25# مقابل 35# – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
المقدمة
غالبًا ما تختار الفرق الهندسية وفرق الشراء بين 25# و 35# عند تحديد الفولاذ الكربوني للأعمدة، والدبابيس، والمحامل، والمكونات الهيكلية العامة حيث يجب تحقيق التوازن بين التكلفة، وقابلية التشغيل، والأداء الميكانيكي. تشمل سياقات القرار النموذجية ما إذا كان يجب إعطاء الأولوية لتشكيل اللحام الأسهل للتجهيزات الكبيرة، أو القوة الأعلى في حالة الصلابة/المعالجة الحرارية في المكونات التي ستحمل أحمالًا ثابتة أو ديناميكية أعلى.
التمييز الأساسي بين الدرجتين هو محتوى الكربون والتوازن الناتج بين القوة والليونة: الدرجة ذات الكربون الأعلى تظهر قوة أكبر وإمكانية صلابة على حساب الليونة وبعض قابلية اللحام. نظرًا لأن كلاهما فولاذ كربوني عادي يُستخدم على نطاق واسع في أشكال منتجات مماثلة، يقارن المصممون بينهما مباشرة لتحديد ما إذا كانت القوة الإضافية (وربما المعالجة الحرارية) تبرر التنازلات في القابلية للتشكيل، والصلابة، وتعقيد التصنيع.
1. المعايير والتسميات
- قد تشير أنظمة المعايير الوطنية والدولية الشائعة إلى الفولاذ الكربوني العادي المعادل، لكن التسميات الحرفية "25#" و "35#" هي الأكثر شيوعًا في التسمية الصينية للمواد.
- عائلات المعايير ذات الصلة النموذجية:
- GB (الصين): 25#، 35# (فولاذ كربوني عادي)
- ASTM/ASME: درجات فولاذ كربوني عادي قابلة للمقارنة (اختيار حسب التركيب/الخصائص بدلاً من التسمية الحرفية "#")
- EN: الفولاذ في عائلات EN 10025/10083 أو المعادلات EN المختارة حسب متطلبات الكربون والشد
- JIS: معادلات الفولاذ الكربوني العادي الياباني المدرجة حسب محتوى الكربون والخصائص الميكانيكية
التصنيف: كلا من 25# و 35# هما فولاذ كربوني عادي (غير سبائكي). هما ليسا فولاذ مقاوم للصدأ، أو فولاذ HSLA، أو فولاذ أدوات في أشكالهما القياسية. يمكن تطبيق المعالجة الحرارية لتعديل الخصائص ولكنها لا تغير التصنيف الأساسي.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
| العنصر | 25# النموذجي (نوعي) | 35# النموذجي (نوعي) |
|---|---|---|
| C (الكربون) | محتوى كربون منخفض (اسمي ~0.2–0.3%) — النطاق النموذجي يختلف حسب المعيار | محتوى كربون أعلى (اسمي ~0.3–0.4%) — النطاق النموذجي يختلف حسب المعيار |
| Mn (المنغنيز) | منخفض إلى معتدل (إزالة الأكسدة، القوة) | منخفض إلى معتدل، غالبًا مشابه أو أعلى قليلاً للتحكم في قابلية الصلابة |
| Si (السيليكون) | إضافة صغيرة من مزيل الأكسدة | إضافة صغيرة من مزيل الأكسدة |
| P (الفوسفور) | شوائب محكومة (تبقى منخفضة) | شوائب محكومة (تبقى منخفضة) |
| S (الكبريت) | شوائب محكومة (قد تكون أعلى في المتغيرات سهلة التشغيل) | شوائب محكومة |
| Cr، Ni، Mo، V، Nb، Ti، B، N | عادة لا تضاف عمدًا في 25#/35# القياسية؛ قد تكون مستويات أثرية موجودة | نفس الشيء كما في 25# — هذه ليست فولاذ سبائكي ما لم يتم إنتاجها خصيصًا كمتغيرات سبائكية |
ملاحظات: - الفرق الأكثر أهمية في التركيب هو الكربون. تؤثر التعديلات الصغيرة على Mn و Si على خصائص الشد وإزالة الأكسدة. العناصر السبائكية الأخرى غائبة عمومًا في 25#/35# القياسية؛ إذا كانت موجودة، فإنها تشير إلى درجة محددة مختلفة. - استراتيجية السبائك لهذه الدرجات هي الحد الأدنى: الحفاظ على الكيمياء بسيطة، التحكم في الشوائب، واستخدام المعالجة الحرارية أو الميكروسبائك فقط عندما تكون هناك حاجة لزيادة خصائص محددة.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
البنية المجهرية: - كلا الدرجتين في الحالة المدرفلة أو المعالجة الحرارية عادة ما تتكون من بنية مجهرية من الفريت والبرلايت. تزيد نسبة البرلايت مع محتوى الكربون. - 25#: نسبة فريت أعلى، برلايت خشن/ناعم حسب التبريد، عمومًا أكثر ليونة وصلابة في الحالة المدرفلة. - 35#: نسبة برلايت أعلى وقد تكون برلايت أنعم إذا تمت معالجتها لتسريع التبريد، مما يؤدي إلى قوة وصلابة أعلى في الحالة المعالجة حراريًا.
