SUP10 مقابل SUP11A – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

SUP10 و SUP11A هما درجتان شائعتان من الفولاذ الكربوني المحددة في سلاسل التوريد في شرق آسيا وتصنيع مكونات الآلات. يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بشكل متكرر قرار تحديد أي درجة عند الموازنة بين تكلفة المواد، وقابلية التشغيل، والأداء الميكانيكي أثناء الخدمة. تشمل سياقات القرار النموذجية الاختيار بين مخزون منخفض التكلفة وسهل التشغيل للأجزاء المدورة عالية الحجم ومواد ذات قوة أعلى قليلاً للمكونات المعرضة لأحمال ثابتة أو إجهادات متزايدة.

التمييز العملي الرئيسي بين SUP10 و SUP11A يتعلق بتوازن القوة والصلابة المستهدفة: تم تحسين درجة واحدة للتطبيقات القياسية منخفضة الكربون مع قابلية تشغيل جيدة وقابلية للتشكيل، بينما تم تصميم الأخرى لزيادة معتدلة في القوة أو قابلية الصلابة أثناء المعالجة مع محاولة الحفاظ على قابلية التصنيع المقبولة. نظرًا لاستخدامها في أنواع الأجزاء المتداخلة (الأعمدة، الدبابيس، المسامير، المكونات المدورة)، فإن المقارنات المباشرة شائعة في مراجعات المشتريات والتصميم.

1. المعايير والتسميات

• المعايير والتسميات الشائعة التي يتم مواجهتها في المصادر الدولية:
• JIS (المعايير الصناعية اليابانية): يتم مواجهة تسميات سلسلة SUP في الأدبيات الخاصة بالموردين المتعلقة بـ JIS.
• ISO/EN/ASTM/ASME: غالبًا ما يتم مناقشة الدرجات المعادلة أو القابلة للمقارنة من حيث فئات الفولاذ الكربوني العامة؛ قد لا توجد معادلات مباشرة من واحد إلى واحد.
• GB (المعيار الوطني الصيني): قد تسرد المصانع الصينية درجات تجارية مماثلة ولكن تحت تسميات مختلفة.
• التصنيف:
• كلا من SUP10 و SUP11A هما فولاذان كربونيان (محدد تجاريًا كدرجات منخفضة السبيكة أو سهلة التشغيل)، وليس فولاذ مقاوم للصدأ أو فولاذ أدوات.
• لا يتم تصنيفهما كفولاذات HSLA الحديثة (فولاذات عالية القوة منخفضة السبيكة)، على الرغم من أن SUP11A قد تشمل إضافة سبيكة دقيقة أو معالجة تهدف إلى زيادة القوة قليلاً.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

جدول: الوجود النوعي لعناصر السبيكة والدور المتوقع

تفسير: - يتم استهداف SUP10 عادةً كدرجة منخفضة الكربون وسهلة التشغيل؛ تركز استراتيجية السبيكة على إنهاء السطح الجيد وسلوك الدوران - يتم استخدام الكبريت أحيانًا لتحسين كسر الرقائق. - تم صياغة أو معالجة SUP11A لتحقيق توازن أعلى بين القوة والصلابة؛ يمكن الحصول على ذلك إما من خلال كربون أعلى قليلاً، أو كميات صغيرة من عناصر السبيكة الدقيقة (V, Nb)، أو معالجة حرارية ميكانيكية متحكم بها.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

