تبلیغات
مهندسی جوشکاری - فولادهای کرم دار
 
چهارشنبه 2 اسفند 1391 :: نویسنده : مهدی ملکی

فولادهای کرم دار (فولادهای حاوی عنصر  کرم )

مقدمه :

بر مبنای تعریف فولادها الیاژی از اهن و کربن هستند که در اکثر حالات دارای قابلیت انعطاف و شکل پذیری مناسبی می باشند . که مقدار کربن در فولاد تا حدود 7/1 ٪ متغیر بوده و از طرف دیگر عناصری نظیر منگنز و سیلیسیم در مقادیر کمتر از 1٪ و فسفر و گوگرد در مقادیر جزئی به عنوان ناخالصی در فولاد موجود هستند

البته امروزه فولاد هایی هستند که حاوی عناصر الیاژی بالاتر از 50٪می باشند .



برای مشاهده ی کامل مطلب بر روی ادامه ی مطلب کلیک نمایید.

مقدمه :

بر مبنای تعریف فولادها الیاژی از اهن و کربن هستند که در اکثر حالات دارای قابلیت انعطاف و شکل پذیری مناسبی می باشند . که مقدار کربن در فولاد تا حدود 7/1 ٪ متغیر بوده و از طرف دیگر عناصری نظیر منگنز و سیلیسیم در مقادیر کمتر از 1٪ و فسفر و گوگرد در مقادیر جزئی به عنوان ناخالصی در فولاد موجود هستند

البته امروزه فولاد هایی هستند که حاوی عناصر الیاژی بالاتر از 50٪می باشند .

ترکیبی از استحکام  بالا و قابلیت چکش خواری ٬فولاد ها را از دیگر الیاژها و مواد فلزی متمایز می سازد .

فولاد در مقابل اعمال تنش های ضربه ای بسیار مقاوم بوده و از طرف دیگر امکان استفاده از انها در درجات حرارتی زیر صفر (100-)و حرارتی بالا  (800) و بالاتر وجود دارد .

قطعات ریختگی فولادی به دو دسته اصلی شکلهای ریختگی و شمش های ریختگی فولادی تقسیم می شوند .

شمش های فولادی استفاده مستقیم نداشته بلکه پس از انجام عملیات (نورد و کشش و...) به محصولات تمام شده نظیر ورق و نبشی و... استفاده می شوند .

شکل های ریختگی که واژه قطعات نیز به انها اطلاق می شوند بعد از ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرند .

 

تقسیم بند ی فولاد ها :

تقسیم بندی بر اساس ترکیب شیمیایی :

1.فولادهای کربنی

2.فولادهای الیاژی

3.فولادهای مخصوص


فولادهای کربنی:

1.      کم کربن 0.09 تا 0.2 ٪کربن

2.      میان کربن 0.2 تا 0.5 ٪کربن

3.      پر کربن  بالای 0.5٪ کربن



فولادهای الیاژی:

1.      کم الیاژی تا حدود 2.5 ٪عنصر الیاژی

2.      میان الیاژی 2.5 تا 10 ٪الیاژی

3.      پر الیاژی بالای 10 ٪عنصر الیاژی




ساختار :

فولادهای ریختگی بر حسب نوع ساختار میکروسکپی به ساختار زیر تقسیم بندی می شوند .

1.      هیپو یوتکتوئید (فرویوتکتوئید) که دارای فریت ازاد که چنین ساختاری مخصوص فولادهای کربنی و کم الیاژی است که درصد کمی پرلیت را نیز شامل می باشد .

2.      نوع یوتکتوئید که ساختار ان کلا پرلیتی می باشد . که به نوع پرلیتی نیز معروف می باشد .

3.      نوع هیپر یوتکتوئید . در ساختار این نوع فولادها کاربید ازاد نظیر (fe3c)که اصطلاکاربید ثانویه نامیده می شود وجود دارد٬ نظیر فولادهای پر کربن 83%تا  1.7درصد کربن

4.      استنیتی نظیر فولادهای نیکل دار و مولیبدن دار که به فولادهای مقاوم در مقابل حرارت می باشند

 5.فولادهای مارتنزیتی که عناصری که کاربید زا هستند را شامل میشود که در سرد کردن در اب و اضافه کردن عناصر فوق به دست می آید.



فولادهای الیاژی :

 درمواردی که به استحکام وخواص مکانیکی بالایی نیاز نباشد فولادهای ساده کربنی بسیارمطلوب . این نوع فولادها در دماهای معمولی و در محیط های ی که چندان خورنده نیستند به کار میروند ٬ سختی پذیری کم ٬ مستحکم شدن انها را به استثنای قطعاتی با مقطع نازک محدود می کند .

تقریبا تمام فولادهای سخت شده را برای رفع تنش بازپخت می کنند و فولادهای ساده کربنی ٬با افزایش دما بسیار نرم می شوند که این رفتار محدودیت هایی در کاربرداین فولاد ها در دماهای بالا به وجود اورده است . بیشتر محدودیت های فولادهای ساده کربنی را می توان با افزودن عنصر الیاژی برطرف کرد.

(فولادهای الیاژی را می توان به عنوان فولادی تعریف کرد که خواص مشخصه ان از عنصر دیگری بغیر از کربن ناشی می شود)

گر چه فولاد های ساده کربنی مقداری کم Mn  و  Si برای اکسید زدایی اضافه می شود نه برای الیاژسازی .


هدف از الیاژسازی :

عنصر های مختلف با اهداف مختلفی به فولاد افزوده می شود ٬ مهمترین اهداف عبارتند از :

1.      افزایش سختی پذیری

2.      افزایش استحکام در دمای معمولی

3.      افزایش خواص مکانیکی در دماهای بالا وپایین

4.      افزایش چقرمگی در هر سختی و استحکام

5.      افزایش مقاومت سایش

6.      افزایش مقاومت در برابر خوردگی

7.      بهبود خواص مغناطیسی

 

تاثیر کرم در فولاد :

کرم سختی پذیری فولاد را در روغن و هوا مناسبتر می سازد .

با پایین اوردن سرعت سرد کردن بحرانی لازم برای ایجاد مارتنزیت و عمق سخت شده را افزایش می دهد .

همچنین مقاومت ضربه ای را کاهش می دهد .

کرم عنصر سازنده کاربید است .

پایداری در مقابل حرارت و فشار هیدروژن با افزایش کرم مناسب تر می شود .

با افزایش کرم پایداری در مقابل پوسته دار شدن در اثر خوردگی افزایش می یابد ٬ برای پایداری فولادها در مقابل خوردگی حداقل حدود 13٪کرم ضروری است که باید در عنصر اصلی حل شود .

اما در فولادهای کرم نیکل یا کرم منگنز محدوده استنیت را پایدار می سازد .

قابلیت هدایت حرارتی و الکتریکی  و ضریب انبساط حرارتی به وسیله ان کاهش می یابد (به همین دلیل مثلا به عنوان عنصر الیاژی در شیشه به کار می رود ).

کرم با افزایش سختی پذیری مقاومت در برابر سایش را در فولادها افزایش و کربوره شدن را بهبود می دهد .

در میان عناصر الیاژی رایج افزایش سختی پذیری کرم در رده بالا قرار دارد که این خاصیت باعث می شود که فولاد پر کرم را بتوان به راحتی با سرد کردن در هوا سخت نمود و در شرایطی که سرد  کردن در مایعات امکان پذیر نباشد و یا غیر مطلوب باشد ٬ این خاصیت کرم به عنوان یک امتیاز محسوب می شود .

فولادهای کرم دار در درجه حرارتهای بالا پایدار بوده و غالبا وقتی که مقاومت در برابر حرارت مد نظر باشد از انها استفاده می شود

البته قابل توجه است که کرم در فولادها همراه با نیکل به کار می رود که نقش نیکل نیز در این حین قابل کتمان نیست .


نقش نیکل در فولادها :

نیکل چقرمگی و استحکام ضربهای (بخصوص در درجه حرارتهای پایین ) را افزایش داده و باعث کاهش تاب برداشتن فولاد در اثر سریع سرد کردن ان شده .

مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد .

همچنین نیکل سبب کاهش درجه حرارت بحرانی فولاد شده و محدوده درجه حرارت عملیات حرارتی را افزایش می دهد چنین فولادی دارای سطوح سخت و مقاوم در برابر سایش بوده و مغز انها نرم و قابل انعطاف می باشد .

مزایای نیکل به فولاد های سریع سرد شده و برگشت داده شده محدود نمی شود ٬ بلکه در فولادهایی که مقدار کربن انها کم است ٬با

 وجود نیکل استحکام قابل توجهی پیدا می کنند که در نتیجه مقاومت در برابر خستگی انها به میزان قابل ملاحظه ای افزایش می یابد .

تنش زدایی در عملیات حرارتی فولادهای کرم دار

تنش زدایی عملیات حرارتی است که برای کاهش تنش های پس ماند در سطح مطلوبی در فولاد ها اجرا می شود ، طوری که قطعه یا مجموعه مونتاژی وظایف خود را بدون تغییر شکل غیر مجاز ، ترک خوردن در طی عملیات حرارتی یا فرآوری، و یا از کار افتادگی در حین کار در پایین تر از تنش های طراحی انجام دهد. این عملیات برای اصلاح اساسی ریز ساختار یا نیل به خواص مکانیکی مطلوب به کار نمی رود.

تنش زدایی عبارت است از حرارت دان فولاد تا دمای مناسب و کمتر از محدوده تغییرات ، ماندن در این دما در دوره زمانی مشخص، و سپس سرد کردن آهسته (معمولا در هوای آرام ) تا دمای محیط برای به حداقل رساندن تنش های پس ماند مجدد. معمولا مقاطع سنگین قبل از سرد کردن در هوای آرام تا دمای محیط، تا دمای   یا کمتر در کوره سرد می شوند.


کربن دهی

کربن دهی عبارت است از حرارت دادن قطعه فولادی تا دمای 880 تا 1050 درجه سلسیوس ( ترجیحا بین 900 تا 950 درجه سلسیوس) در اتمسفر کربوریزه کننده شامل مخلوط جامدی از ذغال چوب یا کک و محلول کاتالیزور ( برای کربن دهی لفافی ) ، گازهای هیدروکربن های مایع تبخیر شده ( برای کربن دهی گازی ) یا حمام نمک مذاب شامل کلریدهای قلیایی خاکی فعال کننده با اضافات کلرید قلیایی و سیانید قلیایی ( برای کربن دهی مایع ) و نگه داشتن در این دما در مدت زمان کافی تا نیل به عمق سطح مطلوب . معمولا عمق های سطح ایجاد شده کمتر از 5/1 میلی متر هستند . فولاد پس از کربن دهی فورا یا بعدا در محیط مناسب معمولا در آب یا روغن ، با اضافات یا بدون آن آب دهی می شود .

تاثیر کرم در عملیات حرارتی :

کرم استحکام و سختی را افزایش داده ٬ دمای بحرانی را بالا برده ٬ سختی پذیری را افزایش و باعث تشکیل کاربید های پایدار و سخت می گردد .

مقادیر بیشتر از 12٪ ان به زنگ نزن شدن فولاد می انجامد .

1-1.5 ٪ کرم به فولادهای با کربن بالا و متوسط برای ساخت چرخ دنده ها ٬ فنرها ٬ ابزار و یاتاقانهای ساچمه ای ٬ اضافه می شود .