4.3/5
4رای
این پســت برای شما مفیــد بود ؟
  • 5عالی بود
  • 3خوب بود
  • 2معمولی بود
  • 1بد بود

فولاد یکی از مهمترین فلزات در جهان است. این فلز با داشتن صرفه اقتصادی و قابلیت هماهنگ شدن با همه صنایع از جایگاه ویژه ‌ای در جهان برخوردار شده است. کمتر صنعتی در جهان وجود دارد که با فولاد و محصولات آن سروکار نداشته باشد. فولاد می ‌تواند خواص برخی از عناصر را جذب و ویژگی ‌های چشمگیری پیدا کند که به این نوع فولاد، فولاد آلیاژی گفته می ‌شود. فولاد آلیاژی در صنایعی همچون نفت، پتروشیمی، هواپیما سازی، خودروسازی، کشتی‌ سازی، ساخت قطعات مختلف و غیره کاربرد دارد. در ادامه این مبحث به بررسی این فولاد، انواع و نحوه ساخت آن اشاره خواهد شد.

pdf منظور از فولاد آلیاژی چیست؟

فولاد آلیاژی چیست؟

فولاد آلیاژی چیست؟

فولاد خود یک آلیاژ است که از ترکیب آهن و کربن به وجود می‌ آید. این آلیاژ مهم به دلیل استحکام، مقرون به صرفه‌، ارزان و‌ در دسترس بودن، راحتی در استخراج و تولید بسیار حائز اهمیت و پرکاربرد است. از این جهت فولاد تقریبا در تمامی صنایع دیده می ‌شود. اما چیزی که فولاد را نسبت به بقیه آلیاژها و فلزات منحصر به فردتر کرده امکان ساخت انواع فولاد آلیاژی با اضافه کردن برخی عناصر به آن است. به هنگام تولید فولاد و در مرحله ذوب، عناصر مختلفی را به هدف تولید فولاد با قابلیت ‌های بیشتر اضافه می‌ کنند. مهمترین این عناصر کربن بوده که تعیین کننده میزان سختی و نرمی آن است. به طوریکه هر چقدر میزان کربن بیشتر باشد حالت سختی، شکنندگی و جوش‌ ناپذیری آن نیز افزایش می ‌یابد. از همین رو کربن را به میزان متعادل در فولاد به کار می‌ برند تا جایی که هم فولاد سخت شود و هم خاصیت جوش ‌پذیری مناسبی پیدا کند.

برای تولید فولاد آلیاژی، در کنار کربن از عناصر دیگر نظیر منگنز، بور، وانادیم، کروم، منگنز، سیلیسیم، تنگستن و غیره استفاده می ‌کنند. هر کدام از این عناصر نوع خاصی از فولاد آلیاژی را با قابلیت ‌ها و خواص ویژه به وجود می ‌آورند که در ادامه این مقاله با آنها آشنا خواهید شد. بنابراین فولاد آلیاژی فولادی است که در ترکیب خود علاوه بر کربن یک یا چند تا از عناصر فوق الذکر را داشته باشد.

آنالیز انواع فولاد های آلیاژی

انواع فولاد آلیاژی به طور کل در دو دسته فولاد کم آلیاژ و فولاد پر آلیاژ قرار دارند. فولاد کم آلیاژ به آن نوع از فولاد آلیاژی اطلاق می ‌شود که کمتر از ۸ درصد عناصر آلیاژی در محتوای خود داشته باشند. فولاد پر آلیاژ برخلاف دسته قبلی بیشتر از ۸ درصد عناصر آلیاژی در آنها وجود دارد. فولاد ضد زنگ در همین دسته فولاد پر آلیاژ قرار می ‌گیرد. فولادهای آلیاژی کم نیستند ولی در اینجا هفت تا از بهترین‌ های این فولاد را بررسی می‌ کنیم.

