یکی از اساسی ترین مشکلاتی که در صنعت با آن مواجه بوده و رفع آن داشتن اطلاعات کاربردی دقیقی را طلب می کند پدیده سایش می باشد.در قسمت قبلی مطالبی در خصوص انواع سایش و انواع فولاد های مقاوم به سایش ارائه شده است. دراین نوشته قصد داریم تا به معرفی فولاد هادفیلد که یکی از انواع فولاد های ضدسایش است بپردازیم.
پیشنهاد می کنیم قبل از مطالعه این نوشته، قسمت قبلی آن را از نوشته زیر در عصر مواد مطالعه نمایید:
مزایای استفاده از فولادهای هادفیلد:
فولاد آستنیتی منگنزی حاوی حدود ۱٫۲ درصد کربن و ۱۲ درصد منگنز در سال ۱۸۸۲ به وسیله رابرت هادفیلد ابداع و معرفی گردید .
این فولاد به دلیل دارا بودن ترکیبی مناسب از چقرمگی انعطاف پذیری قابلیت کار سختی و مقاومت عالی در برابر سایش منحصر به فرد است و به عنوان یک ماده مهندسی دارای کاربرد وسیعی در موارد ویژه است .
فولاد هادفیلد به دلیل ویژگی های ذکر شده در ساخت قطعات مورد استفاده در تجهیزات دستگاه ها و ماشین آلات صنایع راهسازی و معدنی و سیمان را ه آهن حفاری چاههای نفت لای روبی سنگ های ساختمانی و تزئینی چوب و صنعت فولاد سازی به کار گرفته می شود.
محدودیت های فولادهای هادفیلد:
دارای قابلیت ماشینکاری بسیار کمی است.
استحکام تسلیم آن کم و در محدوده ۳۱ تا ۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب است.
بنابراین این فولاد برای قطعاتی که باید دقت ابعادی بالایی داشته باشند و یا در تنش های بالا در مقابل تغییر شکل مقاوم باشند مناسب نیست.
به هر حال انجام عملیاتی نظیر چکش خواری کوبش پرس کردن نورد سرد و شوک های انفجاری بر روی سطح این فولاد باعث افزایش استحکام تسلیم و بالا رفتن سختی سطح ان می شود.
کارسختی فولاد هادفیلد:
چقرمگی بالا و مقاومت خوب در برابر سایش از ویژگیهای بارز این نوع فولادها میباشد سختی سطح این فولادها که در حین کار افزایش می یابد و موجب مقاومت به سایش عالی آنها می شود.
این افزایش سختی نتیجه یک استحاله مکانیکی یعنی تبدیل آستنیت به مارتنزیت می باشد.
عناصر آلیاژی:
عناصر الیاژی به منظور افزایش نقطه تسلیم یا بهبود قابلیت جوشکاری به فولاد آستنیتی منگنزی اضافه میشود.
۱- کربن :
میزان کربن در این فولادها تعیینکننده میزان مقاومت به سایش و تنش تسلیم می باشد. حداکثر استحکام کششی در ۱٫۲ درصد کربن حاصل میشود. ا افزایش میزان کربن به بیش از ۱٫۲ دهم درصد کربن استحکام کششی کاهش می یابد.
با افزایش درصد کربن میزان رسوبات سمنتیت در مرز دانه های آستنیتی بیشتر شده به طوری که وقتی میزان کربن به بیش از ۱٫۲ درصد برسد رسوبات درشت سمنتیت به وجود آمده در مرز دانه های استنیت مشکلاتی را در ریخته گری و عملیات حرارتی به وجود میآورند زیرا سمنتیت حل نشده در آستنیت پس از عملیات حرارتی باعث کاهش چقرمگی فولادمی شود.
۲- منگنز:
عنصر منگنز به عنوان عامل پایدارکننده آستنیتی به کار گرفته میشود و نقش آن به تاخیر انداختن استحاله آستینت است ولی نمیتواند این استحاله را متوقف کند.
۳- سیلیسیم:
کلیه فولادهای هادفیلد حاوی مقادیر معینی سیلسیم هستند.
این عنصر به ندرت به عنوان عنصر آلیاژی به فولادهای هادفیلد اضافه میشود و حضور آن به دلیل اکسیژن زدایی و بهبود سیالیت مذاب می باشد
عنصر سیلسیم تا حدود ۲ درصد استحکام تسلیم فولاد هادفیلد را با مقدار کم افزایش میدهد و قطعات را در مقابل تغییر شکل پلاستیک در حالتی که تحت ضربات مداوم قرار دارند مقاوم میکند.
