فولاد حرارتی پذیر

به فولادی که به علت داشتن خواص مکانیکی  و استحکام دینامیکی  چقرمگی لازم را دارند، فولاد حرارتی پذیر می گویند. فولاد های حرارت پذیر با توجه به نوع کاربرد خود، حاوی عناصر آلیاژی مانند منگنز، کروم، نیکل و مولیبدن هستند.  به طور کلی با انجام حرارت بر روی فولاد های حرارت پذیر، خواص مکانیکی آن ها بسیار افزایش پیدا می کند. با توجه به توضیحات ارائه شده، در ادامه به بررسی کامل فولاد حرارت پذیر میپردازیم. به همین سبب برای کسب اطلاعات بیشتر همراه ما باشید.

آشنایی با مشخصات کلی فولاد حرارتی پذیر

بسیاری از فولاد ها وجود دارند که قابلیت اجرای عملیات حرارتی را دارند. در ابتدای مقاله گفتیم که به این فولاد ها، فولاد حرارت پذیر می گویند. بیشترین استفاده این فولاد ها در ساخت میل لنگ، پیچ و مهره، چرخ دنده، غلتک‌های صنایع فولاد و غیره است. در ادامه به انوع فولاد حرارت پذیر می پردازیم هرکدام از آن ها را شرح داده و به طورمختصر توضیح میدهیم.

انواع عملیات حرارتی پذیر

روش های متفاوتی برای عملیات حرارتی پذیری فولاد وجود دارد اما یکی از محبوب ترین آن ها روش تمپر کردن فولاد است.

تکنیک‌های عملیات حرارتی پذیر

• بازپخت یا آنیلینگ
• نرماله کردن
• تبلور مجدد
• تمپرکردن
• سخت کاری
• کربورایزینگ
• نرمال‌سازی
• خاموش کردن

تمپر کردن

خنک سازی سریع فولاد برای دستیابی به خواص مکانیکی مورد نظر بدون تغییر خواص شیمیایی آن را تمپرینگ گویند.

فولاد آلیاژی را در محیط های حاوی مواد سرد کننده ای مانند آب، آب نمک، روغن، محلول های پلیمری، خلاء خنک می کنند.

وقتی قطعه فولادی تحت فرآیند های عملیات حرارتی پذیری قرار می گیرد گرم شدن بالا و سرد شدن سریع آن (کوئنچ) می تواند باعث شکنندگی فولاد شود. برای جلوگیری از این اتفاق و افزایش استحکام فولاد                   می توان از تمپر کردن یا به اصطلاح عمل برگشت دادن قطعه فولادی استفاده کرد.

معمولا در فرآیند عملیات حرارتی پذیری فولاد از فولادهای کربن دار که حاوی آلیاژهای دیگری مانند کروم، منگنز، نیکل، مولیبدن و وانادیم است استفاده می کنند.

البته بسته به متریال دقیق فولاد و همچنین برای دستیابی به ویژگی هایی نظیر افزایش چقرمگی و با استفاده از روش های متفاوت عملیات حرارتی پذیری فولاد انجام می شود.

مراحل تمپرینگ

1-گرم کردن فولاد

فولاد حرارتی حین عملیات تمپرینگ در کوره های مخصوص گازی یا الکتریکی در دمایی پایین تر از نقطه ذوب 2500 درجه فارنهایت گرم می شوند.

لازم به ذکر است دمای دقیقی که انواع فولاد تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد به نوع فولاد و ترکیبات آلیاژی آن بستگی دارد و متفاوت است.

برخی از این فولادهای آلیاژی در دمایی نزدیک به نقطه ذوب به شکل و هدف مورد نظر می رسند.

هنگامی که فولاد به دمای مورد نظر می رسد مدت زمان مشخصی را طی می کند و مدت زمان نگهداری فولاد به نوع آلیاژهای ترکیبی فولاد و خواص آن بستگی دارد.

نگهداری فولاد در دمای مطلوب باعث می شود کم کم خاموش شده و دوباره به دمای طبیعی محیط برسد.

2- خنک سازی فولاد

همانطور که گفت شدکوئنچ می تواند باعث شکنندگی فولاد شود که با تمپیرینگ این اتفاق نمی افتد و در این پروسه فولاد به تدریج و با سرعت کمتری خنک می شود. البته تمامی مراحل این پروسه از قبل برنامه ریزی و تعیین شده است.

با عمل کوئنچ سختی فولاد بالا می رود اما استحکام آن را کاهش می دهد بنابراین خنک شدن تدریجی فولاد باعث تغییر شکل مولکولهای داخل آن شده و مجددا ساختار قوی تری را ارائه می کند یعنی دوام و استحکام آن تقویت می شود.

