فولاد کربن، فولاد ضد زنگ، فولاد آلیاژی و فولاد ابزار - دقیقاً چه تفاوت هایی با هم دارند؟

برای بسیاری از مردم، صرفاً ذکر "فولاد" باعث ایجاد حس اطمینان خاطر می شود. از پلاستیک قوی تر، از چوب بادوام تر است و به طور کلی قابل اعتمادتر به نظر می رسد.

با این حال، مهندسان مواد و طراحان محصول به ندرت آن را به این سادگی می بینند. آنها فقط نمی پرسند "آیا فولاد است؟" آنها عمیق تر حفاری می کنند: چه نوع * فولادی؟ شرایطش چیست؟ کجا استفاده خواهد شد؟ آیا تحت عملیات حرارتی قرار گرفته است؟ چگونه سطح در برابر زنگ زدگی محافظت می شود؟ جوش داده میشه؟ آیا تحت تاثیر قرار خواهد گرفت؟

دانلود تصویر با وضوح بالا-استوک فولاد استوانه‌ای – تصویر دارای مجوز 600483809 – Shetuwang

هنگامی که این سوالات پرسیده می شود، تمایز بین انواع مختلف فولاد مشخص می شود. تیرهای فولادی در ساخت و ساز، سینک‌های آشپزخانه از جنس فولاد ضد زنگ، چرخ دنده‌های خودرو، حفره‌های قالب و لبه‌های برش ابزارها-همه فولادی هستند، اما ویژگی‌های آنها بسیار متفاوت است.

اگر فقط یک چیز را به خاطر دارید، بگذارید این باشد:

فولاد کربنی: ساختار و هزینه فولاد ضد زنگ: مقاومت در برابر محیط زیست و جلوگیری از زنگ زدگی؛ فولاد آلیاژی: استحکام و طول عمر؛ فولاد ابزار: سختی و مقاومت در برابر سایش.

I. انتخاب فولاد: برای حفظ نمرات عجله نکنید

گریدهای فولادی بی شماری وجود دارد. به خاطر سپردن همه آنها کار غیرممکنی خواهد بود. یک رویکرد عملی تر، دسته بندی آنها بر اساس مشکلی است که قصد حل آن را دارند.

جدول مقایسه گریدهای رایج فولاد داخلی و بین المللی – Zhihu

برخی از فولادها برای چارچوب‌های سازه‌ای استفاده می‌شوند که در آن اولویت‌ها مقاومت کافی، هزینه کم و جوش‌پذیری است. برخی دیگر در محیط‌هایی که در معرض آب و نمک قرار دارند استفاده می‌شوند، جایی که مقاومت در برابر زنگ‌زدگی بسیار مهم است. برخی برای شفت ها، چرخ دنده ها و یاتاقان ها استفاده می شوند که به استحکام، چقرمگی و عمر خستگی بالایی نیاز دارند. سپس فولادهایی وجود دارند که برای ابزارهای برش، پانچ ها و قالب ها استفاده می شوند، جایی که سختی، مقاومت در برابر سایش، و قابلیت های عملیات حرارتی{3}}در مرکز توجه قرار دارند.

II. فولاد کربنی: بی ادعا و در عین حال بسیار توانمند

نام "فولاد کربن" ساده-حتی "معمولی" به نظر می رسد. با این حال، در کارخانه ها و در سایت های ساختمانی، رایج ترین و ضروری ترین نوع فولاد است.

دلیل آن ساده است: هزینه کم، عرضه پایدار، سهولت پردازش، و محدوده قدرتی که اکثر نیازها را برآورده می کند. اغلب، برای اجزایی مانند قاب ماشین، تیرهای نگهدارنده یا پایه‌ها، استفاده از فولاد کربنی-ترکیب با رنگ‌آمیزی، پوشش پودری یا گالوانیزه- انتخاب معقولی‌تر از انتخاب فولاد ضد زنگ است. فولادهای کربنی را می توان بر اساس محتوای کربن آنها به طور کلی دسته بندی کرد:

فولاد کم کربن{{0}: تعریف، ویژگی‌ها و کاربردها - نمونه‌سازی سریع Wake

فولاد کم کربن معمولاً دارای محتوای کربن کمتر از 0.25٪ است. به عنوان مثال، فولاد Q235 دارای محتوای کربن تقریباً 0.14٪ تا 0.22٪ است. انعطاف پذیری و جوش پذیری خوبی را ارائه می دهد و معمولاً بدون عملیات حرارتی قابل استفاده است. این ارزان است و به طور گسترده در سازه های ساختمانی، پل ها و اجزای مکانیکی کمتر مهم مانند پیچ، مهره، میله های اتصال و براکت ها استفاده می شود.

