فولاد آلیاژی چیست؟ +‌ آشنایی با کاربردها و انواع آن

قبل‌تر در مورد آلیاژ چیست؟ صحبت کرده‌ایم. اکنون می‌خواهیم به “فولاد آلیاژی چیست؟” بپردازیم. فولاد آلیاژی یکی از پرکاربردترین و محبوب ترین فلزات در صنایع مختلف است. این فلز ارزشمند به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شود که شامل فولاد سردکار، فولاد گرمکار، فولاد‌حرارت‌پذیر، فولاد سمانتاسیون، فولاد‌تندبر ،فولاد قالب‌پلاستیک و…. است. این فولاد به شکل‌های فیزیکی مختلف ورق، لوله، میلگرد، بلوک و…. تولید و عرضه می‌شود. در ادامه مقاله فولاد آلیاژی چیست، همراه میهن فولاد باشید تا به طور مفصل آن را بررسی کنیم.

ترکیبات فولاد آلیاژی چیست؟

فولاد آلیاژی، ترکیبی از آهن، کربن و عناصر آلیاژی دیگر است که برای دستیابی به خواص مکانیکی و شیمیایی خاص، تولید می‌شود. این فولادها، نسبت به فولادهای کربنی، عملکرد بهتری در کاربردهای مختلف ارائه می‌دهند. درواقع، با افزایش یا کاهش میزان کربن در آلیاژ، سختی و شکنندگی آن کم یا زیاد شده و سبب به وجود آمدن انواع مختلفی می‌شود. 

همان‌طور که می‌دانید، عنصر اصلی در همه فولادها، آهن است. کربن نیز نقش مهمی در افزایش سختی و استحکام فولاد دارد. با کنترل میزان کربن، می‌توان خواص مکانیکی فولاد را تنظیم کرد. اما آنچه فولاد آلیاژی را متفاوت می‌کند، حضور سایر عناصر آلیاژی است.

برخی از عناصر آلیاژی 

منگنز (Mn) و سیلیسیم (Si) از عناصر آلیاژی رایج هستند که به ترتیب برای افزایش استحکام و بهبود خواص ریخته‌گری به فولاد اضافه می‌شوند. کروم (Cr)، عنصر مهمی در فولادهای زنگ‌نزن است. این عنصر با ایجاد یک لایه اکسید محافظ بر روی سطح فولاد، مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می‌بخشد.

نیکل (Ni) چقرمگی و انعطاف‌پذیری فولاد را افزایش می‌دهد و مقاومت آن را در برابر ضربه بهبود می‌بخشد. به همین دلیل، فولادهای نیکل‌دار در محیط‌های سرد و کاربردهایی که نیاز به مقاومت در برابر ضربه دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مولیبدن (Mo) مقاومت فولاد را در برابر خزش در دماهای بالا افزایش می‌دهد. این ویژگی، فولادهای مولیبدن‌دار را برای کاربرد در قطعات موتور جت و توربین‌های گازی مناسب می‌سازد. وانادیم (V)، تنگستن (W) و کبالت (Co) نیز از دیگر عناصر آلیاژی هستند که برای افزایش سختی، مقاومت به سایش و حفظ استحکام در دماهای بالا به فولاد اضافه می‌شوند.

عناصری مانند مس (Cu)، آلومینیوم (Al)، نیوبیم (Nb)، تیتانیوم (Ti)، نیتروژن (N) و بور (B) نیز در برخی از فولادهای آلیاژی به کار می‌روند و هر کدام نقش خاصی در بهبود خواص فولاد ایفا می‌کنند. ترکیب مناسب این عناصر، منجر به تولید فولادهایی با خواص منحصربه‌فرد برای کاربردهای گوناگون می‌شود. برای مثال، فولادهای ابزار که حاوی ترکیبی از تنگستن، مولیبدن، وانادیم و کبالت هستند، سختی و مقاومت به سایش بسیار بالایی دارند.

کاربرد فولاد آلیاژی چیست؟

فولاد آلیاژی با خواص فیزیکی و مکانیکی متفاوت از فولادهای کربنی تولید می‌شود و به دلیل خصوصیات آن، در بسیاری از صنایع کاربردهای مختلف دارد. برخی کاربردهای فولاد آلیاژی عبارتند از:

صنایع هوایی و فضایی

ساخت پره‌ها و پروانه‌های هواپیماها و فضاپیماها، نیازمند موادی با استحکام بالا و وزن کم است که فولاد آلیاژی به خوبی از عهده‌ی آن برمی‌آید.

