Admin2 بدون دیدگاه

فولاد آلیاژی از آهن و کربن می باشد. به غیر از کربن٫ عناصر دیگری نیز به میزان های متفاوت و همچنین نا خالصی ها می تواند در آن موجود باشد. ترکیب شیمیایی عناصر موجود در فولاد و ساختار داخلی آن٫ باعث میشود که فولادها خواص متفاوتی داشته باشند. علاوه بر آنکه می توان به فولاد عناصر آلیاژی به میزانهای متفاوت اضافه کرد، با عملیات مختلف مانند نرمالیزاسیون نیز میتوان ساختار داخلی آن را کنترل نموده و جهت نیاز ویژگیهای متفاوت به آن بخشید.

فولاد ها به دو دسته ساده کربنی و آلیاژی دسته بندی می شوند . در فولاد ساده کربنی بجز کربن و بعضی عناصر معمول ( مثل سیلیسیم ، منگنز ، گوگرد و فسفر ) عنصر دیگری وجود ندارد.

با افزودن برخی عناصر به آهن آلیاژ هایی تولید می شود که خواص بسیار عالی دارند . به عنوان مثال با اضافه نمودن کروم به آهن ، استیل ضد زنگ یا استنلس استیل بدست می آید که در مقابل خوردگی ها ی مختلف مقاومت بالایی دارد.

اثر عناصر آلیاژی بر فولاد

کربن (C)

کربن مهمترین و موثرترین عنصر آلیاژی در فولادها می باشد و بالاترین تاثیر را در ساختار آن دارد. هر فولاد آلیاژ شده علاوه بر کربن عناصر آلیاژی دیگری نظیر سیلیسیم، منگنز، فسفر و گوگرد را به همراه خواهد داشت بطوریکه این عناصر به شکلی ناخواسته به هنگام فرایند تولید در فولاد باقی خواهند ماند.اضافه کردن عناصر آلیاژی برای بدست آوردن نتایج مشخص و منحصر بفرد و افزایش کنترل شده منگنز و سیلیسیم در فولاد , فولاد آلیاژی را بوجود خواهد آورد. با افزایش میزان کربن، استحکام و سختی پذیری فولاد  بیشتر میشود اما چکش خواری و قابلیت جوشکاری و ماشینکاری (با استفاده از ماشینهای برش) کاهش می یابد.این عنصر .عملا هیچ تاثیری بر مقاومت خوردگی در آب, اسید و گازهای گرم ندارد.

سیلیسیم (Si)

سیلیس استحکام فولاد را افزایش میدهد وسختی پذیری را زیاد میکند. همچنین مقاومت سایشی را افزایش میدهد. به علت افزایش استحکام تسلیم، عنصر اصلی در فولادهای فنراست. در مقادیر بالای سیلیس، سختی پذیری و استحکام فولاد افزایش می یابد ولی این افزایش همراه با کاهش شکلپذیری و انرژی ضربه است.

فسفر (P)

فسفر استحکام کششی فولاد را بالا می برد و اجرای ماشین کاری را بهبود می بخشد ولی به دلیل خاصیت ترد کنندگی که در بر دارد، به عنوان ناخالصی نامطلوب تلقی می گردد.

عنصر فسفر بسته به میزان غلظت آن، آثار مختلفی را در فولاد برجا می گذارد. حد اکثر میزان فسفر، بخاطر مضراتی که دارد در گریدهای بالاتر فولاد بین ۰/۰۳ تا ۰/۰۵ درصد است. مقدار فسفر موجود در ترکیب فولادهای بسیار مستحکم و کم آلیاژ تا ۰/۱۰ درصد موجب بالابردن استحکام و نیز مقاومت آن در برابر خوردگی- زنگ زدگی خواهد شد. چنانچه مقدار فسفر در ترکیب فولاد بیش از حد لازم باشد، بر احتمال بروز ترک خوردگی در فولادهای کارسختی شده می افزاید. گرچه استحکام و سختی را بالا می برد، شکل پذیری و چقرمگی را کاهش می دهد.

ماشین کاری آن دسته از فولادهای فسفر دار که عملیات برش و براده برداری بر روی آنها به آساتی اجرا می گردد، بهبود می یابد ولی چنانچه میزان فسفر بیش از ۰/۰۴ درصد باشد، احتمال شکستن یا ترک برداشتن محل جوش در حین جوشکاری وجود دارد. فسفر بر ضخامت لایه روی در فولادهای گالوانیزه تاثیر می گذارد.

