فولاد 1.8550 (34CrAlNi7) چیست؟

شاید بپرسید چطور قطعات فلزی در ماشین‌آلات صنعتی، خودروها یا حتی ابزارهایی که روزانه با آن‌ها سر و کار داریم، اینقدر مقاوم و بادوام‌اند؟ دلیل این سطح از مقاومت در نوع فولادی است که از آن ساخته شده‌اند. در این مقاله، می‌خواهیم درباره یکی از همین فولادها یعنی فولاد 1.8550 صحبت کنیم. این فولاد در آلمان با نام 34CrAlNi7 هم شناخته شده و جزو دسته فولاد نیترات محسوب می‌شود. به‌خاطر ویژگی‌هایی مانند در برابر سایش و فرسودگی، کاربردهای مختلفی دارد.

ترکیب شیمیایی فولاد 8550 

فولاد 1.8550، یک آلیاژ است؛ یعنی از ترکیب چند فلز و عناصر دیگر تشکیل می‌شود. اما چه چیزی آن را از بقیه فولادها متفاوت می‌کند؟ همان‌طور که می‌دانید، اصلی‌ترین تفاوت هر فولاد در ترکیب شیمیایی آن است.

عملیات حرارتی فولاد 34CrAlNi7 یا 1.8550 

اینکه فولاد 1.8550 دارای خصوصیات بسیار خوبی است، فقط به ترکیب شیمیایی آن بستگی ندارد؛ بلکه مراحل خاصی باید روی آن انجام شود که به آن عملیات حرارتی می‌گوییم که هر مرحله‌ای دما و زمان مخصوص خود را دارد:

1. آنیلینگ (گرم کردن و سرد کردن آروم): اول فولاد را تا دمای حدود 650 تا 700 درجه سانتی‌گراد گرم کرده و بعد خیلی آروم سرد می‌کنند. این کار باعث می‌شود تا فولاد نرم‌تر و آماده‌تر برای برش‌کاری یا شکل‌دهی شود. سختی اون در این حالت حدود 248 برینل است.
2. آستنیت‌کاری (گرمایش تا اوج): حالا فولاد را دوباره تا دمای بالاتری، حدود 840 تا 880 درجه سانتی‌گراد، گرم می‌کنند. در این دما، ساختار داخلی فولاد تغییر و آماده شده تا در مرحله بعدی خیلی سخت شود.
3. کوئنچ (سرد کردن ناگهانی): بعد از گرم شدن کامل، فولاد را ناگهان داخل محیطی مثل روغن یا مایع دیگه‌ای سرد می‌کنند. این شوک حرارتی باعث می‌شود تا فولاد خیلی سخت و محکم شود. اما کمی شکننده هم می‌شود.
4. تمپرینگ (ملایم کردن سختی): چون فولاد بعد از کوئنچ ممکن است کمی شکننده باشد، آن را دوباره تا دمایی پایین‌تر (معمولاً بین 200 تا 600 درجه سانتی‌گراد) گرم کرده و بعد آروم‌تر سرد می‌کنند. این مرحله، سختی زیاد را کمی ملایم‌تر کرده اما در عوض، مقاومت فولاد را در برابر ضربه و شکستن به شدت بالا می‌برد.
5. نیتروژن‌دهی (Nitration): این مرحله، برگ برنده فولاد 1.8550 هستش و دلیل اصلی انتخاب این فولاد برای کاربردهای خاص به حساب میاد. نیتروژن‌دهی در دمای نسبتاً پایین‌تر، معمولاً بین 480 تا 570 درجه سانتی‌گراد، و توی محیطی که گاز نیتروژن (مثل گاز آمونیاک) دارد، انجام می‌شود. در این دما، نیتروژن وارد سطح فولاد شده و با عناصر آلیاژی، به خصوص آلومینیوم و کروم، واکنش می‌دهد. سپس نیتریدهای خیلی سخت و ریز تشکیل می‌شود. این نیتریدها یک لایه سطحی فوق‌العاده سخت با مقاومت عالی در برابر سایش، خستگی و خوردگی ایجاد می‌کنند. سختی سطحی بعد از نیتروژن‌دهی می‌تواند به 950 ویکرز (HV) برسد که خیلی بالاتر از سختی فولادهای معمولی است. این لایه سطحی سخت، از فولاد در برابر سایش محافظت می‌کند.

کاربردهای فولاد 1.8550 

• خودروها: این فولاد در ساخت قطعات مهم موتور و گیربکس خودروها مثل میل بادامک (که سوپاپ‌ها را باز و بسته می‌کند)، محور پینیون (بخشی از دیفرانسیل)، چرخ دنده‌ها و حتی پیستون‌ها به کار می‌رود. این قطعات مدام در حال حرکت و سایش هستند و به مقاومت فوق‌العاده‌ای نیاز دارند.
• ماشین‌آلات صنعتی: هر جا که نیاز به دقت بالا و مقاومت در برابر سایش باشد، فولاد 1.8550 مورد استفاده قرار می‌گیرد. مثلاً در ساخت محور ماشین‌های ابزار، قطعات پمپ‌های دقیق، ابزارهای اندازه‌گیری و پین‌ها.
• صنعت حفاری و معدن: در این صنایع، قطعات در معرض سایش شدید با مواد سخت قرار می‌گیرند. فولاد 1.8550 در ساخت قطعات مته‌های حفاری و بوش‌های مقاوم در برابر سایش استفاده می‌شود تا عمر تجهیزات طولانی‌تر شود.
• قالب‌سازی: برای ساخت قالب‌هایی که پلاستیک یا فلزات مذاب توی اون‌ها تزریق می‌شوند، نیاز به فولادی است که هم سخت بوده و هم بتواند حرارت را تحمل کند. 
• صنایع انرژی: در بخش‌هایی از توربین‌ها و کمپرسورها که تحت دماهای بالا و بارهای تکراری قرار دارند، این فولاد به خاطر مقاومت بالا در برابر خستگی، استفاده می‌شود.

