فولاد آلیاژی چیست و چه تفاوتی با فولاد معمولی دارد؟
در مقاله فولاد چیست به طور کامل در مورد ویژگی‌ها و خواص انواع فولاد صحبت شد. خواصی نظیر هدایت حرارتی، استحکام کششی، تنش تسلیم، سختی و سفتی بالا، همگی از خواصی است که فولاد را به محصولی بسیار قابل اعتماد در صنایع مختلف نظیر صنایع ساختمان‌سازی و اتومبیل، تبدیل کرده است. از سمتی دیگر، فولاد آلیاژی بخشی از خانواده بزرگ فولاد است که توانایی ارائه کاربری‌های خاص‌تری را دارد. در این مقاله به طور کامل در خصوص تفاوت فولاد با فولاد آلیاژی، مطالبی جمع آوری شده است.
تعریف فولاد آلیاژی
فولاد آلیاژی یا فولاد پر آلیاژ در بازار و صنعت دنیا، اصطلاحا به بخشی از فولادها گفته می‌شود که به کمک اضافه کردن برخی عناصر آلیاژی، و یا عملیات حرارتی مشخص نظیر سمانتاسیون و نیتراسیون، برخی کاربردهای ویژه را به خود اختصاص داده است. در واقع می‌توان اینگونه گفت گرچه فولاد، خود به تنهایی یک آلیاژ بر پایه آهن و کربن است اما فولاد آلیاژی گروه خاص‌تری از فولادها هستند که عناصر آلیاژی نظیر نیکل، کروم، کبالت، مولیبدن و تنگستن، خواص ویژه‌ای را از خود نشان می‌دهند.
چهار پهلو چه کاربردی دارد؟
علت نیاز به فولاد آلیاژی
علی‌رغم تمام مزایایی که برای فولادهای ساختمانی و یا به طور کلی، فولادهای متعارف و معمولی ذکر شده است، گاهی برخی کاربردهای ویژه، استفاده از این فولادها را با محدودیت روبرو می‌کند. به عنوان مثال، در صنایعی مانند سیمان‌سازی و خطوط حمل مواد، نیاز به ورق ضد سایش به شدت حس می‌شود.
به این منظور، عناصر آلیاژی خاصی برای تولید فولاد آلیاژی به کار می‌روند. یا ابزارهای برش مثالی دیگر از فولادهای آلیاژی هستند. استفاده از فولادهای معمولی برای ساخت تیغه‌های برشی امکان‌پذیر نیست، چراکه به سادگی ساییده و تخریب می‌شود.
عناصر اساسی برای تولید فولاد آلیاژی
گونه‌های متفاوتی از عناصر وجود دارند که هر یک، تاثیر مشخصی بر خواص فولاد آلیاژی نهایی می‌گذارد. اضافه کردن عناصر آلیاژی می‌تواند با افزایش سختی‌پذیری فولاد، استحکام و سختی آن را بالا ببرد. همچنین استفاده از عناصر آلیاژی، این امکان را به فولاد می‌دهد که بتواند در دمای کاری بالا نیز مورد استفاده قرار بگیرد. از جمله عناصر آلیاژی پرکاربرد در ساخت فولاد آلیاژی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
کبالت
کروم
نیکل
مولیبدن
تنگستن
در ادامه به معرفی برخی از مهم ترین و پرکاربردترین فولادهای آلیاژی در بازار می‌پردازیم.
تسمه آهنی چیست؟
تفاوت فولاد آلیاژی با غیر آلیاژی
فولاد آلیاژی دسته‌ای از فولادها هستند که به نسبت دیگر گریدهای موجود در بازار دارای تنوع و مقدار عناصر آلیاژی بیشتر هستند. این به آن معنا نیست که فولادهای غیر آلیاژی به هیچ عنوان عناصر آلیاژی نداشته باشند بلکه این فولادها هم به لحاظ مقدار و هم به لحاظ تنوع عناصر به کار رفته محدودیت بیشتری دارند و همین امر منجر به آن شده است که به طور کلی کاربرد فولادهای آلیاژی تخصصی و کاربرد فولادهای غیر آلیاژی، عمومی‌تر باشد.
