65Mn مقابل SUP9 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

غالبًا ما يواجه المهندسون والمشترون ومخططو التصنيع معضلة اختيار شائعة عند تحديد الفولاذ الربيعي والفولاذ السلكي/العمود العالي القوة: هل يجب إعطاء الأولوية لأقل تكلفة مادية وتوافر محلي، أم تحديد درجة ذات تحكم كيميائي أكثر دقة ومعالجة متسقة من معيار وطني معين؟ تشمل سياقات القرار النموذجية الاختيار بين الفولاذ الربيعي الكربوني المكافئ لمكونات التعليق، واختيار قضبان المخزون للنوابض الباردة التشكيل، وتحديد الدرجة التي يجب تحديدها لقطع الغيار عبر سلاسل التوريد الدولية.

65Mn و SUP9 هما فولاذان ربيعيان عاليان الكربون يستخدمان على نطاق واسع للنوابض والأسلاك ومكونات أخرى عالية القوة ومعالجة حرارية. يكمن التمييز الأساسي بينهما ليس في فئات السبائك المختلفة جذريًا ولكن في أصلهما ومواصفاتهما: أحدهما هو تسمية فولاذ ربيعي عالي الكربون مستخدم على نطاق واسع في الصين، بينما الآخر هو تسمية معيارية يابانية مع كيمياء ومساحة تطبيق قابلة للمقارنة. يؤدي ذلك إلى اختلافات دقيقة في حدود العناصر المحددة، وضوابط الجودة، وممارسات سلسلة التوريد التي تهم الشراء، والمعالجة الحرارية، والتحكم في التصنيع.

1. المعايير والتسميات

• 65Mn
• المعايير النموذجية: تسميات GB/T (الصين) للفولاذ الربيعي (مثل 65Mn وفقًا للمعايير الوطنية الصينية).

• التصنيف: فولاذ ربيعي عالي الكربون (فولاذ كربوني، مخصص للنوابض والأسلاك المعالجة بالتبريد والتصلب).

• SUP9

• المعايير النموذجية: تسمية فولاذ ربيعي وفقًا لمعايير JIS (المعايير الصناعية اليابانية) (غالبًا ما يُشار إليه كـ SUP9 في عائلة مواصفات JIS).
• التصنيف: فولاذ ربيعي عالي الكربون (فولاذ كربوني للنوابض ومكونات مماثلة).

نقاط مرجعية دولية أخرى ذات صلة تُستخدم غالبًا للمعابر: - المعادلات EN/AISI: يحتل 65Mn و SUP9 نفس العائلة العامة مثل EN 1.1231/CK67 أو فولاذ AISI 1065 من حيث التطبيق (فولاذ ربيعي عالي الكربون)، على الرغم من أن الحدود الكيميائية الدقيقة والمتطلبات الميكانيكية تختلف حسب المعيار.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تلخص الجدول التالي نطاقات التركيب التمثيلية للعناصر الرئيسية. هذه النطاقات توضيحية، تُظهر كيف يتم صياغة الدرجتين؛ يجب أن تشير المواصفات الفعلية للمشروع إلى المعيار المسيطر أو شهادة اختبار المصنع للحدود الدقيقة.

العنصر	65Mn النموذجية (نطاقات تمثيلية)	SUP9 النموذجية (نطاقات تمثيلية)
C (الكربون)	0.62–0.70%	0.60–0.70%
Mn (المنغنيز)	0.70–1.00%	0.60–1.00%
Si (السيليكون)	0.15–0.35%	0.15–0.35%
P (الفوسفور)	≤0.035% (أقصى)	≤0.035% (أقصى)
S (الكبريت)	≤0.035% (أقصى)	≤0.035% (أقصى)
Cr (الكروم)	عادةً ما يكون أثرًا/لا شيء (≤0.25% إذا كان موجودًا)	عادةً ما يكون أثرًا/لا شيء
Ni (النيكل)	عادةً ما يكون ضئيلًا	عادةً ما يكون ضئيلًا
Mo (الموليبدينوم)	عادةً ما يكون ضئيلًا	عادةً ما يكون ضئيلًا
V, Nb, Ti, B, N	عادةً لا تُضاف عمدًا؛ نادرًا ما تكون هناك سبائك دقيقة	قد تحتوي على تحكم أكثر صرامة في الشوائب؛ إضافات السبيكة الدقيقة غير شائعة

ملاحظات: - كلا الدرجتين هما في الأساس فولاذان عاليان الكربون حيث يكون الكربون والمنغنيز هما العنصران الرئيسيان للسبائك من أجل القوة والقدرة على التصلب. - تتداخل كيمياء SUP9 و 65Mn بشكل قوي؛ غالبًا ما تكون الاختلافات في الحدود العليا/السفلى المسموح بها، والتحكم في الشوائب (P، S)، وأحيانًا في نطاقات تحمل السيليكون أو المنغنيز. - لا تعتبر أي من الدرجتين فولاذ أدوات مقاوم للصدأ أو سبائكي — مقاومة التآكل ضئيلة بدون طلاءات واقية.

