اصطلاح افشار (Afshar) یاپولاد برای آلیاژهای آهن که بین ۰/۰۲۵ تا حدود ۳./. درصد کربن دارند بکار می‌رود فولادهای آلیاژی غالبا با فلزهای دیگری نیز همراهند. خواص فولاد به درصد کربن موجود در آن، عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد.

 معرفی صنعت فولاد:

در میان فلزات موجود در طبیعت  آهن بیشترین مصرف جهان را به خود اختصاص داده است .حدود ۹۵%تولید فلزات در جهان مربوط به آهن است .تولید فولاد خام در سال ۲۰۰۶ بالغ بر ۳۷ برابر تولید آلومینیوم و ۷۳برابر تولید مس تصفیه شده میباشد.

آهن با دارا بودن ویژگی هایی مانند فراوانی قیمت پایین استحکام زیاد قابلیت آلیاژ سازی تنوع عظیمی در کاربرد فولاد ایجاد کرده است.دامنه این تنوع از سوزن و سنجاق تا کشتی و اقیانوس پیما گسترش دارد

صنعت آهن و فولاد به دلیل داشتن تاثیر زیاد روی توسعه صنعتی کشورها صنعت مادر نامیده می شود

ویژگی های فولاد :

به طور کلی خواص و ویژگی های فولاد به درصد کربن موجود در آن عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد اصولا ترکیب های متفاوت و متعدد آلیاژهایی که عنصر اصلی تشکیل دهنده ی آنها آهن باشد .فولاد نامیده میشود و بسته به درصد وجود کربن و سایر عناصر همراه با آهن خواص فیزیکی و شیمیایی ویژه ای در فولاد حاصل میگردد.

حدود ۳۵۰۰ نوع فولاد مختلف در شکل ها اندازه ها ویژگی های شیمیایی و پرداخت های متنوع وجود دارد .

مصارف و کاربردهای فولاد:

به طور نسبی می توان گفت که فولاد در میان سایر مواد ،بیشترین کاربرد را دارد .طیف وسیعی از ترکیبات آلیاژی ،خواص مکانیکی و محصولات مختلف و…. این فلز را بسیار فراگیر کرده است. از فولادی که تا ۰٫۲ درصد کربن دارد، برای ساختن سیم، لوله و ورق فولاد استفاده می‌شود. فولاد متوسط ۰٫۲ تا ۰٫۶ درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل، دیگ بخار و قطعات ساختمانی بکار می‌برند. فولادی که ۰٫۶ تا ۱٫۵ درصد کربن دارد، سخت است و از آن برای ساختن ابزارآلات، فنر و کارد و چنگال استفاده می‌شود. فولاد، انواع فراوانی دارد. که همه آن موارد در جدول کلید فولاد قابل دسترس می باشد.

مصارف و کاربردهای فولاد در صنعت ساخت و ساز :

ساخت و ساز بزرگترین بازار برای صنعت فولاد است .نیمی از فولاد در فرآیندهای ساخت و ساز مصرف می شود و همچنین فولاد عنصری ضروری برای ساخت و ساز تلقی می شود .

مصارف و کاربردهای فولاد در صنعت حمل و نقل:

مصارف فولاد در این بخش شامل بدنه ی اتومبیل ،قطعات موتور،چرخ ها کمک فنرها ،بارکش ها ،تجهیزات انتقال نیرو و … می باشد.

فولاد در برگیرنده ی حدود ۵۵%  وزن کل اتومبیل است . مولد قدرت ،جعبه دنده و بدنه ی اتومبیل از فولاد ساخته می شود . همچنین توان تایر ها با سیم های فولادی افزایش می یابد .

امروزه حدود ۶۰% از فولاد مصرفی در صنعت خودروسازی ، فولادی است که در کم تر از ۵سال پیش اختراع شده است .فولادهای جدید شامل فولادهای مقاوم ، فولادهای بسیار مقاوم ،فولادهای مقاوم پیشرفته می باشد که کاربردهای ظریف تر فولاد در خودرو را امکان پذیر می سازد .این فولادها سبب کاهش وزن (تا۵۰%) و صرفه جویی در منابع شده ، در منابع شده ، در حالی که ایمنی رانندگان و مسافران را نیز افزایش می دهد .