  • فولاد آلیاژی کروم ‌دار

این نوع فولاد آلیاژی در کنار کربن و برخی عناصر دیگر دارای درصد قابل توجهی عنصر کروم است. این عنصر درون آهن ذوب شده و گداخته، ریخته می ‌شود و در مجاورت کربن تبدیل به کربور ساده و مضاعف از آهن و کربن می‌ گردد. عنصر کروم خاصیت بی‌ نظیر ضد زنگ ‌زدگی را به این فولاد آلیاژی می ‌دهد. هر چقدر درصد کروم بیشتر باشد این خاصیت ضد خورندگی و ضد زنگ در فولاد آلیاژی افرایش می ‌یابد. روش مقاومت فولاد آلیاژی کروم ‌دار به خوردگی به این صورت است که وقتی این آلیاژ در مجاورت اکسیژن قرار بگیرد، عنصر کروم اولین ماده ‌ای است که اکسید می ‌شود و این اکسید شدن منجر به تولید لایه ‌ای می ‌شود که بقیه قسمت‌ های آلیاژ را از خوردگی محافظت می ‌کند.

فولاد آلیاژی کروم ‌دار

در کل، اضافه کردن عنصر کروم به فولاد آلیاژی باعث افزایش مقاومت آن به خوردگی و مواد اسیدی و قلیایی می ‌شود ولی همین عنصر خاصیت تورق و مفتول شدن را در آلیاژ کاهش می ‌دهد بنابراین فولاد آلیاژی کروم ‌دار برای چنین مصارفی مناسب نخواهد بود. از نمونه‌ های فولاد آلیاژی کروم ‌دار میتوان به فولاد ابزار مدل D2 و فولاد ضد زنگ ۳۰۴ و ۳۱۶ اشاره کرد.

  • فولاد آلیاژی وانادیوم ‌دار

وانادیوم یکی از عناصری است که به فولاد ویژگی ‌های خاصی اضافه می‌ کند. این عنصر به آهن گداخته اضافه می ‌شود و کاربیدهای آن شروع به دانه سازی می‌ کنند. این کار به دانه ‌های فولاد اجازه بزرگ شدن نداده و آنها را کنترل می‌ کند. فولاد آلیاژی وانادیوم‌ دار دارای بافتی ریزدانه و ظریف است و شکل‌ پذیری خوبی دارد. در برخی فولاد‌های آلیاژی که میزان وانادیوم ۰.۱۵ الی ۰.۲ درصد است، کاربیدهای این عنصر در کنار کنترل اندازه دانه ‌ها به استحکام و سختی فولاد می ‌افزایند. این نوع فولاد آلیاژی برای ساخت میل ‌لنگ، قطعات لوکوموتیو و غیره مورد استفاده قرار می‌ گیرد. از نمونه‌ های فولاد آلیاژی وانادیوم ‌دار میتوان به فولاد vg10 و M390 اشاره کرد که برای ساخت تیغه کاربرد دارند. همچنین فولادهای آلیاژی A3 ، A9 و 01 دارای مقادیر قابل توجهی عنصر وانادیوم در محتوای خود هستند.

  • فولاد آلیاژی تنگستن‌ دار

وقتی که فولاد کربن‌ دار ساده با تنگستن ادغام شود، نوعی فولاد آلیاژی تولید می‌ شود که خاصیت قابل توجهی پیدا می ‌کند. این فولاد آلیاژی سختی بسیار بالا و برندگی زیاد دارد و برای ساخت انواع تیغه و مته، ابزار برنده، قلم تراش و غیره بهره گرفته می‌ شود. تنگستن باعث ثبات ترکیب شیمیایی فولاد پرکربن شده و به همین جهت برای ساخت آهنربا از آن بهره می ‌گیرند. آهنرباهایی که با فولاد آلیاژی تنگستن‌ دار ساخته می ‌شوند هیچ وقت خاصیت آهنربایی خود را از دست نمی‌ دهند.

  • فولاد آلیاژی منگنزدار

منگنز یکی دیگر از عناصری است که اضافه کردن آن به فولاد به آن خواص ویژه ‌ای می‌ بخشد. این عنصر وقتی به فولاد افزوده شود مانع تشکیل ذرات آستنیت Austenite شده و شکل ‌پذیری فولاد را بیشتر می‌ کند. گاهی نیاز است که برای افزایش سختی و استحکام فولاد عملیات حرارتی به نام کوئینچ کردن روی آن اعمال شود. این فرآیند باید در یک بازه زمانی مشخص صورت بگیرد و اگر این فرآیند زودتر یا دیرتر از آن بازه زمانی انجام شود باعث بی ‌ثباتی فولاد می ‌گردد. در اینجا با اضافه کردن عنصر منگنز فرایند کوئینچ کردن بدون اینکه زمان روی آن تاثیر بگذارد به خوبی اجرا شده و ضمن اینکه فولاد آلیاژی مستحکم می‌ شود، فرم ‌پذیری خوبی هم پیدا می ‌کند. نمونه ‌ای از فولاد آلیاژی منگنزدار فولاد ابزار O2، فولاد A10 و A4 است که حاوی مقادیر زیادی منگنز هستند. البته نوعی فولاد ضد زنگ با نام فولاد ۲۰۱ نیز وجود دارد که باز هم مقدار زیادی منگنز در محتوای خود دارا است.

