فولاد حرارت پذیر چیست؟ کاربردها + مزایا و معایب آن

فولاد حرارت پذیر از انواع فولاد آلیاژی است که با توجه به تنوع در ترکیبات شیمیایی هر گرید خصوصیات مناسبی را ارائه می‌دهند. در این مقاله قصد داریم بیشتر با این دسته از فولادها صحبت کنیم. با میهن فولاد همراه باشید.

فولاد حرارت پذیر چیست؟

فولاد حرارت پذیر دسته ای از فولاد هاست که در یک سیکل حرارتی و برودتی موسوم به عملیات حرارتی، دچار تغییر خواص و فازی آن می‌شود. این در حالی است که هیچ نوع تغییری در ترکیب شیمیایی فولاد رخ نمی‌دهد. بلکه سختی، فرم‌پذیری، چقرمگی قابلیت ماشینکاری آن افزایش می‌یابد.

انواع فولاد حرارت پذیر

فولاد حرارت پذیر به‌طور کلی به چهار دسته اصلی تقسیم‌بندی می‌شود. این دسته‌بندی شامل موارد زیر خواهد بود.

• فولاد حرارت پذیر غیرآلیاژی

یکی از انواع فولاد حرارت پذیر، نمونه‌های غیرآلیاژی آن است که درصد کربن بسیار بالایی دارد. این نمونه از فولاد حرارتی به‌دلیل عدم بهره‌مندی از آلیاژهای مختلف، ممکن است برای قطعات بزرگ مناسب نباشد. بدین ترتیب، معمولا از این فولاد برای قطعات با مقاطع کوچک استفاده می‌شود. همچنین عمق سختی در این نمونه از فولاد حرارتی در حدود ۳ تا ۴ میلیمتر است. در حالی که در فولادهای آلیاژی میتوانیم ۱۰ تا ۱۲ میلی متر را نیز شاهد باشیم.

• فولاد حرارت پذیر منگنزدار

 فولاد حرارت پذیر منگنزدار، یکی از این فولادهای حرارتی با استحکام بالا است. فولادهای حرارتی منگنزدار مقاومت بسیار بالایی را ارائه می‌دهند که تهیه فولاد با چنین سطح مقاومت، بسیار هزینه‌بر خواهد بود.

• فولاد حرارت پذیر کروم‌دار

فولاد حرارت پذیر کروم‌دار، خاصیت سختی‌پذیری و پلاستیسیته بسیار بالایی داشته و قابلیت استفاده برای تولید قطعات فولادی با مقاطع بزرگ وجود دارد.

• فولاد حرارت پذیر کروم-مولیبدن‌دار

فولاد حرارت پذیر کروم – مولیبدن‌دار دسته دیگر از فولادهای حرارتی آلیاژی است که خاصیت سختی‌پذیری فولاد را در سطوح بیشتری نسبت به سایر آلیاژها ارائه می‌دهد.

انواع روش‌های عملیات حرارتی فولاد

عملیات حرارتی برای بهبود خواص شیمیایی و فیزیکی فولاد انجام می‌شود. انواع مختلفی دارد که هر مرحله هدف خاصی دارد. عملیات آنیلینگ، نرماله کردن، سخت‌کاری و کوئنچینگ از انواع آنهاست.

1) عملیات آنیلینگ

آنیلینگ یک فرآیند عملیات حرارتی است که شامل گرمایش و سرمایش است. این فرآیند معمولاً برای نرم شدن فولاد استفاده می‌شود. همچنین، این اصطلاح به روش‌هایی اشاره دارد که برای تغییر خواص مکانیکی یا فیزیکی، تولید یک ریز ساختار مشخص یا حذف گازها در نظر گرفته شده است. دمای عملیات و سرعت خنک شدن به نوع فولاد در حال آنیلینگ و هدف از عملیات بستگی دارد.

2) نرماله کردن

نرمالیزاسیون، فرآیندی است که در آن فولاد تا دمای بالاتر گرم می‌شود و سپس در هوای آزاد سرد می‌شود. هدف از عملیات نرماله‌سازی، حذف اثرات هر عملیات حرارتی یا کار سرد است. فرآیند نرماله‌سازی برای اطمینان از همگن ماندن آستنیت، در هنگام گرم کردن مجدد انجام می‌شود. سازه‌های بعد از نرماله شدن با سازه های حاصل از آنیل متفاوت است.

3) سخت‌کاری

سخت‌کاری یکی دیگر از روش‌های تولید فولاد حرارت پذیر است که در کنار سخت شدن فولاد، قوی‌تر کردن آن نیز مدنظر خواهد بود. البته این کار برخی معایبی را نیز به همراه خواهد داشت. به طور مثال شکل‌پذیری فولاد کاهش یافته و فلز را در معرض شکنندگی قرار می‌دهد. به گونه‌ای که حتی شاید لازم شود تا فلز را کمی نرم‌تر کنید تا از میزان شکنندگی آن کاسته شود.

4) فولادهای کوئنچ تمپر.

عملیات حرارتی تمپرینگ که بعضی اوقات آن را با نام کشش نیز می‌شناسند، فرآیند دیگری است که برای گرم کردن مجدد فولادهای سخت شده مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته سرعت سرد شدن مهم نبوده و به جز فولادهای خاص، نیازی به توجه به این وضعیت نخواهد بود. فرآیند تمپرینگ باعث کاهش سختی فولاد شده و خواص فیزیکی خوبی را در آن ایجاد می‌کند. همچنین، این کار می‌تواند فولاد را اندکی نرم کند که چنین وضعیتی قابل اجتناب هم نیست. البته، مقاومت در برابر میزان سختی فولاد را که در طول این فرآیند از دست می‌رود، می‌توان با کنترل دما تقلیل داد.

معرفی محصولات فولاد حرارت پذیر

فولاد حرارت پذیر در گریدهای مختلف برای استفاده در حوزه‌های مختلف تولید می‌شود. پرکاربردترین گریدهای فولاد حرارت پذیر عبارتند از:

فولاد mo40

یک نوع فولاد حرارت پذیر آلیاژی است که دارای درصدی از فلزات مولیبدن و کروم است. وجود این دو فلز در این آلیاژ باعث افزایش چقرمگی آن شده و برای تولید تجهیزات صنعتی که تحت ضربه، حرارت و یا فشار بالا قرار دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فولاد جزوه آلیاژهای کم کربن دسته‌بندی شده و از معروفترین و یکی از پرکاربردترین انواع فولاد آلیاژی است.

فولاد CK45

فولاد CK45 از انواع فولادهای این گروه است که دسته‌بندی فولادهای کم کربن قرار می‌گیرد. این فولاد در بازار داخلی به فراوانی وجود داشته و کاربردهای زیادی در صنعت خودروسازی دارد. میزان کربن این فولاد عملیات حرارتی‌پذیر، ۰.۴۵ درصد بوده و در بین بازاریان، با نام فولاد سیکا نیز شناخته می‌شود. مقاومت سایشی این فولاد بسیار بالا بوده و به همین دلیل برای تولید ابزارآلاتی که در معرض سایش زیاد قرار دارند، بهترین گزینه خواهد بود. به‌طور مثال، چرخ جرثقیل از جمله قطعاتی است که با این گرید فولاد ساخته می‌شود.

فولاد CK35

دسته‌ای دیگر از انواع فولاد حرارت پذیر کربنی است که در دسته بندی فولادهای غیر آلیاژی قرار می‌گیرد. این فولاد دارای خاصیت شکل‌پذیری عالی و سختی‌پذیری متوسط است. همچنین قابلیت ماشینکاری آن نیز بسیار خوب بوده و در اجزای سازه‌های صنایع ماشین‌سازی کاربرد دارد. همچنین، این فولاد برای تولید قطعات موتور خودرو وسایل و سایر نقلیه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فولاد CK55

دسته‌ای دیگر از این فولادها است که دارای ۰.۵۵ درصد کربن در ترکیب خود است. این فولاد معمولاً در تولید انواع شفت و فنرهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این فولاد در برابر خوردگی استحکام پایین داشته و قابلیت جوشکاری آن نیز بالا است.

فولاد CK60

یکی دیگر از دستگاه‌های پرکاربرد فولاد حرارت پذیر آلیاژی است که استحکام و سختی‌پذیری بیشتری نسبت به سری CK45 دارد. این فولاد مقاطع با بارگذاری‌های سنگین مناسب بوده و در برابر اصطکاک نیز مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می‌دهد. عمده کاربرد این فولاد برای تولید تسمه فولادی بوده و فشارهای ناشی از بارهای سنگین را خواهد داشت.

فولاد 1.6582

این  فولاد حرارت پذیر، به‌دلیل قابلیت حرارت‌پذیری خوب، مقاومت بالا و قیمت مناسب، کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد. ترکیب شیمیایی این فولاد حاوی کربن، کروم و مقدار کمی از عناصر دیگر مانند سیلیسیم، منگنز، فسفر و گوگرد است. وجود کروم در فولاد 1.6582، سختی‌پذیری و مقاومت به سایش آن را افزایش می‌دهد. از جمله خواص مکانیکی این فولاد می‌توان به استحکام کششی بالا، مقاومت به خستگی و ضربه خوب اشاره کرد. از این فولاد در ساخت قطعات مختلفی مانند میل‌لنگ، پیچ و مهره‌ها، غلتک و قطعات سنگین استفاده می‌شود.

فولاد 1.7220 

فولاد حرارت پذیر 1.7220، با قابلیت سمانتاسیون مناسب، پس از عملیات حرارتی سمانتاسیون، مغزی نرم و چقرمه و سطحی سخت و مقاوم به سایش پیدا می‌کند. از این فولاد در ساخت چرخ‌دنده‌های دنده‌ریز، قطعات ماشین‌آلات بسته‌بندی، یاتاقان و غلتک استفاده می‌شود. ترکیب شیمیایی این فولاد حاوی کربن، منگنز، کروم و عناصر دیگر است. وجود منگنز در این فولاد، سختی‌پذیری آن را افزایش می‌دهد. از جمله خواص مکانیکی این فولاد می‌توان به مقاومت به سایش عالی در سطح، مقاومت به ضربه خوب در مغز و استحکام مناسب اشاره کرد. 

فولاد 1.6580 

این فولاد، به‌دلیل استحکام و چکش‌خواری بسیار خوب، در ساخت قطعات با ابعاد بزرگ و بارگذاری زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرد. وجود نیکل، کروم و مولیبدن در این فولاد، سختی‌پذیری، مقاومت به خزش آن را افزایش می‌دهد. از خواص مکانیکی فولاد 1.6580، می‌توان به استحکام و خستگی بسیار بالا، مقاومت به خزش خوب در دماهای بالا و چقش‌خواری خوب اشاره کرد. از آن، در ساخت میل‌لنگ موتورهای دیزلی، توربین‌ها و قطعات هواپیما استفاده می‌شود.

فولاد 1.1203 یا Ck55 

از خواص مکانیکی این فولاد می‌توان به استحکام کششی و چکش‌خواری متوسط اشاره کرد. از این فولاد در ساخت پیچ و مهره، محور، شفت، قطعات صنعتی و کشاورزی استفاده می‌شود. فولاد 1.1203، قابلیت ماشینکاری و جوش‌پذیری خوبی دارد و در ساخت قطعات با استحکام متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرد. 

فولاد 1.6511

 فولاد حرارت پذیر 6511، به‌خاطر مقاومت در برابر ضربه و خستگی بسیار خوب، در ساخت ابزارآلات برشی و قطعات تحت بارگذاری متناوب مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این گرید در ساخت ابزار برشی، مته، قلاویز، فنر و قطعات ساختمانی استفاده می‌شود. ترکیب شیمیایی این فولاد دارای عناصر کربن، کروم، وانادیوم و مقدار کمی از عناصر دیگر مانند سیلیسیم، منگنز، فسفر و گوگرد است. خواص این فولاد می‌توان به مقاومت به ضربه و خستگی بسیار عالی، قابلیت سخت‌کاری سطحی خوب و استحکام بالا اشاره کرد.

فولاد حرارت پذیر 1.7218 

این فولاد گوگرددار، قابلیت ماشینکاری بسیار خوبی دارد. وجود گوگرد در این فولاد، قابلیت ماشینکاری آن را افزایش می‌دهد. استحکام و چکش‌خواری متوسط از ویژگی‌های فولاد 1.7218 است. در ساخت پیچ و مهره، قطعات خودرو، ماشین‌آلات نساجی و بسته‌بندی استفاده می‌شود.

فولاد 1.7228 

فولاد 1.7228، پس از عملیات حرارتی سمانتاسیون، سختی سطحی بالا و مقاومت عالی پیدا می‌کند. از این فولاد در تولید چرخ‌دنده، میل‌لنگ، قطعات ماشین‌آلات بسته‌بندی و صنایع غذایی استفاده می‌شود. مقاومت به خستگی سطحی عالی، مقاومت در برابر ضربه خوب و استحکام کششی مناسب از خصوصیات آن است.

فولاد 1.7254 

فولاد حرارت پذیر 1.7254 با درصد کربن و کروم بالا، سختی‌پذیری بسیار خوبی دارد و در ساخت بلبرینگ و یاتاقان مورد استفاده قرار می‌گیرد. از جمله خواص مکانیکی این فولاد می‌توان به سختی بسیار بالا، مقاومت به سایش عالی  اشاره کرد. از این فولاد در ساخت بلبرینگ، یاتاقان، غلتک و قطعات استفاده می‌شود.

فولاد 1.7035 

این فولاد کربن متوسط، قابلیت جوش‌پذیری و شکل‌پذیری خوبی دارد. در ساخت قطعات جوشکاری شده و فرم‌دهی شده، مخازن تحت فشار، لوله و پروفیل مورد استفاده قرار می‌گیرد. از خواص فولاد حرارت پذیر 7035 می‌توان به استحکام کششی و چکش‌خواری خوب، قابلیت جوش‌پذیری عالی و شکل‌پذیری مناسب اشاره کرد.

نکات مهم برای انتخاب گرید مناسب

فاکتورهای مختلفی وجود دارند که هنگام انتخاب گرید مناسب فولاد حرارتی وجود دارند. اگر بخواهیم ۶ فاکتور اصلی را در این باره معرفی کنیم باید به موارد زیر اشاره کنیم.

• میزان کربن

میزان کربن فولاد حرارت پذیر فاکتور بسیار مهمی است که بر مبنای آن باید فولاد مناسب برای پروژه خود را انتخاب کنیم. هر چه میزان کربن فولادی بیشتر باشد، استحکام آن نیز بیشتر خواهد بود.

• محیط عملیاتی

هنگام انتخاب فولاد این فولاد باید به محیطی که قرار است در آن کار کند نیز توجه نماییم. از جمله فاکتورهایی که در این باره باید مورد توجه قرار دهیم، می‌توان به PH، دما و عوامل فیزیکی اشاره کرد.

• استحکام فولاد

فاکتور مهم بعدی در انتخاب فولاد، استحکام آن است. وقتی قرار است تا فولاد مورد استفاده ما در محیطی با فشارهای بالا کار کند، تهیه نمودن فولادی که مقاومت کمی در برابر فشارهای وارده داشته باشد، مناسب نخواهد بود. بدین ترتیب باید گریدی از فولاد را انتخاب کنیم که مقاومت مناسب را در برابر فشارهای وارده داشته باشد.

• قابلیت ماشین کاری

ماشین‌کاری یکی دیگر از ویژگی‌های مهم در انتخاب از بین گریدهای مختلف فولاد است که قابلیت شکل‌پذیری یک قطعه فولادی را بیان می‌کند. بدین صورت که بتوان آن را با دستگاه‌های ماشین ابزار صیقل داده و قطعات مختلفی را با آنها تولید نمود. ماشین ابزارکاران محترم با این اصل فولاد انتخاب شده که باید قابلیت ماشینکاری داشته باشد، به‌خوبی آشنایی دارند. در صورتی که فولاد برای ماشین‌کاری مناسب نباشد، نه تنها فرآیند تولید قطعه را مختل خواهد کرد، بلکه می‌تواند به دستگاه‌های ماشین ابزار نیز خسارت وارد کند.