استجابة المعالجة الحرارية: - المعالجة الحرارية: تنقي بنية الحبيبات وتنتج توزيعًا أكثر تجانسًا من الفريت والبرلايت. تستجيب كلا الدرجتين جيدًا للمعالجة الحرارية؛ ستحقق 35# قوة معالجة حرارية أعلى من 25# بسبب محتواه الأعلى من الكربون. - التلدين: يخفف ويحسن قابلية التشغيل أو القابلية للتشكيل لكلا الدرجتين؛ ستصبح 25# أكثر ليونة مقارنة بـ 35# بعد التلدين الكامل. - التبريد والتقسية: يمكن تقسية كلاهما، لكن قابلية الصلابة محدودة مقارنة بالفولاذ السبائكي. 35#، مع محتوى كربون أعلى، تحقق صلابة أعلى عند التبريد ولكن أيضًا خطر أكبر من التشقق الناتج عن التبريد وتقليل الصلابة ما لم يتم تقسيته بعناية. - المعالجة الحرارية الميكانيكية: التحجيم المتحكم فيه والتبريد المعجل يحسن القوة والصلابة، لكن التغييرات الدراماتيكية في قابلية الصلابة تتطلب إضافات سبائكية غير موجودة في 25#/35# القياسية.
4. الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | 25# | 35# | تعليق مقارن |
|---|---|---|---|
| قوة الشد | متوسطة | أعلى | 35# أقوى بسبب محتوى الكربون الأعلى ومحتوى البرلايت الأعلى |
| قوة الخضوع | متوسطة | أعلى | محتوى الكربون الأعلى يزيد من قوة الخضوع لـ 35# |
| التمدد (الليونة) | أعلى (أكثر ليونة) | أقل (أقل ليونة) | 25# لديها تمدد أفضل وقابلية تشكيل أفضل |
| صلابة التأثير | جيدة عمومًا عند درجات حرارة محيطية | عادة أقل من 25# إذا لم يتم معالجتها حراريًا من أجل الصلابة | محتوى الكربون الأعلى يقلل من الصلابة، خاصة في حالة التبريد أو الظروف الباردة |
| الصلابة | أقل | أعلى | 35# تحقق صلابة أعلى في ظروف مماثلة |
التفسير: - 35# هو الخيار الأقوى/الأصلب في الحالات الحرارية الميكانيكية المعادلة؛ 25# تقدم ليونة أفضل وعادة ما تكون مقاومة أفضل للتأثير للمكونات المتوقعة أن تخضع للتشكيل أو الأحمال الديناميكية. - بالنسبة للمكونات التي تحتاج إلى صلابة عالية وتشوه بلاستيكي كبير، فإن 25# تفضل عمومًا ما لم يكن هناك معالجة لاحقة (مثل التقسية) مخطط لها لـ 35#.