[تصویر]

فولاد کربن متوسط-به طور کلی دارای محتوای کربن بین 0.25٪ تا 0.6٪ است. "فولاد 45" یک نمونه کلاسیک با محتوای کربن در حدود 0.45٪ است. در مقایسه با فولاد-فولاد کم کربن. 45 که نوعی فولاد خاموش شده-و{10}}استحکام یافته است، استحکام بالاتری دارد، اما جوش پذیری ضعیف‌تری دارد. معمولاً برای دستیابی به عملکرد مطلوب نیاز به عملیات حرارتی دارد و معمولاً برای ساخت قطعات مکانیکی مانند چرخ دنده ها، شفت ها، پیچ های سرب و میله های اتصال استفاده می شود.

فولاد{0}کربن بالا - سوگو بایک

فولاد کربن بالا دارای محتوای کربن بیش از 0.6٪ است. سخت و مقاوم در برابر سایش است اما چقرمگی نسبتاً کمتری دارد و شکننده تر است. اغلب برای ساخت قطعاتی که به سختی بالایی نیاز دارند مانند فنرها و ابزارهای برش استفاده می شود.

با این حال، فولاد کربنی یک مشکل اجتناب ناپذیر دارد: مستعد زنگ زدگی است. "مستعد بودن به زنگ زدگی" به معنای غیرقابل استفاده بودن آن نیست. بلکه به این معنی است که شما نمی توانید به سادگی آن را در یک محیط مرطوب در معرض دید قرار دهید و انتظار داشته باشید که در شرایط بکر مانند فولاد ضد زنگ باقی بماند.

نکته کلیدی در فولاد کربنی فقط نوع خود فولاد نیست، بلکه عملیات سطح بعدی-مانند رنگ‌آمیزی، گالوانیزه کردن، سیاه‌کردن یا روغن‌کاری است. بسیاری از محصولات پیش از موعد شکست می خورند نه به این دلیل که فولاد اشتباهی در ابتدا انتخاب شده است، بلکه به این دلیل که حفاظت در برابر خوردگی و نگهداری ناکافی بوده است.

III. فولاد ضد زنگ: جذاب ترین نام، در عین حال اشتباه ترین نام

اصطلاح "فولاد ضد زنگ" می تواند گمراه کننده باشد. مردم عادی اغلب آن را به عنوان "فولادی که هرگز زنگ نمی زند" تعبیر می کنند. با این حال، متخصصان مواد تمایل دارند دقیق‌تر باشند: فولاد ضد زنگ در بسیاری از محیط‌ها به سادگی *بیشتر* در برابر خوردگی-مقاوم است. در *هر* محیطی از زنگ زدگی مصون نیست.

راز ماهیت "ضد زنگ" فولاد ضد زنگ در محتوای کروم آن نهفته است. هنگامی که محتوای کروم به 10.5٪ یا بیشتر می رسد، یک لایه اکسید غلیظ و متراکم-روی سطح فولاد تشکیل می شود که به طور موثر اکسیژن و رطوبت را مسدود می کند. با این حال، این فیلم شکست ناپذیر نیست. هنوز هم می تواند در محیط های خاص به خطر بیفتد.

نمرات و مواد فولاد ضد زنگ: پرسش و پاسخ منتخب - آکادمی Qijia.com

فولاد ضد زنگ 304 متداول ترین و متعادل ترین انتخاب است. حاوی بیش از 18٪ کروم و 8٪ نیکل-فرمول کلاسیک "18{8}}8". این استاندارد استانداردهای غذایی را برآورده می کند، مقاومت در برابر خوردگی خوب و عملکرد پایدار را ارائه می دهد و برای اکثریت قریب به اتفاق تنظیمات روزمره مناسب است. چه برای سینک آشپزخانه، فلاسک های حرارتی، کارد و چنگال، یا دکوراسیون داخلی، معمولا 304 کافی است.

