فولاد چیست؟

فولاد چیست ؟
آلیاژهای آهن – کربن به همراه مقادیر جزیی از برخی عناصر دیگر مانند منگنز، سیلیسیوم و … ، (Steel) فولاد
بوده که درصد کربن آنها می تواند بین 0.025 تا 2 متغیر باشد. این گروه از مواد، به علت داشتن خواص
متالورژیکی مناسب، کاربردهای بسیاری در صنعت دارند.
آهن خالص بسیار نرم بوده و مورد استفاده صنعتی زیادی ندارد و افزودن عناصر آلیاژی به آهن می تواند موجب
بهبود خواص مکانیکی آن می شود. در میان عناصر، کربن مهمترین عنصریست که روی خواص مکانیکی آهن
تاثیر مثبت داشته و در بسیاری موارد تعیین کننده خواص مکانیکی در آلیاژهای آهن می باشد.
فولادها ، آلیاژهای آهن- کربنی هستند که میزان کربن آنها از 0.025 تا 2 درصد می تواند متغیر باشد و نیز
علاوه بر کربن حاوی درصدی از برخی عناصر آلیاژی دیگر هم هستند.
فولاد پر مصرف ترین فلز صنعتی است و مصرفش پیوسته افزایش مییابد. امروزه تولید فولاد جهان نزدیک به هزار
و سیصد میلیون تن در سال است. گفته میشود فولاد سازی از هندوستان به ایران آمده است، زیرا در دوران
باستان، فولاد هندی بنام بوده است. فولاد چند جوشی است. برای ساختن فولاد، کربن آهن خا م سفید را
۱ وزنش کاهش یابد، عنصرهای دیگر را در آن اندازه میکنند تا فولاد ٪/ ۰ تا ۵ / ۳ تا ٪ ۶ به ۲ / میسوزانند، تا از ۵
خواسته شده ساخته شود .
فولادهای آلیاژی غالبا با فلزهای دیگری نیز همراهند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی
انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.
آشنایی با انواع فولاد ها
در اکثر کاربرد های مهندسی ، فولاد سهم بسزایی دارد.یکی از دلایل کاربرد وسیع فولاد ها ، تحمل نیروهای بسیار
سنگین و توانایی انتقال نیروهاست.
روشهای طبقه بندی فولاد ها:
براساس ترکیب شیمیایی به گروه های زیر تقسیم می گردند :
الف ( فولاد های ساده کربنی:
فولاد های هستند که عنصر اصلی تشکیل دهنده آنها کربن است.
2
فولاد های ساده کربنی به سه گروه تقسیم می شوند :

  • فولاد های کم کربن )حداکثر 25 /. کربن (
  • فولاد های کربن متوسط ) 5 -./ 25 /. کربن (
  • فولاد های پرکربن )بیش از 55 /. کربن (
    ب( فولاد های کم آلیاژ :
    فولاد های هستند که مجموع مقادیر عناصر آلیاژی درآن حداکثر 5 درصد است .
    پ( فولاد پرآلیاژ :
    مجموع عناصرآلیاژی در این فولادها بیش از 5 درصد می باشد .
    در صد کربن در فولادهای کم آلیاژی و پرآلیاژی 9 / 1 – 1 /. می باشد .
    بر اساس کاربرد و روشهای عملیات حرارتی فولاد به انواع زیر تقسیم می شود :
    فولاد های سمانتاسیون – عملیات حرارتی شونده – نیتروره – بلبرینگ – زنگ نزن و …
    گروه یک : فولادهای سمانتاسیون
    درصد کربن این فولادها پایین و حداکثر 3 /.است.این فولادها علاوه بر کربن عناصر آلیاژی دیگرنظیر: منگنز،
    سیلیسیم ، کرُم ، مولیبدن و نیکل دارا می باشند و تحت عملیات حرارتی کربن دهی تولید می شوند . به دلیل
    درصد پایین کربن بعد از عملیات حرارتی سخت کاری سختی بالایی نخواهند داشت.اگر سطح فولاد با عملیات
    کربن دهی پرکربن شود سختی سطح بالا می رود .حداکثر نفوذ کربن 2 میلیمتر زیر سطح خواهد بود. فولادهای
    سمانته سطحی سخت و مغزی نرم و چقرمه و مقاومت به سایش بالایی خواهند داشت و در عین حال مقاومت به
    ضربه بالایی نیز دارند .
    گروه دوم : فولادهای عملیات حرارتی پذیر
    درصد کربن این فولادها بیش از 3 /. است پس در نتیجه عملیات حرارتی در روغن یا آب به خوبی سخت می شوند
    . برای اصلاح و بهبود خواص مکانیکی در این فولادها مقداری عناصر آلیاژی به آنها اضافه می شود . این فولادها
    تا مغز سخت می شوند )مخصوصا قطعاتی که نازک بوده و نیز در آب سرد می شوند .(
    3
    پس از عملیات حرارتی بایستی بلافاصله تمپر شوند تا از ترک خوردن احتمالی آنها جلوگیری شود.این فولادها به
    دودسته آلیاژی و کربنی تقسیم می شوند . فولادهای ساده کربنی فولادهایی هستند که مقادیر کمی از عناصر
    آلیاژی مانند منگنز )حداکثر 9 /.(به آنها اظافه می شود.دراثرعملیات حرارتی مغز قطعه ساخته شده از این فولاد
    چندان سخت نمی شود .
