فولاد آلیاژی چیست؟ آشنایی با کاربردها و انواع آن

فولاد آلیاژی چیست؟ فولاد یکی از پرکاربردترین آلیاژها در جهان است که از ترکیب آهن و کربن به دست می آید. آنچه این ماده را تا این اندازه محبوب کرده، ترکیبی از ویژگی های کلیدی مانند استحکام بالا، قیمت مقرون به صرفه، فراوانی منابع اولیه و سهولت در فرآیند تولید است. به همین علل، فولاد در صنعت نقش بسیار مهمی و کلیدی دارد.

یکی از جذاب ترین خصوصیات فولاد، قابلیت آلیاژسازی آن است. یعنی می توان با افزودن عناصر مختلف، خواص مکانیکی و شیمیایی آن را تغییر داد. در این مقاله از مجموعه صنعتی فولاد برتربا ما همراه باشید تا با فولادهای آلیاژی و انواع و کاربردها و دیگر موارد آن بیشتر آشنا شوید.

همچنین بخوانید: استنلس استیل (فولاد زنگ نزن): از تاریخچه تا کاربردهای روزمره و صنعتی

ترکیبات فولاد آلیاژی چیست؟

فولاد آلیاژی، ترکیبی از آهن، کربن و عناصر آلیاژی دیگر است که برای دستیابی به خواص مکانیکی و شیمیایی خاص، تولید می شود. این فولادها، نسبت به فولاد کربنی، عملکرد مناسب تری در کارایی ارائه می دهند. با افزایش یا کاهش میزان کربن در آلیاژ، سختی و شکنندگی آن کم یا زیاد شده و سبب به وجود آمدن انواع متعددی می شود.

همان طور که می دانید، عنصر اصلی در همه فولادها، آهن است. کربن نقش بسیار مهمی در افزایش سختی و مقاومت فولاد دارد. با کنترل میزان کربن، خواص مکانیکی فولاد را می توان تنظیم کرد. اما آنچه فولاد آلیاژی را متفاوت می کند، حضور سایر عناصر آلیاژی است. برای دانستن جزيیات بیشتر درباره اینکه فولاد آلیاژی چیست با کا در ادامه ی این مقاله همراه باشید.

همچنین بخوانید: تفاوت فولاد آلیاژی با فولاد ساده چیست؟

کاربرد فولاد آلیاژی چیست؟

فولاد آلیاژی با خواص فیزیکی و مکانیکی متفاوت از فولادهای کربنی تولید می شود و به دلیل خصوصیات آن، در بسیاری از صنایع کاربردهای مختلف دارد. بعضی از کاربردهای فولاد آلیاژی عبارتند از:

• صنایع هوایی و فضایی

کاربرد فولاد در صنایع هوایی و فضایی

ساخت پره ها و پروانه های هواپیما و فضاپیماها، احتیاج به موادی با استحکام بالا و وزن کم دارند که فولاد آلیاژی به راحتی این نیاز را پوشش می دهد.

• صنایع خودروسازی

در صنعت خودروسازی، فولاد آلیاژی در ساخت اجزای مهمی مانند میل لنگ، سیلندر، چرخ دنده، فنر و سیستم تعلیق به کار می رود.

• صنایع ساختمانی

در سازه های عظیم مانند پل ها، تونل ها، برج ها و سدها، فولاد آلیاژی به عنوان متریال اصلی ساختار عمل می کند. ورق ها و نوارهای فولادی در ساخت اسکلت ساختمان ها، مقاومت و پایداری را ایجاد می کنند.

همچنین بخوانید: تفاوت انواع فولادهای ساختمانی

• صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، فولاد آلیاژی در ساخت لوله ها، اتصالات، مخازن و تجهیزات حفاری مورد استفاده قرار می گیرد. مقاومت به خوردگی و فشار بالا، از خصوصیات بارز فولاد در این صنعت می باشد.

• ساخت ابزار

این فولاد به دلیل دقت و قابلیت تحمل پذیری بالا در برابر دما و فشار در ساخت ابزارهایی مانند ابزارهای پزشکی و ابزارهای هوافضا استفاده می شود.

معرفی انواع فولاد آلیاژی

قبل از خرید فولاد آلیاژی، آشنایی با انواع آن امر مهمی شناخته می شود. این فولادهای پرکاربرد به دو دسته ی «فولاد کم آلیاژ» و «فولاد پرآلیاژ» دسته بندی می شوند.

کم آلیاژ: به آن دسته از فولاد آلیاژی گفته می شود که کمتر از ۸ درصد عناصر آلیاژی در خود داشته باشند.

پر آلیاژ: بیشتر از ۸ درصد عناصر آلیاژی در خود دارند. فولاد ضدزنگ در این دسته فولاد پر آلیاژ می باشند.