صنایع خودروسازی

در صنعت خودروسازی، فولاد آلیاژی در ساخت اجزای مهمی مانند میل لنگ، سیلندر، چرخ‌دنده، فنر و سیستم تعلیق به‌کار می‌رود. 

صنایع ساختمانی

در سازه‌های عظیم مانند پل‌ها، تونل‌ها، برج‌ها و سدها، فولاد آلیاژی به عنوان متریال اصلی ساختار عمل می‌کند. ورق‌ها و نوارهای فولادی در ساخت اسکلت ساختمان‌ها، مقاومت و پایداری را ایجاد می‌کنند.

صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، فولاد آلیاژی در ساخت لوله‌ها، اتصالات، مخازن و تجهیزات حفاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. مقاومت به خوردگی و فشار بالا، از ویژگی‌های فولاد در این صنایع است.

ساخت ابزار

این فولاد به دلیل دقت و قابلیت تحمل‌پذیری بالا در برابر دما و فشار در ساخت ابزارهای دقیق مانند ابزارهای پزشکی و ابزارهای هوافضا استفاده می‌شود.

علاوه بر کاربردهای فوق، فولاد آلیاژی در ساخت ابزارهای برشی، ابزارهای پرسی، بلبرینگ، مبدل‌ها، راکتورهای هسته‌ای، درب‌های ضد سرقت، پیچ و مهره و بسیاری از محصولات دیگر نیز به‌کار می‌رود. این‌ موارد تنها بخش کوچکی از کاربردهای فولاد آلیاژی است.

معرفی انواع فولاد آلیاژی

قبل از خرید فولاد آلیاژی آشنایی با انواع آن امر مهمی شناخته می‌شود. این فولادهای پرکاربرد به دو دسته‌ی «فولاد کم آلیاژ» و «فولاد پرآلیاژ» دسته‌بندی می‌شوند. فولادهای کم آلیاژ فولادهایی هستند که مجموع وزن عناصر آلیاژی در آن‌ها کمتر از 8 درصد است و خالص‌ترین نوع فولاد هستند. در مقابل فولادهای پرآلیاژ بیشتر از 8 درصد عناصر آلیاژی دارند. در ادامه به معرفی مهم‌تربن فولادهای آلیاژی می‌پردازیم.

فولادهای سردکار

فولاد سردکار (Cold Rolled Steel) یک نوع فولاد است که با فرآیند کرنش سرد به شکل داده شده است. در این فرآیند ورق‌های فولادی با ضخامت کمتر از 3 میلیمتر در دمای کمتر از دمای آنیل شدن قرار می‌گیرند و با استفاده از غلطک‌هایی با قطر کوچک شکل می‌گیرند. این فرآیند باعث بهبود صافی و صفحه‌بندی سطح ورق‌های فولادی می‌شود. درصد کربن این نوع فولاد بالاتر از انواع دیگر است. فولاد سرکارد برای کار در دماهای پایین ساخته شده است و در دماهای بالا نمی‌تواند مقاومت خود را حفظ کند.

فولاد سردکار به دلیل خواص مکانیکی و فیزیکی بهتر در مقایسه با فولاد گرمکار، در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، در صنایع ساختمانی، از فولاد سردکار برای ساخت پروفیل‌های فلزی، کانال‌های برق، قطعات فلزی در درب و پنجره، ساخت وسایل خانگی مانند یخچال و تلویزیون و غیره استفاده می‌شود. در صنایع خودروسازی نیز، از فولاد سردکار برای ساخت قطعات خودرویی مانند بدنه خودرو، تانک بنزین و کارواشر استفاده می‌شود. همچنین، در صنایع هواپیماسازی، فولاد سردکار برای ساخت بعضی از قطعات هواپیما نیز به کار می‌رود.

فولادهای گرمکار

فولاد گرمکار در دماهای بالا مقاومت بسیار بیشتری نشان می‌دهد و ویژگی‌های خود را حفظ می‌کند. فولاد گرمکار یا (Hot Rolled Steel) در فرآیند کرنش گرم به شکل داده شده است. فولاد گرمکار به دلیل قیمت کمتر و تولید سریع‌تر در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال در صنایع ساختمانی از فولاد گرمکار برای ساخت قطعات فلزی مانند تیرچه‌ها، پایه‌ها، نبشی‌ها و غیره استفاده می‌شود. در صنایع خودروسازی نیز از فولاد گرمکار برای ساخت قطعات مانند شاسی، جعبه‌های گیربکس و غیره استفاده می‌شود. همچنین در صنایع لوله‌سازی و تجهیزات نفت و گاز نیز، از فولاد گرمکار استفاده می‌شود.

