SUP9 مقابل 60Si2Mn – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

SUP9 و 60Si2Mn هما نوعان من الفولاذات الكربونية السبيكية التي تظهر عادة في قرارات التصميم والتوريد حيث تتطلب القوة العالية ومقاومة التآكل وعمر التعب. غالبًا ما يوازن المهندسون بين التنازلات مثل القابلية للتصلب ومقاومة التآكل مقابل قابلية اللحام والتكلفة عند الاختيار بين هذه الدرجات لمكونات مثل النوابض والتروس والدبابيس وأجزاء التآكل.

التمييز الأساسي بين الاثنين هو استراتيجيات السبائك ومجالات التطبيق المقصودة: تم تصميم أحدهما لتحقيق قابلية تصلب ومقاومة تآكل أعلى من خلال إضافة الكروم وغيرها من السبائك، بينما تم تحسين الآخر كفولاذ نابض من السيليكون والمنغنيز لتحقيق حد مرونة عالي ومقاومة للتعب. هذه الاختلافات تؤثر على الخيارات في المعالجة الحرارية والتصنيع ومساحات التطبيق المناسبة.

1. المعايير والتسميات

• المعايير الشائعة وأنظمة التسمية حيث يمكن العثور على درجات قابلة للمقارنة:
• JIS (المعايير الصناعية اليابانية)
• GB/T (المعايير الوطنية الصينية)
• EN (المعايير الأوروبية) و ISO
• ASTM/ASME (أساسًا للممارسة الأمريكية، درجات قابلة للمقارنة)
• التصنيف:
• SUP9: يوصف بشكل أفضل كفولاذ سبيكي عالي الكربون (يستخدم للمكونات التي تتطلب تحسين القابلية للتصلب ومقاومة التآكل).
• 60Si2Mn: فولاذ نابض من السيليكون والمنغنيز متوسط إلى عالي الكربون (مصمم للنوابض والأجزاء التي تتطلب حد مرونة عالي وقوة تحمل للتعب).

ملاحظة: تختلف التركيب الكيميائي الدقيق وأسماء التسميات حسب المعيار والمورد. يجب دائمًا الرجوع إلى ورقة المعيار المحددة (JIS/GB/EN/ASTM) أو شهادة المصنع لقبول التوريد.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

فيما يلي مقارنة نوعية للعناصر السبيكية الشائعة ودورها لكل درجة. يتم عرض القيم نوعيًا (عالية / متوسطة / منخفضة / أثر / غير نمطي) لأن النسب الدقيقة تعتمد على المعيار أو الشركة المصنعة.

العنصر	SUP9 (نوعي)	60Si2Mn (نوعي)
C (الكربون)	عالي (للقابلية للتصلب والقوة)	عالي (فولاذ نابض؛ للقوة والمرونة)
Mn (المنغنيز)	متوسط (إزالة الأكسدة، القابلية للتصلب)	متوسط–عالي (القوة، القابلية للتصلب، المتانة)
Si (السيليكون)	منخفض–متوسط (إزالة الأكسدة، القوة)	عالي (أساسي لخصائص النوابض)
P (الفوسفور)	أثر (شوائب مسيطر عليها)	أثر (شوائب مسيطر عليها)
S (الكبريت)	أثر (غالبًا منخفض لتحسين المتانة)	أثر (غالبًا منخفض للتعب)
Cr (الكروم)	متوسط (القابلية للتصلب، مقاومة التآكل)	منخفض–غير نمطي
Ni (النيكل)	غير نمطي (ما لم يكن درجة معدلة)	غير نمطي
Mo (الموليبدينوم)	أثر/منخفض محتمل (استجابة التصلب)	غير نمطي
V (الفاناديوم)	أثر محتمل (تحسين الحبيبات)	غير نمطي
Nb/Ti (السبائك الدقيقة)	نادر/أثر (لتحكم الحبيبات إذا كانت موجودة)	نادر/أثر
B (البورون)	أثر (يستخدم أحيانًا لزيادة القابلية للتصلب)	غير نمطي
N (النيتروجين)	مسيطر عليه (إذا كان موجودًا)	مسيطر عليه (إذا كان موجودًا)

