در این برگه قصد داریم به معرفی فولاد بپردازیم و انواع، محصولات و روش تست آن را بررسی کنیم. پس با ما همراه باشید.
فهرست مطالب
1- فولاد چیست؟
2- انواع فولاد
3- محصولات فولاد
4- تست خواص
1- فولاد چیست؟
فولاد آلیاژی از آهن است که برای بهبود استحکام و مقاومت آن در برابر شکست، در مقایسه با سایر اشکال آهن از چند دهم درصد کربن استفاده‌می‌شود. البته ممکن است عناصر دیگری در فولاد بکار رفته باشند. فولادهای ضد زنگ که در برابر خوردگی و اکسیداسیون مقاوم هستند معمولاً به 11 درصد کروم اضافی نیاز دارند.
فولاد به دلیل استحکام کششی بالا و هزینه پایین آن در ساختمان‌ها، زیرساخت‌ها، ابزارها، کشتی ها، قطارها، ماشین‌ها، وسایل الکتریکی و سلاح ها استفاده‌می‌شود. آهن فلز پایه فولاد است. بسته به دما، می‌تواند به دو شکل کریستالی (اشکال آلوتروپیک)، مکعب مرکز بدن و مکعب مرکز صورت باشد. از برهمکنش آلوتروپ‌های آهن با عناصر آلیاژی (کربن اولیه) فولاد بدست می‌آید.
در آهن خالص، ساختار بلوری، مقاومت نسبتا کمی در برابر لغزش اتم‌های آهن از کنار یکدیگر دارد و بنابراین آهن خالص کاملاً انعطاف‌پذیر یا نرم است و به راحتی تشکیل‌می‌شود. در فولاد، مقادیر کم کربن، سایر عناصر و اجزای داخل آهن به عنوان عوامل سخت کننده عمل می‌کنند که از حرکت نابجایی‌ها جلوگیری می‌کند.
2- تست خواص
آزمایش خواص فولاد اغلب با بررسی سختی شروع می‌شود. این کار با فشار دادن یک الماس یا یک توپ فولادی سخت به فولاد مورد نظر در یک بار خاص اندازه گیری‌می‌شود.
تستر سختی هرم الماس ویکرز که DPH ذکر شده را اندازه گیری‌می‌کند، معمولا از یک فرورفتگی با زاویه 136 درجه بین وجوه مخالف هرم و معمولاً از نیروی 10، 30 یا 50 کیلوگرم استفاده‌می‌کند. قطر قالب به صورت نوری اندازه گیری‌می‌شود و سختی به صورت بار بر حسب کیلوگرم نیرو تقسیم بر مساحت تحت تاثیر هرم بر حسب میلی‌متر مربع بیان2می‌شود.
استحکام کششی با کشیدن یک نمونه ماشینکاری استاندارد‌شده در یک پرس هیدرولیک مخصوص و ثبت نیروی کشش در افزایش طول کشیدگی تا زمانی که نمونه بشکند، تعیین‌می‌شود. ازدیاد طول در این نقطه، و شکل ظاهری شکست، نشانه‌های خوبی از شکل‌پذیری فولاد است.
اندازه گیری نیروی کشش در طول 0.20 درصد و تقسیم آن بر سطح مقطع میله آزمایش، وسیله ای برای محاسبه استحکام است که نشانگر خوبی برای شکل‌پذیری سرد است. شدت سفتی نیز با ضربه زدن به یک نمونه استاندارد شده، تعیین می‌شود. این کار در دماهای مختلف انجام‌می‌شود، زیرا با کاهش دما، شکنندگی افزایش می یابد.
بسیاری از آزمایش‌های دیگر در صنعت برای بررسی خواص مکانیکی فولاد استفاده می‌شوند که عبارتند از: آزمون‌های 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.
آزمایشگاه‌ها همچنین داده های فیزیکی مانند ازدیاد طول حرارتی و خواص الکترومغناطیسی را بررسی می‌کنند. ترکیب شیمیایی اغلب توسط طیف‌سنج‌های کاملاً خودکار بررسی می‌شود. همچنین، چندین آزمایش غیرمخرب نیز وجود دارد، به عنوان مثال، آزمایش اولتراسونیک و آزمایش مگنافلوکس که برای بررسی عیوب داخلی و خارجی مانند لمینیت‌ها یا ترک‌ها استفاده‌می‌شود.
3- طبقه‌بندی فولاد
چندین هزار گرید فولادی در سرتاسر جهان وجود دارد که همگی ترکیبات شیمیایی متفاوتی دارند و سیستم‌های شماره‌گذاری ویژه ای در چندین کشور برای طبقه بندی تعداد زیادی از آلیاژها ایجاد‌شده‌است.
علاوه بر این، تمام عملیات‌های حرارتی مختلف ممکن، ریزساختارها، شرایط شکل‌دهی سرد، شکل‌ها و پوشش‌های سطحی به این معنی است که تعداد زیادی گزینه، در دسترس کاربر فولاد وجود دارد.
خوشبختانه، فولادها را می‌توان به خوبی به چند گروه عمده با توجه به ترکیبات شیمیایی، کاربردها، شکل‌ها و شرایط سطح طبقه‌بندی کرد.
3-1- ترکیب شیمیایی
بر اساس ترکیب شیمیایی، فولادها را می‌توان به سه دسته اصلی تقسیم کرد: فولادهای کربنی، فولادهای با آلیاژ کم و فولادهای با آلیاژ زیاد.
تمام فولادها حاوی مقدار کمی از عناصر جانبی باقی‌مانده از فولادسازی هستند. این عناصر شامل منگنز، سیلیکون یا آلومینیوم حاصل از فرآیند اکسید زدایی، و همچنین فسفر و گوگردی است که از سنگ معدن و سوخت در کوره برداشت می‌شود. از آنجاییکه همه‌ی این عناصر با هم، معمولا کمتر از 1 درصد فولاد را تشکیل می‌دهند، آلیاژ محسوب نمی‌شوند.
فولادهای کربنی تا حد زیادی بیشترین تولید و استفاده را دارند و حدود 90 درصد از تولید فولاد جهان را تشکیل می‌دهند. علاوه بر کربن، حدود 20 عنصر آلیاژی وجود دارد که عبارتند از منگنز، سیلیکون، آلومینیوم، نیکل، کروم، کبالت، مولیبدن، وانادیم، تنگستن، تیتانیوم، نیوبیم، زیرکونیوم، نیتروژن، گوگرد، مس، بور، سرب، تلوریم و سلنیوم. چندین مورد از این موارد اغلب به طور همزمان برای دستیابی به خواص خاص اضافه می‌شوند.
3-2- کاربرد
کاربردهای فراوان فولاد، تطبیق پذیری زیاد این ماده را نشان‌می‌دهد. اغلب نیازهای مصرف کنندگان فولاد، توسط فولادهای کربنی برآورده‌می‌شود.
برای نمونه، ورق‌های استفاده‌شده برای بدنه‌های خودرو از فولادهای کم کربن هستند، ریل‌های راه‌آهن با فولاد کربن بالا ساخته‌می‌شوند، همچنین، سیم‌هایی در تمام سطوح کربنی هستند که برای صدها مورد استفاده‌می‌شوند. افزودن آلیاژهای پرهزینه زمانی شروع‌می‌شود که ترکیبی از خواص مورد نیاز، توسط فولادهای کربنی قابل برآورده‌شدن نباشد.
3-3- سطح و شکل
در اصل، فولاد به محصولات مسطح یا محصولات بلند تبدیل‌می‌شود که هر دو دارای سطح نورد گرم، سرد یا روکش هستند.
محصولات مسطح
محصولات مسطح شامل صفحات، نوار و ورق نورد گرم، و نوار و ورق نورد سرد می‌شود. همگی دارای تنوع زیادی از شرایط سطحی هستند. آنها از اسلب که یک محصول نیمه تمام در نظر گرفته‌می‌شود، نورد می‌شوند و معمولاً فروخته‌نمی‌شود. ضخامت اسلب ها 50 تا 250 میلی‌متر، عرض 0.6 تا 2.6 متر و طول آن تا 12 متر (یعنی 2 تا 10 اینچ ضخامت، 24 تا 104 اینچ عرض و تا 40 فوت طول دارد) است که توسط یک کاستور پیوسته یا نورد‌شده از شمش توسط ماشین آلات تهیه‌می‌شود.