5. قابلية اللحام
تعتمد قابلية اللحام بشكل أساسي على محتوى الكربون، والسبائك المجمعة، وسماكة القسم. بالنسبة للفولاذ الكربوني العادي مثل 25# و 35#، تُستخدم مؤشرات مكافئة الكربون على نطاق واسع لتقدير احتياجات التسخين المسبق/ما بعد التسخين.
الصيغ الشائعة لمكافئ الكربون: - عرض مثال للإرشاد الدولي: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - صيغة أكثر تفصيلًا تُستخدم للتنبؤ بقابلية التشقق البارد: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي: - 35# لديها $C$ أعلى، لذا سيكون $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$ المحسوبين أعلى من 25#، مما يشير إلى زيادة الميل للتصلب في منطقة التأثير الحراري (HAZ) وزيادة خطر التشقق البارد المدعوم بالهيدروجين. لذلك، تتطلب 35# عادةً إجراءات لحام أكثر تحفظًا: التسخين المسبق، التحكم في درجة حرارة التداخل، أقطاب منخفضة الهيدروجين، ومعالجة حرارية بعد اللحام عندما تكون السماكة والقيود كبيرة. - 25#، مع $C$ أقل، أكثر تسامحًا للحام، أسهل في الانضمام بدون تسخين مسبق للسماكات المتوسطة، وعادة ما تتطلب تحكمًا أقل صرامة في الهيدروجين.
6. التآكل وحماية السطح
- كلا من 25# و 35# هما فولاذ كربوني غير مقاوم للصدأ ويعتمد على الطلاء والحواجز لحماية من التآكل. استراتيجيات شائعة:
- التغليف بالغمس الساخن للمكونات الهيكلية الخارجية.
- أنظمة الطلاء (البرايمرات الإيبوكسية، الطلاءات البولي يوريثانية) للحماية الجوية.
- الحماية الكاثودية أو الطلاءات في التطبيقات المدفونة أو المغمورة.
- مؤشرات مقاومة الصدأ مثل PREN غير قابلة للتطبيق على الفولاذ الكربوني العادي. للتوضيح، PREN هو: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ لكن هذا يتعلق فقط بالسبائك المقاومة للصدأ؛ لا ينبغي تقييم 25# أو 35# بواسطة PREN.
- ملاحظة اختيار: إذا كانت مقاومة التآكل هي المحرك الرئيسي للتصميم، اختر سبيكة مقاومة للصدأ أو مقاومة للتآكل بدلاً من الاعتماد على 25# أو 35# بالإضافة إلى معالجة السطح.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشكيل والانحناء: 25# أسهل في الانحناء والتشكيل على البارد بسبب الليونة الأعلى؛ 35# أكثر عرضة للارتداد وقد تتشقق إذا تم انحناؤها إلى ما بعد نصف القطر الموصى به.
- قابلية التشغيل: عند الاستلام، تنتج 25# ظروف تشغيل أسهل عندما تكون أكثر ليونة؛ ومع ذلك، يمكن أن يحسن الكربون الأعلى قليلاً تشكيل الرقائق لبعض العمليات. بشكل عام، تتطلب 35# ذات الكربون الأعلى قوى قطع أعلى وقد تقصر من عمر الأداة إذا كانت في حالة مقسية.
- القطع، والطحن، والتشطيب: كلاهما يستجيب لممارسات التشغيل القياسية، لكن العمليات على 35# التي تم تبريدها أو تقسيها يجب أن تُخطط كما هو الحال بالنسبة للفولاذات ذات القوة الأعلى (سرعات أبطأ، أدوات أكثر صلابة، سائل تبريد).
- تتعامل المعالجات السطحية (التغطية، الطلاء) بشكل مشابه لكلا الدرجتين، على الرغم من أن التحضير السطحي للحام أو الطلاءات قد يكون أكثر أهمية على الأسطح المقسية ذات القوة الأعلى.