گوگرد (S)

گوگرد در فولاد، معمولا نوعی ناخالصی محسوب می شود و چنانچه مقدار آن در فولادی با میزان منگنز پائین، بیش از یک حد معین باشد اثر نامطلوبی بر چقرمگی فولاد خواهد داشت. وجود سولفور کیفیت ماشین کاری را بهبود می بخشد اما بر شکل پذیری عرضی و ضربه پذیری تاثیر منفی بر جا می گذارد، حال آنکه تاثیر آن بر خواص مکانیکی طولی بسیار کمتر است. مقدار مجاز سولفور در فولاد ۰/۰۵ درصد است اما مقدار سولفوری که به ترکیب فولادهای خوش تراش اضافه می شود می تواند تا ۰/۳۵ درصد افزایش یابد مشروط بر اینکه به منظور مقابله با آثار زیان بخش سولفور بر میزان منگنز در ترکیب نیز بیافزاییم زیرا افزودن ۰/۱۰ تا ۰/۳۰ درصد سولفور به بهبود و تسهیل اجرای ماشین کاری کمک می کند. این نوع فولادها را خوش تراش می گویند. فولادهای خوش تراش با افزودن ۰/۳۵ درصد (حداکثر) سولفور، برای بهبود اجرای ماشین کاری، تولید می گردند.

گرچه تاثیر سولفور بر فولاد از بعضی جهات منفی است، افزودن این عنصر با مقادیر کمتر از ۰/۰۵ درصد برای تمامی گریدهای فولاد اثر مثبتی بر جا می گذارد.

کلسیم (Ca)

در ترکیب با سیلیسیم به شکل سیلیسیم –کلسیم در اکسیژن زدایی فولادها به کار می رود.کلسیم, مقاومت در برابر پوسته شدن مواد هادی حرارت را افزایش می دهد.

سدیم (Na)

این عنصر یک اکسیژن زدای مسلم و نیرومند است و گوگرد زدایی را نیز سرعت و شتاب می دهد. به همین دلیل یک عنصر پالایشی در فولادها محسوب می گردد. وجود این عنصر در فولادهای پرآلیاژ باعث گستردگی دامنه فرآیند شکل گیری گرم می شود. همچنین مقاومت فولادهای نسوز را در برابر پوسته شدن بهبود می بخشد.آلیاژهای آهن-سدیم با مقادیر تقریبی ۷۰% سدیم دارای خواص آتش دهندگی(مانند سنگ چخماق) هستند و در تولید چدنهایی با گرافیت کروی مورد استفاذه قرار می گیرد.

کبالت (Co)

کبالت هیچ کاربیدی را تشکیل نمی دهد. در دمای بالا از رشد دانه ها جلوگیری می کند.مقاومت در برابر تنشهای ناشی از بازپخت را افزایش می دهد و موجب بهبود استحکام مکانیکی فولاد در برابر دمای بالا می شود.لذا به عنوان یک عنصر آلیاژی در فولادهای ابزاری گرم کار,فولادهای مقاوم در برابر خزش و فولادهای دیرگداز به کار می رود.وجود کبالت شکل گیری گرافیت کروی را تسریع می کند.در کمیتها و مقادیر بالا, پایداری مغناطیسی,نیروی مغناطیس زدایی و هدایت حرارتی را افزایش می دهد.لذا به عنوان یک عنصر پایه در آلیاژها و فولادهای مغناطیسی دایم مرغوب به کار می رود. این عنصر تحت تاثیر تابش نوترونی, رادیوایزوتوپ ۶۰ کبالت را شکل می دهد. به همین دلیل برای فولادهایی که در راکتورهای اتمی بکار برده میشوند مناسب نمی باشد.

کرم (Cr)

وجود عنصر فوق باعث سختی پذیری فولاد در هوا و روغن می باشد. کرم با کاهش سرعت خنک سازی بحرانی, به وسیله شکل دادن ساختار مارتنزیتی, قابلیت سخت کاری را افزایش می دهد.بنابراین سبب بهبود حساسیتهای سخت کاری و بازپخت می شود.اما در هر صورت چقرمگی کاهش می یابد.و از انعطاف پذیری یا شکل پذیری فولاد به مقدار کمی کاسته می گردد با افزایش کرم در فولادهای ساده کرم دارجوش پذیری کاهش می یابد.با اضافه نمودن هر واحد ۱% کرم به عنوان یک عنصر کاربید سازاستحکام کششی فولاد به میزان ۱۰۰_۸۰نیوتن بر میلیمتر مربع افزایش می یابد.کرم به عنوان یک عنصر کاربید ساز بکار برده می شود.کاربیدهای این عنصر کیفین نگهداری لبه ها و مقاومت سایشی را افزایش می دهد. کرم موجب مقاومت فولاد در دماهای بالا می شود و در برابر هیدروژن تحت فشارخواص مواد را افزایش می دهد.با افزایش کرم مقاومت در برابر پوسته شدن فولادها نیز بهبود می یابد.به طور تقریب حداقل ۱۳% کرم مورد نیاز است تا مقاومت خوردگی فولادها نیز بهبود یابد.این مقدار کرم باید در قابل فلزی حل شود.این عنصر موجب محدودین دامنه فاز گاما می شود و باالعکس ئامنه فاز فریتی را افزایش می دهد.همچنین باعث پایداری آستنیت در فولادهای آستنیتی کرم-منگنزیا کرم-نیکل شده و سبب کاهش هدایت الکتریکی و حرارتی می شود و انبساط حرارتی را نیز کاهش می دهد.(آلیاژهایی برای آببندی شیشه)با افزایش همزمان میزان کربن و کرم تا میزان ۳% پایداری مغناطیسی و شدت نیروهای پسماند زدا افزایش می یابد.

