فولادها – بخش دوم

فولاد و فولادهای آلیاژی

بخش دوم

بخش اول این مقاله را اینجا بخوانید

سیستم راهگاهی در فولاد ریزی

این سیستم شامل موارد زیر می باشد:

• حوضچه بارریز
• راهگاه بارریز
• حوضچه پای راهگاه
• راهگاه اصلی
• آشغالگیر
• کانال های فرعی و اصلی

عموما نوع سیستم راهگاهی فشاری بوده s>r>g

نکاتی که در طراحی سیستم راهگاهی در فولاد ریزی باید درنظر بگیریم:

بین راهگاه بارریز و حوضچه بارریز شیب زیادی وجود داشته باشد وجود این شیب از نفوذ آخال و هوا به داخل سیستم راهگاهی می شود.

راهگاه بارریز مخروطی می باشد گوشه های راهگاه اصلی و فرعی گرد می شود.

انتهای راهگاه اصلی بعد از آخرین راهگاه فرعی ادامه پیدا می کند تا ناخالصی ها وارد سیستم راهگاهی نشود در انتهای راهگاه بارریز حوضچه پای راهگاه را در نظر می گیرند مقطع راهگاه اصلی به طرف راهگاه فرعی کم می شود حدالامکان از راهگاه اصلی و فرعی عریض استفاده نشود انجماد جهت دار به طرف تغذیه جنس راهگاه اصلی در مورد قطعات بزرگ از مواد دیرگداز با نقطه زینتر بالا باشد تقسیم بندی سیستم راهگاهی بر اساس ابعاد قطعات : عموما چهار نوع راهگاه در فولاد ریزی وجود دارند

• راهگاه از بالا برای قطعات با ارتفاع کم
• راهگاه از بغل برای قطعات با ارتفاع متوسط وابعاد بزرگ

راهگاه از پایین برای قطعات با ارتفاع بلند در حالت باید فوق ذوب زیاد در نظرگرفته شودتا از انجماد زود رس در سطح مذاب جلوگیری شود.

 

شاید بارها نام فازهای مختلف دیاگرام آهن- کربن را شنیده اید و دوست داشته ایدبدانید منشا این نامها چیست. در ادامه مطلب در این مورد بحث شده است.

سمانتیت (Cementite): حدس زدن این مورد شاید آسان باشد. این لغت برگرفته از کلمه Cement در زبان انگلیسی به معنای ماده ای است که مواد مختلف را به هم می چسباند، می باشد.

در سال ۱۸۵۵ Osmond و Werth تئوری سلولی را ارائه دادند که در آن نه تنها وجود گونه های آلوتروپیک آهن( که امروزه به نام آستنیت و فریت معروف هستند) را پیشنهاد دادند، بلکه در این تئوری نگاه تازه ای به تشکیل کاربید ها شده بود. تحقیقات آنها در خصوص فولادهای پرکربن نشان داد که مخلوطی شامل سلولهای و دانه های آهن وجود دارد که توسط لایه ای از کاربید آهن محصور شده است.در حین انجماد ابتدا گلبولها یا سلولهای آهن تشکیل شده و رشد می کنند و باقیمانده مذاب به صورت کاربید آهن منجمد می شود. بدین ترتیب کاربید تشکیل شده با قرار گرفتن در اطراف سلولهای قبلی شکل گرفته، آنها را به هم می چسباند. از این شرح می توان دریافت چرا Osmond کاربید تشکیل شده را از لغت فرانسوی Ciment نامگذاری کرد.

این فاز در زبان آلمانی با Zementit و در انگلیسی با Cementite نشان داده می شود.

فریت (Ferrite :(Ferrum ریشه لاتین برای بیشتر لغات جدید ساخته شده در خصوص آهن و ترکیبات آن می باشد که احتمالا ریشه سامی دارد.

آستنیت (Austenite): این فاز به یادبود Sir William Chandler Roberts-Austen متالورژیست انگلیسی تبار(۱۸۴۳-۱۹۰۲) نامگذاری شده است.

Robert-Austen اولین کسی بود که دیاگرام اولیه آهن – کربن را در سال ۱۸۹۷ و فرم نهایی آن را در سال ۱۸۹۹ منتشر کرد.