در اینجا هفت مورد از بهترین های فولاد آلیاژی را بررسی می کنیم.

• آلیاژی کروم دار

این نوع فولاد آلیاژی همراه با کربن و برخی عناصر دیگر دارای درصد قابل توجهی عنصر کروم می باشند. این عنصر درون آهن ذوب شده و گداخته، ریخته می شود و در مجاورت کربن تبدیل به کربور ساده و مضاعف از آهن و کربن می گردد. عنصر کروم خاصیت بی نظیر ضدزنگ زدگی را به این فولاد آلیاژی می دهد. هر چقدر درصد کروم بیشتر باشد این خاصیت ضد خورندگی و ضدزنگ در فولاد آلیاژی افرایش می یابد. روش مقاومت فولاد آلیاژی کروم دار به خوردگی به این صورت است که وقتی این آلیاژ در مجاورت اکسیژن قرار بگیرد، عنصر کروم به عنوان اولین ماده ای که اکسید شده و این اکسید شدن سبب تولید لایه ای می شود که دیگر بخشهای آلیاژ را از خوردگی دور نگه می دارد.

• آلیاژی وانادیوم دار

وانادیوم یکی از عناصری است که به فولاد خصوصیات منحصربفردی می دهد. این عنصر به آهن گداخته اضافه شده و کاربیدهای آن شروع به دانه سازی می کنند. فولاد آلیاژی وانادیوم دار دارای بافتی ریزدانه و ظریف است و شکل پذیری خوبی دارد. در برخی فولاد های آلیاژی که میزان وانادیوم ۰.۱۵ الی ۰.۲ درصد است، کاربیدهای این عنصر در کنار کنترل اندازه دانه ها به استحکام و سختی فولاد می افزایند. این نوع فولاد آلیاژی برای ساخت میل لنگ، قطعات لوکوموتیو و قطارها و موارد دیگر کارایی دارند. فولادهای آلیاژی A3>، A9 و 01 دارای مقادیر قابل توجهی عنصر وانادیوم در محتوای خود هستند.

• آلیاژی تنگستن دار

وقتی که فولاد کربن دار ساده با تنگستن ادغام شود، نوعی فولاد آلیاژی تولید می شود که خاصیت قابل توجهی پیدا می کند. این فولاد آلیاژی سختی بسیار بالا و برندگی زیاد دارد و برای ساخت انواع تیغه و مته، ابزار برنده، قلم تراش و غیره بهره گرفته می شود. تنگستن باعث ثبات ترکیب شیمیایی فولاد پرکربن شده و به همین جهت برای ساخت آهنربا از آن بهره می گیرند. آهنرباهایی که با فولاد آلیاژی تنگستن دار ساخته می شوند هیچ وقت خاصیت آهنربایی خود را از دست نمی دهند.

• آلیاژی منگنزدار

منگنز یکی دیگر از عناصری است که اضافه کردن آن به فولاد به آن ویژگیهایی اضافه می کند. این عنصر وقتی به فولاد افزوده شود مانع تشکیل ذرات آستنیت Austenite شده و شکل پذیری فولاد را بیشتر می کند. گاهی نیاز است که برای افزایش سختی و استحکام فولاد عملیات حرارتی به نام کوئینچ کردن روی آن اعمال شود. این فرآیند باید در یک بازه زمانی مشخص صورت بگیرد و اگر این فرآیند زودتر یا دیرتر از آن بازه زمانی انجام شود باعث بی ثباتی فولاد می شود.

• آلیاژی کبالت دار

عنصر کبالت در فولاد باعث می شود که ذرات آستنیت در آن شکل نگیرند و در نتیجه سختی فولاد حتی در دماهای بسیار بالا و بحرانی تغییر نکند. معمولا برای اینکه سختی و استحکام فولاد کبالت دار بیشتر شود مقداری تنگستن هم به آن اضافه می کنند. از فولاد آلیاژی کبالت دار برای ساخت ابزار تندبر HSS بهره می گیرند.

• آلیاژی نیکل دار

نیکل عنصری بسیار مهم در بحث آلیاژسازی فولاد است. این عنصر سبب افزایش نیروی کششی و مقاومت فولاد شده و سبب کاهش خاصیت تغییر و شکل پذیری آن نمی شود. نیکل عموما تا سطح ۳۵درصد به فولاد اضافه شده و وجود آن در این مقدار خواص فوق العاده و مضاعف به فولاد می دهد. یکی از مهمترین ویژگی های فولاد آلیاژی نیکل دار افزایش مقاومت فولاد در برابر زنگ زدگی و خوردگی است.

• آلیاژی مولیبیدن دار

مولیبیدن عنصری است که به راحتی هم در آهن آلفا و هم در آهن گاما قابل حل شدن است. این عنصر به سرعت بعد از حل شدن در آهن سبب آزاد شدن کربورهای مرکب می شود. این کربورها می توانند fe3cmoc2، fe3mo6c2، Mo2c یکی از این ترکیبات مولکولی باشند.