مصارف و کاربرد های فولاد در صنعت بسته بندی مواد:

شامل محصولاتی نظیر کنسروهای غذا ،محصولات تبلیغاتی ،ظروف رنگ و محصولات و محصولات شیمیایی بطری ها و تا حدی قوطی های نوشیدنی …می شود.

ظروف فولادی با دوام و تا حدی در برابر گرما مقاوم بوده و برای تولید ظروف مخصوص مناسب می باشد.

قسمت اعظم فولاد مورد استفاده در بسته بندی از نوع فولاد قلع اندود شده است .این محصول ،فولادی است که توسط که توسط لایه نازکی از قلع آبکاری شده تا در مقابل زنگ زدگی مقاوم گردد . در برخی از کشورها ،کنسروهای ،کنسرو فولادی ، به قوطی های کنسرو قلعی یا قلع اتلاق می شود .کنسروهای فولادی ، قابل بازیافت ترین فرم بسته بندی است.قسمت اعظم فولاد مورد استفاده در بسته بندی ها ، از منابع بازیافتی حاصل می گردد .

مصارف فولاد در بخش نیرو و انرژی :

مصارف فولاد در این بخش شامل سکوهای نفتی و گازی ، لوله ها و قطعات توربین های الکتریکی ،تیرهای برق ،توربین های بادی و… می شود.

مصارف فولاد در بخش الکتریسیته و مغناطیس :

مصارف فولاد در این بخش شامل الکترومغناطیس ها ،هسته های تبدیل ، محافظ های الکترومغناطیس و.. می شود.

مصارف فولاد در کالاهای زرد(سنگین):

مصارف فولاد در این بخش شامل تجهیزات خاک برداری و استخراج معادن ، جرثقیل ،کامیون های چنگالی و… می شود .

مصارف فولاد در صنعت کشاورزی :

مصارف فولاد در این بخش شامل ماشین آلات کشاورزی ،تانکرهای ذخیره ،ابزار آلات و قطعات ،تجهیزات حفاظتی و… می شود .

فولاد آلیاژی

آلیاژ فولاد (به انگلیسی: Alloy steel)‏ فولادی است که با عنصرهای گوناگون به صورت  آلیاژ  درآمده، برای بهبود ویژگی‌های مکانیکی فولاد می‌توان از ۱٫۰ تا ۵۰٪ از وزن آن را آلیاژ کرد. آلیاژهای فولاد دو دسته‌اند: فولاد کم‌ آلیاژ  و فولاد پُرآلیاژ. تفاوت میان این دو، می‌توان گفت، قراردادی است: اسمیت و هاشمی تفاوت این دو را در ۴٫۰٪ دانسته‌اند در حالی که گروه دگرمو آن را در ۸٫۰٪ می‌دانند، در حالت کلی وقتی صحبت از « آلیاژ فولاد» می‌شود منظور فولاد کم‌ آلیاژ است.

خود فولاد در واقع نوعی آلیاژ است. اما تمام گونه‌های فولاد را آلیاژ نمی‌خوانند. ساده ترین نوع فولاد که تقریبا می‌توان گفت آهن است (نزدیک به ۹۹٪) خود با عنصر کربن  آلیاژ شده‌است (بسته به نوع فولاد از ۰٫۱٪ تا ۱٪). بنابراین منظور از آلیاژ فولاد، ترکیبی از فولاد، کربن و دیگر عنصرها است. عنصرهایی که بیشتر برای این هدف کاربرد دارند، عبارتند از:  منگنز (پرکاربردترین)،  نیکل ،  کروم ،  مولیبدن ،  وانادیم ، سیلیسیم و بور. و عنصرهای کم کاربردتر عبارتند از: آلومینیم، کبالت،  مس ، سریم، نیوبیم، تیتانیم،  تنگستن ،  قلع ،  روی ،  سرب و زیرکونیم.

از ترکیب عنصرهای بالا با فولاد و آلیاژسازی، برخی ویژگی‌های فولاد کربن مانند مقاومت، سختی، چقرمگی، سایش، سخت شدگی و سختی در دمای بالا به گونهٔ درخور توجهی بهبود می‌یابد. برای دستیابی به بعضی از این ویژگی‌ها باید  عملیات حرارتی   روی فلز انجام شود.

ویژگی‌های یادشده در بالا در کاربردهای ویژه‌ای چون پرّه‌های توربین، موتور جت، فضاپیماها و رآکتورهای هسته‌ای بسیار مورد نیاز است. به دلیل ویژگی‌های فرومغناطیس آهن، بعضی آلیاژهای فولاد و پاسخی که این آلیاژها در محیط مغناطیسی می‌دهند، اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. درموتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورها نیز چنین است.

