Q235 الصلب مقابل 45 الصلب مقابل 40Cr الصلب

في الممارسة الهندسية, يؤثر اختيار الفولاذ بشكل مباشر على الأداء, التصنيع, مصداقية, وتكلفة المكونات.

ثلاثة أنواع من الفولاذ يشار إليها بشكل شائع في المعايير الصينية والدولية - Q235, 45 فُولاَذ, و 40كر - تغطية مجموعة واسعة من متطلبات التصميم, بدءًا من الدعم الهيكلي الأساسي وحتى الأجزاء الميكانيكية عالية القوة.

على الرغم من أن كل منها يعتمد على تعدين الحديد والكربون, استراتيجيات السبائك الخاصة بهم, السلوك البنيوي الدقيق, الأداء الميكانيكي, وتختلف التطبيقات المثالية بشكل كبير.

توفر هذه المقالة وجهة نظر متعددة, موثوق, ومقارنة متعمقة لتوجيه اختيار المواد واتخاذ القرارات الهندسية.

1. الهوية المعدنية والتصنيف

Q235 الصلب

س235 أ الفولاذ الهيكلي منخفض الكربون تستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الهندسة والبناء العامة.

وهو الصيني الأكثر شيوعا الصلب الكربوني درجة, يعادل ASTM A36 و S235JR. يقدم Q235 أ توازن القوة, ليونة, وقابلية اللحام, مما يجعلها مناسبة للجسور, المباني, هياكل السفن, خطوط الأنابيب, وإطارات الآلات.

سمات

• التركيب الكيميائي: الكربون ≥ 0.20-0.25%, من 0.30 إلى 0.70%, تتبع S و P.
• الخصائص الميكانيكية: قوة الخضوع ≈ 235 MPa, قوة الشد ≈ 375-500 ميجا باسكال.
• قابلة للحام والتشكيل: يمكن قطعها بسهولة, ملحومة, والبرد.
• فعالة من حيث التكلفة: خيار اقتصادي للتطبيقات الهيكلية العامة.
• التطبيقات: عوارض البناء, الإطارات الهيكلية, بناء السفن, أوعية الضغط.

45 فُولاَذ (المعروف أيضًا باسم C45 أو 1.1191)

45 الصلب هو فولاذ متوسط ​​الكربون تستخدم على نطاق واسع في الصين وعلى الصعيد الدولي ل تتطلب الأجزاء الميكانيكية قوة وصلابة أعلى من الفولاذ منخفض الكربون.

وهو يتوافق تقريبًا مع إيسي 1045. انها مناسبة للأعمدة, التروس, والسحابات التي هي محملة ميكانيكيا ويمكن معالجتها بالحرارة.

سمات

• التركيب الكيميائي: الكربون ≈ 0.42–0.50%, من 0.50 إلى 0.80%, S/P <0.05%.
• الخصائص الميكانيكية (صلب): قوة الشد ≈ 570-700 ميجا باسكال, قوة الخضوع ≈ 330-500 ميجا باسكال.
• قابل للعلاج بالحرارة: يمكن إخمادها وتلطيفها لتحقيق صلابة أعلى ومقاومة التآكل.
• قابلية تصنيع جيدة وصلابة معتدلة: يوازن بين القوة وقابلية المعالجة.
• التطبيقات: مهاوي, التروس, البراغي, المحاور, قضبان التوصيل, والأجزاء الميكانيكية تحت أحمال معتدلة.

40الصلب الكروم (المعروف أيضا باسم 1.7035)

40الكروم هو متوسطة الكربون, الكروم-سبائك الصلب تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب قوة أعلى, صلابة, وارتداء المقاومة من الفولاذ العادي متوسط ​​الكربون.

الكروم يحسن الصلابة, مقاومة التآكل, وقوة التعب. وهو ما يعادل تقريبا إيسي 5140.