فولاد ضد زنگ 316 حاوی 2% تا 3% مولیبدن اضافی در مقایسه با 304 است. مولیبدن به ویژه در برابر کلریدهای موجود در آب دریا، اسپری نمک و پاک کننده‌های مبتنی بر کلر{5}}که اغلب 316 را به مراتب انعطاف‌پذیرتر می‌کند، موثر است. "فولاد درجه{10}دریایی" اگرچه قیمت بسیار بالاتری دارد.

فولاد ضد زنگ 430 یکی دیگر از گریدهای رایج است. این یک فولاد ضد زنگ فریتی است که مغناطیسی است. قیمت آن کمتر از 304 است و مقاومت خوردگی متوسطی را ارائه می دهد. برای محیط های داخلی خشک، مانند روکش لوازم خانگی و دکوراسیون داخلی مناسب است. بسیاری از مردم به اشتباه تصور می کنند که چون 430 مغناطیسی است، "فولاد ضد زنگ تقلبی" است، اما این یک تصور اشتباه است. 430 به سادگی به دسته ای متفاوت از 304 تعلق دارد.

همچنین یک مشکل رایج وجود دارد که باید مراقب آن باشید: فولاد ضد زنگ 201. از منگنز و نیتروژن برای جایگزینی جزئی نیکل گران قیمت استفاده می‌کند و آن را ارزان‌تر می‌کند، اما مقاومت در برابر خوردگی آن به طور قابل‌توجهی پایین‌تر از مقاومت 304 است. در حالی که در محیط‌های خشک داخلی به خوبی کار می‌کند، در شرایط مرطوب مستعد مشکلات است.

تصویر
جدول زیر به عنوان یک راهنمای مرجع مفید برای درک این نمرات است:

یک قانون عملی عملی: برای آشپزخانه‌های استاندارد و محیط‌های{0}}در معرض آب، معمولاً 304 کافی است. با این حال، برای مناطق ساحلی، قرار گرفتن در معرض اسپری نمک، پاک‌کننده‌های{2}}کلر، یا عوامل شیمیایی، باید 316، 316L یا حتی 2205 را جدی بگیرید.

با این حال، مهم نیست که کیفیت فولاد ضد زنگ چقدر بالا باشد، در برابر مشکلات ناشی از آب ایستاده طولانی مدت، تجمع نمک در شکاف ها، سطوح ناهموار و روش های تمیز کردن نامناسب آسیب پذیر است. کیفیت مواد نیمی از معادله را تشکیل می دهد. طراحی سازه و محیط عملیاتی نیمی دیگر را تشکیل می دهند.

IV. فولاد آلیاژی: استحکام اغلب به عملیات حرارتی بستگی دارد

اصطلاح "فولاد آلیاژی" چشمگیر به نظر می رسد، اما صرفا "نسخه ارتقا یافته فولاد ضد زنگ" نیست. فولاد آلیاژی اغلب نه برای مقاومت در برابر زنگ، بلکه برای افزایش استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر سایش یا بهبود سختی طراحی می شود.

با افزودن عمدی عناصر آلیاژی-مانند کروم، مولیبدن، نیکل، منگنز و تیتانیوم-به پایه فولاد کربنی ایجاد می‌شود. این اضافات به طور قابل توجهی استحکام، چقرمگی و سختی فولاد را بهبود می بخشد.

سری فولاد آلیاژی – فلز هواشنگ

برای مثال 40Cr را در نظر بگیرید. یکی از متداول ترین فولادهای آلیاژی ساختاری است. تقریباً حاوی 0.8٪ تا 1.1٪ کروم است. پس از کوئنچ و تمپر، خواص مکانیکی کلی عالی و سختی خوبی از خود نشان می دهد. اغلب برای تولید قطعاتی که در معرض سرعت ها و بارهای متوسط ​​هستند، مانند چرخ دنده های ماشین ابزار، شفت ها و کرم ها استفاده می شود.

42CrMo استحکام بالاتری را ارائه می دهد. پس از خاموش کردن و تمپر کردن، می تواند به استحکام کششی 1079 نیوتن بر میلی متر مربع و استحکام تسلیم 931 نیوتن بر میلی متر مربع دست یابد. برای چرخ دنده ها و اجزای شفت که باید بارهای سنگین را تحمل کنند و الزامات دقت بالایی را برآورده کنند مناسب است.