فولاد آلیاژی سمانتاسیون

فولاد سمانتاسیون (سمانته) به فولادی می‌گویند که سطح آن طی عملیات‌های حرارتی سخت شده ولی عمق تغییری نکرده است. به عبارتی دیگر سختی‌پذیریی سطح فولاد سمانته با افزایش کربن بالا می‌رود و در برابر ضربه مقاوم می‌شود. کاربرد این فولاد بیشتر درصنایع پلاستیک، ساخت ملامین، تولید چرخ دنده و طراحی قطعات فرمان است.

فولاد فنر

فولاد فنر به دلیل وجود عنصر سیلیسیوم و کروم خاصیت الاستیسیته (ارتجاعی) زیادی دارد و در بازار برای ساخت انواع فنر، قطعات موتور، خودرو و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. از دیگر عناصر مهم در تولید این فولاد که سبب دوام آن در برابر تنش و حرات می‌شوند، می‌توانیم به وانادیوم، مولیبدن و منگنز اشاره کنیم. ارزان ترین فولاد آلیاژی در این زمینه هم فولاد فنر پرکربن نام دارد و در صنایع زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فولاد ابزار

این فولاد برای ساخت انواع ابزارآلات مانند: چکش، قالب کوره و ریخته‌گری استفاده می‌شود. در فولادهای ابزاری، مقاومت در برابر سایش، دما، برش و استحکام اهمیت بیشتری نسبت به خاصیت کشسانی دارد. این فولاد از نظر عناصر به کار رفته در آن به 3 دسته فولاد کم آلیاژ، پرآلیاژ و غیرآلیاژی تقسیم می‌شود و از نظر دما در 2 نوع ابزار سردکار و گرم‌کار وجود دارد.

قابلیت شکل‌پذیری، برش و سختی کافی از مهم‌ترین ویژگی‌هایی است که در هنگام فروش فولاد آلیاژی باید به خاطر داشته باشید.

فولاد تندبر

یکی از معروف‌ترین و پرکاربردترین فولادهای ابزار، فولاد تندبر (خشکه هوایی) است که در صنعت خودرو و ابزارهای برش کاربرد دارند. تندبر از نوع فولاد پرآلیاژ بوده و مقاومت بسیار زیادی در برابر سایش و حرارت دارد. دو عنصر مهمی که سبب داشتن این ویژگی‌ها می‌شود، تنگستن و مولیبدن است. (از 12 تا 20 درصد)

از دیگر عناصر به کار رفته شده در این فولاد می‌توانیم به کربن اشاره کنیم که افزایش سختی را به همراه می‌آورد و کرم که باعث کاهش اکسیداسیون و بالارفتن سختی‌پذیری می‌شود.

فولاد قالب پلاستیک

فولاد قالب پلاستیک به نوعی از فولاد گفته می‌شود که به طور خاص برای ساخت قالب‌های مورد استفاده در فرآیند تزریق پلاستیک طراحی شده است. این نوع فولادها به دلیل ویژگی‌های خاص خود مانند مقاومت به سایش، پولیش‌پذیری بالا، و پایداری ابعادی، در صنایع تولیدی پلاستیک بسیار مهم هستند.

فولاد حرارت پذیر

فولاد حرارت پذیر به نوعی از فولاد گفته می‌شود که قابلیت سخت شدن و بهبود خواص مکانیکی از طریق فرآیندهای حرارتی را دارد. این نوع فولادها به دلیل ویژگی‌های خاصی مانند سختی بالا، مقاومت به سایش و توانایی تحمل بارهای سنگین، در بسیاری از کاربردهای صنعتی و مهندسی به کار می‌روند.

فولاد اتومات و نیمه اتومات (Free-Machining Steel)

این نوع فولاد با افزودن عناصری مانند گوگرد، فسفر و سرب، قابلیت ماشینکاری خوبی پیدا می‌کند. تراشه‌های ریز و شکسته شده حین ماشینکاری، از سایش ابزار جلوگیری کرده و سرعت تولید را افزایش می‌دهند. فولاد اتومات یا خوش تراش، در ساخت قطعاتی مانند پیچ، مهره و چرخ‌دنده کاربرد دارد.

