فولاد پر کربن در مقابل فولاد کم کربن
فولاد کربنی چیست؟
آهن به خودی خود، فلزی نسبتاً نرم و انعطافپذیر است. همچنین بسیار مستعد اکسیداسیون (زنگزدگی) است. با این حال، نرمی و حساسیت آهن به خوردگی با افزودن کربن از طریق فرآیندی به نام ذوب ، تا حد زیادی کاهش مییابد . در شرکت فلز گستر فرنام ساخت میتوانید خرید اکسپندد متال را با بالاترین کیفیت و بهترین قیمت انجام دهید.
این فرآیند منجر به تولید مادهای به نام چدن خام میشود که میزان بسیار بالای کربن آن، این ماده را برای هرگونه کاربرد عملی بسیار شکننده میکند. بنابراین، اقداماتی برای کاهش میزان کربن چدن خام (دکربوریزاسیون) به سطوح مطلوب (زیر ۲.۱٪) انجام میشود که منجر به تولید فولاد میگردد.
حال، ممکن است متوجه شده باشید که طبق تعریف، فولاد آلیاژی از آهن و کربن است . پس چگونه «فولاد کربنی» یک اصطلاح زائد نیست؟ و چه چیزی آن را از سایر فولادها متمایز میکند؟
به عبارت دیگر، تقریباً تمام فولادی که امروزه استفاده میشود، در واقع فولاد کربنی است. تفاوت واقعی در کیفیت و کاربردهای بهینه برای انواع مختلف فولاد کربنی در نحوه ترکیب آنها با سایر فلزات، از جمله کربن، و درصد آنها نهفته است. به همین دلیل، فولادهای پرکربن، متوسط کربن و کم کربن مخلوطهای منحصر به فردی از آهن، کربن و سایر فلزات هستند تا به هر کدام خواص سختی متمایزی بدهند که محتوای کربن به تنهایی ارائه نمیدهد.
فولاد کم کربن
فولاد پر کربن در مقابل فولاد کم کربن
AISI گزارش داد که فولادهای کربنی بیش از 85 درصد از فولادی را که ایران تولید و ارسال میکند، تشکیل میدهند. گریدهای بیشماری از فولاد کربنی وجود دارد و هر کدام ویژگیها و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند. برخی از محبوبترین آنها عبارتند از:
- 12L14 (بسیار مغناطیسی با سرب اضافه شده برای افزایش قابلیت ماشینکاری)
- A36 (برای قطعات خودرو و سازههای ساختمانی مانند تیرهای فولادی استفاده میشود )
- ۱۰۰۸ (مقدار کربن و استحکام کششی بسیار کم؛ جوشکاری آسان)
- ۱۰۴۵ (استحکام و سختی بالا)
- ۱۰۹۵ (به همراه ۱۰۴۵، محبوبترین فولاد برای تولید شمشیر و چاقوی کاربردی)
حالا که به طور کلی فولاد کربنی را توضیح دادیم، بیایید نگاهی به سطوح مختلف کربن برای خود فولاد و نحوه تجزیه آنها بر اساس مقدار کربن، سایر فلزات و موارد استفاده بیندازیم.
فولاد کربن فوق العاده بالا
نوع فولادی که بیشترین میزان کربن را در بازارهای تجاری و مصرفی دارد، فولاد فوق پرکربن نامیده میشود. این نوع فولاد اغلب به عنوان یک آلیاژ آزمایشی در نظر گرفته میشود و میزان کربن آن بین ۱.۲۵ تا ۱.۷ درصد است. اگرچه بین انواع اقلامی که میتوان از فولاد فوق پرکربن و فولاد پرکربن معمولی ساخت، همپوشانی وجود دارد، اما ترکیب فوق پرکربن به اندازهای منحصر به فرد است که شایسته دسته بندی خاص خود باشد. این نوع فولاد بسیار سخت است، اما برای بسیاری از کاربردهای صنعتی یا اشیاء بزرگ بسیار شکننده نیز میباشد. با این حال، برای ابزارهای تخصصی کوچکتر مانند موارد زیر به طرز شگفت انگیزی کار میکند:
- سایر ابزارهای برش
- سر چکشها
فولاد کربن بالا
فولادهای پرکربن که به عنوان فولاد ابزار کربنی نیز شناخته میشوند، حاوی بین ۰.۶٪ تا ۱.۲٪ کربن و میزان منگنز بین ۰.۳٪ تا ۰.۹٪ هستند. فولادی با محتوای کربن بالاتر از ۱.۷٪ (اما کمتر از ۲٪) از نظر فنی چدن در نظر گرفته میشود، مگر اینکه به طور ویژه عملیات حرارتی، تمپر و با کروم یا منگنز مخلوط شود.
فولادهای پرکربن طیف وسیعی از کاربردها را شامل میشوند، مانند:
- چشمهها
- سیمهای با مقاومت بالا
- میخهای بنایی
- آشپزی
- رادیاتورها
- تیرهای چراغ برق
فولاد کربن متوسط
البته یک دسته فولاد میانرده وجود دارد که بین انواع فولاد کربن فوقالعاده بالا و بالا و نقطه مقابل کم کربن آنها قرار میگیرد. به این نوع فولاد، فولاد کربن متوسط گفته میشود. میزان کربن این نوع فولاد بین 0.3 تا 0.6 درصد است و خود فولاد معمولاً بیشتر با آستنیته کردن (نوعی عملیات حرارتی)، کوئنچ و سپس تمپر کردن فلز برای خواص مکانیکی قویتر، تحت عملیات حرارتی قرار میگیرد.