 خصوصیات فولاد خوش تراش:

فولاد در هنگام عملیات آهنگری (فورج) و نورد گرم  رفتار توردی از خود به نمایش میذارد و قطعه کار ترک میخورد به همبن دلیل است ک مقدار کوگرد در فولاد باید پایین باشد.

با وجود این در مواردی که قصد افزایش قابلیت ماشین کاری فولاد را داریم به جای براده های طویل براده های کوتاه تشکیل شود تتا میزان معینی به فولاد گوگرد اضافه میکنیم. (۰.۳۵تا۰.۸)

قابل ذکر است برای افزایش قابلیت ماشین کاری فولاد از موارد دیگر از قبیل فولاد های سرب دار و فسفر دار نیز میتوان به همراه گوگرد استفاده کرد که در این روش میزان گوگرد ۰.۱۵ الی ۰.۲ است.

فولاد خوش تراش  برای عملیات آهنگری و نورد گرم در دمای بالا انجام میگیرد مناسب نمی باشد.

مقدر بیش از ۰.۲ فسفر باعث کاهش مقاومت ضربه ی فولاد می شود.

دلایل کلی کاهش هزینه ی ماشین کاری در استفاده از فولاد های خوش تراش بدین شرح است:

۱. عمر بالا بخاطر اصطکاک پایین

۲. سرعت بالای برش

۳. قدرت مورد نیاز پایین

۴. دقت بالا در قطعات ماشین کاری شده

۵. سطح صاف قطعات بعد ازماشین کاری از عملیات بعدی جلوگیری می کند

۶. حداقل dressing ابزار به علت سایش بسیار پایین

 فسفر ترکیب فولادها عنصر ناخواسته ای است . ساختمان مکعبی شکل و نقطه ذوب ۴۵ درجه سانتیگراد دارد. فسفر تمایل قوی به ترکیب با اکسیژن داشته و باید از رطوبت و اکسیژن محافظت شود. برای افزودن به مذاب آهن، از فروفسفاتهای با ۲۰% فسفر استفاده می شود.

فسفر در ترکیب فولادها عنصر ناخواسته ای است.

در حالت جامد، آهن و فسفر تشکیل Fe3P می دهند. فسفر در دمای اتاق در حدود ۰.۱% حل می شود و فسفر اضافی در زمینه باقی می ماند. در کل فسفر فریت زای ضعیفی است. لذا با توجه به درصد کم فسفر در فولاد، تاثیر این عنصر بسیار ناچیز است.

در عملیات حرارتی فولادها، فسفر چقرمگی را می کاهد. به همین خاطر درصد فسفر نباید از ۰.۰۴% فراتر برود. فسفر سختی پذیری را می افزاید بنابراین کاهش چقرمگی و افزایش تردی را در پی خواهد داشت.

اثر ترد کنندگی به میزان کربن فولاد بستگی دارد. در گریدهای پر کربن، تاثیر فسفر معکوس می شود.

تردی حاصل از فسفر با افزایش کربن، دمای آبکاری، اندازه دانه و کاهش درصد تغییر شکل در فورج افزایش می یابد. این تردی بصورت سردشکنندگی و حساس شدن در تنش های ضربه ای ظاهر می شود.

فسفر اندازه دانه های آهن را افزایش میدهد  در چدن ، نقطه انجماد اولیه چدن را کاهش داده بنابراین سیالیت و قابلیت ریخته گری آن را می افزاید در چدن ، نقطه انجماد اولیه چدن را کاهش داده بنابراین سیالیت و قابلیت ریخته گری آن را می افزاید.

فولاد کم‌ آلیاژ پراستحکام (High Strength Low Alloy) که «فولادهای میکرو آلیاژی» نیز نامیده می‌شود، نوعی فولاد آلیاژی است که با افزودن مقدار اندکی از عناصر آلیاژی مانند وانادیم ، کلمبیم و تیتانیم تهیه می‌شود و برتری‌هایی بر فولاد کربنی معمولی دارد.

به سبب استحکام زیاد فولادهای میکرو آلیاژی، این‌گونه فلزات را می‌توان در ساخت قطعات باریک به کار برد.