8. التطبيقات النموذجية
| 25# — الاستخدامات النموذجية | 35# — الاستخدامات النموذجية |
|---|---|
| أعمدة، دبابيس، براغي، وتركيبات عامة ذات قوة منخفضة إلى متوسطة حيث تكون القابلية للتشكيل وقابلية اللحام مهمة | أعمدة، محاور، تروس، دبابيس محورية، ومكونات تتطلب قوة أعلى عند المعالجة الحرارية |
| أعمال الضغط والمكونات المنحنية، الأقواس الهيكلية، الأدوات الزراعية | أجزاء سيتم تبريدها/تقسيها أو تتطلب مقاومة تآكل أعلى في الخدمة |
| تصنيع عام حيث تكون التكلفة المنخفضة وسهولة اللحام من الأولويات | مكونات صغيرة ذات أحمال عالية أو تشكيلات حيث تبرر القوة المتزايدة معالجة أكثر تعقيدًا |
مبررات الاختيار: - اختر 25# عندما تكون قابلية اللحام، والليونة، وسهولة التشكيل هي الأهم ولا تتطلب القوة القصوى. - اختر 35# عندما تكون القوة الأساسية الأعلى أو قابلية الصلابة مطلوبة ويمكن أن يتحمل التصميم تقليل الليونة أو ضوابط إضافية للمعالجة الحرارية/اللحام.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: كلاهما فولاذ كربوني سلعي؛ 25# عادة ما تكون أقل تكلفة قليلاً من 35# بسبب محتوى الكربون المنخفض وقيود المعالجة الأقل. عادة ما يكون فرق السعر صغيرًا بالنسبة للفولاذات السبائكية أو الخاصة.
- التوافر: كلا الدرجتين متاحتان على نطاق واسع في أشكال المنتجات الشائعة: القضبان، والألواح، والكتل، والتشكيلات، خاصة في المناطق التي تكون فيها التسمية "#" شائعة. عادة ما تكون أوقات التسليم قصيرة للمنتجات المدرفلة على الساخن أو المعالجة حراريًا القياسية؛ تستغرق عمليات التسليم المعالجة حراريًا وقتًا أطول.
- ملاحظة الشراء: حدد المعالجة الحرارية المطلوبة والخصائص الميكانيكية في مستندات الشراء؛ قد تؤدي التسمية العادية وحدها إلى تباين في الخصائص المسلمة.
10. الملخص والتوصية
| المقياس | 25# | 35# |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | أفضل (ميل CE أقل) | أقل (CE أعلى؛ يحتاج إلى مزيد من ضوابط اللحام) |
| توازن القوة والصلابة | قوة أقل، صلابة/ليونة أفضل | قوة أعلى، ليونة/صلابة أقل ما لم يتم تقسيته |
| التكلفة | أقل قليلاً | أعلى قليلاً |
التوصيات: - اختر 25# إذا كنت بحاجة إلى قابلية تشكيل جيدة، ولحام أسهل، ومقاومة أفضل للتأثير في الحالة المدرفلة، ولا تتطلب المكون قوة عالية أو معالجة لاحقة ثقيلة. - اختر 35# إذا كانت القوة الأساسية الأعلى أو قوة الشد مهمة، أو إذا كانت القطعة ستخضع للمعالجة الحرارية لتحقيق أهداف محددة من التآكل أو القوة ويمكنك تطبيق ضوابط مناسبة للحام والتصنيع.
إرشادات عملية ختامية: - بالنسبة للتشكيلات الملحومة ذات السماكات الكبيرة أو حيث يجب تقليل خطر التشقق الناتج عن الهيدروجين، استخدم 25# منخفض الكربون بشكل افتراضي أو حدد إجراءات التسخين المسبق/ما بعد التسخين إذا كانت 35# مطلوبة. - بالنسبة للمكونات الميكانيكية التي سيتم تقسيها أو تشغيلها تحت تحميل دوري، ضع في اعتبارك 35# مع جدول محدد للتبريد والتقسية، أو من الأفضل تقييم فولاذ منخفض السبيكة مع قابلية صلابة وصلابة متفوقة إذا كانت الأداء العالي مطلوبًا. - حدد دائمًا المعيار المادي الدقيق، والخصائص الميكانيكية المطلوبة، وأي متطلبات للمعالجة الحرارية أو الفحص في وثائق الشراء لتجنب الغموض بين تسليمات "25#" و "35#".