توضیح عکس توضیح عکس
توضیح عکس تبلیغات

وبلاگ یک مهندس... - فولاد

وبلاگ یک مهندس...

فولاد

اصطلاح فولاد (Steel) برای آلیاژهای آهن که تا حدود 1،5 درصد کربن دارند و غالبا با فلزهای دیگر همراهند، بکار می‌رود. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن ، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.
کاربرد انواع مختلف فولاد
از فولادی که تا 0.2 درصد کربن دارد، برای ساختن سیم ، لوله و ورق فولاد استفاده می‌شود. فولاد متوسط 0.2 تا 0.6 درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل ، دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می‌برند. فولادی که 0.6 تا 1.5 درصد کربن دارد، سخت است و از آن برای ساختن ابزارآلات ، فنر و کارد و چنگال استفاده می‌شود.
ناخالصی‌های آهن و تولید فولاد
آهنی که از کوره بلند خارج می‌شود، چدن نامیده می‌شود که دارای مقادیری کربن ، گوگرد ، فسفر ، سیلیسیم ، منگنز و ناخالصی‌های دیگر است. در تولید فولاد دو هدف دنبال می‌شود:
1- سوزاندن ناخالصی‌های چدن
2- افزودن مقادیر معین از مواد آلیاژ دهنده به آهن
منگنز ، فسفر و سیلیسیم در چدن مذاب توسط هوا یا اکسیژن به اکسید تبدیل می‌شوند و با کمک ذوب مناسبی ترکیب شده ، به صورت سرباره خارج می‌شوند. گوگرد به صورت سولفید وارد سرباره می‌شود و کربن هم می‌سوزد و مونوکسید کربن (CO) یا دی‌اکسید کربن (CO2) در می‌آید. چنانچه ناخالصی اصلی منگنز باشد، یک کمک ذوب اسیدی که معمولا دی‌اکسید سیلسیم (SiO2) است، بکار می‌برند:
(MnO + SiO2 -------> MnSiO3(l
و چنانچه ناخالصی اصلی سیلسیم یا فسفر باشد (و معمولا چنین است)، یک کمک ذوب بازی که معمولا اکسید منیزیم (MgO) یا اکسید کلسیم (CaO) است، اضافه می‌کنند:
(MgO + SiO2 -------> MgSiO2(l
(6MgO + P4O10 -------> 2Mg3(PO4)2(l
کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی‌ها
معمولا جداره داخلی کوره‌ای را که برای تولید فولاد بکار می‌رود، توسط آجرهایی که از ماده کمک ذوب ساخته شده‌اند، می‌پوشانند. این پوششی مقداری از اکسیدهایی را که باید خارج شوند، به خود جذب می‌کند. برای جدا کردن ناخالصی‌ها، معمولا از روش کوره باز استفاده می‌کنند. این کوره یک ظرف بشقاب مانند دارد که در آن 100 تا 200 تن آهن مذاب جای می‌گیرد.
بالای این ظرف ، یک سقف مقعر قرار دارد که گرما را روی سطح فلز مذاب منعکس می‌کند. جریان شدیدی از اکسیژن را از روی فلز مذاب عبور می‌دهند تا ناخالصی‌های موجود در آن بسوزند. در این روش ناخالصیها در اثر انتقال گرما در مایع و عمل پخش به سطح مایع می‌آیند و عمل تصفیه چند ساعت طول می‌کشد، البته مقداری از آهن ، اکسید می‌شود که آن را جمع‌آوری کرده، به کوره بلند باز می‌گردانند.
روش دیگر جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن
در روش دیگری که از همین اصول شیمیایی برای جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن استفاده می‌شود، آهن مذاب را همراه آهن قراضه و کمک ذوب در کوره‌ای بشکه مانند که گنجایش 300 تن بار را دارد، می‌ریزند. جریان شدیدی از اکسیژن خالص را با سرعت مافوق صوت بر سطح فلز مذاب هدایت می‌کنند و با کج کردن و چرخاندن بشکه ، همواره سطح تازه‌ای از فلز مذاب را در معرض اکسیژن قرار می‌دهند.
اکسایش ناخالصی‌ها بسیار سریع صورت می‌گیرد و وقتی محصولات گازی مانند CO2 رها می‌شوند، توده مذاب را به هم می‌زنند، بطوری که آهن ته ظرف ، رو می‌آید. دمای توده مذاب ، بی آنکه از گرمای خارجی استفاده شود، تقریبا به دمای جوش آهن می‌رسد و در چنین دمایی ، واکنشها فوق‌العاده سریع بوده ، تمامی‌ این فرایند ، در مدت یک ساعت یا کمتر کامل می‌شود و معمولا محصولی یکنواخت و دارای کیفیت خوب بدست می‌آید.
تبدیل آهن به فولاد
آهن مذاب تصفیه شده را با افزودن مقدار معین کربن و فلزهای آلیاژ دهنده مثل وانادیم ، کروم ، تیتانیم ، منگنز و نیکل به فولاد تبدیل می‌کنند. فولادهای ویژه ممکن است مولیبدن ، تنگستن یا فلزهای دیگر داشته باشند. این نوع فولادها برای مصارف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در دمای زیاد ، آهن و کربن با یکدیگر متحد شده، کربید آهن (Fe3C) به نام «سمانتیت» تشکیل می‌دهند. این واکنش ، برگشت‌پذیر و گرماگیر است:
Fe3C <------- گرما + 3Fe + C
هرگاه فولادی که دارای سمانتیت است، به کندی سرد شود، تعادل فوق به سمت تشکیل آهن و کربن ، جابجا شده ، کربن به صورت پولکهای گرافیت جدا می‌شود و به فلز ، رنگ خاکستری می‌دهد. برعکس ، اگر فولاد به سرعت سرد شود، کربن عمدتا به شکل سمانتیت که رنگ روشنی دارد، باقی می‌ماند. تجزیه سمانتیت در دمای معمولی به اندازه‌ای کند است که عملا انجام نمی‌گیرد.
فولادی که دارای سمانتیت است، از فولادی که دارای گرافیت است، سخت‌تر و خیلی شکننده‌تر است. در هر یک از این دو نوع فولاد ، مقدار کربن را می‌توان در محدوده نسبتا وسیعی تنظیم کرد. همچنین ، می‌توان مقدار کل کربن را در قسمتهای مختلف یک قطعه فولاد تغییر داد و خواص آن را بهتر کرد. مثلا بلبرینگ از فولاد متوسط ساخته شده است تا سختی و استحکام داشته باشد و لیکن سطح آن را در بستری از کربن حرارت می‌دهند تا لایه نازکی از سمانتیت روی آن تشکیل گردد و بر سختی آن افزوده شود.


برچسب‌ها: فولاد, دانلود مقالات مهندسی مواد و متالورژی, فولاد چدن کربن کوره ورق عملیات حرارتی, دانلود مقاله, دانلود مقالات مهندسی مکانیک
+ نوشته شده در  یکشنبه هفتم اردیبهشت 1393ساعت 21:6  توسط spow  | 

آشنايي با كتاب كليد فولاد

 کتاب كليد فولاد مشتمل بر 19 فصل مي باشد كه عبارتند از:

فصل 1- فولادهاي ساختاري (ماشين آلات عمومي)، فولادهاي سخت كاري، فولادهاي ازت كاري (نيتروره شده) و فولادهاي خوش تراش.
فصل 2- فولادهاي حرارت پذير (قابل عمليات حرارتي)، فولادهاي ياتاقان هاي چرخشي و غلتشي.
فصل 3- فولادهاي فنر، فولادهاي سخت گرداني و فولادهاي اكستروژن سرد.
فصل 4- فولادهاي چقرمه سرد (مقاوم در دماي زير صفر)، فولادهاي مخازن تحت فشار و فولادهاي ساختاري (ماشين) نسوز.
فصل 5- فولادهاي ساختاري (ماشين آلات) ريزدانه شده، فولادهاي ساختاري (ماشين آلات) ريزدانه شده مقاوم در هوا.
فصل 6- فولادهاي ساختاري (ماشين آلات) و ساختماني (كشورهاي خارجي)- تطبيق استانداردهاي خارجي.
فصل 7- فولادهاي ابزار كربني- فولادهاي تندبر.
فصل 8- فولادهاي ابزاري سرد كار.
فصل 9- فولادهاي ابزاري گرم كار.
فصل 10- فولادهاي ابزار كشورهاي خارجي- تطبيق استانداردهاي خارجي.
فصل 11- فولادهاي شيرآلات و دريچه ها (سوپاپ ها)- آلياژها و فولادهاي مقاوم در دماي زياد (ديرگداز).
فصل 12- فولاد نگير (غير مغناطيسي)- فولاد نسوز.
فصل 13- فولاد زنگ نزن.
فصل 14- فولاد ريختگي، ضد خوردگي، ضد اسيد و ضد حرارت.
فصل 15- مواد پر كننده جوشكاري (الكترود) براي فولادهاي پرآلياژ.
فصل 16- فولادهاي زنگ نزن و نسوز كشورهاي خارجي- تطبيق استانداردهاي خارجي.
فصل 17- ليست شماره استاندارد DIN و تهيه كنندگان آلمان.
فصل 18- تهيه كنندگان آلمان- شكل  و شرايط محصولات- ليست نامگذاري ها.
فصل 19- تهيه كنندگان كشورهاي خارجي- ليست نامگذاري ها- فهرست مطالب.
 
