IF مقابل BH – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

تفسير الاختصار "IF" (خالي من الفجوات) و "BH" (صلب بعد الخبز) أمر ضروري عند اختيار الفولاذ المدلفن على البارد للتشكيل، والخبز بالطلاء، وأداء الجزء النهائي. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً مقايضات بين القدرة الاستثنائية على التشكيل والقدرة على اكتساب القوة بعد التشكيل. تشمل سياقات القرار النموذجية اختيار الألواح الخارجية للسيارات (حيث تهم مقاومة الخدوش بعد الطلاء)، والأجزاء المدفوعة بعمق (حيث تكون القابلية للتشكيل حاسمة)، وأي تطبيق حيث يتم استخدام خطوات المعالجة بعد التشكيل مثل خبز الطلاء.

التمييز الفني الرئيسي هو كيفية استجابة البنية المجهرية للذوبانات الفجوية والدورات الحرارية: يتم تثبيت فولاذ IF للقضاء على الكربون والنيتروجين الفجوي المتحرك لتحقيق أقصى قدر من القابلية للتشكيل، بينما يحتفظ فولاذ BH بكمية محددة من الفجوات المتحركة حتى يتمكن من زيادة قوة العائد خلال دورة خبز الطلاء. بسبب هذا الاختلاف، يتم مقارنة IF و BH بشكل متكرر للمكونات المطبوعة المطلية حيث تهم كل من التشكيل والأداء الميكانيكي النهائي.

1. المعايير والتسميات

• المواصفات والمعايير الشائعة حيث تظهر هذه التسميات:
• ASTM / ASME: المشار إليها في معايير منتجات الفولاذ المدلفن على البارد وإجراءات الاختبار (مثل ASTM A1008 لفولاذ الكربون المدلفن على البارد؛ يتم وصف درجات BH و IF في مواصفات الطلاء / السيارات).
• EN (الأوروبية): تسميات درجات السيارات وبيانات الشركات المصنعة للفولاذ (مثل سلسلة "DX" وأسماء درجات الشركات المصنعة المحددة).
• JIS (اليابان): درجات الفولاذ المدلفن على البارد المستخدمة في إنتاج السيارات.
• GB (الصين): درجات الفولاذ المحلية للسيارات والمواصفات.
• تصنيف المواد:
• IF: فولاذ كربوني منخفض الفجوات / خالي من الفجوات (ليس فولاذ مقاوم للصدأ، عادة فولاذ كربوني مدلفن على البارد).
• BH: فولاذ كربوني منخفض مصمم لإظهار صلابة الخبز (أيضًا فولاذ كربوني مدلفن على البارد، مع تحكم في C/N).
• ملاحظة: تختلف أسماء الدرجات الدقيقة بين المصانع والمناطق؛ تشير IF و BH إلى مفاهيم معدنية بدلاً من تسمية معيارية واحدة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

جدول: التركيز التكويني النموذجي (نطاقات نوعية؛ القيم المحددة تعتمد على المورد / المواصفة).

عنصر	IF (خالي من الفجوات)	BH (صلب بعد الخبز)
C	كربون منخفض للغاية؛ قريب من الصفر (مقلل ومستقر تجاريًا)	كربون منخفض، ولكن أعلى عمدًا من IF لتمكين صلابة الخبز (C حر محكوم)
Mn	منخفض إلى معتدل؛ يستخدم للقوة / المعالجة	منخفض إلى معتدل؛ دور مشابه
Si	منخفض؛ محكوم للحد من تقوية المحلول الصلب	منخفض؛ قد يكون أعلى قليلاً لإزالة الأكسدة
P	منخفض محكوم	منخفض محكوم
S	منخفض جدًا (تحسين جودة السطح)	منخفض جدًا
Cr	عادةً ما يكون ضئيلًا؛ أحيانًا أثر	عادةً ما يكون ضئيلًا؛ أثر ممكن
Ni	عادةً ما يكون ضئيلًا	عادةً ما يكون ضئيلًا
Mo	عادةً ما يكون ضئيلًا	عادةً ما يكون ضئيلًا
V	غالبًا ما يكون غائبًا أو منخفضًا	ممكن وجود ميكروسبائك منخفضة في بعض المتغيرات
Nb	يمكن استخدامه للتثبيت في بعض متغيرات IF	عادةً لا يتطلب
Ti	يستخدم عادةً لتثبيت C/N عن طريق تشكيل النيتريدات / الكربيدات	لا يستخدم عادةً للتثبيت؛ يبقى منخفضًا للاحتفاظ بالفجوات الحرة
B	ليس نموذجيًا	ليس نموذجيًا
N	منخفض للغاية (مستقر بواسطة Ti/Nb)	منخفض، ولكن محكوم للمشاركة في صلابة الخبز إذا رغبت

