عناصر آلیاژی مضر برای فولاد را میشناسید؟ همان‌طور که حضور بعضی از عناصر آلیاژی در فولاد باعث بهبود خواص مکانیکی آن می‌شود؛ از طرفی حضور برخی عناصر باعث افت خواص مکانیکی خواهد شد. بنابراین در قطعات فولادی تلاش بر این است که تا حد ممکن از حضور عناصر مضر ممانعت به عمل آید. البته به این نکته باید توجه داشت که عناصر مفید تا یک مقدار بهینه عملکرد مطلوبی بر خواص دارند و بیشتر از این مقدار می‌توانند مضر باشند.
در زیر فهرستی از عناصر آلیاژی مضر برای فولاد را مشاهده می‌کنید که اثر مخرب هر عنصر آلیاژی بر خواص مکانیکی نیز ذکر شده است.
1.عنصر هیدروژن (H):
در این لیست نام عنصر هیدروژن در ابتدا آمده است؛ زیرا مخرب‌ترین عنصر در فولاد است. حل شدن هیدروژن در فولاد سبب تردی هیدروژنی و لکه‌های سفید فولاد می‌شود.
حلالیت هیدروژن مانند اکسیژن و نیتروژن در فولاد جامد بسیار اندک است. زمانی که عنصر هیدروژن در دمای بالا با مذاب فولاد مخلوط شود، نمی‌تواند قبل از سرد شدن، به موقع از مذاب خارج شود و در مذاب انباشته می‌شود.
در نتیجه حفرات ریزی با فشار بالای هیدروژن تشکیل می‌شوند. این حفرات چقرمگی، تافنس و استحکام خستگی را به شدت کاهش می‌دهند یا حتی ممکن است باعث ایجاد ترک‌های وخیم و شکست ترد شوند.
«تردی هیدروژنی» بیشتر در فولاد مارتنزیتی اتفاق می‌افتد و در فولاد فریتی خیلی برجسته نیست. اساسا تردی هیدروژنی با سختی و مقدار عنصر کربن افزایش می‌یابد.
در این مقاله می‌توانید درباره انواع فولادهای آلیاژی بیشتر بخوانید.
2.عنصر اکسیژن (O):
عنصر اکسیژن به صورت طبیعی در حین فرآیند فولاد سازی وارد می‌شود و نمی‌توان آن را به طور کامل حذف کرد حتی اگر عناصر منگنز، سیلسیم، آهن و آلومینیم در پایان فرآیند فولادسازی اضافه شود. در حین انجماد فولاد مذاب، اکسیژن و کربن با یکدیگر واکنش می‌دهند و حباب‌های گاز مونوکسید کربن (CO) تشکیل می‌شود.
اکسیژن در فولاد بیشتر به صورت‌های FeO، MnO، SiO2 و Al2O3 وجود دارد که منجر به کاهش استحکام و پلاستیسیته می‌شود. همچنین اکسیژن استحکام خستگی و تافنس را به طور جدی تحت تاثیر قرار می‌دهد.
3.عنصر مس (Cu):
استحکام بالا، تافنس بالا، مقاومت به خوردگی بالا و سختی پذیری خوب از جمله اثرات مفید عنصر نیکل برفولاد است. همچنین نیکل دمای تردی را کاهش می‌دهد و فاز آستنیت را پایدار می‌کند.
زمانی که مقدار عنصر مس کم باشد تاثیرش مانند نیکل است ولی از آن ضعیف‌تر است. اگر مقدار مس افزایش یابد در فرآیند شکل‌دهی گرم مناسب نیست و منجر به تردی می‌شود.
4.عنصر گوگرد (S):
گوگرد از طریق سنگ معدن و ماده‌ی سوختنی کک وارد فولاد می‌شود و باعث تشکیل سولفید آهن(FeS) می‌شود. این ترکیب نقطه‌ی ذوب پایینی (C 985°) دارد. از طرفی، دمای کار گرم در فولادها معمولا بالای C 1150° است. بنابراین، زمانی که کارگرم در فولاد انجام شود قطعه فولادی به دلیل ذوب زود هنگام ترکیب سولفید آهن می‌شکند این پدیده «تردی گرم» یا «شکست گرم» نام دارد.
