وبلاگ در باره خصوصیات فولاد کربن استفاده و درمان گرما توضیح داده شده است

از اسکلت های آسمان خراش ها گرفته تا موتورهای خودروها و تیغ های تیز آشپزخانه های ما، بسیاری از وسایل ضروری در زندگی روزمره ما یک منبع مشترک دارند: فولاد کربن.این فلز ظاهراً معمولی با ویژگی های متنوع و کاربردهای گسترده ی خود بر جامعه ی مدرن تأثیر عمیقی می گذارداما چقدر ما واقعا در مورد فولاد کربن می دانیم؟ انواع، ویژگی ها، کاربردهای آن، و چگونه نوع مناسب را برای نیازهای خاص انتخاب کنیم؟این مقاله به دنیای جذاب فولاد کربن می پردازد.

درک فولاد کربن

فولاد کربن، همچنین به عنوان فولاد غیر آلیاژ شناخته می شود، به فولاد حاوی بین ۰.۰۵٪ و ۲.۱٪ کربن در وزن اشاره دارد. این ماده همه کاره کاربرد گسترده ای در ساخت و ساز، تولید،و بخش های مهندسیبرخلاف فولاد های آلیاژ، فولاد کربن عمدتا از آهن و کربن تشکیل شده است، با مقادیر محدود از عناصر دیگر.موسسه آهن و فولاد آمریکا (AISI) فولاد کربن را با الزامات ترکیبات خاص تعریف می کند:

• بدون اضافه کردن عمدی کروم، کوبالت، مولیبدن، نیکل، نیوبیوم، تیتانیوم، وولفستم، وانادیوم یا زرکونیوم برای اهداف آلیاژ
• حاوی مس بیش از ۰٫۴۰٪
• حاوی منگنز، سیلیکون و مس به ترتیب محدود به 1.65%، 0.60% و 0.60%

تناقض محتوای کربن: تعادل سختی، قدرت و جوش پذیری

محتوای کربن به عنوان تعیین کننده اصلی خواص مکانیکی فولاد کربن عمل می کند.همچنین سختی و قدرت مواد که می توانند با درمان حرارتی بیشتر شوندبا این حال، این افزایش به قیمت کاهش انعطاف پذیری و جوش پذیری است. بنابراین انتخاب مواد نیاز به بررسی دقیق این خواص رقابتی دارد.

محتوای کربن همچنین بر نقطه ذوب فولاد تأثیر می گذارد.به طور کلی، غلظت های بالاتر کربن منجر به دمای ذوب پایین تر می شود، که یک عامل حیاتی در فرآیند جوش و درمان حرارتی است.

طبقه بندی فولاد کربن

فولاد کربن معمولاً بر اساس محتوای کربن آنها برای مناسب بودن کاربردهای مختلف طبقه بندی می شوند:

فولاد کم کربن (فولاد نرم)

فولاد کم کربن با حاوی 0.05٪ تا 0.30٪ کربن، به دلیل مقرون به صرفه بودن و قابلیت شکل گیری عالی خود، بیشترین نوع فولاد مورد استفاده را نشان می دهد.قدرت آن نسبتا کم استکاربردهای رایج شامل قطعات خودرو، لوله کشی، سازه های ساختمان و ظروف مواد غذایی است.

فولاد با قدرت بالا و آلیاژ پایین (HSLA):این نوع شامل مقادیر کمی از عناصر آلیاژ (کروم، مولیبدن، سیلیکون، منگنز، نیکل یا وانادیوم) در فولاد کم کربن برای افزایش قدرت، مقاومت در برابر لباس،و مقاومت کششی در حالی که کنترل دقیق ناخالصی هایی مانند فسفر و گوگرد را حفظ می کندنمونه های قابل توجه شامل فولاد های سری 41xx (4140، 4145) ، فولاد 4340، فولاد 300M، EN25 و EN26 است.

فولاد کربن متوسط

فولاد کربن متوسط با محتوای کربن بین 0.3٪ تا 0.6٪، تعادل بین انعطاف پذیری و قدرت را در حالی که مقاومت خوب در برابر فرسایش را ارائه می دهد، اغلب در قطعات بزرگ ماشین ظاهر می شود.جفتکاری، و قطعات خودرو

فولاد با کربن بالا

فولاد با کربن بالا با حاوی 0.6 تا 1.0٪ کربن، قدرت استثنایی اما انعطاف پذیری و قابلیت جوش محدود را فراهم می کند. کاربردهای معمول شامل فواره ها، ابزارهای برش و سیم های با قدرت بالا است.

فولاد با کربن فوق العاده بالا

فولاد با کربن 1.25% تا 2.0% ، می تواند از طریق خنک کردن به سختی های شدید برسد. این فولاد برای کاربردهای تخصصی مانند ابزار برش، محورها و ضربه ها مناسب است.توجه داشته باشید که فولاد های بیش از 2.5٪ کربن به طور معمول نیاز به تکنیک های تولید پودر متالورژی دارد.

استاندارد EN 10020: طبقه بندی فولاد غیر آلیاژ

استاندارد اروپایی EN 10020 فولاد های غیر آلیاژ را به دو دسته تقسیم می کند:

فولاد های غیر آلیاژ

این فولاد های ساختاری رایج دارای خواص تضمین شده با محدوده های تحمل نسبتا گسترده ای هستند. فولاد های ساختاری استاندارد مانند S235، S275 و S355 در EN 10025 تعریف شده اند.

فولاد های ویژه غیر آلیاژ

این فولاد ها با خالصیت بالاتر و کنترل دقیق ترکیب شیمیایی مشخص می شوند، برای کاربردهایی که نیاز به ثبات دارند، طراحی شده اند.خواص خاصی که اغلب از طریق درمان های حرارتی مانند خنک کردن و تند کردن به دست می آیدنمونه هایی از این موارد شامل فولاد برای قطعات ماشین یا دنده ها می باشد.

مزایا و محدودیت های فولاد کربن

انتخاب مواد آگاهانه نیاز به درک کامل از ویژگی های فولاد کربن دارد:

مزایا

• قدرت و سختی بالا:درمان حرارتی می تواند به طور قابل توجهی این خواص را افزایش دهد و باعث می شود فولاد کربن مناسب برای کاربردهای بار و فرسایش بالا باشد
• ماشینکاری و جوش قابل انجام عالی:این ویژگی ها فولاد کربن را برای فرآیندهای مختلف تولید ایده آل می کند
• بهره وری از هزینه:در مقایسه با فلزات مانند آلومینیوم و مس، فولاد کربن هزینه های تولید اقتصادی را ارائه می دهد
• قابلیت بازیافت:به عنوان یک ماده سازگار با محیط زیست، فولاد کربن می تواند به راحتی بازیافت و استفاده مجدد شود

محدودیت ها

• حساسیت به خوردگی:فولاد کربن در محیط مرطوب یا شور به راحتی زنگ می خورد و نیاز به اقدامات محافظتی مانند رنگ آمیزی، پوشش یا آلیاژ ضد زنگ دارد
• انعطاف پذیری محدود:در مقایسه با فلزات دیگر، فولاد کربن انعطاف پذیری کمتری را نشان می دهد و به طور بالقوه کاربردهای خاصی را محدود می کند
• سخت شدن محدود:فولاد کربن نمی تواند به طور یکنواخت در سراسر بخش های ضخیم سخت شود، استفاده از آن را در کاربردهایی که نیاز به سختی سطح بالا و سختی دارند محدود می کند

کاربردهای فولاد کربن

تنوع و مزیت های اقتصادی فولاد کربن استفاده گسترده ای را در صنایع مختلف تضمین می کند:

• ساخت و ساز:پل ها، ساختمان ها و زیرساخت ها
• تولید:خودرو، هوافضا، ماشین آلات و ابزار
• بخش انرژی:لوله کشی، مخازن ذخیره سازی و تجهیزات نیروگاه
• حمل و نقل:قطعات راه آهن، کشتی و کامیون
• کالاهای مصرفی:یخچال، ماشین لباسشویی و اجاق

درمان حرارتی: افزایش خواص فولاد کربن

درمان حرارتی به عنوان یک روش قدرتمند برای تغییر خواص مکانیکی فولاد کربن عمل می کند، به طور چشمگیری قدرت، سختی، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر ضربه را بهبود می بخشد.درمان حرارتی حداقل بر رسانایی الکتریکی و حرارتی تاثیر می گذاردمانند بسیاری از تکنیک های تقویت فولاد، درمان گرمایی به طور معمول انعطاف پذیری را برای قدرت و بالعکس، در حالی که ماژول یونگ (الستیت) را بدون تغییر باقی می گذارد.