همانطور كه ملاحظه مي شود، 16 فصل كتاب كليد فولاد بر اساس كاربرد فولادها تقسيم بندي شده اند. در اين ميان، فصل هاي 6، 10 و 16 در برگيرنده اطلاعات فولادهاي غير آلماني  و سایر فصول در برگيرنده اطلاعات فولادهای آلمانی می باشند. گروه بندی فولادهای غیر آلمانی در فصول 6، 10 و 16 به ترتيب شبيه به گروه بندي فولادهاي آلماني در فصول 1 تا 5، 7 تا 9 و 11 تا 15 مي باشد. داده هاي فولادهاي آلماني ارائه شده در اين فصول شامل شماره استاندارد DIN آلمان، علامت مشخصه1، تركيب شيميايي، خواص مكانيكي، حرارتي، فيزيكي و كاربردهاي فولادها مي باشد.
فصل 17 به دو بخش a و b تقسيم مي شود. بخش a17 در برگيرنده اطلاعات فولادهاي آلماني است و بر اساس شماره استاندارد DIN آلمان مرتب شده است. داده هاي فولادهاي اين بخش شامل استاندارد DIN آلمان، علامت مشخصه، استاندارد DIN مربوطه، تركيب شيميائي، معادل ISO، نامگذاري و شماره گروه فولاد (شماره فصلي) كه ساير اطلاعات فولاد در آن ارائه شده است، مي باشد.
در بخش b17، كد اختصاري شركت هاي آلماني توليد كننده هر فولاد آلماني در مقابل شماره استاندارد آن فولاد ارائه شده است. بديهي است كه اطلاعات اين بخش نيز بايد بر اساس شماره استاندارد فولادها مرتب شده باشند تا دسترسي به كد اختصاري شركت هاي توليد كننده هر فولاد به راحتي امكان پذير شود.
در اينجا لازم است كه در مورد كد اختصاري شركت هاي توليد كننده فولاد توضيحاتي داده شود. هر شركت توليد كننده فولاد در دنيا، يك كد اختصاري دارد كه تركيبي است از يك يا دو حرف لاتين و يك عدد سه رقمي كه توسط يك خط تيره از هم جدا مي شوند. حروف در سمت چپ خط تيره قرار دارند و نشان دهنده مليت شركت توليد كننده مي باشند. به عنوان مثال حرف D براي شركت هاي آلماني بكاري مي رود. بنابراين شركت D-005 يك شركت آلماني است. عددي كه در سمت راست خط تيره قرار گرفته است، براي تفكيك شركت هاي موجود در يك كشور بكار مي رود و در واقع اين عدد كد داخلي شركت در كشور خود مي باشد. براي دستيابي به ساير اطلاعات شركت هاي توليد كننده آلماني، مي توان از فصل 18 استفاده كرد.
فصل 18 شامل سه قسمت مي باشد. قسمت اول اين فصل به معرفي مشخصات كامل شركت هاي توليد كننده فولاد در آلمان مي پردازد. اين مشخصات عبارتند از كد شركت، نام، آدرس، كد پستي، شماره تلفن، فلكس و تلكس شركت. قسمت دوم آن، به بررسي شكل و شرايط محصولات توليدي توسط هر يك از شركت هاي توليد كننده آلماني مي پردازد. قسمت سوم اين فصل كه حجم عمده آن را تشكيل مي دهد، ليستي است از نامگذاري فولادهاي آلماني كه در مقابل نام هر فولاد، شماره استاندارد، گروه (فصل) و كد عمده ترين توليد كننده فولاد ارائه شده است. اين ليست بر اساس اعداد و حروف الفباي نامگذاري فولادها مرتب شده است. بنابراين با داشتن نامگذاري يك فولاد آلماني، مي توان به ساير مشخصات آن دست پيدا كرد. منظور از نامگذاري در اينجا مي تواند هر يك از سه مورد علامت مشخصه، معادل ISO (ISO ~) يا نامگذاري (Designation) فولاد باشد.
فصل 19 نيز به سه قسمت تقسيم مي شود. قسمت اول اين فصل به معرفي مشخصات شركت هاي توليد كننده فولاد كشورهاي خارجي مي پردازد. اطلاعات اين قسمت، بر اساس كد اختصاري شركت ها مرتب شده است. قسمت دوم اين فصل كه حجم عمده آن را تشكيل مي دهد، ليستي از نامگذاري فولادهاي كشورهاي خارجي است. اين ليست بر اساس حروف الفباي نامگذاري فولادها مرتب شده است. در مقابل نام هر فولاد، صفحه و شماره رديف فولاد و همچنين نام كشور توليد كننده و كد عمده ترين شركت توليد كننده آن نيز ارائه شده است. منظور از نامگذاري فولاد در اينجا، انواع نامگذاري ها در استانداردهاي مختلف كشورهاي خارجي است. قسمت پاياني اين فصل در حقيقت فهرست مطالب كتاب كليد فولاد است.
1-2- نحوه استفاده از كتاب كليد فولاد
بنا بر آنچه كه تاكنون گفته شد، روش هاي دستيابي به اطلاعات كتاب كليد فولاد را مي توان به 8  مورد زير تقسيم بندي نمود:
1-2-1- تعيين مشخصات فولادهاي آلماني بر اساس شماره استاندارد آنها
براي اين منظور، بايد به فصل a17 مراجعه كنيم. از آنجا كه در اين فصل، اطلاعات فولادها بر اساس شماره استاندارد DIN مرتب شده است، فولاد مورد نظر را مي توان به راحتي پيدا كرد. اطلاعاتي از قبيل علامت مشخصه، استاندارد DIN تعريف كننده فولاد، تركيب شيميايي، معادل ISO و نامگذاري فولاد مستقيماً بدست مي آيند. اما اطلاعاتي نظير كاربردها، خواص فيزيكي، مكانيكي و حرارتي فولادها در اين بخش ارائه نشده اند و امكان دسترسي مستقيم به آنها وجود ندارد. بلكه بايد از  شماره گروه فولاد كه در ستون آخر اطلاعات اين فصل ارائه شده است، براي دستيابي به اطلاعات مورد نظر استفاده كرد. شماره گروه فولاد، در واقع شماره فصلي است كه اطلاعات اختصاصي فولاد در آن قرار دارد.
چنانچه اطلاعات بدست آمده از فصول مختلف اين كتاب كافي نباشند، بايد به استانداردهاي DIN تعريف كننده فولاد كه شماره هاي آنها در ستون سوم اطلاعات فصل a17 ارائه شده اند مراجعه كنيم. به عنوان مثال در مورد فولاد ST37 با شماره استاندارد 1.0259 به استانداردهاي DIN1629 و DIN1626 ارجاع داده شده است. استاندارد DIN تعريف كننده فولاد، اطلاعاتي راجع به كيفيت فولاد، شكل محصول و خواص آن در وضعيت هاي مختلف ارائه مي دهد. همچنين راجع به چگونگي كنترل كيفيت از لحاظ مواد و ابعاد، طريقه سفارش بر اساس استاندارد و .... اطلاعاتی كاربردي بدست مي دهد. با مراجعه به كتابچه هاي استاندارد DIN آلمان كه چهار جلد آن به آلياژهاي پايه آهن اختصاص داشته و بر اساس شماره هاي استانداردهاي DIN تعريف كننده مرتب شده اند، مي توان به راحتي به استاندارد تعريف كننده فولاد مورد نظر دست يافته و اطلاعات لازم را بدست آورد.
1-2-2- تعيين مشخصات فولادها بر اساس نامگذاري آنها
براي اين منظور از دو بخش 18 و 19 استفاده مي شود. اگر فولاد مورد نظر در كشور آلمان توليد شده باشد، بايد به فصل 18 و در غير اينصورت به فصل 19 مراجعه كنيم.
همان طور كه گفته شد قسمت سوم فصل 18 كه حجم عمده اين فصل را تشكيل مي دهد، ليستي است از نامگذاري فولادهاي آلماني كه در مقابل نام هر فولاد، شماره استاندارد DIN، گروه (فصل) و كد عمده ترين توليد كننده آن ارائه شده است. اين ليست بر اساس اعداد و حروف الفباي نامگذاري فولادها مرتب شده است. بنابراين با در دست داشتن نامگذاري فولاد در استاندارد DIN آلمان، به راحتي مي توان به شماره استاندارد فولاد، گروه و كد عمده ترين توليد كننده فولاد دست يافت. با بدست آوردن شماره استاندارد فولاد، به فصل a17 رجوع كرده و مطابق آنچه كه در روش اول (بخش 1-2-1) گفته شد، ساير مشخصات فولاد را پيدا مي كنيم. همچنين براي دستيابي به اطلاعات اختصاصي فولادها از شماره گروه آن استفاده مي كنيم. شماره گروه فولاد، هم در فصل 18 و هم در فصل a17 ارائه شده است.
در صورتي كه نامگذاري فولاد متعلق به كشورهاي خارجي باشد، بايد به قسمت دوم فصل 19 مراجعه كنيم. در اين قسمت از فصل 19، فولادها بر اساس اعداد و حروف الفباي نامگذاريشان مرتب شده اند و در مقابل نام هر فولاد، شماره صفحه، شماره رديف، نام كشور توليد كننده و همچنين كد اختصاري عمده ترين توليد كننده آن ارائه شده است. بنابراين با در دست داشتن نام فولاد در استاندارد يك كشور خارجي، مي توان با استفاده از شماره صفحه و شماره رديف (كه براي هر يك از فولادهاي خارجي تعريف شده در فصول 6، 10 و 16 ارائه شده است) به اطلاعات فولاد مورد نظر دست يافت.
1-2-3- تعيين مشخصات فولادها بر اساس كاربردهاي آنها
چنانچه بخواهيم فولادي را برا اساس كاربردهاي در نظر گرفته شده براي آن انتخاب كنيم، ابتدا بايد با استفاده از فهرست فصول كتاب، گروه (فصل) فولاد مورد نظر را بدست آوريم. سپس با مراجعه به قسمت مربوط به كاربردهاي فولادهاي معرفي شده در آن فصل، شماره استاندارد فولاد مورد نظر خود را استخراج كنيم. با بدست آوردن شماره استاندارد فولاد مي توانيم به ساير مشخصات فولاد دست پيدا كنيم.
1-2-4- تعيين مشخصات فولادها بر اساس تركيب شيميايي آنها
 تعيين مشخصات يك فولاد بر اساس تركيب شيميايي آن به دو صورت امكان پذير است:
 
1.            اگر بتوان گروه آلياژي فولاد را بر اساس تركيب شيميايي آن تعيين نمود، با مراجعه به گروه مربوطه و جستجو در آناليز شيميايي فولادهاي آن گروه مي توان نزديك ترين آلياژ به آلياژ مورد نظر را يافته و ساير مشخصات آن را با توجه به شماره استاندارد آن بدست آورد.
2.            اگر بتوان محدوده شماره استاندارد يا علامت مشخصه فولاد را بر اساس تركيب شيميايي آن تعيين كرد، مي توان با استفاده از فصول a17 يا 18 به ساير مشخصات فولاد دست يافت. لازم به ذكر است كه نامگذاري فولادها در استاندارد DIN آلمان تا حدود زيادي با توجه به تركيب شيميايي آنها صورت مي گيرد. براي كسب اطلاعات بيشتر در مورد نامگذاري فولادها در استاندارد DIN آلمان به بخش اول مقاله مندرج در شماره پیشین نشریه مراجعه شود.
 
1-2-5- تعيين كد اختصاري شركت هاي توليد كننده يك فولاد
چنانچه فولاد مورد نظر در كشور آلمان توليد شده باشد، مي توان با در دست داشتن شماره استاندارد آن به فصل b17 مراجعه كرده و كد اختصاري شركت هاي توليد كننده آن را بدست آورد. اگر به جاي شماره استاندارد فولاد علامت مشخصه آن را داشته باشيم، مي توانيم به قسمت سوم فصل 18مراجعه كنيم. در اين قسمت همان طور كه قبلاً نيز گفته شد در مقابل نام هر فولاد، شماره استاندارد، شماره گروه و كد اختصاري عمده ترين توليد كننده آن ارائه شده است. بنابراين كد اختصاري عمده ترين توليد كننده فولاد مورد نظر به صورت مستقيم بدست مي آيد و براي بدست آوردن كد ساير شركت هاي توليد كننده آن مي توان از شماره استاندارد فولاد استفاده كرد.
اگر فولاد مورد نظر در كشوري غير از آلمان توليد شده باشد، فقط امكان دسترسي به كد اختصاري عمده ترين توليد كننده آن وجود دارد. براي اين منظور بايد به قسمت دوم فصل 19 مراجعه كنيم. در اين قسمت در مقابل نام هر فولاد، شماره صفحه، شماره رديف، نام كشور توليد كننده و كد اختصاري عمده ترين توليد كننده آن ارائه شده است. ولي در هيچ يك از فصول كتاب، كد اختصاري ساير توليد كنندگان فولاد مورد نظر ارائه نشده است. در نتيجه بايد به آنچه كه در فصل 19 ارائه شده است، بسنده كنيم.
1-2-6- تعيين اسم، آدرس و ساير مشخصات شركت هاي توليد كننده
همانطور كه گفته شد، در فصول b17، 18 و 19، براي هر يك از فولادها، فقط كد اختصاري توليد كننده يا توليد كنندگان فولادها ارائه شده اند. گاهي اوقات لازم است كه درباره شركت هاي توليد كننده فولاد اطلاعات بيشتري داشته باشيم. اين اطلاعات را مي توان از فصول 18 و 19 بدست آورد. قسمت اول فصل18 همانطور كه قبلاً نيز بیان شد، مربوط به مشخصات كامل شركت هاي توليد كننده آلماني می شود و قسمت اول فصل 19، مربوط به مشخصات كامل شركت هاي توليد كننده خارجي مي شود. بنابراين با در دست داشتن كد شركت مورد نظر مي توان به اين فصول مراجعه كرده و ساير مشخصات آن شركت را بدست آورد.
1-2-7- تعيين شكل محصولات فولادي و روش توليد آنها در شركت هاي آلماني
در قسمت دوم فصل 18، ليستي ارائه شده است كه با توجه به شكل محصول و روش توليد آن به بررسي توليد يا عدم توليد انواع مختلف فولادها توسط شركت هاي آلماني مي پردازد. اين ليست بر اساس كد اختصاري شركت هاي توليد كننده مرتب شده است. بنابراين با در دست داشتن كد اختصاري شركت توليد كننده فولاد (كه از فصول b17 يا 18 بدست مي آيد) و با توجه به نوع فولاد، شكل محصول و روش توليد آن، مي توان تعيين كرد كه آيا محصول مورد نظر توسط اين شركت توليد مي شود يا خیر.
1-2-8- تعين فولادهاي معادل در استانداردهاي كشورهاي مختلف
در صفحات پاياني سه فصل 6، 10 و 16، ليستي از فولادهاي معادل در استانداردهاي 9 كشور صنعتي ارائه شده است. اين ليست، بر اساس شماره استاندارد فولادهاي معادل در استاندارد DIN آلمان مرتب گردیده است. با استفاده از اين ليست مي توان به تعداد معدودي از فولادهاي معادل در استانداردهاي كشورهاي مختلف دست يافت.
برچسب‌ها: آشنايي با كتاب كليد فولاد, کلید فولاد, فولاد, دانلود کتاب جزوه مقاله پروژه, استاندارد
+ نوشته شده در  دوشنبه بیست و سوم اردیبهشت 1392ساعت 2:11  توسط spow  | 

فولادهای ميكروآلیاژی

Micro alloy steels

مقدمه

تقريبا از دهه 50 ميلادي بود كه محققين پي بردند اضافه كردن عناصري خاص مانند واناديم- نايوبيم و تيتانيم در مقدارجزيي ميتواند تاثيري كاملا چشمگير در استحكام فولاد داشته باشد. در اين سالها و سالهاي قبل براي بدست آوردن خواص مكانيكي مورد نظر از عناصري آلياژي مانند نيكل- كروم -تيتانيم و... در مقياس بالا استفاده ميشد.
در دهه هاي 50 تا 70 محققين در كشورهاي مختلف خصوصا در كشور ژاپن هر چه بيشتر با مزاياي افزودن عناصري مانند واناديم نايو بيم تيتانيم و... در مقياس كم به فولادهاي ساده آشنا شدند. با سختگيرانه شدن استاندارد هاي محيط زيست و اجباري شدن آنها و نيز خاصيت بسيار جالب توجه فولادهاي جديد (ميكروآلياژها) استفاده از آنها در دستور كار قرار گرفت. گسترش صنعت و به خصوص صنعت اتومبيل سازي و افزايش رقابت در زمينه هاي كيفيت و قيمت محصول تمام شده باعث افزايش توجه و استفاده از فولادهاي ميكروآلياژي شده است.