20CrMnTi نشان دهنده یک رویکرد متفاوت است. محتوای کربن پایینی دارد که از حدود 0.17٪ تا 0.23٪ متغیر است. از طریق فرآیند کربورسازی و سپس خاموش کردن، سختی سطح می تواند به HRC 58-62 برسد، در حالی که هسته چقرمگی خود را حفظ می کند. این ویژگی "بیرونی سخت، داخلی سخت" آن را برای قطعاتی که در معرض ضربه و اصطکاک قرار دارند، مانند دنده‌های گیربکس خودرو، ایده‌آل می‌کند.

فولاد آلیاژی را نباید با یک برچسب ساده مانند "استحکام بالا" رد کرد. سوالات واقعی که باید بپرسید این است: آیا آن را کوئنچ و تمپر کرده یا کربوره می کند؟ آیا درمان حرارتی- شده است؟ و سختی و چقرمگی نهایی چیست؟

پایین-آلیاژ بالا-فولاد با سرعت - مرکز محصول - شرکت فناوری Antai، با مسئولیت محدود.

V. فولاد ابزار: نه برای پشتیبانی ساختاری، بلکه برای مقاومت در برابر سایش

نام "فولاد ابزار" ساده است: فولادی است که برای ساخت ابزار، قالب و ابزار برش استفاده می شود.

در حوزه فولاد ابزار، متداول ترین سوالات در مورد مقاومت در برابر زنگ زدگی نیست، بلکه بیشتر این است: "آیا می تواند به سختی بالا دست یابد؟" "چقدر در برابر سایش مقاومت می کند؟" و "آیا می تواند یکپارچگی خود را در دمای بالا حفظ کند؟" فولادهای ابزار به طور کلی بر اساس کاربرد به سه نوع طبقه بندی می شوند:

فولاد قالب سرد-- Jiebao (Tianjin) Die & Mold Technology Co., Ltd.

فولاد قالب سرد-برای قالب هایی که در دمای محیط کار می کنند استفاده می شود. Cr12MoV یک مثال معمولی است. دارای محتوای کربن بالا (2.0٪ - 2.3٪) و محتوای کروم 11٪ - 12.5٪ است. با سختی بالا و مقاومت در برابر سایش عالی مشخص می شود، برای ساخت قالب های دقیق، مهر زنی پیچیده و قالب های اکستروژن سرد مناسب است.

فولاد قالب داغ-کار

فولاد قالب داغ-برای قالب هایی که در دماهای بالا کار می کنند استفاده می شود. H13 یک مثال معمولی است. سختی و استحکام خود را حتی در دماهای بالا حفظ می‌کند و برای قالب‌های اکستروژن داغ، قالب‌های ریخته‌گری و قالب‌های{4}}ریخته‌گری مناسب است. فرآیندهای عملیات حرارتی برای H13 و Cr12MoV متفاوت است: H13 معمولاً تحت خاموش کردن قرار می‌گیرد و سپس دمای بالا{9}}تعطیل می‌شود، در حالی که Cr12MoV معمولاً تحت خاموش کردن و سپس دمای پایین{11} قرار می‌گیرد.

فولاد با سرعت بالا-برای ابزارهای برش استفاده می شود. گریدهایی مانند W18Cr4V و W6Mo5Cr4V2 می‌توانند سختی لبه برش را حفظ کنند، حتی زمانی که دماهای بالا در حین برش با سرعت بالا-یک ویژگی معروف به "سختی قرمز" ایجاد می‌شود.

البته شما *می توانید* از فولاد ابزار برای ساختن یک براکت معمولی استفاده کنید، اما معمولاً مقرون به صرفه نیست-. ارزش واقعی آن در کاربردهای سخت‌تر شامل لبه‌های برش، خالی کردن، ریخته‌گری قالب، آهنگری داغ و ماشین‌کاری است.

VI. هنگام انتخاب مواد، فقط نپرسید "کدام بهتر است؟"

یک اشتباه رایج در توسعه محصول این است که اجازه دهید یک معیار واحد بر همه ملاحظات دیگر غلبه کند. مردم اغلب تصور می کنند 316 به طور خودکار بهتر از 304 است، که فولاد آلیاژی ذاتا برتر از فولاد کربنی است، یا اینکه سختی بالاتر دوام بیشتر را تضمین می کند.

