فولاد های ضد سایش کروم دار

کروم فلزی است که در دما ۱۸۷۵ درجه سانتی گراد ذوب شده و وزن اتمی آن ۵۲ می باشد. این عنصر در آهن گداخته مایع حل شده و در محلول های انجماد آهن گاما و آلفا باقی می ماند. کروم اضافه شده به فولاد کربنی در درصد معمولاً بیشتر از ۱۳٪ باعث ایجاد فولاد زنگ نزن می شود. در این حالت با افزایش مقدار مولیبدن  مقاومت در برابر سایش وخوردگی فــولاد افزایش می یابد. مولیبدن همچنین می تواند سختی، چقرمگی و مقاومت کششی فولاد را افزایش دهد  همچنین عناصر بسیاری وجود دارند که میتوانند به فولاد خاصیت های جدیدی بدهند برای مثال افزودن منگنز و کرم به فولاد میتواند آن را تا سطح زیادی در برابر سایش مقاوم کنند.

شرکت فایماکو پیشرو در ریخته گری انواع فولاد انواع چدن ریخته گری ماسه ای، ریخته گری ماسه ای انواع فولادها، ریخته گری انواع چدن، ریخته گری فولاد ضدسایش، ریخته گری چدن های نایهارد، ریخته گری فولادهای نسوز، ریخته گری فولادهای ضد سایش کرم دار

انواع فولاد زنگ نزن

فولادهای زنگ نزن در استاندارد AISI در پنج دسته اصلی جای می‌گیرند. چهار دسته از این فولادها را می‌توان براساس ریز ساختار (فریت، آستنیت، مارتنزیت و ترکیب آستنیت به علاوه فریت (داپلکس() تقسیم بندی نمود و دسته پنجم نیز براساس آلیاژهای رسوب سخت شونده دسته بندی می‌شوند. که فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی در بازار و بعضی منابع بعنوان فولادهای ضد سایش کروم دار مطرح هستند که در این مقاله درمورد این فولادها مطالبی ارایه می گردد.

قطعات ریخته گری شده  صنایع فولاد از جنس فولاد ضد سایش کروم دار

فولاد زنگ نزن مارتنزیتی (یا فولادهای ضدسایش کروم دار): Martensitic Steel

در لغت مارتنزیت به ساختاری گفته می شود که به واسطه یک استحاله مارتنزیتی یا جا‌به‌جایی تعداد زیادی از اتم‌ها به صورت گروهی و همزمان ایجاد می شود. در آلیاژهای آهن – کربن و فولاد، مارتنزیت از سریع سرد کردن آستنیت به وجود می‌آید. استحاله آستنیت به مارتنزیت فرآیندی کاملا مستقل از نفوذ است ( بر خلاف فاز پرلیت که با آهسته  سرد کردن به دست می‌آید)، اتم‌های کربن فرصت این را پیدا نمی‌کنند که بین دو فاز فریت و سمنتیت توزیع شوند. در نهایت اتم‌های کربن  در مکان‌های هندسی هشت وجهی بین نشین در شبکه آهن به دام می‌افتند و ساختار شبکه  به  BCT تبدیل می شود. میکرو ساختار مارتنزیتی، سخت‌ترین ساختاری است که می‌تواند در یک فولاد بوجود آید.

ساختار میکروسکوپی فولاد کروم دار ضد سایش  الف ریخته گری ب- عملیات حرارتی شده

همان طور که بیان شد این دسته از فولادها، مانند فولادهای کربنی از ناحیه آستنیت سرد شده و به ساختار مارتنزیتی تبدیل می‌شوند و پس از آن جهت افزایش داکتیلیتی و چقرمگی تمپر می‌گردند. بیشترین گرید مورد استفاده در این گروه از فولادها، گرید 410 است که 12 درصد کروم و 0.1 درصد کربن دارد. مقاومت به سایش در این گروه از فولادهای استنلس به شدت به میزان کربن بستگی دارد. فولاد 440 در این دسته دارای حدود 1.1 درصد کربن است که مانند فولادهای ابزار مقاومت به چسبندگی و سایش مناسبی دارد. باتوجه به این که رسیدن به استحکام و سختی بالا در فولادهای مارتنزیتی مد نظر می‌باشد، میزان عناصر پایدارکننده آستنیت مانند نیکل در ترکیب شیمیایی این دسته از فولادها کمتر است. به همین دلیل فولادها زنگ نزن مارتنزیتی مقاومت به خوردگی کمتری در مقایسه با فولادهای آستنیتی دارند.

