فولاد سمانته از جمله مهمترین گروه های فولاد آلیاژی در صنعت است که با نام سمانتاسیون نیز شناخته می شود. این نوع فولاد در بسیاری از صنایع مانند خودروسازی، ماشین سازی و صنایع پلاستیک کاربرد گسترده ای دارد. برای درک بهتر اهمیت و کاربرد فولاد سمانته، لازم است تا با ساختار، خواص و گریدهای مختلف آن آشنا بود. در ادامه به توضیح دقیق اینکه فولاد سمانته چیست می پردازیم تا شناخت کاملی از ویژگی ها، کاربردها و انواع مختلف آن به دست آورید.
فولاد سمانته نوعی فولاد کم کربن است که درصد کربن آن معمولا بین ۰.۰۷ تا ۰.۲۵ درصد قرار دارد. نکته مهم درباره این فولاد، قابلیت آن برای افزایش سختی سطحی از طریق عملیات حرارتی خاص به نام سمانتاسیون است. در این فرآیند، سطح فولاد با کربن غنی می شود، در حالی که مغز آن نرم و چقرمه باقی می ماند. این ترکیب خاص سختی سطحی و نرمی مغز، از ویژگی اصلی این نوع فولاد به شمار می رود.
عملیات سمانتاسیون در دمای بالا انجام می شود. در این دما، اتم های کربن به سطح فولاد سمانته نفوذ کرده و غلظت کربن سطحی را افزایش می دهند. پس از آن، قطعه در دمای ۷۸۰ تا ۸۲۰ درجه سانتی گراد سخت کاری شده و سپس در دمای ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد تمپر می گردد.
نتیجه این فرآیند، سختی سطحی حداکثر تا ۴۷ راکول سی (HRC) است، در حالی که مغز فولاد همچنان نرم و مقاوم به ضربه باقی می ماند. لازم به ذکر است که در بازار آهن آلات، قیمت آهن و فولادهای خاص مانند سمانته متفاوت از فولادهای معمولی است.
عملیات سمانتاسیون روی فولاد سمانته به این شکل است که قطعه باید تمیز و عاری از آلودگی باشد. در برخی موارد، پیش گرمایش تا دمای حدود ۴۰۰ درجه سانتی گراد انجام می شود تا از شوک حرارتی جلوگیری شود.
سپس در محیطی غنی از کربن قرار می گیرد که این محیط می تواند جامد (پودر زغال و کربنات کلسیم)، مایع (نمک های مذاب) یا گازی (پروپان یا گاز طبیعی) باشد. دمای این مرحله بین ۸۸۰ تا ۹۸۰ درجه سانتی گراد بوده و بسته به عمق نفوذ مورد نیاز، از چند ساعت تا ۳۰ ساعت طول می کشد.
پس از کربن دهی، قطعه در دمای ۷۸۰ تا ۸۲۰ درجه سانتی گراد سخت کاری می شود. این کار معمولا با سرد کردن سریع (کوئنچ) در آب، روغن یا گاز انجام می شود. برای کاهش تنش های داخلی و بهبود چقرمگی، قطعه در دمای ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد تمپر می شود. در نهایت قطعه از نظر سختی سطحی، عمق لایه سخت شده و خواص مکانیکی مورد بررسی قرار می گیرد.
اینکه فولاد سمانته چیست؟ پرسشی است که با بررسی کاربردهای متنوع آن بهتر پاسخ داده می شود. این فولاد به دلیل ترکیب منحصر سختی سطحی و چقرمگی مغز، در صنایع مختلفی استفاده می شود. در صنعت خودروسازی، از این فولاد برای ساخت قطعات مکانیکی مانند چرخ دنده ها، میل لنگ، میل بادامک، اجزای فرمان، کرانویل، پینیون و پین پیستون استفاده می شود.
این قطعات نیاز به سطحی سخت برای مقاومت در برابر سایش و مغزی چقرمه برای مقاومت در برابر ضربه و خستگی دارند. در صنایع ماشین سازی، فولاد سمانتاسیون در ساخت قطعات ماشین آلات صنعتی، غلتک ها، یاتاقان ها، بوش ها و قرقره ها کاربرد داشته و همچنین، در صنایع پلاستیک و ملامین برای ساخت قالب ها با پولیش دهی مناسب استفاده می شود.
فولاد سمانته در صنعت ریسندگی و بافندگی، صنعت حفاری، تولید ابزارهای اندازه گیری و کنترل و قطعات هیدرولیکی نیز کاربردهای گسترده ای دارد. به طور کلی، فولاد سمانتاسیون چیست سوالی است که پاسخ آن به انتخاب مناسب این فولاد در هر جا که نیاز به قطعاتی با سطح سخت و مغز نرم باشد منجر می شود.
