35CrMo مقابل 30CrMo – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
يقرر المهندسون والمحترفون في الشراء بشكل روتيني بين الفولاذات السبيكية المماثلة عند موازنة القوة والصلابة وقابلية اللحام والتكلفة. 30CrMo و 35CrMo هما نوعان شائعان من الفولاذات منخفضة السبيكة ومتوسطة الكربون المستخدمة في المكونات الميكانيكية حيث تهم القوة ومقاومة التعب. تشمل سياقات القرار النموذجية الاختيار بين قوة أعلى قليلاً بعد التبريد مقابل قابلية لحام ومرونة أفضل، أو عند تحديد نوافذ المعالجة الحرارية لأجزاء مثل الأعمدة والتروس والمثبتات عالية الضغط.
الفرق العملي الرئيسي بين هذين النوعين هو محتوى الكربون/السبيكة النسبي: يتم تحديد 35CrMo بمحتوى كربون أعلى قليلاً (وغالبًا إضافات سبيكة أعلى بشكل هامشي) من 30CrMo. هذا الفرق يحول التوازن نحو قوة وصلابة أعلى يمكن تحقيقها في 35CrMo بعد التبريد والتخمير، بينما يوفر 30CrMo عمومًا سهولة أكبر في التصنيع، وتحسين قابلية اللحام، ومرونة أكبر للمعالجات الحرارية المعادلة.
1. المعايير والتسميات
- المعايير الشائعة حيث تظهر هذه الأسماء:
- GB (الصين): 30CrMo، 35CrMo (نظام التسمية الصيني النموذجي)
- EN / ISO: توجد مواد قابلة للمقارنة (مثل فولاذ Cr–Mo مثل 34CrMo4، 42CrMo4)، لكن المطابقة المباشرة تتطلب التحقق من حدود التركيب وجداول الخصائص الميكانيكية في المعيار المعمول به.
- ASTM / ASME: غالبًا ما يتم الإشارة إلى سلسلة AISI/SAE (مثل عائلة 4130) كبدائل وظيفية للاختيار الهندسي؛ تتطلب المطابقة الدقيقة التحقق.
- JIS: توجد درجات Cr–Mo مماثلة؛ تأكد من تطابق متطلبات التركيب الكيميائي/الهيكل الدقيق.
- التصنيف: كل من 30CrMo و 35CrMo هما فولاذان منخفضا السبيكة ومتوسطا الكربون يستخدمان كفولاذات هيكلية سبيكية (ليس فولاذ مقاوم للصدأ، وليس فولاذ أدوات، وليس HSLA بالمعنى الحديث). تم تصميمها من أجل القوة وقابلية التصلب من خلال المعالجة الحرارية (التطبيع، التبريد والتخمير).
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة
جدول: نطاقات التركيب النموذجية (نسبة الوزن %، دلالة). تعتمد القيم الفعلية على المورد والمعيار الحاكم - اعتبر هذه النطاقات تمثيلية للمقارنة الهندسية، وليس كمعايير شراء.
| عنصر | 30CrMo (نطاقات نموذجية، نسبة الوزن %) | 35CrMo (نطاقات نموذجية، نسبة الوزن %) |
|---|---|---|
| C | 0.26 – 0.34 | 0.30 – 0.40 |
| Mn | 0.40 – 0.80 | 0.45 – 0.85 |
| Si | 0.15 – 0.40 | 0.15 – 0.40 |
| P | ≤ 0.025 | ≤ 0.025 |
| S | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| Cr | 0.80 – 1.20 | 0.80 – 1.30 |
| Ni | ≤ 0.30 (عادةً منخفضة جدًا) | ≤ 0.30 (عادةً منخفضة جدًا) |
| Mo | 0.12 – 0.30 | 0.12 – 0.30 |
| V | أثر / اختياري | أثر / اختياري |
| Nb | أثر / اختياري | أثر / اختياري |
| Ti | أثر / اختياري | أثر / اختياري |
| B | أثر (نادر) | أثر (نادر) |
| N | متبقي | متبقي |
كيف تؤثر السبيكة على الأداء - الكربون: التحكم الأساسي في القوة وقابلية التصلب. الكربون الأعلى قليلاً في 35CrMo يزيد من الصلابة وقوة الشد القابلة للتحقيق بعد التبريد والتخمير، ولكنه يقلل من المرونة وقابلية اللحام إذا ارتفعت معادلة الكربون. - الكروم والموليبدينوم: يحسنان قابلية التصلب ومقاومة التخمير؛ تعتمد كلتا الدرجتين على Cr و Mo لتحقيق خصائص ميكانيكية عبر السماكة في الأقسام الأكبر. - المنغنيز والسيليكون: يقويان كعوامل إزالة الأكسدة ويساهمان في قابلية التصلب. - قد تظهر عناصر السبيكة الدقيقة (V، Nb، Ti) في متغيرات السبيكة الدقيقة لتقليل حجم الحبيبات وتحسين الصلابة، لكنها ليست إلزامية في التسميات الأساسية 30/35CrMo.