با توجه به اینکه فولادهای میکرو آلیاژی در قطعه‌های فلزی باریک‌تر به کار می‌رود، خوردگی باعث کاهش چشمگیر استحکام در این‌گونه فلزات می‌شود.

جوشکاری 

صنعت جوشکاری از صنایع بسیار پرکاربردی است که در عرصه پیشرفت صنعتی هر کشور نقش بسزایی دارد، از جمله انواع جوشکاری که در صنعت استفاده زیادی دارد می توان به جوشکاری زیرآب، ترمیت، لیزر، آلتراسونیک، گاز و … اشاره کرد.

بدلیل گستردگی این شاخه از صنعت، مهندسی جوشکاری امروزه به صورت علم در آمده و در تحصیلات آکادمیک به عنوان گرایش در مقطع کارشناسی ارشد مهندسی مواد وارد شده است.

معرفی جوشکاری قوسی با سرباره محافظ Slag Shield Arc Welding

دو روش در جوشکاری قوسی وجود دارد که در ذیل ارائه می شود:

جوشکاری قوسی با سرباره محافظ (Slag Shield Arc Welding)

جوشکاری قوسی با گاز محافظ (Gas Shieled Arc Welding)

جوشکاری قوسی با سرباره محافظ (Slag Shield Arc Welding)

روش جوشکاری قوسی با سرباره محافظ شامل روش SAW و MMA است که در ادامه شرح داده خواهند شد:

جوشکاری برقی با الکترود لخت است که به طور خودکار با قوس الکتریکی تغذیه می شود و سر الکترود در توده ای از گرد گدازآور غرق است.

الکترود در جوشکاری

در جوشکاری با قوس، دونوع الکترود مصرف شدنی و مصرف نشدنی به کار گرفته می شود. الکترودهای مصرف نشدنی ممکن است از نوع کربن، گرافیت یا تنگستن باشند.

 هسته الکترودها

هسته الکترودها به دو دسته کربنی ساده (کمتر از ۰.۱% کربن،  ۰.۲۵% سیلیسیم و ۲-۰.۵% منگنز ) و آلیاژی (کرم، نیکل و منگنزی) تقسیم نمود.

 پوشش در الکترودها

پوشش الکترودها سرباره ای ویا سلولزی هستند.

پوششهای سرباره ای را میتوان به چند گروه عمده تقسیم بندی کرد:

قلیایی

 اسیدی واکسیدی

رتیلی

چگونگی پوشش دادن الکترودهای MMA

تا چند سال پیش و بطور سنتی با فرو بردن هسته الکترود در موارد پوششی پوشش دادن صورت می گرفت. معمولاً در این روش، آزبست به عنوان چسب مورد استفاده قرار می گیرد. از مضرات تولید و پوشش دادن با این روش، غیریکنواخت بودن پوششهاست.

انواع جوشکاری بر حسب نوع گاز به کار رفته برای محافظت گرده جوش والکترود مصرفی به شرح ذیل است:

  الف – جوشکاری قوس الکتریکی با استفاده ازگاز محافظت کننده (Metal Inert Gas Welding)

ب – جوشکاری قوس الکتریکی با استفاده از گاز محافظ و الکترود تنگستنی (Tungsten Inert Gas Weldling)

ج – جوشکاری قوسی با اتمسفر هیدروژن اتمی محافظ (Atomic Hydrogen Welding)

د – جوشکاری با حفاظت گاز دی اکسید کربن (Co2 – Shild ArcWelding)

روشهای جوشکاری خشک (خارج از آب)

جوشکاری با گاز (Gas Welding)

یکی از روشهای معمول جوشکاری، استفاده از گاز برای تولید حرارت است. این روش دستی است ومحل اتصال با حرارت شعله ناشی از احتراق گاز‌، ذوب و همراه یا بدون فلز پرکننده در هم ادغام می شود و پس از انجماد، عمل اتصال انجام می گیرد.

 جوشکاری ترمیت

بجز واکنشهای شیمیایی همراه با شعله (احتراق) واکنشهای گرمازا نیز می تواند در محل اتصالات، حرارت لازم را ایجاد کند. در فرایند ترمیت، حرارت حاصل از واکنشهای شیمیایی مستقیماً در محل اتصال موجب ذوب و اتصال می شود.

 جوشکاری زایده ای

جوشکاری است که با اتصال زایده ای فلزی و میله ای شکل یا شبیه به آن به سطح قطعه کار صورت می گیرد. این روش در جوشکاری لب به لب چدن به کار برده می شود.

