0
02126246958

فولادهای هادفیلد،راهکاری برای مصارف مقاوم به سایش(قسمت اول)

 

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.

لرزش یک ماده یا یک سرویس دهی دیگر که در واقع یک کار مکانیکی محسوب می‌شود باعث کنده شدن ذرات موجود در سطح شده و سایش سطحی را به وجود می‌آورد.

غلب فرآیندهای سایشی در اثر برش یا تراش به وجود می‌آیند مثلاً در اثر عملیات ماشینکاری یک وسیله ساینده در سطح فلز فرو رفته و باعث کنده شدن ذرات سطح می‌گردد براده‌های که از محل سایش به دست می‌آیند حاوی ذرات بسیار ریزی هستند که از قلم تراش در حین عملیات ماشین کاری جدا می‌شود.

عوامل موثر بر سایش به دو دسته ی متالورژیکی و کاربردی تقسیم می‌شود که سختی چقرمگی ساختار میکروسکوپی و ترکیبات شیمیایی را از عوامل متالورژیکی و نوع ساینده و مشخصات آن سرعت روش و نوع بارگذاری را از عوامل کاربردی می توان نام برد.

 

انواع سایش:

 

 ۱- سایش توسط ساینده ها :

 

سایشی که توسط ساینده ها صورت می گیرد یکی از انواع مهم آن به شمار می‌رود که حدود ۵۰ درصد کل سایش موجود در صنعت را به خود اختصاص می دهد.

حضور مواد ساینده فلزی و غیرفلزی و یا موادی که از محیط خارج اضافه می‌شوند باعث بروز این نوع سایش می‌گردند.

سایش توسط مواد ساینده به سه گروه تحت تنش پایین،سایش تحت تنش های بالا و یا آسیاب کردن و سایش در اثر کنده شدن مواد تقسیم می‌شود.

الف)  سایش تحت تنش های پایین:

 این نوع سایش هنگامی اتفاق می‌افتد که مواد ساینده با آزادی روی سطح مورد نظر حرکت نمایند در این حالت تنش های اعمال شده توسط ذرات ساینده خوردنشده و نیز میزان تغییر شکل روی سطح حداقل بوده و تنها خراش‌های سطحی دیده می شود این نوع سایش در تجهیزات انتقال مواد جامد نظیر ناودانی ها ،بونکرها،سرندهای ویبره ای و غیره مشاهده می شود.

ب) سایش تحت تنش های بالا یا آسیاب کردن :

این نوع سایش هنگامی اتفاق می‌افتد که دو سطح در حضور ذرات ساینده ای که بین آنها قرار می گیرند روی هم حرکت نموده و یا بار از یک سطح به سطح دیگر اعمال شود بار اعمال شده نسبت به کل سطح کم می باشد اما تنش‌های موازی اعمال شده بر ذرات به قدری بالا است که ذرات ساینده را خرد می نماید و در صورت پایین بودن استحکام تسلیم یا سختی سطوح موجب تغییر شکل پلاستیک شده و باعث بروز ترک های ریز و خراش در سطوح می شود .

این نوع سایش در صنعت سیمان نظیر آستر های آسیاب های گلوله ای و گلوله های آسیاب مشاهده می گردد.

ج)سایش در اثر کندگی:

 این نوع سایش هنگامی اتفاق می‌افتد که ذرات ساینده نظیر کلوخه های ساینده با چنان ضربه ای به سطوح مورد نظر برخورد می نمایند که ذرات درشت از سطوح سایش کنده شده و در نتیجه شیارهای عمیقی روی سطوح به وجود می‌آید این نوع سایش در خطوط انتقال کلوخه های بزرگ، خرد کننده های فکی و غیر مشاهده می گردد.

 

۲- سایش در اثر ضربه:

 

 در این نوع سایش برخلاف سایش در اثر کندگی عملی که عمدتاً سبب سایش می‌شود به جای حرکات ذرات ساینده روی سطوح ضربه های وارد شده توسط ذرات ساینده می باشد به عبارت دیگر تمایز این نوع سایش با سایش در اثر کندگی از جهت اعمال نیروهای ضربه بالاتر میباشد.

 مکانیزم عمل این نوع سایش به صورت ایجاد خطوطی در سطوح و نهایتاً کندگی در مقیاس میکروسکوپی می باشد این نوع سایش در چکش های خرد کننده سنگهای معدنی مشاهده می گردد.

 

انواع فولاد مقاوم به سایش:

 

فولاد های مقاوم به سایش در دو گروه فولاد های منگنزی استنیتی ( هادفیلد) وفولاد های کم آلیاژ تقسیم می شود.

 

۱- فولاد هادفیلد:

 

فولاد آستنیتی منگنزی حاوی حدود۱٫۲ 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 تا۵۰ 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 آن میشود.

 

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 آن ها می شود.