3. الهيكل الدقيق واستجابة المعالجة الحرارية
الهياكل الدقيقة النموذجية - في الحالة المعالجة، تظهر كلتا الدرجتين مزيجًا من الفريت والبيرلايت مع أحجام حبيبات تحددها المعالجة الساخنة والتبريد. يحسن التطبيع من قابلية التشغيل والصلابة. - بعد التبريد والتخمير، تتطور كلتا الدرجتين إلى مارتنسيت مخفف (أو باينيت/باينيت مخفف حسب معدل التبريد وحجم القسم). يعزز الكربون الأعلى في 35CrMo من نسبة المارتنسيت الصلب القابلة للتحقيق لتبريد معين، مما يزيد من القوة والصلابة. - يمكن أن ينتج المعالجة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة المتحكم بها) متبوعًا بالتبريد المعجل هياكل مارتنسيت باينيتية/مخففة أدق تعطي تركيبات ممتازة من القوة والصلابة.
استجابات المعالجة الحرارية - التطبيع: ينقي الهيكل كما هو مدلفن، يحسن من قابلية التشغيل ويعد للتبريد. - التبريد والتخمير (Q&T): الطريق الرئيسي لتحقيق قوة التصميم. تستجيب كلتا الدرجتين بشكل متوقع - عادةً ما تحقق 35CrMo قوة أعلى بعد التخمير على حساب انخفاض طفيف في الاستطالة واحتمالية تقليل الصلابة التأثيرية إذا تم تخميرها بشكل غير صحيح. - التخمير: ضروري لتقليل هشاشة المارتنسيت كما هو مبرد. غالبًا ما تتطلب 35CrMo جداول تخمير مختلفة قليلاً للحفاظ على الصلابة أثناء تحقيق القوة المستهدفة.
4. الخصائص الميكانيكية
جدول: الخصائص الميكانيكية الدلالية بعد معالجة التبريد والتخمير التمثيلية (يجب على المهندس التحقق من المواصفات الفعلية والمعالجة الحرارية).
| الخاصية | 30CrMo (دلالي) | 35CrMo (دلالي) |
|---|---|---|
| قوة الشد (ميغاباسكال) | ~700 – 1000 | ~800 – 1100 |
| قوة الخضوع (ميغاباسكال) | ~520 – 850 | ~600 – 950 |
| الاستطالة (%) | ~12 – 20 | ~8 – 16 |
| تأثير شارب V-notch (جول) | ~30 – 80 (يختلف حسب التخمير والسماكة) | ~20 – 70 (حساس للمعالجة الحرارية) |
| الصلابة (HB) | ~200 – 360 | ~240 – 380 |
التفسير - القوة: 35CrMo عمومًا قادرة على تحقيق قوة شد وقوة خضوع أعلى تحت دورات التبريد والتخمير المماثلة بسبب كربونها الأعلى ومقاومة التصلب المماثلة لـ Cr/Mo. - الصلابة والمرونة: عادةً ما تظهر 30CrMo استطالة أكبر ويمكن أن تكون أكثر صلابة في الظروف العابرة، خاصةً إذا تم تطبيق تخمير دقيق والتحكم في الحبيبات. - التوازن الفعلي بين القوة والصلابة يعتمد بشكل كبير على حجم القسم ومعدل التبريد والتخمير؛ يجب أن تحدد المواصفات هذه المعلمات.
5. قابلية اللحام
تعتمد قابلية لحام الفولاذات السبيكية على الكربون والسبيكة - ملخصة نوعيًا باستخدام تعبيرات معادلة الكربون المقبولة.