صفحات یا از اسلب ها یا مستقیماً از شمش، نورد گرم می‌شوند. حداکثر ابعاد با توجه به اندازه های اسلب موجود یا وزن شمش و با توجه به اندازه کارخانه های نورد و تجهیزات کمکی متفاوت است. ضخامت می‌تواند تا 5 میلی‌متر باشد، اما معمولاً سنگین‌تر است (مثلاً 25 میلی‌متر) و می‌تواند تا 200 میلی‌متر هم برسد. عرض صفحات معمولاً بین 1.5 تا 3.5 متر است، اما کارخانه هایی وجود دارند که می‌توانند صفحات را تا عرض 5.5 متر بغلتانند. حداکثر طول صفحه‌ای که بزرگترین ماشین ها می‌توانند تولید کنند 35 متر است. صفحات معمولاً در مقادیر کم و مطابق با مشخصات مشتری ساخته‌می‌شوند و در شرایطی با ورق های مقاوم در برابر خوردگی روکش‌می‌شوند.
نوار نورد گرم اغلب مستقیماً از ماشین نوار گرم در یک کلاف بزرگ با وزن 10 تا 35 تن حمل می‌شود. ضخامت آن 1.5 تا 12 میلی‌متر و عرض آن بسته به ماشین موجود 0.7 تا 2 متر است. معمولاً کویل‌های بزرگ به صورت سیم‌پیچ‌های باریک‌تر یا به اندازه طول ورق بریده می‌شوند.
نوار نورد سرد که از نوار نورد گرم تولید می‌شود بسته به امکانات دارای ضخامت 0.1 تا 2 میلی‌متر و همچنین عرض 2 متر می باشد. کارخانه های فولاد این محصول را به صورت کلاف یا ورق عرضه می‌کنند که ورق بر روی خطوط برشی مخصوص برش داده می‌شود. محصولات نورد سرد در انواع مختلفی از شرایط سطحی، اغلب با زبری خاص، تمیز شده با الکترولیت، روغن کاری شده، یا پوشش داده‌شده با فلزاتی مانند روی، قلع، کروم، و آلومینیوم یا با مواد آلی در دسترس هستند. آنها معمولاً با ابعادی دقیق تولید می‌شوند.
محصولات بلند
محصولات بلند از بلوم‌ها و یا بیلت‌ها ساخته‌می‌شوند که مانند اسلب به عنوان یک محصول نیمه تمام در نظر گرفته‌می‌شوند و توسط یک دستگاه به طور پیوسته ریخته یا نورد می‌شوند. سطح مقطع بیلت‌ها 50 تا 125 میلی‌متر مربع و بلوم ها 125 تا 400 میلی‌متر مربع است. در عمل، آنها با این ابعاد متمایز نمی‌شوند و همپوشانی قابل توجهی در استفاده از این دو وجود دارد.
محصولات بلند شامل میله ها،سیم‌ها، اشکال ساختاری، ریل‌ها و لوله‌ها می‌باشد. میله ها محصولاتی بلند با مقطع مربع، مستطیل، مسطح، گرد، شش ضلعی یا هشت ضلعی هستند. مهمترین محصولات میل گردها هستند که قطر آنها به 250 میلی‌متر می‌رسد.
گروه خاص دیگر، میله های تقویت کننده هستند. آنها در قطرهای 10 تا 50 میلی‌متر تولید می‌شوند و مقاومت کششی را برای مقاطع بتنی در معرض بار خمشی ایجاد می‌کنند. آنها معمولاً دارای برجستگی های نورد گرم روی سطح خود هستند تا پیوند با بتن را، بهبود بخشند. برخی از ماشین آلات، کانال‌های کوچک، نبشی، سه راهی، زی‌ها و بخش‌های حصاری را با حداکثر طول فلنج 75 میلی‌متر تولید می‌کنند و به این محصولات میله‌های تجاری می‌گویند.
مفتول‌های نورد گرم در قطرهای بین 5.5 تا 12.5 میلی‌متر تولید می‌شوند و به صورت کلاف هایی با وزن حداکثر دو تن حمل می‌شوند. بخش بزرگی از این میله‌ها به صورت سرد به سیم کشیده‌می‌شوند که اغلب توسط یک پوشش فلزی برای محافظت در برابر خوردگی پوشانده‌می‌شوند. استفاده از سیم بسیار گسترده است، از سیم برای لاستیک‌های تسمه دار گرفته تا کابل برای پل های معلق استفاده‌می‌شود.
