فولاد کربن – فولاد های کربن ساده

فولاد کربن – فولاد های کربنی به آن دسته از فولاد ها اطلاع میگردد. که کربن اصلی ترین عنصر آلیاژی آن باشد. و عناصری نظیر منگنز، سیلیسیم و آلومینیوم بمیزان کم در آن حضور داشته و فقط بمنظور اکسیژن زدائی به آن اضافه میگردند.

فولاد کربن-کربن نقش اساسی را در افزایش استحکام فولادها ایفا میکند. و این استحکام تا حد زیادی بمقدار کربن موجود در آلیاژ بستگی دارد.

فولادهای کربنی کاربرد بسیار و وسیعی در صنعت داشته و معمولا در حالت آنیل و یا نرمالیزه بکار میروند. ولی در موارد خاص در حالت سختکاری و تمپر شده نیز مورد استفاده قرار میگرد.

همچنین فولادهای کم کربن بدلیل خاصیت هدایت مغناطیسی کاربرد زیادی در صنعت برق دارند.

در فولادهایی که بمنظور دستیابی به سختی سطحی، تحت عملیات سمانتاسیون قرار می گیرند. بعلت ایجاد گرادیان غلظتی از فولادهای کم کربن استفاده میشود.

تأثیر عناصر آلیاژی

کربن در فولادهای کربنی میزان کربن ممکن است از چند صدم درصد تا نزدیک به 2 تغییر کند. افزایش میزان کربن باعث بالا رفتن خواص سختی و استحکام فولاد میگردد. و مقدار پرلیت را در ساختار میکروسکوپی افزایش میدهد. تا اینکه در 8 دهم کربن ساختار زمینه کاملا پرلیتی خواهد شد. کربن نقش اساسی را در فولادها داراست و آبکاری آنها را ممکن میسازد. کمتر از 2 دهم کربن عملاً آبکاری نمیشود. بیش از این مقدار تا حدود 1.2 سختی فولاد پس از آبکاری بسرعت زیاد میشود. از این حد به بعد،. فولاد افزایش نیافته و خصوصیات چکش خواری خود را از دست میدهد.

منگنز

این عنصر خاصیت اکسیژن زدائی خوبی دارد. ترکیب شده و سولفید منگنز تشکیل میدهد و از ترکیب گوگرد با آهن جلوگیری میکند. بطور کلی بالا بودن مقدار منگنز باعث درشت شدن دانه های فولاد میگردد. در حضور منگنز عملیات آهنگری راحت تر انجام میگیرد.

منگنز مقاومت و سختی را بالا برده و فولاد را جهت آبکاری آماده تر مینماید، منگنز اضافی فولاد را شکننده میکند.

گوگره

گوگرد در فولاد بعنوان یک ناخالصی محسوب میشود. این عنصر با آهن یک ترکیب اتکتیکی یا نقطه ذوب پایین بنام سولفید آهن میدهد.

این ترکیب در مرز دانه های فولاد نشسته و با توجه. به نقطه ذوب پایین در حین عملیات حرارتی، ذوب شده و باعث گسیختگی و ترک میگردد.

وجود منگنز در فولاد بعلت میل ترکیبی بیشتر آن با گوگرد نسبت به آهن باعث تشکیل ترکیب میگردد. دارای نقطه ذوب بالاتری میباشد. و بهمین دلیل در اثر حضور منگنز، مسئله گسیختگی و ترک به حداقل ممکن میرسد.

عناصری نظیر اثرات مضر گوگرد را کاهش داده ولی عناصری چون اثر مضر گوگرد را تشدید میکنند. آخالهای گوگرد اثرات بسیار مضری داشته و قابلیت جوشکاری و مقاومت در مقابل خوردگی را نیز کاهش میدهند.

به همین دلیل مقدار گوگرد در فولاد باید بسیار محدود و کم باشد. و بسته به نوع فولاد درصدی از گوگرد بوده و در فرآیند جوشکاری تا حدی تقلیل میبابد. و از این محدوده نباید تجاوز کند.

فسفر

فسفر در آهن حل شده و تشکیل فسفید آهن و فاز را میدهد، . فسفر در آهن بشدت حد الاستیک و حد گسیختگی را بالا برده در حالیکه قابلیت پلاستیسیته. را بطور قابل توجهی کاهش میدهد.