سمات

• التركيب الكيميائي: الكربون ≈ 0.37–0.44%, الكروم ≈ 0.80-1.10%, من 0.50 إلى 0.80%, S/P <0.035%.
• الخصائص الميكانيكية (تطبيع): قوة الشد ≈ 745-930 ميجا باسكال, قوة الخضوع ≈ 435-600 ميجا باسكال.
• صلابة ممتازة: يمكن إخمادها وتلطيفها لتحقيق صلابة عالية (يصل إلى HRC 50) للأجزاء المقاومة للارتداء.
• مقاومة جيدة للتعب والمتانة: مناسبة للمكونات الميكانيكية الهامة.
• التطبيقات: مهاوي, التروس, أعمدة الكرنك, محاور الشاقة, مغزل, وغيرها من الأجزاء الميكانيكية عالية القوة.

2. مقارنة التركيب الكيميائي: Q235 الصلب مقابل 45 الصلب مقابل 40Cr الصلب

يحدد التركيب الكيميائي للصلب بشكل مباشر سلوك تحول الطور والخواص الميكانيكية.

يعرض الجدول التالي نطاقات التكوين القياسية (وفقا للمعايير الوطنية الصينية) والآليات الوظيفية للعناصر الرئيسية للفولاذ الثلاثة:

الاختلافات الرئيسية:

يحتوي Q235 على نسبة منخفضة من الكربون ولا يحتوي على عناصر صناعة السبائك المتعمدة, التركيز على قابلية المعالجة; 45 يحتوي الفولاذ على نسبة أعلى من الكربون ومراقبة أكثر صرامة للشوائب, تمكين المعالجة الحرارية;

40يضيف الكروم الكروم لتحسين الصلابة والخواص الميكانيكية, سد الفجوة بين الفولاذ الكربوني والفولاذ عالي السبائك.

3. الخصائص المجهرية: من الحالة التي تم تسليمها إلى الحالات المعالجة بالحرارة

البنية المجهرية هي الرابط بين التركيب الكيميائي والخواص الميكانيكية.

يُظهر الفولاذ الثلاثة هياكل مجهرية متميزة في حالات مختلفة, مما يؤثر بشكل مباشر على أدائهم:

الدولة كما تم تسليمها (المدرفلة على الساخن)

• Q235 الصلب: يتكون من الفريت (α-الحديد) + بيرليت (خليط رقائقي من الفريت والسمنتيت). الفريت هو المرحلة الرئيسية (70-80 ٪), ضمان ليونة جيدة وقابلية اللحام.
  محتوى البيرلايت (20-30 ٪) يوفر قوة معتدلة. الهيكل خشن الحبيبات بسبب انخفاض محتوى السبائك وعملية الدرفلة الساخنة البسيطة.
• 45 فُولاَذ: الفريت + بيرليت, مع نسبة أعلى من البيرلايت (40-50 ٪) من Q235 بسبب ارتفاع محتوى الكربون.
  الهيكل أدق وأكثر اتساقًا (الصلب عالي الجودة), مع عدد أقل من الادراج, مما يؤدي إلى تحسين توازن القوة والمتانة.
• 40الصلب الكروم: الفريت + بيرليت + تتبع كربيدات غنية بالكروم. يقوم الكروم بتحسين حجم الحبوب, مما يجعل صفائح البيرلايت أرق من 45 فُولاَذ.
  وجود كربيدات الكروم (Cr₃C) يضع الأساس لتعزيز المعالجة الحرارية اللاحقة.

حالة المعالجة بالحرارة (التبريد + هدأ, س&ت)

• Q235 الصلب: ضعف الصلابة; التبريد (تبريد المياه) يشكل المارتنسيت فقط في الطبقة السطحية, مع بقاء اللب من الفريت-بيرلايت.
  نادرا ما تستخدم المعالجة الحرارية, لأنه لا يمكن أن يحسن الأداء العام بشكل ملحوظ وقد يسبب تشوهًا/تشققًا.
• 45 فُولاَذ: بعد التبريد (840-860 درجة مئوية تبريد الماء/الزيت), يتحول الهيكل إلى اللوح مارتنسيت (صعبة ولكنها هشة).
  تصلب عند 200-300 درجة مئوية (هدأ منخفض) ينتج مارتنزيت مقسى, تحسين المتانة مع الحفاظ على صلابة عالية.
  تصلب عند 500-600 درجة مئوية (تصلب المتوسطة) أشكال السوربيت, تحقيق توازن القوى (σᵤ≥600 ميجا باسكال) والليونة (δ≥15%).
• 40الصلب الكروم: صلابة ممتازة; تبريد الزيت (بدلا من تبريد الماء) يمكن أن يحقق تحويل مارتنزيت كاملًا حتى بالنسبة لقطع العمل التي يبلغ قطرها ≥50 مم.
  بعد تهدئة متوسطة (520–560 درجة مئوية), يصبح الهيكل سوربيت مقسى (السوربيت ذو الحبيبات الدقيقة + كربيدات مشتتة), مع قوة وصلابة أعلى من 45 فُولاَذ. يعمل الكروم على تثبيت بنية المارتينسيت, تقليل هشاشة المزاج.