معرفي

در يک نگاه کلي به فولادها، ميکروآلياژها در زير مجموعه فولادهاي HSLA قرار مي گيرند. فولاد HSLA فولادي است که با دارا بودن درصدهاي پايين از دو عنصر کربن و منگنز به جهت داشتن عناصري مانند کروم- نيکل- موليبدن، مس، نيتروژن، واناديم، نيوبيم، تيتانيم و زيرکونيم؛ در مقادير بسيار کم جهت مصارف صنعتي با قابليت هاي بهينه سازي شده طراحي شده اند.

تقسيم بندي فولادهاي HSLA

فولادهاي ضد سايش
ميكروآلياژهاي فريت-پرليتي
فولادهاي پرليتي مخصوص شكل دهي
فولادهاي فريت سوزني
فولادهاي دو فازي
فولادهاي با قابليت كنترل شكل ناخالصيها

بررسي تفکيکي نقش عناصر بر استحکام ميکروآلياژ

فولاد واناديوم دار

 عنصر واناديوم بيشتر در فولادهاي ضد سايش حائز اهميت است

 بهبود خواص در هنگام انجام کار گرم اهميت آنرا دوچندان کرده است.

وجود آن خصوصا تا wt % 0.1 جهت کنترل شرايط نرماليزينگ، کوئينچ و تمپر موثر است

فولاد نيتروژن واناديم دار

ماده حاصل از ترکيب واناديم و نيتروژن استحکام زيادي دارد.
 کاهش چقرمگي ناشي از افزايش استحکام را مي توان با کاهش ميزان کربن برطرف کرد.

 ترکيبات واناديم- نيتروژن تا دماهاي بالا پايداري زيادي از خود نشان مي دهند.

 ذرات سخت گفته شده مي توانند اثر تاخيري بر رشد ترکها داشته باشند.
 قابليت جوش پذيري اين ترکيب پايين است.

فولاد واناديم- نيوبيم دار


داراي خواص بسيار مطلوب به علت اثر توامان ايجاد دانه بندي ريزتر در آستنيت (نيوبيم) و تشکيل رسوبات سخت و استحکام زا (واناديم)

 افزايش تافنس، شکل پذيري و قابليت جوشکاري به علت پايين بودن مقدار کربن

فولاد نيوبيم دار

نيوبيم استحکام را به روش رسوب سختي بسته به ميزان و اندازه کاربيدهاي نيوبيم افزايش مي دهد.

فولادهاي نيوبيم- موليبدن دار

اضافه شدن موليبدن باعث:

 افزايش استحکام کششي مي شود

 باعث کاهش ميزان انحلال کربن در آستنیت شده و از آنجا استحکام آلياژ بالا مي رود.

فولادهاي تيتانيوم دار

با مکانيزم رسوب سختي استحکام فولاد را افزايش مي دهد.
تقريبا تمام آن به صورت رسوبات خشن نيتريد تيتانيوم نامحلول در مي آيند.

با توجه به افزايش استحکام زياد در اين حالت که تاثير منفي بر تافنس دارد، افزايش تيتانيم بايد تحت کنترل باشد.

فولادهاي تيتانيم- نيوبيم دار

با وجود محدوديت در اضافه کردن تيتانيم به دليل افت تافنس افزودن نيوبيم به ميکروآلياژهاي تيتانيم دار کم کربن داراي تاثيرات چشم گيري است.

 افزايش استحکام با به وجود آمدن نيتريد تيتانيم

خواص مطلوب فولادهاي ميکروآلياژ: (فرايند پذيري)

استفاده کم از عناصر آلياژي که باعث کم شدن قيمت تمام شده و نيز پايدار ماندن منابع طبيعي مي شود.
 قابليت فرم پذيري خصوصا در دماهاي بالا در حد بسيار مطلوب
 قابليت جوش پذيري در حد بسيار خوب به واسطه استفاده کم از عناصر آلياژي
 داشتن سيکل عمليات حرارتي ساده و حذف مراحل مختلف عمليات حرارتي و از آنجا صرفه جويي در زمان و هزينه و نيز حفظ محيط زيست.

استحکام بخشي ميکروآلياژها

مکانيزم رسوب سختي از روشهاي اصلي استحکام بخشي در فولادهاي ميکروآلياژهاي حاوي عناصر نيتروژن، تيتانيم و نيوبيم مي باشد.

اين عناصر تمايل بسيار زيادي به ترکيب باکربن ونيتروژن موجود در فولاد دارند و باعث تشکيل ذرات ريز کاربيد٬ نيتريد و کربونيتريد در حين فرايند تمپرينگ مي گردند و به طور موثري استحکام را افزايش مي دهند.

تاثير عناصر ميكروآلياژي روي ميكرو ساختار آستنيت

فولادهاي ميكروآلياژي تيتانيم دار TV يك ساختار آستنيتي  با دانه هاي ريزتر در دماهاي بالا نسبت به فولادهاي واناديم دار VN داشتند ولي فولادهاي ميكروآلياژي تيتانيم دار يك ميكرو ساختار تقريبا ريزتري حتي پس از تبلور مجدد داشتندبنابراين تيتانيم تاثير مثبتي روي كنترل اندازه دانه در خلال گرمادهي مجدد دارد. البته بايد توجه داشت كه جهت رسيدن به يك ساختار بهينه بايد توزيع مناسبي از اين عنصر ميكروآلياژي (Ti ) در زمينه به وجود آورد.نكته مهم اينكه آستنيتهاي اوليه دانه ريزتر فرايند تبلور مجدد را افزايش ميدهند واين ممكن است دليلي باشد براي توقف دماي تبلور مجدد در فولادهاي ريز دانه TVوT2V  در مقايسه با فولادهايN V .

کاربردهاي فولادي ميکروآلياژي و علل آن

  فولادهاي ميکروآلياژ ريختگي به علت استحکام بالا- هزينه کم- چقرمگي خوب و جوش پذيري عالي

 فولادهاي ميکروآلياژ فريتي _ پرليتي به علت دارا بودن خواص مکانيکي مطلوب و قابليت آهنگري مناسب.

  فولادهاي نيکل- کروم- موليبدن واناديومي به علت برخوردار بودن از سختي­پذيري بالا و چقرمگي و استحکام بالاي ساختار مارتنزيت باز پخت شده آنها.
اين فولادها محدوده اي از فولادهاي آهنگري آبداده و بازپخت شده استحکام بالا هستند که جهت ساخت لوله ها و بويلرهاي تحت فشار و سايش و همچنين اجزاء تحت سايش بارهاي ديناميکي و ضربه اي از قبيل شفتها، گردانه ها، توربين ها و اجزاء مشابه ديگر به کار مي روند. که ساخت اين لوله ها با توجه به اهميت و حساسيت کاربردشان فرايندهاي پرهزينه اي را پشت سر مي گذارند.

 کاربرد در صنايع خودروسازي و به ويژه در اجزاء ديناميک خودروها به علت استحکام و چقرمگي مطلوب و قابليت تحمل بارهاي تناوبي.
فولادهاي حاوي ريزساختارهاي فريت سوزني در ساخت ورق هاي فولادي مورد استفاده در خطوط انتقال نفت و گاز به علت ساختار درهم قفل شده خود که باعث استحکام- چقرمگي و جوش پذيري بهينه مي گردد

مقايسه خواص و ويژگي ها گروههاي هم خانواده

با انتخاب دقيق ترکيب شيميايي و پروسه توليد، مي توان اين خانواده از فولادهاي کم کربن با استحکام بالاتر در مواردي جايگزين فولادهاي کربن متوسط آلياژي (گروه 8000، AISI 4000) کرد که مقادير بيشتري از عناصر گران قيمت مثل Ni-Cr, Mo استفاده مي کنند و از لحاظ اقتصادي و خواصي مثل جوشکاري قابل مقايسه با فولادهاي ميکروآلياژ کم کربن نيستند.

 اضافه نمودن مقدار بور در حد PPM  12 به فولادهاي کم آلياژي کم کربن (% 0.2) سبب افزايش سختي پذيري فولاد مي گردد که قابل رقابت با  فولادهاي آلياژي با سختي پذيري مشابه مي باشد.
فولادهای میکروالیاژ هواسرد با حذف عملیات حرارتی بعد از فرایندهای کارگرم از جمله اهنگری دارای ساختار ظریف فریتی پرلیتی بوده ودر مقایسه با فولاد کوئینچ و تمپرشده از خواص مکانیکی مشابه یا بالاتری برخوردار میباشند.

نتيجه گيري

نتيجه گيري
فولادهاي ميکروآلياژ بدون شک يکي از مهمترين پيشرفتهاي متالوژيکي نيم قرن اخير بوده است اين فولادها يک ترکيب عالي از استحکام انعطاف پذيري، چقرمگي، شکل پذيري و جوش پذيري را با هزينه نسبتا کم ارايه مي دهند.
و از مزاياي آنها مي توان به موارد زير اشاره کرد:

 حذف فرايند عمليات حرارتي
 کاهش هزينه هاي ماشين کاري
 بهبود خواص خستگي

حذف مرحله تابگيري

حذف ترک هاي ناشي از مرحله سخت کاري

 بهبود خواص جوشکاري

با توجه به کاربرد وسيع ميکروآلياژها در صنايع مختلف بهينه سازي خواص آنها همواره مورد توجه محققين بوده است.


برچسب‌ها: فولادهای ميكروآلیاژی Micro alloy steels, فولاد, تمپرکردن, الیاژ, فولاد نيتروژن واناديم دار
+ نوشته شده در  شنبه بیست و یکم اردیبهشت 1392ساعت 14:6  توسط spow  | 

دانلود مقاله ای در زمینه تست اولتراسونیک ومباحث جوشکاری و بازرسی جوش

The ultrasonic testing of the spot welded different steel sheets

بازرسی تست غیرمخرب اولتراسونیک برای جوش نقطه ای در ورقهای فولادی مختلف

برای دانلود مقاله به لینک زیر مراجعه فرمایید:

دانلود کنید.