جوش پتکه ای یا آهنگری

یکی از قدیمیترین روشهای اتصال دوقطعه، گداختن آنها در کوره های ذغالی تا درجه حرارت معین و سپس روی هم سوار کردن و کوبیدن یا پتک زدن به موضع اتصال است. در قدیم، عمل کوبیدن با چکش یا پتک دستی انجام می شد و اکنون با انواع چکشهای بادی وهیدرولیک انجام می شود. انواع اتصالات با فرایند جوشکاری آهنگری امکان پذیر است. این روش جوشکاری در واقع جزء جوشکاری در حالت جامد است. البته جوشکاری نورد نیز از همین فرایند است.

 جوشکاری انفجاری

 از جمله روشهای جوشکاری است که در آن احتیاج به ذوب فلز نیست و از مواد منفجره و قابل احتراق در سطح جوشکاری استفاده می شود. در این روش انرژی کنترل شده ای که از انفجار مواد به وجود می آید، برای ایجاد یک باند اتصال متالوژیکی بین دو یا چند فلز همجنس استفاده می شود. در طی این عملیات عمل نفوذ اتفاق نمی افتد.

 جوشکاری لیزری

جوشکاری لیزری فرایند اتصال قطعات است که حرارت به دست آمده برای جوشکاری از تقویت یک موج نور تک فاز به دست می آید و به سطح برخورد کرده، باعث اتصال می شود. برای جوشکاری، اشعه لیزر باید بر قسمت کوچکی از قطعه متمرکز شود تا حرارتی با دانسیته زیاد ایجاد شود.

جوشکاری الکترونی

در این روش از یک تفنگ الکترونی استفاده کرده است، یک جریان یکنواخت الکترونی، روی قطعه کار ایجاد می کنند و حرارت لازم را در لبه محل اتصال به وجود می آورند. تفنگ الکترونی، اشعه الکترونی را در یک خط به موازات محل اتصال متمرکز می کند. با این روش می توان مقدار زیادی از انرژی را در یک مکان با قطری در حدود ۰.۰۱ اینچ یا کمتر متمرکز کرد. جوش الکترون معمولاً احتیاج به هیچ سیم پرکننده ندارد. این روش برای تعمیر و مرمت قسمت های غیر قابل نفوذ و پیچیده اقتصادی تر است

جوشکاری اولتراسونیک 

جوشکاری با استفاده از ارتعاشات مافوق صوت، که بر اساس صوت یا امواج متمرکز که توسط دستگاههای مخصوص، فرکانسهایی بیش از حد شنوایی تولید می کند، بیشتر در اتصال قطعاتی با جنس متفاوت به یکدیگر کاربرد دارد.

جوش اصطکاکی

در جوشکاری اصطکاکی حرارت در سطح تماس دو قطعه فلزی به دلیل حرکت دورانی و فشار عمودی مؤثر ایجاد می گردد. این حرارت به صورت متمرکز و منطقه ای است، لذا مجاور این قسمت به حالت کاملاً خمیری در می آید. در این مرحله افزایش در نیروی فشاری انتهایی کافی است که موجب تغییر شکل قابل ملاحظه ای (متمرکز) در سطح تماس شود. این تغییر شکل، موجبات اتصال و جوش خوردگی را فراهم می سازد. جوشکاری اصطکاکی در پروسه اتصالات حالات جامد طبقه بندی می شود و اتصال در دمایی کمتر از نقطه ذوب قطعه کار اتفاق می افتد.

فولادهای ابزار یکی از فولادهای پرکاربرد در صنعت جهانی می باشند. در این مقاله به معرفی و ارائه توضیحاتی در خصوص این فولادها پرداخته شد است.

در این مقاله به معرفی فولادهای ابزار و بررسی انواع و خصوصیات آن ها پرداخته شده است.

فولادهای ابزار برای کاربرد کارگرم، که به عنوان فولادهای گروه H‏  در سیستم طبقه بندی AISI ‏نماد گذاری شده اند، معمولا توانایی مقاومت در برابر نرم شدن حین مواجهه طولانی یا مکرر با دماهای بالا را که برای کار گرم یا ریخته گری دایکاست در قالب فلزی یا سایر موارد لازم است، دارند. فولادهای نوعH ‏  برحسب روش آلیاژ کردن برای بدست آوردن سختی بالا در حالت گرم، به سه گروه فرعی تقسیم می شوند:

فولادهای گرم کار کروم دار که حاوی ۰/۵ اسمی کرم و مقادیر قابل ملاحظه ای از سایر عناصر شامل سیلیسیم، مو لیبدن و وانادپم هستند، فولادهای گرم کار تنگستن دار و فولادهای گرم کار مو لیبدن دار.