مس (Cu)

مس بعنوان یک فلز آلیاژی به تعداد بسیار کمی از فولادها اضافه می شود.زیرا این فلز به زیرلایه های سطحی فولاد تمرکز یافته و در فرآیند شکل دهی گرم با نفوذبه مرز دانه ها ,حساسیت سطحی را در فولادها بوجود می آورد.لذا به عنوان یک فلز مخرب در فولادها محسوب می گردد.به واسطه حضور مس نقطه تسلیم و نسبت نقطه تسلیم به استحکام نهایی افزایش می یابد.این عنصر در مقادیر بالای ۳۰%موجب سختی رسوبی میشود و بدین ترتیب سختی پذیری نیزبهبود می یابد.اما قابلیت جوشکاری به واسطه حضور مس تغییری نمی کند.در فولادهای آلیاژی ساده و پرآلیاژ مقاومت جوی به میزان کافی بهبود می یابد.مقادیر بالاتر از ۱% مس موجب بهبود مقاومت در برابر واکنشهای اسید کلریدریک و اسید سولفوریک می شود.

هیدروژن (H)

هیدروژن یک عنصر مخرب در فولاد تلقی می گردد. زیرا بدون آنکه نقطه تسلیم و استخکام کششی فولاد را افزایش دهد,موجب تردی و شکنندگی فولاد می گردد.انعطاف پذیری را کم کرده و باعث کاهش سطح مقطع می باشد. هیدروژن سبب پوسته شدن ناخواسته سطح فولاد میگردد و ایجاد خطوط رنگین ناشی از ترکیبات را شتاب می دهد.هیدروژن اتمی ایجاد شده ,در خلال فرایند اکسیژن زدایی در فولاد نفوذ کرده و حفره هایی را تشکیل می دهد(مک)که در فرآیند جوشکاری(پروزیتی) نام دارد.هیدروژن مرطوب در دمای بالا باعث کربن زدایی فولاد می باشد.

منیزیم (Mg)

این عنصر موجب تشکیل گرافیت کروی در چدن می باشد.

منگنز (Mn)

یک اکسیژن زداست.این عنصر با گوگرد ترکیب شده و تشکیل سولفید منگنز می دهد.بر همین اساس اثرات نامطلوب اکسید آهن را از بین می برد.وجود این عنصر در فولادهای خوش تراش بسیار مهم است.زیرا خط قرمز شکنندگی را کاهش می دهد.منگنز سرعت خنک شدن بخرانی را نیز به شدت کم می کند به همین دلیل سختی پذیری و نقطه تسلیم و استحکام نهایی را افزایش می دهد.با اضافه نمودن منگنز تاثیرات مطلوبی در قابلیتهای آهنگری و جوشکاری فولاد بوجود می آید و بطور قابل ملاحظه ای عمق سختی فولادها را بیشتر می کند.اگر سطح این نوع فولادها در معرض تنشهای ضربه ای قرار گیرد به مقدار بسیار زیادی کارسخت حواهد شد در حالیکه مغز فولاد چقرمگی اولیه خود را حفظ میکند لذا این گروه از فولادها تحت تاثیر نیروهای ضربه ای(کارسختی) مقاومت سایشی مطلوبی از خود نشان می دهند.با افزایش منگنز ضریب انبساط حرارتی افزایش یافته در حالیکه هدایت الکتریکی کاهش می یابد. منگنز باعث افزایش خاصیت فنری می شود.

