فولادها – بخش پنجم

فولاد و فولادهای کربن دار

بخش پنجم

بخش چهارم این مقاله را اینجا بخوانید

فولاد کم کربن

آلیاژهایی که بیش از این کربن دارند به عنوان چدن شناخته می شوند. بر اساس تعریف موسسه آهن و فولاد آمریکا (American Iron and Steel Institute)، فولادهای کربنی آلیاژهایی از آهن و کربن هستند که معمولاً در آنها مقدار کربن بیشتر از ۱ درصد، مقدار منگنز بیشتر از ۱٫۶۵ درصد و مقدار مس و سیلیکون بیشتر از ۰٫۶ درصد نیست. عناصر آلیاژی دیگر معمولاً مقادیر قابل توجهی نیستند. خواص و قابلیت جوش پذیری این فولادها بستگی به مقدار کربن آنها دارد، عناصر دیگر دارای تاثیر محدود هستند. فولادهای کربنی بصورت کلاسه بندی شده بر اساس مقوله اکسیژن، به صورت زیر طبقه بندی می شوند :

  • فولادهای نا آرام: یک نوع فولاد کم کربن اکسیژن زدایی نشده است.
  • فولاد ریختگی: شبیه فولاد نیمه آرام.
  • فولاد نیمه آرام: به این فولاد اکسیژن زداهایی از قبیل سیلیسیم به میزان کم در حدود ۰٫۱ درصد اضافه می شود.
  • فولاد آرام: فولادی که اکسیژن آن به طور کامل توسط منگنز و سیلیسیم و یا آلومینیوم قبل از ریختن، زدوده شود. عملیات اکسیژن زدایی و پروسه های ساخت فولاد بر روی مشخصات و خواص فولاد تاثیر می گذارد.

تغییرات اکسیژن زدایی و پروسه های ساخت فولاد بر روی خواص فولاد تاثیر می گذارد. تغییرات مقدار کربن بیشترین تاثیر را بر روی خواص مکانیکی دارد. با افزایش مقدار کربن، سختی و استحکام فولاد افزایش می یابد.

فولادهای ساده کربنی به چهار دسته تقسیم بندی می شوند که عبارتند از
  • فولادهای کم کربن، Low Carbon Steel، با حداکثر ۰٫۱۵ درصد کربن
  • فولادهای با کربن جزئی (معمولی)، Mild Steel، با ۰٫۱۵ تا ۰٫۳۰ درصد کربن
  • فولادهای با کربن متوسط، Medium carbon steel، با ۰٫۳۰ تا ۰٫۵۰ درصد کربن
  • فولادهای با کربن بالا (پرکربن)، High carbon steel، با ۰٫۵۰ تا ۱ درصد کربن

 

فولادهای کم کربن

درصد کربن این فولادها حداکثر ۰٫۱۵% می باشد، در صنعت گاهی به فولادهای کششی نیز معروف می باشند، به علت اینکه تغییر طول نسبی بالایی دارند اکثراً به صورت ورقه های نازک تولید می شوند و گاهی هم به صورت سیم و یا مفتول به کار می روند، همچنین این فولادها از خواص مغناطیسی بالا و از قابلیت جوشکاری خوبی برخوردار بوده و مشکل خاصی در جوشکاری ندارند. درمواردی که قطعات تحت عملیات حرارتی سختکاری سطحی قرار می گیرند کاربرد خوبی دارند. هر فلزی که جوش پذیری بهتری داشته باشد و به سادگی بتوان با آن به جوشی که خواص فلز جوش ، منطقه HAZ و فلز پایه یکسان دست یافت، جوشکاری ساده تری دارد. اگر فلزی جوش پذیری خوبی داشته باشد، با کمترین دانش فنی، می توان آن را به خوبی جوش داد.

در فولادها معمولاً جوش پذیری را با کربن معادل ارتباط می دهند، اکثراً هر چه کربن معادل بالاتر باشد جوش پذیری کمتر می شود، چرا که هر چه کربن معادل بیشتر باشد، سختی پذیری بیشتر می شود.

بنابراین احتمال ایجاد فاز مارتنزیت و ایجاد تردی در فولادها بیشتر می شود، بنابراین جوش پذیری کاهش می یابد. به عبارت دیگر اتصال این فولادها با کمتر از ۰٫۱۵% کربن که به عنوان فولادهای کم کربن شناخته می شوند، با روشهای جوشکاری و لحیم کاری به سهولت انجام می شود.