اگر مدت زمان خنک سازی فولاد مذاب طولانی تر شود خاصیت شکل پذیری و رسانایی آن را بهینه تر می کند.

مزایای عملیات حرارتی پذیری

• افزایش مقاومت و استحکام میزان سختی فولاد
• ایجاد چقرمگی مطلوب
• قابلیت شکل پذیری مناسب
• مقاومت در برابر سایش و اصطکاک

کاربرد فولاد حرارتی پذیر

• کاربردهای مختلف صنعت تولید خودرو و قطعات خودرو
• کلید، چرخ دنده
• مهره و پیچ و مهره فولادی مقاوم

انواع فولاد حرارتی پذیر

به طورکلی فولادهای قابل عملیات حرارتی شامل موارد زیر هستند:

• فولاد A516

با اضافه کردم مقادیر ناچیزی از عناصر آلیاژی به یک ورق فولادی کربنی مرغوب می رسیم. این عناصر آلیاژی مانند: فسفر، گوگرد، منگنز و غیره هستند. با افزودن آن ها فولاد حرارت پذیر از نوع  A516به دست می اید. این ورق  فولاد کربنی مرغوب دارای خاصیت خمش و عدسی شدن دارد.  به طور کلی فولاد A516 جزو دسته ورق‌های آلیاژی آتشخوار یا همان مخزنی می‌باشد.  توجه داشته باشید که از این ورق فولاد کربنی تولید شده در مخازن تحت فشار جوش  استفاده میشود. همچنین این  نوع فولاد حرارت پذیر از استحکام کششی ۵۵ تا ۹۰ مگاپاسکال برخوردار است. علت محبوبیت این ورق  را میتوان قابلیت تغییر و انعطاف پذیری بالای آن دانست.

• فولاد حرارتی پذیر mo40

یکی دیگر از انواع این نوع فولاد، فولاد MO40  است. این نوع فولاد آلیاژی، مولیبدن کروم دار است که از آن برای ساخت تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. به طور کلی این فولاد درصنایع بسیاری کاربرد دارد. این نوع فولاد جزو آلیاژهای  بسیارکم کربن است که توان و مقاومت کششی بالایی دارد.  شایان به ذکر است که سختی فولاد MO40 بسیار زیاد است. این فولاد با توجه به خواص انعطاف پذیری بالا و شگل گیری سریع، برای جوشکاری بسیار مناسب است.

• فولاد بلبرینگ

به طور کلی جنس این نوع از فولادها از فولاد آلیاژی کروم دار پرکربن است. این فولاد در قطعاتی است که بایستی در تنش‌های عمودی  و استاتیکی و مقاطعی که دچار سایش میشوند، استفاده شود. تمامی  فولاد های بلبرینگ شامل خصوصیاتی از قبیل: مقاومت سایشی عالی، استحکام بالا هستند.

• فولاد حرارتی پذیر VCN 200

به طور کلی فولاد VCN200 یکی از گریدهای فولاد VCN که از خانواده فولادهای آلیاژی عملیات حرارتی به شمار می‌رود. این فولاد  با نام ۱.۶۵۸۰ نیز شناخته می‌شود. این فولاد خواص بسیاری  زیادی دارد که برخی از آن‌ها شامل موارد زیر است:

1. قابلیت عملیات حرارتی قطعات با سطح و تنش بسیار
2. استحکام پذیری بسیار مطلوب
3. مقاومت و سختی سایشی بالا

• فولاد حرارتی پذیر VCN 150

به طور کلی فولاد VCN 150  استحکام و سختی  بسیار بالایی دارد. ویژگی های بارز این فولاد، به راحتی سخت شدن وقابلیت ایجاد قدرت زیاد در شرایط عملیات حرارتی است. این فولاد  از پرکاربردترین فولادهای بازار ایران  به شمار میرود. این محصول با نام ۱.۶۵۸۲ نیز شناخته می‌شود.

• فولاد گرمکار

طراحی و تولید این نوع فولاد حرارت پذیر برای کاربرد هایی با دمای بالاتر از 316 درجه سانتی گراد است. برای مثال: فولاد های ابزار سردکار در محدوده دمای 316 درجه سانتی گراد نرم و موجب کاهش  استحکام می شود.  البته در فولاد های تند بر به عنوان ابزار برش مورد استفاده قرار می گیرند. اما به هیچ وجه نرم نمیشود.از این روبه علت چقرمگی و مقاومت بالا به شوک های حرارتی در کاربردهایی که دمای بالایی دارند مناسب نیست.