كيف تؤثر السبائك على الأداء: - الكربون هو العنصر الأساسي للتصلب لكلتا الدرجتين؛ الكربون الأعلى يزيد من الصلابة والقوة الممكن تحقيقها ولكنه يقلل من قابلية اللحام والليونة إذا لم يتم تلطيفه. - السيليكون والمنغنيز في 60Si2Mn مستهدفان لإنتاج حد مرونة عالي ومقاومة للتعب اللازمة للنوابض والأجزاء ذات الدورة العالية. - يزيد الكروم في SUP9 من القابلية للتصلب ومقاومة التآكل وإمكانية التصلب الثانوية، مما يجعله مناسبًا للأقسام المتصلبة بعمق والأجزاء المعرضة للتآكل. - العناصر الدقيقة السبيكية (V، Nb، Ti) عند وجودها تقوم بتحسين حجم الحبيبات وتحسين المتانة دون زيادات كبيرة في الكربون.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

تعتمد الهياكل الميكروية النموذجية واستجابات المعالجة الحرارية بشكل كبير على المعالجة:

• SUP9:
• كما هو مدلفن: فيريتيت–بيرليت مع حجم بيرليت يعتمد على محتوى الكربون.
• تصلب وتلطيف: قادر على إنتاج مارتنسيت مصلب مع كربيدات دقيقة (كربيدات غنية بالكروم إذا كان الكروم موجودًا)، مما يعطي صلابة عالية ومقاومة للتآكل.
• تطبيع: ينقي حجم الحبيبات وي homogenizes الميكروهيكل؛ مفيد قبل التصلب النهائي للأقسام الأكبر.

• استجابة: يزيد الكروم وأي سبائك دقيقة من القابلية للتصلب ومقاومة التلطيف (الصلابة المحتفظ بها عند درجات حرارة تلطيف مرتفعة).

• 60Si2Mn:

• كما هو مدلفن: فيريتيت–بيرليت أو باينيت حسب التبريد.
• تصلب وتلطيف (أو تصلب بالزيت): ينتج مارتنسيت مصلب محسن لتلطيف النوابض—قوة شد عالية مع الحفاظ على متانة معقولة وعمر تعب.
• التحبيب أو علاجات السطح الأخرى غالبًا ما تستخدم لتحسين أداء التعب.
• استجابة: يدعم السيليكون العالي سلوك التلطيف الذي يحافظ على الخصائص المرنة؛ يحسن المنغنيز القابلية للتصلب والمتانة.

يمكن أن تعزز المعالجة الحرارية الميكانيكية (الدرفلة المسيطر عليها) المتانة وعمر التعب لكلتا الدرجتين من خلال إنتاج هياكل دقيقة الحبيبات.

4. الخصائص الميكانيكية

نظرًا لأن الخصائص الميكانيكية الفعلية تعتمد على حجم القسم والمعالجة الحرارية، فإن الجدول أدناه يوفر تقييمات مقارنة نوعية تحت ظروف معالجة حرارية نموذجية.

الخاصية	SUP9 (HT النموذجي)	60Si2Mn (HT النموذجي)
قوة الشد	عالية	عالية جدًا (فولاذ نابض محسن)
قوة الخضوع	عالية	عالية جدًا (عالية الخضوع لعمل النوابض)
التمدد (الليونة)	متوسطة	منخفضة–متوسطة (تعتمد على التلطيف)
متانة الصدمة	متوسطة–جيدة (مع التلطيف الصحيح)	متوسطة (يمكن أن تكون أقل إذا تم تلطيفها بشكل مفرط)
الصلابة (HRC/HV)	عالية قابلة للتحقيق (تعتمد على التصلب والتلطيف)	عالية قابلة للتحقيق (مستهدفة لمدى صلابة النوابض)

التفسير: - عادةً ما تحقق 60Si2Mn عائدًا أعلى بالنسبة للشد بسبب متطلبات النوابض، مما يمنحها مرونة عالية وقدرة على التحمل. - غالبًا ما تقدم SUP9 توازنًا بين مقاومة التآكل والمتانة؛ يعزز محتوى الكروم احتفاظ الصلابة بعد التلطيف. - تعتمد المتانة والليونة بشكل كبير على التلطيف: يقلل التلطيف المفرط من القوة ولكنه يحسن الليونة.

