عناصر آلیاژی چه تاثیری بر خواص فولاد می‌گذارد؟

هر یک از عناصر آلیاژی برای هدف خاصی به فولادها اضافه می‌شوند، آگاهی داشتن از تاثیر عناصر آلیاژی بر خواص فولاد موجب انتخاب صحیح‌تر ماده در کاربردهای مدنظر می‌شود. در این مقاله به طور خلاصه تاثیر هر یک از این عناصر در فولادها بررسی می‌شود.

تاثیر کربن (C) در خواص فولاد

استحکام فشاری، سختی و قابلیت سخت شدن فولاد را افزایش داده، اما قابلیت انعطاف پذیری، نقطه ذوب، انبساط پذیری، قابلیت جوشکاری و آهنگری را کاهش می‌دهد.

اگر به مطالعه درباره فولادهای کربنی علاقمندید، پیشنهاد میکنیم حتما مقاله استنلس استیل چیست و چه کاربردی دارد را مطالعه کنید.

تاثیر منگنز (Mn) در خواص فولاد

این عنصر به دلیل اکسیژن زدا بودن و خواص مطلوبی که در مقابل گوگرد و سولفور آهن از خود نشان می‌دهد، بسیار مفید است. مقدار منگنر در فولادهای معمولی 3/0 تا 8/0 بوده اما در فولادهای آلیاژی و مخصوص ممکن است تا 25درصد هم برسد.

این عنصر به سادگی با سولفور آهن ترکیب شده و سولفور منگنز را تشکیل می‌دهد. به این ترتیب اثر تخریبی گوگرد در آهن پدیده سرخ شکنندگی را کاهش و گاهی اوقات برطرف می‌سازد.

FeS+Mn = MnS+Fe

هم‌چنین منگنز قابلیت سخت شدن، و مقاومت در برابر ضربه و مقاومت در برابر سایش را افزایش داده اما قابلیت ماشینکاری و براده‌برداری را کاهش می‌دهد.

تاثیر سیلیسیم (Si) در خواص فولاد

مقدار سیلیسیم در فولادهای معمولی و کربنی از 15/0 درصد تا 5/1 درصد و در فولادهای آلیاژِ تا 25/2 درصد می‌رسد. سیلیسیم خواص انعطاف پذیری، الاستیسیته، استحکام کششی، قابلیت جوشکاری و آهنگری را کاهش و قابلیت سخت شدن، مقاومت به خوردگی و سیالیت مذاب را افزایش می‌دهد.

تاثیر گوگرد (S) در خواص فولاد

مقدار گوگرد فولادها به طور کلی نباید از 06/0 درصد تجاوز کند ولی در فولادهای خوش تراش این میزان می‌تواند تا 5درصد برسد. گوگرد در ترکیب با آهن سولفور آهن تولید می‌کند که اثر تخریبی آن در مرزدانه‌ها سبب بروز محل‌های مناسبی برای بروز ترک و در نهایت وقوع شکست خواهد شد(پدیده سرخ شکنندگی).

گوگرد قابلیت ماشینکاری و براده برداری، شکنندگی (حتی در حالت داغ و گداخته) را افزایش و مقاومت در برابر ضربه و چقرمگی را کاهش می‌دهد.

اگر به مطالعه درباره فولادهای آلیاژی علاقمند هستید، مقاله انواع فولاد آلیاژی می‌تواند به شما اطلاعات جامعی درباره این متریال‌های متنوع بدهد.

تاثیر فسفر (P) در خواص فولاد

مقدار فسفر در فولاد نباید از 5/0 درصد تجاوز کند زیرا فولاد را به شدت دانه درشت می‌کند. فسفر خاصیت ماشینکاری و براده برداری، سیالیت مذاب، شکنندگی در حالت سرد و استحکام در حالت گرم را افزایش و انبساط پذیری و مقاومت در برابر ضربه را کاهش می‌دهد.

تاثیر مس (Cu) در خواص فولاد

مس از 2/0 درصد تا 5/0 درصد به فولاد اضافه می‌شود و ضمن افزایش مقاومت به خوردگی، سختی فولاد را با مکانیزم رسوب سختی افزایش می‌دهد اما قابلیت جوشکاری فولاد را به شدت کاهش می‌دهد.

