الفولاذ CK75: الخصائص والتطبيقات الرئيسية نظرة عامة

الفولاذ CK75 هو درجة فولاذ وسط الكربون التي تقع ضمن فئة الفولاذ عالي الكربون. يتميز بشكل أساسي بمحتوى الكربون، الذي يتراوح عادة من 0.65% إلى 0.75%. تُعرف هذه الدرجة من الفولاذ بقوتها الممتازة ومقاومتها للتآكل، مما يجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من التطبيقات حيث تكون القوة والمتانة أمرين حاسمين. العنصر السبائكي الرئيسي في CK75 هو الكربون، الذي يؤثر بشكل كبير على خصائصه الميكانيكية، وخاصة قوته الشد والصلابة.

نظرة شاملة

يتم تصنيف الفولاذ CK75 كفولاذ سبائكي وسط الكربون، مما يعني أنه يحتوي على محتوى كربون أعلى مقارنة بالفولاذ منخفض الكربون، مما يؤدي إلى تحسين القوة والصلابة. تعزز وجود الكربون قدرة الفولاذ على الصلابة من خلال عمليات المعالجة الحرارية، مما يجعله خيارًا شائعًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل.

تتضمن الخصائص الأكثر أهمية للفولاذ CK75 ما يلي:

• صلابة عالية: بفضل محتواه من الكربون، يمكن أن يصل CK75 إلى مستويات صلابة عالية، خاصة بعد التبريد والتمسيح.
• مقاومة جيدة للتآكل: تعكس صلابة الفولاذ مقاومة ممتازة للتآكل، مما يجعله مثاليًا للمكونات المعرضة للاحتكاك والاحتكاك.
• قابلية تشكل متوسطة: بينما يقدم قوة جيدة، فإن CK75 لديه قابلية تشكل متوسطة، مما قد يحد من استخدامه في التطبيقات التي تتطلب تشوهًا واسعًا.

المزايا والقيود

المزايا	القيود
قوة وصلابة عالية	قابلية تشكل محدودة
مقاومة ممتازة للتآكل	عرضة للتشققات أثناء اللحام
قابلية جيدة للتشغيل عند المعالجة بشكل صحيح	تتطلب معالجة حرارية دقيقة لتجنب الهشاشة

يُستخدم الفولاذ CK75 بشكل شائع في صناعة النوابض، أدوات القطع، ومكونات ميكانيكية مختلفة. تكمن أهميته التاريخية في استخدامه الواسع في صناعات السيارات والآلات، حيث تعتبر المواد عالية الأداء أمرًا أساسيًا.

أسماء بديلة، معايير، ومعادلات

المنظمة المعيارية	التسمية/الدرجة	دولة/منطقة المنشأ	ملاحظات/تعليقات
UNS	G10750	الولايات المتحدة الأمريكية	القرين الأقرب ل AISI 1075
AISI/SAE	1075	الولايات المتحدة الأمريكية	خصائص مشابهة ولكن قد تكون هناك اختلافات طفيفة في التركيب
DIN	C75	ألمانيا	اختلافات طفيفة في محتوى الكربون
JIS	S75C	اليابان	معادل بخصائص ميكانيكية مشابهة
EN	C75	أوروبا	القرين الأقرب مع اختلافات طفيفة

يمكن أن تؤثر الاختلافات بين هذه الدرجات المعادلة على الاختيار بناءً على متطلبات التطبيق المحددة، مثل الصلابة وقابلية التشكيل وقابلية اللحام. على سبيل المثال، بينما تكمن AISI 1075 و CK75 في التشابه، فإن الاختلافات الطفيفة في محتوى الكربون يمكن أن تؤدي إلى اختلافات في الصلابة وقابلية التشغيل.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

العنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة المئوية (%)
C (الكربون)	0.65 - 0.75
Mn (المنغنيز)	0.30 - 0.60
Si (السيليكون)	0.15 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.025
S (الكبريت)	≤ 0.025