حضور این عنصر در ترکیب، آثار زیر را در بر دارد:

  • منگنز به عنوان یک دی اکسیدان ملایم عمل می کند. سولفور و اکسیژن را جدا نموده و آنها را به سرباره منتقل می سازد.
  • سختی پذیری و استحکام کششی را افزایش داده و قابلیت شکل دهی را کاهش می دهد.
  • در فرآیند ترکیب با سولفور، موجب شکل گیری ذرات کروی سولفیدهای منگنز می شود که به تسهیل ماشین کاری کمک می کند.
مولیبدن (Mo)

این عنصر به طور معمول با عناصر دیگر آلیاژ می شود.در فولاد کرم-نیکل دار و فولاد منگنز دار سبب ریز دانه سازی می شود.و باعث بهبود قابلین جوشکاری می شود و نقطه تسلیم و استحکام نهایی را بالا می برد. با ازدیاد درصد مولیبدن جوش پذیری کاهش می یابد.و سازنده مسلم فاز کاربید است و در فولادهای تند بر خواص برشکاری را بهبود می بخشد.مقاومت خوردگی را بالا می برد.

نیتروژن (N)

این عنصر به دو صورت ظهور می کند
۱-بصورت یک عنصر مخرب که به دلیل کاهش چقرمگی در خلال فرآیند ته نشینی رسوبی است که موجب ایجاد حساسیت در برابر پیری و شکنندگی آبی(تغییر شکل در درجه حرارت آبی۳۰۰-۳۵۰ درجه سانتیگراد) می شود و امکان ایجاد تنش در ترکهای درون بلوری فولادهای غیرآلیاژی و کم آلیاژ را فراهم می سازد.

۲-بصورت عنصری آلیاژی دامنه فاز گاما را افزایش می دهد و ساختار آستنیتی را استحکام می بخشد در فولادهای آستنیتی استحکام را افزایش می دهد و باعث افزایش نقطه تسلیم و خواص مکانیکی در گرما می شود.

آلومینیوم (Al)

یکی از قویترین اکسیژن زداها و نیتروژن زداهاست و بر اساس نتایج بدست آمده تاثیر بسیار زیادی برای مقابله با کرنشهای ناشی از پیری دارد. در ترکیب با نیتروژن تشکیل نیترور سخت می دهد که باعث افزایش مقاومت در برابر پوسته ای شدن می شود به همین دلیل به عنوان عنصری آلیاژی برای مقاومت حرارتی فولادها بکار می رود.

ارسنیک (As)

دامنه فاز گاما را محدود میکند لذا عنصری مخرب شناخته می شود زیرا مانند فسفر میل شدیدی به جداسازی ریزدانه های عناصر مختلف دارد. شکنندگی ناشی از بازپخت را افزایش داده و باعث کاهش شدید چقرمگی و قابلیت جوشکاری میگردد.

نیکل (Ni)

نیکل به عنوان عنصر آلیاژی در فولاد به همراه کروم استفاده می شود. نیکل سختی پذیری فولاد را افزایش می دهد. نیکل خودبه
خود باعث افزایش مقاومت خوردگی می شود.

تنگستن (W)

تنگستن کاربرد زیادی در تولید فولادهای ابزار داشته و اخیرا در تولید فولادهای پرآلیاژ مقاوم در برابر حرارت نیز استفاده می شوند. سختی پذیری را افزایش میدهد و از افت سختی در دماهای بالا که امری رایج در نوک ابزار است جلوگیری می کند.

وانادیوم (V)

باافزودن وانادیم به فولادهای ابزار و آلیاژی سختی پذیری آنها افزایش مییابد. وانادیم به عنوان عنصرآلیاژی در فولادهای کربنی میکروآلیاژی استفاده میشود و تنها به مقدار کمی کافی است تا افزایش قابل توجهی در استحکام فولاد بدست آید.این عناصر به تنهایی و یا به صورت ترکیبی، مقاومت فولاد را بالا می برند.

تیتانیوم (Ti)

در فولادهای ضد زنگ نیز برای از بین بردن اثر مخرب کاربید کروم مورد استفاده قرار می گیرد.

نیوبیم (Nb)

در فولاد های ضد زنگ اثری مشابه تیتانیوم را داشته و به تنهایی و یا به همراه تیتانیوم مورد استفاده قرار میگیرد.

قلع (Sn)

نقطه تسلیم و مقاومت دربرابر کشش فولاد را تغییر نمی دهد ولی در نورد سرد مشکل زا می باشد. زیرا افزایش این عنصر در
فولاد باعث ایجاد ترکیباتی میشود که دمای ذوب آنها پایین می باشد .

سرب (Pb)

باعث کم شدن خاصیت نورد در فولاد میشود.کیفیت سطحی فولاد را کم میکند. به دلیل افزایش خاصیت شکلگیری فولاد، در
فولادهای اتومات بیشتر مورد استفاده می باشد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *