فولاد حرارت پذیر

فولاد حرارت پذیر دسته‌ای از فولادهاست که در یک چرخه حرارتی و برودتی موسوم به عملیات حرارتی، تغییر خواص و فازی تهیه می‌شوند.

این در حالیست که هیچ نوع تغییری در ترکیب شیمیایی فولاد رخ اتفاق نمی‌افتد. بلکه سختی، شکل‌پذیری، چقرمگی قابلیت ماشین‌کاری آن افزایش می‌یابد. عملیات حرارتی به روش‌های مختلف انجام می‌شود. و در نتیجه هر یک از این فرآیندها، فولاد مورد حاصل را دارای درصد کربن بیشتری نسبت به سایر فولادها می‌نماید.

انواع فولاد حرارت پذیر

فولاد حرارت‌پذیر به طورکلی به چهار دسته یا زیر گروه تقسیم‌بندی می‌شود. این دسته‌بندی شامل موارد زیر می‌باشد.

فولاد حرارت‌پذیر غیر آلیاژی:

یکی از انواع فولاد حرارت‌پذیر، نمونه‌های غیرآلیاژی آن است که درصد کربن بسیار بالایی دارد. این نمونه از فولادهای حرارتی به دلیل عدم بهره‌مندی از آلیاژهای مختلف، ممکن است برای قطعات بزرگ مناسب نباشد. بدین ترتیب بطور معمول از این فولاد برای قطعات با مقاطع کوچک استفاده می‌شود. همچنین عمق سختی در این نمونه از فولاد حرارتی در حدود 3 تا 4 میلیمتر است. در حالی که در فولادهای آلیاژی 10 تا 12 میلی‌متر مشاهده می‌شود.

فولاد حرارت‌پذیر منگنزدار:

وقتی به دنبال فولادهای مستحکمی هستید که از فرآیند عملیات حرارتی تهیه شده باشند. می‌بایست به سراغ نمونه‌های آلیاژ دار محصول صنعتی رفت. فولاد حرارت‌پذیر منگنزدار، یکی از این نمونه فولادهای حرارتی آلیاژی است. فولادهای حرارتی منگنزدار مقاومت بسیار بالایی را به نمایش می‌گذارند که تهیه فولاد با چنین سطح مقاومت از روش‌های دیگر، بسیار پرهینه‌تر خواهد بود.

فولاد حرارت‌پذیر کروم‌دار:

فُولاد حرارت‌پذیر کروم‌دار، خاصیت سختی‌پذیری و پلاستیسیته بسیار بالایی داراست و قابلیت بکارگیری جهت تولید قطعات فولادی با مقاطع بزرگ را نیز دارا می‌باشد.

فولاد حرارت پذیر کروم-مولیبدن‌دار:

فولاد حرارت‌پذیر کروم-مولیبدن‌دار نوعی دیگر از فولادهای حرارتی آلیاژی است که خاصیت سختی‌پذیری فولاد را در سطوح بیشتری نسبت به سایر آلیاژها ارائه می‌دهد.

انواع روش‌های عملیات حرارتی فولاد

انواع مختلف فرآیندهای عملیات حرارتی مشابه هستند. زیرا همه آنها شامل گرمایش و سرمایش فولادهای هستند. با این حال، فرآیندها در دماهای گرمایش و نرخ سرمایش مورد استفاده و نتایج نهایی متفاوت است. فرآیندهای معمولی مورد استفاده برای عملیات حرارتی فولادها عبارتند از:

• عملیات آنلینگ

آنلینگ یک فرآیند عملیات حرارتی است که شامل گرمایش و سرمایش است. این فرآیند معمولاً برای نرم شدگی استفاده می‌گردد. این اصطلاح همچنین به روش‌های اشاره دارد که برای تغییر خواص مکانیکی یا فیزیکی، تولید یک ریزساختار مشخص یا حذف گازها مد نظر قرار می‌دهند. دمای عملیات و سرعت خنک شدگی به نوع فولاد در حال آنلینگ و هدف از عملیات مرتبط است.

• نرماله کردن

نرمالیزاسیون، فرآیندی است که در آن فولاد تا دمای بالاتر گرم می‌شود و سپس در هوای آزاد سرد می‌شود. هدف از عملیات نرماله‌سازی، حذف اثرات هر عملیات حرارتی یا کار سرد است. فرآیند نرماله‌سازی برای اطمینان از همگن ماندن آستنیت در هنگام گرم کردن مجدد انجام می‌شود. سازه‌های بعد از نرماله شدگی با سازه‌های حاصل از آنیل متفاوت است.