الدور الأساسي للكربون في فولاذ CK75 هو تعزيز الصلابة والقوة من خلال المعالجة الحرارية. يساهم المنغنيز في صلابة الفولاذ ويحسن المتانة، بينما يساعد السيليكون في إزالة الأكسدة أثناء تصنيع الفولاذ ويعزز القوة.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/التمسيح	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات المتريّة - وحدات SI)	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات الإمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مبرد ومتمسح	800 - 1000 MPa	1160 - 1450 ksi	ASTM E8
قوة الخضوع (انزياح 0.2%)	مبرد ومتمسح	600 - 800 MPa	870 - 1160 ksi	ASTM E8
طول الشد	مبرد ومتمسح	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
صلابة (HRC)	مبرد ومتمسح	55 - 65 HRC	55 - 65 HRC	ASTM E18
قوة التأثير	-	30 - 50 J عند -20°C	22 - 37 ft-lbf عند -4°F	ASTM E23

يؤدي الجمع بين قوة الشد وقوة الخضوع العالية، مع الصلابة الكبيرة، إلى جعل فولاذ CK75 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب تحميل ميكانيكي عالي وسلامة هيكلية، مثل مكونات السيارات وأجزاء الآلات.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (الوحدات المتريّة - وحدات SI)	القيمة (الوحدات الإمبراطورية)
الكثافة	-	7.85 جرام/cm³	0.284 رطل/in³
درجة الانصهار	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
موصلية حرارية	20 °C	50 واط/m·K	34.5 BTU·in/(ساعة·قدم²·°F)
السعة الحرارية النوعية	20 °C	0.46 كيلو جول/kg·K	0.11 BTU/رطل·°F
المقاومة الكهربائية	20 °C	0.0000017 Ω·m	0.0000017 Ω·in

تشير كثافة فولاذ CK75 إلى كتلته لكل وحدة حجم، وهو أمر مهم في التطبيقات الحساسة للوزن. تشير درجة الانصهار إلى استقراره الحراري، بينما تعتبر الموصلية الحرارية والسعة الحرارية النوعية حرجة للتطبيقات التي تتعلق بالمعالجة الحرارية والمعالجة الحرارية.

مقاومة التآكل

الوكيل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
جو	-	-	متوسطة	عرضة للصدأ دون طلاءات واقية
كلوريدات	منخفض	بيئة	ضعيفة	هناك خطر من التآكل الناتج عن التآكل
الأحماض	مخفف	بيئة	ضعيفة	غير موصى به في البيئات الحمضية
قلويات	مخفف	بيئة	متوسطة	مقاومة متوسطة، ولكن يُنصح باتخاذ تدابير وقائية

يمتاز فولاذ CK75 بمقاومة متوسطة للتآكل، ويرجع ذلك بشكل أساسي إلى محتواه من الكربون. إنه عرضة للصدأ في البيئات الرطبة ويتطلب طلاءات واقية للتطبيقات الخارجية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ، فإن مقاومة CK75 للتآكل أقل بكثير، مما يجعله أقل ملاءمة للتطبيقات في البيئات عالية التآكل.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	300 °C	572 °F	قد تتدهور الخصائص فوق هذه الدرجة الحرارة
أقصى درجة حرارة خدمة غير متصلة	400 °C	752 °F	يمكن تحمل التعرض القصير
درجة حرارة التكسير	600 °C	1112 °F	خطر التكسير عند درجات الحرارة المرتفعة

عند درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ فولاذ CK75 بقوته ولكنه قد يبدأ في فقدان صلابته ومتانته. يمكن أن يحدث الأكسدة، مما يؤدي إلى التكسير، مما قد ي compromise على سلامة المادة. لذلك، من الضروري مراعاة درجة الحرارة التشغيلية عند اختيار CK75 للتطبيقات ذات الدرجات الحرارية العالية.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	الفولاذ المعدني الموصى به (تصنيف AWS)	غاز الدفاع القياسي/الفلز	ملاحظات
MIG	ER70S-6	خلط الأرجون + CO2	يوصى بتسخين مسبق
TIG	ER70S-2	أرجون	يتطلب معالجة حرارية بعد اللحام
Stick	E7018	-	غير موصى بها للأقسام السميكة

يقدم فولاذ CK75 تحديات في اللحام بسبب محتواه العالي من الكربون، مما قد يؤدي إلى التشققات. يُوصى بتسخين مسبق ومعالجة حرارية بعد اللحام لتخفيف هذه المخاطر. يجب اختيار الفولاذ المعدني المناسب لضمان التوافق والقوة في وصلة اللحام.

