خواص مکانیکی استنلس استیل

مقدمه

آهن خالص آنقدر نرم است که نمی‌توان از آن برای سازه های صنعتی و مهندسی استفاده کرد، اما افزودن مقادیر کمی از عناصر دیگر (مثلاً کربن، منگنز یا سیلیسیوم) استحکام مکانیکی آن را بسیار افزایش می‌دهد. آلیاژها معمولاً از فلزات خالص قوی‌تر هستند، اگرچه معمولاً هدایت الکتریکی و حرارتی کمتری دارند. مقاومت مهمترین معیاری است که بسیاری از مصالح سازه ای بر اساس آن قضاوت می شوند. بنابراین از آلیاژها برای ساخت و ساز مهندسی استفاده می شود. اثر هم افزایی عناصر آلیاژی و عملیات حرارتی تنوع فوق العاده ای از ریزساختارها و خواص را ایجاد می کند.

عناصر آلیاژی در ورق استیل

کربن:

کربن یک عنصر غیر فلزی است که یک عنصر آلیاژی مهم در تمام مواد مبتنی بر فلزات آهنی است. کربن همیشه در آلیاژهای فلزی وجود دارد، یعنی در تمام گریدهای ورق استیل و آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت کربن وجود دارد. کربن یک آستنیتایز بسیار قوی است و استحکام فولاد را افزایش می دهد. در واقع، عنصر سخت کننده اصلی است و برای تشکیل سمنتیت، Fe3C، پرلیت، اسفروئیدیت و مارتنزیت آهن-کربن ضروری است. افزودن مقدار کمی کربن غیر فلزی به آهن، شکل پذیری عالی آن را با استحکام بیشتر عوض می کند. اگر با کروم به عنوان یک ترکیب جداگانه (کاربید کروم) ترکیب شود، ممکن است با حذف مقداری از کروم از محلول جامد در آلیاژ و در نتیجه کاهش مقدار کروم موجود برای اطمینان از خوردگی، اثر مضری بر مقاومت به خوردگی داشته باشد.

کروم:

کروم سختی، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد. اثر تقویتی تشکیل کاربیدهای فلزی پایدار در مرزهای دانه و افزایش شدید مقاومت در برابر خوردگی، کروم را به یک ماده آلیاژی مهم برای فولاد تبدیل خواهد کرد. مقاومت این آلیاژهای فلزی در برابر اثرات شیمیایی عوامل خورنده بر اساس غیرفعال سازی است. برای اینکه غیرفعال شدن اتفاق بیفتد و پایدار بماند، آلیاژ Fe-Cr باید دارای حداقل مقدار کروم حدود 11 درصد وزنی باشد که در بالای آن انفعال می تواند رخ دهد و کمتر از آن غیرممکن است. کروم می تواند به عنوان یک عنصر سخت کننده استفاده شود و اغلب با یک عنصر سخت کننده مانند نیکل برای ایجاد خواص مکانیکی برتر استفاده می شود. در دماهای بالاتر، کروم به افزایش استحکام کمک می کند. فولادهای ابزار با سرعت بالا بین 3 تا 5 درصد کروم دارند. معمولاً برای کاربردهایی از این نوع در همراهی با مولیبدن استفاده می شود.

نیکل:

نیکل یکی از رایج ترین عناصر آلیاژی است. حدود 65 درصد از تولید نیکل در ورق های استیل استفاده می شود. از آنجایی که نیکل هیچ ترکیب کاربیدی در فولاد ایجاد نمی کند، به صورت محلول در فریت باقی می ماند و در نتیجه فاز فریت را تقویت و سخت می کند. فولادهای نیکل به راحتی عملیات حرارتی می شوند زیرا نیکل سرعت خنک سازی بحرانی را کاهش می دهد. آلیاژهای مبتنی بر نیکل (مانند آلیاژهای (Fe-Cr-Ni-Mo) شکل‌پذیری و چقرمگی بسیار خوبی را حتی در سطوح استحکام بالا نشان می‌دهند و این خواص تا دماهای پایین حفظ می‌شوند. نیکل همچنین انبساط حرارتی را برای ثبات ابعادی بهتر کاهش می دهد. نیکل عنصر پایه سوپرآلیاژها است که گروهی از آلیاژهای نیکل، آهن نیکل و کبالت هستند که در موتورهای جت استفاده می شوند. این فلزات مقاومت بسیار خوبی در برابر تغییر شکل ناشی از خزش حرارتی دارند و سفتی، استحکام، چقرمگی و پایداری ابعادی خود را در دماهای بسیار بالاتر از سایر مواد ساختاری هوافضا حفظ می‌کنند.

مولیبدن:

مولیبدن که در مقادیر کم در ورق های استیل یافت می شود، سختی و استحکام را به ویژه در دماهای بالا افزایش می دهد. نقطه ذوب بالای مولیبدن آن را برای استحکام بخشیدن به فولاد و سایر آلیاژهای فلزی در دماهای بالا مهم می کند. مولیبدن در حدی که مقاومت کششی و خزشی فولاد را در دمای بالا افزایش می دهد منحصر به فرد است. تبدیل آستنیت به پرلیت را بسیار بیشتر از تبدیل آستنیت به بینیت به تاخیر می اندازد. بنابراین، بینیت ممکن است با خنک کردن مداوم فولادهای حاوی مولیبدن تولید شود.

وانادیوم:

وانادیوم به طور کلی به فولاد اضافه می شود تا از رشد دانه در طی عملیات حرارتی جلوگیری کند. در کنترل رشد دانه، هم استحکام و هم چقرمگی فولادهای سخت شده و نرم شده را بهبود می بخشد.

تنگستن:

تنگستن کاربیدهای پایدار تولید می کند و اندازه دانه را برای افزایش سختی، به ویژه در دماهای بالا، اصلاح می کند. تنگستن به طور گسترده در فولادهای ابزار با سرعت بالا استفاده می شود و به عنوان جایگزینی برای مولیبدن در فولادهای فریتی با فعال سازی کاهش یافته برای کاربردهای هسته ای پیشنهاد شده است.

استحکام ورق های استیل

در مکانیک مواد، استحکام یک ماده توانایی آن در تحمل بار اعمال شده بدون شکست یا تغییر شکل پلاستیک است. استحکام مصالح اساساً رابطه بین بارهای خارجی اعمال شده به یک ماده و تغییر شکل یا تغییر در ابعاد مواد را در نظر می گیرد. استحکام یک ماده توانایی آن در تحمل این بار اعمال شده بدون شکست یا تغییر شکل پلاستیک است.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی