پاورپوینت فولاد های کم آلیاژ

***2

مقدمه

نزدیک به یکصد سال پیش نخستین محصول فولاد در ایالات متحده بوسیله کنورتوربسم ربدست آمد. این کنورتور وسیله ای بود که در آن هوا بدرون آهن خام( مذاب) پرکربن دمیده می شد وناخالصی ها اکسیده می شدند. این دستگاه بوسیله هنری بسمر توسعه پیدا کرد ونخستین باردرسال1864درمیشیگان مورد بهره برداری قرارگرفت .

درایام مستعمراتی سابق از کوره های بلند کوچک برای تولید آهن استفاده می کردند. مقدار بسیارکمی فولاد که تولید می شداحتمالا به روش قدیمی حرارت دادن آهن دراتش کک ساخته می شد که دراین روش آهنی از کک به اندازه کافی کربن جذب می کرد وبه فولاد تبدیل می شد.سپس فولاد را به شکل موردنظر چکش کاری کرده ومورداستفاده قرار می گرفت.

با این که درقرن گذشته فولاد تحول بزرگی راداشته است. قرن حاضر نوید ترقی وپیشرفت مهمی درصنعت فولاد را می دهد. فولادها در شرایطی مانند درجه حرارت بالا، مقاومت زیادومحیط گرم مصرف می شود. تحول صنعت فولادسازی براساس کیفیت بالاتر، تولید بیشتروهزینه کمتراستواراست

***3  فولادهای کم آلیاژ

هدفهای آلیاژکاری

فولادهای کم آلیاژ را می توان بعنوان آلیاژهای کربنی در نظر گرفت که عناصری برای بهبود خواص ویژه به آنها افزوده شده اند. برای فولادهای کم آلیاژ ، درصد کل عناصر آلیاژ دهنده معمولاً از حدود 5 درصد تجاوز نمی کند. فولاد کربنی مقادیر ناچیزی سیلیسیم، منگنز، گوگرد، و فسفر دارد که رفع آنها در جریان عمل فولاد سازی مشکل است. با وجود ، ( مگر این که این عناصر بیش از مقادیر معمول موجود در فولاد کربنی افزوده شوند) این فولاد یک فولاد آلیاژی محسوب نمی شود.

فرض می کنیم که کربن مهمترین عنصر در هر دو فولاد کربنی یا آلیاژی باشد. همانطور که سختی فولادی بوسیله ماشینهای سختی سنج استاندارد اندازه گیری می شود، مقدار کربن نیز سختی هر فولاد را تعیین می کند.

به عبارت دیگر، سختی هر فولاد بویژه مقدار کربن و عملیات حرارتی آن ( صرفنظر از مقدار عناصر آلیاژ دهنده موجود در فولاد) بستگی دارد. سختی  C 67 HRتقریباً بیشترین سختی است که هر فولاد کربنی ساده یا فولاد آلیاژی قابل استفاده می شود. اگر چه، بیشترین سختی فولاد بطور عمده با افزودن عناصر آلیاژ کاری ممکن افزایش پیدا نکند، خواصی نظیر قابلیت تورق، خواص مغناطیسی، قابلیت ماشینکاری، سختی پذیری ، و غیره ممکن است تغییرات بسیار فاحشی حاصل کنند

***4

بطور کلی، سخت کردن فولاد های آلیاژی  از فولاد های کربنی ساده آسانتر است و بعلت سهولت سخت کردن و به سبب یکنواختی زیادتر از هر عمل حرارتی، انتخاب فولادهای آلیاژی اغلب برای هر کاری به فولاد کربنی ساده اولویت دارد. برخی از دلایل انتخاب فولادهای آلیاژی به شرح ذیل است:

1) افزایش سخت پذیری

2) کاهش خطرات ترک برداشتن

3) بهبود استقامت و سفتی در درجه حرارتهای زیاد و کم

4) مقاومت به رشد دانه ای در درجه حرارت های بالا

5) بهبود مقاومت به سایشی، خوردگی و گرمائی

6) بهبود خواص مغناطیسی

7) بهبود خواص خستگی

در فولاد های آلیاژی بعلت این که تعداد بیشتری از عناصر باید در حدود مشخصی نکهداشته شوند، این فولادها تا حدی مشکل تر از فولادهای کربنی تولید می شوند و بنابراین گرانتر هستند. ارزش کامل فولادهای آلیاژی همانطور که بوسیله هزینه بالاتر نشان داده شده، معمولاً بوسیله انجام عمل حرارتی روی آنها بدست می آید

***5

اثر عناصر آلیاژ ساز

وقتی عناصر آلیاژ ساز اضافه می شوند، ممکن است به یکی از طرق زیر ترکیب شوند:

1- با فریت یک محلول جامد تشکیل دهند

2- با کربن ترکیب شوند و تشکیل کاربید دهند

3- بوسیله تشکیل اکسیدها، فولاد را اکسیژن زدایی کنند.

