سختی پذیری فولاد و عوامل موثر بر آن

فولاد ترکیبی از آهن، کربن و عناصر آلیاژی است که کربن سختی فولاد را تأمین کرده و عناصر آلیاژی به این سختی عمق می‌دهند. این مفهوم "سختی پذیری" نامیده می شود. سختی پذیری نباید با مفهوم حداکثر سختی بعد از کوئنچ کردن اشتباه گرفته شود. حداکثر سختی تنها به مقدار کربن موجود و درصد مارنزیت بستگی دارد. در عوض، سختی پذیری به این معنی است که  فولاد آلیاژی تا چه عمقی سخت می‌شود. فولادهایی که به طور عمیق، سخت می شوند، فولاد با سختی پذیری بالا نامیده می‌شوند ، در حالی که فولادهایی که به طور عمیق سخت نمی شوند ، فولادهایی با سختی‌پذیری کم نامیده می شوند.

عوامل موثر در سختی پذیری

مهمترین عوامل مؤثر در سختی‌پذیری و سرعت تبدیل آستنیتی شامل میزان کربن ، اندازه دانه و عناصر آلیاژی است.

دگرگونی آستنیتی

عملیات حرارتی فولاد، مستلزم گرم شدن این ماده در محدوده فاز آستنیت است. در واقع قسمت داخل محدوده آستنیتی به طور کامل گرم می شود، سپس همین قسمت به صورت کنترل شده خنک می شود تا به ساختار مورد نظر برسد. اگر قطعه به آرامی خنک شود ، ریزساختار از پیرلیت و فریت تشکیل می شود. اگر به سرعت خنک شود ، آن قسمت شامل مارتنزیت خواهد بود. اگر خنک کردن با سرعت متوسط انجام شود ، باینیت یا یک ساختار مختلط حاصل می شود. سرعت‌ خنک سازی لازم برای دستیابی به ریزساختارهای مورد نظر توسط محتوای کربن و آلیاژ کنترل می شود.

به طور کلی ، برای اکثر محصولات تحت عملیات حرارتی، ساختار مورد نظر مارتنزیت است. مارتنزیت یک ریزساختار سخت را برای موارد تحت سایش و استحکام بالا فراهم می کند. لازم به ذکر است که این ساختار شکننده است و برای بهبود شکل پذیری باید تمپر شود. از دگرگونی‌های غير مارتنزيتي مانند پیرلیت و بنييت اجتناب مي شود زيرا باعث كاهش سختي مي شود.

اندازه دانه

تأثیر اندازه دانه شبیه به عناصر آلیاژی است. افزایش اندازه دانه باعث کاهش انتشار کربن (فاصله بیشتر برای حرکت) می شود و باعث شکل گیری مارتنزیت می شود. هسته‌زایی پیرلیت در مرزهای دانه آستنیتی اولیه رخ می دهد. با اندازه دانه درشت ، سطح کمتری در مرزهای دانه وجود دارد تا هسته‌زایی رخ دهد. اندازه دانه ریز باعث افزایش سطح مرز دانه شده و باعث تقویت هسته پیرلیت می شود. سرعت هسته‌زایی بالاتر در اندازه های دانه ریزتر باعث کاهش زمان لازم برای تکمیل تشکیل پیرلیت خواهد شد. با افزایش اندازه دانه (اندازه دانه کاهش می یابد ASTM) ، سختی پذیری افزایش می یابد.

به طور کلی ، اثر اندازه دانه مستقل از ترکیب است. به عنوان مثال ، افزایش تعداد دانه ASTM (به عنوان مثال ، ASTM 6 به 5) افزایش متناسب در سختی پذیری را نشان می دهد. اندازه دانه همچنین می تواند اثرات مخرب کاهش چقرمگی  داشته باشد.

در حالی که می توان با افزایش اندازه دانه ، سختی پذیری فولاد کم آلیاژ را افزایش داد ، این امر معمولاً به دلیل کاهش در چقرمگی غیر عملی است.

ترکیب (کربن و عناصر آلیاژی)

افزایش مقدار کربن،  در دگرگونی آستنیت تاخیر ایجاد میکند. این کار باعث کوئنچ آهسته تر فولاد در عین حفظ سختی آن میشود (کوئنچ آهسته فولاد به کاهش انحراف آن کمک میکند). سختی ناشی از کوئنچ کردن یک آلیاژ فقط به مقدار کربن موجود بستگی دارد. عناصر آلیاژی اضافی باعث افزایش سختی ناشی از کوئنچ کردن فولاد نمی شود. عناصر آلیاژی ، مانند نیکل ، کروم و سایرین ، باعث کاهش انتشار کربن در فولاد می شوند. این انتشار کربن برای تشکیل پیرلیت مورد نیاز است. بنابراین ، عناصر آلیاژی تشکیل مارتنزیت را راحتتر کرده و امکان تشکیل مارتنزیت را با سرعت کوئنچ پایین تر فراهم می کنند. این امر باعث می شود تا آن به طور عمیق سخت تر شود.

تهیه شده توسط تیم تولید محتوای فولاد ایرانیان