کاربرد فولاد آلیاژی
همانطور که از مطالب فوق قابل مشاهده است، فولادهای آلیاژی تا حدی گسترده هستند که طیف وسیعی از خواص را ارائه می‌دهند. همین موضوع باعث شده است که کاربرد فولادهای آلیاژی به طور جداگانه و در هر طبقه بندی تعیین شود. به عنوان مثال، عموما از فولادهای آلیاژی با مقادیر زیاد تنگستن برای تولید ابزارها و تیغه‌های برش استفاده می‌شود و از طرفی دیگر، فولادهایی که کروم و نیکل دارند در موارد مقاومت به خوردگی و استحکام به کار می‌روند. فولادهای آلیاژی سهم وسیعی در صنایع عمده امروزی نظیر اتوماسیون کارخانجات، ابزار آلات کشاورزی و صنعت اتومبیل سازی ایفا می‌کنند.
انواع فولاد آلیاژی
به طور کلی، تقسیم‌بندی فولادهای آلیاژی بر پایه‌ی معیارهای گوناگونی نظیر عناصر آلیاژی موجود در فولاد، خواص مکانیکی و فیزیکی ارائه شده توسط آن، کاربرد فولاد آلیاژی مذکور و یا حتی نوع عملیات حرارتی طی شده، در تقسیم‌بندی‌های گوناکونی تعریف می‌شوند. به همین دلیل نمی‌توان هیچ کدام از دسته‌بدی‌های موجود تا به امروز را به عنوان دسته‌بندی منتخب انتخاب کرد و اساس این طبقه‌بندی در هر مورد باید به طور کامل تعریف شود. علی رغم مطلب گفته شده، طبقه‌بندی‌های کلاسیکی در بازار فولاد دنیا ارائه شده است که یکی از این موارد به طور کامل در ادامه توضیح داده می‌شود.
۱- فولاد خشکه هوایی (تندبر)
فولاد خشکه هوایی (تندبر) یکی از کاربردی‌ترین دسته‌های فولادهای آلیاژی به حساب می‌آید. استفاده از عناصر آلیاژی با مقادیر عموما زیاد، خواص ممتازی به فولاد خشکه هوایی داده است. از جمله این خواص می‌توان به سختی و استحکام بالا در کنار خواص ممتاز مقاومت به سایش اشاره کرد. از جمله عناصر آلیاژی مورد استفاده در تولید فولاد خشکه هوایی، می‌توان به تنگستن، مولیبدن، وانادیوم و کبالت اشاره کرد. تنگستن در فولاد خشکه هوایی می‌تواند تا ۱۸ درصد افزایش یابد. وجود این عناصر آلیاژی و خواص ایجاد شده، منجر به استفاده از این فولاد در ساخت انواع تیغه و ابزار برش شده است.
۲- فولاد سردکار
یکی دیگر از مهم‌ترین فولادهای آلیاژی، دسته‌ی فولاد سردکار می‌باشد. خواص منحصر به فردی که از این دسته از فولادها می‌توان گرفت، تابع عوامل متعددی است. از جمله این عوامل می‌توان به نوع و مقدار عناصر آلیاژی و همچنین محیط سرد‌شونده فولاد اشاره کرد. به عنوان مثال، فولاد سردکار خنک شده در روغن، خواص کاملا متفاوتی نسبت به فولاد سردکار خنک شده در آب دارد.
مهم‌ترین فولادهای سردکار، فولاد SPK، فولاد آموتیت و فولاد نقره‌ای می‌باشند.
۳- فولاد عملیات حرارتی
فولاد عملیات حرارتی در واقع به دسته‌ای از فولادها گفته می‌شود که بیش‌از سایر فولادهای شناخته شده، توانایی اعمال انواع عملیات‌های حرارتی مانند سمانته کردن و نیتراته کردن بر روی خود را دارند.
در این دسته، فولادهای شناخته شده‌ای نظیر فولاد CK45 و انواع فولادهای VCN قرار دارد.
۴- فولاد سمانته
فولاد سمانته، به نوعی زیرمجموعه‌ای از فولاد عملیات حرارتی می‌باشد که به دلیل کاربرد وسیع خود، از معروف‌ترین فولادهای شناخته شده می‌باشد. فولاد سمانته در واقع فولادی است که عملیات سمانتاسیون یا کربن‌دهی بر روی آن انجام شده است که باعث شده محصول نهایی حاوی سطح با کربن زیاد و مرکز با کربن کم بوده و خواص سطحی مناسبی را از خود نشان دهد.
