تاثیر عناصر آلیاژی در خواص فولاد ها

فولاد گسترده ترین آلیاژ صنعتی است و این گستردگی دلیل ندارد جز گستردگی پذیرش  عناصر آلیاژی توسط عنصر آهن. از مهم ترین  عناصری که به فولادها افزوده می گردند:مس ، سیلیسیم، سدیم، کرم، نیکل، کبالت، کربن، منیزیم، آلومینیوم، مولیبدن، آرسنیک و … می باشند.

قلع

نقطه تسليم و مقاومت دربرابر كشش فولاد را تغيير نمي دهد ولي در نورد سرد مشكل‌زا مي‌باشد. زيرا افزايش اين عنصر در فولاد باعث ايجاد تركيباتي مي‌شود كه دماي ذوب آنها پايين مي‌باشد.

 

نیکل

چقرمگی و مقاومت به ضربه را  به ویژه در دمای پایین و زیرصفر درجه سانتیگراد افزایش می دهد.از درشت دانگی فولاد جلوگیری می کند.استحکام و چقرمگی  فاز فریت را می افزاید .مقاومت به خوردگی و مقاومت به حرارت را افزایش می دهد.استحکام تسلیم و استحکام خستگی را می افزاید.  سختی و سختی پذیری را می افزاید.رسانایی حرارتی والکتریکی را به مقدار قابل توجهی می کاهد.عنصر مهمی در فولادهای با کاربرد در شرایط سرمایی و فولاد های مخازن نگهداری هیدروژن مایع می باشد.استحکام  را در فولادهای کوئنچ نشده یا آنیل شده افزایش می دهد.تماس با این فلز می تواند سبب بروزبیماری هایی همانند حساسیت های پوستی (خارش) و … گردد.

سیلیسیم

استحکام کششی وتسلیم را می افزاید ( به اندازه ی نصف اثر کربن، به ازای هر 0.1درصد سیلیسیم , ۸MPa استحکام تسلیم را افزایش می دهد). تا مقدار 0.3درصد سبب افزایش استحکام شده و تأثیری بر انعطاف پذیری ندارد ولی در مقدار بیش از 0.4درصد انعطاف پذیری را به گونه ی قابل توجهی در فولادهای کربنی کاهش می دهد.

مقاومت به سایش را افزایش می دهد.به طور  قابل ملاحظه ای حد الاستیک را می افزاید (کاربرد در فولادهای فنر).نسوزندگی ومقاومت در برابر اکسیداسیون وپوسته دار شدن در دمای بالا را افزایش می دهد.قابلیت ماشینکاری را به دلیل حضورآخال های سیلیکاتی کاهش می دهد.سختی را افزایش داده (کمتراز اثر منگنز) وبه طور  میانگین سختی پذیری را می افزاید.قابلیت شکل پذیری  و آهنگری راکاهش می دهد.قابلیت جوشکاری را کاهش می دهد.در فولاد های کم کربن، اثر نامطلوب بر کیفیت سطحی دارد.

فسفر

مقدار فسفر در فولاد نباید از ۵% تجاوز کند. افزایش بیش ازحد فسفر باعث دانه درشت شدن فولاد می گردد. فسفر خاصیت ماشینکاري، براده برداری، سیالیت مذاب، شکنندگی در حالت سرد و استحکام در حالت گرم را افزایش داده و مقاومت در برابر ضربه را کاهش می دهد.

گوگرد

نقطه تسلیم و مقاومت در برابر کشش فولاد را تغییر نمی دهد. گوگرد در تركيب هر فولادي وجود دارد و به علت كم بودن نقطه جوش ، در مذاب پايداري زيادي ندارد. مشكل اصلي فولادسازان مربوط به پديده ترك برداري گرم يا سرخ شكنندگي است. لذا سعي مي كنند تا حد امكان در صد گوگرد را كمتر كنند . در فولادهاي خوش تراش وجود گوگرد عامل مهمي است.در واقع ، يكي از راههاي افزايش قابليت ماشينكاري ،اضافه كردن گوگرد به تركـــيب فولاد است. وقتي ابزار برش روي سطح قطعه كار مي كنند،به علت وجود سولفات منگنز طول پليسه ها كوتاهتر مي شوند و نقش روانكار را نيز ايفا مي كنند و در نتيجه صافي سطح بيشتر مي شود.

تنگستن

تنگستن كاربرد زيادي در توليد فولادهاي ابزار داشته و اخيرا در توليد فولادهاي پرآلياژي مقاوم در برابر حرارت نيز استفاده مي شوند. سختي پذيري را افزايش مي دهد و كاربيدهاي مقاوم در برابر سايش ايجاد كرده و بالاخص از افت سختي در دماهاي بالا كه امري رايج در نوک ابزار است جلوگيري مي كند.

وانادیوم

با افزودن واناديم به فولادهاي ابزار و آلياژي سختي پذيري آنها افزايش یافته و كاربيدهاي كمپلكس در ريزساختار تشكيل می شود.

اخيرا واناديم به عنوان عنصر آلياژي در فولادهاي كربني ميكروآلياژي استفاده مي شود. وتنها به مقدار کمی كافي است تا افزايش قابل توجهي در استحكام فولاد بدست آيد.

این عنصر آلیاژی به دلیل خواص کاربید سازی و کوچک نمودن ریز ساختار به همراه نیوبیم و تیتانیوم در فولادهای میکرو آلیاژی مورد استفاده قرار می گیرد. در فولاد های میکرو آلیاژی عناصر آلیاژی بیشتر از ۲۵% نمی باشد. این عناصر به تنهایی و یا به صورت ترکیبی باعث به وجود آمدن نیترات کربن در ریز ساختار شده و مقاومت فولاد را بالا می برند.

تیتانیوم

همانند وانادیوم دارای خاصیت کوچک نمودن ریز ساختارمی باشد ولی ای خاصیت آن نسبت به وانادیوم بیشتر است. به عنوان یک عنصر میکرو آلیاژی در فولادهای میکرو آلیاژی مورد استفاده قرار می گیرد. در فولاد های ضد زنگ نیز برای از بین بردن اثر مخرب کاربید کروم مورد استفاده قرار می گیرد.

نیوبیم

این عنصر قوی ترین خاصیت کوچک نمودن ریز ساختاردر فولادهای میکرو آلیاژی را دارا می باشد . در فولاد های ضد زنگ اثری مشابه تیتانیوم را داشته و به تنهایی ویا به همراه تیتانیوم مورد استفاده قرار می گیرد.

سرب

باعث کم شدن خاصیت نورد در فولاد می شود. کیفیت سطحی فولاد را کم می کند. به دلیل افزایش خاصیت شکل گیری فولاد در فولاد های اتومات بیشتر مورد استفاده می باشد.

ازت

یک عنصر مخرب می باشد. ازت موجب شکنندگی فولاد شده وخواص خم شدگی آن را تخریب می نماید.