صلب SUJ2: الخصائص والتطبيقات الرئيسية في المحامل

صلب SUJ2، المعروف أيضًا باسم الصلب الياباني لتحمل المحامل، هو فولاذ سبائكي بالكروم عالي الكربون يُستخدم بشكل أساسي في تصنيع المحامل الدوارة. يُصنف كفولاذ سبائكي متوسط الكربون، ويتميز SUJ2 بصلابته الممتازة، ومقاومته للتآكل، وقوة التحمل، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب أداءً عاليًا تحت الضغط الميكانيكي.

نظرة شاملة

يتكون صلب SUJ2 بشكل أساسي من الكربون (C) والكروم (Cr) وعناصر سبائكية أخرى تعزز خصائصه الميكانيكية. التركيبة الكيميائية النموذجية تشمل حوالي 1.0% كربون و1.5% كروم، مما يسهم بشكل كبير في صلابته ومقاومته للتآكل. وجود الكروم لا يحسن فقط مقاومة التآكل ولكنه يعزز أيضًا قدرة الفولاذ على تحمل درجات الحرارة العالية.

تشمل الخصائص الأكثر أهمية لصلب SUJ2:

• صلابة عالية: يمكن أن تصل مستويات الصلابة القابلة للتحقيق إلى 64 HRC بعد المعالجة الحرارية المناسبة.
• مقاومة ممتازة للتآكل: توفر مجموعة الكربون العالي ومحتوى الكروم مقاومة استثنائية للتآكل، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات ذات الأحمال العالية.
• قوة تحمل جيدة: يظهر SUJ2 قوة تحمل عالية، وهو أمر حيوي للمكونات المعرضة للتحميل الدوري.

المزايا:
- مقاومة تآكل وصلابة فائقتان.
- استقرار الأبعاد الجيد خلال المعالجة الحرارية.
- قوة تحمل عالية، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات الديناميكية.

القيود:
- مقاومة تآكل محدودة مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ.
- صعب المعالجة بسبب صلابته العالية.
- يتطلب معالجة حرارية دقيقة لتحقيق الخصائص المرغوبة.

تاريخياً، تم استخدام SUJ2 على نطاق واسع في صناعات السيارات والفضاء للمكونات مثل المحامل والتروس والمحاور. لا تزال مكانته في السوق قوية بفضل موثوقيته وأدائه في التطبيقات الحرجة.

أسماء بديلة، معايير، وما يعادلها

المنظمة القياسية	التسمية/الدرجة	البلد/المنطقة الأصل	ملاحظات/ملاحظات
UNS	G52100	الولايات المتحدة الأمريكية	أقرب ما يعادل SUJ2
AISI/SAE	52100	الولايات المتحدة الأمريكية	اختلافات طفيفة في التكوين
ASTM	A295	الولايات المتحدة الأمريكية	مواصفة لصلب المحامل
EN	100Cr6	أوروبا	خصائص مشابهة، تُستخدم غالبًا بالتبادل
DIN	100Cr6	ألمانيا	يعادل SUJ2 مع تغييرات طفيفة
JIS	SUJ2	اليابان	التسمية القياسية لصلب المحامل
GB	GCr15	الصين	درجة قابلة للمقارنة مع تطبيقات مماثلة
ISO	100Cr6	دولي	معيار عالمي معادل

يمكن أن تؤثر الاختلافات بين هذه الدرجات على الأداء في تطبيقات محددة. على سبيل المثال، بينما يعتبر G52100 وSUJ2 غالبًا ما يعادلان، يمكن أن تؤدي التغيرات في عمليات المعالجة الحرارية إلى اختلافات في الصلابة ومقاومة التآكل.

الخصائص الرئيسية

التركيب الكيميائي

عنصر (الرمز والاسم)	نطاق النسبة (%)
C (الكربون)	0.95 - 1.05
Cr (الكروم)	1.30 - 1.65
Mn (المنغنيز)	0.30 - 0.50
Si (السيليكون)	0.15 - 0.40
P (الفوسفور)	≤ 0.025
S (الكبريت)	≤ 0.025

الدور الأساسي للعناصر السبائكية الرئيسية في صلب SUJ2 يتضمن:

• الكربون (C): يزيد من الصلابة والقوة من خلال تشكيل الكربيدات أثناء المعالجة الحرارية.
• الكروم (Cr): يعزز مقاومة التآكل ويحسن قابلية الصلابة، مما يسمح بالتصلب الأعمق خلال المعالجة الحرارية.
• المنغنيز (Mn): يحسن المتانة ويساعد في إزالة الأكسدة من الفولاذ أثناء الإنتاج.