برچسب‌ها: تست اولتراسونیک, بازدید جوش, بازرسی جوش, جوشکاری, فولاد, دانلود مقالات مهندسی مکانیک, تست فراصوتی, تست, مهندسی جوش, مهندسی مکانیک, تست غیرمخرب, جوش
+ نوشته شده در  پنجشنبه چهاردهم دی 1391ساعت 23:44  توسط spow  | 

فولادها

مقدمه:

بر مبنای یک تعریف قدیمی ،فولاد های آلیاژی از آهن و کربن هستند که در اکثر حالات دارای انعطاف و شکل پذیری مناسبی می باشند.مقدار کربن در فولاد  تا حدود 7/1 درصد متغیر بوده و از طرف دیگر عناصری نظیر منگنز و سیلیسیم در مقادیر کمتر از 1 درصد و گوگرد  و فسفر در مقادیر جزیی به عنوان ناخالصی  در فولاد موجود هستند.

امروزه تعریف فوق نمی تواند تمام فولاد ها را شامل شود زیرا فولاد هایی وجود دارند که مقدار عناصر آلیاژی متشکله آنها گاه از مرز 50 درصد نیز تجاوز می کند.

ترکیبی از استحکام بالا و قابلیت چکش خواری، فولاد ها را از دیگر آلیاژها و مواد فلزی متمایز می سازد.فولاد ها در مقابل اعمال تنش های متغیر و نیروهای ضربه ای بسیار مقاوم بوده و از طرف دیگر امکان استفاده از آنها در درجات حرارتی زیر صفر (100- درجه سانتیگراد)و حرارتی بالا(تا 800 درجه سانتیگراد و گاه بالاتر از آن)وجود دارد.استفاده از عناصر آلیاژی نظیر نیکل، کبالت،مولیبدن و تنگستن ، این خانواده از آلیاژهای صنعتی را برای مصرف در درجات حرارتی بالا مناسب نموده است.

چون تعداد و انواع فولاد ها بسیار زیاد است و خواص آنها اعم از : مکانیکی،فیزیکی،شیمیایی و متالورژیکی نیز بسیار متنوع می باشد و به علاوه با عملیات مختلف نظیر : ریخته گری،مکانیکی (شامل نورد،کشش،فشار و ...)عملیات حرارتی(دوباره پخت،آب دادن ،برگشت و ... )،عملیات شیمیایی (مانند سمانتاسیون،نیتروراسیون،سیانوره و ... )،تغییر حالت می دهند،لذا مطالعه کامل فولاد ها بسیار مفصل و طولانی است به همین علت در این قسمت فقط به مطالعه فولاد های ریختگی که در متالورژی صنعتی از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند پرداخته می شود.

لازم به توضیح است که امروزه ریخته گری فولاد اهمیت زیادتری پیدا کرده است و تهیه بسیاری از قطعات فولادی که قبلا با آهنگری و پرس انجام می گرفت،اکنون با روش ریخته گری تولید می شود.فولاد ها ممکن است بر حسب :ترکیب شیمیایی(ساده کربنی،مخصوص،کم عیار و مخصوص پر عیار)،جنس و یا دقت در کنترل جنس (متوسط،خوب و عالی)،روش تهیه (زیمنس مارتن،بسمر،توماس،ال دی و الکتریکی)یا از نقطه نظر کاربرد تقسیم بندی شوند.از لحاظ کاربرد و مصرف فولاد ها را می توان به صورت زیر تقسیم بندی کرد:

ریختگی،ساختمانی،جوشکاری،خوش تراش،ابزار،ماشین سازی،فولاد های لوله های بدون درز،نیتروراسیون،ساچمه،فنر،ضد زنگ،نسوز،مغناطیسی(سخت و نرم)،غیر مغناطیسی،آلیاژی مقاومت دار(الکتریکی)،مقاوم به ساییدگی،کاربرد های خاص(زنجیر،مفتول،کابل و ... )،مقاوم به سرما و غیره.

قطعات ریختگی فولادی به دو دسته اصلی شمشهای ریختگی و شکلهای ریختگی فولادی تقسیم می شوند.شمش های فولادی مورد استفاده مستقیم نداشته بلکه پس از انجام عملیات بعدی نظیر کار مکانیکی(نورد،کوبش....)به محصولات تمام شده ای نظیر ورق،نبشی- سپری- تیرآهن و قطعات مهندسی نظیر میل لنگ،شاتون،اتصالات و شیرها ،گلوله های آسیاب و ... تبدیل می گردند.فولاد هایی که صرف تولید شمشها می شوند نیاز به قابلیت تغییر شکل پذیری مکانیکی داشته به همین دلیل،فولاد های کارپذیر نامیده می شوند.شکلهای ریختگی فولادی که عموما واژه قطعات ریختگی فولادی در مورد آنها به کار می رود،قطعات ریختگی در شکلهای مختلف از ساده تا پیچیده بوده که روی آنها(بعد از ریخته گری)عملیات مکانیکی خاصی انجام نمی گیرد. یک حالت استثنا روش جدید تولید قطعات ریختگی (از جمله قطعات فولادی) از طریق فرآیند توام ریخته گری و کار مکانیکی در محفظه قالب می باشد.

تولید فولاد های کار پذیر که بعدا تحت عملیات مکانیکی قرار می گیرند به مراتب بیشتر از قطعات ریختگی است.

قطعات فولادی بسیار متنوع و در وزن های 150 گرمی تا 20 تنی را در بر می گیرد و استحکام کششی آنها نیز از 400 تا 2000 نیوتن بر میلیمتر مربع تغییر کرده و از انعطاف کافی نیز برخوردارند. امروزه فولادهای جدید بالاترین استحکام ممکن را در میان خانواده فلزات و آلیاژها به خود اختصاص داده اند.از این میان می توان فولادهای مارایجینگ (Maraging) را که محتوی نیکل – کبالت،مولیبدن،تیتانیم و آلومینیوم هستند نام برد که دارای استحکام کششی حدود 2100 نیوتن/ میلیمتر مربع می باشند.انواع جدیدتر فولاد های با استحکام بالا فولاد های TRIP و فولاد های اوس فورمد(Ausformed) هستند که دارای استحکام شگفت آور 3500 نیوتن/میلیمتر مربع یعنی حدود 7 برابر استحکام فولاد های معمولی می باشند.لذا هنگامی که تولید قطعات با استحکام های بسیار بالا مورد نظر باشد انتخاب فولاد تنها پاسخ مناسب به نیاز های صنایع خواهد بود.

قطعات ریختگی فولادی دارای موارد مصرف زیادی در صنایع ماشین سازی،خودروسازی ،صنایع کشاورزی ،راه آهن و راه سازی ، صنایع نفت ،پتروشیمی و شیمیایی، صنایع متالوژی نظیر واحد های آهن و فولاد ،نورد،صنایع معدنی و سیمان،صنایع دفاعی.. می باشد.مثال هایی در این زمینه: پوسته توربین ها – انواع چرخ دنده های کوچک و بزرگ ،چرخ قطار،اکسل خودروهای سنگین،ناخنک های ماشین های خاک بردار،فک سنگ شکنها، زره آسیابها ، مواد معدنی،مته های حفاری، غلطک های نورد،میل لنگ موتورهای دیزلی و ... می باشد.

مصرف قطعات فولادی به علل قابلیت اطمینان و دوام بیشتر در شرایط کار حساس و امکان نازک کردن جداره قطعات ریختگی فولادی به علت بالا بودن استحکام آنها مرتبا در جهان رو به افزایش است.

یک مزیت شاخص فولاد به ویژه در مقایسه با چدن ها سهولت جوشکاری آنها است.در حقیقت فولاد ها را می توان بدون آن که مشخصات آنها تنزل یابد جوشکاری کرد. این خصوصیت ،ساخت آن دسته از قطعات صنعتی که قسمتی از آن ریختگی و قسمتی کار شده است را از طریق اتصال با روش جوشکاری  میسر یاخته است.تجربه نشان داده است که بسیاری از قطعات ریختگی فولادی در صورتی که عاری از حفره های انقباضی،گازی و ترکهای حرارتی باشند دارای خواص مکانیکی مشابه فولاد های کوبشی(آهنگری یا فورج شده)هستند،ضمن آن که قیمت پایین تری نیز دارا می باشند.این واقعیتی است که تولید قطعات فولادی عاری یا با حداقل معایب سطحی داخلی نیاز به کنترل شدید در فرآیند تولید،طراحی قطعه و انتخاب آلیاژ مناسب دارد.

قطعات ریختگی فولادی را می توان از طریق ترکیب شیمیایی ،ساختار قطعات،روش تولید و موارد مصرف آنها تقسیم بندی نمود.در زیر انواع روشهای تقسیم بندی فولاد های ریختگی تشریح شده است.

فولاد ها به دو دسته فولاد های کربنی و آلیاژی تقسیم می شوند.فولاد های کربنی خود به سه دسته:«فولاد های کم کربن (9/0 تا 2/0 درصد کربن)،فولاد های میان کربن(2/0 تا 5/0)و فولاد های پر کربن(بالای 5/0 درصد کربن)تقسیم می گردند.فولاد های آلیاژی نیز به 3 گروه کم آلیاژی (تا حدود 5/2 درصد  عنصر آلیاژی)، میان آلیاژی (5/2 تا 10 درصد) و پر آلیاژی (بالای 10 درصد) تفکیک می شوند.توضیح آن که در بیشتر موارد فولاد های آلیاژی را به دو دسته کم آلیاژی (تا 5/0 درصد عناصر آلیاژی)و آلیاژی (بالای 5%)تقسیم بندی می نمایند.

فولاد های ریختگی بر حسب نوع ساختار میکروسکوپی آنها به صورت زیر طبقه بندی می شوند:

نوع هیپویوتکتوئید(فرو یوتکتوئید) که دارای فریت آزاد(نه فریتی که به همراه سمنتیت تشکیل پرلیت را می دهد)می باشد. چنین ساختاری ویژه فولاد های کربنی و کم آلیاژی است.ذکر این نکته ضروری است که مفهوم فوق آن نیست که در ساختار میکروسکوپی این نوع فولاد فقط فریت آزاد وجود دارد بلکه وجود فریت آزاد قطعی بوده و در کنار آن فاز های دیگری نظیر برلیت و ... نیز وجود دارند.

نوع هیپریوتکتوئید(فرایوتکتوئید). در ساختار این نوع فولاد ،کاربید آزاد (نظیرFe3C)  که اصطلاحا کاربید ثانویه نامیده می شود وجود دارد.نظیر فولاد های پر کربن (83/0 تا 7/1 درصد کربن)،فولاد های میان آلیاژی و پر آلیاژی.

فولاد هایی که دارای ساختار کاملا فریتی و یا نیمه فریتی هستند محتوی مقادیر بالایی کرم،تنگستن،مولیبدن،وانادیم و سیلیسیم هستند.فولاد ها با ساختار و نیمه اوستنیتی دارای مقادیر زیادی منگنز،نیکل،کبالت و مولیبدن می باشند.اکثر قطعات فولادی تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند.ساختار میکروسکوپی به دست آمده  از این عملیات مبنای تقسیم بندی قطعات قرار می گیرند.قطعات فولادی  عملیات حرارتی شده به صورت زیر طبقه بندی می شوند.

نوع پرلیتی که ویژه فولاد های کربنی،کم آلیاژی و میان آلیاژی است ،دارای ساختار میکروسکوپی مخلوط فریت و پرلیت است.نوع مارتنزیتی که از طریق سرد کردن قطعات در آب یا روغن به دست می آید شامل فولاد های پر کربن و فولاد های کم آلیاژی است.فولاد های مادفیلد(محتوی منگنز بالا)،فولاد های پر آلیاژی مقاوم در مقابل حرارت دارای ساختار میکروسکوپی اوستنیتی می باشند.

فولاد ها بر اساس روش تولید به انواع فولاد زیمنس مارتین(اسیدی و بازی)،فولاد های کنورتر و فولاد های کوره برقی(اسیدی و بازی) تقسیم بندی می گردند.

مذاب کوره های زیمنس مارتین به علت خواص خوب،قیمت پایین و ظرفیت زیاد کوره صرف تولید قطعات بزرگ و سنگین ریختگی می شود.فولاد های کوره برقی عموما از طریق ذوب در کوره های برقی قوسی تهیه شده و فولاد های پر آلیاژی در کوره های القایی تهیه می شوند.

بسته به نوع مصرف (نظیر اجزاء هیدرولیک،توربین ها،ماشین های الکتریکی،قطار ها،قالب و ...)قطعات ریختگی را می توان به فولاد های ابزار(فولاد های پر کربن و فولاد های پر آلیاژی) و فولاد های مخصوص نظیر فولاد های مقاوم در مقابل خوردگی،سایش،حرارت و اکسایش،اسید ها و انواع دیگری که در خانواده فولاد های پر آلیاژی قرار می گیرند تقسیم بندی نمود.