کاهش شکل پذیری در فولاد در اثر وجود فسفر خود به مقدار کربن موجود در فولاد بستگی داشته. و هر چه مقدار آن بیشتر باشد. اثر فسفر بر روی کاهش خاصیت پلاستیسیته بیشتر است. برای اکثر فولادها، فسفر یک ناخالصی محسوب میشود. و مقدار درصد آن بسته به مرغوبیت فولاد، نباید تجاوز کند.

کاربرد فولادهای کربنی ساده

در این بخش، کاربرد فولادهای کربنی ساده را در سه گروه کم کربن، کربن متوسط و پر کربن مورد بررسی قرار میدهیم.

گروه اول که فولادهای ساده کم کربن قرار دارند برای عموم قطعات مهندسی، ساختمان، کشتیها، راه آهن بکار میروند. هم چنین این فولادها از خواص مغناطیسی بالا و قابلیت جوشکاری خوبی برخوردار بوده و در مواردی که قطعات تحت عملیات سختی سطحی مورد استفاده قرار میگیرند.

در مواردی که قطعات ریخته شده میبایستی از سختی بالایی برخوردار باشند.، فولادهای ساده پر کربن ساده و عاری از هر گونه عنصر آلیاژی، با ازدیاد درصد کربن خواصی از قبیل چقرمگی و قابلیت جوشکاری کاهش پیدا کرده و در مقابل، استحکام آن افزایش می یابد.

اگر یک فولاد کربنی را به آهستگی داخل یک قالب سرد کنیم،. فاز دلتا اولین فاز جامدی است که بوجود می آید،. در صورتیکه سیکل سرد کردن این فولاد را ادامه دهیم فاز آستنیت از فاز جوانه زده و با کاهش بیشتر درجه حرارت آستنیت به فاز فریت بصورت ساختار صفحه ای ویدمن اشتاین تبدیل میگردد.

در دمای یوتکتوئیدی آستنیت باقیمانده به پرلیت تحول یافته که نتیجتاً پس از انجماد، ساختار نهایی بصورت فاز فریتی ویدمن اشتاین (مناطق روشن) که در مرز دانه های آستنیت رسوب کرده و لایه های تیره رنگ فریت و سمنتیت (پرلیت) خواهد بود.

بطور کلی این فولاد در شرایط ریختگی از خواص پائین برخوردار میباشد.، که به جهت دستیابی به خواص بهتر آن را داخل کوره تا دمای آستنیته حرارت میدهند. که میزان دمای کوره به درصد کربن فولاد بستگی دارد. برای دسترسی به خواص و ساختار مورد نظر.، آنها را با سرعت مناسبی سرد میکنند. با افزایش درصد کربن به میزان پرلیت افزوده شده ، و در نتیجه استحکام فولاد افزایش می یابد.

خواص مکانیکی فولادهای کربنی

همانطوری که میدانیم، میتوان فولادهای کربنی با خواص استحکامی متنوعی تولید کرد.: با انتخاب ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی مناسب.، مجموعه ای از خواص نظیر استحکام، سختی.، انعطاف پذیری ، مقاومت به خستگی و استحکام ضربه ای.، قابل دسترس میباشد.

ولی رابطه بین این خواص از نکات مهم و قابل توجه میباشند، مثلا سختی بالا، چقرمگی را به همراه دارد. و قابلیت انعطاف پذیری کم با استحکام بالا همراه است.

در فولادهای کربنی با توجه به ترکیب شیمیایی .و عملیات حرارتی مناسب به استحکام کششی بالاتر از 900 .نیز میتوان دست یافت. استحکام کششی و سختی فولادهای کربنی رابطه مستقیمی با انعطاف پذیری آنها دارد. استحکام کششی و انعطاف پذیری فولادهای کربنی .را با توجه به سختی های مختلف نشان میدهد.، هم چنین در فولادهای کربنی. عملیات حرارتی و میزان کربن تعیین کننده سختی و استحکام فولادهای کربنی کوئنچ.-تمپر شده در مقایسه با فولادهای کربنی نرمالیزه .- تمپر شده انعطاف پذیری کمتری دارند.