مارتنزیت در فولادها به چه صورت هایی یافت می شود؟

در فولادهای کربنی سختی‌پذیر، مارتنزیت به دو شکل لایه‌ای و بشقابی ایجاد می‌شود. این تقسیم بندی بر اساس میکروساختار و شکل تیغه‌های مارتنزیتی به دست آمده است. مارتنزیت لایه‌ای، از موازی قرار گرفتن دسته‌هایی از لایه‌های مارتنزیتی در جهات مختلف تشکیل می‌شود. این نوع مارتنزیت در درصدهای کمتر کربن (0.3-0.6 درصد) در فولادها به چشم می‌خورد. اما مارتنزیت بشقابی در فولادهای پر کربن (بیش از 1 درصد) تشکیل می‌شود و میکروساختار آن شامل تیغه‌های درشت و سوزنی شکل مارتنزیت است. حالت میانی این دو یعنی زمانی که فولاد بین 0.6 تا 1 درصد کربن داشته باشد شامل هر دو ساختار است که به مارتنزیت مختلط مرسوم است.

آیا هر فولادی قابلیت مارتنزیتی شدن را دارد؟

عامل تعیین‌ کننده‌ای که در تولید فولادهای مارتنزیتی با سختی بالا نقش کلیدی دارد، سختی‌پذیری فولاد مورد نظر است. این تصور که هر فولادی را می‌توان با سریع سرد کردن سخت و مارتنزیتی کرد، تصور اشتباهی است. برای بیان توانایی فولادها برای مارتنزیتی شدن باید با مفهوم سختی‌پذیری آشنا شویم. سختی پذیری،میزان توانایی یا قابلیت تشکیل مارتنزیت در فولاد در اثر سریع سرد شدن از ناحیه آستنیت است. سختی‌پذیری را می‌توان با نمودارهای TTT و CCT به خوبی توجیه کرد. بر این اساس، سرعت سرد کردن فولادها باید در حدی باشد که نمودار سرد شدن بدون وارد شدن در منطقه تشکیل بینیت و پرلیت از ناحیه دمای شروع و پایان مارتنزیت یعنی خطوطMs  و Mf کاملا بگذرد. در غیر این ‌صورت مارتنزیت تماما در ساختار ایجاد نمی‌شود و سختی مطلوب به‌ دست نمی‌آید. سختی پذیری به عوامل مختلفی مانند درصد کربن، عنصر آلیاژی، سرعت سرد کردن و بستگی دارد، اما سختی تنها تابعی از درصد کربن فولاد است.

در رابطه با فولادهای ضدسایش کروم دار (یا فولادهای مارتنزیتی) به چند نکته توجه داشته باشید:

پس از سرمایش سریع و تشکیل ساختار مارتنزیتی در فولاد، معمولا تنش های پسماند داخلی بالا بوده و فولاد بسیار ترد و شکننده است به همین دلیل با استفاده از یک عملیات حرارتی در زیر دمای آستنیته، فرصتی به وجود می آید تا این تنش ها آزاد شوند. همچنین بخشی از کربن اضافی که در داخل ساختار BCT فولاد محبوس شده بود، خارج شده و منجر به تشکیل فازهای تعادلی فریت و سمنتیت می شود. ساختار نهایی چیزی است که از آن با عنوان مارتنزیت تمپر شده (Tempered Martensite) یاد می کنیم. این فولاد علاوه بر حفظ سختی و استحکام، انعطاف پذیری و چکش خواری مناسبی خواهد داشت.