عناصر آلیاژی متعددی نیز به فولادهای گرم کار تنگستن دار و مولیبدن دار اضافه می شوند و کارایی این فولادها معمولا تا اندازه ای بهتر از فولادهای کروم دار است. جدول ۱ ‏ترکیب شیمیایی سه گروه از فولادهای گرم کار را فهرست کرده است.

تمام فولادهای ابزار برای کاربرد کار گرم، باید این مشخصات عمومی را داشته باشند:

– مقاومت به تغییرشکلی دردماهای کاری. این ویرگی بیشتر از ویرگی های دیگر، فولادهای ابزار گرم کار را از سایر فولادهای ابزار متمایز می سازد. فولادهایی که ممکن است دارای سختی دمای اتاق بالاتری بعد از عملیات حرارتی باشند و بنابراین برای کار بردهای کار سرد، کارایی بهتری داشته، اما به سرعت در دماهای کار گرم نرم شوند.

– مقاومت دربرابر شوک. مقاومت خوب در برابر شوک های مکانیکی و گرمایی و چقرمگی ( با حضور شیار) خوب برای جلوگیری از ایجاد شوک و شکست تخریبی لازم است. به همین دلیل میزان کربن فولادهای نوعH ‏در سطوح پایین یا متوسط نگه داشته می شود.

– مقاومت به سایش دردمای بالا. مقاومت در برابر فرسایش یا سایش در دماهای کار گرم که اغلب شسته شدن خوانده می شود. برای عمر طولانی ابزار و قالب مهم است، و معمولا با انتخاب عناصر آلیاژی و ریزساختارهایی که سختی گرم بالاتر اما چقرمگی پایین تری دارند .بهبود می یابد.

 – مقاومت دربرابر اعوجاج حاصل ازعملیات حرارتی. اعوجاج و تغییرات ابعادی در هنگام تولید، به ویژه برای قالب های پیچیده باید به حداقل برسد. فولاد های پرآلیاژتر که سختی پذیری کافی برای سخت شدن در هوا را دارند . بهترین مقاومت را در برابر اعوجاج در هنگام عملیات حرارتی فراهم می کند.

– قابلیت ماشینکاری فولاد های ابزار گرم کار با توجه به فرایند های اولیه و عملیات آنیل باید بالا باشد. با افزودن عناصری که برای افزایش قابلیت ماشین کاری در سایر فولادها بکارمی رود و توزیع ناخالصی ها یا ذرات فاز ثانویه دیگری را گسترش می دهد، نمی توان قابلیت ماشین کاری این فولادها را افزایش داد. اینگونه ذرات استحکام ضربه و مقاومت به خستگی را پایین      می آورند.

– مقاومت دربرابر ترک (شکاف)های گرمایی. قرار گرفتن مکرر قطعه در معرض سیکل های گرما یی و تنشی باعث گسترش شبکه هایی از ترک های ریز وکم عمق در فولاد های گرم کار می شود. این وضعیت ترک برداری گرما یی ( ناشی از گرما) نامیده می شود و عامل اصلی محدود کننده عمر فولاد های ابزار گرم کار مورد استفاده در قالب های ریخته گری تحت فشار است.

– انتخاب بهترین فولاد ابزار گرم کار برای یک کاربرد مشخص به تطبیق روش تولید با کارایی مورد نیاز فولاد، و عملیات حرارتی که بهترین ترکیب از خواص را برای این نیازها فراهم کند، بستگی دارد. انتخاب شدیدا تحت تاثیر دماهای گسترش یافته در قالب ها، روش اعمال بار در کاربرد خاص و روش سرد کردن قالب قرار می گیرد. سختی گرم فولاد های کربنی و کم آلیاژ بعد از گرم کردن تا۲۳۰ درجه سانتی گراد سریعا کاهش می یابد. سختی گرم فولاد های قالب کروم دار تغییرات عمده ای تا دمای ۴۲۵ درجه سانتی گراد ندارند؛ و فولاد های گرم کار تنگستن دار سختی را تا اندازه قابل توجهی تا دمای ۶۲۰ درجه سانتی گراد حفظ می کنند. آخرین دمای ذکر شده، محدوده کاری تقریبی برای فولاد های گرم کار گروه های تنگستن دار و کروم دار را نشان می دهد. جدول ۲ ‏سختی بعد از عملیات حرارتی و سختی گرم برخی از فولاد های ابزار گرم کار تنگستن دار و کروم دار را فهرست می کند و مقاومت به بازگشت و سختی بالاتر فولاد های گرم کار تنگستن دار را نشان می دهد.