كيف تؤثر السبيكة على الأداء: - الكربون: يزيد من القدرة على التصلب والحد الأقصى للقوة الممكن تحقيقها ولكنه يقلل من قابلية اللحام والليونة عند النسب الأعلى. - المنغنيز: يزيد من القدرة على التصلب وقوة الشد، ويخفف من الهشاشة الناتجة عن الكبريت؛ كما أنه يدعم سلوك التصلب. - السيليكون: الزيادات الصغيرة تزيد من القوة ومرونة النوابض؛ السيليكون الزائد يقلل من الليونة ويمكن أن يؤثر على التشطيب السطحي. - تؤثر السبيكة الدقيقة أو الشوائب (P، S) بشكل رئيسي على المتانة وقابلية التشغيل؛ التحكم الأكثر صرامة يحسن من عمر التعب والتناسق.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنى المجهرية والاستجابات النموذجية:

• كما هو مدلفن / مُعالج:
• يظهر كلا الفولاذين في حالة معالجة عادةً بنية مجهرية من الفريت والبرلايت. تعمل المعالجة على تحسين حجم الحبوب وتحسين قابلية التشغيل والمتانة قبل المعالجة الحرارية النهائية.
• مُبرد (من درجة حرارة الأوستنيت) ومُعالج:
• بعد التبريد، يعزز الكربون العالي التحول المارتنسيت. يقلل التصلب من الصلابة ويحسن المتانة لتلبية معايير النوابض المحددة للتطبيق.
• مسار المعالجة النموذجي: الأوستنيت → تبريد بالزيت أو الماء (اعتمادًا على حجم المقطع والقدرة المطلوبة على التصلب) → تصلب إلى صلابة مستهدفة أو خاصية شد.
• المعالجة الحرارية الميكانيكية:
• يمكن أن تعمل الدرفلة أو التبريد المنضبط على تحسين البنية المجهرية وتحسين المتانة للمكونات الحرجة. قد يتم إنتاج المواد المحددة وفقًا لمعايير JIS (SUP9) مع تحكم أكثر صرامة في بعض سلاسل التوريد، مما يؤدي إلى تحسين طفيف في النظافة وشكل الشوائب.

نقاط مقارنة: - تشكل كلا الدرجتين بنى مارتنسيت المجهرية المماثلة عند معالجتها لتطبيقات النوابض؛ الاختلافات في الاستجابة تحكمها بشكل رئيسي محتوى الكربون والمنغنيز الدقيق ونظافة المادة (محتوى الشوائب غير المعدنية). - قد يظهر SUP9، عند إنتاجه وفقًا للمواصفات اليابانية، بنية مجهرية أكثر اتساقًا قليلاً عبر الدفعات بسبب ضوابط العملية والجودة الأكثر صرامة في العديد من الموردين.

4. الخصائص الميكانيكية

تعتمد الخصائص الميكانيكية بشكل كبير على المعالجة الحرارية (وسيط التبريد، درجة حرارة الأوستنيت، درجة حرارة/وقت التصلب) وحجم المقطع. يوفر الجدول أدناه نطاقات نموذجية بعد التبريد والتصلب المستخدمة كإرشادات تصميم؛ هذه توضيحية فقط.

الخاصية (نموذجية، مُبرد ومُعالج)	65Mn (تمثيلي)	SUP9 (تمثيلي)
قوة الشد (UTS)	~800–1400 ميغاباسكال (اعتمادًا على التصلب)	~800–1400 ميغاباسكال (نطاق مشابه)
قوة الخضوع	~600–1100 ميغاباسكال (تعتمد على التصلب)	~600–1100 ميغاباسكال
التمدد (A%)	6–15% (تختلف التصلبات)	6–15%
متانة الصدمة (شاربي، كما هو محدد)	متوسطة؛ تزداد مع ارتفاع التصلب	قابلة للمقارنة؛ غالبًا ما تكون أكثر اتساقًا قليلاً إذا تم التحكم في نظافة المادة
الصلابة (HRC / HB)	HRC ~40–60 (أو HB 300–650) اعتمادًا على التصلب	نطاق مشابه؛ يتم التحكم في الهدف وفقًا للمواصفة

التفسير: - تحقق كلا الدرجتين قيم قوة نهائية وصلابة قابلة للمقارنة عند تعرضهما لمعالجات حرارية مكافئة لأن كيمياءهما متشابهة. - قد تترجم الاختلافات الصغيرة في التركيب والإنتاج إلى اختلافات في قابلية تكرار الخصائص، وعمر التعب، والمتانة عند صلابة معينة. بالنسبة للنوابض الحرجة من حيث التعب أو السلامة، قد تكون الضوابط الأكثر صرامة المرتبطة بشهادات مصنع SUP9 مرغوبة. - تحدد الممارسة في التصلب بشكل كبير الليونة والمتانة؛ التصلب الأعلى يقلل من الصلابة ولكنه يحسن المتانة.

