فولاد و انواع آلیاژ آن

موضوع : فولاد و انواع آلیاژ آن

توضیح : این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

فولادها
1- فولاد مهم‌ترین ماده ساختمانی و مهندسی عصر ما می‌باشد که تقریبا در هشتاد درصد محصولات فلزی به کار می‌رود. فولاد، به دلیلی داشتن استحکام، شکل‌پذیری آسان، هزینه کم و دیگر خواص مفید در سال‌های اخیر مورد توجه خاص قرار گرفته است.
کاربرد فولاد متفاوت است. برخی از آنها نسبتا نرم و شکل‌پذیرر هستند و به راحتی می‌توان آنها را به اشکال مختلفی درآورد، مثل فولادهایی که در سپر و بدنه خودروها به کار می‌رود. برخی دیگر قابلیت سخت شدن را دارند. به طوری که می‌توان آنها را در ساخت ابزارهایی چون تیعه‌های برش و تراش به کار برد. می‌توان گروه دیگری از فولادها را ساخت علاوه بر استحکام، چقرمگی خوبی هم داشته باشد. کاربرد آنها در ساخت اکسل های خودروها و محور پروانه کشتی های اقیانوس پیما می‌باشد.
مثال ساده کاربرد فولادهای سخت استفاده آن در ساختن تیغ‌های ریش تراش است. با توجه به این مثال ها، به نظر می‌رسد که کلمه فولاد یک اصطلاح کلی است که زیر مجموعه‌های زیادی دارد که در واقع اگر بر اساس ترکیبات متفاوت محصولات و به صورت تجاری فولاد را مورد بررسی  قرار دهیم، درمی‌یابیم که هزاران نوع فولاد وجود دارد. توانایی ما، در تولید فولادهای متفاوت با مصارف متنوع اعم از فولادهای نرم و فولادهای سخت بستگی به عملیات حرارتی مناسب دارد که در حین شکل‌گیری و یا پس از آن بر روی فولاد و دیگر آلیاژهای  آهنی بپردازیم بهتر است به طور خلاصه با فولاد و ساختارهای داخلی آن آشنا شویم.
2- فولاد چیست؟
همه فولادها ترکیب‌های ساده یا پیچیده‌ای از آلیاژهای آهن و کربن هستند. همه فولادهای کربنی ساده، دارای درصدهای خاصی از منگنز و سیکلون به علاوه مقادیر بسیار کمی از فسفر و سولفور می باشند. برای مثال ترکیب اسمی فولاد 1054 استاندارد AISI یا SAE ممکن است شامل : 45٪ کربن، 75٪ فسفر، 50٪ سولفور، و 22٪ گوگرد باشد. فولادهای آلیاژی دسته دیگری از فولادها هستند که در ترکیب شیمیایی خودشان عناصر دیگری هم دارند. بیشترین عناصری که در ترکیب فولادهای آلیاژی به کار رفته‌اند، عبارتند از: نیکل، کرم، مولیبدن، وانادیوم، تنگستن.
وقتی که درصد منگز از یک درصد باشد این عنصر هم جزء عناصر آلیاژی به حساب می‌آید. برای رسیدن به خواص مطلوب فولاد در کاربردهای مهندسی، یک یا چند عنصر از عناصر فوق را به فولاد اضافه می‌کنند. عنصر کربن اصلی‌ترین عنصر در تمام فولادها است به طوری که میزان کربن موجود در فولادهای کربنی ساده تاثیر زیادی بر خواص فولاد و انتخاب عملیات حرارتی مناسب فولاد دارد. این عملیات به منظور به دست آوردن خواص مطلوب بر روی فولاد انجام می‌شود.
به دلیل اهمیت میزان کربن در فولادها، یکی از تقسیم‌‌بندی‌های فولادهای کربنی ساده بر اساس مقدار کربن آنها می‌باشد. وقتی که فقط مقدار کمی کربن در فولاد موجود باشد، آن فولاد را کم کربن یا فولاد نرم‌ می‌نامند. اگر مقدار کربن کمتر از 30٪ درصد وزنی فولاد باشد، آن را فولاد کم کربن گویند. اگر میزان کربن فولاد تقریبا 30٪ درصد الی 60٪ درصد وزنی باشد در گروه فولادهای متوسط کربن قرار می‌گیرد و فولادهایی که بیشتر از 60٪ درصد وزنی کربن داشته باشند، فولاد پر کربن نامیده می‌شوند. اگر مقدار کربن فولاد بیشتر از 77٪ درصد وزنی باشد فولادهای ابزار می‌نامند. میزان کربن فولاد به ندرت بین 3/1 الی 2 درصد قرار می‌گیرد.
بیشترین حد کربن در فولاد، تقریبا 2 درصد می‌باشد و زمانی که مقدار کربن آن بیش از این باشد، آن را آلیاژ چدن می‌نامند. مقدار کربن در چدن‌ها معمولا بین 3/2 الی 4 درصد می‌باشد. چدن‌ها گروه مهمی از آلیاژهای ریخته‌گری هستند.
