|---|---|
| C | منخفض إلى متوسط | منخفض إلى متوسط | يحدد القوة/الصلابة؛ انخفاض C يحسن قابلية اللحام وقابلية التشكيل |
| Mn | منخفض إلى معتدل | منخفض إلى معتدل | يساهم في القوة والتحكم في القابلية للتصلب |
| Si | أثر–منخفض | أثر–منخفض | إزالة الأكسدة وتحسين التصاق الطلاء في بعض العمليات |
| P | منخفض مسيطر عليه | منخفض مسيطر عليه | يتم الحفاظ عليه منخفضًا من أجل المتانة وقابلية التشكيل |
| S | منخفض مسيطر عليه | منخفض مسيطر عليه | يتم الحفاظ عليه منخفضًا؛ الشوائب الكبريتية تقلل من اللدونة |
| Cr | عادةً لا شيء–أثر | عادةً لا شيء–أثر | موجود عندما تكون القابلية للتصلب أو مقاومة التآكل مطلوبة |
| Ni | عادةً لا شيء–أثر | عادةً لا شيء–أثر | يضيف المتانة حيثما تم استخدامه |
| Mo | عادةً لا شيء–أثر | عادةً لا شيء–أثر | يحسن القوة/القابلية للتصلب عند إضافته في درجات الحرارة العالية |
| V, Nb, Ti | سبائك دقيقة محتملة | سبائك دقيقة محتملة | سبائك دقيقة لتحسين الحبوب وقوة العائد في المتغيرات HSLA |
| B | أثر إذا كان موجودًا | أثر إذا كان موجودًا | يمكن أن تزيد الإضافات الصغيرة من القابلية للتصلب |
| N | مسيطر عليه | مسيطر عليه | ذو صلة إذا كانت السبائك الدقيقة أو سبائك مقاومة للصدأ متضمنة |
ملاحظات: - يتم تعريف العديد من خطوط منتجات الفولاذ المطلي من خلال كتلة الطلاء وتشطيب السطح بينما يتم تزويد الركيزة بدرجة كيميائية/ميكروهيكلية متفق عليها. تختلف التركيب الدقيق حسب المصنع وعائلة المنتج. - تفضل استراتيجية السبائك لهذه الركائز عادةً الكربون المنخفض والسبائك الدقيقة المسيطر عليها للحفاظ على قابلية التشكيل، وقابلية اللحام، والخصائص الميكانيكية المتسقة بعد الطلاء.
كيف تؤثر السبائك على الأداء: - يحدد الكربون والمنغنيز بشكل أساسي القوة واللدونة؛ زيادة C و Mn ترفع القوة والقابلية للتصلب ولكن تقلل من قابلية اللحام وقابلية التشكيل. - توفر العناصر الدقيقة (V، Nb، Ti) تحسينات في قوة العائد من خلال الترسيب وتحسين الحبوب دون زيادات كبيرة في الكربون. - تعتمد كيمياء الطلاء والتصاقه على الإضافات الصغيرة (مثل محتوى Si) وعلى عملية الطلاء (الجلفنة بالغمر الساخن، الجلفنة الكهربائية المستمرة، أو عمليات Zn-Al).
3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية
- الميكروهيكل النموذجي: بالنسبة لهذه الفولاذات المطلية، تكون الركيزة عادةً هيكل فيريتي–بيرلايت أو فيريتي مع ترسيبات دقيقة (في المتغيرات HSLA). يتم اختيار الميكروهيكل لتحقيق توازن بين قابلية التشكيل، والقوة، والمتانة.
- التطبيع: ينتج هيكل فيريتي–بيرلايت أدق وأكثر تجانسًا ويمكن استخدامه لتطبيقات ذات قوة أعلى. يمكن أن يحسن التطبيع المتانة والثبات الأبعاد.
- التبريد والتسخين: نادرًا ما يستخدم للفولاذات المطلية العامة لأن عمليات الطلاء ومتطلبات قابلية التشكيل تفضل ظروف الركيزة الأكثر ليونة. يتم استخدام Q&T عندما تكون القوة الأعلى مطلوبة ولكن عادة ما ترتبط بالمنتجات غير المطلية أو المعالجة بشكل خاص.
- المعالجة الحرارية الميكانيكية: بالنسبة للركائز منخفضة السبائك عالية القوة، ينتج التدوير المسيطر والتبريد المعجل هياكل ميكروهيكلية دقيقة من الفيريتي–باينيت ترفع القوة مع الحفاظ على اللدونة. يمكن بعد ذلك طلاء هذه الركائز، ولكن تسلسل العمليات والتعرض الحراري أمران حاسمان للحفاظ على سلامة الطلاء.
- أثر الطلاء: تفرض عمليات الطلاء (الجلفنة بالغمر الساخن، الجلفنة المستمرة) دورات حرارية يمكن أن تخفف أو تغير الميكروهيكل القريب من السطح. تتحكم المصانع في التلدين والتبريد للحفاظ على الأهداف الميكانيكية للركيزة.
4. الخصائص الميكانيكية
جدول: السلوك الميكانيكي المقارن (نوعية، تعتمد على الركيزة)
| خاصية | ZF70 (نموذجي) | ZF140 (نموذجي) | تعليق |
|---|---|---|---|
| قوة الشد | مماثلة | مماثلة | تعتمد الخصائص الميكانيكية الكلية على معالجة الركيزة الحرارية والكيمياء بدلاً من كتلة الطلاء |
| قوة العائد | مماثلة | مماثلة | تحدد السبائك الدقيقة والعمل البارد العائد أكثر من الطلاء |
| التمدد | مماثلة | مماثلة | اللدونة مدفوعة بالركيزة؛ يمكن أن يؤثر الطلاء الأثقل قليلاً على لدونة الحواف أثناء التشكيل |
| صلابة التأثير | مماثلة | مماثلة | لا تتأثر بشكل كبير بكتلة الطلاء ولكن بالميكروهيكل للركيزة |
| الصلابة | مماثلة | مماثلة | يساهم الطلاء بصلابة كلية ضئيلة؛ تختلف صلابة السطح حسب مادة الطلاء |
التفسير: - لا تغير كتل الطلاء المختلفة بشكل كبير الخصائص الميكانيكية الجوهرية للركيزة الفولاذية. يجب أن يكون الاختيار من أجل القوة أو المتانة مستندًا إلى مواصفات الركيزة بدلاً من تسمية ZF70/ZF140 وحدها. يمكن أن تنشأ أي اختلافات صغيرة في سلوك التشكيل أو بدء كسر السطح عند الحواف من سمك الطلاء والتصاقه، وليس من قوة الركيزة.
5. قابلية اللحام
تعتمد اعتبارات قابلية اللحام على مكافئ الكربون للركيزة وعلى كيفية تأثير الطلاء على استقرار القوس والدخان. مؤشرات مفيدة:
عرض الصيغ: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - يقلل الكربون المنخفض ومحتوى السبائك المسيطر عليه من القابلية للتصدع البارد والهشاشة الناتجة عن الهيدروجين؛ يجب الحفاظ على $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ بأقل قدر ممكن لتسهيل اللحام. - تخلق الطلاءات المعدنية تبخر الزنك المحلي أثناء اللحام، مما يمكن أن يسبب المسامية والدخان الناتج عن الزنك؛ من الممارسات الشائعة إزالة الطلاء في منطقة اللحام أو استخدام معلمات لحام مناسبة. - تتطلب الطلاءات الأثقل (كتلة الطلاء الأكبر) تنظيفًا إضافيًا للحواف أو تعديلات على تقنية اللحام لأن المزيد من الطلاء يجب إزالته أو إزاحته للحصول على لحام سليم. - يساعد التسخين المسبق، ودرجات الحرارة بين الطبقات المسيطرة، واختيار المواد المالئة المناسبة في تقليل المخاطر في الركائز ذات CE الأعلى أو عندما لا يمكن إزالة تلوث الطلاء بالكامل.
6. التآكل وحماية السطح
- بالنسبة للفولاذات المطلية غير المقاومة للصدأ مثل ZF70 و ZF140، توفر الطلاءات المعدنية (عادةً الزنك أو سبائك الزنك) حماية تضحية وحماية حاجزية. prolongs كتلة الطلاء الأثقل من بداية تآكل الركيزة وتحسن المقاومة للتآكل الميكانيكي والأضرار الناتجة عن المناولة.
- عند تقييم أداء التآكل في البيئات العدائية، يجب مراعاة آليات الانهيار المحلية، وحماية الحواف، والحاجة إلى تمرير الطلاء بعد الطلاء أو الطلاء.
- بالنسبة للفولاذات المقاومة للصدأ فقط، فإن PREN ذو صلة: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ هذه المؤشر غير قابل للتطبيق على الفولاذات الكربونية المطلية بالزنك؛ استخدمه فقط عند تقييم السبائك المقاومة للصدأ الحقيقية.
- يمكن تعزيز أنظمة الطلاء بطبقات علوية عضوية، أو مثبطات، أو طلاءات تحويل لتمديد عمر الخدمة، خاصة في الأجواء الساحلية أو الصناعية.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- القطع والتشغيل: تتبع قابلية تشغيل الركيزة سلوك الكربون/السبائك المنخفضة القياسية. يمكن أن يسد الطلاء المعدني الأدوات أو يؤثر على تشطيب السطح؛ يجب أن تأخذ استراتيجيات الأدوات والسوائل في الاعتبار ذلك.
- التشكيل والانحناء: تغير الطلاءات الأثقل الاحتكاك وقد تتسبب في كسر الطلاء عند الانحناءات الحادة؛ يجب أن تأخذ نوافذ العملية (نصف قطر الانحناء الأدنى، هندسة الدفعة/القالب) في الاعتبار لدونة الطلاء والتصاقه. ستظهر الطلاءات الأثقل من نوع ZF140 بشكل أكثر وضوحًا انقطاع الطلاء أثناء التشكيل الشديد ما لم يتم تصميمها لذلك.