فولاد ساختمانی و کربنی (Structural and Carbon Steel)

فولاد ساختمانی و کربنی، شامل فولادهای پرکاربرد در صنایع ساختمانی و عمرانی است. مقاومت مکانیکی مناسب و قیمت مقرون‌به‌صرفه، از ویژگی‌های این فولادهاست. با تنظیم میزان کربن و سایر عناصر آلیاژی، می‌توان خواصی مانند استحکام، سختی و شکل‌پذیری را در آنها تغییر داد.

فولاد نسوز و مقاوم به دما (Heat-Resistant Steel)

در محیط‌های با دمای بالا، مانند موتورهای جت، توربین‌های گازی و کوره‌های صنعتی، نیاز به فولادی با مقاومت حرارتی و خزشی بالا است. فولاد نسوز با داشتن عناصری مانند کروم، نیکل، مولیبدن و وانادیم، در برابر اکسیداسیون و تغییر شکل در دماهای بالا مقاومت می‌کند.

فولادهای ابزار کربنی (Carbon Tool Steel)

این فولادها با داشتن میزان کربن بالا (0.5 تا 1.5 درصد)، سختی و مقاومت به سایش بسیار خوبی دارند. از این فولادها در ساخت ابزارهای برشی، قالب‌های قالب‌گیری و سایر ابزارهای دستی و ماشینی استفاده می‌شود.

فولاد ضدزنگ (Stainless Steel)

وجود حداقل 10.5 درصد کروم در این فولادها، لایه‌ای محافظ از اکسید کروم بر روی سطح آنها ایجاد می‌کند. این موضوع، مقاومت به خوردگی خوبی در برابر رطوبت، مواد شیمیایی و اکسیداسیون را فراهم می‌کند. فولاد ضدزنگ در صنایع غذایی، پزشکی، ساختمانی و دریایی کاربرد گسترده‌ای دارد.

فولادهای نیتراته (Nitriding Steels)

با نفوذ نیتروژن به سطح این فولادها در دمای بالا، لایه‌ای سخت و مقاوم در برابر سایش ایجاد می‌شود. فولادهای نیتراته در ساخت قطعاتی مانند میل‌لنگ، چرخ‌دنده و قالب‌های تزریق پلاستیک مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فولادهای یاتاقان (Bearing Steels)

این فولادها با داشتن سختی بالا، مقاومت به سایش و خستگی عالی، برای ساخت یاتاقان‌های بلبرینگ و رولبرینگ مناسب هستند. کروم، مولیبدن و وانادیم از عناصر اصلی موجود در این فولادها هستند.

فولاد منگنزی (Manganese Steel)

با افزودن میزان قابل توجهی منگنز (10 تا 14 درصد) به فولاد، مقاومت به سایش و ضربه آن افزایش می‌یابد. از فولاد هادفیلد در ساخت قطعاتی مانند ریل راه‌آهن، سنگ،شکن و آرواره‌های بیل مکانیکی استفاده می‌شود.

آلیاژهای صنعت نفت و پتروشیمی (Oil and Gas Alloys)

این دسته شامل فولادهای مقاوم به خوردگی در برابر محیط‌های شیمیایی خاص صنایع نفت، گاز و پتروشیمی است. نیکل، کروم، مولیبدن و مس از عناصر اصلی موجود در این آلیاژها هستند.

تاریخچه فولاد آلیاژی چیست؟

برای بررسی سوال تاریخچه فولاد آلیاژی چیست؟، نیاز است کمی به عقب‌تر یعنی به دوران پیدایش آهن برگردیم زیرا همانطور که می‌دانید، عنصر پایه تشکیل همه نوع فولاد، آهن است. پس از برخورد شهاب سنگ با کره‌ی زمین، تکه‌هایی از این جسم آسمانی بر روی سطح زمین باقی ماند و پس از سرد و سخت شدن تکه‌هایی از آهن در آن قابل مشاهده بود. 

در آن زمان انسان‎‌های نخستین برای اولین بار این عنصر را مشاهده کردند. پس از گذشت زمان استفاده از آهن بسیار مرسوم گشت و دلیل این محبوبیت هم ویژگی‌هایی چون استحکام، ماندگاری بالا، مقاومت در برابر ورود آب، رسانایی گرما در زمستان و…. بود.