تفسير: تستخدم فولاذ IF صانعي كربيد / نيتريد قويين (عادةً Ti، أحيانًا Nb) لربط الكربون والنيتروجين كترسبات، مما ينتج مصفوفة تحتوي على عدد قليل من الفجوات المتحركة. وهذا يؤدي إلى قابلية تشكيل عميقة وتمدد ممتازة وجودة سطح ممتازة. تحتفظ فولاذ BH عمدًا بكمية صغيرة من C و / أو N الحرة في مصفوفة الفريت بحيث بعد الشد المسبق وتعرض حراري قصير (خبز الطلاء)، تنتشر هذه الذرات وتربط على العيوب، مما يزيد من قوة العائد.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنية المجهرية: - فولاذ IF: عادةً ما تكون بنية فريتية معاد بلورتها بالكامل مع تركيزات منخفضة جدًا من الفجوات. يتم توزيع كربيد / نيتريد التيتانيوم (أو Nb) كترسبات دقيقة تزيل الذوبانات الفجوية من المصفوفة. النتيجة هي فريت نظيف مع عدد قليل من الترسبات المقوية - ممتازة للتشوه الموحد والقابلية للتشكيل. - فولاذ BH: عادةً ما تكون مصفوفة فريتية مع C/N متبقي محكوم. تتضمن بعض متغيرات BH كميات صغيرة من الميكروسبائك للتحكم في الحبوب، ولكن السمة المميزة هي توفر الفجوات المتحركة التي تمكن من شيخوخة الشد وصلابة الخبز.

استجابة المعالجة: - IF: - معالجة التلدين والتثبيت: تلدين عالي الحرارة يتبعه تبريد محكوم لترسيب كربيد / نيتريد Ti/Nb وإزالة الفجوات المتحركة. - التشكيل البارد: قابلية ممتازة للتمدد ووجود حد أدنى من ظواهر الارتداد لأن تثبيت الفجوات للعيوب غائب. - دورات حرارية بعد التشكيل: لا زيادة كبيرة في قوة العائد لأن الفجوات مرتبطة. - BH: - تلدين محكوم لترك جزء صغير ومحدد من C/N في المحلول. - التشكيل البارد يقدم عيوبًا وتصلب العمل. - خلال خبز الطلاء (عادةً ~140–200 درجة مئوية لمدة ~20–40 دقيقة)، تنتشر الذوبانات C/N إلى العيوب وتربطها (شيخوخة الشد الديناميكية / ترتيب المدى القصير)، مما ينتج زيادة قابلة للقياس في قوة العائد ("تأثير صلابة الخبز"). - المعالجة الحرارية الميكانيكية (TMT): يمكن معالجة كلا الفولاذين باللف البارد والتلدين؛ تعتمد فولاذ IF على الترسيب أثناء التلدين، بينما تعتمد درجات BH على الذوبان المحتفظ به بعد التلدين.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: مقارنة نوعية في حالة الإنتاج النموذجية وبعد خبز الطلاء حيثما كان ذلك مناسبًا.

خاصية	IF (كما تم تلدينه)	BH (كما تم تشكيله) وبعد خبز الطلاء
قوة الشد	منخفضة إلى معتدلة (تمدد موحد جيد)	منخفضة إلى معتدلة؛ قد ترتفع قليلاً بعد الخبز
قوة العائد	منخفضة (مصممة لعائد منخفض لتسهيل التشكيل)	معتدلة كما تم تشكيلها؛ تزداد بعد صلابة الخبز
التمدد (%)	مرتفع جدًا - قابلية تشكيل وتمدد ممتازة	مرتفع ولكن عادةً أقل قليلاً من IF؛ يحتفظ بتمدد جيد
صلابة التأثير	ممتازة في درجة حرارة الغرفة بسبب الفريت القابل للتمدد	جيدة إلى ممتازة؛ تعتمد على الكيمياء الأساسية والمعالجة
الصلابة	منخفضة (مصفوفة ناعمة)	معتدلة؛ يمكن أن تزداد بعد الخبز