او همچنین اولین دانشمندی است که اندازه گیری کمی (Quantitative) نفوذ در حالت جامد (طلا در مس) را با توجه به قوانین نفوذ فیک انجام داد

پرلیت(Pearlite): برگرفته از ظاهر درخشنده مروارید شکل (Pearl) و رنگین کمانی این فاز می باشد.علت اینکه ساختار این فاز به صورت مروارید این است که تیغه های تشکیل شده با داشتن خاصیت انعکاس نور متفاوت به علت جهت گیری مختلف، تشکیل کریستال های متفاوت نوری می دهند.

لدبوریت (Ledeburite): نامگذاری شده به افتخار (Adolf Ledebur (1837- 1916.

Ledebur اولین پروفسوری بود که در سال ۱۸۸۲ مخلوط کریستالی آهن کربن را کشف نمود.

مارتنزیت (Martensite): به افتخار (Adolf Martens(1850-1914 نامگذاری شده است.

وی کارش را در آزمایشگاه مکانیکی رویال در برلین به عنوان مهندس شروع نمود. امروزه یک جایزه مشهور به نام او اهدا می شود.

بینیت (bainite): این فاز به یادبود E.C. Bain شیمیدان آمریکایی نامگذاری شده است.

تاریخچه آستمپرینگ به سال ۱۹۳۰ بر می گردد، زمانی که Grossman و Bain در آزمایشگاه های فولاد ایالات متحده بر روی ارزیابی پاسخ متالورژیکی فولادهای سرد شده با سرعت زیاد از دمای ۱۴۵۰ درجه فارنهایت (۷۸۸ درجه سانتیگراد) به دماهای متناوبا بالا و نگهداری در این دماها به مدت زمانهای مختلف های در حال کار بودند.

نتیجه تحقیقات آنها چیزی است که ما امروزه به عنوان دیاگرامهای استحاله همدما (Isothermal Transformation Diagram)  می شناسیم.

Grossman و Bain با ساختارهای معمول متالورژیکی فریت، پرلیت و مارتنزیت آشنا بودند. چیزی که آنها کشف کردند ساختار دیگری بود که در بالاتر از دمای آغاز تشکیل مارتنزیت (Ms) و پایین تر از دمای تشکیل پرلیت بود.

در فولادها این ساختار شکل ساختارهای سوزنی (بشقابی) با ظاهری پر مانند را داراست. تحقیقات X ray نشان داد که بینیت شامل فریت و کاربید فلزی است.

 

فولاد های آلیاژی

فولادهای آلیاژهایی از آهن و کربن هستند که میزان کربن در آنها کمتر از ۲ درصد می باشد، همچنین عناصری مانند Si و Mn در مقادیر کمتر از ۱ درصد و گوگرد و فسفر در مقادیر جزئی به عنوان ناخالصی در فولادها یافت می‌شوند. البته فولادهای آلیاژی حاوی مقادیر زیادی عنصر آلیاژی می‌باشند.

 

مشخصات اصلی فولادها

استحکام و قابلیت چکش‌خواری خوب، مقاومت در برابر اعمال تنش‌های متغیر ، قابلیت جوشکاری (که این یک برتری فولاد نسبت به چدنها می‌باشد.) قابل کاربرد در درجه حرارت‌های بالا که این مشخصه به وسیله استفاده از عناصر آلیاژی نظیر نیکل، کبالت و مولیبدن به دست می‌آید. استفاده از قطعات فولادی دردرجه حرارت‌های زیر صفر امکان‌پذیر است. در کنار مزایای جالبی که برای فولادها ذکر شد، ریخته‌گری‌ فولادها محدودیت هایی نیز دارد ، از قبیل: پایین بودن میزان سیالیت، بالا بودن نقطه ذوب و بالا بودن انقباض حین انجماد و در نتیجه نیاز به تغذیه‌های بزرگ. پایین بودن میزان سیالیت و بالا بودن نقطه ذوب ایجاب می‌نماید که نکاتی را در رابطه با نوع سیستم راهگاهی، جنس قالب، نوع پوشش مصرفی برای قالب و انتخاب کوره‌های مناسب مراعات نماییم.