5. قابلية اللحام

يجب تقييم قابلية اللحام لكلتا الدرجتين بناءً على محتوى الكربون، والقابلية للتصلب الإجمالية، والسبائك الدقيقة.

المؤشرات المفيدة: - المعادل الكربوني (IIW):
$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - صيغة Pcm (لتوقع قابلية التشقق البارد):
$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التقييم النوعي: - SUP9: يزيد الكروم العالي وربما سبائك أخرى من $CE$ و $P_{cm}$ بالنسبة للفولاذ الكربوني العادي، مما يقلل من قابلية اللحام دون تسخين مسبق وإجراءات مسيطر عليها. غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى تسخين مسبق، ودرجة حرارة بينية مسيطر عليها، وتلطيف بعد اللحام لتجنب التشقق الناتج عن الهيدروجين والمارتنسيت الهش في منطقة التأثير الحراري (HAZ). - 60Si2Mn: يعطي محتوى الكربون العالي والسيليكون والمنغنيز أيضًا $CE$ و $P_{cm}$ مرتفعة؛ تعتبر الفولاذات النابضة عمومًا صعبة اللحام. يتم تجنب اللحام عادةً للمكونات النابضة الحرجة؛ إذا كانت اللحام ضرورية، فإن تسخين مسبق صارم، واستخدام مواد استهلاكية منخفضة الهيدروجين، ومعالجة حرارية بعد اللحام مطلوبة.

التوصية: بالنسبة لكلتا الدرجتين، استشر $CE$ و $P_{cm}$ للحرارة المحددة واتبع مواصفات إجراءات اللحام المعدة من قبل مهندس لحام. عند الشك، صمم لتجنب الوصلات الملحومة في المناطق ذات الضغط العالي.

6. التآكل وحماية السطح

• كلا من SUP9 و 60Si2Mn هما فولاذات كربونية غير مقاومة للصدأ؛ مقاومة التآكل محدودة ويتطلب الحماية لمعظم البيئات.
• استراتيجيات الحماية الشائعة:
• التغليف بالغمس الساخن لحماية من تآكل الغلاف الجوي.
• الدهانات، الطلاءات المسحوقة، أو الطلاءات التحويلية (الفوسفات) للحماية المتوسطة.
• التغطية المحلية (النيكل، الكروم) أو تقوية السطح مع طبقات تضحية لتطبيقات التآكل والتآكل المدمجة.
• رقم مقاومة التآكل (PREN) غير قابل للتطبيق على هذه الدرجات غير المقاومة للصدأ، ولكن للمرجع: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ ينطبق هذا المؤشر فقط على الفولاذ المقاوم للصدأ وليس له صلة بـ SUP9 أو 60Si2Mn.

عندما يجب دمج مقاومة التآكل والأداء الميكانيكي، إما اختيار بدائل مقاومة للصدأ/HSLA أو تحديد علاجات سطحية قوية.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل:
• الحالات كما هي مدلفنة أو مخللة: يمكن تشغيل كلاهما بأدوات قياسية، ولكن محتوى الكربون العالي والسبائك يقلل من قابلية التشغيل مقارنة بالفولاذات منخفضة الكربون.
• بعد التصلب: يصبح التشغيل تحديًا؛ الطحن وEDM شائعان لإنهاء الأجزاء المتصلبة.
• قابلية التشكيل:
• 60Si2Mn في الحالة المخللة يتشكل ويشكل بشكل جيد؛ بعد التصلب/التشكيل، يعود إلى الخصائص المرنة.
• قد تتطلب SUP9 تشكيلًا دقيقًا بسبب محتوى السبائك العالي؛ يفضل التشكيل الدافئ أو التشكيل في ظروف أكثر ليونة.
• يجب أخذ خطر التشوه والتشقق الناتج عن المعالجة الحرارية في الاعتبار؛ يمكن أن تقلل وسائل التبريد المسيطر عليها والأدوات من التشوه.
• إنهاء السطح: تعتبر الأسطح المتصلبة أفضل لإنهائها عن طريق الطحن؛ تغير علاجات النترجة أو الكربنة استراتيجيات تشغيل السطح.