4- بصورت ترکیب نشده در فولاد باقی بمانند

عناصر آلیاژ ساز نظیر نیکل، مس ، و سیلیسیم با آهن در تمام دماها ترکیب می شوند و تشکیل محلول جامد را می دهند. حلالیت جامد در فصل 5 مورد بررسی قرار گرفت و عموماً در عناصری از بیشترین مقدار برخوردار است که اندازه اتم آنها با اندازه اتم های آهن زیاد فرق نکند و نیز دارای ساختمان با وجوه مرکزداری باشند.

 محلول جامد تشکیل دهنده عناصر ساختمان شبکه ای آهن را تغییر شکل می دهد و در نتیجه فریت را مستحکم می کند و استحکام کششی و سختی فولاد را زیاد می کند.

پیداست که افزایش چند عنصر آلیاژ ساز بصورت درصدهای کوچک مؤثرتر از مقادیر بزرگ یک یا چند عنصر آلیاژ ساز است. تأثیر عناصر آلیاژی در مستحکم سازی آهن به ترتیب نزولی کروم، تنگستن، وانادیم ، مولیبیدن ، نیکل ، منگنز ، و سیلیسیم می باشد.این اثر براساس افزایش وزنی مساوی استوار است.

عناصر آلیاژ ساز نظیر کروم، تنگستن، وانادیم ، ، تیتانیم ، منگنز ، و مولیبدن با سمنتیت فولاد ترکیب می شوند و هر دو کاربید ساده و کمپلکس را با آهن و کربن تشکیل می دهند.

***6

. بطور کلی اثر عناصر آلیاژ دهنده روی خواص فیزیکی و نتیجه عملیاُت حرارتی بقرار زیر است:

آلومینیم     Aluminum

بعلت میل ترکیبی زیاد آلومینیم با اکسیژن اغلب از این عنصر بعنوان یک احیا کننده ( اکسیژن گیر) در فولاد سازی استفاده می شود. آلومینیم ریزی اندازه دانه اوستنیتی را افزایش می دهد و اگر به مقادیر تقریباً 1 درصد موجود باشد، فعالیت عمل ازت دادن زیاد می کند.

بر      Boron

بر یک عنصر فراوان، غیر فلز و سخت با یک نقطه ذوب بیش از 4000 درجه فارنهایت است که در فولاد به منظور افزایش سختی پذیری بکار می رود. وقتی که بر فقط به اندازه چند هزارم درصد اضافه می شود، این عنصر سختی پذیری سایر عناصر موجود در فولاد را تشدید می کند. وقتی که میزان کربن فولاد زیاد می ود تأثیر بر کاهش می یابد. وقتی مقدار کربن بیش از 60/0 درصد است استفاده از عنصر بر شایسته نیست.

کرومChromium   

کروم قابلیت سخت شدن را زیاد می کند، مقاومت به سایش و فرسایش را بهبود می بخشد و موجب تسریع عمل کربوریزه کردن می شود. کروم مخصوصاً در فولادهایی که در معرض هوا سخت شده اند، جهت بهبود سختی پذیری آنها مصرف زیادی دارد. وجود کروم یک عاکل حیاتی در توسعه هر دو نوع فولادهای مقاوم گرمائی و مقاوم خوردگی بشمار می رود.

***7

کبالت     Cobalt

کبالت افزوده شده به فولاد، سختی فریت را زیاد می کند ولی قابلیت سخت شدن را کاهش داده و سختی سرخ فولاد را فراهم می نماید و مقاومت به نرم شدن آنرا در درجه حرارتهای بالا زیاد می کند.

مس      Copper

مس (%50/0-20/0) بعنوان یک عنصر آلیاژ دهنده در فولاد برای افزایش مقاومت به خوردگی جوی و بعنوان یک عامل تقریبی بکار می رود. نتیجه شده است که غالباً رنگ بر روی این فولادها بیش از انواع یاتاقانهای بدون مس دوام می آورد.

سرب    Lead

افزایش سرب در فاطله 15/0 تا 35/0 درصد قابلیت ماشینکاری فولاد را بهبود می بخشد ولی روی خواص مکانیکی فولاد تأثیری ندارد. سرب خاصیت روغنکاری دارد که اصطکاک بین ابزار و براده را در جریان عمل برشکاری فلز کم می کند.فولادهای آلیاژی سرب دار را می توان تحت عملیات شکل دادن، برش شعله ای ، جوشکاری یا عملیات حرارتی قرار داد ولی با این همه باید در حین انجام عمل حرارتی ، نهایت احتیاط را مبذول داشت، حرارت دادن بایستی در یک منطقه تهویه شده انجام گیرد تا غلظت بخار سرب کاهش یافته و از بوجود آمدن یک خطر ایمنی اجتناب شود.

