آنچه در این پست میخوانید:
آشنایی با فولاد و خواص آن
فولاد ، آلیاژ آهن و کربن که در آن میزان کربن تا 2 درصد متغیر است (با محتوای کربن بالاتر، این ماده به عنوان چدن تعریف می شود). تا حد زیادی پرکاربردترین مواد برایساختن جهانزیرساخت ها و صنایع، از آن برای ساخت همه چیز از سوزن خیاطی گرفته تا تانکرهای نفت استفاده می شود. علاوه بر این، ابزار مورد نیاز برای ساخت و ساخت چنین محصولاتی نیز از فولاد ساخته شده است.
به عنوان نشانه ای از اهمیت نسبی این ماده، تولید فولاد خام جهان در سال 2013 حدود 1.6 میلیارد تن بود، در حالی که تولید مهم ترین فلز مهندسی بعدی ، آلومینیوم ، حدود 47 میلیون تن بود. دلایل اصلی محبوبیت فولاد:
- هزینه نسبتاً پایین ساخت
- شکل‌دهی و فرآوری آن
- فراوانی دو ماده اولیه آن (سنگ آهن و قراضه)
- دامنه بی نظیر خواص مکانیکی آن
آهن ، قلب فولاد
عنصر اصلی فولاد آهن است، فلزی که در حالت خالص آن سخت تر از مس نیست . با حذف موارد بسیار شدید، آهن در حالت جامد ، مانند سایر فلزات، چند کریستالی است، یعنی از بسیاری از فلزات تشکیل شده است.کریستال هایی که در مرزهای خود به یکدیگر می پیوندند. کریستال آرایش منظمی از اتم‌ها است که به بهترین شکل می‌توان آنها را به صورت کره‌هایی که یکدیگر را لمس می‌کنند، نشان داد. آنها در صفحاتی که شبکه نامیده می شوند، مرتب می شوند که به روش های خاصی در یکدیگر نفوذ می کنند.
برای آهن، آرایش شبکه را می توان با یک مکعب واحد با هشت اتم آهن در گوشه های آن به بهترین شکل مشاهده کرد. برای منحصر به فرد بودن فولاد، آلوتروپی بودن آهن مهم است، یعنی وجود آن به دو شکل کریستالی. درآرایش مکعبی (bcc) متمرکز بر بدن ، یک اتم آهن اضافی در مرکز هر مکعب وجود دارد. درآرایش مکعبی (fcc) محور، یک اتم آهن اضافی در مرکز هر یک از شش وجه مکعب واحد وجود دارد. قابل توجه است که اضلاع مکعب رو به مرکز، یا فواصل بین شبکه های همسایه در آرایش fcc، حدود 25 درصد بزرگتر از آرایش bcc است. این بدان معنی است که فضای بیشتری در fcc نسبت به ساختار bcc برای نگه داشتن اتم های خارجی ( یعنی آلیاژی) در محلول جامد وجود دارد .
اثرات کربن
در شکل خالص خود، آهن نرم است و به طور کلی به عنوان یک ماده مهندسی مفید نیست. روش اصلی تقویت آن و تبدیل آن به فولاد با افزودن مقدار کمی کربن است . در فولاد جامد، کربن به طور کلی به دو شکل یافت می شود. یا در آستنیت و فریت در محلول جامد است یا به صورت کاربید یافت می شود.
شکل کاربید می تواند کاربید آهن باشد (Fe 3 C، معروف بهسمنتیت )، یا می تواند کاربید یک عنصر آلیاژی مانند تیتانیوم باشد . (از سوی دیگر، در آهن خاکستری، کربن به دلیل وجود سیلیکون که تشکیل کاربید را سرکوب می کند، به صورت تکه ها یا خوشه های گرافیت ظاهر می شود .)
اثرات کربن به بهترین وجه توسط نمودار تعادل آهن-کربن نشان داده شده است . خط ABC نشان دهنده نقاط مایع ( یعنی دمایی است که در آن آهن مذاب شروع به جامد شدن می کند )، و خط HJEC نشان دهنده نقاط جامد (که در آن انجماد کامل می شود). خط ABC نشان می دهد که با افزایش محتوای کربن مذاب آهن، دمای انجماد کاهش می یابد. (این توضیح می دهد که چرا آهن خاکستری، که حاوی بیش از 2 درصد کربن است، در دماهای بسیار پایین تری نسبت به فولاد پردازش می شود.) فولاد مذاب حاوی، برای مثال، محتوای کربن 0.77 درصد (که با خط چین عمودی در شکل نشان داده شده است) شروع می شود. در حدود 1475 درجه سانتیگراد (2660 درجه فارنهایت) جامد می شود و در حدود 1400 درجه سانتیگراد (2550 درجه فارنهایت) کاملاً جامد است.
از این نقطه به پایین، بلورهای آهن همه در یک آرایش آستنیتی – یعنی fcc – قرار دارند و حاوی تمام کربن در محلول جامد هستند. با سرد شدن بیشتر، زمانی که بلورهای آستنیت به یک ساختار لایه‌ای ظریف متشکل از پلاکت‌های متناوب فریت و کاربید آهن تبدیل می‌شوند، در حدود ۷۲۷ درجه سانتیگراد (۱۳۴۱ درجه فارنهایت) تغییر چشمگیری رخ می‌دهد.
اثرات عملیات حرارتی
تنظیم محتوای کربن ساده ترین راه برای تغییر خواص مکانیکی فولاد است. تغییرات اضافی با عملیات حرارتی امکان پذیر می شود – به عنوان مثال، با تسریع سرعت خنک شدن از طریق نقطه تبدیل آستنیت به فریت، که با خط PSK در شکل نشان داده شده است . (این تبدیل ، تبدیل Ar 1 نیز نامیده می شود، r مخفف بازسازی مجدد ، یا “خنک کردن.”) افزایش سرعت خنک سازی فولاد پرلیتی (0.77 درصد کربن) تا حدود 200 درجه سانتیگراد در دقیقه، DPH حدود 300 ایجاد می کند و خنک شدن در 400 درجه سانتیگراد در دقیقه، DPH را تا حدود 400 افزایش می دهد.
دلیل این افزایش سختی، تشکیل یک ریزساختار پرلیت و فریت ریزتر است که در هنگام خنک شدن آهسته در هوای محیط به دست می آید. در اصل، زمانی که فولاد به سرعت سرد می شود، زمان کمتری برای حرکت اتم های کربن در شبکه ها و تشکیل کاربیدهای بزرگتر وجود دارد. حتی سریعتر خنک می شود – به عنوان مثال، توسطخاموش کردن فولاد در حدود 1000 درجه سانتیگراد در دقیقه – منجر به فرورفتگی کامل تشکیل کاربید می شود و فریت سرد شده را مجبور می کند تا مقدار زیادی اتم کربن را در محلولی که در واقع جایی برای آن ندارد، نگه دارد.
این یک ریزساختار جدید ایجاد می کند،مارتنزیت _ DPH مارتنزیت حدود 1000 است. سخت ترین شکل شکننده فولادمعتدل کردن فولاد مارتنزیتی – یعنی بالا بردن دمای آن تا حدی مانند 400 درجه سانتیگراد و نگه داشتن آن برای مدتی – سختی و شکنندگی را کاهش می دهد و فولادی قوی و سخت تولید می کند. عملیات حرارتی خاموش و اعتدال در بسیاری از نرخ های خنک کننده، زمان نگهداری و دماهای مختلف اعمال می شود. آنها ابزار بسیار مهمی برای کنترل خواص فولاد هستند . (همچنین به زیر نگاه کنید به درمان فولاد: عملیات حرارتی .)
اثرات آلیاژی
راه سوم برای تغییر خواص فولاد، افزودن عناصر آلیاژی غیر از کربن است که ویژگی‌هایی را ایجاد می‌کنند که در فولاد کربنی ساده قابل دستیابی نیستند . هر یک از تقریباً 20 عنصر مورد استفاده برای آلیاژسازی فولاد تأثیر مشخصی بر ریزساختار و دما، زمان نگهداری و سرعت خنک‌سازی که در آن ریزساختارها تغییر می‌کنند دارند. آنها نقاط تبدیل بین فریت و آستنیت را تغییر می دهند ، سرعت محلول و انتشار را تغییر می دهند و با عناصر دیگر در تشکیل ترکیبات بین فلزی مانند کاربیدها و نیتریدها رقابت می کنند.
اطلاعات تجربی زیادی در مورد چگونگی تأثیر آلیاژ بر شرایط عملیات حرارتی، ریزساختارها و خواص وجود دارد. علاوه بر این، درک نظری خوبی از اصول وجود دارد که با کمک کامپیوتر، مهندسان را قادر می‌سازد تا ریزساختارها و خواص فولاد را هنگام آلیاژ، نورد گرم، عملیات حرارتی و شکل‌دهی سرد به هر طریقی پیش‌بینی کنند.
یک مثال خوب از اثرات آلیاژسازی، ساخت فولادی با مقاومت بالا با قابلیت جوشکاری خوب است. این کار را نمی توان تنها با استفاده از کربن به عنوان تقویت کننده انجام داد، زیرا کربن مناطق شکننده را در اطراف جوش ایجاد می کند، اما می توان آن را با پایین نگه داشتن کربن و افزودن مقادیر کمی از عناصر تقویت کننده دیگر مانند نیکل یا منگنز انجام داد . در اصل، تقویت فلزات با افزایش مقاومت سازه های مشبک در برابر حرکت انجام می شود.دررفتگی ها . نابجایی ها شکست در شبکه های کریستال ها هستند که امکان تشکیل فلزات را فراهم می کنند. هنگامی که عناصری مانند نیکل در محلول جامد در فریت نگهداری می شوند، اتم های آنها در شبکه های آهنی فرو می روند و حرکت نابجایی ها را مسدود می کنند.
این پدیده نامیده می شودسخت شدن محلول . افزایش حتی بیشتر در قدرت توسطسخت شدن رسوبی ، که در آن عناصر خاصی ( به عنوان مثال، تیتانیوم ، نیوبیم و وانادیم) در محلول جامد در فریت در طول خنک شدن فولاد نمی مانند بلکه کریستال های بسیار ریز پراکنده و بسیار کوچک کاربید یا نیترید را تشکیل می دهند که همچنین به طور موثر جریان فولاد را محدود می کند. دررفتگی ها بعلاوه، بیشتر این شکل‌دهنده‌های قوی کاربید یا نیترید، دانه‌های کوچکی تولید می‌کنند، زیرا رسوبات آنها اثر هسته‌زایی دارند و رشد کریستال را در طول تبلور مجدد فلز خنک‌کننده کاهش می‌دهند . تولید دانه های کوچک روش دیگری برای تقویت فولاد است، زیرا مرزهای دانه نیز جریان نابجایی را مهار می کند.
عناصر آلیاژی تأثیر زیادی بر عملیات حرارتی دارند، زیرا تمایل دارند انتشار اتم ها را از طریق شبکه های آهنی کند کنند و در نتیجه تحولات آلوتروپیک را به تاخیر بیندازند . به عنوان مثال، این بدان معناست که مارتنزیت بسیار سخت، که معمولاً با کوئنچ سریع تولید می‌شود، می‌تواند با سرعت خنک‌سازی پایین‌تری تولید شود. این منجر به تنش داخلی کمتر و مهمتر از همه، یک منطقه سخت تر در قطعه کار می شود. بهبود سختی پذیری با افزودن عناصری مانند منگنز، مولیبدن ، کروم ، نیکل و بور حاصل می شود .
آزمایش خواص
آزمایش خواص فولاد اغلب با بررسی سختی شروع می شود. این با فشار دادن یک هرم الماس یا یک توپ فولادی سخت به فولاد در یک بار خاص اندازه گیری می شود. اینسختی سنج هرم ویکرز ، که DPH ذکر شده در بالا را اندازه گیری می کند، از یک فرورفتگی با زاویه 136 درجه بین وجوه مخالف هرم و معمولاً با نیروی 10، 30 یا 50 کیلوگرم استفاده می کند. قطر قالب به صورت نوری اندازه گیری می شود و سختی به صورت بار بر حسب کیلوگرم نیرو تقسیم بر مساحت تحت تاثیر هرم بر حسب میلی متر مربع بیان می شود. استحکام کششی و تسلیم با کشیدن یک نمونه ماشینکاری استاندارد شده در یک پرس هیدرولیک مخصوص و ثبت نیروی کشش در افزایش طول کشیدگی تا زمانی که نمونه بشکند تعیین می شود.
ازدیاد طول در این نقطه، و شکل ظاهری شکست، نشانه خوبی از شکل پذیری فولاد است . اندازه گیری نیروی کشش در طول 0.20 درصد و تقسیم آن بر سطح مقطع میله آزمایشی ابزاری برای محاسبه قدرت تسلیم است که نشانگر خوبی برای شکل پذیری سرد است. چقرمگی ضربه با ضربه زدن به یک نمونه استاندارد شده، منشوری، بریده با چکش نوسان آزمایشی و ثبت کار مورد نیاز برای شکستن آن تعیین می شود. این کار در دماهای مختلف انجام می شود، زیرا با کاهش دما، شکنندگی افزایش می یابد.
بسیاری از آزمایش‌های دیگر در صنعت برای بررسی خواص مکانیکی فولاد استفاده می‌شوند، مانند آزمایش‌های سایش برای ریل، آزمایش‌های کشش ورق‌ها و آزمایش‌های خمشی برای سیم . آزمایشگاه‌های متالوگرافی ریزساختار نمونه‌های فولادی صیقلی و حکاکی شده را اغلب بر روی میکروسکوپ‌های کامپیوتری و بسیار قدرتمند (تا بزرگنمایی 80000×) بررسی می‌کنند. آزمایشگاه ها همچنین داده های فیزیکی مانند ازدیاد طول حرارتی و خواص الکترومغناطیسی را بررسی می کنند. ترکیب شیمیایی اغلب توسط طیف‌سنج‌های کاملاً خودکار بررسی می‌شود. چندین آزمایش غیرمخرب نیز وجود دارد، به عنوان مثال، آزمایش اولتراسونیک و آزمایش مگنافلوکس که برای بررسی عیوب داخلی و خارجی مانند لمینیت ها یا ترک ها استفاده می شود.
سوالات متداول فولاد
خرید فولاد از فولاد مرکزی دلاکان
فولاد مرکزی دلاکان انواع فولاد را با بهترین قیمت در اختیار شما عزیزان قرار می دهد. برای خرید می توانید با کارشناسان ما تماس بگیرید و پیش فاکتور تهیه کنید. در صورتی که نام یا مدل فولاد مورد نظر خود را نمی دانید برای دریافت مشاوره با کارشناسان ما در تماس باشید. با معرفی کسب و کار خود، فولاد پرکاربرد تر را به شما معرفی می کنیم.
فولاد مرکزی دلاکان
حال که با فولادهای سرد نورد آشنا شدید تنها یک تماس با خرید ها فاصله دارید. برای خرید انواع فولاد و استیل در هر مقطعی می توانید با کارشناسان فروش فولاد مرکزی دلاکان تماس حاصل فرمایید. به این منظور تنها کافیست با شماره های درج شده در انتهای صفحه تماس بگیرید و نام یا مدل محصول مورد نظر خود را پرس و جو کنید.
دسته بندی محصولات فولاد مرکزی دلاکان