فولاد متوسط معمولاً در حالت تمپر شده استفاده میشود زیرا این حالت به آن ریزساختارهای داخلی مارتنزیت تمپر شده میدهد تا تعادل قدرتمندی بین شکلپذیری و استحکام بالا برقرار کند. فولاد کربن متوسط معمولاً با آلیاژهایی مانند کروم، نیکل و مولیبدن ساخته میشود. این فولاد به ویژه برای کاربردهایی که استحکام و مقاومت سایشی استثنایی باید با مقداری شکلپذیری متعادل شود، محبوب است. این کاربردها عبارتند از:
- اجزای ماشین آلات بزرگ
- چرخ دنده ها و محورها
- آهنگری
- ابزارهای ماشینکاری شده
- چرخهای راهآهن
- شفتهای ماشینآلات
فولاد کم کربن
فولادهای کم کربن که به عنوان فولاد کربنی ملایم یا ساده نیز شناخته میشوند، حاوی بین 0.05٪ تا 0.3٪ کربن و میزان منگنز بین 0.4٪ تا 1.5٪ هستند. در انتهای بسیار پایین این طیف درصد کربن، مخلوط فولاد ملایم با کمترین مقدار کربن از نظر فنی به عنوان آهن فرفورژه با 0.05 تا 0.1٪ کربن شناخته میشود. درست مانند چدن با محتوای کربن بسیار بالای حدود 2٪، آهن فرفورژه بسیار کم کربن کاربردهای محدودی دارد.
وقتی میزان کربن آن افزایش مییابد، فولاد نرم به محصولی با کششپذیری بالا تبدیل میشود. این به معنای درصد کمتر کربن برای شکلپذیری بالا است. اما همچنین شامل آلیاژ کردن این فلز با فلزات دیگر مانند کروم، مولیبدن، سیلیکون، منگنز، نیکل و وانادیوم نیز میشود. افزودن این عناصر، استحکام کششی فولاد کم کربن را افزایش میدهد به طوری که میتوان از آن به طور گسترده در انواع سناریوهای صنعتی، تجاری و ساختمانی استفاده کرد.
به عبارت دیگر، فولادهای کم کربن طیف وسیعی از کاربردها را شامل میشوند، مانند:
- صنعت خودرو (به شکل پوششهای دسترسی به درب عقب، کفیها، سقفها، کاپوتها، درها و کنارههای بدنه، وانهای لاستیک زاپاس، پنلهای داشبورد و غیره)
- محصولات سیمی
- ورق قلع
- پانلهای ساختمانی
- تیرها و سایر مصالح ساختمانی
- مجموعه چرخدندهها
- بستها
- پیچ و مهره
- نردهها
- پیوندهای زنجیرهای
- نردهها
مزایا و معایب
به طور کلی، فولادهای کربنی به دلیل دوام، استحکام و مقاومت در برابر ضربه بسیار عالی هستند. این امر باعث میشود که استفاده از آنها نسبت به سایر فولادها ارزانتر باشد زیرا مقادیر نسبتاً کمتری برای یک کاربرد خاص مورد نیاز است. همچنین بازیافت آنها نسبت به سایر فولادها آسانتر و در نتیجه ارزانتر است. با این حال، فولاد کربنی در تمام گریدها نسبت به سایر فولادها راحتتر تحت تأثیر خوردگی قرار میگیرد، بنابراین نگهداری آنها بسیار پرزحمتتر و زمانبرتر است.
فولاد پر کربن در مقابل فولاد کم کربن
فولاد پرکربن و فوق پرکربن
این فولادها میتوانند تحت عملیات حرارتی و بازپخت قرار گیرند . در واقع، این یکی از مطلوبترین ویژگیهای آنهاست و به دلیل تواناییشان در گرفتن و نگه داشتن لبه، بسیار مورد توجه سازندگان چاقو و شمشیر هستند.
با این حال، فولادهای پرکربن معمولاً بسیار گرانتر و کار با آنها دشوارتر از فولادهای کم کربن و متوسط کربن است. بنابراین، تکنیکها و فناوری مورد نیاز برای کار با آنها تا حدودی تخصصیتر و پرهزینهتر است.
فولاد کم کربن
این فولادها به دلیل هزینههای تولید پایین و سهولت نسبی ساخت، از رایجترین و در دسترسترین فولادها هستند. خواص فیزیکی آنها نیز آنها را برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب میکند. به عنوان مثال، آنها بسیار چکشخوارتر و انعطافپذیرتر از فولادهای پرکربن هستند و ماشینکاری آنها بسیار آسانتر است.
فولادهای کم کربن همچنین برای کاربردهایی که نیاز به جوشکاری دارند، بسیار مناسبتر از فولادهای کربن متوسط یا پرکربن هستند. این امر مستقیماً به دلیل محتوای کربن است. با افزایش کربن، فولاد بیشتر مستعد سخت شدن میشود. این یک کاربرد حرفهای است که در آن سختی مطلوب است، اما احتمال ترک خوردن را در کاربردهایی که نیاز به جوشکاری دارند و بنابراین در معرض مقادیر بیشتری از تنش برای مدت طولانیتری قرار میگیرند، افزایش میدهد.