8. التطبيقات النموذجية

SUP9 – الاستخدامات النموذجية	60Si2Mn – الاستخدامات النموذجية
مكونات مقاومة للتآكل، دبابيس، أعمدة، بكرات حيث تتطلب مقاومة التآكل + المتانة	نوابض ورقية، نوابض لولبية، قضبان التواء، مشابك النوابض
أجزاء تتطلب تصلبًا أعمق أو مقاومة تلطيف أعلى	مكونات التعب ذات الدورة العالية في التعليق والروابط الميكانيكية
محامل وتروس صغيرة حيث يتطلب الصلابة السطحية أو الكاملة	نوابض للسيارات، السكك الحديدية، الآلات الصناعية
أجزاء قد يتم معالجتها سطحيًا (مثل النترجة) لدمج خصائص التآكل والتعب	المثبتات وأشكال الأسلاك التي تتطلب عمل النوابض

منطق الاختيار: - اختر SUP9 عندما تتطلب المكون مزيجًا من مقاومة التآكل، وقدرة تصلب أعمق، ومقاومة تلطيف جيدة—خصوصًا عندما يزيد وجود الكروم من عمر التآكل. - اختر 60Si2Mn عندما يكون المطلب الأساسي هو حد مرونة عالي، وقابلية العودة، ومقاومة للتعب النموذجية لتطبيقات النوابض.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة:
• 60Si2Mn عمومًا فعالة من حيث التكلفة لتطبيقات فولاذ النوابض لأن فولاذات النوابض من السيليكون والمنغنيز تُنتج على نطاق واسع.
• يمكن أن تكون SUP9 أكثر تكلفة بعض الشيء بسبب الكروم وأي سبائك إضافية؛ تعتمد التكلفة أيضًا على المعالجة الحرارية المطلوبة والتشطيب.
• التوافر:
• كلا الدرجتين متاحة عادةً في القضبان والأسلاك والشريط والقطع المطروقة؛ يعتمد التوافر في أحجام/أشكال محددة على المصانع الإقليمية والمخازن.
• يجب على الشراء طلب شهادات المصنع والتحقق من أوقات التسليم للمعالجات الحرارية الخاصة أو التسامحات الكيميائية الضيقة.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي):

المعيار	SUP9	60Si2Mn
قابلية اللحام	متوسطة–صعبة (تتطلب ضوابط)	صعبة (كربون عالي؛ تسخين مسبق وPWHT غالبًا مطلوب)
توازن القوة–المتانة	قوة عالية مع مقاومة أفضل للتآكل والتلطيف	عالية جدًا من حيث القوة ومقاومة التعب؛ سلوك خاص بالنوابض
التكلفة	متوسطة–أعلى (تكلفة السبائك)	متوسطة–أقل (فولاذ النوابض السلع)

الاستنتاجات: - اختر SUP9 إذا كنت بحاجة إلى: - فولاذ معزز القابلية للتصلب ومقاومة التآكل للأجزاء التي سيتم تصلبها بالكامل أو تتطلب مقاومة تلطيف أعلى. - مكونات سيتم معالجتها سطحيًا (نترجة/كربنة) أو تتطلب أقسام متصلبة بعمق مع متانة مقبولة. - اختر 60Si2Mn إذا كنت بحاجة إلى: - فولاذ نابض مخصص مع حد مرونة عالي، وأداء ممتاز للتعب، وتوافر فعال من حيث التكلفة للنوابض والمشابك والمكونات ذات الدورة العالية. - مادة محسنة للعودة القابلة للتكرار والمرونة بدلاً من مقاومة التآكل القصوى.

ملاحظة نهائية: تحقق دائمًا من البيانات الكيميائية والميكانيكية الدقيقة مقابل شهادة المصنع الخاصة بالمورد والمعيار المعمول به. قم بتكييف إجراءات المعالجة الحرارية واللحام مع الكيمياء الهندسية المحددة وشكل المكون؛ اشرك متخصصين في علم المعادن واللحام للمكونات الحرجة.