روش های استاندارد درمان حرارتی عبارتند از:

1. گرمایش:بالا بردن فولاد به فاز آستنیت برای حل کربن در آهن
2. خیس کردن:دمای حفظ برای همگن سازی میکروسروکتور
3. خنک کننده:استفاده از نرخ خنک کننده کنترل شده برای دستیابی به خواص مورد نظر

روش های درمان حرارتی رایج فولاد کربن:

اسپروئید شدن

گرم کردن به حدود 700 ° C (1300 ° F) برای بیش از 30 ساعت برای تولید کربیدهای کروی، افزایش پلاستیکی و سفتی.

فرآوری کامل

گرم کردن فولاد هایپوئوتکتویید ۳۰ تا ۵۰ درجه سانتیگراد بالاتر از دمای فوقانی بحرانی یا فولاد هایپوئوتکتویید بالاتر از دمای تبدیلپس از آن خنک شدن آهسته برای تولید pearlite ضخیم است که استرس های داخلی را از بین می برد و در عین حال پلاستیکی و سختی را بهبود می بخشد.

فرآیند آنالیز

گرم کردن فولاد کربن سرد به 550-650 °C (1000-1200 °F) برای کاهش استرس های داخلی مناسب برای فولاد های کمتر از 0.3٪ کربن.

آب گرمایی

گرم کردن فولاد هایپوئوتکتویید بالاتر از دمای فوق العاده، خنک شدن سریع به زیر دمای پایین تر، سپس نگه داشتن قبل از خنک شدن نهایی

عادی شدن

گرم کردن به مرحله آستنیت و سپس خنک کردن با هوا، ساختار دانه را بهبود می بخشد و در عین حال قدرت و یکسانی را بهبود می بخشد.

خاموش کردن

خنک شدن سریع (با استفاده از آب، آب نمک یا روغن) فولاد حاوی حداقل 0.۴٪ کربن از دمای عادی تا زیر دمای بحرانی تولید مارتنسیت برای سختی شدید به هزینه سختی.

سنگ شکن/پوشاندن

خنک کردن تا کمی بالاتر از دمای شروع مارتنسیت، نگه داشتن برای برابر کردن دمای، سپس خنک کردن کنترل شده  کاهش استرس و خطر ترک در حالی که بهبود مقاومت ضربه.

تبر کردن

گرم کردن مجدد فولاد خنک شده به زیر دمای تبدیل برای کاهش سختی در حالی که انعطاف پذیری و سختی را افزایش می دهد، اجازه می دهد تا کنترل خاصیت دقیق از طریق تغییرات دمای و زمان باشد.

آبپاشي

خنک کردن به محدوده تحول bainite (205-540 °C) و سپس خنک سازی کنترل شده ٪ تولید فولاد باینیتیک با قدرت بالا و انعطاف پذیری بالا با مقاومت عالی در برابر ضربه،اگرچه برای فولادهای محدود که نیاز به حمام نمک خاص دارند قابل استفاده است.

سخت شدن پرونده

سخت کردن فقط سطح برای ایجاد پوسته های مقاوم در برابر لباس در حالی که حفظ سخت بودن هسته است، به ویژه برای سخت شدن محدود فولاد کربن مناسب است.فولاد های آلیاژ اجازه می دهد که به دلیل سخت شدن برتر سخت شود.

ساخت دستورالعمل های دمایی

دمای جعل به طور قابل توجهی بر کیفیت و خواص فولاد کربن تاثیر می گذارد. جدول زیر پارامترهای جعل را برای انواع فولاد ارائه می دهد:

مسیرهای آینده: نوآوری و پایداری

پیشرفت های تکنولوژیکی همچنان به گسترش کاربردهای فولاد کربن ادامه می دهد. انواع قدرت بالا به طور قابل توجهی به استراتژی های سبک وزن خودرو کمک می کنند.کاهش مصرف سوخت و انتشاردر عین حال، ابتکارات بازیافت، مشخصات پایداری فولاد کربن را افزایش می دهد.

از طریق درک جامع از انواع فولاد کربن، خواص، کاربردهای و تکنیک های پردازش، صنایع می توانند انتخاب مواد را برای پاسخگویی به نیازهای تکنولوژیکی در حال تکامل بهینه کنند.