در بالاتر از ۲٫۲ درصدسیلسیم کاهش سریع در استحکام و انعطاف پذیری حاصل میشود و فولاد های حاوی بیش از ۲٫۳ درصد سیلسیم قابلیت کارپذیری ندارند.
۴- تیتانیوم:
استفاده از عنصر تیتانیوم برای خنثی کردن اثر فسفر در کشورهای اروپایی متداول است این عنصر با ایجاد کاربیدهای پایدار میزان کربن محلول در آسیا را کاهش داده و در نتیجه خاص آن را معادل ردههای کم کربن فولاد هادفیلد است حضور تیتانیوم باعث بهبود ساختار این قطعه پس از انجماد شده قطعا ریزدانه تر می کند و با ایجاد مقاومت در برابر تولیدی حساسیت نسبت به سیکل عملیات حرارتی در قطعه را کاهش داده و بنابر این قطعه را از خطر ترک برداشتن در طول عملیات حرارتی محافظت میکند.
حضور تیتانیوم تا چهاردهم درصد باعث افزایش ازدیاد طول نسبی و استحکام کششی شده ولی از این حد بیشتر به علت به وجود آوردن رسوبات کاربری و نیتریدی باعث کاهش چقرمگی می شود.
ذوب فولاد آستنیتی منگنزی:
کوره القایی برای ذوب فولاد آستنیتی منگنزی مناسب می باشد به منظور جلوگیری از واکنش شدید بین منگنز و اکسید منگنز با سیلیس موجود در خاک سیلیسی می توان از نسوزهای منگنزی یا خنثی مانند آلومینا استفاده کرد.
برگشتی های فولاد آستنیتی منگنزی قراضه داغی یا قراضه آهن با افزایش مواد فرو آلیاژ و کربن را میتوان به عنوان مواد شارژ کوره به کار برد.
در هنگام ریختن قطعات فولاد آستنیتی منگنزی باید تا حد امکان دو پارامتر اساسی زیر را رعایت کرد یک دمای بارریزی پایین دو سرعت بارریزی بالا
دمای ریختن باید نسبت به شکل و ضخامت قطعه انتخاب شود برای مثال قطعات نازک باید در دمای بالاتر ریخته شود تا از روی بهم ریخته گری جلوگیری شود به عبارت دیگر قطعات ضخیم با اشکال ساده در دمای حدود هزار و ۴۲۰ هزار و ۴۵۰ درجه سانتیگراد ریخته می شود.
ریخته گری قطعات فولادی هادفیلد:
ریخته گری قطعات فولادی هادفیلد مانند سایر قطعات فولادی است و تغذیه گذاری به گونهای طراحی میشود که انجماد جهت دار ایجاد شود طراحی راهگاه بارریزی راهگاه اصلی و راهگاه های فرعی باید به گونهای باشد که مذاب سریع داخل قالب ریخته شود.
به دلیل وجود کربن بالا و حضور سمانتیک در ساختار میکروسکوپی و هدایت حرارت کم احتمال ترک خوردگی در بعضی از قطعات یا ترک خوردن هنگام برش تغذیه ها توسط گاز وجود دارد.
عملیات حرارتی فولاد هادفیلد:
عملیات حرارتی فولاد هادفیلد باعث می شود که بتوان آن را با اطمینان کامل در محدوده بسیار وسیعی از کاربردهای ویژه مهندسی به کار گرفت عملیات حرارتی متداول برای این فولاد انجام عملیات حرارتی آنیل محلول و سپس سرد کردن سریع در حمام آب است هرچند که ساختار کاملاً آستنیتی و عاری از هرگونه فاز کاربید ساختار مطلوب است و این ساختار بخصوص برای قطعات با ضخامت زیاد و فولاد های حاوی عناصر کاربید زا نظیر کروم مولیبدن وانادیم و تیتانیوم همیشه قابل دستیابی نیست در هر حال اگر فاز کاربیدی در ساختار میکروسکوپی موجود باشد حالت پراکنده و غیر پیوسته آن از حالت پیوسته و شبکههای در مرز آن ها مطلوب تر است.