فولاد های کربنی:

فولاد های کربنی بیشترین تناژ تولید قطعات ریختگی فولادی را به خود اختصاص می دهد.این نوع فولاد ها متشکل از :کربن،منگنز،سیلیسیم،فسفر و گوگرد می باشند.کربن بیشترین تاثیر را در خواص مکانیکی قطعات تولیدی بر عهده داشته ،فسفر و گوگرد عناصر نامطلوب (به استثنا فولاد های خوش تراش که درصد گوگرد در آن را به منظور سهولت تراش فولاد،حدود 1 درصد در نظر می گیرند)می باشند.گوگرد از سیالیت مذاب فولاد کاسته و تمایل به ایجاد ترکهای حرارتی گرم را (که در جریان انجماد قطعه پیش می آید)افزایش می دهد.فسفر نیز موجب تنزل مقاومت قطعات ریختگی در مقابل ضربه شده و با افزایش مقدار آن در فولاد مقاومت قطعات در برابر ضربه شدیدا(به خصوص در درجات حرارتی پایین)کاهش می یابد.به دلایل فوق مجموع فسفر و گوگرد در فولاد نبایستی از مرز 1/0 درصد تجاوز نماید.

با افزایش مقدار کربن در فولاد،استحکام نهایی،سختی و تنش تسلیم قطعات افزایش یافته و در مقابل از درصد ازدیاد طول نسبی ،درصد کاهش سطح مقطع کششی و مقاومت در مقابل ضربه آنها کاسته می شود.منگنز در فولاد عنصر اکسیژن  زدا بوده و نقش مهم دیگر آن (نظیر حالت چدنها)خنثی نمودن تاثیر مضر گوگرد(جلوگیری از پیدایش FeS)و کمک به ایجاد MnS است. به این منظور مقدار منگنز را بایستی بیش از مقدار               S 71 /1 Mnدر نظر گرفت.مقدار منگنز در این نوع فولاد ها معمولا بین 3/0 تا 8/0 درصد است. سیلیسیم نیز نظیر منگنز عنصری اکسیژن زدا بوده و به منظور کنترل گاز های محتوی مذاب مورد استفاده قرار می گیرد.مقدار سیلیسیم در این نوع فولاد ها بین 2/0 تا 5/0 درصد است.

منگنز و سیلیسیم در فولاد به صورت محلول بوده لذا در زیر میکروسکوپ قابل رویت نیستند. هر دو این عناصر قابلیت سختی پذیری قطعات ریختگی را (در جریان عملیات حرارتی و سرد کردن)افزایش می دهد. سولفور منگنز به صورت فازی خاکستری رنگ در ساختار میکروسکوپی قطعات فولادی دیده می شود.فسفر برخلاف حالت چدن ها که به صورت فاز استدیت در ساختار میکروسکوپی قطعات قابل رویت است در قطعات فولادی به علت محلول بودن آن در فولاد قابل مشاهده نیست.

بسته به شرایط مصرف و ویژگی های فولاد های کربنی قطعات ریختگی را می توان در سه گروه زیر تقسیم بندی نمود:

گروه اول فولاد های ریختگی برای مقاصد عمومی نظیر پایه ها و اجزای غیر حساس ماشین آلات.گروه دوم برای مقاصد اختصاصی و تولید قطعات صنعتی و مهندسی نظیر شیر ها و اتصالات چرخ دنده ها ... و گروه سوم قطعات برای مقاصد ویژه هستند.کار این گونه قطعات در تحت شرایط حساس بوده و رعایت اصول ایمنی و اطمینان از سلامت کار آنها ضروری است.نظیر چرخ قطار،اکسلها،سیستم های تعلیقی نظیر سگ دست خودرو ها و ...

تفاوت گروههای فوق در میزان فسفر و گوگرد محتوی فولاد می باشد.

حداکثر مقدار مجاز گوگرد و فسفر در گروههای سه گانه فوق به قرار زیر است:

گروه اول : 05/0-  07/0 درصد گوگرد و 05/0 تا 08/0 درصد فسفر.

گروه دوم: 045/0 – 06/0 درصد گوگرد و 04/0 تا 07/0 درصد فسفر.

گروه سوم : 045/0 – 05/0 درصد گوگرد و 04/0 تا 05/0 درصد فسفر.

مقدار کربن،منگنز و سیلیسیم فولاد ها در سه گروه فوق یکسان بوده و خواص مکانیکی قطعات تولیدی نیز مشابه خواهد بود.ترکیب شیمیایی فولاد های ساده کربنی در محدوده زیر قرار می گیرند.

منگنز 5/0 – 0/1

سیلیسیم 2/0 – 8/0

فسفر حداکثر 05/0

گوگرد حداکثر 06/0

فولاد های کم کربن :

این فولاد ها معمولا محتوی 12/0 تا 2/0 درصد کربن،35/0 تا 65/0 درصد منگنز، 15/0 تا 25/0 درصد سیلیسیم ،حدود 06/0 درصد فسفر و نزدیک 05/0 درصد گوگرد هستند.این نوع فولاد ها دارای سیالیت کم و تمایل به ایجاد ترک های گرم در قطعات ریختگی می باشند.استحکام کششی این نوع فولاد ها در حالت نرماله شده حدود 40 تا 42 کیلوگرم بر میلیمتر مربع (394 تا 410 نیوتن بر میلیمتر مربع) و ازدیاد طول نسبی حدود 25 درصد می باشند.مصرف اصلی این نوع فولاد ها در صنایع الکتریکی و صنایع ماشین سازی نظیر ریل راه آهن ،بدنه پاتیلها و قاب بدنه موتور ها می باشد. این نوع فولاد ها به دلیل نرمی آن بدون عملیات حرارتی مورد مصرف قرار می گیرند. سطح این نوع فولاد ها را می توان از طریق کربوره کردن سخت نمود.

فولاد های میان کربن :

 محتوی 2/0 تا 5/0 درصد کربن،35/0 تا 8/0 درصد منگنز،2/0 تا 45/0 درصد سیلیسیم،03/0 تا 05/0 درصد فسفر و 03/0 تا 05/0 درصد گوگرد می باشند این نوع فولاد ها دارای مشخصه ریخته گری بهتری از فولاد های کم کربن بوده ،سیال تر و تمایل کمتری به ایجاد ترک های گرم در قطعات ریختگی دارند.استحکام کششی آنها بین 42 تا 55 کیلوگرم بر میلیمتر مربع (410 تا 540 نیوتن بر میلیمتر مربع) و ازدیاد طول نسبی 12 تا 23 درصد می باشند.مصرف اصلی این نوع فولاد ها در صنعت ماشین سازی و در تولید قطعات ریختگی کوچک، متوسط و بزرگ،صنایع حمل و نقل،دستگاههای نورد و ماشین های راهسازی و ساختمانی است.در میان انواع فولاد های ساده کربنی این نوع فولاد ها بیشترین مقدار مصرف را دارا می باشند..

فولاد های پر کربن :

این نوع فولاد ها محتوی 5/0 تا 6/1 درصد کربن،5/0 تا 8/0 درصد منگنز،04/0 تا 05/0 درصد فسفر و 04/0 تا 05/0 درصد گوگرد هستند.این فولاد ها دارای سیالیت بالا و عدم تمایل به ترک های حرارتی گرم است.مصرف عمده این نوع فولاد ها در تولید قطعاتی نظیر غلتک های نورد گرم،چرخ دنده ها ،قالبهای اکستروژن قطعات مقاوم در مقابل سایش است.

فولاد های آلیاژی

1.مقدمه

در مواردی که به استحکام و خواص مکانیکی بالایی نیاز نباشد فولاد های ساده کربنی بسیار مطلوب اند. این نوع فولاد ها به خوبی در دماهای معمولی و در محیط هایی که چندان خورنده نیستند به کار می روند ، ولی سختی پذیری کم ،مستحکم شدن آنها را به استثنای قطعاتی با مقطع نازک ،محدود می کند.تقریبا تمام فولاد های سخت شده را برای رفع تنشهای درونی باز پخت می کنند. در بخش قبل گفته شد که فولاد های ساده کربنی،با افزایش دما بسیار نرم می شوند.این رفتار، محدودیت هایی در کاربرد این نوع فولاد ها در دمای های بالا به وجود آورده است.بیشتر محدودیت های فولاد های ساده کربنی را می توان با افزودن عنصر های آلیاژی برطرف کرد.

فولاد آلیاژی را می توان به عنوان فولادی تعریف کرد که خواص مشخصه آن از عنصر  دیگری به غیر از کربن ناشی می شود. گرچه فولاد های ساده کربنی هم مقداری منگنز(تا حدود 9/0%)و سیلیسیم(تا حدود 3/0%)دارند،ولی آنها را فولاد آلیاژی نمی نامیم،چون این عنصرها برای اکسید زدایی به فولاد افزوده شده اند.کار این عنصرها ترکیب شدن با اکسیژن و گوگرد برای کاهش اثرات مضر آنهاست.

2. هدف از آلیاژی کردن

عنصرهای مختلف با اهداف مختلفی به فولاد افزوده می شوند،مهمترین اهداف عبارتند از:

1.     افزایش سختی پذیری

2.     افزایش استحکام در دماهای معمولی

3.     افزایش خواص مکانیکی در دماهای بالا و پایین

4.     افزایش چقرمگی در هر سختی و استحکام

5.     افزایش مقاومت سایشی

6.     افزایش مقاومت در برابر خوردگی

7.     بهبود خواص مغناطیسی

عنصرهای آلیاژی،بسته به نحوه توزیع  در اجزای مختلف فولاد تابکاری شده ،به دو طبقه تقسیم می شوند.

گروه 1 عنصرهایی که در فریت حل می شوند.

گروه 2 عنصر هایی که با کربن ترکیب می شوند و کاربید های ساده یا پیچیده تشکیل می دهند.

3. اثر عنصر های آلیاژی بر فریت

می توان گفت همه عنصر ها تا حدودی در فریت حل می شوند،ولی همه آنها کاربید تولید نمی کنند. عنصرهایی مانند نیکل ، آلومینیوم، سیلیسیم، مس و کبالت به مقدار زیادی در فریت حل می شوند،عنصر های گروه دوم نیز در غیاب کربن به مقدار زیادی در فریت حل می شوند.تمایل به تولید کاربید زمانی به وجود می آید که کربن کافی هم موجود باشد.رفتار تک تک  عنصر ها در جدول 1 نشان داده شده است.تمایل نسبی برخی عنصر ها برای حضور در هر دو گروه با اندازه سر پیکان مشخص شده است.

جدول 1 رفتار عنصر ها در فولاد تابکاری شده

 

 

طبق اصول کلی سخت کردن محلول جامد، هر عنصری که در فریت حل شود،سختی و استحکام آن را افزایش می دهد.عنصر های زیر به ترتیب، در صورتی که به مقدار مساوی وزنی افزوده شوند،نقش بیشتری در افزایش استحکام آهن دارند: کروم ،تنگستن ،وانادیم ، مولیبدن ، نیکل ،منگنز  و سیلیسیم (شکل1) . در واقع اثر سخت کنندگی عنصر های حل شده کم است و مستحکم کردن فریت در استحکام کلی فولاد سهم اندکی دارد.در شکل 2 یک فولاد کم کربن  کروم دار مشاهده می شود.منحنی بالایی نشان دهنده تاثیر کروم در تغییر استحکام کششی از طریق تغییر ساختار فولاد و منحنی پایینی نشان دهنده نقش کم کروم ،بدونم تغییر ساختار است.