قابلية التشغيل

معامل التشغيل	فولاذ CK75	فولاذ مرجعي (AISI 1212)	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	قابلية تشغيل متوسطة
سرعة القطع النموذجية (التشغيل الدوراني)	30 م/دقائق	50 م/دقائق	استخدم أدوات الكاربيد للحصول على أفضل نتائج

يمتاز فولاذ CK75 بقابلية تشغيل متوسطة، يمكن تحسينها باستخدام أدوات قطع مناسبة وسرعات مناسبة. يُوصى باستخدام أدوات الكاربيد لتحقيق تشطيب سطحي أفضل وعمر أداة أطول.

قابلية التشكيل

فولاذ CK75 مناسب لعمليات التشكيل الباردة والساخنة. ومع ذلك، بسبب محتواه العالي من الكربون، فإنه يظهر تصلب العمل، مما قد يجعل التشوه الواسع تحديًا. يجب أن تكون زوايا الانحناء الموصى بها أكبر لتجنب التشققات أثناء عمليات التشكيل.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	مدة النقع النموذجية	طريقة التبريد	الغرض الرئيسي / النتيجة المتوقعة
تنعيم	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 ساعات	هواء أو فرن	تنعيم، تحسين القابلية للتشكيل
تبريد	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 دقيقة	زيت أو ماء	تصلب، زيادة القوة
تمسيح	150 - 300 °C / 302 - 572 °F	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين المتانة

خلال المعالجة الحرارية، يخضع فولاذ CK75 لتحولات معدنية كبيرة. يزيد التبريد من الصلابة من خلال تشكيل المارتنسيت، بينما يقلل التمسيح من الهشاشة ويعزز المتانة، مما يجعل الفولاذ أكثر ملاءمة للتطبيقات الديناميكية.

التطبيقات والنهايات النموذجية

صناعة/قطاع	مثال على التطبيق المحدد	الخصائص الرئيسية للفولاذ المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار (بإيجاز)
سيارات	نوابض ورقية	قوة عالية، مقاومة ممتازة للتآكل	مطلوبة للتطبيقات الحاملة للحمولة
آلات	أدوات قطع	صلابة عالية، قدرة تشغيل جيدة	أساسية للقطع الدقيق
فضاء	مكونات نظام الهبوط	قوة عالية، مقاومة للتعب	حاسمة للسلامة والأداء

تشمل التطبيقات الأخرى لفولاذ CK75 ما يلي:

• صنع التروس والمحاور: بسبب قوته ومقاومته للتآكل.
• إنتاج السكاكين والشفرات: حيث تكون الصلابة ضرورية لأداء القطع.
• بناء الآلات الثقيلة: للمكونات التي تتطلب المتانة والقوة.

اعتبارات مهمة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	الفولاذ CK75	AISI 1075	AISI 4140	ملاحظة موجزة حول الإيجابيات/السلبيات أو التوازن
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	صلابة عالية	صلابة مشابهة	صلابة أقل	يوفر CK75 مقاومة للتآكل أفضل
الجانب الرئيسي لمقاومة التآكل	مقاومة متوسطة	مقاومة متوسطة	مقاومة جيدة	AISI 4140 أفضل في البيئات الكاشطة
قابلية اللحام	تحدي	متوسطة	جيدة	يتطلب CK75 معالجة دقيقة أثناء اللحام
قابلية التشغيل	متوسطة	جيدة	متوسطة	AISI 1075 أسهل في التشغيل
قابلية التشكيل	متوسطة	جيدة	متوسطة	AISI 1075 تقدم قابلية تشكيل أفضل
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	متوسطة	أعلى	CK75 اقتصادي للتطبيقات عالية القوة
التوفر النموذجي	شائع	شائع	أقل شيوعًا	CK75 متوفر على نطاق واسع بأشكال مختلفة

عند اختيار فولاذ CK75، يجب تقييم اعتبارات مثل التكلفة الفعالة، والتوفر، ومتطلبات التطبيق المحددة. على الرغم من أنه يوفر خصائص ميكانيكية ممتازة، يجب مراعاة قيوده في قابلية اللحام ومقاومة التآكل بعناية بناءً على الاستخدام المقصود. بالإضافة إلى ذلك، تجعل الخصائص المغناطيسية لفولاذ CK75 مناسبًا للتطبيقات التي تكون فيها التداخل المغناطيسي مصدر قلق.

باختصار، الفولاذ CK75 هو فولاذ وسطي الكربون متعدد الاستخدامات يتفوق في التطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل، مما يجعله خيارًا مفضلًا في العديد من الصناعات.