در آن زمان، مقدار استفاده از آهن آنقدر افزایش یافت که از آن دوره به عصر آهن یاد می‌کنیم. با گذشت از عصر آهن و ازدیاد نیاز‌های انسان‌ها، بشر به فکر توسعه محیط زندگی خود افتاد، که موجب تولید فولاد گردید.

تاریخچه استفاده از فولاد

تاریخچه استفاده از فولاد در حدود 1800 سال قبل از میلاد ثبت شده است که مربوط به عصرهای گوناگونی مثل امپراطوری و تمدن روم، امپراطوری مغول‌ها ، سلسله‌های پادشاهی چین و… می‌شود. برای مثال در قرن ششم قبل از میلاد، صنعت‌گران هندی برای ساخت شمشیر، نیزه و تیغه استفاده می‌کردند.

در مثالی دیگر در کشور چین، پس از اختراع فناوری بسمر، برای تولید انبوه برخی ابزارها از فولاد استفاده می گردند. پس از گذشت تمامی این دوره‌ها، بشر به ساخت فولای که بتواند از آن در موارد تخصصی با ویژگی‌های خاص‌تر نیاز پیدا کرد که همین نیاز باعث تولید فولاد آلیاژی شد. 

تفاوت فولاد آلیاژی و غیرآلیاژی در چیست؟

فولاد به دو دسته کلی آلیاژی و غیرآلیاژی تقسیم می‌شود که این دو تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند. اگر به‌صورت کلی بخواهیم تفاوت فولاد آلیاژی و غیرآلیاژی را بررسی کنیم، از سه لحاظ قابل مقایسه است:

درصد کربن

اولین و مهم‌ترین تفاوت، در میزان کربن است. فولادهای غیرآلیاژی، با حداکثر 1% کربن، انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری بالایی از خود نشان می‌دهند، اما در مقابل، فولادهای آلیاژی با درصد کربن متغیر (حتی تا 25%)، استحکام و سختی بیشتری دارند. البته افزایش بی‌رویه کربن در فولاد آلیاژی، شکنندگی را به‌همراه دارد.

ذوب و ترکیب

در فرآیند تولید، فولاد غیرآلیاژی تنها از آهن و کربن تشکیل شده و عنصر دیگری به آن اضافه نمی‌شود. اما در فولاد آلیاژی، عناصری چون کروم، نیکل، مولیبدن و وانادیم در مرحله ذوب به آلیاژ اضافه می‌شوند تا خواصی چون مقاومت به خوردگی، حرارت و سایش را توسعه دهند.

مقاومت در برابر خوردگی

آهن، به عنوان جزء اصلی فولاد، مستعد خوردگی است. فولاد غیرآلیاژی به‌خاطر درصد بالای آهن، در معرض خطر زنگ‌زدگی و فرسایش قرار دارد. اما در فولاد آلیاژی، با افزودن عناصری مانند کروم، لایه‌ای محافظ بر روی سطح فلز ایجاد شده و مقاومت به خوردگی را افزایش می‌دهد.

خرید فولاد آلیاژی از بزرگ‌ترین شرکت‌های تولید کننده فولاد

با خرید از گروه میهن فولاد می‌توانید فولاد آلیاژی را از بهترین تولیدکننده‌های فولاد تهیه کنید. در شرکت میهن فولاد قیمت فولاد آلیاژی به‌صورت رقابتی است و شما می‌توانید انواع آن را به صورت کاملا آنلاین تهیه کنید.

همچنین، از آنجایی که فولاد و ورق آلیاژی در انواع مختلفی وجود دارد و هر کدام در ساخت و تولید قطعات متفاوتی به کارمی‌روند؛ برای دریافت مشاوره نیز می‌توانید با کارشناسان فروش فولاد آلیاژی در میهن فولاد تماس حاصل فرمایید.

سوالات متداول فولاد آلیاژی

1. 1. فولاد آلیاژی چیست؟
      فولاد آلیاژی ترکیبی از آهن و کربن و عناصر آلیاژی دیگر است. با افزایش یا کاهش میزان کربن در آلیاژ، سختی و شکنندگی آن کم یا زیاد شده و سبب به وجود آمدن انواع مختلفی می‌شود.
   2. کاربرد فولاد آلیاژی چیست؟
      ساخت قطعات خودرو، ساخت ابزار، صنایع نفت و گاز، صنایع ساختمانی و… .
   3. انواع فولاد آلیاژی کدامند؟
      سردکار، گرمکار، سمانتاسیون، فنر، تندبر، قالب پلاستیک و… .