4. فولاد های نیکلی (سری xxx2)

نیکل یکی از قدیمیترین و اصلی ترین عنصر های آلیاژی فولاد محسوب می شود.حلالیت این عنصر در آستنیت نامحدود و در فریت زیاد است و باعث افزایش استحکام و چقرمگی این فاز می شود.نیکل، دمای بحرانی فولاد را پایین می آورد ، گستره دمای عملیات گرمایی موفق را وسعت می بخشد،تجزیه آستنیت را به تاخیر می اندازد ، و از تشکیل کاربید که حل شدن آن در هنگام آستنیتی کردن مشکل است جلوگیری می کند. نیکل مقدار کربن اوتکتویید را هم کاهش می دهد ؛ بنابراین ساختار فولاد  نیکلی سخت نشده بیشتر از فولاد ساده کربنی با ترکیب مشابه پرلیت دارد.همچنین پرلیتی که در دمای پایین تری شکل گرفته ظریف تر و چقرمه تر از پرلیت فولاد های غیر آلیاژی است.این عوامل باعث دست یافتن به استحکام بالاتر با کربن کمتر و همچنین افزایش چقرمگی، مومسانی و مقاومت در برابر خستگی می شود.فولاد های نیکلی به مثابه فولاد های ساختاری بر استحکامی که می توان آنها را به حالت نوردیده مصرف کرد و با قطعات آهنگری شده بزرگ که با آب دادن سازگاری ندارند بسیار مناسب اند.از فولاد هایی با 5/3% نیکل (سری xx23 )و کربن کم ، به طور وسیعی برای کربن دهی چرخدنده ها ،پیچ های میل-رابط (شاتون)،پرچها و شاه پین ها استفاده می شود.چقرمگی فولاد هایی که 5% نیکل دارند (سریxx25)بیشتر است و در موارد شاق مانند چرخ دنده ها،بادامکها و میل لنگ های اتوبوس و کامیون کاربرد دارند.اثر نیکل بر سختی پذیری کم است ولی در افزایش چقرمگی به ویژه در دماهای پایین نقش برجسته ای دارد. هر چند فولاد های نیکلی سری xxx2 از طبقه بندی AISLSAE حذف شده اند،ولی این امر به معنای تولید نشدن این فولاد ها نیست،بلکه مقدار تولید آنها از حداقل معینی کمتر است.در بسیاری کاربرد ها،فولاد های این سری با فولاد های ارزان قیمت آلیاژی سه تایی سری xx86 جایگزین شده اند.

5. فولاد های کروم دار (سری xxx5)

کروم عنصری ارزان تر از نیکل است که کاربید های ساده (Cr7C3 , Cr4C) و پیچیده ((FeCr)3C) تولید می کند . این کاربید ها سختی بالا و مقاومت سایشی خوبی دارند.کروم تا 13% در آهن  و به طور نامحدود در فریت حل می شود.در فولاد های کم کربن،کروم تمایل به حل شدن و افزایش استحکام و چقرمگی فریت دارد.در صورتی که مقدار کروم فولاد از 5% بیشتر باشد خواص دما- بالا مقاومت در برابر خوردگی آن بسیار افزایش می یابد.

فولاد های ساده کروم دار یعنی سری xx51 حاوی 64/0 – 15/0% کربن و 15/1 – 7/0% کروم اند.فولاد های آلیاژی این سری عموما کربن دهی می شوند.وجود کروم باعث افزایش مقاومت سایشی سطح می شود،ولی چقرمگی مغز فولاد همچون فولاد های نیکلی بالا نیست . در صورت وجود کربن به مقدار متوسط، این فولاد ها در روغن سخت می شوند و برای ساختن فنر ها،پیچ موتور ها، پرچ ، محور و غیره به کار می روند.سختی و مقاومت سایشی فولاد آلیاژی پر کربن (1%) و پر کروم(5/1%) سری (52100) زیاد است.از این فولاد به طور گسترده ای در ساختن بلبرینگ،رولبرینگ و سنگ شکنها استفاده می شود.نوع ویژه ای از این فولاد ها که حاوی 1% کربن و 4-2%کروم است،خواص مغناطیسی عالی دارد و برای ساختن مغناطیس های دایمی به کار می رود.

فولادهای پر کروم که بیش از 10% کروم دارند در برابر خوردگی مقاوم اند و در بخش 15 بررسی خواهند شد.

6. فولاد های نیکل کروم (سری xxx3)

در این نوع فولاد ها نسبت تقریبی نیکل به کروم 5/2 به 1 است.ترکیب خواص چند عنصر آلیاژی معمولا تلفیقی از خواص هر یک است.اثر نیکل افزایش چقرمگی و داکتیل بودن و اثر کروم افزایش سختی پذیری و مقاومت سایشی است.باید به یاد داشته باشیم که اثر ترکیبی دو یا چند عنصر بر سختی پذیری ، معمولا از جمع آثار همان عنصرها به طور مجزا بیشتر است.

فولاد های آلیاژی کروم- نیکلی  کم کربن ،کربن دهی می شوند.کروم مقاومت سایشی سطح را افزایش می دهد و هر دو عنصر باعث چقرمگی مغز می شوند.از فولاد های سری (xx31)که 5/1% نیکل و 6/0%کروم دارند برای ساختن دنده های مارپیچی،پین پیستون و غیره استفاده می شود .برای کاربرد های سنگین همانند چرخ دنده ها، محور ها و بادامکهای هواپیما مقدار نیکل به 5/3% و میزان کروم به 5/1% افزایش می یابد(xx32).از فولاد های کروم – نیکلی با کربن متوسط برای ساختن میل رابطهای اتومبیل و محور های محرک استفاده می شود.

همچون فولاد های نیکلی،فولاد های این سری هم از طبقه بندی حذف شده اند.در بعضی  موارد این فولاد ها  با فولاد های سه آلیاژی سریهای xx88 و xx87 که ارزانترند جایگزین شده اند.

درباره فولاد هایی که نیکل – کروم بسیار دارند در بخش 15 بحث می شود.

7. فولاد های منگنزی (سری xx31)

منگنز یکی از ارزان ترین عنصر های آلیاژی است و در تمام فولاد ها به عنوان اکسید زدا وجود دارد.منگنز تمایل به شکنندگی گرمایی(پارگی سرخ) ناشی از وجود گوگرد را کاهش می دهد و در نتیجه می توان بر فلز کار گرم انجام داد.در صورت کم بودن یا نبودن منگنز در فولاد، فاز سولفیدی FeS خواهد بود که در حین انجماد فولاد،ترکیب اوتکتیکی به صورت قشر نازک در پیرامون بلور های اولیه تشکیل می دهد.در دمای نورد فولاد،این قشر ذوب می شود و در هنگام انجام کار،در طول مرز دانه ها تمایل به ترک خوردگی به وجود می آورد.منگنز برجسته ترین عنصری است که با گوگرد ترکیب می شود.نقطه ذوب منگنز سولفید خیلی بالاتر از نقطه ذوب اوتکتیک آهن سولفید است؛در هنگام نورد منگنز سولفید جامد می ماند و اثر منفی کمی بر خواص نورد گرم فولاد ها دارد.

تنها در صورتی که میزان منگنز از 8/0%فراتر رود ، فولاد را به عنوان فولاد آلیاژی منگنزی می شناسیم.منگنز در افزایش سختی و استحکام فولاد نقشی موثر ولی کم تاثیر تر از نقش کربن دارد و در فولاد های پر کربن موثر تر است.این عنصر کربیدزای ضعیفی است و اثر متوسطی بر سختی پذیری دارد.همچون نیکل ، منگنز نیز در پایین آوردن گستره بحرانی و کاهش مقدار کربن اوتکتوئید اثر دارد.

فولاد های منگنزی ریز دانه استحکام و چقرمگی غیر عادی دارند.از این فولاد ها برای ساختن چرخدنده ها ،هزار خارها، محور ها و لوله های تفنگ استفاده می شود.با افزودن مقدار متوسطی وانادیم ، می توان  از فولاد منگنزی برای ساختن قطعات آهنگری شده بزرگ که باید در هوا خنک شوند استفاده کرد.بعد از یکنواخت سازی،خواص این فولاد مانند خواص فولاد ساده کربنی کاملا سخت و باز پخت شده خواهد بود.

اگر مقدار منگنز از 10% فراتر رود، با آهسته سرد کردن فولاد آستنیتی خواهد شد.فولادی مخصوص که فولاد هدفیلد منگنزی نامیده می شود دارای 12% منگنز است.بعد از عملیات گرمایی کاملا کنترل شده،استحکام و داکتیل بودن ین فولاد افزایش می یابد و مقاومت سایشی آن عالی می شود.فولاد هدفیلد ماده ای مناسب برای کاربردهایی است که نیاز به مقاومت در برابر سایش و فرسایش دارند،نمونه این کاربردها ساختن ظرف بیل های مکانیکی ،ناخنک بولدوزر ،سنگ شکنها و آسیا ها و ریل های راه آهن است. اگر این فولاد از دمایCْ940 ( Fْ 1750) به آهستگی خنک شود،ساختار آن از کاربید های ترد و بزرگی که دانه های آستنیت را احاطه کرده اند تشکیل خواهد شد. استحکام و داکتیل بودن این ساختار کم است.در این حالت استحکام کششی به حدود kg/mm250 (psi70000)و طویل شدگی به کمتر از 1% کاهش می یابد.اما اگر آلیاژی ا ترکیب مشابه پس از حل شدن همه کاربید ها ، از دمای Cْ950 ( Fْ 1850) آبداده شود ساختاری کاملا آستنیتی با استحکام کششی در حدود kg/mm285 (psi120000) و طویل شدگی 45% و سختی 180 برینل خواهیم داشت.در این حالت مقدار استحکام و داکتیل بودن آلیاژ خیلی بیشتر از خواص نظیر ساختار تابکاری شده است.فولاد معمولا تا زیر Cْ245 ( Fْ 500) باز گرم می شود تا تنشهای ناشی از آبدادن کاهش یابند.پس از سریع سرد کردن و در شرایط آستنیتی ،فولاد خیلی سخت نیست ولی با قرار گرفتن در محیط کارو تحمل ضربه های مداوم،سختی آن به حدود 500 برینل افزایش می یابد.دلیل این افزایش سختی،کار سختی پذیری سریع فولاد های منگنزی و تبدیل مقداری از آستنیت به مارتنزیت است.

8 . فولاد های مولیبدونی (سری xxx4)

مولیبدن عنصر آلیاژی نسبتا گرانبهایی است،حلالیت محدودی در آهن  و  دارد و کاربید زایی قوی است.مولیبدن اثر شدیدی بر سخی پذیری دارد و نظیر کروم ، استحکام و سختی را در دماهای بالا حفظ می کند.حساسیت فولاد مولیبدنی نسبت به تردی باز پختی از دیگر فولاد های آلیاژی کمتر است.این عنصر غالبا همراه با نیکل یا کروم و یا هر دو به کار می رود.در صورت کربن دهی این فولاد،سطحی سخت و مغزی چقرمه ایجاد می شود.

از فولاد های ساده مولیبدنی ( سری های xx44 و xx40)کم کربن،پس از کربن دهی برای ساختن هزار خارها ، چرخ دنده های انتقال حرکت و قطعات مشابهی که شرایط کاری خیلی سخت ندارند استفاده می شود.در صورت وجود کربن بیشتر، از این فولاد برای ساختن فنر های مار پیچ و شمش اتومبیل ها استفاده می شود.فولاد کروم – مولیبدنی (سری xx41) نسبتا ارزان و دارای خواص سخت شدن تا عمق، داکتیل بودن و جوشکاری پذیری است. از این فولاد به طور گسترده برای ساختن مخزن های تحت فشار،قطعات اسکلت هواپیما ، محور اتومبیل و دیگر کاربرد های مشابه استفاده می شود.فولاد های نیکل – مولیبدنی (سری های xx48  و xx46) دارای مزیت هایی مانند استحکام بالا و داکتیل بودن ناشی از وجود نیکل ، همراه با سخت شدن تا عمق و سهولت ماشین کاری حاصل از مولیبدون اند. آنها چقرمگی خوب ، استحکام خستگی و مقاومت سایشی بالا دارند.از این فولاد ها برای ساختن چرخ دنده های انتقال قدرت، پین های زنجیر ،محور ها و یاتاقان ها استفاده می شود.فولاد های سه آلیاژی نیکل – کروم – مولیبدنی ( سری های xx47 و xx43) دارای خواص خوب فولادهای نیکل – کرومی بعلاوه سختی پذیری بالای حاصل از مولیبدن اند.از این فولاد ها به طور گسترده در ساخت قطعات ساختاری بدنه و بال و دم هواپیما و هم چنین ارابه فرود استفاده می شود.