• 4432/1فولاد استنلس استیل

فولاد حرارتی پذیر استنلس استیل نوع ۳۰۴ به علت نداشتن خاصیت مغناطیسی به نام استیل نگیر نامیده شده است. قیمت این فولاد بسیار مقرون بصرفه است. در پروژه های که نیاز به مقاومت بالا در برابر خوردگی نیست، از آن بهره میبرند.  به طور کلی این میلگرد ها مقاومت بسیار بالایی در برابر مواد شیمیایی دارند. از این رو در بسیاری از محیط های صنعتی وابسطه به مواد شیمیایی کاربرد دارند.

• 304 فولاد سمانتاسیون

به طور کلی واژه‌ی سمانتاسیون به معنی سختکاری است. این نوع سخت کاری به نوعی عملیات حرارتی به شمار می رود. در این عملیات آن سطح مقطع سخت می‌شود اما مغز آن بدون تغییر می‌ماند. که در بروز چنین حالتی  می گوییم سطح سخت و مغز چقرمه (نرم) است.

فولادهای سمانتاسیون شامل دودسته میشوند.

1. سمانته‌های نیکل دار
2. سمانته‌های غیر نیکل دار.

• فولاد خشکه هوایی

فولاد خشکه هوایی در دسته فولاد ابزار ها قرار می گیرد. در بسیاری از این نوع فولاد ها، ابزار برشی قرار گرفته است. به طور کلی از این فولاد برای ساخت انواع ابزارهای برشی نظیر:

• تیغه اره‌های برقی
• تیغه تراش
• مته
• ابزار دنده تراشی
• دریل
• فرز برش

وسایر مقاطع دیگر استفاده می‌شود.

دستگاه عملیات حرارتی یا گرمایی، یکی از مهمترین وسایلی است که در صنایع مختلف استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها با استفاده از حرارت، مواد را به دماهای مورد نظر بالا یا پایین می‌رسانند تا خواص و ویژگی‌های مورد نظر برای آن‌ها تغییر کند. این دستگاه‌ها به طور گسترده‌ای در صنایع غذایی، شیمیایی، نفت و گاز، فلزی و دیگر صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آنالیز شیمیایی و عناصر فولاد حرارتی پذیر

فولاد حرارتی پذیر از عناصر مختلفی تشکیل شده این عناصر عبارتند از:

• کربن (C)
• نیکل (Ni)
• منگنز (Mn)
• سیلیسیوم (Si)
• کروم (Cr)
• مولیبدن (Mo)
• فسفر (P)
• گوگرد (S)

دستگاه عملیات حرارتی

عملیات حرارتی می‌تواند شامل چندین فرآیند باشد که شامل گرم کردن، سرد کردن، نرم کردن، پخت و پز، خشک کردن، جوشاندن، آسیاب کردن، بخارپزی و سایر فرآیندها است. این دستگاه‌ها با توجه به نوع عملیات حرارتی که انجام می‌دهند، ممکن است با نام‌های مختلفی مانند کوره، بخاری، خشک کن، پختگاه، فر، اتوکلاو و غیره شناخته شوند.

به عنوان مثال،کوره‌ها در صنعت فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرند تا فلزات را به دمای بالا برای تولید قطعات فلزی یا تصفیه آن‌ها از آلاینده‌ها بگذارند.

دستگاه‌های عملیات حرارتی علاوه بر این که به صورت پایداری در فرآیندهای صنعتی کاربرد دارند، در مواقع ضروری مانند حوادث آتش سوزی نیز به دلیل توانایی آن‌ها در ایجاد و کنترل حرارت، به عنوان ابزاری برای مدیریت آتش سوزی و حفاظت از زندگی و دارایی‌های انسانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در کل، دستگاه عملیات حرارتی با توجه به نوع و کاربرد آن در صنایع مختلف، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و بدون آن‌ها، بسیاری از صنایع و فرآیندهای صنعتی امروزی به سختی امکان‌پذیر خواهد بود

کلام پایانی

در این مقاله به بررسی مشخصات کلی فولاد حرارتی پذیر پرداختیم. همچنین در ادامه بررسی انواع آن را ارائه کردیم. به طور کلی این نوع فولاد ها کاربرد بسیار زیادی در صنایع مختلف دارند. این فولاد به چندین دسته تقسیم میشود. هرکدام از انواع فولاد با توجه به نوع ساختاری که دارند، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار میگیرند. تمامی این فولادها، حاوی عناصر آلیاژی مانند منگنز، کروم، نیکل و مولیبدن هستند.  امیدواریم که این مقاله از سایت آهن میر حسینی برای شما مفید و جذاب بوده باشد. همچنین با مطالعه آن پاسخ سوالات خود را دریافت کرده باشید.