اشکال ساختاری متداول عبارتند از تیرهای I-فلنجی عریض، تیرهای I-استاندارد، کانال ها، نبشی ها، سه راهی ها، زی ها و غیره. تمام این اشکال استاندارد شده‌اند.ریل های راه آهن همیشه مطابق با استانداردهای ملی تولید می‌شوند. به عنوان مثال، در ایالات متحده، ریل‌هایی با وزن 115، 132 و 140 پوند در هر یارد وجود‌دارد که به طول‌های 39 یا 78 فوت بریده شده‌است. همچنین تعداد زیادی ریل مخصوص، به عنوان مثال برای جرثقیل‌ها و ماشین‌های انتقال سنگین یا برای استفاده در معادن و ساخت و ساز وجود دارد.
به طور گسترده، فولادهای لوله ای شکل در گروه محصولات جوش داده‌شده و بدون درز قرار می‌گیرند. لوله‌های جوشی طولی معمولاً تا قطر 500 میلی‌متر و ضخامت دیواره 10 میلی‌متر تولید‌می‌شوند. لوله‌های تولید‌شده از صفحات سنگین نیز پس از تشکیل در عملیات U-ing و O-ing به صورت طولی جوش داده‌می‌شوند. آنها می‌توانند 0.8 تا 2 متر قطر داشته‌باشند و ضخامت دیواره آنها تا 180 میلی‌متر باشد.
لوله‌های جوش مارپیچی گاهی تا قطر 1.5 متر تولید‌می‌شوند. لوله های بدون درز در معرض خدمات سخت تری قرارمیگیرند. آنها اغلب در قطرهای بین 120 تا 400 میلی‌متر و در ضخامت دیواره تا 15 میلی‌متر نورد می‌شوند، اگرچه دستگاه‌های نورد ویژه اغلب می‌توانند قطر را تا 650 میلی‌متر افزایش دهند. لوله‌ها عموما با مواد آلی پوشش داده‌می‌شوند.
4– انواع فولاد
انواع فولاد را می توان در 4 گروه تقسیم بندی کرد:
– فولاد کربنی – فولاد آلیاژی –فولاد ضدزنگ –فولاد ابزار
الف) فولاد کربنی
فولاد کربنی، مات به نظر می‌رسد و در برابر خوردگی آسیب پذیر است. نام این گروه، در واقع از این واقعیت ناشی می‌شود که آنها حاوی مقدار بسیار کمی از سایر عناصر آلیاژی هستند. فولادهای کربنی فوق العاده قوی هستند، به همین دلیل است که اغلب برای ساختن اجسامی مانند چاقو، سیم های پرتنش، قطعات خودرو و سایر موارد مشابه استفاده‌می‌شوند.
انواع فولاد کربنی
سه روش برای طبقه بندی فولاد کربن وجود دارد : کم، متوسط و زیاد
فولاد کم کربن (یا “فولاد کربنی ملایم” یا “فولاد کربن ساده”) به فولاد کربنی اطلاق می‌شود که تا 30/0 درصد کربن دارد. این مدل از فولاد تا حد زیادی رایج ترین نوع فولاد در بازار فلزات است. تعدادی دلیل برای این ادعا وجود دارد. برای شروع، فولاد کم کربن نسبتاً ارزان است. همچنین، از آنجایی که محتوای کربن کمتر از فولاد متوسط و بالا است، فولاد کم کربن به راحتی شکل می‌گیرد و برای کاربردهایی که استحکام کششی، یک مسئله ضروری نیست، مانند تیرهای سازه، عالی‌است.
فولاد کربن متوسط به فولادهای کربنی گفته‌می‌شود که بین 0.31٪ تا 0.60٪ کربن و بین 0.31٪ تا 1.60٪ منیزیم دارند. یکی از بزرگترین مزایای فولاد کربن متوسط، استحکام آن است. با این حال، این مزیت با برخی معاوضه ها همراه است. فولاد کربن متوسط دارای انعطاف پذیری و چقرمگی کمی است که شکل‌دهی و جوشکاری آن را دشوارتر می‌کند.