در هنگام سرمایش سریع و تولید ساختار مارتنزیتی در مقاطع ضخیم فولادی، شیب دمایی زیادی بین سطح و مغز قطعه ایجاد می شود. در این حالت ممکن است مغز قطعه مارتنزیت نشده باقی بماند و ساختار بینیتی یا پرلیتی تشکیل شود. در این مواقع می توان از عناصری مانند بور یا منگنز استفاده کرد. این عناصر با جابه‌جایی دماغه نمودار TTT به سمت راست، تشکیل این فازها را به تاخیر انداخته و باعث تشکیل ساختار مارتنزیتی در مغز قطعه می شوند. فولادهای مارتنزیتی در مقایسه با سایر فولادها، جوش پذیری ضعیف تری دارند. به همین دلیل جهت جلوگیری از آسیب های احتمالی به فولاد، همواره باید آن را پیشگرم کرد. انتخاب دمای مناسب پیشگرم به ابعاد ماده، نوع اتصال و ساختار بستگی دارد، اما معمولا این دما بین 200 تا 400 درجه سانتیگراد انتخاب می شود.

مهمترین خصوصیات فولادهای ضدسایش کروم دار عبارتند از:

1. استحکام کششی بالا
2. مقاومت به سایش بالا
3. مقاومت به خوردگی سایشی بالا
4. قابلیت سختی پذیری در هوا

ترکیب شیمیایی فولادهای ضدسایش کروم دار (فولاد زنگ نزن مارتنزیتی)

ترکیب شیمیایی فولادهای ضد سایش کروم دارریخته گری  که متداول‌ ترند در جدول زیر آمده است. چون ترکیب شیمیایی فولادهای ضدسایش کرومدارطوری انتخاب می‌شود که سختی و استحکام مناسبی به‌ دست آید، مقاومت به‌ خوردگی این آلیاژها نسبت به فولاد زنگ نزن فریتی و آستنیتی ضعیف تر است. میزان عناصر آلیاژی که می‌توان به فولادهای ضدسایش کروم داراضافه کرد محدود است زیرا عناصر آلیاژی مثل کربن، دمای Ms را کاهش می‌دهند، و اگر دمای Ms خیلی کاهش یابد در دمای محیط آستنیت بدست می آید که خواص مورد نظر کاهش می یابد.

ترکیب شیمیایی فولادهای ضدسایش کروم دار ریخته گری

قابلیت جوش پذیری فولادهای ضدسایش کروم دار

-چون مارتنزیت فاز سخت وترد وشکننده است بایستی به دمای پیشگرم و پسگرم دقت کافی داشت تا از ورود ترک در فلز جوش ومنطقه HAZ جلوگیری به عمل آید

2-هر چه درصد کربن بالا برود قابلیت جوش پذیری این فولادها کاهش می یابد

3-هر گونه عدم دقت در جوش باعث ایجاد عیوب زیر خواهد شد:

       الف- ترکهای انجمادی: که با افزودن عناصری مثل NB نیوبیم ومنگنز می توان از بروز آنها جلوگیری نمود

       ب- ترک های بازگرمایی :عناصری مانند مولیبدن فسفر گوگرد وقلع مس باعث پیدایش این عیب می شود که بایستی درصد آنها      در آلیاژ تحت کنترل باشد

      ج-ترکهای هیدروژنی : به دلیل وجود رطوبت ،چربی وآلودگی به وجود می آیند که با عملیات حرارتی پیشگرم می توان از بروز   آنها جلوگیری کرد

نکته: به منظور کاهش حساسیت به ترک درمحلِ اتصال جوش و ناحیه‌ی تحت تأثیر حرارت، عملیات پیشگرم و پسگرم باید با دقت انجام شود . در صورت اجرای عملیات حرارتی صحیح و انتخاب فلز پُرکننده‌ی مناسب، فولادهای  403، 410 و420  جزء فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی هستند که قابلیت جوشکاری دارند. برخی از این فولادها به هیچ وجه جوش پذیر نیستند.

مهمترین کاربردهای فولادهای ضدسایش کروم دار

از این فولادها می توان درساخت پره های توربین، غلتک های حمل کننده ورق ، آستر های آسیاب های سیمان و معادن، ابزارآلات وتیغه های چاقو و تیغ های اصلاح و جراحی و… استفاده نمود.

قطعات ریخته گری  صنایع سیمان  از جنس فولادهای ضد سایش کروم دار