تاثیر سرب (Pb) در خواص فولاد

سرب تا حدود 15/0 تا 35/0 درصد به فولاد اضافه خواهد شد. در این حالت قابلیت ماشینکاری و براده برداری آن را افزایش می‌دهد.

سرب خاصیت روغنکاری دارد و اصطکاک بین ابزار و براده را در جریان عمل تراشکاری کم می‌کند زیرا سرب در فولاد نا محلول است و در سراسر فولاد به صورت ذرات کروی کوچک پخش می‌شود، البته در این حد مقادیر روی سایر خواص فولاد تاثیر چندانی ندارد، هنگام عملیات حرارتی فولادی که محتوی سرب است باید از گازهای سمی که در کوره منتشر می‌شود شدیدا اجتناب کرد.

اگر مطالعه درباره تاثیر عناصر آلیاژی بر خواص فولاد و ویژگی های آن برای شما جالب است، مطالعه ابرآلیاژ چیست و چه انواعی دارد، می‌تواند دانش شما را درباره آلیاژهای صنعتی هم بالاببرد.

تاثیر آلومینیوم (Al) در خواص فولاد

در فولادهای معمولی و کربنی مقدار آلومینیوم نباید از 02/0 درصد تجاوز کند زیرا به دلیل خاصیت جوانه زایی بالایی که دارد سبب ریزدانه شدن فولاد وچدن و افزایش سختی آن می‌شود.

در فولادهای مقاوم در برابر حرارت و فولادها نسوز مقدار آلومینیوم گاهی تا 2 درصد و در فولادهای منتقل کننده گرما مانند المنت‌های برقی فولادی مقدار آن تا 6 درصد نیز میتواند بیشتر شود.

آلومینیوم به دلیل میل ترکیبی زیادی که با اکسیژن دارد در فولادسازی به عنوان اکسیژن زدا به فولاد اضافه می‌شود.

به طور کلی آلومینیوم سبب افزایش سختی، قابلیت انتقال حرارت، انبساط پذیری، کاهش استحکام کششی، انعطاف پذیری، قابلیت جوشکاری و شکل پذیری فولاد می‌گردد.

تاثیر بور (B) در خواص فولاد

بور عنصر غیرفلزی فراوان و سختی است که در فولاد، به منظور افزایش سختی پذیری اضافه می‌شود. زمانی که فقط به اندازه چندهزارم درصد به فولاد اضافه می‌شود، سختی فولاد را به وسیله سایر عناصر موجود در فولاد افزایش می‌دهد. مقدار بور نباید بیشتر از 6/0 درصد باشد.

تاثیر کروم (Cr) در خواص فولاد

کروم در فولاد سختی، استحکام، دوام برندگی و مقاومت در برابر سایش مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر حرارت را به شدت افزایش و قابلیت جوشکاری، انبساط پذیری و انعطاف پذیری فولاد را کاهش می‌دهد.

کروم در مجاور کربن موجود در فولاد با آن ترکیب شده و کاربیدهای کروم پیچیده و خطرناکی ایجاد می‌کند که بسیار سخت و شکننده بوده و فولاد را به خصوص در هنگام و پس از جوشکاری ترد و شکننده بوده و فولاد را به خصوص در هنگام و پس از جوشکاری ترد و شکننده می‌نماید.

از این رو افزایش کروم به فولادهای کم کربن توصیه شده است. مقدار کروم در فولادهای معمولی از 5/0 درصد تجاوز نمی‌کند اما در فولادهای زنگ نزن و فولادهای ابزار می‌تواند تا 30 درصد برسد.

آلیاژ اینکونل چیست و چه انواعی دارد می‌تواند در کنار این مقاله برای شما مفید باشد.

تاثیر نیکل (Ni) در خواص فولاد

نیکل مقاومت در برابر ضربه ، استحکام کششی، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت و سختی و خواص مغناطیسی فولاد را افزایش و انبساط پذیری و انعطاف پذیری فولاد را کاهش می‌دهد. مقدار نیکل در فولادهای معمولی و کربنی در حدود 1تا 2 درصد و در فولادهای مقاوم به ضربه، مقاوم به حرارت، مقاوم به سایش و زنگ نزن به 22 درصد نیز می رسد.