فولاد پرکربن به فولادهای کربنی گفته‌می‌شود که بین 0.61% تا 1.50% کربن و بین 0.31 تا 0.90 منیزیم دارند. وقتی صحبت از سختی و چقرمگی به میان می‌آید، فولاد با کربن بالا می‌بایست انتخاب شود البته جوش، برش یا تشکیل فولاد پر کربن بسیار دشوار است.
ب) فولاد آلیاژی
نوع بعدی فولاد، فولاد آلیاژی است، این فولادها با ترکیب فولاد کربنی با عناصر آلیاژی مختلف ساخته‌می‌شوند تا خواص منحصر به فردی را برای هر فولاد ایجاد کنند. طیف گسترده ای از فولادهای آلیاژی وجود دارد، اما برخی از رایج‌ترین آنها عبارتند از کروم، کبالت، مولیبدن، نیکل، تنگستن، تیتانیوم، نیوبیم و وانادیوم.
با توجه به تنوع باورنکردنی فولادهای آلیاژی، می‌توانید با استفاده از عناصر آلیاژی، فولادهایی با تقریباً هر ویژگی ممکن ایجاد کنید. البته، برخی از این فولادها نسبتاً گران هستند. فولادهای آلیاژی در برابر خوردگی مقاوم‌تر هستند و برای برخی از قطعات خودرو، خطوط لوله، بدنه کشتی و پروژه‌های مکانیکی مورد استفاده قرارمیگیرند. در این نوع فولاد، قدرت بستگی به غلظت عناصری دارد که در آن وجود دارد.
فولاد آلیاژی انواع مختلفی دارد:
- فولاد کم آلیاژ
- فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا
- فولاد با آلیاژ بالا
- فولاد میکرو آلیاژی
- فولاد با استحکام بالا پیشرفته
- فولاد ماراژینگ
فولاد کم آلیاژ دارای محتوای آلیاژی (عناصر غیر آهنی) کمتر از 8 درصد و فولاد پر آلیاژ دارای محتوای آلیاژی بالاتر از 8 درصد است. این فولاد در مقایسه با فولاد کربنی دارای خواص مکانیکی بهتری‌است. فولاد کم آلیاژ دارای استحکام بالا و مقرون به صرفه‌است. فولاد کم آلیاژ در ساخت تجهیزات ساختمانی، خطوط لوله، وسایل نقلیه نظامی، کشتی‌ها، اجزای ساختاری و غیره استفاده‌می‌شود.
فولاد با آلیاژ بالا در ساخت بسیار گران و در پردازش دشوار است، اما چقرمگی، سختی و مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارد، بنابراین برای پردازش شیمیایی، اجزای ساختاری، تجهیزات تولید برق و کاربردهای خودرو مناسب‌تر است.
فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا
تقاضا برای استحکام بالا، جوش پذیری خوب و مقاومت بالاتر در برابر خوردگی اتمسفر توسط گروهی به نام فولادهای کم آلیاژ با مقاومت بالا (HSLA) برآورده‌می‌شود.
این گریدها سطوح کربن پایینی دارند (به عنوان مثال 0.05 درصد) و حاوی مقادیر کمی از یک یا ترکیبی از عناصر مانند کروم، نیکل، مولیبدن، وانادیم، تیتانیوم و نیوبیم هستند. فولادهای HSLA برای خطوط لوله نفت یا گاز، کشتی‌ها، سازه‌های دریایی و مخازن ذخیره سازی استفاده‌می‌شود.
گروه دیگر، فولادهای مقاوم در برابر سایش هستند که به صفحات سایش برای ماشین‌آلات پردازش سنگ، سنگ شکن‌ها و بیل های برقی تبدیل‌می‌شوند. اینها فولادهای آستنیتی هستند که حاوی حدود 1.2 درصد کربن و 12 درصد منگنز می‌باشند. عنصر دوم یک آستنیز کننده قوی است. یعنی فولاد را در دمای اتاق آستنیتی نگه می‌دارد. فولادهای منگنزی اغلب به نام مخترع آنها، رابرت هادفیلد، فولادهای هادفیلد نامیده می‌شوند.