۵- فولاد نیتراته
فولاد نیتراته نیز همانند فولاد سمانته، بخشی از فولادهای عملیات حرارتی را تشکیل می‌دهد. در این فولادها از عملیات نیتراسیون یا نیتروژن‌دهی در سطح استفاده می‌شود. غلظت بالای نیتروژن در سطح، باعث سختی سطحی بالای آن می‌شود. تفاوت نیتروژن‌دهی و سمانتاسیون در دمای کاری آن است. دمای نیتروژن دهی حدود ۲۰۰ درجه کمتر از سمانتاسیون بوده که می‌تواند منجر به سلامت بیشتر زیرلایه شود.
۶- فولاد ابزار کربنی
فولاد ابزار کربنی، اصطلاحا به فولادی گفته می‌شود که مقدار کربن ساختار آن، خیلی زیاد باشد. به نوعی می‌توان گفت، فولاد ابزار کربنی، نام تجاری و بازاری فولاد پرکربن است که پیش‌تر به آن اشاره شد.
این فولادها عموما سختی بالایی دارند و می‌توانند در برخی کاربردهای ساخت ابزار برش و سایش به کار روند. توجه به این نکته ضروری است که فولاد ابزار کربنی، مقاومت به ضربه مناسبی نداشته و نباید در مکان‌هایی مورد استفاده قرار بگیرد که فولاد، دائما تحت ضربه است.
۷- فولاد ابزار قالب پلاستیک
شروع ساخت فولاد قالب پلاستیک را می‌توان به نوعی هم‌ارز با آغاز شکوفایی صنعت پلیمر دانست. پیش از این، فولادها، عموما در تماس با پلیمرها چسبندگی بالایی داشته و قطعات پلیمری ساخته شده را خراب می‌کردند. همچنین فشار و دمای نسبتا بالای فرایند تزریق و تولید پلیمر، به عنوان مانعی برای شکوفایی این صنعت بود. با آمدن فولادهای قالب پلاستیک و خواص ممتازی که این دسته از خود نشان داد، صنعت پلیمر نیز با سرعت بالایی شروع به پیشرفت کرد.
۸- فولاد ابزار گرم کار
یکی از مهم‌ترین مزایای فولاد که باعث تبدیل آن به یک ماده مهندسی برتر شده است، خواص دما بالای آن است. دمای کاری فولاد می‌تواند حتی بالاتر از دمای ذوب خیلی از مواد مهندسی، نظیر آلومینیوم باشد. در بین تمامی دسته‌بندی‌های فولادها، فولاد ابزار گرم کار بیشترین تحمل دمای کاری بالا را داشته و می‌تواند در ساخت انواع ابزار و قالب‌هایی که با فولاد داغ و خمیری در تماس است، به کار رود.
۹- فولاد خوش تراش (اتومات)
فولاد خوش تراش، دسته‌ای از فولادها است که به دلیل وجود عناصر آلیاژی نظیر سرب و گوگرد قابلیت ماشین‌کاری خیلی مناسبی دارد. به همین دلیل، وقتی ماشین‌کاری اعمالی بر روی فولاد زیاد است، فولاد خوش تراش به عنوان بهترین گزینه پیشنهادی مطرح می‌شود. پس از اتمام فرایندهای ماشین‌کاری نظیر تراش‌کاری و فرز، فولاد، با عملیات حرارتی مناسب، مستحکم و سخت می‌شود.
۱۰- فولاد فنر
فولاد فنر، به کمک عناصر موجود و روش تولید خود، این خاصیت را دارد که بیش از سایر دسته‌بندی‌های فولادی، از خود خاصیت فنری نشان دهد. وجود این خاصیت باعث شده است که از فولاد فنر در ساخت انواع فنر و سیستم تعلیق اتومبیل‌ها، استفاده شود.
۱۱- فولاد یاتاقان
فولاد یاتاقان در دو گرید ۱۰۰Cr6 و ۱۴۵Cr6 یکی از محبوب‌ترین فولادهای موجود در بازار برای ساخت انواع رولبرینگ و بلبرینگ به شمار می‌رود. یکی از خواص حیاتی که یک فولاد یاتاقان باید آن را داشته باشد، مقاومت به خوردگی بالا است. چرا که بلبرینگ‌ها دائما در تماس با سیالات خورنده هستند و عدم استفاده از فولاد مناسب، می‌تواند آسیب اقتصادی و حتی جانی سنگینی را وارد کند.
نظری نیست.