فولاد سمانته به چهار گروه اصلی تقسیم می شود. گروه اول، سمانته های ساده (بدون آلیاژ) هستند که برای قطعات با پیچیدگی کم و تنش های مکانیکی محدود استفاده می شوند. این فولادها ارزان ترین نوع سمانته محسوب می شوند و در ساخت پین ها، بوش ها و قطعات عمومی کاربرد دارند.
سمانته های منگنز-کروم دار یا غیر نیکل دار از دیگر انواع فولاد سمانته هستند که مهم ترین نماینده آنها فولاد 1.7131 (16MnCr5) است. این گروه به دلیل قیمت مناسب و خواص مکانیکی قابل قبول، پرکاربردترین فولاد سمانته در صنعت محسوب شده و برای ساخت چرخ دنده های کوچک تا متوسط، اجزای فرمان، میل مرغک ها، پین ها و سنبه ها مناسب هستند.
گروه سوم، سمانته های نیکل-کروم دار مانند 1.5919 و 1.5920 هستند که به دلیل وجود عناصر کروم و نیکل، مقاومت بالایی در برابر فشار، اصطکاک و ضربه داشته و برای ساخت چرخ دنده های بزرگ، میل فرمان، پیستون، میله های هزار خار و قطعات با نیاز به چقرمگی بالا استفاده می شوند.
برای توضیح کاملتر انواع فولاد سمانته، می توان به گروه چهارم اشاره کرد که سمانته های نیکل-کروم-مولیبدن دار مانند 1.6587 و 1.6566 هستند. این نوع علاوه بر مزایای گروه های قبلی، استحکام بیشتری در دماهای بالا داشته و مقاومت به خستگی بهتری نشان می دهند. این دسته برای قطعات تحت تنش های سنگین، دماهای بالا و شرایط کاری دشوار مانند چرخ دنده های صنایع سنگین، توربین ها و قطعات هوافضا کاربرد دارند.
گریدهای مختلف فولاد سمانته با توجه به ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی متفاوت، برای کاربردهای خاصی طراحی شده اند. این گریدها معمولا با استانداردهای مختلفی مانند DIN، AISI و یا شماره مواد شناخته می شوند. جدول زیر برخی از گریدهای پرکاربرد فولاد سمانتاسیون را نشان می دهد:
| گرید | عناصر آلیاژی شاخص | نوع | خواص اصلی |
|---|---|---|---|
| 1.7131 (16MnCr5) | کروم، منگنز | کروم‌دار | مقاومت سایشی بالا، سختی‌پذیری سطحی مناسب |
| 1.7147 (20MnCr5) | کروم، منگنز | کروم‌دار | سختی‌پذیری سطحی بهتر نسبت به 1.7131، مقاومت سایشی بالا |
| 1.5919 (16NiCrMo13) | نیکل، کروم، مولیبدن | نیکل‌دار | چقرمگی بالا، مقاومت به ضربه، مقاومت سایشی |
| 1.5920 (17NiCrMo6-4) | نیکل، کروم، مولیبدن | نیکل‌دار | خواص مکانیکی عالی، مقاومت به سایش و ضربه بالا |
هر گرید فولاد سمانته ترکیب شیمیایی خاصی دارد که خواص مکانیکی آن را تعیین می کند. برای مثال، فولاد ۱.۷۱۳۱ دارای ۰.۱۷ درصد کربن، ۰.۳ درصد سیلیسیم، ۱.۲ درصد منگنز و حدود یک درصد کروم است. انتخاب گرید مناسب به نوع کاربرد، میزان بار وارده، شرایط محیطی، میزان سایش و فشار، و همچنین فرآیندهای تولیدی که قطعه باید تحمل کند، بستگی دارد.
سوالات متداول
بله، فولاد سمانته یکی از پرکاربردترین انواع فولاد در صنعت خودروسازی است. این فولاد به دلیل ترکیب سختی سطحی و چقرمگی مغز، برای ساخت قطعات مختلف خودرو مانند چرخ‌دنده‌ها، میل‌لنگ، میل‌بادامک، اجزای فرمان، کرانویل، پیتیون، پین پیستون و شفت‌ها استفاده می‌شود.
بله در تعریف اینکه فولاد سمانته چیست گفتیم که در برابر خوردگی مقاوم است اما مقاومت فولاد سمانته در برابر خوردگی به ترکیب شیمیایی آن بستگی دارد. فولادهای سمانته معمولی مقاومت متوسطی در برابر خوردگی دارند، اما گریدهایی که حاوی کروم و نیکل بیشتری هستند، مقاومت بهتری در برابر خوردگی نشان می‌دهند.
مرکزآهن، مرجعی تخصصی و به روز برای کسب دانش و اطلاع از آخرین تحولات بازار آهن و فولاد است. با وبلاگ جامع ما، همیشه از آخرین اخبار و اطلاعات این صنعت آگاه باشید.