الخصائص الميكانيكية

الخاصية	الحالة/الحرارة	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات المترية - SI)	القيمة النموذجية/النطاق (الوحدات الإمبراطورية)	المعيار المرجعي لطريقة الاختبار
قوة الشد	مبرد ومُعالج	1,700 - 2,100 ميجا باسكال	247 - 304 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
قوة العائد (0.2% انزلاق)	مبرد ومُعالج	1,500 - 1,800 ميجا باسكال	218 - 261 كيلو باوند لكل بوصة مربعة	ASTM E8
التمدد	مبرد ومُعالج	10 - 12%	10 - 12%	ASTM E8
الصلابة (HRC)	مبرد ومُعالج	58 - 64 HRC	58 - 64 HRC	ASTM E18
قوة الصدمة (شاربي)	درجة حرارة الغرفة	20 - 30 جول	15 - 22 قدم-رطل	ASTM E23

مجموعة هذه الخصائص الميكانيكية تجعل من صلب SUJ2 مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب قوة عالية ومقاومة للتآكل، مثل المحامل والتروس، حيث تكون التعب والإهتراء من الاعتبارات الحرجة.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	الحالة/درجة الحرارة	القيمة (الوحدات المترية - SI)	القيمة (الوحدات الإمبراطورية)
الكثافة	درجة حرارة الغرفة	7.85 جرام/سم³	0.284 رطل/بوصة³
نقطة الانصهار	-	1,450 - 1,500 °C	2,642 - 2,732 °F
موصلية حرارية	درجة حرارة الغرفة	25 واط/م·ك	14.5 BTU·بوصة/(ساعة·قدم²·°F)
سعة الحرارة النوعية	درجة حرارة الغرفة	0.46 جول/جرام·ك	0.11 BTU/رطل·°F
معامل التمدد الحراري	درجة حرارة الغرفة	11.5 x 10⁻⁶ /°C	6.36 x 10⁻⁶ /°F

تشمل الأهمية العملية لخصائص SUJ2 الفيزيائية:

• الكثافة: تؤثر على وزن وتوازن المكونات، وهو أمر حاسم في تطبيقات مثل السيارات والفضاء.
• الموصلية الحرارية: مهمة لتبديد الحرارة في المحامل عالية السرعة.
• معامل التمدد الحراري: يؤثر على استقرار الأبعاد تحت ظروف حرارة متغيرة، وهو أمر حاسم في التطبيقات الدقيقة.

مقاومة التآكل

الوكيل المسبب للتآكل	التركيز (%)	درجة الحرارة (°C/°F)	تصنيف المقاومة	ملاحظات
الماء	-	بيئة	مقبول	عرضة للصدأ
الأحماض	منخفض	بيئة	ضعيف	خطر التآكل
الكلوريدات	مرتفع	بيئة	ضعيف	خطر تآكل الإجهاد
المحاليل القلوية	منخفض	بيئة	مقبول	مقاومة متوسطة

يظهر صلب SUJ2 مقاومة محدودة للتآكل، خاصة في البيئات الحمضية والغنية بالكلوريد. هو عرضة للصدأ عندما يتعرض للرطوبة، مما يجعل الطلاءات الواقية أو المعالجات السطحية ضرورية للتطبيقات الخارجية. مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ مثل AISI 440C، الذي يقدم مقاومة تآكل متفوقة، يعتبر SUJ2 أقل ملاءمة للبيئات التي تكون فيها التآكل مصدر قلق كبير.

مقاومة الحرارة

الخاصية/الحد	درجة الحرارة (°C)	درجة الحرارة (°F)	ملاحظات
أقصى درجة حرارة خدمة مستمرة	200	392	مناسب للتطبيقات عالية السرعة
أقصى درجة حرارة خدمة متقطعة	250	482	تعرض قصير المدى فقط
درجة حرارة التقشير	300	572	خطر الأكسدة فوق هذه الحرارة
الاعتبارات الخاصة بقوة الزحف	400	752	يبدأ في الانهيار عند درجات الحرارة المرتفعة

في درجات الحرارة المرتفعة، يحتفظ صلب SUJ2 بصلابته وقوته حتى حد معين، يتجاوز ذلك قد يتعرض للأكسدة وفقدان الخصائص الميكانيكية. مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي قد تتعرض فيها المكونات لدرجات حرارة عالية بشكل متقطع ولكن ليس بشكل مستمر.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

عملية اللحام	المعدن المملوء الموصى به (تصنيف AWS)	الغاز/الفلوس النموذجي للحماية	ملاحظات
MIG	ER70S-6	أرجون + CO2	تسخين مسبق موصى به
TIG	ER80S-D2	أرجون	يتطلب معالجة حرارية بعد اللحام
SMAW	E7018	-	غير موصى به للأجزاء السميكة

بشكل عام، لا يُوصى بلحام صلب SUJ2 بسبب محتواه العالي من الكربون، مما قد يؤدي إلى التشقق. يُعد التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام أمرين أساسيين لتقليل هذه المخاطر. تعتبر اختيار المعدن المملوء أمرًا حاسمًا لضمان التوافق والحفاظ على الخصائص الميكانيكية.