• مقاومت در برابر خوردگی

از دیگر ویژگی‌های مهم هنگام انتخاب بین گریدهای مختلف فولاد عملیات حرارتی‌پذیر، مقاومت در برابر خوردگی آن است. خوردگی یک فولاد می‌تواند به‌دلیل حضور در محیط‌های مرطوب یا در معرض مواد شیمیایی رخ دهد.

• قابلیت جوشکاری فولاد عملیات حرارتی‌پذیر

فاکتور مهم دیگری که هنگام انتخاب فولاد حرارت پذیر باید مد نظر قرار بدهیم، می‌تواند این باشد که آیا چنین فولادی قابلیت جوشکاری دارد یا خیر. به‌طور کلی، امکان چنین کاری وجود دارد. برای عملیات حرارتی‌پذیر می‌توان جوش داد. با این حال باید چنین فرآیندی با دقت بسیار بالا انجام شده و برای فولادهای با درصد کربن بالا و یا دارای درصد آلیاژ بالا بهتر است که جوشکاری حداقل مقدار انجام نشود.

کاربردهای فولاد حرارت پذیر

فولاد حرارت پذیر، خواص مکانیکی توسعه یافته‌ای نسبت به آلیاژ ساده دارد. برای مثال استحکام یکی از ویژگی‌های آن است که به همین دلیل در کاربردهای مختلفی در صنعت استفاده می‌شود. از کاربردهای آن می‌توان به ساخت محورها، شفت‌ها، میل‌‍لنگ‌ها، قطعات دوار، قطعات دندانه‌دار و… اشاره کرد. به‌طور کلی در صنایع زیادی از این فولاد استفاده می‌شود و همچنین، بسته به گرید مصرفی فولاد حرارتی‌پذیر، قیمت فولاد آلیاژی نیز متفاوت خواهد بود.

مزایای استفاده از فولاد حرارت پذیر

عملیات حرارتی می‌تواند مزایای متعددی مانند افزایش استحکام، بهبود مقاومت در برابر سایش و افزایش چقرمگی را به همراه داشته باشد. به‌عنوان مثال، استحکام کششی فولاد عملیات حرارتی پذیر می‌تواند تا 50٪ افزایش یابد. این ویژگی، آن را برای کاربردهایی که در آن ها استحکام ضروری است، مانند قطعات هوافضا و قطعات خودرو، مناسب می‌سازد. علاوه‌براین، از عملیات حرارتی می‌توان برای بهبود مقاومت در برابر خستگی با تغییر ریز ساختار فلزات از طریق فرآیندهای تمپر یا آنیلینگ استفاده کرد.

معایب استفاده از فولاد حرارت پذیر

علی رغم مزایای فراوان آن، هنوز برخی از معایب مربوط به عملیات حرارتی وجود دارد که باید قبل از استفاده از این فرآیند در نظر گرفته شود.

در صورت نیاز به دریافت راهنمایی درمورد خرید یا قیمت فولاد حرارت پذیر دارید، میتوانید با کارشناسان میهن فولاد در ارتباط باشید.

سوالات متداول

1. فولاد حرارت پذیر چیست؟
   در یک سیکل حرارتی و برودتی موسوم به عملیات حرارتی، دچار تغییر فازی و خواص آن می‌شود. در حالی که هیچ مدل تغییری در ترکیب شیمیایی فولاد رخ نمی‌دهد. از طرفی، فرم‌پذیری، سختی، چقرمگی قابلیت ماشینکاری آن افزایش می‌یابد.
2. کاربردهای فولاد حرارتی چیست؟
   شفت‌ها، محورها، میل لنگ‌ها، قطعات دندانه دار، قطعات دوار و… .
3. فولاد حرارتی پذیر را از کجا تهیه کنیم؟
   شما می‌توانید برای خرید یا اطلاع از قیمت فولاد باکیفیت با هزینه مناسب، با کارشناسان میهن فولاد تماس بگیرید.