منگنز   Manganese

منگنز یکی از اساسی ترین عناصر در فولادهای آلیاژی می باشد، این عنصر یک احیا کننده انرژی زا است، برای کیفیت سطح مفید است، و حساسیت به پارگی و ترک برداری را در حین عملیات مکانیکی درجه حرارتهای بالا به حداقل می رساند. منگنز قابلیت سختی پذیری، سفتی و مقاومت را بالا می برد، با این وجود، مقدار زیاد منگنز با افزایش کربن باعث کاهش هر دو خاصیت تورق و قابلیت جوشکاری می شود.

***8

مولیبدن    Molybdenom

مولیبدن اغلب همراه با عناصر آلیاژدهنده کروم، منگنز، نیکل، کبالت، تنگستن و وانادیم در فولاد مصرف می شود. مولیبدن سختی پذیری را زیاد می کند و فاصله در جه حرارتهای عمل آوردن حرارتی مؤثر را توسعه می دهد. به علاوه این عنصر استعداد تشکیل دهنده کربور قوی دارد که مانع از رشد دانه ای در درجه حرارتهای سخت کاری می شود. فولادهای مولیبدن دار مخصوصاً برای مقاومت کششی و خزشی زیاد در درجه حرارتهای بالا کاربرد وسیعی دارند. فولاد مولیبدنی که در اثر آب دادن سخت شده، بسیار دانه ریزبوده و معمولاً در همه سطوح سختی سفت است.

نیکل   Nickel

نیکل خواص سفتی و ضربه ای فولاد را بویژه در درجه حرارتهای پایین زیاد می کند. همچنین این عنصر درجه حرارت بحرانی فولاد را پایین آورده و درجه حرارت عمل حرارتی را توسعه می بخشد. فولادهای نیکل دار معمولاً برای قطعات سخت شده سطحی که نیاز مبرمی به استحکام ، سفتی، پوسته های مقاوم به فرسایش ، و مقاومت به خستگی ، مقاومت زیادی بدست خواهد آمد.

نیوبیم   Niobium

نیوبیم به طور وسیعی بصورت مقادیر کم(%3-1) در فولادهای ضدزنگ برای پایدار کردن آنها در مقابل خوردگی بین دانه ای بکار می رود. افزوده های بالاتر( تا 5%) مقاومت فولاد را در درجه حرارتهای بالاتر زیاد می کنند.

سلنیم Selenium     

سلنیم برای افزایش سهولت ماشینکاری به فولادهای ضدزنگ اضافه می شود. سلنیم اغلب جایگزین گوگرد شده، فولادی تمیزتر با تورق، قابلیت شکل پذیری و مقاومت به خوردگی بیشتر می دهد.

***9

سیلیسیم   Silicon

سیلیسیم به عنوان یک احیاء کننده و بعنوان یک سخت کننده در هر دو فولادهای کربنی و آلیاژی بکار می رود. سه اثر مهم سیلیسیم در فولاد باید بدقت مورد توجه قرار گیرد:

1- سیلیسیم درجه حرارت بحرانی را بالا می برد

2- سیلیسیم استعداد گرافیته شدن و کربن گیری را زیاد می کند.

3- وقتی سیلیسیم با نیکل، کروم، و تنگستن ترکیب می شود، مقاومت به اکسیداسیون درجه حرارت بالا را افزایش می دهد.

تلوریم   Tllurium

تلوریم برای بهبود قابلیت ماشینکاری فولادهای کربنی و آلیاژی بکار می رود. این عنصر برای جلوگیری از گرافیته شدن در قطعات ریختگی چدنی نیز بکار می رود.

تیتانیوم   Titanium

تیتانیوم بزرگترین استعداد تشکیل دهنده کربوری ( احتمالاً بجز نیوبیم) را دارد. حتی مقادیر کوچک تیتانیوم مقدار کربن آستنیت را بطور قابل توجهی کاهش می دهند، و در 5/1 تا 0/2 درصد تیتانیوم در یک فولاد کربنی 5/0% بوسیله آب دادن آنرا سختی ناپذیر می سازد، موارد استفاده آن بعنوان یک عنصر آلیاژ دهنده در فولاد،شامل عمل احیاء ریز کردن دانه ای ، جلوگیری از ایجاد تغییر فرم در فولاد کشیده شده، پایداری کربن ، قابلیت پیر سختی در فولادهای ضد زنگ ، و افزایشی مقاومت فولادهای مقاوم به گرما است.