قابلية التشغيل

معلمة التشغيل	صلب SUJ2	AISI 1212	ملاحظات/نصائح
مؤشر قابلية التشغيل النسبي	60	100	SUJ2 أكثر صعوبة في التشغيل
سرعة القطع النموذجية (الدوران)	30 م/دقيقة	60 م/دقيقة	استخدم أدوات كربيد لتحقيق أفضل النتائج

يمكن أن يكون تشغيل صلب SUJ2 تحديًا بسبب صلابته. تشمل الظروف المثلى استخدام أدوات فولاذية عالية السرعة أو أدوات كربيد وضمان التبريد المناسب لمنع تآكل الأدوات.

قابلية التشكيل

يظهر صلب SUJ2 قابلية تشكيل محدودة بسبب صلابته العالية وقوته. تشكيل بارد ممكن ولكنه قد يؤدي إلى صلابة العمل، مما يتطلب السيطرة الدقيقة على أنصاف قطر الثني وعمليات التشكيل. التشكيل الساخن أكثر قابلية للتحقيق ولكنه يتطلب التحكم الدقيق في درجة الحرارة لتجنب تدهور الخصائص.

المعالجة الحرارية

عملية المعالجة	نطاق درجة الحرارة (°C/°F)	مدة النقع النموذجية	طريقة التبريد	الغرض الأساسي / النتيجة المتوقعة
التسخين	700 - 800 / 1,292 - 1,472	1 - 2 ساعة	هواء أو فرن	تقليل الصلابة، تحسين قابلية التشغيل
التبريد السريع	800 - 850 / 1,472 - 1,562	30 دقيقة	زيت أو ماء	تحقيق صلابة عالية
التقسية	150 - 200 / 302 - 392	1 ساعة	هواء	تقليل الهشاشة، تحسين المتانة

أثناء المعالجة الحرارية، يخضع SUJ2 لتحولات معدنية كبيرة. يحول التبريد السريع البنية الدقيقة إلى مارتنزيت، مما يوفر صلابة عالية، بينما تقلل التقسية من الهشاشة وتعزز المتانة، مما يجعل الفولاذ مناسبًا للتطبيقات الديناميكية.

التطبيقات النموذجية والاستخدامات النهائية

الصناعة/القطاع	مثال على تطبيق محدد	الخصائص الرئيسية للصلب المستخدمة في هذا التطبيق	سبب الاختيار
صناعة السيارات	محامل العجلات	صلابة عالية، مقاومة للتآكل	أساسية للمتانة تحت الحمل
الفضاء	مكونات المحرك	قوة التحمل، استقرار الأبعاد	حرج للسلامة والأداء
الصناعة	محاور التروس	قوة شد عالية، مقاومة للصدمات	ضرورية للموثوقية في الآلات

تشمل التطبيقات الأخرى:

• الأدوات الدقيقة
• الأغشية عالية السرعة
• محامل الأسطوانة

تم اختيار SUJ2 لهذه التطبيقات نظرًا لصلابته الممتازة ومقاومته للتآكل، والتي تعتبر حاسمة للمكونات التي تتعرض لضغط كبير وإرهاق.

الاعتبارات الهامة، معايير الاختيار، ورؤى إضافية

الميزة/الخاصية	صلب SUJ2	AISI 440C	صلب أدوات D2	ملاحظة قصيرة حول المزايا/ العيوب أو المقايضة
الخاصية الميكانيكية الرئيسية	صلابة عالية	مقاومة ممتازة للتآكل	مقاومة عالية للتآكل	SUJ2 أقل مقاومة للصدأ
البعد الرئيسي للتآكل	مقبول	ممتاز	مقبول	SUJ2 يتطلب طلاءات واقية
قابلية اللحام	ضعيفة	مقبولة	ضعيفة	جميع الدرجات تتطلب تعاملًا دقيقًا
قابلية التشغيل	تحدي	متوسطة	متوسطة	SUJ2 أصعب في التشغيل
قابلية التشكيل	محدودة	جيدة	محدودة	SUJ2 أقل قابلية للتشكيل
التكلفة النسبية التقريبية	متوسطة	أعلى	متوسطة	التكلفة تختلف حسب الطلب في السوق
توافر نموذجي	شائع	شائع	أقل شيوعًا	SUJ2 متوفر على نطاق واسع

عند اختيار صلب SUJ2، تشمل الاعتبارات خصائصه الميكانيكية، فعاليته من حيث التكلفة، وتوافره. بينما يتفوق في الصلابة ومقاومة التآكل، يجب موازنة قيوده في مقاومة التآكل وقابلية التشغيل مع متطلبات التطبيق المحددة. بالإضافة إلى ذلك، تتطلب اعتبارات السلامة في البيئات ذات الضغط العالي تقييمًا دقيقًا لخصائص أدائه.