گرم کردن:
هدایت حرارتی فولاد آستنیتی منگنزی تقریباً ۱.۴ فولاد کربنی و ضریب انبساط حرارتی آن ۱.۵ برابر فولاد کربنی می باشد به همین دلیل سرعت گرم کردن باید آهسته باشد اگر سرعت گرم کردن را بالا در نظر بگیریم شیب حرارتی بین سطح و مغز قطعه به وجود آمده و تنش های حرارتی ایجاد میشود که ممکن است ترک خوردگی قطعه را به همراه داشته باشد در هنگام گرم کردن باید گرم کردن آهسته صورت بگیرد و قبل از شارژ دمای کوره نباید بالاتر از ۲۵۰ درجه سانتیگراد باشد و اصولاً میزان گرم کردن فولاد آستنیتی منگنزی ۱۰۰ درجه سانتی گراد برساعت می باشد ولی در مورد فولادهای آستنیتی منگنز ایمو متن دار نباید میزان گرم کردن از ۷۰ درجه سانتیگراد در ساعت بیشتر باشد.
قطعات با ضخامت بالا:
با افزایش ضخامت قطعات ریختگی سرعت سرد شدن قطعه در قالب کاهش یافته و در نتیجه فاز کاربید زمان کافی برای رسوب کردن خواهد یافت این پدیده به خصوص در قطعاتی که اشکال تنش پذیر دارند مانند استوانه و مخروط تمایل به شکنندگی را افزایش می دهد تنش های ایجاد شده نتیجه تغییر حجم قطعه در اثر ایجاد فاز کاربیدی و استحاله آستنیت می باشد.
تاثیر عملیات حرارتی بر خواص مکانیکی فولاد هادفیلد:
خواص مکانیکی فولاد هادفیلد در حالت عملیات حرارتی شده به ضخامت قطعه بستگی زیادی دارد با افزایش ضخامت استحکام و انعطاف پذیری کاهش مییابد در قطعات با ضخامت زیاد سرعت انجماد در قالب بسیار کم می باشد و بنابراین دانههای آستنیت به جز در شرایط خاص و کنترل شده درشت خواهد شد و اندازه دانهها در عملیات حرارتی تمایل به درشت تر شدن دارند پس با انجام عملیات حرارتی نمی توان دانه های آستنیتی را ریز کرد و اندازه آنها به شرایط ریخته گری بستگی دارد.
جوشکاری فولاد هادفیلد:
در بسیاری از کاربردها فولاد هادفیلد نیاز به جوشکاری دارد و این عمل برای اتصال دو قطعه هاتفیلد یا فولاد ساده کربنی به هاتفیلد و یا برای تعمیر قطعات انجام میشود به دلیل حساس بودن فولاد هادفیلد به حرارت باید جوشکاری آن با دقت کافی صورت گیرد بهترین روش برای جوشکاری فولاد هادفیلد روش جوشکاری قوس الکتریکی است و برای جوشکاری این فولادها الکترودهای مناسب به صورت تجاری موجود هستند.
لکترود های ارائه شده همگی دارای میزان کربن کمتری نسبت به فولادهای هادفیلد هستند تا از رسوب کاربیدها در حین جوشکاری ممانعت به عمل آید هر چند که ترکیب شیمیایی الکترودها به این منظور انتخاب شده است ولی در هر حال باید روش جوشکاری به نحوی انتخاب شود که از این پدیده جلوگیری شود الکترودهای پرمنگنز که حاوی مقادیر کمی از عناصر آلیاژی هستند نیز در بازار موجود هستند ولی عموما توصیه میشود که این الکترودها برای پرکردن فرسودگی ها استفاده شود زیرا که این ترکیبات چقرمگی کمتر نسبت به الکترودهای پرالیاژ تر دارند.
در روند جوشکاری عناصر کربن منگنز و سیلسیم سوخته و میزان آنها کم میشود بنابراین برخی از تولیدکنندگان الکترودها با در نظر گرفتن میزان سوخت ترکیب شیمیایی الکترود را تعیین میکند جوشکاری بدون توجه به مبانی علمی و عملی آن و استفاده از طول قوس بلند و غیره باعث سوختن بیش از حد این عناصر میشود و درنتیجه منطقه جوش بسیار ضعیف و نامطلوب میشود.
فولادهای ساده کربنی در برخی موارد با استفاده از الکترودهای فولاد ضد زنگ آستنیتی به فولاد هادفیلد جوشکاری میشود و چون ترکیب شیمیایی منطقه جوش ترکیبی مخلوط پایه و الکترود است بنابراین خواص آن بسیار متفاوت با فلز پایه خواهد بود و به علت سرد شدن در هوا ساختار منطقه جوش ساختار مارتنزیتی است و دارای استحکام بالا و انعطاف پذیری کم می باشدمهم ترین مسئله که در اینگونه جوشکاری اتفاق نمیافتد ایجاد ترک در مارتنزیت است.
منبع: کتاب متالوژی کاربردی فولاد ها(۱) تالیف مرعش مرعشی
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.