مقاومت در برابر سایش به دلیل قابلیت‌های سخت کاری بالای این فولادها، ایجاد‌می‌شود. این به نوبه خود در هنگام کوبش سطح (یعنی تغییر شکل) ایجاد‌می‌شود، در این حالت تعداد زیادی اختلال در شبکه های کریستالی ایجاد‌می‌شود که به طور موثر جریان نابجایی ها را مسدود می‌کند. به عبارت دیگر، هر چه فولاد بیشتر کوبیده شود، استحکام آن بیشتر می‌شود.
چنین افزایش قابل توجهی در استحکام با شکل‌دهی سرد، در تولید سیم‌های با استحکام بالا و کشش سرد مانند سیم‌هایی که در بتن پیش تنیده یا تایرهای خودرو استفاده‌می‌شوند، بکار می رود. به عنوان یک نمونه خاص، سیم پیانو که از فولاد 0.8 درصد کربن گرفته‌شده‌است، می‌تواند به استحکام کششی 275 کیلوگرم بر میلی‌متر مربع برسد.
این گروه که برای ماشینکاری توسعه یافته و به صورت پیچ و مهره ساخته‌شده‌اند، حاوی حداکثر 0.35 درصد گوگرد و 0.35 درصد سرب می‌باشند. همچنین، گاهی اوقات از افزودنی های کوچکی نظیر تلوریم یا سلنیوم استفاده‌می‌شود.
یکی از گروه‌های مهم که به خوبی تأثیر عظیم پیشرفت‌های مواد را بر احتمالات مهندسی نشان‌می‌دهد، فولادهای مورد استفاده برای بلبرینگ‌های غلتکی و ساچمه‌ای هستند. این فولادها اغلب حاوی 1 درصد کربن، 1.2 درصد کروم، 0.25 درصد نیکل و 0.25 درصد مولیبدن می باشند و پس از عملیات حرارتی بسیار سخت می‌شوند.
با این حال، مهم‌تر از همه، آنها بسیار تمیز هستند، زیرا عملاً با عملیات خلاء فولاد مایع از تمام اجزاء پاک شده‌اند. وجود این اجزاء در بلبرینگ ها بسیار مضر است، زیرا قادر به ایجاد تنش هستند که خود منجر به کاهش استحکام می‌شود.
ج) فولادهای ضد زنگ
این گروه برجسته ویژگی های ضد زنگ خود را از یک فیلم نامرئی اکسید کروم خود ترمیم شونده دریافت‌می‌کند که با افزودن کروم در غلظت های بیشتر از 10.5 درصد تشکیل‌می‌شود. سه گروه اصلی آستنیتی، فریتی و مارتنزیتی وجود دارد. بهترین مقاومت در برابر خوردگی، در فولادهای ضد زنگ آستنیتی به دست می‌آید.
ریزساختار آن، از کریستال های بسیار تمیز fcc تشکیل‌شده‌است که در آنها تمام عناصر آلیاژی در محلول جامد نگهداری می‌شوند. این فولادها حاوی 16 تا 26 درصد کروم و تا 35 درصد نیکل هستند که مانند منگنز یک آستنیز کننده قوی است(در واقع، منگنز گاهی اوقات به جای نیکل استفاده‌می‌شود.). فولادهای آستنیتی را نمی‌توان با عملیات حرارتی سخت کرد. آنها همچنین غیر مغناطیسی هستند. رایج ترین نوع آن گرید 18/8 یا 304 است که حاوی 18 درصد کروم و 8 درصد نیکل است.
گروه فریتی و مارتنزیتی هر دو دارای ریزساختار bcc هستند. دومی سطح کربن بالاتری دارد (تا 1.2 درصد) که می‌توان آن را سخت کرد و برای ساخت چاقو و ابزار استفاده‌کرد. فولادهای ضد زنگ فریتی فقط تا 0.12 درصد کربن دارند. هر دو نوع دارای 11.5 تا 29 درصد کروم به عنوان آلیاژ اصلی خود هستند و عملاً نیکل ندارند. مقاومت در برابر خوردگی آنها متوسط‌است و فرومغناطیسی هستند.
نوع دیگری از فولاد ضد زنگ بنام داپلکس وجود دارد که در این نوع، فولاد ضد زنگ آستنیتی با فولاد ضد زنگ فریتی ترکیب‌می‌شود و فلزی ایجاد می‌شود که از فولاد نرم‌تر و از فولاد کربنی قوی‌تر است. به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، آنها برای کاربردهای دریایی مناسب هستند.