5. قابلية اللحام

تكون قابلية اللحام للفولاذ الربيعي العالي الكربون محدودة بمحتوى الكربون والقدرة على التصلب. الاعتبارات الرئيسية: - يزيد الكربون العالي من خطر تشكيل مارتنسيت صلب وهش في منطقة التأثير الحراري (HAZ) ويزيد من القابلية للتشقق البارد. - يؤثر المنغنيز وعناصر السبائك الأخرى على القدرة على التصلب وسلوك HAZ.

مؤشرات تجريبية مفيدة (لا يوجد استبدال رقمي هنا — التفسير نوعيًا): - المعادل الكربوني (شكل IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - يشير $CE_{IIW}$ الأعلى إلى خطر أكبر من تصلب منطقة اللحام والتشقق؛ عادةً ما تنتج كلا الدرجتين قيم CE مرتفعة نسبيًا بسبب محتوى الكربون. - Pcm (معامل قابلية اللحام للفولاذ): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ - يشير $P_{cm}$ الأعلى إلى مزيد من متطلبات المعالجة قبل وبعد اللحام.

إرشادات عملية: - غالبًا ما تكون المعالجة الحرارية قبل وبعد اللحام (PWHT) مطلوبة للحام هذه الدرجات لتجنب التشقق. - بالنسبة للمكونات الحرجة، يُوصى غالبًا بتجنب اللحام تمامًا (أو استخدام الوصلات الميكانيكية). - كلا من 65Mn و SUP9 لهما قابلية لحام محدودة؛ قد يكون لدى SUP9 قابلية لحام أفضل أو أكثر توقعًا قليلاً إذا قدم المورد مادة منخفضة الكبريت ومنخفضة الفوسفور وتحكم متسق في Mn/Si.

6. التآكل وحماية السطح

• لا يعتبر كل من 65Mn و SUP9 فولاذًا مقاومًا للصدأ؛ مقاومة التآكل ضئيلة في الحالة العارية.
• التدابير الوقائية النموذجية:
• التغليف بالغمس الساخن أو الطلاء الكهربائي للأجزاء التي تتطلب حماية من التآكل، مع مراعاة أن التغليف يمكن أن يؤثر على الخصائص الميكانيكية وأداء التعب إذا لم يتم تحديده بشكل صحيح.
• الدهانات، والطلاءات المسحوقة، أو الطلاءات العضوية للحماية البيئية.
• الفوسفاتة والتشحيم للأسلاك والنوابض لتقليل الاهتزاز والتآكل الأولي.
• PREN (رقم مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على هذه الفولاذات غير المقاومة للصدأ. إذا كانت مقاومة التآكل بمستوى الفولاذ المقاوم للصدأ مطلوبة، حدد درجة مقاومة للصدأ مناسبة واستخدم: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل:
• تكون الفولاذات الربيعية عالية الكربون أصعب في التشغيل في حالتها غير المعالجة أو المبردة. يُفضل إجراء التشغيل في حالة مخللة (أو معالجة).
• تتأثر عمر الأداة بمحتوى الكربون وشكل الشوائب؛ يمكن أن تقدم الفولاذات الأنظف (غالبًا ما ترتبط بصهر SUP9 الممتاز) قابلية تشغيل وتحسين طفيف في التشطيب السطحي.
• التشكيل البارد والانحناء:
• لعمليات التشكيل، يُفضل إجراء التشكيل البارد في حالة مخللة ناعمة عند الإمكان. من الضروري توقع الارتداد بسبب القوة العالية في حالة التصلب النهائية.
• اعتبارات المعالجة الحرارية:
• يتطلب التحكم في الأبعاد من خلال التبريد والتصلب أدوات/تركيبات للأشكال المعقدة. قد يوفر موردو SUP9 نطاقات خصائص أضيق تقلل من إعادة العمل.
• التشطيب السطحي:
• يمكن أن تؤثر إزالة الكربون، والقشور، وظروف السطح الخشنة على عمر التعب. حدد حالة السطح في الشراء (مثل، مخلل، مشرق، مخلل ومشحم).