همچنین بخوانید: انواع فلزات صنعتی و ساختمانی

مزایای فولاد آلیاژی

یکی از مهم ترین مزایای فولاد آلیاژی، استحکام و دوام بالای آن است. این ویژگی باعث می شود که این ماده در شرایط سخت و محیط های پرتنش عملکرد مطلوبی داشته باشد. مقاومت بالا در برابر خوردگی، سختی فوق العاده و قابلیت شکل پذیری مناسب از دیگر مزایای فولاد آلیاژی هستند. همچنین، این فولاد دارای انعطاف پذیری و قابلیت جوش پذیری بالا است که امکان استفاده گسترده از آن را در صنایع مختلف فراهم می کند. در ادامه هریک به تشریح و با مثال توضیح داده می شود:

• استحکام و سختی بالا

فولاد آلیاژی به دلیل ترکیب عناصر مختلف دارای استحکام بالا و مقاومت در برابر ضربه و فشار است. این خصوصیت آن را برای ساخت قطعاتی که نیاز به تحمل بار زیاد دارند، مناسب می کند. به عنوان مثال، در صنعت خودروسازی از فولاد آلیاژی در تهیه و ساخت شاسی خودروها استفاده می شود که سبب افزایش مقاومت خودرو در مقابل تصادفات و کاستن خطرات و آسیب های وارده به سرنشینان می شود. نظیر فولاد های MO40، 41Cr4

• مقاومت به خوردگی

افزودن عناصر آلیاژی مانند کروم و نیکل باعث افزایش مقاومت فولاد در برابر زنگ زدگی و خوردگی می شود. این خاصیت در صنایع دریایی و نفت و گاز بسیار مفید است. برای مثال، در صنایع دریایی از فولاد ضدزنگ برای ساخت کشتی ها و سکوهای نفتی استفاده می شود تا از تخریب تجهیزات در اثر تماس مداوم با آب شور جلوگیری شود. مانند فولادهای ضد زنگ گرید 304، 408 و 318

• چقرمگی و قابلیت انعطاف پذیری

فولاد آلیاژی در برابر ضربه و نیروهای مکانیکی ناگهانی مقاوم است و دچار شکست ناگهانی نمی شود. این ویژگی در صنایع خودروسازی و هوافضا اهمیت زیادی دارد. به عنوان مثال، در ساخت پل های فلزی از فولاد آلیاژی استفاده می شود تا بتواند در برابر زلزله و تغییرات دما بدون ترک خوردگی مقاومت کند. نظیر فولاد CK15

• مقاومت در برابر حرارت بالا

برخی از انواع فولادهای آلیاژی می توانند در دماهای بسیار بالا بدون کاهش استحکام و خواص مکانیکی کار کنند. این ویژگی در صنایع نیروگاهی و هوافضا حائز اهمیت است. ماننده فولاد ضد زنگ 416

• امکان تغییر در خواص مکانیکی با عملیات حرارتی

با تغییر در ترکیب شیمیایی و فرآیندهای حرارتی، می توان خواص مکانیکی فولاد آلیاژی را مطابق با نیازهای خاص تنظیم کرد. برای مثال، در صنایع ابزارسازی، تیغه های برش از فولاد آلیاژی ساخته می شوند که با عملیات حرارتی سخت تر و برنده تر می شوند. مانند فولاد CK45

• دوام و طول عمر بالا

به دلیل مقاومت زیاد در برابر سایش و فرسایش، قطعات ساخته شده از فولاد آلیاژی طول عمر بیشتری دارند و نیاز به تعویض کمتری دارند. نظیر فلادهای فنر 55Cr3

همچنین بخوانید: خرید فولاد در تهران

کلام آخر

بدون فولاد و محصولات فولادی کار صنایع یقینا پیش نمی رود و عملا کل جهان از حرکت باز می ایستد و لنگ میماند. فولاد آلیاژی نیز به عنوان جزئی از کل، پاسخگوی نیازهای بسیاری از صنایع است زیرا در کنار ویژگی های آهن، ویژگی های عناصر مختلف را نیز دارد و لذا میتوان از آن در همه صنایع بهره برد. فقط باید به این نکته دقت کرد که هر فولاد آلیاژی را نمیتوان برای هر صنعتی به کار گرفت. صنایع مختلف با توجه به نوع نیاز خود فولاد آلیاژی مناسب را انتخاب و استفاده می کنند.

شما برای مشاوره در باره ی اینکه فولاد آلیاژی چیست و یا تهیه انواع فولاد می توانید با مشاوران ما در این مجموعه تماس حاصل نمایید.

اطلاعات بیشتر: معرفی علمی فولاد آلیاژی