گروه خاصی از فولادهای ضد زنگ در دماهای بالا، به عنوان مثال 800 درجه سانتی گراد (1450 درجه فارنهایت) استفاده‌می‌شوند. در این گروه از سختی محلول برای محکم نگه داشتن فولادها در چنین حرارتی استفاده‌می‌شود. آنها حاوی حداکثر 25 درصد کروم و 20 درصد نیکل، به علاوه مقادیر کمی از تشکیل دهنده های کاربید قوی مانند نیوبیوم یا تیتانیوم هستند تا کربن را ببندند و از کاهش کروم در مرزهای دانه جلوگیری کنند.
برای خدماتی مانند موتورهای جت هواپیما یا توربین های گازی، از سوپرآلیاژها استفاده‌می‌شود. اینها بر اساس یک اصل کار می‌کنند، اما بر پایه نیکل یا کبالت یا هر دو هستند و یا اصلاً آهن ندارند یا فقط تا 30 درصد آهن دارند. حداکثر دمای سرویس آنها می‌تواند به 80 درصد نقطه ذوب‌شان برسد.
فولادهای الکتریکی
گروه مهمی از فولادها که برای تولید و انتقال نیروی الکتریکی ضروری اند، فولادهای الکتریکی با سیلیکون بالا می‌باشند.
الکترومغناطیس‌ها برای جریان متناوب، با لایه‌بندی تعداد زیادی از ورق‌های نازک ساخته‌می‌شوند که به منظور به حداقل رساندن جریان گردابی و در نتیجه کاهش تلفات جریان و تولید گرما، عایق‌بندی‌می‌شوند. بهبود بیشتر با افزودن 4.5 درصد سیلیکون حاصل‌می‌شود که مقاومت الکتریکی بالایی ایجاد‌می‌کند. برای ترانسفورماتورهای الکتریکی، اغلب از ورق های دانه گرا استفاده‌می‌شود. اینها حاوی حدود 3.5 درصد سیلیکون هستند و به‌گونه‌ای نورد و آنیل می‌شوند که لبه‌های مکعب‌های واحد به موازات جهت نورد قرار می‌گیرند. این امر چگالی شار مغناطیسی را حدود 30 درصد بهبود می‌بخشد.
د) فولادهای ابزار
فولادهای ابزار در مقادیر کم تولید‌می‌شوند، حاوی آلیاژهای گران قیمت هستند و اغلب تنها بر حسب کیلوگرم و با نام تجاری جداگانه به فروش می‌رسند. به طور کلی آنها بسیار سخت، مقاوم در برابر سایش، بی اثر در برابر گرمای بیش از حد موضعی هستند و اغلب برای نیازهای خدماتی خاص مهندسی می‌شوند. آنها همچنین باید از نظر ابعادی در هنگام سخت شدن پایدار باشند. فولادهای ابزار حاوی فرم دهنده‌های کاربید قوی مانند تنگستن، مولیبدن، وانادیم و کروم در ترکیبات مختلف و اغلب کبالت یا نیکل برای بهبود عملکرد در دمای بالا هستند.
فولاد ابزار انواع مختلفی دارد:
این فولادهای ابزار، دارای چقرمگی و مقاومت بسیار بالایی در برابر ضربه هستند اما مقاومت متوسطی در برابر سایش دارند. بنابراین محتوای کربن آنها بین 0.45 درصد تا 0.60 درصد حفظ می‌شود. آلیاژهای اصلی مورد استفاده در فولاد ابزار مقاوم در برابر ضربه عبارتند از تنگستن، سیلیکون و کروم.
سیلیکون در تامین استحکام فریت مفید است، اما مقادیر بیشتر آن می‌تواند منجر به کربن‌زدایی زیاد شود. کروم سختی و همچنین مقاومت در برابر سایش را فراهم‌می‌کند. از این فولاد برای ساخت چکش ضربه ای و حتی برای کاربردهایی مانند تیغه های برشی و همچنین قالب های ظروف رومیزی استفاده‌می‌شود.