مهندسان با تجربه به ندرت از این طریق انتخاب می کنند. در عوض، ابتدا شرایطی را که محصول با آن مواجه خواهد شد، در نظر می گیرند.

برای براکت‌ها یا قاب‌های ماشین معمولی: مهندسان معمولاً ابتدا به Q235 یا Q355 نگاه می‌کنند و بر طراحی سازه، جوشکاری و حفاظت در برابر خوردگی تمرکز می‌کنند.

برای سینک های آشپزخانه، فلاسک های خلاء یا ظروف غذاخوری: 304 یک انتخاب متداول و متعادل است. 316 یا 316L تنها در صورتی در نظر گرفته می شوند که محیط عملیاتی بیشتر تقاضا باشد. برای نرده های کنار دریا یا بست های بیرونی: فقط «فولاد ضد زنگ» را مشخص نکنید. بین نمرات 304، 316 و 2205 تمایز قائل شوید.

برای چرخ دنده‌ها، شفت‌ها یا کانکتورهای سنگین-: گریدهایی مانند 40Cr، 20CrMnTi، و 42CrMo را در نظر بگیرید، اما به عملیات حرارتی توجه بیشتری داشته باشید.

برای ابزارهای برش، قیچی یا تیغه ها: گزینه ها شامل 420، 440 درجه سانتیگراد، فولاد کربن بالا، یا فولاد ابزار هستند. کلید تعادل سختی و چقرمگی است.

برای قالب‌ها: ابتدا بین قالب‌های-سرد، گرم- و قالب‌های پلاستیکی قبل از بحث در مورد درجه‌های خاص مانند Cr12MoV، H13، یا P20 تمایز قائل شوید.

VII. چند یادآوری برای تهیه و طراحی

فقط «فولاد» ننویسید. حداقل درجه، شرایط مواد، عملیات سطحی و استانداردهای قابل اجرا را مشخص کنید.

فقط «فولاد ضد زنگ» ننویسید. قیمت و مقاومت در برابر خوردگی گریدهایی مانند 201، 304، 316 و 430 به طور قابل توجهی متفاوت است.

از مغناطیس به عنوان تنها معیار استفاده نکنید. گریدهایی مانند 430، 410 و 420 به طور طبیعی مغناطیسی هستند، در حالی که 304 می تواند مغناطیس ضعیفی را پس از کار سرد نشان دهد.

عملیات حرارتی را نادیده نگیرید. برای فولادهایی مانند 45، 40Cr، 42CrMo و فولادهای ابزار، عملکرد بسته به شرایط مواد به شدت متفاوت است.

مسائل مادی و مسائل ساختاری را به صورت مجزا بررسی نکنید. مشکلاتی مانند تجمع آب در شکاف‌ها، تمرکز تنش در گوشه‌های تیز، یا عملیات جوش ضعیف می‌تواند باعث خرابی زودهنگام بهترین مواد شود.

کلام پایانی

وقتی صحبت از فولاد می شود، ذهنیت «به اندازه کافی نزدیک» خطرناک است. مواد ممکن است یکسان به نظر برسند (نقره‌ای-سفید) و نام یکسانی داشته باشند ("فولاد")، اما در عمل، یکی ممکن است یک دهه دوام بیاورد در حالی که دیگری در شش ماه زنگ می‌زند. یکی ممکن است برای چرخ دنده ها مناسب باشد، در حالی که دیگری فقط برای یک براکت اولیه مناسب است.

بنابراین، هنگام ارزیابی فولاد، با سؤالاتی مانند "گران است؟"، "آیا براق است؟" یا "آیا ضد زنگ است؟" شروع نکنید. با سناریوی کاربردی شروع کنید: آیا به مقاومت در برابر زنگ زدگی، ظرفیت باربری-، مقاومت در برابر سایش، عملیات حرارتی یا قابلیت جوشکاری نیاز دارد؟

هیچ "بهترین" فولاد وجود ندارد. مناسب ترین انتخاب را فقط می توان با محیط خاصی که در آن استفاده می شود تعیین کرد.