  • فولاد آلیاژی کبالت ‌دار

عنصر کبالت در فولاد باعث می ‌شود که ذرات آستنیت در آن شکل نگیرند و در نتیجه سختی فولاد حتی در دماهای بسیار بالا و بحرانی تغییر نکند. معمولا برای اینکه سختی و استحکام فولاد کبالت ‌دار بیشتر شود مقداری تنگستن هم به آن اضافه می ‌کنند. از فولاد آلیاژی کبالت ‌دار برای ساخت ابزار تندبر HSS بهره می ‌گیرند.

  • فولاد آلیاژی نیکل ‌دار

نیکل عنصری بسیار مهم در بحث آلیاژسازی فولاد است. این عنصر باعث افزایش نیروی کششی و سختی فولاد شده و در عین حال منجر به کاهش خاصیت شکل ‌پذیری آن نمی ‌شود. معمولا نیکل تا سطح ۳۵درصد به فولاد اضافه می ‌شود و وجود آن در این مقدار خواص فوق ‌العاده و مضاعف به فولاد می ‌دهد. یکی از مهمترین ویژگی ‌های فولاد آلیاژی نیکل ‌دار افزایش مقاومت فولاد در برابر زنگ ‌زدگی و خوردگی است. چیزی که در این میان راجع به فولاد آلیاژی قابل توجه است امکان ادغام چند عنصر همزمان با هم است. به عنوان مثال اگر به فولاد آلیاژی نیکل ‌دار کروم هم اضافه شود، خواص فولاد تا چندین برابر افزایش پیدا می ‌کند. از ویژگی‌ های این نوع فولاد آلیاژی نیکل ‌دار میتوان به قابلیت مفتول شدن و تورق، خاصیت ارتجاعی، افزایش نیروی کششی، سختی بالا، شکل‌ پذیری مناسب و از همه مهمتر افزایش مقاومت در برابر فرسودگی و تباه شدن اشاره کرد. نمونه فولاد های آلیاژی که میتوان از آن ‌ها در اینجا یاد کرد شامل فولاد 25XX و 23XX هستند. در کنار این موارد باید گفت که همه فولادهای ضدزنگ آستینیتی در دسته فولاد آلیاژی نیکل ‌دار قرار دارند.

تفاوت فولاد آلیاژی و فولاد غیر آلیاژی

  • فولاد آلیاژی مولیبیدن‌ دار

مولیبیدن عنصری است که به راحتی هم در آهن آلفا و هم در آهن گاما قابل حل شدن است. این عنصر بلافاصله بعد از حل شدن در آهن باعث آزاد شدن کربورهای مرکب و مضاعف می ‌شود. این کربورها می‌ توانند fe3cmoc2، fe3mo6c2، Mo2c یکی از این ترکیبات مولکولی باشند. برحسب میزان درصد مولیبیدن در فولاد این کربورها تولید و ساختمان مولکولی فولاد را تغییر می ‌دهند. عنصر مولیبیدن می ‌تواند خواصی همچون مقاومت به خوردگی، نیروی کششی و چقرمگی فولاد را چندین برابر افزایش دهد. شایان ذکر است که میزان مولیبیدن در فولاد بین ۰.۲۵ الی ۰.۵ درصد متغیر است و وجود آن مقاومت فولاد را به سایش افزایش می ‌دهد بنابراین برای ساخت انواع ابزار مربوط به ماشین ‌آلات مورد استفاده قرار می ‌گیرد. مهمترین نمونه فولاد آلیاژی مولیبیدن‌ دار میتوان به فولاد ابزار نوع A اشاره کرد.

تفاوت فولاد آلیاژی و فولاد غیر آلیاژی

حالا که انواع فولادهای آلیاژی معرفی شدند و درک بهتری راجع به آنها به وجود آمد بهتر است که تفاوت‌ های مهم فولاد آلیاژی را با نوع غیرآلیاژی بررسی کنیم. مبنای مقایسه این دو فولاد سه چیز است:

میزان کربن: بررسی میزان کربن یکی از راه ‌های تشخیص فولاد آلیاژی از غیرآلیاژی است. فولاد غیرآلیاژی حدود فقط یک درصد کربن دارد و بسیار انعطاف ‌پذیر و شکل ‌پذیر است. در حالیکه فولاد آلیاژی میزان خیلی بیشتری و تا حدود ۲۵ درصد کربن را میتواند داشته باشد. هر چقدر میزان کربن بیشتر باشد سختی فولاد و البته شکنندگی آن بیشتر و به همان اندازه هم از حالت شکل پذیری آن کاسته می ‌شود که این مشکل با اضافه کردن عناصری همچون منگنز و نیکل رفع می ‌شود.

نحوه ذوب: فولاد آلیاژی در هنگام ذوب کردن با عناصر دیگری ترکیب می ‌شود تا خواص آن بهتر شود. فولاد غیرآلیاژی به غیر از درصد ناچیز کربن با هیچ عنصر دیگری ترکیب نمی ‌شود.

خوردگی: فولاد غیرآلیاژی به دلیل درصد خلوص بالای آهن به راحتی با اکسیژن محیط  واکنش داده و اکسید می ‌شود. فولاد آلیاژی دارای عناصری است که مقاومت فولاد را به خوردگی و زنگ ‌زدگی افزایش می‌ دهد. به همین سبب است که فولاد آلیاژی در جهان طرفداران بیشتری نسبت به فولاد غیرآلیاژی دارد و ضمن اینکه کاربردهای فولاد آلیاژی بسیار گسترده و جهانی هستند. یک مثال بارز از فولاد آلیاژی فولاد ضد زنگ است که در صنایع مختلف از قبیل ساخت لوله ‌های مخصوص انتقال مایعات و یا لوله‌ های کارگزاری شده در زیر آب کاربرد دارد.

نمونه فولاد غیرآلیاژی که بسیار هم شناخته شده است چدن نام دارد. چدن در ساخت انواع ظروف آشپزخانه کاربرد دارد زیرا ضمن نگهداری حرارت و انتقال آن به صورت یکسان، عمر طولانی ‌تری نسبت به انواع ظروف آشپزخانه دارد. ضمن اینکه این فولاد غیرآلیاژی به دلیل نداشتن عناصر مختلف که می ‌توانند برای بدن مضر باشند باعث سالم پخته شدن غذا هم می ‌شود.

کاربرد فولاد آلیاژی

کاربرد فولاد آلیاژی

فولاد آلیاژی به دلیل داشتن ویژگی‌ های همچون سختی، چقرمگی، مقاومت به سایش و خوردگی، شکل ‌پذیری و غیره برای ساخت موتور جت، پره ‌های توربین، رآکتورهای هسته ‌ای، فضاپیماها مورد استفاده قرار می ‌گیرد. لازم به ذکر است که فولادهای آلیاژی پاسخ های مختلفی در محیط‌ های مغناطیسی می‌ دهند و از این جهت برای ساخت موتورهای الکتریکی و مبدل‌ ها کاربرد دارند.

جمع ‌بندی

کار صنایع بدون فولاد و محصولات فولادی لنگ میماند و عملا کل جهان از حرکت باز می ‌ایستد. فولاد آلیاژی نیز به عنوان جزئی از کل، پاسخگوی نیازهای بسیاری از صنایع است زیرا در کنار ویژگی ‌های آهن، ویژگی‌ های عناصر مختلف را نیز دارد و لذا میتوان از آن در همه صنایع بهره برد. فقط باید به این نکته دقت کرد که هر فولاد آلیاژی را نمیتوان برای هر صنعتی به‌ کار گرفت. صنایع مختلف با توجه به نوع نیاز خود فولاد آلیاژی مناسب را انتخاب و استفاده می ‌کنند.

4.3/5
4رای
این پســت برای شما مفیــد بود ؟
  • 5عالی بود
  • 3خوب بود
  • 2معمولی بود
  • 1بد بود
پیشنهاد می کنیم مطالعه کنید
0

سوالات و نظرات کاربران

نمایش موافق ترین ها
0

سوالات و نظرات کاربران

اختیاری

اشتراک گذاری

تماس 03135155000 03135156000 0