4. مقارنة الخواص الميكانيكية - Q235 ستيل مقابل 45 الصلب مقابل 40Cr الصلب

5. خصائص المعالجة الحرارية: الصلابة والقدرة على التكيف مع العملية

استجابة المعالجة الحرارية (الصلابة, استقرار المزاج) يحدد نطاق تطبيق الصلب. تختلف الفولاذات الثلاثة بشكل كبير في هذا الصدد:

الصلابة

• Q235 الصلب: صلابة سيئة للغاية. معدل التبريد الحرج مرتفع; قطع عمل رقيقة فقط (≥5 ملم) يمكن أن يشكل كمية صغيرة من المارتينسيت بعد تبريد الماء, بينما تبقى قطع العمل السميكة من الفريت-بيرلايت.
  المعالجة الحرارية ليست مجدية اقتصاديا, لذلك يتم استخدامه في حالة التسليم.
• 45 فُولاَذ: صلابة معتدلة. يمكن لقطع العمل التي يبلغ قطرها 20 مم أن تحقق مارتنسيت كاملاً عن طريق التبريد بالماء; لقطع العمل السميكة (20-40 ملم), تبريد الزيت يؤدي إلى تصلب غير كامل (جوهر هو السوربيت).
  إنها مناسبة للحجم المتوسط, الأجزاء متوسطة الحمل التي تتطلب المعالجة الحرارية.
• 40الصلب الكروم: صلابة ممتازة. يقلل الكروم من معدل التبريد الحرج, تمكين التحول الكامل للمارتنسيت في قطع العمل التي يبلغ قطرها ≥50 مم عن طريق تبريد الزيت (تجنب التشوه/التشقق الناتج عن تبريد الماء).
  لقطع العمل حتى 80 مم, يمكن أن يحقق تبريد الماء والزيت تصلبًا موحدًا, مما يجعلها مناسبة للكبيرة, أجزاء الحمل الثقيل.

عمليات وتأثيرات المعالجة الحرارية الشائعة

• الصلب: الصلب Q235 (600–650 درجة مئوية) يخفف من التوتر المتداول; 45/40يؤدي التلدين الكروم إلى تحسين الحبوب وتقليل صلابة التشغيل الآلي. 40كما يؤدي تلدين الكروم إلى إذابة كربيدات الكروم, التحضير للتبريد.
• التطبيع: التطبيع Q235 (880–920 درجة مئوية) يحسن توحيد الهيكل; 45/40تطبيع الكروم يعزز القوة والمتانة, يستخدم كعلاج مسبق للأجزاء المعقدة.
• التبريد + هدأ: العملية الأساسية لـ 45/40Cr. 45 يستخدم الفولاذ التبريد بالماء + تصلب المتوسطة; 40يستخدم Cr تبريد الزيت + تصلب المتوسطة, تحقيق أداء شامل أفضل وتشوه أقل.
• تصلب السطح: 45/40يمكن أن يخضع الكروم للتصلب التعريفي أو الكربنة (45 فُولاَذ) لتحسين صلابة السطح (لجنة حقوق الإنسان 50-60) للأجزاء المقاومة للارتداء.
  40يعزز محتوى الكروم من الكروم تأثير تصلب السطح ومقاومة التآكل.