• سخت‌کاری

سخت‌کاری یکی دیگر از روش‌های تولید فولاد حرارت‌پذیر است. که در کنار سخت شدگی فولاد، قوی‌تر کردن آن نیز مدنظر خواهد بود. البته این کار برخی معایبی را نیز به همراه خواهد داشت. به طور مثال شکل‌پذیری فولاد کاهش می‌یابد و فلز را در معرض شکنندگی قرار می‌دهد. به طوری که حتی شاید لازم شود تا فلز را کمی نرم‌تر کنید تا از میزان شکنندگی آن بکاهد.

• فولادهای کوئنچ تمپر

عملیات حرارتی تمپرینگ که بعضی مواقع آن را با نام کشش نیز می‌شناسند. فرآیند دیگری است که برای گرم کردن مجدد فولادهای سخت شده مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته سرعت سرد شدگی مهم نیست و به جز فولادهای خاص نیازی به توجه به این وضعیت نخواهد بود. فرآیند تمپرینگ باعث کاهش سختی فولاد شده و خواص فیزیکی و خاصی را در آن ایجاد می‌کند. این کار همچنین می‌تواند فولاد را اندکی نرم کند که چنین وضعیتی قابل اجتناب هم نیست. اما مقاومت در برابر میزان سختی فولاد را که در طول این فرآیند از دست بدهد، می‌توان با کنترل دما تقلیل داد.

معرفی محصولات فولاد حرارت‌پذیر:

فولاد حرارت‌پذیر در گریدهای مختلف برای استفاده در کاربری‌های مختلف تولید می‌شود. در ادامه به پرکاربردترین گریدهای فولاد حرارت پذیر به شرح زیر می‌باشد.

فولاد MO40

یک نوع فولاد حرارت‌پذیر آلیاژی است که دارای درصدی از فلزات مولیبدن و کروم است. وجود این دو فلز در این آلیاژ باعث افزایش چقرمگی آن شده و برای تولید تجهیزات صنعتی که تحت ضربه. حرارت و یا فشار بالا قرار دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فولاد جزو آلیاژهای کم کربن دسته‌بندی شده و از معروفترین و یکی از پرکاربردترین انواع فولاد آلیاژی است.

فولاد Ck45

فولاد ck45 از انواع فولادهای حرارت پذیر است. که در دسته‌بندی فولادهای کم کربن قرار می‌گیرد. این فولاد در ایران به فراوانی وجود دارد و کاربردهای زیادی در صنعت خودروسازی دارد. میزان کربن این فولاد عملیات حرارتی‌پذیر 0.45 درصد است و در بین بازاریان با نام فولاد سیکا نیز معروف است. مقاومت سایشی این فولاد بسیار بالا بوده و به همین دلیل برای تولید ابزارآلاتی که در معرض سایش زیاد قرار دارند، بهترین انتخاب خواهد بود. به طور مثال، چرخ جرثقیل از جمله قطعاتی است که با این گرید فولاد تولید می‌شود.

فولاد C45

فولاد C45 از انواع گریدهای فولاد عملیات حرارتی‌پذیر است که با مقاومت بسیار عالی در برابر اصطکاک و ضربه معروف می‌شود. از این فولاد حرارتی برای ساخت قطعات مهندسی و اجزای داخلی خودرو مانند یاتاقان‌ها، دنده‌ها و پیچ و مهره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فولاد در رده‌بندی فولادهای دارای درصد کربن متوسط می‌باشد و این میزان کربن، استحکام کششی بسیار بالایی را برای آن به ارمغان آورده است.

فولاد Ck35

دسته‌ای دیگر از انواع فولاد حرارت‌پذیر کربنی است که در رده‌بندی فولادهای غیر آلیاژی قرار می‌گیرد. این فولاد دارای خاصیت شکل‌پذیری عالی و سختی‌پذیری متوسط است. همچنین قابلیت ماشین‌کاری آن نیز بسیار خوب است و در اجزای سازه‌های صنایع ماشین‌سازی کاربرد دارد. همچنین این فولاد برای تولید قطعات موتور خودرو و… بکارگیری می‌شود.

فولاد Ck55

دسته‌ای دیگر از فولاد حرارت پذیر است که دارای 0.55 درصد کربن در ترکیب خود است. این فولاد معمولاً در تولید انواع شفت و فنرهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فولاد در برابر خوردگی استحکام پایین داراست و قابلیت جوشکاری آن نیز بالا است.