    دلایل کلی افزودن عناصر آلیاژی به فولادها عبارتند از :
    1- افزایش سختی پذیری
    2- افزایش استحکام قطعه در دماهای بالا و پایین
    3- افزایش مقاومت به سایش
    4- افزایش خواص مغناطیسی
    5- افزایش انرژی لازم برای شکستن قطعه
    گروه سوم : فولادهای فنر
    وقتی یک قطعه تحت نیروهای خارجی قرار می گیرد قبل از شکستن دو نوع تغییر شکل از خود نشان می دهد .
    1- تغییر شکل الاستیک )کشسان(
    تحت این شرایط چنانچه نیرو از روی جسم برداشته شود جسم به حالت اولیه خود باز می گردد .
    2- تغییر شکل پلاستیک )مومسان(
    تحت این شرایط اگر نیرو از روی جسم برداشته شود جسم به ابعاد اولیه خود باز نمی گردد.فنرها اجسامی هستند
    که در اثر اعمال نیرو و بعد از برداشتن آن ، دوباره به شکل و ابعاد اولیه خود باز می گردند . به دلیل بالا بودن
    نیروها و تغییر شکلهایی که به فنرهای مورد استفاده در صنعت وارد می شود لازم است که حد الاستیک قطعه را
    بالا برد یعنی فولاد تحت تنشهای بالا 21000 (kg/mm2 ) بتواند از خود تغییر شکل الاستیک نشان دهد از
    طرفی فنر ها تحت نیروهای متغیر می باشند و بنابراین فولاد مورد نیاز برای این قطعات باید از مقاومت به خستگی
    بالایی برخوردار باشد در نتیجه برای ساخت فنرها از فولادهایی استفاده می شود که دارای مقادیر مناسبی از
    سیلیسیم ، منگنز ، کرُم ، وانادیم و مولیبدن باشند.فولادهایی که در برابر حرارت مقاوم باشند حاوی کرُم ، وانادیم
    و تنگستن هستند . فولادهای مقاوم در برابر خوردگی حاوی کرم ، نیکل و مولیبدن )فولادهای زنگ نزن ( هستند .
    4
    گروه چهارم :فولادهای خوش تراش
    مقدار گوگرد در فولاد باید پایین باشد چون فولاد در حین عملیات آهنگری )فورج ( و نورد گرم از خود رفتار تردی
    نشان می دهد و قطعه کار ترک می خورد با وجود این در مواردی که لازم است قابلیت ماشین کاری فولاد افزایش
    یابد و به جای براده های طویل براده های کوتاه تشکیل شود تا حد معیتی به فولاد ) 35 -./ 08 /.(گوگرد اضافه می
    کنند .
    برای افزایش قابلیت ماشین کاری فولاد می توان از فولادهای سرب دار و فسفردارنیز همرا ه با گوگرد ) 2 -./ 15 )./
    استفاده کرد .
    فولادهای خوش تراش برای عملیات آهنگری و نورد گرم که در دمای بالا انجام می گیرد مناسب نمی باشد . فسفر
    نیز اگر مقدارش بیش از 2 /. باشد مقاومت ضربه فولاد کاهش می یابد .به طور کلی کاهش هزینه ماشین کاری در
    استفاده از فولادهای خوش تراش ممکن است به دلایل زیر باشد :
    1- عمر طولانی ابزار به دلیل اصطکاک پایین
    2- سرعتهای برش بالا
    3 – قدرت مورد نیاز پایین
    4 – دقت بالا در قطعات ماشین کاری شده
    5- سطح صاف قطعات بعد ازماشین کاری از عملیات بعدی جلوگیری می کند
    6- حداقل dressing ابزار به علت سایش بسیار پایین .
    گروه پنجم: فولادهای بلبرینگ و رولبرینگ
    بلبرینگها و رولبرینگها قطعاتی هستند که تحت سایش و نیروهای فشاری شدیدی قرار دارند لذا بایستی از
    فولادهای ساخته شوند که ضمن داشتن مقاومت به سایش بالا ، در اثر نیروهای فشاری نیز لهیده نشوند.فولادهای
    مناسب برای این منظور بایستی حاوی کربن بالا )حدود یک درصد( و کرُم نسبتا بالا )حدود 5 / 1 درصد ( باشند
    که پس از عملیات حرارتی سختی آنها تا 64 HRC افزایش یابد .