- تشطيب السطح: توفر الطلاءات الأثقل مقاومة أفضل بعد المعالجة ولكن قد تتطلب مزيدًا من العناية في تقليم الحواف وصيانة سكاكين التقليم. يمكن أن تعتمد التصاق الطلاء والطلاء الكهربائي على كيمياء الطلاء وإعداد السطح.
8. التطبيقات النموذجية
| ZF70 (الاستخدامات النموذجية) | ZF140 (الاستخدامات النموذجية) |
|---|---|
| عناصر هيكلية خفيفة معرضة لبيئات معتدلة (رفوف داخلية، زينة) | مكونات هيكلية خارجية، عناصر واجهة، وأجزاء متوقعة أن تتعرض للمناولة أو التآكل بشكل متكرر |
| لوحات داخلية للسيارات، مكونات حيث يكفي الطلاء الرقيق وتكون قابلية التشكيل حاسمة | أجزاء الهيكل، دعامات تحت الجسم، أو مكونات تحتاج إلى عمر تآكل ممتد في بيئات أكثر قسوة |
| التصنيع العام حيث تكون التكلفة وسهولة التشكيل/اللحام هي الأولويات | التطبيقات التي تتطلب فترات صيانة أطول ومقاومة أكثر قوة للتآكل/المناولة |
مبررات الاختيار: - اختر طلاءًا أخف حيث تهيمن تعقيدات التشكيل، وقابلية اللحام، أو أقل تكلفة أولية، ويتعرض البيئة بشكل محدود. - اختر طلاءًا أثقل حيث تكون الحاجة إلى عمر ممتد ضد التآكل، وتحسين الحماية التضحية، أو مقاومة أفضل للتآكل أثناء الخدمة والمناولة مطلوبة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: تحمل المنتجات المطلية الأثقل تكلفة وحدة أعلى لكل منطقة بسبب المواد الإضافية للطلاء ووقت المعالجة. تؤثر اقتصادات الحجم ومخزونات الموردين على التسعير النهائي.
- التوافر حسب شكل المنتج: يتم تقديم كلا الطلاءين عادةً كلفائف، وألواح، وخيارات مطلية مسبقًا. قد تختلف أوقات التسليم حسب الطلب الإقليمي وقدرة المورد؛ يمكن أن تكون المتغيرات المطلية الأثقل لها أوقات تسليم أطول قليلاً إذا كانت أقل شيوعًا في المخزون.
- نصيحة الشراء: حدد كتلة الطلاء المطلوبة، وفئة الالتصاق، وخصائص الركيزة الميكانيكية بشكل صريح لتجنب الغموض في عروض الموردين.
10. الملخص والتوصية
جدول الملخص (نوعية)
| المعيار | ZF70 | ZF140 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | أفضل من الناحية العملية لأن هناك طلاء أقل لإزالته عند الوصلات | أكثر تحديًا قليلاً بسبب كتلة الطلاء الأعلى في مواقع اللحام |
| القوة–المتانة (الركيزة) | قابلة للمقارنة (تعتمد على الركيزة) | قابلة للمقارنة (تعتمد على الركيزة) |
| التكلفة | تكلفة وحدة أولية أقل | تكلفة أولية أعلى؛ يمكن أن تعوض مدة الخدمة الأطول التكلفة |
الاستنتاجات والإرشادات: - اختر ZF70 إذا: كانت التطبيق يتطلب أقصى قابلية للتشكيل وسهولة اللحام، وكان التعرض البيئي معتدلاً، وكان تقليل تكلفة المواد الأولية أولوية. غالبًا ما يفضل ZF70 للتشكيل المعقد، والألواح الداخلية للسيارات، والمكونات الهيكلية الداخلية. - اختر ZF140 إذا: كانت التطبيق تتطلب حماية ممتدة ضد التآكل، وتحسين مقاومة التآكل/المناولة، أو تقليل تكرار الصيانة في البيئات الخارجية أو العدائية. يعتبر ZF140 منطقيًا للمكونات الهيكلية المعرضة، وأجزاء تحت الجسم الخارجية للسيارات، والأجزاء المتوقعة أن تتعرض للتآكل الميكانيكي المتكرر أو التعرض المطول للأجواء التآكلية.
ملاحظة نهائية: نظرًا لأن كيمياء الركيزة والمتطلبات الميكانيكية يمكن تحديدها بشكل مستقل عن كتلة الطلاء، يجب دائمًا تحديد كل من درجة الفولاذ الأساسية (المتطلبات الميكانيكية والكيميائية) وكتلة/كيمياء الطلاء المطلوبة في وثائق الشراء والتصميم. يضمن ذلك أن يتوافق المتغير ZF المختار مع توقعات الهيكل والمتانة دون الاعتماد على التسمية وحدها.