صيغ التقييم المفيدة: - معادلة الكربون (نموذج IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm الدولية: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير النوعي - 35CrMo، بمحتوى الكربون الأعلى، سينتج معادلة $CE_{IIW}$ / $P_{cm}$ أعلى من 30CrMo تحت مستويات Cr/Mo المماثلة وبالتالي يكون أكثر تطلبًا للحام. تشير معادلة CE الأعلى إلى زيادة خطر المناطق المتأثرة بالحرارة (HAZ) الصلبة والهشة والتشقق البارد ما لم يتم التخفيف. - ضوابط اللحام العملية: التسخين المسبق، التحكم في درجة حرارة التداخل، استخدام المعادن المالئة المطابقة أو الزائدة، والمعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) غالبًا ما تكون مطلوبة أكثر لـ 35CrMo، خاصةً في الأقسام الأكثر سمكًا. غالبًا ما يسمح 30CrMo بتسخين مسبق أقل صرامة ويمكن لحامه بسهولة أكبر باستخدام قضبان لحام Cr–Mo القياسية، على الرغم من أنه لا يزال يُوصى بـ PWHT للمكونات الحاملة للأحمال. - بالنسبة لكلا الدرجتين، اتبع مواصفات إجراءات اللحام ذات الصلة (WPS) وتأكد من خلال PWHT وفحوصات الصلابة في HAZ.
6. التآكل وحماية السطح
- لا 30CrMo ولا 35CrMo هما سبائك مقاومة للصدأ؛ مقاومة التآكل مشابهة للفولاذ الكربوني وتعتمد على التشطيب السطحي والبيئة.
- طرق الحماية النموذجية:
- التغليف بالغمس الساخن للحماية الجوية العامة (تحقق من كيفية تأثير التغليف على التسامح الأبعاد والأسطح الحرجة للتعب).
- الطلاءات العضوية: البرايمرات، الدهانات، وطلاءات المسحوق للبيئات الصناعية.
- التغطية المتخصصة (مثل الكادميوم، الزنك-النيكل) لمتطلبات وظيفية معينة أو مكونات رقيقة.
- المؤشرات المقاومة للصدأ مثل PREN لا تنطبق على هذه الفولاذات منخفضة السبيكة Cr–Mo، لأنها ليست درجات مقاومة للصدأ. للسياق، يتم تعريف PREN كالتالي: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ لكنها ذات معنى فقط للفولاذ المقاوم للصدأ الذي يحتوي على كميات كبيرة من Cr و N. بالنسبة لفولاذات Cr–Mo السبيكية، يعتمد التخفيف من التآكل على الطلاءات والحماية الكاثودية، وليس على السلبية الجوهرية.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- قابلية التشغيل:
- عادةً ما يتم تشغيل 30CrMo بسهولة أكبر من 35CrMo في ظروف مماثلة بسبب محتوى الكربون الأقل والصلابة الأقل في الحالة المعالجة.
- عندما يتم تحديد الأجزاء في الحالة المبردة والمخمرة، تكون كلتا الدرجتين أصعب في التشغيل؛ الممارسة الموصى بها هي القيام بالتشغيل الثقيل في الحالة المعالجة أو الملدنة والانتهاء من التشغيل بعد المعالجة الحرارية النهائية حيثما كان ذلك ممكنًا.
- قابلية التشكيل:
- التشكيل البارد والانحناء أسهل مع 30CrMo. يقلل الكربون الأعلى في 35CrMo من المرونة ويزيد من خطر التشقق أثناء التشكيل الشديد.
- عند الحاجة إلى التشكيل، قم بإجراء العمليات قبل المعالجة الحرارية النهائية أو استخدم استراتيجيات تشكيل بدرجات حرارة أعلى.
- تشطيب السطح:
- تستجيب كلتا الدرجتين جيدًا للتلميع القياسي والرش بالكرات لتحسين عمر التعب؛ قد تتطلب الصلابة الأعلى في 35CrMo أدوات ومواد كاشطة أكثر قوة.