التفسير: توفر فولاذ IF أفضل قابلية للتشكيل وأعلى تمدد موحد لأن الفجوات المتحركة التي تثبت العيوب قد أزيلت. يتم اختيار فولاذ BH حيث تكون هناك حاجة إلى بعض القدرة الفورية على التشكيل مع زيادة متوقعة في قوة العائد (وأحيانًا القوة النهائية) بعد دورة خبز الطلاء. لذلك، غالبًا ما تقدم فولاذ BH توازنًا: قابلية تمدد أقل قليلاً مقارنةً بـ IF ولكن مقاومة محسنة للخدوش في الجزء النهائي.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام بشكل أساسي على محتوى الكربون، والكربون المعادل، والميكروسبائك. لتقييم نوعي، يستخدم المهندسون عادةً مؤشرات مثل الكربون المعادل IIW و $P_{cm}$:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير النوعي: - فولاذ IF: نظرًا لأن الكربون والنيتروجين قد تم تقليلهما، فإن فولاذ IF عمومًا يتمتع بقابلية لحام ممتازة - ميل منخفض لتشكيل مارتنسيت صلب وهش في المناطق المتأثرة بالحرارة وميل منخفض للتشقق البارد. يمكن أن يحدث تليين بعد اللحام إذا تأثرت كربيدات / نيتريدات Ti/Nb، ولكن بشكل عام، فإن IF مواتٍ للحام النقاط المقاومة ولحام الليزر في سياقات السيارات. - فولاذ BH: أيضًا بناءً على الكربون المنخفض، عادةً ما تحافظ درجات BH على قابلية لحام جيدة للحام النقاط التقليدي، واللحام المقاوم، ولحام الليزر. ومع ذلك، فإن سلوك صلابة الخبز المستهدف يعني أنه بعد اللحام والدورات الحرارية اللاحقة، يمكن أن تؤثر التغيرات المحلية في توزيع الذوبانات على الخصائص الميكانيكية المحلية. من المهم التحكم الدقيق في العملية واختيار معلمات اللحام. - تأثيرات الميكروسبائك: تزيد إضافات صانعي الكربيد القويين أو عناصر الميكروسبائك من الصلابة المحلية وقد ترفع $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$، مما يتطلب تسخينًا مسبقًا أو درجات حرارة تحكم بين الطبقات في الأقسام السميكة. بالنسبة لتطبيقات الألواح النموذجية في السيارات، نادرًا ما تكون مثل هذه التدابير مطلوبة.

6. التآكل وحماية السطح

• الفولاذ غير المقاوم للصدأ (كلا من IF و BH هما فولاذ كربوني في التطبيقات النموذجية): يتم توفير الحماية من التآكل بواسطة الطلاءات (التغليف بالغمس الساخن، الطلاء الكهربائي، الطلاءات العضوية، الطلاءات الإلكترونية) أو أنظمة الطلاء. جودة السطح مهمة: غالبًا ما توفر فولاذ IF تشطيب سطح ممتاز وقابلية للطلاء بسبب انخفاض الكبريت والسيطرة الدقيقة على الشوائب والفجوات.
• إذا تم مناقشة سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن PREN ذات صلة. بالنسبة لفولاذ الكربون مثل IF و BH، لا ينطبق PREN. من أجل الاكتمال، فإن مؤشر PREN هو:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

استخدام الطلاءات الزنك والطلاءات العضوية هو معيار لكل من IF و BH عندما تكون الحماية من التآكل مطلوبة. يتم توفير فولاذ BH عادةً كألواح مطلية بالكهرباء أو مطلية بالغمس الساخن للألواح الخارجية للسيارات.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، والقابلية للتشكيل

• التشكيل:
• IF: قابلية سحب متفوقة، سحب عميق وتشكيل تمدد بسبب غياب تثبيت الفجوات؛ نسبة عائد منخفضة وسلوك ممتاز في تقليل الأذن في الطباعة.
• BH: قابلية تشكيل جيدة جدًا للتمددات المنخفضة إلى المعتدلة؛ غالبًا ما تستهدف الاختيارات الأجزاء التي تتطلب تشكيلًا معتدلًا يتبعه صلابة خبز لتحسين مقاومة الخدوش.
• الانحناء والارتداد:
• IF: ارتداد متوقع وموحد؛ جيد للأشكال المعقدة.
• BH: سلوك ارتداد مختلف قليلاً بسبب قوة أعلى وتصلب العمل؛ قد تحتاج إعدادات العملية إلى ضبط.
• قابلية التشغيل:
• كلاهما فولاذ منخفض الكربون؛ قابلية التشغيل نموذجية للفولاذات منخفضة الكربون. يمكن أن تكون فولاذ IF أكثر لزوجة قليلاً بسبب مصفوفة قابلة للتمدد؛ تعتبر المعالجة أقل شيوعًا لتطبيقات الفولاذ المدلفن على البارد.
• التشطيب:
• IF: تشطيب سطح ممتاز للطلاء؛ معدلات عيوب منخفضة أثناء الطلاء.
• BH: متوافق مع خطوط الطلاء القياسية للسيارات؛ يتم تحفيز صلابة الخبز عمدًا بواسطة خطوة خبز الطلاء.