9 . فولاد های تنگستنی

تنگستن اثر زیادی بر سختی پذیری دارد و کاربید زایی قوی است، همچنین نرم شدن مارتنزیت در هنگام باز پخت را به تاخیر می اندازد.نقش کلی تنگستن در فولاد شبیه مولیبدن است، هر چند که در شرایط مشابه به مقدار بیشتری از آن نیاز است. تقریبا 2 تا 3 درصد تنگستن معادل 1% مولیبدن است.به دلیل گرانتر بودن تنگستن و نیاز بیشتر به آن ، کاربرد تنگستن در فولاد های عمومی مهندسی است و بیشتر در فولاد های ابزار به کار می رود.

10. فولاد های وانادیمی

وانادیم در میان عنصر های معمولی آلیاژی گرانترین است.با افزودن حدود 5/0% وانادیم، ساختار قطعه ریخته گری شده یکنواخت، سالم و ریز دانه خواهد شد.وانادیم در صورت حل شدن اثر زیادی بر سختی پذیری دارد و فولاد با سرد شدن در هوا به خواص مکانیکی بالایی می رسد. فولاد های کربن – وانادیمی در قطعات سنگین آهنگری شده لوکوموتیو ها و ماشین ها ، که یکنواخت سازی می شوند، مصرف دارند.

فولاد های کم کربن کروم- وانادیمی (سری xx61)در شرایط سطح – سخت شده در ساخت قطعاتی چون پین ها و میل لنگ ها به کار می روند.فولاد های کربن متوسط کروم – وانادیمی دارای چقرمگی و استحکام بالا بوده و برای ساختن محور ها و فنر ها مناسب اند.سختی و مقاومت سایشی نوع پر کربن آنها بالاست و برای ساختن یاتاقانها و ابزار به کار می روند.

11 . فولاد های سیلیسیمی(سری xx92)

سیلیسیم نیز مانند منگنز به عنوان اکسید زدای ارزان در همه فولاد ها یافت می شود.اگر مقدار سیلیسیم در فولاد از 6/0% فراتر رود،در طبقه بندی فولاد سیلیسیمی قرار می گیرد.سیلیسیم هم، مانند نیکل،کاربید ساز نیست،اما بیشتر در فریت حل می شود و استحکام و چقرمگی را افزایش می دهد. فولاد حاوی 1 تا 2 درصد سیلیسیم فولاد دریایی نام دارد و برای ساختن قطعاتی که نیاز به نقطه تسلیم بالا دارند مصرف می شود.فولاد هدفیلد سیلیسیمی با کمتر از 01/0% کربن و حدود 3% سیلیسیم خواص مغناطیسی عالی دارد و در هسته ها و قطبهای ماشین های الکتریکی به کار می رود.

ترکیب متعادلی از سیلیسیم و منگنز فولادی می سازد که دارای استحکام بالای غیر عادی و چقرمگی خوبی است و داکتیل نیز هست.از فولاد سیلیسیم – منگنزی (9260)به طور گسترده برای ساختن فنر های مارپیچ و شمش ،رنده ها و منگنه ها استفاده می شود.


برچسب‌ها: فولاد, کربن, اهن, انواع فولاد, الیاژ, فولاد الیاژی, نیکل, مهندسی مواد, داکتیل, چقرمگی, فولاد ابزار, سختی, سایش, کم کربن, استنیت, عملیات حرارتی, ماریجینگ, ریخته گری, چدن
+ نوشته شده در  دوشنبه ششم آذر 1391ساعت 16:23  توسط spow  | 

طبقه‌بندی فولادهای ابزار

فولادهای ابزار (Tool steels) گروهی از فولادهای کربنی ((Carbon steels) و فولادهای آلیاژی هستند که با عملیات حرارتی آنها می‌توان خواص فیزیکی و مکانیکی مطلوبی در آنها به وجود آورد، به طوری که بتوان از آنها ابزارهایی نظیر ابزارهای برشی سنبه و ماتریسهای برش، خمکاری، فرم دادن، کشش، قالب‌های پلاستیک و اکستروژن ساخت. فولادهای ابزار به فرم های میلگرد، شمشال، بلوکه‌های فورج شده و ریخته‌گری شده و در حالت آنیل شده در بازار عرضه می‌شوند.
فولادهای ابزار را با توجه به عناصر آلیاژی آنها می‌توان در سه گروه سخت شونده در آب، روغن یا هوا طبقه‌بندی نمود. فولادهای با عناصر آلیاژی کمتر جزو گروه سخت‌شونده در آب و فولادهای ابزار با بیشترین عناصر آلیاژی جزو گروه سخت شونده در هوا می‌گیرند. فولادهای ابزار را با انجام عملیات حرارتی مناسب می‌توان کاملا سخت نمود و آنها را در برابر سایش مقاوم کرد.

فولادهای ابزار به طور کلی بدین صورت دسته‌بندی می‌شوند: سخت شونده در آب، سخت ‌شونده در روغن، سخت شونده در هوا، مقاوم در برابر ضربه، گرم‌کار، تندبر، فولاد قالب ‌های پلاستیک و فولادهای خاص. در هر دسته، فولادهای مختلف با آنالیز شیمیایی و ویژگی‌های مختلف قرار می‌گیرند. 

برای دانلود تحقیق در زمینه مهندسی مکانیک ساخت و تولید و فولادهای ابزار تندبر به لینک زیر مراجعه فرمایید:

دانلود کنید.


برچسب‌ها: فولادهای ابزار, مهندسی مکانیک, مهندسی ساخت و تولید, ساخت و تولید, فولاد, ابزار تراش, تیغچه, ابزار سایشی, روش تولید, HSS, فورج, فولاد HSS, ماتریس, سنبه, ابزار تولید
+ نوشته شده در  یکشنبه بیست و هشتم آبان 1391ساعت 23:23  توسط spow  | 

آشنايی با انواع چدن های معمولی


چدن هاي عمومي شامل آلياژهاي با منظور و مقاصد ويژه از جمله چدنهاي سفيد و آلياژي مي باشند که براي مقاومت در برابر سايش ، خوردگي و مقاوم در برابر حرارت بالا مورد استفاده قرار می‌گيرند.

اين چدن ها چزو بزرگترين گروه آلياژهاي ريختگي بوده و براساس شکل گرافيت به انواع زير تقسيم می‌شوند:

◄ چدن های خاکستری ورقه ای يا لايه ای:

چدن هاي خاکستري جزو مهمترين چدن هاي مهندسي هستند که کاربردي زياد دارند نام اين چدن ها از خصوصيات رنگ خاکستري سطح مقطع شکست آن و شکل گرافيت مشتق می‌شود.خواص چدن هاي خاکستري به اندازه ، مقدار و نحوه توزيع گرافيت‌ها و ساختار زمينه بستگي دارد. خود اين‌ها نيز به کربن و سيليسيم (C.E.V=%C+%⅓Si+%⅓P) و همچنين روي مقادير جزئي عناصر ، افزودنی‌هاي آلياژي ، متغيرهاي فرايندي مانند، روش ذوب ، عمل جوانه زني و سرعت خنک شدن بستگي پيدا می‌کنند. اما به طور کلي اين چدن ها ضريب هدايت گرمايي بالايي داشته، مدول الاستيستيه و قابليت تحمل شوکهاي حرارتي کمي دارند و قطعات توليدي از اين چدن ها به سهولت ماشينکاري و سطح تمام شده ماشينکاري آنها نيز مقاوم در برابر سايش از نوع لغزشي است. اين خواص آنها را براي ريختگي هايي که در معرض تنش‌هاي حرارتي محلي با تکرار تنشها هستند، مناسب می‌سازد. افزايش ميزان فريت در ساختار باعث استحکام مکانيکي خواهد شد. اين نوع حساس بودن به مقاطع نازک و کلفت در قطعات چدني بدنه موتورها مشاهده مي شود ديواره نازک و لاغر سيلندر داراي زمينه‌اي فريتي و قسمت ضخيم نشيمنگاه يا تاقان‌ها زمينه‌اي با پرليت زياد را پيدا می‌کند. همچنين در ساخت ماشين آلات عمومي ، کمپرسورهاي سبک و سنگين ، قالب‌ها ، ميل لنگ‌ها ، شير فلکه‌هاو اتصالات لوله‌ها و غيره از چدنهاي خاکستري استفاده می‌شود.

◄ چدن های ماليبل يا چکش خوار:

چدن هاي چکش خوار با ديگر چدن ها به واسطه ريخته گري آنها نخست به صورت چدن سفيد فرق می‌کنند. ساختار آنها مرکب از کاربيدهاي شبه پايدار در يک زمينه‌اي پرليتي است بازپخت در دماي بالا که توسط عمليات حرارتي مناسب دنبال می‌شود باعث توليد ساختاري نهايي از توده متراکم خوشه‌هاي گرافيت در زمينه فريتي يا پرليتي بسته به ترکيب شيميايي و عمليات حرارتي می‌شود. ترکيب به کار برده شده براساس نيازهاي اقتصادي ، نحوه باز پخت خوب و امکان جذب و امکان توليد ريخته‌گري انتخاب می‌شود. مثلا بالا رفتن Si بازپخت را جلو انداخته و موجب عمليات حرارتي خوب و سريعي با سيلکي کوتاه می‌شود و در ضمن مقاومت مکانيکي را نيز اصلاح می‌نمايد. تاثير عناصر به مقدار بسيار کم در اين چدن ها دست آورد ديگري در اين زمينه هستند. Te و Bi تشکيل چدن سفيد در حالت انجماد را ترقي داده، B و Al موجب اصلاح قابليت بازپخت و توام با افزايش تعداد خوشه‌هاي گرافيت می‌شود ميزان Mn موجود و نسبت Mn/S براي آسان کردن عمل بازپخت می‌بايستي کنترل گردد. عناصري از جمله Cu و Ni و Mo را ممکن است براي بدست آوردن مقاومت بالاتر يا افزايش مقاومت به سايش و خوردگي به چدن افزود. دليل اساسي براي انتخاب چدن هاي چکش خوار قيمت تمام شده پايين و ماشينکاري راحت و ساده آنهاست. کاربردهاي آنها در قطعات اتومبيل قطعات کشاورزي ، اتصالات لوله ها ، اتصالات الکتريکي و قطعات مورد استفاده در صنايع معدني است.

◄ چدن های گرافيت کروی يا نشکن:

اين چدن در سال 1948 در فيلادلفياي آمريکا در کنگره جامعه ريخته گران معرفي شد. توسعه سريع آن در طي دهه 1950 آغاز و مصرف آن در طي سال هاي 1960 روبه افزايش نهاده و توليد آن با وجود افت در توليد چدن ها پايين نيامده است. شاخصي از ترکيب شيميايي اين چدن به صورت کربن 3.7% ، سيليسيم 2.5% ، منگنز0.3% ، گوگرد 0.01% ، فسفر 0.01% و منيزيم 0.04% است. وجود منيزيم اين چدن را از چدن خاکستري متمايز می‌سازد. براي توليد چدن گرافيت کروي از منيزيم و سريم استفاده می‌شود که از نظر اقتصادي منيزيم مناسب و قابل قبول است. جهت اصلاح و بازيابي بهتر منيزيم برخي از اضافه شونده‌هايي از عناصر ديگر با آن آلياژ می‌شوند و اين باعث کاهش مصرف منيزيم و تعديل کننده آن است. منيزيم ، اکسيژن و گوگرد زدا است. نتيجتا منيزيم وقتي خواهد توانست شکل گرافيتها را به سمت کروي شدن هدايت کند که ميزان اکسيژن و گوگرد کم باشند. اکسيژن‌زداهايي مثل کربن و سيليسيم موجود در چدن مايع اين اطمينان را می‌دهند که باعث کاهش اکسيژن شوند ولي فرايند گوگردزدايي اغلب براي پايين آوردن مقدار گوگرد لازم است. از کاربردهاي اين چدن ها در خودروسازي و صنايع وابسته به آن مثلا در توليد مفصل‌هاي فرمان و ديسک ترمزها ، در قطعات تحت فشار در درجه حرارت هاي بالا مثل شير فلکه‌ها و اتصالات براي طرحهاي بخار و شيميايي غلتکهاي خشک‌کن نورد کاغذ ، در تجهيزات الکتريکي کشتی‌ها ، بدنه موتور ، پمپ‌ها و غيره است.

◄ چدن های گرافيت فشرده يا کرمی شکل:

اين چدن شبيه خاکستري است با اين تفاوت که شکل گرافيت‌ها به صورت کروي کاذب ، گرافيت تکه‌اي با درجه بالا و از نظر جنس در رديف نيمه نشکن قرار دارد. می‌توان گفت يک نوع چدني با گرافيت کروي است که کره‌هاي گرافيت کامل نشده‌اند يا يک نوع چدن گرافيت لايه‌اي است که نوک گرافيت گرد شده و به صورت کرمي شکل درآمده‌اند. ايت چدن ها اخيرا از نظر تجارتي جاي خود را در محدوده خواص مکانيکي بين چدن هاي نشکن و خاکستري باز کرده است.
ترکيب آلياژ موجود تجارتي که براي توليد چدن گرافيت فشرده استفاده می‌شود عبارت است از: Mg%4-5 ،Ti%8.5-10.5 ، Ca% 4-5.5 ، Al%1-1.5 ، Ce %0.2-0.5 ،Si%48-52 و بقيه Fe. چدن گرافيت فشرده در مقايسه با چدن خاکستري از مقاومت به کشش ، صلبيت و انعطاف‌پذيري ، عمر خستگي ، مقاومت به ضربه و خواص مقاومت در دماي بالا و برتري بازمينه‌اي يکسان برخوردار است و از نظر قابليت ماشينکاري ، هدايت حرارتي نسبت به چدن هاي کروي بهتر هستند. از نظر مقاومت به شکاف و ترک خوردگي برتر از ساير چدن ها است. در هر حال ترکيبي از خواص مکانيکي و فيزيکي مناسب ، اين چدن ها را به عنوان انتخاب ايده آلي جهت موارد استعمال گوناگون مطرح می‌سازد. مقاومت بالا در مقابل ترک‌خوردگي آنها را براي قالبهاي شمش‌ريزي مناسب می‌سازد. نشان دادن خصوصياتي مطلوب در دماهاي بالا در اين چدن ها باعث کاربرد آنها براي قطعاتي از جمله سر سيلندرها ، منيفلدهاي دود ، ديسکهاي ترمز ، ديسکها و رينگهاي پيستون شده است.

◄ چدن های سفيد و آلياژی مخصوص :

کربن چدن سفيد به صورت بلور سمانتيت (کربيد آهن ، Fe3C) می‌باشد که از سرد کردن سريع مذاب حاصل می‌شود و اين چدن ها به آلياژهاي عاري از گرافيت و گرافيت‌دار تقسيم می‌شوند و به صورتهاي مقاوم به خوردگي ، دماي بالا، سايش و فرسايش می‌باشند.


◄ چدن های بدون گرافيت:

شامل سه نوع زير مي باشد:
چدن سفيد پرليتي:

ساختار اين چدنها از کاربيدهاي يکنواخت برجسته و توپر M3C در يک زمينه پرليتي تشکيل شده است. اين چدنها مقاوم در برابر سايش هستند و هنوز هم کاربرد داشته ولي بی‌نهايت شکننده هستند لذا توسط آلياژهاي پرطاقت ديگري از چدن هاي سفيد آلياژي جايگزين گشته‌اند.

چدن سفيد مارتنزيتي (نيکل- سخت):

نخستين چدن هاي آلياژي که توسعه يافتند آلياژهاي نيکل- سخت بودند. اين آلياژها به طور نسبي قيمت تمام شده کمتري داشته و ذوب آنها در کوره کوپل تهيه شده و چدن هاي سفيد مارتنزيتي داراي نيکل هستند. Ni به عنوان افزايش قابليت سختي پذيري براي اطمينان از استحاله آستنيتي به مارتنزيتي در طي مرحله عمليات حرارتي به آن افزوده می‌شود. اين جدن ها حاوي Cr نيز به دليل افزايش سختي کاربيد يوتکتيک هستند. اين چدنها داراي يک ساختار يوتکتيکي تقريبا نيمه منظمي با کاربيدهاي يکنواخت برجسته و يکپاره M3C هستند که بيشترين فاز را در يوتکتيک دارند و اين چدنها مقاوم در برابر سايش هستند.
چدن سفيد پرکرم:

چدن هاي سفيد با Cr زياد ترکيبي از خصوصيات مقاومت در برابر خوردگي ، حرارت و سايش را دارا هستند اين چدنها مقاومت عالي به رشد و اکسيداسيون در دماي بالا داشته و از نظر قيمت نيز از فولادهاي ضد زنگ ارزان تر بوده و درجاهايي که در معرض ضربه و يا بازهاي اعمالي زيادي نيستند به کار برده می‌شوند اين چدنها در سه طبقه زير قرار می‌گيرند:

1.چدنهاي مارتنزيتي با Cr %12-28
2.چدنهاي فريتي با 34-30% Cr
3.چدنهاي آستنيتي با 30-15%Cr و 15-10% Niبراي پايداري زمينه آستنيتي در دماي پايين.

طبقه بندي اين چدنها براساس دماي کار ، عمر کارکرد در تنش هاي اعمالي و عوامل اقتصادي است. کاربرد اين چدنها در لوله‌هاي رکوپراتو ، ميله ، سيني ، جعبه در کوره‌هاي زينتر و قطعات مختلف کوره‌ها، قالب‌هاي ساخت بطري شيشه و کاسه نمدهاي فلکه‌ها است.

◄ چدن های گرافيت دار:

چدن های آستنيتی:


شامل دو نوع (نيکل- مقاوم) و نيکروسيلال Ni-Si ، که هر دو نوع ترکيبي از خصوصيات مقاومت در برابر حرارت و خوردگي را دارا هستند. اگرچه چدن هاي غير آلياژي به طور کلي مقاوم به خوردگي بويژه در محيط هاي قليايي هستند، اين چدنها به صورت برجسته‌اي مقاوم به خوردگي در محيط هايي مناسب و مختص خودشان هستند. چدن هاي نيکل مقاوم آستنيتي با گرافيت لايه‌اي که اخيرا عرضه شده‌اند از خواص مکانيکي برتري برخوردار بوده ولي خيلي گران هستند. غلظت نيکل و کرم در آنها بسته به طبيعت محيط خورنده شان تغيير می‌کند. مهمترين کاربردها شامل پمپهاي دنده‌اي حمل اسيد سولفوريک، پمپ خلا و شيرهايي که در آب دريا مصرف می‌شوند، قطعات مورد استفاده در سيستم‌هاي بخار و جابه‌جايي محلول‌هاي آمونياکي، سود و نيز براي پمپاژ و جابجايي نفت خام اسيدي در صنايع نفت هستند.

چدن هاي فريتي:

شامل دو نوع زير می‌باشد: چدن سفيد 5% سيليسيم در سيلال که مقاوم در برابر حرارت می‌باشد و نوع ديگر چدن پرسيليسيم (15%) که از مقاومتي عالي به خوردگي در محيطهاي اسيدي مثل اسيد نيتريک و سولفوريک در تمام دماها و همه غلظتها برخوردارند. اما برخلاف چدن هاي نيکل- مقاوم ، عيب آن ، ترد بودن است که تنها با سنگ‌زني می‌توان ماشينکاري نمود. مقاومت به خوردگي آنها در برابر اسيدهاي هيدروکلريک و هيدروفلوريک ضعيف است. جهت مقاوم سازي به خوردگي در اسيد هيدروکلريک می‌توان با افزودن Si تا 18-16% ، افزودن Cr%5-3 يا Mo %4-3 به آلياژ پايه ، اقدام نمود.

چدن هاي سوزني:

در اين چدنها Al به طور متناسبي جانشين Si در غلظت هاي کم می‌گردد. چدن هاي آلياژهاي Alدار تجارتي در دو طبقه بندي يکي آلياژهاي تا Al %6 و ديگري Al%18-25 قرار می‌گيرند. Al پتانسيل گرافيته‌شدگي را در هر دوي محدوده‌هاي ترکيبي ذکر شده حفظ کرده و لذا پس از انجماد چدن خاکستري بدست می‌ايد. اين آلياژ به صورت چدنهاي گرافيت لايه‌اي ، فشرده و کروي توليد می‌شوند. مزاياي ملاحظه شده شامل استحکام به کشش بالا ، شوک حرارتي و تمايل به گرافيته شدن و سفيدي کم می‌باشند که قادر می‌سازند قطعات ريختگي با مقاطع نازک‌تر را توليد کرد. چدن هاي با Al کم مقاومت خوبي به پوسته پوسته شدن نشان داده و قابليت ماشينکاري مناسبي را نيز دارا هستند. محل هاي پيشنهادي جهت کاربرد آنها منيفلدهاي دود ، بدنه توربوشارژرها ، روتورهاي ديسک ترمز، کاسه ترمزها ، برش سيلندرها، ميل بادامکها و رينگهاي پيستون هستند. وجود Al در کنار Si در اين نوع چدنها باعث ارائه خواص مکانيکي خوب توام با مقاومت به پوسته‌ شدگي در دماهاي بالا می‌شود. اين آلياژها مستعد به تخلخل‌هاي گازي هستند. آلومينيوم حل شده در مذاب مي توان با رطوبت يا هيدروکربنهاي موجود در قالب ترکيب شده و هيدروژن آزاد توليد کند. اين هيدروژن آزاد قابل حل در فلز مذاب بوده و باعث به وجود آوردن مک‌هاي سوزني شکل در انجماد می‌شود.


برچسب‌ها: چدن های گرافيت کروی, چدن, مارتنزیت, سیلیس, فولاد, کربن, مقاله, مهندسی, دانلود, کرم, چدن سفید, الیاژ, چدن های آستنيتی, مالیبل
+ نوشته شده در  یکشنبه سی ام مهر 1391ساعت 0:11  توسط spow  | 

دانلود هندبوک مقایسه ای استاندارد فولادهای جهان

کتابی مناسب برای رشته های مهندسی مکانیک ومتالورژی


"Handbook Of Comparative World Steel Standards" ed. by John E. Bringas
ASTM Data Series Publication, DS67B; Third Edition
ASTM International | 2004 | ISBN: 0803133626 0803130422 9780803133624 | 669 pages | PDF | 5 MB

This publication assists the reader by grouping comparable steels based on their chemical composition and/or mechanical properties according to a detailed set of rules. It also takes into account product form, application, and type of service, and aids in finding the new CEN standards that have replaced former national standards from Europe and the UK.

Table of Contents
Chapter 1 - Introduction to Comparing World Steel Standards
Chapter 2 - Carbon and Alloy Steels for General Use
Chapter 3 - Structural Steel Plates
Chapter 4 - Pressure Vessel Steel Plates
Chapter 5 - Steel Tubes and Pipes
Chapter 6 - Steel Forgings
Chapter 7 - Steel Castings
Chapter 8 - Wrought Stainless Steel
Chapter 9 - Steels for Special Use
Appendix 1 -ASTM Ferrous Metal Standards
Appendix 2 - ASTM Discontinued Ferrous Metal Standards
Appendix 3 - JIS Steel and Related Standards
Appendix 4 - JIS Discontinued Steel and Related Standards
Appendix 5 - CEN Current Steel Standards
Appendix 6 - CEN Standards with Superceded Former National Standards
Appendix 7 - Former National Standards Superceded by CEN Standards
Appendix 8 - ISO Iron and Steel Product Standards
Appendix 9 - ASTM A 941-03 Terminolody Relating to Steel, Stainless Steel, Related Alloys and Ferroalloys
Appendix 10 - ASTM E 527-83 (2003) Numbering Metals and Alloys (UNS)
Appendix 11 - SI Quick Reference Guide
Steel Grade/Name Index
UNS Number Index
Steel Number Index
Specification Designation Index
with TOC BookMarkLinks


FPost|DepositF|RGator

برچسب‌ها: دانلود هندبوک مقایسه ای استاندارد فولادهای جهان, فولاد, مهندسی مکانیک, مهندسی متالورژی, استاندارد
+ نوشته شده در  یکشنبه پانزدهم مرداد 1391ساعت 0:38  توسط spow  |