این افزایش سختی نتیجه یک استحاله مکانیکی یعنی تبدیل آستنیت به مارتنزیت می باشد.

 

۲- فولادهای کم آلیاژ مقاوم به سایش:

 

با توجه به اینکه فولادهای منگنزی آستنیتی در مقابل سایش مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهند به خصوص در سایش های کندگی ولی استفاده از این فولادها در کلیه کاربردهای سایشی مناسب نمی باشد.

 همانطور که قبلاً گفته شد کار سختی و میزان استحاله آستنیت به مارتنزیت در حین کار از عوامل مهم و تعیین‌کننده در کاربرد موفقیت‌آمیز این نوع فولادها می باشد.

 در بعضی از کاربردها استفاده از فولادهای کم آلیاژ مقاومت به سایش بهتری را به همراه دارد .

سهولت در تولید، قیمت تمام شده پایین تر و قابلیت ماشینکاری بهتر از جمله مزایای فولادهای کم آلیاژ نسبت به فولادهای منگنزی استنیتی  می باشد.

عناصری که در این زمینه اغلب مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از منگنز کروم نیکل و مولیبدن

 اصولاً میزان کربن و ساختار زمینه از جمله پارامترهای تعیین کننده مقاومت به سایش می‌باشند.

این دسته از فولاد ها دارای سه خانواده اساسی هستند.

این گروه ها شامل cr,cr-mo-mnوcr-mo می باشند.

 

الف) خانواده فولادهای ریختگی حاوی cr-mo مقاوم در مقابل سایش:

 

افزودن کرم و مولیبدن به فولادهای ریختگی ویژگی‌های زیر را به این فولادها می‌بخشد

 افزایش قابلیت سختی پذیری

 افزایش استحکام و سختی پس از عملیات کوئنج تمپر

افزایش مقاومت در مقابل سایش

 امکان کوئنچ کردن قطعات پیچیده در هوا

کاهش تمایل به ترد شدن در اثر تمپر

از کاربردهای وسیع این فولادها در صنایع سیمان می توان موارد زیر را نام برد

 ۱- دیافراگم آسیاب مواد خام در خانه های مختلف ۲- دیافراگم آسیاب سیمان ۳- زره آسیاب مواد خام ۴- زره آسیاب های گلوله ای و میله‌ای

 و انواع کاربردهای مشابه که همراه با ضربه و سایش هستند.

 

ب) فولادهای کروم نیکل مولیبدن :

 

 آلیاژIN646 یک فولاد ریختگی کم آلیاژ میباشد سختی پذیری چقرمگی ضربه ای و مقاومت در برابر سایش از جمله خواص خوب این فولاد به حساب می آید.

در آسیاب های بزرگ سیمان مشکلات زیادی برای صفحات آستری این آسیاب ها وجود دارد همینطور در اسیاب های مواد خام میزان سایش پایین می باشد ولی ضربات مکرری که به این صفحات وارد می‌شود بسیار سنگین است فولاد منگنزی آ سنتی در چنین شرایطی مقاومت به سایش کمی دارد از طرفی مقاوم‌ترین چدن های پر کروم نیز مقاومت به شکست کافی ندارند و تجربه در شرکت نورد و تولید قطعات فولادی نشان داده است که فولادIN646در مقایسه با سایر فولادها از مقاومت به سایش و مقاومت به شکست خوبی برخوردار است این فولادهوا سخت بوده و تاضخامت های۱۰۰ میلی متر قابلیت سخت کاری خوبی با خنک کردن در هوا از خود نشان می‌دهد بنابراین احتمال ترک یا تابیدگی وجود ندارد.

 

ج)فولاد کرموسیل:

 

فولاد کرمو سیل جزء خانواده فولادهای مقاوم به سایش کم آلیاژ بوده که از چقرمگی و سختی مناسبی نیز برخوردار می‌باشد این فولاد حاوی عناصر آلیاژی متعددی می باشد و قابلیت سخت کاری در هوا را نیز دارد و در صورتی که سخت کاری در هوای فشرده از دمای ۸۸۰ درجه سانتیگراد انجام بگیرد ساختاری کاملا مارتنزیتی خواهیم داشت که از سختی حدود ۵۰۰ تا ۵۵۰ نیز برخوردار می باشد بعد از تمپر کردن این فولاد در دمای ۲۶۰ درجه سانتیگراد استحکام ضربه‌ای حدود ۳۰ ژول و ازدیاد طول نسبی ۱۰ درصد می‌باشد این فولادها در مواردی که قطعات تحت سایش با تنش های پایین قرار بگیرند از قبیل آستری بدنه سنگ شکن ها، قطعات حمل مواد و غیر کاربرد خوبی دارد.

 

 

 

منبع:کتاب متالوژی کاربردی فولاد ها(۱)  تالیف مرعش مرعشی

ارسال دیدگاه