فولاد Ck60

یکی دیگر از فولادهای آلیاژی پر کاربرد است که استحکام و سختی‌پذیری بیشتری نسبت به سری Ck45 دارد. این فولاد برای مقاطع با بارگذاری‌های سنگ مناسب است. و در برابر اصطکاک نیز مقاوت بسیار بالایی از خودن نشان می‌هد. بیشترین کاربرد این نوع فولاد برای تولید تسمه فولادی است و فشارهای ناشی از بارهای سنگین را تحمل می‌کند.

نکات مهم برای انتخاب گرید مناسب

• میزان کربن: میزان کربن فولاد حرارت پذیر فاکتور بسیار مهمی است. که بر مبنای آن باید فولاد مناسب برای کسب و کار تولیدی خود را انتخاب کنیم. هرچه میزان کربن فولادی بیشتر باشد، استحکام آن نیز بیشتر خواهد بود.
• محیط عملیاتی: هنگام انتخاب فولاد حرارت پذیر می‌بایست به محیطی که قرار است در آن کار کند نیز توجه نماییم. از جمله فاکتورهایی که باید مورد توجه قرار گیرد، می‌توان به PH، دما و عوامل فیزیکی اشاره نمود.
• استحکام فولاد: فاکتور مهم بعدی در انتخاب فولاد حرارت پذیر، استحکام آن است. وقتی قرار است تا فولاد مورد استفاده ما در محیطی با فشارهای بالا کار کند. تهیه نمودن فولادی که مقاومت کمی در برابر فشارهای وارده داشته باشد، مناسب نخواهد بود. بدین ترتیب باید گریدی از فولاد را انتخاب کنیم که مقاومت مناسب را در برابر فشارهای وارده داشته باشد.

• قابلیت ماشین‌کاری: ماشینکاری یکی دیگر از ویژگی‌های مهم در انتخاب از بین گریدهای مختلف فولاد است که قابلیت شکل‌پذیری یک قطعه فولادی را بیان می‌کند. بدین صورت که بتوان آن را با دستگاه‌های ماشین ابزار صیقل داد و قطعات مختلفی را با آنها تولید نمود. در صورتیکه که فولاد برای ماشین‌کاری مناسب نباشد، نه تنها فرآیند تولید قطعه را مختل خواهد کرد. بلکه می‌تواند به دستگاه‌های ماشین‌ابزار خسارت وارد کند.
• مقاوت در برابر خوردگی: از دیگر ویژگی‌های مهم هنگام انتخاب گریدهای مختلف فولاد عملیات حرارتی پذیر، مقاومت در برابر خوردگی آن است. خوردگی یک فولاد می‌تواند به دلیل حضور در محیط‌های مرطوب یا در معرض مواد شیمیایی رخ دهد.
• قابلیت جوشکاری: برای فولادهای عملیات حرارتی می‌توان بر روی آنها عملیات جوشکاری انجام داد. با این حال باید چنین فرآیندی با دقت بسیار بالا انجام گردد و برای فولادهای با درصد کربن بالا. و یا دارای درصد آلیاژ بالا بهتر است که جوشکاری حداقل مقدار انجام نشود.

کاربرد

فولاد حرارت‌پذیر، برتری‌هایی که در خواص مکانیکی نسبت به آلیاژ ساده به دست آورده است. می‌تواند برای کاربری‌هایی که نیاز به فولاد مستحکم‌تری دارند، مورد استفاده قرار گیرد. به طور مثال، صنایع خودروسازی بزرگترین مشتریان فولاد عملیات حرارتی‌پذیر هستند. بطور نمونه برای ساخت محورها، شفت‌ها، میل‌لنگ‌ها، قطعات دوار، قطعات دندانه‌دار بکارگیری می‌شود. در صنایع دیگری نیز از انواع فولاد عملیات حرارتی‌پذیر استفاده می‌شود.

مزایا

عملیات حرارتی می‌تواند مزایای متعددی مانند افزایش استحکام، بهبود مقاومت در برابر سایش و افزایش چقرمگی را به همراه داشته باشد. به عنوان مثال، استحکام کششی فولاد عملیات حرارتی‌پذیر می‌تواند تا 50% افزایش یابد. این ویژگی، آن را برای کاربردهایی که در آن‌های استحکام ضروری است. مانند قطعات هوافضا و قطعات خودرو، ایده‌آل می‌کند. علاوه بر این، از عملیات حرارتی می‌توان برای بهبود مقاومت در برابر خستگی با تغییر ریز ساختار فلزات. از طریق فرآیندهای تمپر یا آنلینگ استفاده کرد.

معایب

علیرغم مزایای فراوان آن، هنوز برخی از معایب مربوط به عملیات حرارتی وجود دارد که باید قبل از استفاده از این فرآیند مدنظر قرار گیرد.