همچنین حضور گوگرد باعث کاهش چقرمگی و سختی فولاد و ایجاد ترک در هنگام فورج و نورد می‌شود. این عنصر برای عملیات جوشکاری مضر است و باعث کاهش مقاومت به خوردگی می‌شود.
5.عنصر سیلسیم (Si):
اکسیژن زدایی، استحکام بخشی و افزایش سختی اثرات مثبت سیلسیم هستند اما افزودن سیلسیم بیشتر از 3 درصد باعث افت شدید تافنس و پلاستیسیته فولاد می‌شود. اگر قطعه‌ی فولادی حاوی سیلسیم حرارت داده شود و سپس به سرعت سرد شود، به دلیل هدایت حرارتی پایین، اختلاف دمایی بخش داخلی و خارجی قطعه زیاد است که منجر به شکست آن می‌شود. سیلسیم قابلیت جوشکاری را نیز کاهش می‌دهد؛ زیرا اکسید شدن سیلسیم سریع‌تر از آهن اتفاق می‌افتد. در نتیجه، در حین جوشکاری، سیلیکات با نقطه‌ی ذوب پایین تشکیل می‌شود که تاثیر نامناسبی بر کیفیت جوش دارد.
6.عنصر فسفر (P):
از طریق سنگ معدن وارد فولاد می‌شود و بطور کلی از جمله عناصر آلیاژی مضر در فولاد است زیرا باعث کاهش پلاستیسیته و تافنس ضربه می‌شود. همچنین باعث تردی فولاد در دمای پایین می‌شود که به آن «تردی سرد» می‌گویند. تردی سرد، فرآیندهای سرد و جوشکاری را مشکل می‌کند.
به مطالعه درباره عناصر آلیاژی مضر برای فولاد علاقمند شدید؟ پس حتما مطالعه انواع عناصر آلیاژی چه تاثیری بر خواص فولاد می‌گذارد نیز برای شما جذاب خواهد بود.
7.عنصر نیتروژن (N):
با افزایش مقدار نیتروژن پلاستیسیته، تافنس و قابلیت جوشکاری کاهش می‌یابند، درحالی‌که تردی سرد افزایش می‌یابد.
8.عنصر آلومینیم (Al):
آلومینیوم، فولاد ابزار پر کربن را پس از کوئنچ ترد می‌کند. به طور کلی، آلومینیم کیفیت عملیات حرارتی، جوشکاری و برشکاری را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
9.عنصر وانادیم (V):
اگر وانادیم به صورت کاربید وانادیم حضور داشته باشد باعث کاهش سختی پذیری می‌شود.
10.عنصر کروم (Cr):
بیش از 15 درصد عنصر کروم باعث می‌شود تا سختی و استحکام کاهش و ازدیاد طول و انقباض در مقطع عرضی افزایش یابد.
11.عنصر منگنز (Mn):
مقدار زیاد عنصر منگنز باعث کاهش خاصیت پلاستیسیته و جوش می‌شود.
12.عنصر آرسنیک (As):
مقدار بیشتر از 1/0 درصد آرسنیک باعث تردی فولاد و تضعیف قابلیت جوشکاری می‌شود.
13. عنصر نایوبیم (Nb):
حضور نایوبیم به صورت ذرات کاربید و اکسید سختی پذیری را کاهش می‌دهد و باعث می‌شود تا نایوبیم در این صورت یکی از عناصر آلیاژی مضر در فولاد به حساب بیاید.
درباره ابرآلیاژها می‌دانید؟ مطالعه درباره این نوع از آلیاژها را از دست ندهید.
14.عنصر سرب (Pb):
در میان عناصر آلیاژی مضر برای فولاد ، این عنصر با آهن تشکیل ترکیب نمی‌دهد و در مرزدانه به شکل کروی تجمع می‌کند؛ تردی در فولاد در زیر دمای 200 الی C480° اتفاق می‌افتد و در هنگام جوشکاری ترک ایجاد می‌شود.
15.کربن (C):
کربن مهمترین عنصر آلیاژی در فولاد است. اگرچه حضور کربن برای سخت شدن فولاد بعد از مرحله‌ی کوئنچ ضروری است، اما اگر میزان این عنصر افزایش یابد خواص مکانیکی نظیر چقرمگی، جوش پذیری و قابلیت ماشینکاری و فورج کاهش می‌یابد.