ویژگی‌های فیزیکی فولاد 34CrAlNi7

• چگالی (وزن مخصوص): تقریباً 7.73 گرم بر سانتی‌متر مکعب (یعنی هر سانتی‌متر مکعب از این فولاد، حدود 7.73 گرم وزن داره).
• مدول الاستیسیته (سفتی): حدود 210 گیگاپاسکال (این عدد نشون‌دهنده مقاومت فولاد در برابر تغییر شکل تحت باره؛ هرچی بالاتر باشد، فولاد سفت‌تر است).

نکاتی درباره خرید و مشخصات فنی فولاد 1.8550

فولاد 1.8550 معمولاً به شکل میلگرد و در قطرهای مختلف (معمولاً از 50 میلی‌متر تا 350 میلی‌متر) در بازار موجود است . تولیدکننده‌های معروف اروپایی مثل بودریوس (Buderus)، ووستالپاین (Voestalpina) و آربد (Arbed) از اصلی‌ترین تأمین‌کننده‌های این فولاد در سطح جهانی هستند. در ایران هم، شرکت‌های معتبری مثل میهن فولاد این نوع فولاد رو با کیفیت مناسب عرضه می‌کنند.

سوالات متداول

1. فولاد 1.8550 چیست و چه نام‌های دیگری دارد؟
   فولاد 1.8550 یک نوع فولاد آلیاژی نیتراته (Nitriding Steel) است که در استاندارد DIN آلمان با کد 34CrAlNi7 شناخته می‌شود. ویژگی آن، قابلیت عالی برای نیتراسیون سطحی است که باعث سختی بسیار بالا و مقاومت فوق‌العاده در برابر سایش می‌شود. نام‌های تجاری یا معادلات دیگری که ممکن است با آن‌ها روبه‌رو شوید شامل AL12، V820 و A355(C) هستند.
2. چه چیزی فولاد 1.8550 را برای نیتراسیون مناسب می‌کند؟
   عنصر اصلی که فولاد 1.8550 را برای نیتراسیون مناسب می‌کند، آلومینیوم (با درصد تقریبی 0.8 تا 1.2 درصد) است. آلومینیوم یک عنصر نیتریدزای قوی است؛ یعنی در طول فرآیند نیتراسیون، با نیتروژن واکنش داده و نیتریدهای بسیار ریز و سخت آلومینیوم (AlN) را در سطح فولاد تشکیل می‌دهد. این نیتریدها هستند که سختی و مقاومت سایشی بی‌نظیری به سطح قطعه می‌دهند. کروم و مولیبدن هم به پایداری این نیتریدها کمک می‌کنند.
3.  فولاد 1.8550 در برابر خوردگی مقاوم است؟
   در حالی که فولاد 8550 یک فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) نیست، لایه نیتریده شده در سطح آن می‌تواند تا حدودی مقاومت به خوردگی را بهبود بخشد، به خصوص در مقایسه با فولادهای غیرنیتریده شده. اما اگر کاربرد شما نیاز به مقاومت به خوردگی بسیار بالا دارد (مثلاً در محیط‌های بسیار اسیدی یا شور)، باید گزینه‌های دیگر یا پوشش‌های محافظ اضافی را در نظر بگیرید.
4.  سختی فولاد 8550 پس از نیتراسیون چقدر است؟
   پس از فرآیند نیتراسیون، سختی سطحی فولاد 1.8550 می‌تواند افزایش یابد و به حدود 950 ویکرز (HV) برسد. این در حالی است که سختی مغز فولاد در حالت آنیل شده (پیش از عملیات حرارتی) تقریباً 248 برینل (HB) است. این تفاوت بین سختی سطح و مغز، یکی از نقاط قوت اصلی این فولاد است که آن را برای کاربردهای نیازمند مقاومت سایشی بالا در کنار چقرمگی مغز مناسب می‌سازد.
5. فولاد 1.8550 در چه صنایعی کاربرد دارد؟
   ساخت قطعات موتور و گیربکس مانند میل بادامک، محور پینیون، چرخ دنده‌ها و پیستون‌ها، ساخت محور ماشین‌های ابزار، قطعات پمپ‌های دقیق، ابزارهای اندازه‌گیری و پین‌ها، برای قالب‌های پلاستیک و دایکاست، قطعات مقاوم در برابر سایش تجهیزات. در قطعات حساس توربین‌ها و کمپرسورها که تحت بارهای متناوب و دماهای بالا قرار دارند.