اثر عناصر آلیاژی در فولادها

اثر عناصر آلیاژی در فولاد ها

• کربن

کربن مهمترين و موثرترين عنصر آلياژي در فولادها مي باشد و بالاترين تاثير را در ساختار آن دارد.هر فولاد آلياژ شده علاوه بر کربن عناصر آلياژي ديگري نظير سيليسيم – منگنز-فسفر و گوگرد را به همراه خواهد داشت بطوريکه اين عناصر به شکلي ناخواسته به هنگام فرايند توليد در فولاد باقي خواهند ماند.اضافه کردن عناصر آلياژي براي بدست آوردن نتايج مشخص و منحصر بفرد و افزايش کنترل شده منگنز و سيليسيم در فولاد , فولاد آلياژي را بوجود خواهد آورد. با افزايش ميزان کربن استحکام . سختي پذيري فولاد بيشتر ميشود اما چکش خواري و قابليت جوشکاري و ماشينکاري (با استفاده از ماشينهاي برش) کاهش مي يابد.اين عنصر عملا هيچ تاثيري بر مقاومت خوردگي در آب, اسيد و گازهاي گرم ندارد

• سیلیسیم

سیلیس را می توان در ترکیب همه فولادها دید زیرا سيليس اكسيژن زداي قوي است.  استحكام فريت را افزايش مي دهد و سختي پذيري را زياد مي كند. حضور سيليس ، راسب شدن گرافيت را تشويق ميكند و مقاومت سايشي را افزايش مي دهد. به علت افزايش استحكام تسليم ، عنصر اصلي در فولادهاي فنر است. وجود سيليس در فولادهاي الكتريكي كه جهت گيري دانه ها مطرح است بسيار مهم است. در مقادیر بالای سیلیس ، سختی پذیری و استحکام فولاد افزایش می یابد ولی این افزایش همراه با کاهش داکتیلیتی و انرژی ضربه است.

آلومینیوم

یکی از قوی ترین اکسیژن زداها و نیتروژن زداهاست. و بر اساس نتایج بدست آمده تاثیر بسیار زیادی برای مقابله با کرنشهای ناشی از پیری دارد. در ترکیب با نیتروژن تشکیل نیترور سخت میدهد که باعث افزایش مقاومت در برابر پوسته ای شدن میشود، به همین دلیل به عنوان عنصر آلیاژی برای مقاومت حرارتی فولاد ها به کار میرود.

• منگنز

منگنز يک اکسيژن زداست.اين عنصر با گوگرد ترکيب شده و تشکيل سولفيد منگنز مي دهد.بر همين اساس اثرات نامطلوب اکسيد آهن را از بين مي برد.وجود اين عنصر در فولادهاي خوش تراش بسيار مهم است.زيرا خط قرمز شکنندگي را کاهش مي دهد.منگنز سرعت خنک شدن بخراني را نيز به شدت کم مي کند به همين دليل سختي پذيري و نقطه تسليم و استحکام نهايي را افزايش مي دهد.با اضافه نمودن منگنز تاثيرات مطلوبي در قابليتهاي آهنگري و جوشکاري فولاد بوجود مي آيد و بطور قابل ملاحظه اي عمق سختي فولادها را بيشتر مي کند.اگر سطح اين نوع فولادها در معرض تنشهاي ضربه اي قرار گيرد به مقدار بسيار زيادي کارسخت حواهد شد در حاليکه مغز فولاد چقرمگي اوليه خود را حفظ ميکند لذا اين گروه از فولادها تحت تاثير نيروهاي ضربه اي(کارسختي) مقاومت سايشي مطلوبي از خود نشان مي دهند.با افزايش منگنز ضريب انبساط حرارتي افزايش يافته در حاليکه هدايت الکتريکي کاهش مي يابد. منگنز باعث افزايش خاصيت فنري مي شود.