    گروه ششم : فولادهای نیتروراسیون
    با انجام عملیات حرارتی نیتروراسیون بر روی فولادها ، نیتروژن )ازت ( در سطح فولاد نفوذ داده می شود این
    عملیات در یک محیط حاوی نیتروژن در دمای 580 – 480 درجه سانتیگراد بر روی فولادهای خاصی که در زیر
    5
    به آنها اشاره خواهد شد انجام می شود.برای انجام این عملیات قطعات ابتدا عملیات حرارتی ، تمپر و در صورت
    نیاز ماشین کاری می شوند.همچنین بعد از عملیات لازم نیست که قطعه از دمای بالا در محیطهای سرد کننده
    قوی مانند آب یا روغن سرد شود لذا خطر ترک خوردن قطعه نیز کم خواهد بود. از مزایای دیگر آن می توان به
    ارزان بودن و عدم تغییر ساختار کریستالی اشاره کرد.سختی حاصله در این عملیات نسبت به سختی حاصل از
    سمانتاسیون بیشتر و نفوذ آن کمتر است. فولادهای حاوی آلومینیوم مهمترین نوع فولادهای نیتروره شونده
    هستند.ازاین دسته فولادها می توان به فولادهای ابزار گرم اشاره کرد .
    گروه هفتم:فولادهای زنگ نزن
    این فولادها در مواردی که نیاز به مقاومت به خوردگی بالا باشد مورد استفاده قرار می گیرند . عامل اصلی مقاومت
    به خوردگی این فولادها ، کرُم است . کرُم در مقادیرنسبتا کم ) 1 /.( موجب مقاوم شدن فولاد درمقابل خوردگی
    می شود . میزان کرُم در فولادهای زنگ نزن بیش از 10 درصد است.هر فولادی که درصد کرن آن زیاد است در
    برابر خوردگی مقاوم نیست . پس فولادهای زنگ نزن حاوی مقادیر کم کرین هستند .برای بهبود سایر خواص
    فولادهای زنگ نزن به این فولادها نیکل ،مولیبدن و آلومینیوم اضافه می کنند .
    فولادهای زنگ نزن به 4 دسته تقسیم می شوند :
    1- فولادهای زنگ نزن آستنیتی
    2- فولادهای زنگ نزن فریتی
    3- فولاهای زنگ نزن مارنزیتی
    4- فولادهای زنگ نزن سختی رسوبی شونده
    1 – فولادهای زنگ نزن آستنیتی)نگیر(
    درصد کرم این فولادها ) 26-16 (و درصد نیکل ) 20-6 (است . این مقدار نیکل موجب می شود که فولاد حاصل
    غیر مغناطیسی )نگیر( شود. در برخی از فولادهای این گروه منگنز جانشین نیکل می شود و این فولادها عملیات
    حرارتی پذیر نیستند. تنها عملیات حرارتی که بر روی این فولادها انجام می گیرد عملیات حرارتی تنش گیری و
    آنیل کامل است . این گروه در میان سایر گروههای فولادهای زنگ نزن مقاومت به خوردگی بالاتری دارد و در
    بسیاری از محیطهای خورنده غیر فعال است .
    2 – فولادهای زنگ نزن فریتی )بگیر(
    6
    این فولادها کم کربن ) 1 /.( و حاوی 10 الی 27 درصد کرُم هستند. این فولادها نیز عملیات حرارتی نمی شوند.این
    فولادها مغناطیس شونده )بگیر ( هستند و تنها عملیات حرارتی که بر روی این فولادها انجام می گیرد عملیات
    آنیل است . مقاومت به خوردگی این فولادها نسبت به گروه آستنیتی کمتر و نسبت به گروه مارتنزیتی بیشتر
    است .
    3 -فولادهای زنگ نزن ماتنزیتی ) بگیر(
    مقدار کربن این گروه 4 -./ 1 /.درصد و حاوی 14 – 11 درصد کرُم هستند. این فولادها بعلت داشتن کربن نسبتا زیاد
    می توانند همانند سایر فولادهای کربنی و آلیاژی سخت شونداما درجه سخت کاری این فولادها بالا تر است.دراین
    فولادها لزوما با افزایش کرُم مقاومت به خوردگی افزایش نمی یابد زیرا همانطوری که می دانیم میل ترکیبی کربن
    با کرُم زیاد است و کاربیدهای درشت کرُم خود ممکن است منبع خورندگی باشد به همین دلیل مقاومت به
    خورندگی با افزایش زیاد کرم ممکن است کاهش یابد .
    4 – فولادهای زنگ نزن سختی رسوبی شونده
    سختی این فولادها را می توان با عملیات حرارتی تا 42 HRC افزایش داد.اما روش سخت کاری این فولادها
    متفاوت با سایر فولادها بوده و اساسا شبیه سخت کاری آلیاژهای غیر آهنی است.
    اطلاعات اولیه
    محصول کوره ذوب آهن ، چدن است که معمولا دارای ناخالصی کربن و مقادیر جزئی ناخالصیهای دیگر است که
    به نوع سنگ معدن و ناخالصیهای همراه آن و همچنین به چگونگی کار کوره بلند ذوب آهن بستگی دارد. از
    آنجایی که مصرف عمده آهن در صنعت بصورت فولاد است، از این رو ، باید به روش مناسب چدن را به فولاد
    تبدیل کرد که در این عمل ناخالصیهای کربن و دیگر ناخالصیها به مقدار ممکن کاهش یابند
0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

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