فولاد 24 مرکز تجارت آنلاین فلزات

بزرگترین بازار اینترنتی آهن و فولاد

تأثیر عناصر آلیاژی در فولاد و چدن

فولاد گسترده ترین آلیاژ صنعتی است و این گستردگی دلیل ندارد جز گستردگی پذیرش عناصر آلیاژی توسط عنصر آهن، خواص فولاد از آلیاژهای بسیار نرم گرفته تا فولادهای ابزار بسیار سخت، از این رو در فولادها آنالیز و بررسی دقیق مقادیر عناصر الیاژی بسیار حائز اهمیت است.

تأثیر عناصر آلیاژی در فولاد و چدن

عناصر آلیاژی در فولاد و چدن چه تأثیری دارد؟ از مهم ترین عناصری که به فولاد ها افزوده می گردند: کربن، سیلیسیم، کلسیم، سدیم، کرم، نیکل، کبالت، مس، منیزیم، آلومینیوم، مولیبدن، آرسنیک و… می باشند. اغلب در حین بررسی نتایج آزمایش آنالیز فولادها به وجود عناصری برمی خوریم که اطلاع از چگونگی تاثیر عناصر فوق ساختار فولادها از جمله الزامات دانش فنی مهندسین می باشد لذا با استفاده ازمقدمه کتاب کلید فولاد نویسنده ( C.W.Wegst ) سعی در معرفی ابتدایی برخی عناصر موجود در ساختار فولادها شده است. 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. در ادامه به این مبحث بیشتر خواهیم پرداخت:

  • تأثیر عناصر آلیاژی روی فولادها
  • بررسی تاثیر عنصرهای آلیاژی بر کاربرد و خواص آهن و فولاد
  • آشنایی با مزایای آلیاژهای فولادی
  • انواع عناصر آلیاژی

تأثیر عناصر آلیاژی روی فولادها

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. با افزایش میزان کربن استحکام، سختی پذیری فولاد بیشتر می شود 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.

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 70% 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 تنش های 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 و 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 و 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 می‌رود.

عناصر آلیاژی

 

کروم (Cr)

وجود عنصر فوق باعث سختی پذیری فولاد در هوا و روغن می باشد. کروم 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 کروم در فولادهای ساده کروم‌دارجوش پذیری کاهش می یابد. با اضافه نمودن هر واحد (1 %) کروم به عنوان یک عنصر کاربید سازاستحکام کششی فولاد به میزان 100-80 نیوتن بر میلیمتر مربع افزایش می یابد. کروم به عنوان یک عنصر کاربید ساز بکار برده می شود.کاربیدهای این عنصر کیفیت نگهداری لبه ها و مقاومت سایشی را افزایش می دهد. کروم موجب مقاومت فولاد در دماهای بالا می شود. با افزایش کروم مقاومت در برابر پوسته شدن فولادها نیز بهبود می یابد. به طور تقریبی حداقل 13% کروم مورد نیاز است تا مقاومت خوردگی فولادها نیز بهبود یابد. این عنصر سبب کاهش هدایت الکتریکی و حرارتی می شود و انبساط حرارتی را نیز کاهش می دهد. با افزایش همزمان میزان کربن و کورم تا میزان 3% پایداری مغناطیسی افزایش می یابد.

مس (Cu)

مس به عنوان 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 نفوذ به 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 30%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 1% 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 استحکام 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 می گردد 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 می‌دهد. هیدروژن مرطوب در دمای بالا باعث کربن زدایی فولاد 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 بحرانی 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 خواهد 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.

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 قابلیت 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 تندبر خواص برشکاری را بهبود می بخشد. مولیبدن مقاومت خوردگی را بالا می برد. سختی پذیری را افزایش می دهد. در حدود 0.5-1.5 % مولیبدن به فولادهای آلیاژی اضافه می شود تا استحکام و مقاومت خزشی آنها در دماهای بالا حفظ شود. فولادهای زنگ نزن از 0.5 تا 4.0 % مولیبدن دارند. فولادهای زنگ نزن آستنیتی برای مقاومت خوردگی بیشتر در محیط های خورنده حاوی مولیبدن مناسب هستند. هم چنین ، مقاومت در برابر پوسته شدن را می کاهد. عنصر مولیبدن باعث بهبود چقرمگی در فولادهای کربنی ساده با استحکام بالا می شود و بنابراین در محدوده دمایی قابل استفاده، استحکام و سختی را افزایش می دهد. در مقایسه با فولادهای کربنی ساده، فولادهای مولیبدن دار خواص الاستیک و استحکام ضربه‌ای بهتری دارند. با افزودن مولیبدن به فولادهای کم کربنی و مس دار نرخ خوردگی اتمسفری کاسته می شود. با حضور این عنصر، گرافیت زایی دردماهای بالا کند می شود. مولیبدن، نیتریدهای بسیار مقاوم در برابر سایش در فولاد تشکیل می دهد و بنابراین در فولادهای ابزار نیتریده شونده استفاده می‌شود.

نیتروژن (N)

این عنصر به دو صورت ظهور می کند:

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 (تغییر شکل در درجه حرارت 300-350 درجه سانتیگراد) می شود و امکان ایجاد تنش در ترکهای درون بلوری فولادهای غیرآلیاژی و کم آلیاژ را فراهم می سازد.

بصورت عنصری آلیاژی دامنه فاز گاما را افزایش می دهد و ساختار آستنیتی را استحکام می بخشد در فولادهای آستنیتی استحکام را افزایش می‌دهد 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 تأثیر بسیار زیادی برای مقابله با کرنش‌های ناشی از پیری دارد. در ترکیب با نیتروژن تشکیل نیترور سخت می‌دهد که باعث افزایش مقاومت در برابر پوست‌های شدن می‌شود به همین دلیل به عنوان عنصری آلیاژی برای مقاومت حرارتی فولادها به‌ کار می‌رود.

نیکل (Ni)

این عنصر دو وظیفه مهم انجام می دهد:

تشکیل و پایدار سازی ساختار آستنیتی، کاهش کار سختی، افزایش شکل پذیری، ایجاد خواص مکانیکی مخصوصاً در دماهای پایین.

بهبود خواص خوردگی مخصوصاً در محیط های احیا کننده و اسید های معدنی از طریق کمک به تشکیل لایه محافظ.

نیکل سختی پذیری فولاد را افزایش می دهد و در حدود 0.25 تا 5 درصد در ترکیب فولاد وجود دارد. نیکل چقرمگی شکست فولاد بهمراه استحکام و سختی آن را افزایش می دهد. در مواقعی که در دماهای پایین به چقرمگی شکست بالای نیاز باشد درصد آن تا 9 نیز می توان باشد. در فولادهای زنگ نزن آستنیتی7 تا 35 درصد نیکل وجود دارد.در این فولادها برای خنثی کردن اثر فریت زایی کروم از نیکل بهره می گیرند.

سیلیسیم (Si)

سیلیس استحکام فولاد را افزایش می دهد وسختی پذیری را زیاد می کند. همچنین مقاومت سایشی را افزایش می دهد. به علت افزایش استحکام تسلیم، عنصر اصلی در فولادهای فنر است. در مقادیر بالای سیلیس، سختی پذیری و استحکام فولاد افزایش می یابد ولی این افزایش همراه با کاهش شکل پذیری و انرژی ضربه است. همچنین وجود این عنصر باعث افزایش مقاومت به پوسته شدن در دمای بالا می گردد. ضمنا در محیط های شیمیایی اکسید کننده قوی مانند اسید سولفوریک غلیظ و گرم نیز مقاومت خوردگی را افزایش می دهد.

گوگرد (S)

نقطه تسلیم و مقاومت در برابر کشش فولاد را تغییر نمی دهد. در فولادهای خوش تراش وجود گوگرد عامل مهمی است. در واقع، یکی از راه های افزایش قابلیت ماشینکاری، اضافه کردن گوگرد به ترکیب فولاد است. وقتی ابزار برش روی سطح قطعه کار می کنند، به علت وجود سولفات منگنز طول پلیسه ها کوتاه تر می شوند و نقش روان کار را نیز ایفا می کنند و در نتیجه صافی سطح بیشتر می شود.

فسفر (P)

فسفر خاصیت ماشینکاری، براده برداری، شکنندگی در حالت سرد و استحکام در حالت گرم را افزایش داده و مقاومت در برابر ضربه را کاهش می‌دهد.

تنگستن (W)

تنگستن کاربرد زیادی در تولید فولادهای ابزار داشته و اخیرا در تولید فولادهای پرآلیاژی مقاوم در برابر حرارت نیز استفاده می شوند. سختی پذیری را افزایش می دهد و از افت سختی در دماهای بالا که امری رایج در نوک ابزار است جلوگیری می کند. در تولید فولادهای ابزار بالاخص فولادهای ابزار تندبر، یکی از عناصر اصلی تنگستن است. تنگستن در فولادهای تندبر زمینه‌ای ایجاد می کند که در حین تمپر نرم نمی‌شود و کاربید بسیار سخت و مقاوم به سایش می باشند.

عناصر آلیاژی

 

وانادیوم (V)

با افزودن وانادیم به فولاد ابزار و آلیاژی سختی پذیری آنها افزایش می‌یابد. وانادیم به عنوان عنصر آلیاژی در فولادهای کربنی میکروآلیاژی استفاده می‌شود و تنها به مقدار کمی کافی است تا افزایش قابل توجهی در استحکام فولاد به دست آید. وانادیم از درشت شدن دانه های آستنیت جلوگیری می‌کند. وانادیم، مقاومت به سایش و حفظ دندانه های تیز و استحکام در دماهای بالا را افزایش می‌دهد. هم چنین بخاطر ریز کردن دانه های آستنیت، قابلیت جوشکاری را بهبود می‌بخشد.

تیتانیوم (Ti)

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

نیوبیم (Nb)

در فولادهای ضد زنگ اثری مشابه تیتانیوم را داشته و به تنهایی و یا به همراه تیتانیوم مورد استفاده قرار می‌گیرد. در فولادهای آستنیتی، برای بهبود مقاومت خوردگی بین دانه ای و افزایش خواص مکانیکی در دماهای بالا استفاده می شود. در فولادهای مارتنزیتی، نیوبیوم سختی را کم کرده و مقاومت به تمپر را افزایش می دهد. مقدار نیوبیوم مورد نیاز در فولادهای کربنی و کم آلیاژی کم بوده و در حدود 0.05 % نیوبیوم ، افزایش قابل توجهی در استحکام فولاد را در پی دارد.

قلع (Sn)

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

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.

بررسی تاثیر عنصرهای آلیاژی بر کاربرد و خواص آهن و فولاد

طبق تعریف ، فولاد ترکیبی از آهن و کربن است. فولاد برای بهبود خصوصیات فیزیکی و ایجاد خواص ویژه از جمله مقاومت در برابر خوردگی یا گرما با عناصر مختلف آلیاژ شده است. فولاد آلیاژی به نوعی از فولاد اشاره دارد که با عناصر مختلف آلیاژ شده است. از نظر تئوری، هر فولاد را می توان به عنوان فولاد آلیاژی نام برد زیرا ساده ترین فولاد، آهن آلیاژ شده با حداکثر 2.06٪ کربن است. با این حال ، اصطلاح فولاد آلیاژی معمولاً به فولادهایی گفته می شود که به عناصر غیر از کربن آلیاژ داده شده اند. وزن کل عناصر آلیاژی می تواند تا 50٪ برسد تا به فولاد خاصیت‌هایی مانند محافظت بهتر دربرابر سایش یا انعطاف پذیری داده شود.

مزایای آلیاژهای فولادی

عناصر آلیاژی مختلف - یا مواد افزودنی - هر کدام روی خواص فولاد به طور متفاوت اثر می گذارند. برخی از خواص که از طریق آلیاژی کردن بهبود می‌یابد عبارتند از:

تثبیت کردن آستنیت: عناصر مانند نیکل ، منگنز ، کبالت و مس محدوده دمایی را که در آن فرایند استنیت وجود دارد افزایش می دهد.

تثبیت کننده فریت: کروم ، تنگستن ، مولیبدن ، وانادیوم ، آلومینیوم و سیلیکون می تواند به کاهش حلالیت کربن در آستنیت کمک کند. این ویژگی منجر به افزایش تعداد کاربیدها در فولاد می شود و دامنه دمایی که در آن آستنیت وجود دارد را کاهش می دهد.

تشکیل کاربید: بسیاری از فلزات جزئی ، از جمله کروم ، تنگستن ، مولیبدن ، تیتانیوم ، نیوبیوم ، تانتالوم و زیرکونیوم ، کاربیدهای قوی ایجاد می کنند که در فولاد ، سختی و استحکام را افزایش می دهد. اینگونه فولادها اغلب برای ساختن فولاد با سرعت بالا و ابزار فولادی گرم کار مورد استفاده قرار می گیرند.

گرافیت سازی: سیلیکون ، نیکل ، کبالت و آلومینیوم می توانند باعث کاهش پایداری کاربیدها در فولاد شوند و باعث شکسته شدن آنها و تشکیل گرافیت آزاد شوند.

انواع عناصر آلیاژی:

در طی فرآیند آلیاژی، فلزات ترکیب می شوند تا ساختارهای جدیدی ایجاد کنند که استحکام بالاتر، خوردگی کمتر یا سایر خواص ایجاد می کند. فولاد ضد زنگ نمونه ای از فولاد آلیاژی است که شامل افزودن کروم است. اثرات خاص اضافه شدن چنین عناصر در زیر بیان شده است:

کربن (C I)

مهمترین ماده سازنده فولاد کربن است. استحکام کششی ، سختی پذیری و مقاومت در برابر سایش را افزایش می دهد. انعطاف پذیری، چقرمگی و ماشین‌کاری را کاهش می دهد.

کروم (Cr)

کروم به دلیل سختی بالا و مقاومت در برابر خوردگی یکی از محبوب ترین فلزات آلیاژی برای فولاد است. کروم یک فلز خاکستری ، سخت و شکننده با مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و نقطه ذوب 1907 درجه سانتیگراد (3465 درجه فارنهایت) است. کروم در فولاد برای افزایش سختی‌پذیری آلیاژ می شود. میزان کروم بالا از 4 تا 18 درصد باعث مقاومت در برابر خوردگی بالاتر می شود. به عنوان مثال: یکی از آلیاژهای پرکاربرد فولاد ، یعنی فولاد ضد زنگ ، دارای حداقل کروم حداقل 10.5٪ است و باعث می شود در برابر آب ، گرما یا خوردگی، مقاومت بیشتری را دارا باشند.

وانادیوم (V)

این عنصر آلیاژی، استحکام، سختی، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر ضربه را افزایش می دهد. این عنصر رشد دانه را به تاخیر می اندازد و دمای کوئنچ را بالاتر می برد. از وانادیوم برای کمک به کنترل اندازه دانه های فولاد استفاده می شود. در واقع اندازه دانه را کوچک نگه می‌دارد، زیرا كاربیدهای وانادیوم كه هنگام اضافه شدن وانادیوم به فولاد تشکیل می شوند مانع از رشد دانه میشوند. این ساختار ریزدانه به افزایش شکل پذیری کمک می کند. در برخی از فولادها، کاربیدهای تشکیل شده توسط وانادیوم می توانند سختی و استحکام فولاد را افزایش دهند.

فولادهای A3 ، A9 ، O1 و D2 ، آلیاژهای فولادی با مقادیر زیادی وانادیوم هستند. فولادهای تیغه ای مانند M390 و VG 10 نیز مقادیر نسبتاً بالایی وانادیوم دارند.

تنگستن (W)

استحکام ، مقاومت در برابر سایش ، سختی و سفتی را افزایش می دهد. فولادهای دارای تنگستن، قابلیت گرم کاری بسیار زیاد و برش بهتر در دماهای بالا را دارا هستند.

منگنز (Mn)

در فولاد آلیاژی، منگنز به طور معمول در ترکیب با گوگرد و فسفر استفاده می شود. منگنز به کاهش شکنندگی کمک می کند و باعث افزایش قابلیت فورجینگ، استحکام کششی و مقاومت در برابر سایش می شود. منگنز با گوگرد واکنش نشان می دهد و در نتیجه سولفید منگنز مانع از تشکیل سولفیدهای آهن می شود. منگنز نیز به دلیل سخت شدن بهتر به منگنز اضافه می شود زیرا منجر به کندتر شدن سرعت کوئنچ کردن در تکنیک های سخت شدن می شود. اکسیژن اضافی را می توان در فولاد مذاب با استفاده از منگنز از بین برد.

نیکل (Ni)

یکی دیگر از عناصر آلیاژی بسیار مهم برای فولادهای ضد زنگ، نیکل است که به مقدار بیش از 8٪ به استیل حاوی کروم بالا اضافه می شود. نیکل مقاومت ، استحکام در برابر ضربه و چقرمگی را افزایش می دهد و در عین حال مقاومت در برابر اکسیداسیون و خوردگی را نیز بهبود می بخشد. هنگامی که این آلیاژ در دماهای کم، به مقدار کم اضافه می شود چقرمگی را افزایش می دهد.

زیرکونیوم (Zr)

این عنصر سبب افزایش استحکام و محدودیت در اندازه دانه‌ها میشود. استحکام را می توان در دماهای بسیار پایین (زیر انجماد) افزایش داد. فولادهایی که دارای زیرکونیوم تا حدود 0.1٪ هستند ، دارای اندازه دانه های کوچکتر و مقاومت در برابر شکستگی هستند.

تیتانیوم (Ti)

در حالی که اندازه دانه آستنیتی را محدود می کند، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی را نیز بهبود می بخشد. در محتوای 0.25-0.60 درصد تیتانیوم، کربن با تیتانیوم ترکیب می شود و باعث می شود کروم در مرزهای دانه بماند و در برابر اکسیداسیون مقاومت کند.

گوگرد (S)

اگر گوگرد به مقدار کم به فولاد اضافه شود، باعث بهبود ماشین کاری می شود بدون اینکه باعث شکنندگی فولاد در اثر حرارت شود. با افزودن منگنز شکنندگی حرارتی بیشتر کاهش می یابد به این دلیل که سولفید منگنز دارای نقطه ذوب بالاتری نسبت به سولفید آهن است.

سلنیوم

قابلیت ماشین کاری را افزایش می دهد. افزودن سلنیوم به مقدار کم (0.04-0.08٪) تأثیر قابل توجهی در ماهیت ، مورفولوژی و پراکندگی اجزاء غیر فلزی و بنابراین خواص مکانیکی ، تکنولوژیکی و عملیاتی فولاد سازه دارند.
عنصر آلیاژی

فسفر

این عنصر اغلب به همراه گوگرد به منظور بهبود ماشینکاری به فولادهای کم آلیاژ اضافه می شود. همچنین باعث افزایش استحکام و افزایش مقاومت در برابر خوردگی می شود. فسفر بیش از 0.4% باعث می شود که جوش شکننده شود و تمایل به ترک افزایش یابد. کشش سطحی فلز مذاب جوش کاهش یافته و کنترل آن دشوار می‌شود.

نیوبیوم

با تشکیل کاربیدهای سخت که باعث ثبات کربن میشود دارای مزیت است. اغلب در فولادهای دمای بالا یافت می شود. مقادیر کم نیوبیوم می تواند استحکام تسلیم را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

نیتروژن

استحکام آستنیتی فولادهای ضد زنگ را افزایش داده و استحکام تسلیم در این فولادها را بهبود می بخشد.

مولیبدن

به مقدار کمی در فولادهای ضد زنگ وجود دارد ، مولیبدن سختی و استحکام را خصوصاً در دماهای بالا افزایش می دهد. مولیبدن مانند کروم در مقاومت در برابر خوردگی فولاد تأثیر دارد. با کم کردن سرعت کوئنچ در طی فرآیند عملیات حرارتی ، برای ساختن یک فولاد قوی و محکم، مولیبدن سختی پذیری را افزایش می دهد. این عنصر اغلب در فولادهای آستنیتی کروم-نیکل استفاده می شود و آن را در برابر خوردگی حفره‌ای ناشی از کلریدها و مواد شیمیایی محافظت می کند. بنابراین ، این آلیاژها اغلب در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند.

مولیبدن در فرم خالص آن نیز یک عنصر اساسی برای تغذیه گیاهان است ، بنابراین می بینید که در طیف گسترده ای از کودها مورد استفاده قرار می گیرد.

مس

در فولادها بعنوان ماده باقیمانده یافت می شوند زیرا اثر مخرب برای فولاد دارد. برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی اضافه می شود.

سرب

اگر چه تقریباً در فولاد مایع یا جامد نامحلول است ، بعضی اوقات سرب با روش پراکندگی مکانیکی به فولادهای کربن اضافه می شود تا بتواند قابلیت ماشین‌کاری را بهبود بخشد.

کبالت

باعث افزایش مقاومت در دماهای بالا و نفوذپذیری مغناطیسی می شود.

آلومینیوم

یک اکسیدزدای قوی است که برای محدود کردن رشد دانه های آستنیتی استفاده می شود.

سیلیکون

سیلیکون تا حدودی در تمام فولادها وجود دارد. سیلیکون استحکام و سختی را افزایش می دهد اما نسبت به منگنز این میزان کمتر است. محتوای آن برای ورق های برقی که در مدارهای مغناطیسی جریان متناوب استفاده می شوند می تواند تا 4٪ برسد. هنگام جوشکاری ، سیلیکون برای کیفیت سطح خصوصاً در گریدها کم کربن، مضر است. وقتی که محتوای کربن نسبتاً زیاد باشد، تمایل به ترک خوردگی را تشدید می کند. برای بهترین شرایط جوشکاری، محتوای سیلیکون نباید از 0.10٪ تجاوز کند.

نتیجه گیری :

فولاد آلیاژی فولادی است که با عنصرهای گوناگون به صورت آلیاژ درآمده، برای بهبود ویژگی‌های مکانیکی فولاد می‌توان از ۱٫۰ تا ۵۰٪ از وزن آن را آلیاژ کرد. آلیاژهای فولاد دو دسته‌اند: فولاد کم‌آلیاژ و فولاد پُرآلیاژ. تفاوت میان این دو، می‌توان گفت، قراردادی است: اسمیت و هاشمی تفاوت این دو را در ۴٫۰٪ دانسته‌اند در حالی که گروه دگرمو آن را در ۸٫۰٪ می‌دانند. در حالت کلی وقتی صحبت از «آلیاژ فولاد» می‌شود منظور فولاد کم‌آلیاژ است.

خود فولاد در واقع نوعی آلیاژ است. اما تمام گونه‌های فولاد را آلیاژ نمی‌خوانند. ساده‌ترین نوع فولاد که تقریباً می‌توان گفت آهن است (نزدیک به ۹۹٪) خود با عنصر کربن آلیاژ شده‌است (بسته به نوع فولاد از ۰٫۱٪ تا ۱٪). بنابراین منظور از آلیاژ فولاد، ترکیبی از فولاد، کربن و دیگر عنصرها است. عنصرهایی که بیشتر برای این هدف کاربرد دارند، عبارتند از: منگنز (پرکاربردترین)، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم، سیلیسیم و بور. و عنصرهای کم کاربردتر عبارتند از: آلومینیم، کبالت، مس، سریم، نیوبیم، تیتانیم، تنگستن، قلع، روی، سرب و زیرکونیم.

از ترکیب عنصرهای بالا با فولاد و آلیاژسازی، برخی ویژگی‌های فولاد کربن مانند مقاومت، سختی، چقرمگی، سایش، سخت شدگی و سختی در دمای بالا به گونهٔ درخور توجهی بهبود می‌یابد. برای دستیابی به بعضی از این ویژگی‌ها باید عملیات حرارتی روی فلز انجام شود.

ویژگی‌های یاد شده در بالا در کاربردهای ویژه‌ای چون پرّه‌های توربین، موتور جت، فضاپیماها و رآکتورهای هسته‌ای بسیار مورد نیاز است. به دلیل ویژگی‌های فرومغناطیس آهن، بعضی آلیاژهای فولاد و پاسخی که این آلیاژها در محیط مغناطیسی می‌دهند، اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. در موتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورها نیز چنین است.

لینک های دسترسی سریع به بخش های مختلف سایت فولاد ۲۴

منبع: گروه تأمین محتوای فولاد24

دیدگاه ها