تاثیر کبالت (Co) در خواص فولاد

کبالت در فولاد سختی، دوام برندگی، مقاومت به سایش، استحکام و خواص مغناطیسی فولاد را افزایش و مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر حرارت و قابلیت جوشکاری فولاد را کاهش می‌دهد.

تاثیر مولیبدن (Mo) در خواص فولاد

مولیبدن در فولاد سختی، استحکام، دوام برندگی، سختی پذیری، استحکام کششی و خزشی را افزایش ولی انبساط پذیری، قابلیت جوشکاری فولاد را کاهش می‌دهد. از فولادهای مولیبدن دار معمولا برای ساخت بلبرینگ، چرخ دنده و ... استفاده می نمایند. مقدار مولیبدن در فولادهای معمولی 2/0 تا 5/0 درصد و در فولادهای ویژه ای مثل فولادهای ابزار ضد مغناطیسی  و زنگ نزن نیز تا 3 درصد است.

اگر به دنبال موادی می‌گردید که در یک محیط خورنده از آن استفاده کنید، پیشنهاد می‌کنیم مقاله روش های جلوگیری از زنگ زدگی آهن را بخوانید. در این مقاله گفته می‌شود که کدام آلیاژهای پایه آهنی برای محیط های خورنده مناسب است.

تاثیر تیتانیم (Ti) در خواص فولاد

اثر تیتانیم در فولاد از بسیاری جهات شبیه تاثیر آلومینیوم در  فولاد است، کاربیدزایی، جوانه زایی، ریزدانه و سخت کردن فولاد و اکسیژن زدایی ازین دسته تاثیرات است. مقدار تیتانیوم در فولادهای معمولی و کربنی حداکثر به 5/1 تا 2 درصد می‌رسد. تیتانیم در فولادهای زنگ نزن کروم بالا اثر تخریبی و خطرناک کاربید کروم را به وسیله تشکیل کاربید تیتانیم خنثی می‌کند.

تاثیر تنگستن (W) در خواص فولاد

تنگستن در فولاد سختی، استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر حرارت، مقاومت در برابر سایش و فرسایش را افزایش و انبساط پذیری و انعطاف پذیری فولاد را کاهش می‌دهد. در فولادها معمولی تنگستن در حد هزارم تا صدم درصد است، در حالی که در فولادهای ابزار و تندبر تا 18درصد دیده می‌شود.

تاثیر وانادیوم (V) در خواص فولاد

وانادیوم عنصر آلیاژی بسیار گرانبهایی است که احیاکننده، اکسیژن زدا، کاربیدزا و جوانه زای بسیار قوی به شمار می‌رود و به دلیل ریزدانه کردن فولادسختی آن را به شدت بالا می‌‌برد.

وانادیوم مقاومت در برابر ضربه، استحکام در حالت گرم، مقاومت در برابر سایش و فرسایش دو دوام برندگی فولاد را نیز افزایش می‌دهد اما انبساط پذیری، قابلیت شکل پذیری و قابلیت جوشکاری آن را به شدت کاهش می‌دهد.

این عنصر در فولادهای معمولی و کربنی یافت نمی‌شود و مقدار آن هرگز از هزارم یا صدم درصد تجاوز نمی‌کند اما در فولادهای ابزار تا 5 درصد کاربرد دارد.

تاثیر زیرکونیوم (Zr) در خواص فولاد

افزودن زیرکونیوم در فولادها می‌تواند اندازه دانه آستنیت را کاهش دهد و باعث افزایش استحکام شود. هم‌چنین قابلیت تراش، سختی و شکل پذیری فولاد را بهبود می‌بخشد.

اگر سوالی درباره تاثیر عناصر آلیاژی بر خواص فولاد و ویژگی های آن دارید، می‌توانید در بخش نظرات بپرسید تا کارشناسان آی فولاد در اسرع وقت به شما پاسخ دهند.