• کروم

كروم عنصر اصلي در فولادهاي زنگ نزن است.علل اصلي در افزودن كروم به تركيب فولاد افزايش سختي پذيري فولاد حفظ استحكام و سختي فولاد در دماهاي بالا و شرايط كاري و افزايش مقاومت خوردگي در محيط هاي اكسيد كننده است. كروم تمايل زيادي به تركيب با كربن دارد و لذا ذرات كاربيدي همان كاربيدهاي كمپلكس آهن-كروم هستد. كروم با اكسیژن تركيب شده و تركيب ديرگداز غيرفلزي اكسيد كروم تشكيل مي دهد كه نقش فيلم سطحي محافظ در سطح فولاد را بازي مي كند. كروم فريت زاي بسيار قوي است. در حدود ١۲% كروم در تركيب فولاد باعث محدود شدن فاز آستنيت در ريزساختار مي شود. با افزايش درصد كروم، مقاومت خوردگي فولاد زياد مي شود وهمچنين در دماهاي بالا مقاومت به اكسيداسيون آنها زياد خواهد شد

• نیکل

نيكل به عنوان عنصر آلياژي در فولاد بهمراه كروم استفاده مي شود. نيكل عنصر آستنيت زا است و هيچگونه تاثيري در تشكيل كاربيد و اكسيد ندارد به علت اينكه تمايل به تركيب آن با كربن و اكسيژن كمتر از آهن است. نيكل سختي پذيري فولاد را افزايش مي دهد. در فولادهاي زنگ نزن آستنيتي۷ تا ۲٠ درصد نيكل وجود دارد.در اين فولادها براي خنثي كردن اثر فريت زايي كروم از نيكل بهره مي گيرند. نيكل خودبخود باعث افزايش مقاومت خوردگي مي شود. در درصدهاي بالا باعث آستنيتي شدن فولادهاي مقاوم در برابر مواد شيمیايي تا دماهاي خيلي زياد مي شود.

• مولیبدن

این عنصر به طور معمول با عناصر دیگر آلیاژ می شود.در فولاد کروم-نیکل دار و فولاد منگنز دار سبب ریز دانه سازی می شود.و باعث بهبود قابلین جوشکاری می شود و نقطه تسلیم و استحکام نهایی را بالا می برد. با ازدیاد درصد مولیبدن جوش پذیری کاهش می یابد.و سازنده مسلم فاز کاربید است و در فولادهای تند بر خواص برشکاری را بهبود می بخشد.مقاومت خوردگی را بالا می برد.

در فولادهای ضد زنگ مقاومت در برابر کروزیون را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. به دلیل ایجاد نیترور در برخی از فولاد های میکرو آلیاژی مورد استفاده قرار می گیرد.

• وانادیوم

با افزودن واناديم به فولادهاي ابزار و آلياژي سختي پذيري آنها افزايش یافته و كاربيدهاي كمپلكس در ريزساختار تشكيل می شود.

اخيرا واناديم به عنوان عنصر آلياژي در فولادهاي كربني ميكروآلياژي استفاده مي شود. وتنها به مقدار کمی كافي است تا افزايش قابل توجهي در استحكام فولاد بدست آيد.

این عنصر آلیاژی به دلیل خواص کاربید سازی و کوچک نمودن ریز ساختار به همراه نیوبیم و تیتانیوم در فولادهای میکرو آلیاژی مورد استفاده قرار می گیرد. در فولاد های میکرو آلیاژی عناصر آلیاژی بیشتر از ۲۵% نمی باشد. این عناصر به تنهایی و یا به صورت ترکیبی باعث به وجود آمدن نیترات کربن در ریز ساختار شده و مقاومت فولاد را بالا می برند.

• تیتانیوم

همانند وانادیوم دارای خاصیت کوچک نمودن ریز ساختارمی باشد ولی ای خاصیت آن نسبت به وانادیوم بیشتر است. به عنوان یک عنصر میکرو آلیاژی در فولادهای میکرو آلیاژی مورد استفاده قرار می گیرد. در فولاد های ضد زنگ نیز برای از بین بردن اثر مخرب کاربید کروم مورد استفاده قرار می گیرد.