این نوع از فولاد ابزار دارای محتوای کربن بین 0.60 درصد تا 1.40 درصد است و اساساً فولاد ابزار کربنی ساده است بنابراین هزینه کمتری دارد. به طور کلی سختی کمتری دارند اما با افزایش محتوای منگنز با وانادیوم و کروم، سختی و مقاومت به سایش به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. این فولادها دارای محتوای کربن کم برای مقاومت در برابر ضربه و چقرمگی هستند. آنها برای برش فولادهای کم کربن، چوب، آلومینیوم و برنج استفاده‌می‌شوند.
فولادهای Cold Work معمولاً برای ساخت ابزارهایی با کاربردهای سرد استفاده‌می‌شوند. آنها ترکیبات متنوعی برای برآورده کردن خواسته های بزرگ دارند. آلیاژهایی که عمدتا مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از وانادیوم، کروم، کروم – وانادیم یا کروم – تنگستن و غیره. این نوع از فولاد ابزار دارای مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر ضربه، چقرمگی بالا و سایش بالا است و در سه نوع زیر هستند:
- فولادهای Air hardening
- فولادهای Oil hardening
- فولادهای با کربن بالا و کروم بالا
فولادهای ابزار Hot Work در عملیات شکل‌دهی فلز مانند سوراخ کردن، مهر زنی داغ، کشش گرم، آهنگری داغ، اکستروژن گرم و غیره استفاده‌می‌شوند و دمای عملیات آن ها بیش از 200 تا 800 درجه سانتیگراد است. این گروه دارای خواص مطلوب مختلفی مانند هدایت حرارتی خوب، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش، چقرمگی هستند؛ چراکه محتوای کربن پایینی دارند که بین 0.3 تا 0.5 درصد است. عنصر آلیاژی نیز به مقدار کم در محتوا وجود دارد.
آلیاژهای مورد استفاده در فولاد ابزار Hot Work عبارتند از وانادیوم، تنگستن، کبالت، کروم و غیره. با افزایش محتوای تنگستن، مقاومت در برابر سایش نیز افزایش‌می‌یابد که این به نوبه خود مقاومت در برابر شوک حرارتی را کاهش‌می‌دهد. کبالت مقاومت در برابر فرسایش و شوک های حرارتی را افزایش‌می‌دهد. این گروه بیشتر به سه نوع تقسیم می‌شود:
- فولاد ابزار Hot Work کروم
- فولاد ابزار Hot Work تنگستن
- فولاد ابزار Hot Work مولیبدن
در فولاد ابزار سرعت بالا از محتوای آلیاژ بالا استفاده‌می‌شود، زیرا این فولاد برای برش فلز با سرعت بالا می‌باشد. آلیاژهای مورد استفاده در فولادهای پرسرعت عبارتند از کبالت، تنگستن، مولیبدن، کروم و غیره. فولادهای پرسرعت دارای محتوای کربن بیش از 0.60 درصد هستند و سختی، چقرمگی و مقاومت بالایی در برابر سایش دارند. آنها بیشتر بر اساس عنصر آلیاژی به دو نوع طبقه بندی می‌شوند:
- فولاد تنگستن سرعت بالا: دارای محتوای تنگستن بالا با وانادیوم و کروم هستند.
- فولاد مولیبدن سرعت بالا: دارای محتوای مولیبدن، کروم، تنگستن و وانادیم هستند.
فولاد ابزار قالب برای ساخت قالب برای پلاستیک استفاده‌می‌شود. این فولاد در اثر پودرهای قالب گیری، تحت فشار زیاد و همچنین سایش قرار می‌گیرد. بنابراین سطح قالب در برابر سایش، و هسته قالب در برابر ضربه، باید مقاوم باشند. فولاد قالب یک فولاد کم کربن است، زیرا به چقرمگی و ماشین کاری بالا نیاز دارد.
فولادهای ابزار ویژه آن دسته از فولادهایی هستند که برای مصارف خاصی استفاده‌می‌شوند و بسیار گران هستند.
فولادهای ابزار ویژه به دو نوع تقسیم می‌شوند:
- انواع کم آلیاژی: ویژگی‌های آنها کاملاً مشابه فولادهای سخت کننده آب است. آلیاژ اصلی مورد استفاده در این نوع فولاد، کروم است.
- انواع تنگستن کربن: درصد کربن بالایی دارند که بیش از 1 درصد است.
برای مطالعه مطالب مشابه لطفا به لینک های زیر مراجعه فرمایید.