آشنایی با انواع آهن و فولاد

آشنایی با پروفیل و کاربرد آن 

پروفیل 

پروفیل یک کلمه لاتین است که در ساختمان سازی و صنعت به وفور شنیده شده و مورد استفاده قرار می گیرد.معنی لغوی این کلمه، مقطعی است که در طول معین به یک شکل است. به عبارتی پروفیل به قطعات با مقطع ثابت گفته می شود .

انواع پروفیل 

پروفیل ها از پرکاربردترین مصالح ساختمانی و صنعتی هستند که متناسب با آلیاژ ، استحکام و شکل ظاهری در دسته بندی های مختلف قرار میگیرد به عنوان مثال :

بر اساس شکل ظاهری به ۲  دسته کلی باز و بسته طبقه بندی میشوند : این پروفیل ها اغلب به شکلهای باز (Z ،U ، C ، L ، V ) و همچنین به شکلهای بسته مربع و مستطیل که اصطلاحا قوطی نام دارند تولید میشود.

بر اساس کاربرد به ۲ دسته صنعتی و ساختمانی طبقه بندی میشوند : که پروفیل های صنعتی در حالت کلی به ۲ دسته پروفیل های توپر و توخالی طبقه بندی می شوند.

کاربرد پروفیل ها :

پروفیل های ساختمانی : این نوع پروفیل ها به دو بخش پروفیل های باز و پروفیل های بسته تقسیم میشوند که در ساخت در، پنجره ، اتصال پانل ها و نمای ساختمان مورد استفاده قرار میگیرند.

پروفیل های صنعتی : پروفیل های صنعتی به آن دسته از پروفیل ها گفته میشود که با استفاده از ویژگی های مکانیکی و الکتریکی از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند که در صنایع ساختمانی و صنعتی مانند خودروسازی ، نظامی ، کشتی سازی و … به عنوان قطعات و متعلقات صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند.

قوطی آهن

پروفیل بسته (در ایران به زبان عامیانه به آن قوطی یا باکس گفته میشود)  به دو دسته ساختمانی و صنعتی تقسیم می شود.

در ایران در زبان عامیانه منظور از پروفیل ، قوطی می باشد و سایر پروفیل ها با نام خودشان نامیده می شوند.

پروفیل  زد ( Z ) 

این نوع پروفیل جزو دسته بندی پروفیل های باز قرار میگیرند که در روند تولید با استفاده از فرایند نورد سرد و با استفاده دستگاه های رولفرم در سایزهای مختلف برای مصارف ساختمانی و صنعتی تولید میگردد.

کاربرد پروفیل زد ( Z ) 

اغلب استفاده این پروفیل ها در سقف ساختمان های صنعتی نظیر سوله های صنعتی ،‌ پارکینگ ، انباری ، سالن های ورزشی مورد استفاده قرار میگیرد.

پروفیل استیل

پایه اصلی تولید این محصول از استنلس استیل (فولاد ضد زنگ) می باشد که یکی از پرکاربردترین مواد (متریال ها) در ساخت سازه ها ، مصارف دکوراتیو و صنایع غذایی میباشد.

استاندارد پروفیل استیل 

استاندارد معمول این نوع پروفیل ها معمولا از گروه ۳۰۰ میباشد.

---

---

---

چگونگی تهیه و تولید فولاد

 تعریف فولاد:

اصطلاح فولاد (Steel) برای آلیاژهای آهن که تا حدود 1،5 درصد کربن دارند و غالبا با فلزهای دیگر همراهند، بکار می‌رود. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن ، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.    

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

روشهای تهیه فولاد:

از سه روش برای تهیه فولاد استفاده می‌شود
روش بسمه: در این روش ، ناخالصی‌های موجود در چدن مذاب را به کمک سوزاندن در اکسیژن کاهش داده ، آن را به فولاد تبدیل می‌کنند. پوشش جدار داخلی کوره بسمه از سیلیس یا اکسید منیزیم و گنجایش آن در حدود 15 تن است. نحوه کار کوره به این ترتیب است که جریانی از هوا را به داخل چدن مذاب هدایت می‌کنند تا ناخالصی‌های کربن و گوگرد به‌صورت گازهای SO2 و CO2 از محیط خارج شود و ناخالصی‌های فسفر و سیلیس موجود در چدن مذاب در واکنش با اکسیژن موجود در هوا به‌صورت اکسیدهای غیر فرار P4O10 و SiO2 جذب جدارهای داخلی کوره شوند و به ترکیبات زودگداز   MgSiO3  و  Mg3(PO4)2  تبدیل و سپس به‌صورت سرباره خارج شوند . سرعت عمل این روش زیاد است، به همین دلیل کنترل مقدار اکسیژن مورد نیاز برای حذف دلخواه ناخالصی‌های چدن غیرممکن است و در نتیجه فولاد با کیفیت مطلوب و دلخواه را نمی‌توان به این روش بدست آورد .  

روش کوره باز - یا روش مارتن

روش الکتریکی:
از این روش در تهیه فولادهای ویژه‌ای که برای مصارف علمی ‌وصنعتی بسیار دقیق لازم است، استفاده می‌شود که در کوره الکتریکی با الکترودهای گرافیت صورت می‌گیرد. از ویژگی‌های این روش این است که احتیاج به ماده سوختنی و اکسیژن ندارد ودمارا می‌توان نسبت به دو روش قبلی ، بالاتر برد. این روش برای تصفیه مجدد فولادی که از روش بسمه و یا روش کوره باز بدست آمده است، به منظور تبدیل آن به محصول مرغوب تر،بکار می‌رود. برای این کار مقدار محاسبه شده ای از زنگ آهن را به فولاد بدست آمده از روشهای دیگر، در کوره الکتریکی اضافه کرده و حرارت می‌دهند. در این روش ، برای جذب و حذف گوگرد موجود در فولاد مقدار محاسبه شده‌ای اکسید کلسیم و برای جذب اکسیژن محلول در فولاد مقدار محاسبه شده ای آلیاژ فروسیلیسیم (آلیاژ آهن و سیلیسیم) اضافه می کنند.  

در این روش برای جدا کردن ناخالصی‌های موجود در چدن ، از اکسیژن موجود در زنگ آهن یا اکسید آهن به جای اکسیژن موجود در هوا در روش بسمه (به منظور سوزاندن ناخالصی‌هایی مانند کربن ، گوگرد و غیره) استفاده می‌شود. برای این منظور از کوره باز استفاده می‌شود که پوشش جدار داخلی آن ازMgO وCaO تشکیل شده است و گنجایش آن نیز بین 50 تا 150 تن چدن مذاب است. حرارت لازم برای گرم کردن کوره از گازهای خروجی کوره و یا مواد نفتی تأمین می‌شود. برای تکمیل عمل اکسیداسیون، هوای گرم نیز به چدن مذاب دمیده می‌شود. زمان عملکرد این کوره طولانی ‌تر از روش بسمه است. از این نظر می‌توان با دقت بیشتری عمل حذف ناخالصی‌هارا کنترل کرد و در نتیجه محصول مرغوب تری بدست آورد. 

انواع فولاد و کاربرد آنها:

از نظر محتوای کربن،  فولاد به سه نوع تقسیم می‌شود :

فولاد نرم
این نوع فولاد کمتر از 0,2 درصد کربن دارد و بیشتر در تهیه پیچ و مهره ، سیم خاردار و چرخ دنده ساعت، سیم ، لوله و ورق فولاد ... بکار می‌رود .
فولاد متوسط
این فولاد بین 0,2 تا 0,6 درصد کربن دارد و برای ریل راه آهن و ، دیگ بخار و قطعات (مصالح) ساختمانی مانند تیرآهن بکار می‌رود .
فولاد سخت
فولاد سخت بین 0,6 تا 1,6 درصد کربن دارد که قابل آب دادن است و برای تهیه ساختن ابزارآلات ، کارد و چنگال، فنرهای فولادی ، تیر ، وسایل جراحی ، مته و ... بکار می‌رود .

ناخالصی‌های آهن و تولید فولاد:

آهنی که از کوره بلند خارج می‌شود، چدن نامیده می‌شود که دارای مقادیری کربن ، گوگرد ، فسفر ، سیلیسیم ، منگنز و ناخالصی‌های دیگر است. در تولید فولاد ، دو هدف دنبال می‌شود :
1-سوزاندن ناخالصی‌های چدن
2-افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهنده به آهن
منگنز ، فسفر و سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژن به اکسید تبدیل می‌شوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده ، به صورت سرباره خارج می‌شوند . گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره می‌شود و کربن هم می‌سوزد و منوکسید کربن (CO) یا دی‌اکسید کربن (CO2) در می‌آید. چنانچه ناخالصی اصلی ، منگنز باشد، یک کمک ذوب اسیدی که معمولا دی‌اکسید سیلسیم (SiO2) است، بکار می‌برند :
(MnO + SiO2 -------> MnSiO3(lو چنانچه ناخالصی اصلی ، سیلسیم یا فسفر باشد (و معمولا چنین است)، یک کمک ذوب بازی که معمولا اکسید منیزیم (MgO) یا اکسید کلسیم (CaO) است، اضافه می‌کنند :
(MgO + SiO2 -------> MgSiO2(l 

(6MgO + P4O10 -------> 2Mg3(PO4)2(l 

کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی‌ها:

معمولا جداره داخلی کوره ای را که برای تولید فولاد بکار می‌رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، می‌پوشانند. این پوشش ، مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند، به خود جذب می‌کند. برای جدا کردن ناخالصی‌ها ، معمولا از روش کوره باز استفاده می‌کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن 100 تا 200 تن آهن مذاب جای می‌گیرد . بالای این ظرف ، یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس می‌کند. جریان شدیدی از اکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می‌دهند تا ناخالصی‌های موجود در آن بسوزند. در این روش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می‌آیند و عمل تصفیه ، چند ساعت طول می‌کشد. البته مقداری از آهن ، اکسید می‌شود که آن را جمع‌آوری کرده ، به کوره بلند باز می‌گردانند . 

روش دیگر جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن:

در روش دیگری که از همین اصول شیمیایی برای جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن استفاده می‌شود، آهن مذاب را همراه آهنقراضه و کمک‌ذوب در کوره‌ای بشکه مانند که گنجایش 300 تن بار را دارد، می‌ریزند. جریان شدیدی از اکسیژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدایت می‌کنند وبا کج کردن و چرخاندن بشکه ، همواره سطح تازه‌ای از فلز مذاب را در معرض اکسیژن قرار می‌دهند.
اکسایش ناخالصی‌ها بسیار سریع صورت می‌گیرد و وقتی محصولات گازی مانندCO2 رها می‌شوند، توده مذاب را به هم می‌زنند، بطوری که آهن ته ظرف،رو می‌آید. دمای توده مذاب ، بی آنکه از گرمای خارجی استفاده شود، تقریبا به دمای جوش آهن می‌رسد و درچنین دمایی ، واکنش ها فوق ‌العاده سریع بوده ، تمامی‌ این فرایند ، در مدت یک ساعت یا کمتر کامل می‌شود و معمولاً محصولی یکنواخت و دارای کیفیت خوب بدست می آید.

تبدیل آهن به فولاد:

آهن مذاب تصفیه شده را با افزودن مقدار معین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم ، کروم ، تیتانیم ، منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می‌کنند. فولادهای ویژه ممکن است مولیبدن ، تنگستن یا فلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در دمای زیاد ، آهن و کربن با یکدیگر متحد شده ، کربید آهن (Fe3C) به نام «سمانتیت » تشکیل می‌دهند. این واکنش ، برگشت‌پذیر و گرماگیر است :

Fe3C <------- گرما + 3Fe + C
هرگاه فولادی که دارای سمانتیت است، به‌کندی سردشود، تعادل فوق به سمت تشکیل آهن و کربن ، جابجا شده ،کربن به‌صورت پولکهای گرافیت جدامی‌شود و به فلز ، رنگ خاکستری می‌دهد. برعکس ، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتا به شکل سمانتیت که رنگ روشنی دارد، باقی می‌ماند. تجزیه سمانتیت در دمای معمولی به اندازه‌ای کند است که عملا انجام نمی‌گیرد. فولادی که دارای سمانتیت است، از فولادی که دارای گرافیت است، سخت‌تر و خیلی شکننده‌تر است. در هریک از این دو نوع فولاد ، مقدار کربن را می‌توان در محدوده نسبتا وسیعی تنظیم کرد. همچنین ، می‌توان مقدار کل کربن را در قسمتهای مختلف یک قطعه فولاد تغییر داد و خواص آن را بهتر کرد. مثلا بلبرینگ از فولاد متوسط ساخته شده است تا سختی و استحکام داشته باشد و لیکن سطح آن را در بستری از کربن حرارت می‌دهند تا لایه نازکی ازسمانتیت روی آن تشکیل گردد و بر سختی آن افزوده شود.

---

---

---

سخت کاری فولاد و ویژگی ها و کاربرد انواع فولاد

مقدمه

فولادها ازنظرعناصرتشکیل دهنده ، به دونوع فولادغیرآلیاژی وآلیاژی تقسیم می شوند.
فولادهای غیرآلیاژی : این فولادها از ۰٫۰۶ تا ۱٫۵ درصدکربن دارند. عناصردیگری نیز با آنها همراه است که درهرحال مقدارآن ها نباید از حد معینی (۰٫۵ درصدسیلیسیم ، ۰٫۸ درصدگوگرد و منگنز ، ۰٫۵ درصدآلومینیم یا تیتان ، ۰٫۲۵ درصدمس ) بیشترباشد.
درفولادهای غیرآلیاژی ، کربن نقش تعیین کننده را دارد ،به همین دلیل ،این فولادها به فولادهای کربنی نیزمعروف هستند.
فولادهای آلیاژی : اگرفولاد را برای افزایش و تامین خواص مورد نظر با فلزاتی مانند کرم ، نیکل ، ولفرام ، کبالت ، مولیبدن ، منگنز ، وانادیم و … آلیاژ کنند ، فولادهای آلیاژی به دست می آید .چنانچه مجموع درصد وزنی عناصر موجود در فولاد آلیاژی از ۵ درصد کمتر باشد، آن را فولاد «کم آلیاژ» و چنانچه از۵ درصد بیشتر باشد، «فولاد پرآلیاژ» می نامند. فولادها را از نظر کاربرد به دو نوع فولادهای ساختمانی و فولادهای ابزارسازی (صنعتی) تقسیم می کنند.

فولادهای ساختمانی

به فولاد هایی می گویند که از آنها می توان به عنوان مواد اولیه برای ساختمان اسکلت های فلزی ، اسکلت پل ها و همچنین برای ساختن قطعات وسایل نقلیه ، دستگاهها ، ماشین آلات ، اجزای ماشین (پیچ ومهره ، میله ومحور، یاتاقان غلتشی و … ) استفاده کرد .
فولادهای ساختمانی معمولی : این فولادها جزء فولادهای غیرآلیاژی هستند و چون درانتخاب آن ها استحکام کششی نقشی تعیین کننده دارد ، آن ها را برحسب استحکام کششی شان طبقه بندی می کنند . استحکام کششی این فولادها متناسب با درصدکربن موجود در آنها افزایش می یابد و برعکس ، انبساط (کش آمدن ) آنها کاهش می یابد، به عبارت دیگر، با افزایش کربن ، شکنندگی فولاد بیشتر می شود . همچنین ازدیاد کربن قابلیت تغییر فرم درحالت سرد یا گرم ، قابلیت جوشکاری ، و براده برداری فولاد را کاهش می دهد.
این فولادها از ۰٫۱۲ تا ۰٫۶ درصد کربن داشته و آنها رادرسه گروه با درجه مرغوبیت ۱ و ۲ و ۳ تولید و به بازار عرضه می کنند.

فولادهای دانه ریزمخصوص جوشکاری : این فولادها قابلیت جوشکاری خوبی دارند.

فولادهای سختکاری شونده (کربوریزه ) : ازاین فولادها برای ساختن قطعاتی استفاده میشود که باید دارای رویه (سطح) خارجی سخت و بخش درونی (مغز ) نرم باشند. همچنین رویه آنها درمقابل سایش مقاوم بوده و بخش درونی آنها قابلیت تحمل خود را درمقابل ضربه حفظ کند و شکننده نباشد. برای این منظور، ابتدا کربن سطح خارجی آن ها رابا روش های مختلف افزایش می دهند وسپس سختکاری می کنند . برای اینکه قسمت داخلی این فولادها پس ازسختکاری ، نرم باقی بماند ، باید مقداردرصد کربن آن ها از0.2 درصد کمترباشد

فولادهای بهسازی شونده : این فولادها جزء فولادهای ساختمانی هستند و 0.2 تا 0.6 درصد کربن دارند . استحکام کششی و مقاومت این فولادها را می توان به وسیله بهسازی ( سخت کردن و برگشت دادن تا درجه حرارت ۵۰۰ تا ۷۰۰ سا نتیگراد) افزایش داد فولادهای بهسازی شونده برای ساخت قطعاتی به کار می رود که درمعرض ضربه وبرخورد قراردارند، مانند میل لنگ ها ، محورلنگ پرس های ضربه ای و محور وسایل نقلیه.

فولادهای ازته شدنی (نیتروژه ) :

این فولادها قابلیت جذب ازت را دارند و به همین دلیل می توان سطح آ ن ها راپس از بهسازی به وسیله ی جذب سطحی ازت سخت کرد . این فولادها جزء فولادهای آلیاژی هستند وممکن است حاوی فلزاتی مانند کرم ، مولیبدن ، وانادیم ، نیکل وآلومینیوم باشند . وجود فلزاتی مانند کرم ، مولیبدن و آلومینیم قابلیت جذب ازت را درفولاد افزایش می دهند . ازاین فولادها درساخت قطعاتی استفاده می شود که نباید هنگام عملیات حرارتی پیچیدگی پیدا شود .

فولادهای اتومات :

این فولادها که به آنها « فولادهای خوش تراش » نیز می گویند ، جزء فولادهای ساختمانی هستند . استحکام این فولادها برحسب درصد عناصر موجود در آن ها متفاوت است . در هنگام براده برداری از این فولادها ، براده های کوتاهی جدا می شوند وسطح خوبی را به دست می دهند . این ویژگی بیشتراز همه مرهون وجود گوگرد (s)  است که مقدار آن در این گونه فولادها به 0.18 تا 0.4 درصد می رسد . وجود گوگرد باعث می شود که فولاد گرم شده ، شکننده شود و هنگام براده برداری براده های کوتاهی به وجود آید . به همین دلیل درماشینهای اتومات که براده های بلند اختلالات فراوانی ( مانند پیچیدن براده به دور ابزار و کار ، ساییدگی وکم شدن دوام ابزار ) را به وجود می آورند ، از فولادهای اتومات استفاده شود . شایان توجه است که وجود گوگرد زیاد در این فولادها، استحکام آنها را در برابر ضربه کاهش می دهد . از دیگر معایب فولادهای اتومات عدم قابلیت جوشکاری وتغییر فرم سرد آن ها است. فولادهای اتومات ( بجزگوگرد ) دارای 0.6 تا 1.5 درصد منگنز 0.05 تا 0.4 درصد سیلیسیم هستند ودرصورتی که شکنندگی بیشتر براده وسطح مرغوبتر مورد نظر باشد ،0.15 تا0.3 درصد سرب نیز به آن می افزایند.

فولادهای فنر :

فولادهای فنر علاوه بر استحکام کششی زیاد ، باید خاصیت الاستیسیته خوبی داشته و دربرابر سایش و ارتعاش نیز مقاوم باشند . وجود سیلیسیم در فولاد فنر خاصیت الا ستیسیته و وجود کرم استحکام و مقاومت دربرابر خوردگی را افزایش می دهد . این ویژگی ها تنها به درصد عناصر موجود در فولاد بستگی ندارد بلکه با وجود آن ها می توان به وسیله ی عملیات حرارتی و تغییر فرم درحالت سرد ، خواص آن را تغییر داده و ویژگی های مورد نظر را به دست آورد. فولادهای کربنی با 0.5 تا ۱ درصد کربن ،0.3 تا 0.4 درصد منگنز و حداکثر 0.04 درصد گوگرد و فسفر درساخت فنرها کاربرد زیادی دارند . برای ساخت فنرهای تخت یا مارپیچی که پس از ساخت تحت عملیات حرارتی قرار نمی گیرد ، فولادهای سخت کشیده یا نورد شده به کار می رود . از فولادهای کرم و وانادیم دار ، درساخت فنرهای بزرگ اتومبیل و لکوموتیو استفاده می شود . فولادهای سیلیسیم دار نیز در ساخت فنرهایی کاربرد دارند که استحکام و مقاومت ضربه ای زیاد از آن ها انتظار می رود . این فولادها به طور متوسط 0.4 درصد کربن ، 0.75 درصد سیلیسیم، 0.95 درصد منگنز با مس یا بدون مس دارند ولی مقدار سیلیسیم آن ها ممکن است تا ۲ درصد نیز برسد . فولادهای منگنز دار مخصوص ساخت فنر خودروها محتوی 1.25 تا 2 درصد منگنز  و 0.4 تا 0.45 درصد کربن هستند . استحکام کششی این فولادها به شرط انجام عملیات حرارتی تا ۱۴۰۰ نیوتن برمیلیمتر مربع افزایش می یابد . فولادهای سیلیسیم منگنز دار دارای استحکام کششی زیاد تا حدود ۱۸۵۰ نیوتن بر میلیمتر مربع هستند . نوعی از این فولاد که کرم نیکل مولیبدن منگنز سیلیسیم مس و کربن دارد ، درساخت فنر موتورهای جت و سایر مواردی که مقاومت در مقابل گرمای زیاد مورد نیاز است ، به کار می روند . نوع دیگری از فولاد فنر با کبالت کربن کرم ولفرام  نیکل است که در دمای ۷۶۰ درجه سانتیگراد ویژگی های خود را حفظ می کند .

فولادهای مخصوص : دامنه ی فولادهای مخصوص به قدری وسیع است که نمی توان درباره ی ویژگی های همه ی آن ها سخن گفت . این فولادها را به سه گروه : فولادهای نسوز ، فولادهای ضد زنگ و فولادهای ضد مغناطیس ، تقسیم کرده ایم و هریک از آن ها را شرح می دهیم .

فولادهای نسوز ( مقاوم درمقابل حرارت وگداختگی )

استحکام این فولادها تا دمای ۶۰۰ درجه سانتیگراد تضمین شده است و تا دمای ۸۰۰ درجه سانتیگراد نیز نمی سوزند. شایان توجه است که درمورد گداختگی و سوختن فولادها دو مطلب مهم مورد نظر است.
الف – مقاومت در مقابل تاثیر گاز هایی مانند اکسیژن و اکسیدهای کربن ، بخار آب و گازهای گوگرد دار در دماهای بالا.
ب – حفظ خواص مکانیکی در دماهای بالا ، این ویژگی ها بیشتر مرهون کرم موجود درآنها بوده و هر چه دمای کاری آن ها بیشتر باشد ، باید مقدار کرم بیشتری با آن ها آلیا ژ شود تا از سوختن (درشت دانه شدن ) فولاد جلوگیری کند . از این فولادها برای تهیه ورق ، لوله های تاسیسات دیگ های بخار ، پره های توربین های گازی و بخاری ، سوپاپ دود موتورهای احتراقی و … استفاده می شود .

فولادهای ضد زنگ (stainless steel)

در این فولادها کرم و نیکل نقشی تعیین کننده دارد و مقدارکرم موجود در آن ها نباید از ۱۳ درصد کمتر باشد . این فولادها درمقابل خوردگی ، رطوبت هوا و اغلب اسیدها و بازها مقاوم هستند و برای تهیه ظروف و لوله های صنایع غذایی ، شیمیایی و شیرینی پزی مورد استفاده قرارمی گیرند . در فولادهای ضد زنگی که برای تهیه ظروف و لوله های حاوی موادغذایی از آن ها استفاده می شود ، به مقدار ۲٫۰ تا ۴٫۰ درصد مس نیز با آن آ لیاژ می کنند تا از تاثیر بوی بد فولاد روی مواد غذایی جلوگیری شود . این فولادها رامی توان از طریق براده برداری یا روش بدون براده برداری تغییر فرم داد و بخوبی جوشکاری کرد فولادهای ضد زنگ را می توان به وسیله پولیش دادن صیقل داد وکاملا پرداخت کرد.

فولادهای ضد مغناطیس

این فولادها دارای منگنز زیادی هستند (مانند فولاد X 50 Mn Cr 18 ) فولادهای ضد مغناطیس را می توان درحالت سرد بخوبی فرم داد و چنانچه تغییرفرم زیاد در آن ها مورد نیاز باشد ، باید عملیات تابانیدن روی آن ها انجام گیرد . عمل تابانیدن این فولادها به این ترتیب است که ابتدا آن ها را تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد گرم کرده وسپس در آب خنک سرد می کنند . این عمل باعث می شود که فولاد نرم و سمج شود . فولادهای ضد مغناطیس قابلیت براده برداری خوبی ندارد . ازاین گونه فولادها می توان X 8 Cr Ni 12 12 را نام برد که فولادی ضد زنگ ، ضد مغناطیس ، قابل کشش عمیق ( درقالب های کششی ) است و بخوبی صیقل می پذیرد . این فولادها برای تهیه قاب ساعت ، محفظه قطب نما کارد و چنگال و ظروف تزیینی مورد استفاده قرارمی گیرند.
فولادهای ورق :

فولادهای ورق را در گروه های خیلی ظریف ، سفید و همچنین ظریف ، متوسط ، خشن و ورق دیگ سازی تولید می کنند . ورق های خیلی ظریف وسفید را از فولادهای غیر آلیاژی نرم با ضخامت های کمتر از ۰٫۵ میلیمتر تولید می کنند . چربی سطح خارجی این فولادها را پس از تولید از بین می برند ، به همین دلیل می توان روی آن ها بخوبی رنگ کاری کرد وعملیات چاپ را انجام داد . ورق های سفیدی که درایران به حلبی معروفند ، قشر نازکی از قلع دارند.

ورق های ظریف برای کارهایی مانند کشش عمیق یا ایجاد نقش برجسته مناسب است وسطح خارجی آن را می توان بخوبی گالوانیزه یا رنگ کرد . درجه خوبی این ورق ها رابرحسب اعدادی از ۱۰ تا ۱۴ نرم بندی کرده اند ، به عنوان مثال ، علامت St 10 برای ورق های با قابلیت کشش عمیق وSt 14 برای ورق هایی که قابلیت کشش خیلی خوبی دارند ، انتخاب کرده اند . برای نشان دادن عملیاتی که پس از نوردکاری روی ورق ها انجام می شود، ازعددهای  ، ۰۲،۰۳،۰۴،۰۵ ،۰۱  استفاده می شود . انواع ورق های ظریف ، درحالت های سرد و گرم شکننده نیستند و مقدار کربن آن ها از 0.1 تا 0.15 درصد است . این فولادها می توانند تغییر شکل دهند و قابلیت جوش ذوبی دارند . انواع ۰۳،۰۴،۰۵ برای جوش نقطه ای ودرزی مناسب است. ورق های متوسط و خشن را معمولا از فولادهای ساختمانی معمولی وهمچنین از فولادهای بهسازی شونده و سختکاری شونده سطحی تهیه می کنند . مخزن ها و لوله های تحت فشاری را که لازم است قابلیت جوش ذوبی داشته باشند ، ازفولادهای غیرآ لیاژِ می سازند . علائم مشخصه این فولادها HIV, HIII, HII, HI   است . هرچه عددهای به کاررفته درعلامت اختصاری بزرگتر باشد ، نشان دهنده ی افزایش درصد کربن و استحکام کششی آنها ست . این ورق ها به « ورق های دیگ سازی» معروف هستند.

فولادهای ابزارسازی
فولادهای ابزارسازی به فولادهایی می گویند که از آن ها درساختن ابزارهای براده برداری  وبرش ( مانند چکش ، تیغه های دستگاه خم کن ، سنبه های خم و کشش ، قالب های کوره کاری ، قالب های ریخته گری … ) استفاده می شود . درانتخاب فولادهای ابزار سازی استحکام کششی و انبساط چندان مورد توجه نیست بلکه قابلیت برش و سختی آنها بیشترمطرح است . این فولادها رابرحسب درصد عناصر موجود در آنها به فولادهای ابزارسازی غیرآلیاژی، کم آلیاژ و پرآلیاژ تقسیم می کنند . فولادهای ابزارسازی را همچنین برحسب مورد استفاده ( دمای کاری ) به فولادهای سردکار و گرمکار و برحسب موادخنک کننده ای که درهنگام سختکاری آنها به کارمی رود به فولادهای آبی ،روغنی و هوایی تقسیم می کنند. فولادهای ابزارسازی غیرآ لیاژی و کم آ لیاژ دارای 0.5 تا 1.5 درصدکربن هستند . میزان کربن فولادهای ابزارسازی پرآلیاژ تا ۲/۲ درصد است . همه ی این فولادها (حتی آنها که غیر آلیاژی هستند ) جزء فولادها ی نجیب به حساب می آیند، زیرا درجه خلوص بالایی دارند . فولادهای سردکارسماجت خوبی دارند و مقاومت آنها درمقابل ضربه ، فشار و ساییدگی زیاد است . با این فولادها می توان مواد کار را با یکی از روش های براده برداری یا بدون براده برداری تغییرفرم داد . فولادهای گرمکار دردماهای بالا دارای استحکام مکانیکی ، و دوام برندگی زیادی هستند و برای تهیه قالب های کوره کاری ، ماتریس مخصوص تهیه نیمه ساخته ها و… به کارمیروند . بااین فولادها می توان قطعات فولادی ، فلزات سبک و سنگین را درحالت گرم تغییرفرم داد.

فولاد ابزارسازی غیرآ لیاژِی :

دراین فولادها مقدارکربن ( 0.5 تا 1.5 درصد ) نقش تعیین کننده درمورد استفاده آنها دارد و هرچه مقدارآنها بیشتر باشد ، به همان نسبت سختی آنها افزایش می یابد . درجه حرارت سختکاری این فولادها از ۷۶۰ تا ۸۵۰ درجه سانتیگراد است . و پس از سردکردن در آب ، آنها را در دمای ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد برگشت میدهند . دمای کاری این فولادها کمتراز ۲۰۰ درجه سانتیگراد است و در۲۰۰ درجه سانتیگراد سختی خود را از دست می دهند به عنوان مثال فولاد ابزارسازی غیرآ لیاژی C150 W1 پس از سختکاری ، از فولادهای آ لیاژی نیز سخت ترمیشود ولی دردرجه حرارت حدود ۲۰۰ درجه سانتیگراد سختی خود را از دست می دهد فولاد ابزارسازی غیرآلیاژی را می توان دردمای ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سا نتیگراد کوره کاری کرد .
فولاد ابزارسازی کم آلیاژ : برای افزایش دوام برش و استحکام درحالت گرم ، فولادهای ابزارسازی را با عناصری مانند کرم ، ولفرام ، نیکل ، منگنز ،مولیبدن و وانادیم آلیاژ می کنند . مجموع درصد عناصر آ لیا ژی درفولادهای ابزارسازی کم آ لیاژ از ۵ درصد کمتر است . براده برداری با این فولادها نسبت به فولادهای ابزار سازی غیرآلیاژی با سرعت برشی بیشتری امکان پذیر است و سختی و قابلیت برش خود را تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد حفظ میکنند . این فولادها رامی توان دردرجه حرارت های ۹۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد سختکاری کرد . درهر حال ، بایدتوجه داشت که شرایط سختکاری ، کوره کاری و عملیا ت دیگری که روی آنها انجام خواهد گرفت ، ازطرف کارخانه های تولیدکننده داده می شود و لازم است که شرایط مربوط بدقت رعایت شود .

فولادهای ابزارسازی پرآلیاژ : فولادهای ابزارسازی پرآلیاژ را می توان به سه گروه : فولادهای سردکار، گرم کار و تندبرتقسیم کرد. این فولادها به دلیل داشتن عناصری مانند ولفرام ،مولیبدن ، وانادیم و کبالت ، درمقابل سایش، سختی و مقاومت خوبی دارند ومخصوصا وجود ولفرام باعث می شود که بتوانند سختی خود را تا دمای ۵۵۰ درجه سانتیگراد حفظ کند. این فولادها می توانند تا ۲٫۲ درصد کربن داشته باشند. ومجموع سایر عناصرآلیاژی درآنها باید از۵ درصد بیشتر باشد. به نوعی از این فولادها که برای ساختن ابزارهای براده برداری به کارمی روند ، « فولادتندبر » می گویند . با این فولادها می توان با سرعت برشی بیشتر از فولادهای ابزارسازی کم آلیاژ براده برداری کرد . درجه حرارت سختکاری این فولادها را می توان برحسب کاربرد و درصد عناصر موجود درآنها از ۹۲۰ تا ۱۳۲۰ درجه سانتیگراد انتخاب کرد و آنها را در روغن یا هوا سرد نمود ودر دمای ۱۰۰ تا ۶۷۰ درجه سانتیگراد برگشت داد. از آنجا که قیمت این فولادها گران است، دربعضی موارد برای صرفه جویی ، آنها را به صورت قطعاتی کوچک به بازارعرضه می کنند و از آنها تنها برای تامین لبه های برنده ابزاراستفاده می نمایند .

سخت کاری تحت خلاء فولاد:

عملیات حرارتی سخت کاری تحت خلاء به فرایندی گفته می شود که در آن گرم کردن ( آستنیته کردن ) فولاد تحت خلاء و سرد کردن ( کوئنچ) آن با گاز خنثی مانند نیتروژن یا آرگون انجام می شود.
در کوره خلاء دو محفظه ای پس از آستنیته شدن فولاد، قطعات به صورت خودکار به قسمت خنک کننده (cooling) منتقل شده و عملیات کوئنچ در محفظه جداگانه انجام می شود.
فولاد هایی که امکان سخت کاری تحت خلاء را دارند.
فولادهای ابزار سردکار : K105,K107,K110-1
فولادهای ابزار گرم کار : W300,W302,W320,W360-2
فولادهای تندبر( خشکه هوایی )HSS-3

چه چیز عملیات حرارتی تحت خلاء فولادها را از روش های سنتی متمایز می کند؟

۱- دمای واقعی آستنیتی کردن

دمای مورد نیاز برای آستنیتی کردن فولادهای ابزار سردکار ۹۸۰ تا ۱۰۲۰ درجه سانتیگراد و برای فولادهای گرم کار ۱۰۲۰ تا ۱۰۵۰ درجه سانتیگراد و برای فولاد های تندبر HSS (خشکه هوایی ) ۱۲۰۰ تا ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد می باشد. در اغلب کوره های سنتی ( به ویژه نمکی ) امکان حصول دمایی بیشتر از ۹۷۰ وجود ندارد.

۲-عدم وجود کاربید های حل نشده و آستنیت باقی مانده

به دلیل واقعی بودن دمای آستنیت کلیه کاربید ها حل شده و به دلیل بالا بودن سختی پذیری فولاد آستنیت باقی مانده به شدت کاهش می یابد. حال آنکه به دلیل آستنیته شدن ناقص فولاد در روش های سنتی، برخی کاربیدها حل نمیشود و به دلیل عدم انحلال عناصر آلیاژی مانند W,NI,MO,V,Cr در زمینه و کاهش سختی پذیری فولاد، آستنیت باقی مانده افزایش می یابد.

۳-یکنواختی سختی از سطح به مغز

به دلیل واقعی بودن دمای آستنیته کردن سختی پذیری فولاد بالاست و حین کوئنچ مغز قطعه نیز به دلیل ثابت ماندن دمای محیط کوئنچ ( گاز نیتروژن) سختی مشابه سطح قطعه را خواهد داشت

۴-کاهش شدید تنش پسماند حاصل از عملیات حرارتی

به دلیل جابجایی بدون تنش قطعات حین کوئنچ تنش حاصل از عملیات حرارتی به حداقل مقدار خود میرسد.

۵-کاهش شدید اعوجاج

به دلیل چیدمان صحیح قطعات، اعوجاج در قطعات به حداقل مقدار خود می رسد و در اغلب موارد قابل اغماض است

۶-افزایش چقرمگی

به دلیل یکنواختی ریز ساختار و نبود تنش پسماند در قطعات و انجام صحیح سیکل های تمپر، پس از عملیات، چقرمگی به شدت افزایش می یابد

ا ستفاده از لیزر در سخت کاری سطحی فولادهای متوسط کربن ۱٫۱۱۸۶ و۱٫۶۵۸۲
عملیات حرارتی سطحی فولادهای با کربن متوسط برای ایجاد یک لایه سخت شده همراه با تافنس مغز در مهندسی سطح توسعه یافته است، به طوری که امروزه از منابع مختلف انرژی نظیر حرارت دهی شعله ای و القایی برای دستیابی به این مهم بهره گرفته می شود. در این میان استفاده از انرژی لیزر نیز بعنوان یکی از منابع حرارتی سودمند در این زمینه در حال تحقیق و گسترش است. از جمله مزایای استفاده از لیزر در عملیات حرارتی سطحی فلزات می توان به امکان حرارت دهی موضعی، عدم ایجاد اعوجاج، قابلیت عملیات حرارتی نواحی خاص و کاهش زمان عملیات اشاره نمود. برای این کار تا کنون از لیزرهای مختلفی نظیر Nd:YAG ، CO2 و لیزرهای پرقدرت اگزایمر استفاده شده است. در این تحقیق تاثیر انرژی لیزر Nd:YAG و سرعت روبش آن بر روی سختی سطح دو نوع فولاد ساختمانی ۱٫۱۱۸۶ و ۱٫۶۵۸۲ که هر دو دارای میزان کربن مساوی (0.4 درصد) و منگنز مساوی (0.8 درصد) بوده اما فولاد ۱٫۶۵۸۲ دارای عناصر آلیاژی نیکل، کرم و مولیبدن است، بررسی شده است. انرژی لیزر در محدوده ۲۰۰ تا ۶۰۰ میلی ژول انتخاب و با سرعت های روبش سطحی بین ۱۰ تا ۱۵۰ میلی متر بر دقیقه، بر روی سطح فولاد اعمال شد. آزمون های میکروسختی سنجی افزایش سختی سطوح عملیات لیزری شده را نشان داد که حاکی از تغییرات ریز ساختاری در این سطوح است. این میزان سختی و همچنین عمق سخت شده بسته به انرژی و سرعت روبش متفاوت بود. عمق سختی در هر دو نوع فولاد ساده و آلیاژی بیشتر از 0.7 میلی متر مشاهده شد.

---

---

مرتبط:

- عملیات حرارتی فلزات، سرامیک‌ها و آلیاژها

پیوندهایی به مطالب آموزشی مهندسی عمران

- وبسایت نگین عمران:   مطالبی در حوزه مهندسی و ساخت و ساز، برای مهندسین و علاقمندان به صنعت ساخت و ساز

neginomran.com