6. أداء المعالجة: صب, تزوير, لحام, والتصنيع

يؤثر أداء المعالجة بشكل مباشر على كفاءة التصنيع والتكلفة, وهو عامل رئيسي لاختيار المواد في الإنتاج الضخم:

أداء الصب

• Q235 الصلب: ضعف القدرة على الصب. يؤدي المحتوى المنخفض من الكربون والسبائك إلى ضعف السيولة المنصهرة وارتفاع معدل الانكماش, عرضة لانكماش التجاويف والمسامية. نادرا ما تستخدم للصب; أساسا للدرفلة والتشكيل.
• 45 فُولاَذ: القدرة على صب معتدلة. يعمل محتوى الكربون العالي على تحسين السيولة مقارنة بـ Q235, ولكن لا تزال عرضة للتكسير الساخن. يستخدم لأجزاء الصب الصغيرة والمتوسطة الحجم ذات متطلبات الدقة المنخفضة.
• 40الصلب الكروم: قابلية صب أفضل من 45 فُولاَذ. يعمل الكروم على تحسين هيكل الزهر, تقليل الانكماش وميل التكسير الساخن.
  مناسبة للأجزاء المصبوبة الدقيقة التي تتطلب معالجة حرارية, ولكن تكلفة الصب أعلى من المتداول.

تزوير الأداء

• Q235 الصلب: أداء تزوير ممتاز. تزوير نطاق درجة الحرارة (1150–850 درجة مئوية) واسعة, مع اللدونة الجيدة ومقاومة التشوه المنخفضة. مناسبة للتزوير الساخن للأشكال البسيطة (على سبيل المثال, البراغي, بين قوسين).
• 45 فُولاَذ: أداء تزوير جيد. تزوير درجة الحرارة (1100–800 درجة مئوية); يتطلب تسخينًا موحدًا لتجنب التشقق. الأجزاء المزورة لها حبيبات مكررة, تحسين تأثير المعالجة الحرارية.
• 40الصلب الكروم: أداء تزوير معتدل. يزيد الكروم من مقاومة التشوه, تتطلب قوة تزوير أعلى وتحكم أكثر صرامة في درجة الحرارة (1100–820 درجة مئوية).
  يعد التلدين بعد الحدادة ضروريًا للتخلص من الإجهاد الداخلي والاستعداد للمعالجة الحرارية.

أداء اللحام

• Q235 الصلب: أداء لحام ممتاز. يتجنب المحتوى المنخفض من الكربون تكوين المارتينسيت في المنطقة المتأثرة بالحرارة (المخاطر), بدون التسخين المسبق أو المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) مطلوب لقطع العمل الرقيقة. متوافق مع جميع طرق اللحام (SMAW, GMAW, GTAW).
• 45 فُولاَذ: ضعف أداء اللحام. يؤدي المحتوى العالي من الكربون إلى وجود مادة المارتينسيت الصلبة في المناطق المتضررة من الحرائق, عرضة للتكسير البارد.
  التسخين (150–200 درجة مئوية) و PWHT (تصلب عند 600-650 درجة مئوية) إلزامية. يستخدم اللحام فقط للإصلاح, ليس للحامات الحاملة.
• 40الصلب الكروم: أداء اللحام أسوأ من 45 فُولاَذ. يزيد الكروم من صلابة HAZ, مما يجعل التشققات الباردة وهشاشة المزاج أكثر احتمالا.
  التسخين الصارم (200–300 درجة مئوية), لحام مدخلات الحرارة المنخفضة, وPWHT مطلوبة. يتم تجنب اللحام بشكل عام; الانضمام الميكانيكية (انشقاق, التثبيت) هو المفضل.

بالقطع أداء

• Q235 الصلب: أداء الآلات ممتازة. الصلابة المنخفضة واللدونة الجيدة تجعل القطع سهلاً, مع انخفاض تآكل الأداة.
  مناسبة للتصنيع عالي السرعة وخطوط الإنتاج الآلي (على سبيل المثال, تصنيع الأقواس, لوحات).
• 45 فُولاَذ: أداء جيد بالقطع في الحالة التي تم تسليمها (اتش بي دبليو 190-230). بعد المعالجة الحرارية (الصلابة ＞ HRC 30), تزداد صعوبة التصنيع, تتطلب أدوات من السبائك الصلبة. إنه "فولاذ معالج بالحرارة يمكن تشكيله".
• 40الصلب الكروم: أداء تشغيل معتدل في الحالة التي تم تسليمها. يزيد الكروم من مقاومة القطع, لذا فإن تآكل الأداة أعلى من 45 فُولاَذ.
  بعد س&ت (اتش بي دبليو 280-320), تتطلب المعالجة سرعة قطع أعلى والتحكم في معدل التغذية, مع تكلفة التصنيع أعلى بنسبة 15-20٪ من 45 فُولاَذ.

7. مقاومة التآكل

جميع أنواع الفولاذ الثلاثة عبارة عن فولاذ هيكلي من الكربون/سبائك بدون عناصر سبائك مقاومة للتآكل بشكل متعمد (محتوى الكروم في 40Cr منخفض جدًا بحيث لا يسمح بتكوين فيلم سلبي), لذا فإن مقاومتها للتآكل تكون سيئة بشكل عام, مع اختلافات طفيفة:

• Q235 الصلب: مقاومة ضعيفة للتآكل. نسبة عالية من الشوائب (س, ص) والمحتوى المنخفض من السبائك يسرع من تآكل الغلاف الجوي والمياه العذبة, مع معدل تآكل يتراوح بين 0.1-0.3 ملم/سنة في الأجواء الصناعية. يجب أن تكون محمية (تلوين, الجلفنة) للخدمة الخارجية.
• 45 فُولاَذ: مقاومة للتآكل أفضل قليلاً من Q235. يقلل محتوى الشوائب المنخفض والبنية الدقيقة من مواقع بدء التآكل.
  معدل التآكل هو 0.08-0.25 ملم / سنة في الأجواء الصناعية, لا تزال بحاجة إلى الحماية للخدمة طويلة الأجل.
• 40الصلب الكروم: أفضل مقاومة للتآكل بين الثلاثة. يشكل الكروم طبقة أكسيد رقيقة على السطح, تثبيط التآكل.
  معدل التآكل هو 0.05-0.20 ملم / سنة في الأجواء الصناعية, ولديه مقاومة أفضل للأحماض / القواعد الخفيفة من Q235 و 45 فُولاَذ.
  لكن, لا تزال تعاني من التآكل في الوسائط عالية الكلوريد, تتطلب معالجة مضادة للتآكل (المعالجة بالكروم, تلوين).

8. سيناريوهات التطبيق Q235 الصلب مقابل 45 الصلب مقابل 40Cr الصلب

يعتمد تطبيق الفولاذ الثلاثة بشكل صارم على أدائها وتكلفتها, تغطي المجالات الصناعية المختلفة:

Q235 الصلب

منخفضة التكلفة, الفولاذ الهيكلي للأغراض العامة. تشمل التطبيقات:

• البناء والتشييد: إطارات فولاذية, الحزم, أعمدة, ألواح فولاذية, وقضبان التسليح للمباني العادية, الجسور, وورش العمل.
• التصنيع الميكانيكي: الأجزاء غير الحاملة (بين قوسين, قواعد, أغطية), البراغي, المكسرات, وغسالات للمعدات منخفضة التحميل.
• خط الأنابيب والحاوية: خطوط أنابيب المياه ذات الضغط المنخفض, صهاريج التخزين, والأقواس للوسائط غير القابلة للتآكل.

45 فُولاَذ

متوسطة القوة, فولاذ كربوني قابل للمعالجة بالحرارة. تشمل التطبيقات:

• الأجزاء الميكانيكية: مهاوي التروس, قضبان التوصيل, أعمدة الكرنك, البراغي, والمكسرات للمعدات متوسطة الحمولة (على سبيل المثال, محركات صغيرة, مضخات, والآلات الزراعية).
• مكونات الأداة: شفرات, اللكمات, ويموت للسرعة المنخفضة, أدوات منخفضة التآكل (بعد تصلب السطح).
• صناعة السيارات: الأجزاء غير الحرجة (على سبيل المثال, دواسات الفرامل, مفاصل التوجيه) للمركبات المنخفضة نهاية.

40الصلب الكروم

قوة عالية, سبائك الصلب الهيكلي. تشمل التطبيقات:

• أجزاء ناقل الحركة الميكانيكية: مهاوي التروس ذات التحميل العالي, مهاوي القيادة, التروس, ومحامل للآلات الثقيلة (على سبيل المثال, الآلات الهندسية, أدوات الآلة).
• السيارات والفضاء: الأجزاء الحرجة (على سبيل المثال, أعمدة الكرنك للمحرك, أعمدة الكامات, تروس النقل) للمركبات المتطورة والطائرات الخفيفة.
• صناعة البتروكيماويات: الشفاه خطوط أنابيب الضغط العالي, الصمامات, وأعمدة المضخة للتآكل المتوسط, بيئات عالية التحميل.

9. مقارنة التكلفة وفعالية التكلفة

التكلفة هي عامل رئيسي في الإنتاج على نطاق واسع. التكلفة النسبية (أخذ Q235 كخط الأساس) والفعالية من حيث التكلفة للفولاذ الثلاثة هي كما يلي:

10. خاتمة

التحليل المقارن ل الصلب Q235, 45 فُولاَذ, و 40Cr الصلب يسلط الضوء على كيفية محتوى الكربون, سبائك, والمعالجة الحرارية التأثير على الأداء الميكانيكي, التصنيع, ومدى ملاءمة التطبيق.

• الصلب Q235 هو أ الفولاذ الهيكلي منخفض الكربون مع ليونة ممتازة, قابلية اللحام, والقابلية للتشكيل.
  فعاليته من حيث التكلفة تجعله مثاليًا التطبيقات الهيكلية والتصنيعية العامة, ولكنها ذات قوة محدودة وتتطلب الحماية من التآكل.
• 45 فُولاَذ هو أ متوسطة الكربون, فولاذ قابل للمعالجة بالحرارة تقدم قوة وصلابة أعلى من Q235.
  متى تم إخمادها وتهدئة, إنه يحقق قوة شد محسنة بشكل ملحوظ ومقاومة التآكل, مما يجعلها مناسبة ل الأجزاء الميكانيكية مثل مهاوي, التروس, والمحاور.
• 40الصلب الكروم هو أ فولاذ من سبائك الكروم متوسطة الكربون مصمم ل تطبيقات عالية القوة ومقاومة للتعب.
  إنه صلابة عميقة ومقاومة التآكل السماح لها بالأداء تحت الأحمال الدورية الثقيلة, كما رأينا أعمدة الكرنك, قضبان التوصيل, ومكونات الآلات عالية التحميل.

خلاصة القول: يجب أن يكون اختيار المواد متوازنا قوة, صلابة, القدرة على التصنيع, قابلية اللحام, والتكلفة ضد متطلبات الخدمة.
يناسب Q235 التطبيقات الهيكلية والحمل المنخفض, 45 يغطي الفولاذ الأجزاء الميكانيكية متوسطة التحميل, والفولاذ 40Cr يتفوق في القوة العالية, ارتفاع التعب, والمكونات الحرجة للتآكل.

 

الأسئلة الشائعة

ما هو الفرق الرئيسي بين Q235, 45, والفولاذ 40Cr?

• Q235 عبارة عن فولاذ هيكلي منخفض الكربون; 45 الفولاذ متوسط ​​الكربون وقابل للمعالجة بالحرارة; 40Cr عبارة عن فولاذ من سبائك الكروم متوسط ​​الكربون يتمتع بقوة وصلابة عالية.

هل يمكن معالجة الفولاذ Q235 بالحرارة لتحسين القوة?

• لا, يحد محتوى الكربون المنخفض في Q235 من تصلب المعالجة الحرارية. تعتمد تحسينات القوة على العمل البارد أو تحسين التصميم.

ما هو الفولاذ الأفضل للأعمدة والتروس؟?

• 45 الفولاذ مناسب للأعمدة والتروس ذات التحميل المتوسط; 40يفضل Cr للقوة العالية, ارتفاع التعب, والمكونات الميكانيكية المقاومة للتآكل.

الفولاذ 40Cr مقاوم للتآكل?

• ليس بطبيعته. الطلاء الواقي, تصفيح, أو هناك حاجة لاعتبارات التصميم للبيئات المسببة للتآكل.

كيف تؤثر المعالجة الحرارية 45 والفولاذ 40Cr?

• يؤدي التبريد والتلطيف إلى تحسين قوة الشد بشكل ملحوظ, صلابة, ومقاومة التعب, مما يجعلها مناسبة للمكونات ذات المتطلبات الميكانيكية.