این فولادها دارای سختی پذیری پایینی هستند. یک فولاد حاوی ۰٫۱۵% کربن وقتی با سرعت بالا سرد شود قابلیت سخت شوندگی HRC40-30 را دارد.

 

فولاد با کربن جزئی

 درصد کربن در این فولادها ۰٫۱۵ تا ۰٫۳۰% می باشد و آنها را فولادهای نرم می نامند. این فولادها دارای جوش پذیری خوبی هستند. تغییر طول نسبی کمتری نسبت به فولاد کم کربن دارند، اما این فولادها استحکام کششی بهتری دارند. معمولاً به صورت Plate دیده می شوند و گاهی اوقات به صورت نبشی و میلگرد نیز تولید می شوند. معرفترین فولاد از این دسته از فولادها، ST37 می باشد.

فولادهای کم کربن و کربن جزئی را به عنوان فولادهای ساختمانی می شناسند و در صنعت به آنها آهن آلات گفته می شود. جوشکاری با الکترود دستی معمول ترین روش جوشکاری فولادهای کم کربن و کربن جزئی می باشد، همچنین جوشکاری با قوس زیر پودری نیز دیگر روش معمول برای جوشکاری این دو نوع فولاد می باشد.

 

فولادهای کربن متوسط

درصد کربن در این فولادها ۰٫۳۰ تا ۰٫۵۰% می باشد و تغییر چشم گیری در قابلیت جوش پذیری نسبت به دو گروه قبل دارند. فولادهای کربن متوسط به صورت گسترده ای در فولادهای ابزار مورد استفاده قرار می گیرند. بسیاری از این فولادها به دلیل مقاومت به سایش بالایی که دارند انتخاب می شوند و جهت حصول خواص مطلوب بر روی آنها عملیات حرارتی آنها انجام می گیرد، جوشکاری ممکن است قبل از عملیات حرارتی نهایی صورت گیرد.

فولادهای حاوی حدوداً ۰٫۳۰% کربن و مقادیر نسبتاً پایین منگنز دارای قابلیت جوشکاری خوبی می باشند. اگر فولاد دارای ۰٫۵۰% کربن باشد و رویه های جوشکاری فولاد های نرم برای آن استفاده شود، بی شک در اثر جوشکاری ترک ایجاد می شود. همچنین هر گاه درصد کربن در فولاد افزایش یابد بایستی رویه های جوشکاری جهت جلوگیری از شکل گیری مقادیر بالای مارتنزیت در منطقه متاثر از حرارت طراحی شود.

 

فولادهای با کربن بالا

فولادهای با درصد کربن بالاتر از .۵۰% فولاد های پرکربن هستند که قابلیت جوش پذیری خیلی ضعیف دارند. فولادهای کربن بالا معمولاً برای کاربردهایی که سختی و مقاومت به سایش بالایی نیاز است بکار می رود، این خواص با عملیات حرارتی حاصل می شوند.

 

فولادهای کربنی

فولادهای کربنی به آن دسته از فولادها اطلاق میشود که کربن اصلی ترین عنصز آلیاژی آن باشد و عناصری نظیر منگنز،سیلیسیم و آلومینیم بمیزان کم در آن حضور داشته و فقط بمنظور عملیات کیفی‌(اکسیژن زدایی ،تلقیح و … ) به آن افزوده می گردند.

کربن نقش اساسی را در افزایش استحکام فولادها ایفا میکند و این استحکام تا حد زیادی بمیزان کربن موجود در آلیاژ بستگی دارد

 فولادهای کربنی را به سه دسته تقسیم میکنند

  • میزان کربن پایین تر از ۰٫۲۰%
  • میزان کربن بین ۰٫۲ تا ۰٫۵%
  • میزان کربن بالاتر از ۰٫۵%

فولادهای کربنی کاربرد وسیعی درصنعت داشته و معمولا در حالت آنیل و یا نرمالیزه بکار می روند ولی در موارد خاص در حالت سختکاری و تمپر شده نیز مورد استفاده قرار میگیرند.

همچنین فولادهای کم کربن بدلیل خواص هدایت مغناطیسی کاربرد زیادی در صنعت برق دارند.

در فولادهایی که بمنظور دستیابی به سختی سطحی،تحت عملیات سمانتاسیون قرار میگیرند بعلت ایجاد گرادیان غلظتی از فولادهای کم کربن استفاده میشود.

فهرست