8. التطبيقات النموذجية

65Mn (الاستخدامات الشائعة)	SUP9 (الاستخدامات الشائعة)
نوابض تعليق السيارات، النوابض الورقية، والنوابض الصغيرة	نوابض ملفوفة بدقة ومكونات تعليق حيث يتطلب التحكم في المواصفات بشكل أكثر دقة
أسلاك عالية القوة وبدائل الأسلاك الموسيقية	نوابض التعب عالية الدورة لمصنعي المعدات الأصلية اليابانيين والتجمعات الدقيقة
نوابض زراعية وصناعية	قطع غيار لمعدات بمواصفات JIS وقطع تصدير تتطلب شهادة JIS
مشابك، دبابيس، ومكونات صغيرة عرضة للتآكل بعد المعالجة الحرارية المناسبة	أشكال سلكية دقيقة ومكونات صغيرة مع تتبع جودة صارم

مبررات الاختيار: - اختر بناءً على مستوى الحمل، دورات التعب المتوقعة، وما إذا كانت سلسلة التصنيع تتطلب تتبع JIS (SUP9) أو GB (65Mn). - بالنسبة للتطبيقات المحلية الحساسة للسعر ذات الحجم الكبير، يُعتبر 65Mn خيارًا شائعًا. - بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا أكثر دقة في الخصائص الميكانيكية وقابلية التكرار من دفعة إلى أخرى (أو حيث تكون الوثائق الخاصة بـ JIS مطلوبة)، غالبًا ما يُفضل SUP9.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة:
• يتم إنتاج 65Mn على نطاق واسع في الصين وغالبًا ما يكون متاحًا بأسعار تنافسية في الأسواق المحلية والإقليمية.
• يمكن أن يحقق SUP9، كتصنيف JIS، أسعارًا مرتفعة في الأسواق التي تتطلب شهادة JIS وتتبع المورد؛ قد تزيد تكاليف الاستيراد من السعر النهائي.
• التوافر حسب شكل المنتج:
• تتوفر أشكال القضبان والأسلاك وأسلاك النوابض بشكل شائع لكلا الدرجتين، ولكن الشكل، وحالة التلدين، وخيارات الشهادة تختلف حسب المصنع.
• تختلف أوقات التسليم وكميات الطلب الدنيا؛ يجب أن تأخذ تخطيط المخزون المحلي في الاعتبار الشهادة المطلوبة (MTCs)، وأرقام الحرارة، والاختبار.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي):

المعيار	65Mn	SUP9
قابلية اللحام	محدودة (كربون عالي)	محدودة (كربون عالي)؛ مشابهة ولكن قد تكون أفضل في التوقع مع كيمياء مضبوطة
توازن القوة والمتانة	قوة عالية بعد HT؛ تعتمد المتانة على التصلب	قوة قابلة للمقارنة؛ غالبًا ما تكون المتانة أكثر اتساقًا قليلاً لموردي المواصفات الضيقة
التكلفة	عادةً أقل في المناطق التي تتمتع بإمدادات GB قوية	عادةً أعلى حيث تكون تتبع JIS أو الواردات مطلوبة

التوصية النهائية: - اختر 65Mn إذا: - كنت بحاجة إلى فولاذ ربيعي عالي الكربون فعال من حيث التكلفة ومتوافر بشكل شائع للنوابض العامة، والمشابك، والمكونات حيث تكون مواصفة GB/T مقبولة. - يتحمل التطبيق بعض التباين في المتانة والإمدادات محلية مع ممارسة معالجة حرارية معروفة.

• اختر SUP9 إذا:
• كنت بحاجة إلى تتبع بمعيار JIS، أو تحكم كيميائي وطباعة أكثر دقة، أو خصائص أكثر اتساقًا من دفعة إلى أخرى للنوابض عالية الدورة ومكونات دقيقة.
• حدد المشروع أو عقد OEM تسميات المواد وفقًا لمعايير JIS أو عندما تكون تحسينات التحكم في المصنع/العملية والوثائق مهمة حتى بتكلفة أعلى قليلاً.

ملاحظة ختامية: ينتمي 65Mn و SUP9 إلى نفس عائلة الفولاذات الربيعية عالية الكربون وغالبًا ما يتم التعامل معها كمرجع متبادل للتصميم والشراء. نادرًا ما تكون الاختلافات العملية في علم المعادن الأساسية ولكن في حدود المواصفات، والتحكم في الشوائب، وأنظمة جودة الموردين. بالنسبة للتطبيقات الحرجة، اطلب شهادات اختبار المصنع، وحدد معلمات المعالجة الحرارية، واعتبر تدقيق الموردين أو الاختبارات (التعب، الصدمة) للتحقق من المادة المختارة لخدمتها المقصودة.