• الميكروهياكل النموذجية:
• SUP10: بعد الدرفلة الساخنة النموذجية والتطبيع أو التلدين، يكون الميكروهيكل في الغالب من الفريت مع بيرلايت نادرة. وهذا يعطي قابلية تمدد جيدة وقابلية تشغيل.
• SUP11A: مع كربون أعلى معتدل و/أو إضافات سبيكة دقيقة، يحتوي الميكروهيكل بعد معالجة مماثلة على بيرلايت أدق، وإذا تمت معالجته حراريًا ميكانيكيًا أو تمت إضافة سبيكة دقيقة، فإن حجم حبيبات الفريت يكون أدق مع انتشار رواسب كربو-نيتريد.
• استجابة المعالجة الحرارية:
• التلدين/التطبيع: تستجيب كلتا الدرجتين بشكل متوقع لدورات التلدين والتطبيع؛ ستنتج SUP11A عمومًا صلابة وقوة أعلى بعد نفس المعالجة بسبب التركيب وتحسين الحبيبات.
• التبريد والتلطيف: يمكن أن يتم تصلب كلاهما إلى قوى أعلى، ولكن SUP11A تظهر قابلية صلابة أعلى وتصل إلى صلابة أعلى بعد التبريد لنفس المقطع العرضي. يمكن أن يستعيد التلطيف المتحكم فيه الصلابة.
• المعالجة الحرارية الميكانيكية: تستفيد SUP11A أكثر من TMCP أو الدرفلة المتحكم بها عند إضافة سبيكة دقيقة، مما ينتج عنه حجم حبيبات أدق وتحسينات في تركيبات القوة والصلابة.
• الآثار العملية: إذا كان التصميم يتطلب مقاطع صلبة أو قوة أعلى من المعالجة الحرارية، فإن SUP11A توفر هامشًا أفضل؛ بالنسبة للعمل البارد البسيط والتشغيل، فإن SUP10 أسهل في المعالجة.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: مقارنة الخصائص الميكانيكية النسبية (نوعية)

تفسير: - التوازن بين القوة وقابلية التمدد: تم تصميم SUP11A لتوفير نطاق قوة أعلى على حساب بعض القابلية للتمدد وأحيانًا قابلية التشغيل. - تعتمد الصلابة على محتوى الكبريت والتحكم في الشوائب؛ يمكن أن تحافظ المتغيرات منخفضة الكبريت من SUP11A على مقاومة تأثير جيدة مع توفير قوة أعلى.

5. قابلية اللحام

• العوامل الرئيسية: محتوى الكربون، قابلية الصلابة الفعالة، محتوى الكبريت/الفوسفور، وإضافة السبيكة الدقيقة.
• استخدم مؤشرات قياسية للتفكير في قابلية اللحام نوعيًا:
• معادل الكربون (شكل IIW) يوفر مؤشرًا على قابلية التشقق البارد: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr + Mo + V}{5} + \frac{Ni + Cu}{15}$$
• مؤشر Pcm الأكثر شمولاً مفيد في التنبؤ باحتياجات التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn + Cu}{20} + \frac{Cr + Mo + V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• التفسير:
• SUP10: يؤدي الكربون المنخفض وإضافة السبيكة المحدودة عمومًا إلى قيم منخفضة من $CE_{IIW}$ و $P_{cm}$، مما يشير إلى قابلية لحام جيدة واحتياج ضئيل للتسخين المسبق للأبعاد النموذجية.
• SUP11A: يزيد الكربون الأعلى قليلاً وإمكانية إضافة السبيكة الدقيقة من قابلية الصلابة الفعالة؛ وهذا يرفع $CE_{IIW}$/$P_{cm}$ بالنسبة لـ SUP10، مما يعني أن المزيد من الاهتمام بالتسخين المسبق، ودرجة حرارة التداخل، والتحكم في الهيدروجين قد يكون ضروريًا للأقسام الأكثر سمكًا أو المفاصل المقيدة.
• إرشادات عملية: بالنسبة لكلا الدرجتين، اتبع إجراءات اللحام المعتمدة - استخدم مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين وتحكم في إدخال الحرارة؛ ولكن عند الانتقال من SUP10 إلى SUP11A، تحقق من تأهيل إجراءات اللحام للأبعاد الأكثر سمكًا أو التصاميم المقيدة بشدة.