8. التطبيقات النموذجية

IF — الاستخدامات النموذجية	BH — الاستخدامات النموذجية
مكونات مدفوعة بعمق (مثل الألواح الداخلية، الطباعة المعقدة)	الألواح الخارجية للجسم حيث تكون مقاومة الخدوش بعد الطلاء مطلوبة
أجزاء تتطلب تشطيب سطح ممتاز وتشكيل (مثل أغلفة الأجهزة، الألواح الداخلية المرئية للسيارات)	الألواح الخارجية للسيارات (الأجنحة، الأبواب) وألواح هيكلية مطلية أخرى
منتجات تحتاج إلى تمدد موحد ومرونة عالية	أجزاء تتشكل يتبعها خبز الطلاء لزيادة العائد (أداء الخدوش)
مكونات حساسة لعيوب السطح (البضائع المطلية)	تطبيقات توازن بين القابلية للتشكيل والقوة النهائية بعد الدورة الحرارية

مبررات الاختيار: اختر IF عندما تكون القابلية القصوى للتشكيل وجودة السطح والتمدد هي الأهم. اختر BH عندما تحتاج إلى زيادة مصممة في قوة العائد بعد الدورات الحرارية النهائية (خبز الطلاء) لتحسين مقاومة الخدوش أو مقاومة الخدوش دون اللجوء إلى قياسات أكثر سمكًا أو قوة أساسية أعلى قد تؤثر على القابلية للتشكيل.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية:
• تكون درجات IF عادةً أكثر تكلفة من الفولاذات منخفضة الكربون القياسية بسبب علم المعادن الإضافي (تثبيت Ti/Nb)، والتلدين المتخصص، والسيطرة الأكثر دقة على الفجوات والشوائب.
• تنتج درجات BH غالبًا من مصانع الفولاذ منخفضة الكربون التقليدية مع كيمياء ومعالجة محكومة؛ يتم إنتاجها على نطاق واسع لسلسلة إمدادات السيارات وعادةً ما تكون تنافسية من حيث التكلفة مع الفولاذات المطلية المدلفنة على البارد القياسية. قد تحمل BH علاوة صغيرة مقارنةً بالفولاذ المدلفن على البارد الأساسي بسبب المعالجة لتحقيق خصائص صلابة خبز قابلة للتكرار.
• التوافر:
• كلا من IF و BH متاحان عادةً في أشكال لفائف وألواح. قد يتم إنتاج IF بعرض / سمك محدود اعتمادًا على قدرة المصنع؛ تتوفر فولاذ BH على نطاق واسع في عائلات منتجات السيارات (مطلي بالكهرباء، مغلف بالغمس الساخن، مطلي مسبقًا).

10. الملخص والتوصية

جدول يلخص المقايضات الرئيسية (نوعية).

المعيار	IF	BH
قابلية اللحام	ممتازة	جيدة
توازن القوة – الصلابة	قابلية تمدد ممتازة مع عائد أقل كما تم تشكيله	قوة معتدلة كما تم تشكيلها؛ تزداد بعد الخبز
التكلفة	أعلى (بسبب التثبيت والمعالجة)	معتدلة (فعالة من حيث التكلفة للاستخدام في السيارات)

الاستنتاجات: - اختر IF إذا: - كان المطلب الأساسي هو أقصى قدرة على التشكيل (السحب العميق، التمدد الموحد العالي)، تشطيب سطحي استثنائي وتباين منخفض في الارتداد. - لن يعتمد الجزء على دورة خبز الطلاء لاكتساب قوة إضافية، أو حيث سيكون صلابة الخبز اللاحقة غير مرغوب فيها. - اختر BH إذا: - يجب أن يجمع الجزء بين قابلية تشكيل معقولة مع القدرة على زيادة قوة العائد بعد خطوة خبز الطلاء لتحسين مقاومة الخدوش أو الصلابة النهائية دون زيادة القياس. - كنت تصمم ألواح خارجية مطلية أو مكونات حيث يكون تعزيز ما بعد التشكيل المحكوم مطلبًا إنتاجيًا.

ملاحظة نهائية: يجب أن تأخذ القرار بين IF و BH في الاعتبار سلسلة العملية الكاملة - كيمياء اللفائف، وجدول التلدين واللف البارد، ومستويات إجهاد التشكيل، وخطوات اللحام / التجميع، وملف خبز الطلاء الدقيق. اعمل مع موردي الفولاذ للحصول على بيانات المصنع للدرجة المحددة من IF أو BH قيد النظر والتحقق من أداء التشكيل وخبز الطلاء من خلال تجارب تمثيلية.