3- خلاصه مطالب فوق به صورت زیر است:
فولاد، آلیاژی از آهن و کربن است که مقدار آن معمولا 5٪ الی 1 درصد می‌باشد. ممکن است گاهی مقدار کربن آن از 1 تا 2 درصد باشد. تعادل ترکیبات شیمیایی آلیاژهای آهن – کربن که به عنوان فولادهای کربنی ساده شناخته شده است، علاوه بر آهن شامل درصدهای خیلی کمی از منگنز و سیلیکون و حدود 4٪ درصد فسفر و سولفور می باشد. 1/0 درصد یا مقدار نامشخصی از عناصری مثل نیکل، کروم، مولیبدن در فولادهای کربنی ساده شامل مقادیر کمی از عناصر بالا باشد، وجود این عناصر بر عملیات حرارتی فولاد تاثیر خواهد گذاشت و اگر مقدار آنها از مقدار تعیین شده بیشتر باشد، آن را فولاد آلیاژی نرم گویند.
4- فولادهای آلیاژی و کربنی
سیستم کدگذاری
مطالعات و تحقیقات وسیعی در زمینه تهیه فهرستی از ترکیبات فولاد انجام شده است. این مطالعات به منظور رفع نیازهای مهندسی و متالورژیکی تولید کنندگان محصولات فولادی انجام شده است. ترکب فولادهای آلیاژی و کربنی استاندارد در جدول‌های 2 تا 10 نشان داده شده است.
5- سیستم AISI – SAE
ترکیبات فولاد در «موسسه آهن و فولاد آمریکا» AISI و انجمن مهندسین اتومبیل SAE تهیه شده است.  آنها برای کدگذاری فولادهای آلیاژی و کربنی و همچنین تعیین محدوده ترکیبات شیمیایی از عددهای چهار رقمی استفاده کردند. فقط دو نوع از فولادهای آلیاژی پنج رقمی می باشند.
بعضی از فولادها با پیشوند E در جدول نشان داده شده و بیانگر این است که فولاد طی مراحل ویژه‌ای در کوره الکتریکی ساخته می شود. در کدگذاری فولادهای الیاژی و کربنی پسوند H نشان دهنده این است که فولاد با قابلیت سختی‌پذیری معینی ساخته می‌شود. حرف B در بین رقم‌های دوم و سوم فولادهای آلیاژی یا کربنی، مقدار بور فولاد از (0005/0 تا 003/0) را نشان می دهد و همین طور حرف L در بین رقم‌های دوم و سوم مقدار سرب فولاد را از (15٪ تا 35٪) نشان می‌دهد که این مقدار سرب قابلیت ماشین کاری فولاد را افزایش می‌دهد.
فهرست مختصری از فولادهای آلیاژی و کربنی AISI یا SAEدر جدول 1 نشان داده شده است. دو رقم اول هر سری، مقدار تقریبی عناصر موجود در فولاد به غیر از کربن را نشان می‌دهد. در کد گذاری چهار رقمی، دو رقم آخر و در کدگذاری پنج رقمی سه رقم آخر مقدار تقریبی کربن را در محدوده مجاز نشان می‌دهد. به عنوان مثال در فولاد 1035 محدوده کربن را از 98٪ تا 10/1 نشان می‌دهد. در جدول 1 دو رقم آخر با حروف XX مشخص شده است. در فصل‌های بعدی محدوده کربن و تغیرات میزان منگنز، گوگرد و عناصر دیگر این فولادها مورد بررسی قرار می‌گیرد . جزئیاتی از ترکیبات شیمیایی سری فولادها در جدول‌های بعدی نشان داده شده است.
 فهرست مطالب
فولادها    1
2- فولاد چیست؟    2
3- خلاصه مطالب فوق به صورت زیر است:    3
4- فولادهای آلیاژی و کربنی    4
سیستم کدگذاری    4
5- سیستم AISI – SAE    4
6- سیستم شماره کدگذاری واحد    7
7- انواع فولادهای سولفور نشده استاندارد    9
فولادهای کربنی سولفور شده استاندارد    9
9- فولادهای کربنی سولفور و  فسفر شده استاندارد    10
10- فولادهای آلیاژی    11
11- ترکیبات فولادهای آلیاژی استاندارد    11
12- ترکیبات فولادهای بوردار استاندارد    14
13- سختی پذیری    14
14- نقش کربن    14
15- نقش عناصر آلیاژی    17
16- روشهای ارزشیابی سختی‌پذیری فولاد    18
آزمایش تندسرمایی انتهایی    19
میله‌های قابل کاربرد در آزمایش تندسرمایی انتهایی    19
17-تغییرات در قابلیت سختی‌پذیری فولاد    22
18- فولادهای H    22
19محدوده ترکیبات شیمیایی    24
1-5 مقدمه‌ای درباره خواص آلیاژهای منیزیم    26
آلیاژهای کارپذیر منیزیم    29
آلیاژهای ورق و صفحه    31
آلیاژهای اکستروژنی    34
آلیاژهای آهنگری    36