8. التطبيقات النموذجية
جدول: الاستخدامات النموذجية وأسباب الاختيار.
| 30CrMo - التطبيقات النموذجية | 35CrMo - التطبيقات النموذجية |
|---|---|
| الأعمدة والمحاور والمسامير والبراغي حيث تتطلب القوة والمرونة المدمجة | الأعمدة عالية الضغط، أعمدة الكرنك، التروس الثقيلة، والمكونات التي تتطلب قوة أعلى بعد التبريد |
| مكونات الجرارات والزراعة، التروس متوسطة الضغط | مكونات نقل عالية الحمل، دبابيس الآلات الثقيلة، والأجزاء الحرجة للقص |
| المكونات الهيكلية حيث الحاجة إلى اللحام ومرونة التصنيع | الأجزاء التي يتم قبول صلابة مقطع عرضي أقل مقابل قوة أعلى ومقاومة للتآكل |
| المكونات التي تهم التكلفة وسهولة الإصلاح/اللحام | المكونات ذات العمر الطويل والحرجة للتعب حيث تكون قوة التخمير الأعلى ذات أولوية |
أسباب الاختيار - اختر 30CrMo عندما يتطلب التصميم لحامًا أسهل، وقابلية تشكيل أكبر، أو عندما سيتم إصلاح الأجزاء في الميدان. كما أنه مفضل عندما تكون السيطرة على التكلفة مهمة ومتطلبات القوة النهائية معتدلة. - اختر 35CrMo عندما تكون القوة الأعلى بعد التخمير، ومقاومة التآكل، وقدرة التحمل على التعب تحت الضغوط الثابتة المرتفعة هي المحركات الرئيسية، وعندما يكون اللحام المتحكم فيه/PWHT ممكنًا.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة النسبية: عادةً ما تكون 35CrMo أغلى قليلاً من 30CrMo بسبب محتوى السبيكة (والكربون) الأعلى قليلاً ومتطلبات المعالجة الحرارية الأكثر صرامة للتطبيقات عالية الأداء. التكلفة الإضافية عادةً ما تكون معتدلة ولكن يمكن أن تكون كبيرة بالنسبة للحجوم الكبيرة.
- التوافر حسب شكل المنتج: تتوفر كلتا الدرجتين عادةً كقضبان، ومسبوكات، وأقسام مضغوطة أو مدلفنة عبر موردي الفولاذ الصناعي. يعتمد عمق المخزون على شبكات الموردين الإقليمية؛ قد يتم تخزين 30CrMo بشكل أوسع في أحجام الهندسة العامة بسبب استخدامه الأوسع في الهياكل القابلة للإصلاح واللحام.
- نصيحة الشراء: حدد معايير القبول الكيميائية والميكانيكية، ومتطلبات المعالجة الحرارية، وأي احتياجات لـ PWHT لتجنب المفاجآت والحصول على عروض أسعار تنافسية.
10. الملخص والتوصية
جدول: لمحة مقارنة قصيرة.
| السمة | 30CrMo | 35CrMo |
|---|---|---|
| قابلية اللحام | أفضل (CE أقل نموذجياً) | أقل (CE أعلى؛ يحتاج إلى ضوابط أكثر صرامة) |
| توازن القوة والصلابة | مرونة جيدة وصلابة مع قوة معتدلة | قوة وصلابة أعلى؛ قد تكون الصلابة أقل إذا لم يتم تخميرها بشكل صحيح |
| التكلفة | أقل | أعلى |
الاستنتاجات - اختر 35CrMo إذا كنت بحاجة إلى قوة أو صلابة أعلى بعد التبريد والتخمير للمكونات الحرجة للتعب، عالية الحمل، أو المعرضة للتآكل ويمكنك استيعاب ضوابط لحام أكثر صرامة (تسخين مسبق، PWHT) وتكلفة المواد الأعلى قليلاً. - اختر 30CrMo إذا كانت أولوياتك هي قابلية لحام أفضل، وتشكيل/تشغيل أسهل، ومرونة أكبر، وإصلاحات ميدانية أبسط، وتكلفة أقل مع تحقيق قوة جيدة بعد المعالجة الحرارية المناسبة.
ملاحظة عملية نهائية: تأكد دائمًا من اختيار الدرجة وفقًا لمتطلبات التركيب الكيميائي والميكانيكي الدقيقة في المعيار أو الرسم المعمول به. لتصميم اللحام، احسب معادلة الكربون للتكوين المقترح واستشر مهندس اللحام الخاص بك لتحديد التسخين المسبق، ودرجة حرارة التداخل، والمعادن المالئة، وPWHT لضمان سلامة المكونات.