6. التآكل وحماية السطح

• لا SUP10 ولا SUP11A هما فولاذان مقاومان للصدأ؛ مقاومة التآكل مشابهة للفولاذ الكربوني العام وتعتمد بشكل أساسي على حالة السطح والبيئة.
• الحمايات الشائعة:
• التغليف بالغمس الساخن للتعرض الخارجي والتطبيقات الجوية.
• التغطية الكهربائية (بدائل الزنك، الكادميوم)، وطلاءات التحويل، وأنظمة الطلاء/التغليف للحماية الجمالية والتآكل.
• زيوت أو مثبطات صدأ للتخزين والنقل.
• عندما تكون المؤشرات الشبيهة بالفولاذ المقاوم للصدأ غير ذات صلة:
• PREN (عدد مقاومة التآكل) غير قابل للتطبيق على الفولاذ الكربوني، ولكن للمرجع، فإن الصيغة للفولاذ المقاوم للصدأ هي: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• استخدم التخفيف من التآكل (الطلاءات، اختيار المواد) بدلاً من كيمياء السبيكة لدرجات SUP.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل:
• SUP10: عادةً ما تكون أفضل في قابلية التشغيل، خاصةً إذا تم تحديدها كنوع سهل القطع مع الكبريت المتحكم فيه؛ ينتج عنها رقائق أقصر وتآكل أقل للأدوات.
• SUP11A: قابلية التشغيل أقل مقارنةً بـ SUP10 بسبب القوة الأعلى وإمكانية إضافة السبيكة الدقيقة؛ يجب تعديل الأدوات والتغذية.
• قابلية التشكيل والانحناء:
• SUP10: أفضل قابلية للتشكيل وتوقعات ارتداد؛ مناسبة للسحب العميق والانحناءات المعقدة عند انخفاض الكربون.
• SUP11A: أقل قابلية للتشكيل عند نفس القياس؛ قد تتطلب زيادة في أنصاف أقطار الانحناء أو التلدين قبل التشكيل.
• تشطيب السطح والطحن:
• SUP10 أسهل في تحقيق تشطيب سطح دقيق مع معلمات الدوران/الطحن القياسية.
• قد تولد SUP11A رقائق أكثر صلابة وقوى أدوات أعلى، مما يؤثر على وقت الدورة وسلامة السطح.

8. التطبيقات النموذجية

مبررات الاختيار: - اختر SUP10 عندما تكون سرعة التشغيل، وكفاءة تكلفة الأجزاء، وقابلية التشكيل هي المحركات الرئيسية. - اختر SUP11A عندما تكون قوة أساسية أعلى أو خصائص محسنة عبر السماكة مطلوبة دون الانتقال إلى فئات الفولاذ السبيكي أو المعالج حراريًا.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة:
• SUP10 عمومًا أقل تكلفة من حيث المواد الخام بسبب الكيمياء الأبسط، وأقل إضافة سبيكة، وإنتاج واسع النطاق للفولاذات العامة الاستخدام.
• SUP11A تتطلب علاوة معتدلة تعكس تحكمًا أكثر صرامة في التركيب، وإمكانية إضافة سبيكة دقيقة، أو معالجة إضافية.
• التوافر:
• كلا الدرجتين متاحة عادةً في أشكال القضبان، والقصب، والألواح من المصانع الإقليمية، على الرغم من أن التوريد الدقيق يعتمد على محافظ المصانع. غالبًا ما يتم تخزين SUP10 بشكل أوسع للأقطار والأطوال القياسية.
• بالنسبة للأحجام غير القياسية، يمكن أن تزيد أوقات التسليم؛ قد تتطلب SUP11A الطلب كتشغيل خاص إذا تم تحديد إضافة سبيكة دقيقة أو معالجة متحكم بها.

10. الملخص والتوصية

جدول: ملخص نوعي مختصر

التوصيات: - اختر SUP10 إذا: - كانت عمليات التشغيل عالية الحجم، وكفاءة تكلفة الأجزاء، وقابلية التشكيل هي المحركات الرئيسية. - لا يُتوقع أن تتحمل الأجزاء أحمالًا ثابتة عالية أو تتطلب مقاطع صلبة. - تتطلب لحامًا بسيطًا مع الحد الأدنى من التسخين المسبق. - اختر SUP11A إذا: - كانت هناك حاجة إلى قوة شد وقوة خضوع أساسية أعلى مع الحفاظ على اقتصاديات الفولاذ الكربوني. - قد تتلقى القطعة معالجة حرارية أو تتطلب تحسين قابلية الصلابة/القوة من التحكم في العملية. - تتحمل التطبيق قابلية تشغيل أقل قليلاً وقد تستفيد من هيكل حبيبي أدق أو تقوية بإضافة سبيكة دقيقة.

الاعتبارات النهائية: - دائمًا اطلب شهادات المصنع وسجلات المعالجة الحرارية الميكانيكية عندما تكون هوامش القوة والصلابة حرجة. - تحقق من إجراءات اللحام وأداء قسائم التأهيل للمفاصل السميكة أو المقيدة بشدة عند الانتقال من SUP10 إلى SUP11A. - قم بتحسين أدوات القطع ومعلمات القطع عند استبدال SUP11A بـ SUP10 للحفاظ على وقت الدورة وجودة السطح.