فولاد های TRIP:

 معمولاً فولاد های TRIP شامل یک ریزساختار که بطور عمده فریت آلوتروپیک با بینیت عاری از کاربید و استنیت باقیمنده غنی از کربن می باشد. آستنیت باقیمانده متحمل استحاله مارتنزیتی در طول تغییر شکل می گردد که توانایی فولاد به کارسخت شدن را افزایش می دهد، بنابراین ناپایداری پلاستیک به تاخیر می افتد.

 در عین حال، مارتنزیت ریزساختار را استحکام می بخشد. سیلیسیم یک عنصر حیاتی در این فولادها می باشد، و غلظت آن معمولا بیشتر از ۱% می باشد چراکه آن از رسوب سمنتیت در طول تشکیل بینیت بالایی جلوگیری می کند و از اینرو اجازه باقیمانده استنیت را می دهد. یک سری تحقیقات گسترده در ارتباط با این فولادها صورت گرفته است، موضوع کامل می باشد و فولادها بصورت تجاری قابل استفاده می باشد و در صنعت اتومبیل مورد استفاده قرار می گیرند.

ریخته گری پیوسته (CCM) فولاد یعنی شکل دهی پیوسته و مستقیم فولاد مذاب به مقاطع فولادی نیمه نهایی مانند بلوم، بیلت و اسلب است.

خلاصه ی مطلب :

ریخته گری پیوسته (CC) فولاد یعنی شکل دهی پیوسته و مستقیم فولاد مذاب به مقاطع فولادی نیمه نهایی مانند بلوم، بیلت و اسلب است. ریخته گری مداوم یکی از مهمترین فرایندهای تولید ابداع شده در دنیا در صنعت فولاد سازی است که نتایجی از قبیل بهبود در کیفیت، راندمان، بهره وری و صرفه اقتصادی را در محصولات فولادی به همراه داشته است. امروزه بالغ بر ۹۵٫۵ درصد از تولید فولاد خام جهانی از این روش تولید می شود. استفاده از روش ریخته گری پیوسته یک پدیده بسیار مهم و پیشرفته متالورژیکی است که در آن سرعت تولید شمش بسیار افزایش می یابد و کیفیت متالورژیکی شمش ها نیز به دلیل یکنواختی و همگونی تولید بهبود می یابد. یکنواختی و بی عیب بودن شمش ها در این روش سبب شده که ضایعات تولید در هنگام نورد کمتر و تولید اقتصادی تر شود. به وسیله ریخته گری پیوسته شمش، بیشتر فلزات غیر آهنی، فولادهای کربنی و آلیاژی را می توان ریخته گری کرد. از زمان بکارگیری این روش تا کنون، پیشرفت های شایانی در تکنیک های اجرایی ایجاد شده است.

شرح:

دو انقلاب که در فناوری فرآیند فولاد‌سازی در اواخر قرن گذشته به وقوع پیوست عبارت بود از ریخته‌گری پیوسته فولاد و نورد اسلب نازک (TS/FR) که معروف هستند به ریخته‌گری اسلب نازک. در ریخته‌گری پیوسته (CC) فرآیند تولید شمش یا کنده (ingot) حذف شده و روی فولاد مذاب نورد بیشتری صورت می‌پذیرد تا محصولات نیمه نهایی تولید گردد.

تکنولوژی ریخته‌گری اسلب نازک موجب کاهش هزینه تولید و اقتصادی شدن واحد نورد ورق از نظر حجم تولید شده که در نهایت باعث شد که چندین فولادسازی به ریخته‌گری شکل نهائی  (Near-Net- Shape)اسلب و نورد مستقیم اسلب به محصول نهائی با هزینه کمتر و کیفیت بهتری روی آورن

ریخته گری پیوسته یا مداوم

عبارت از فرآیند است که برای تولید پیوسته ی قطعات اولیه ی فلزی مورد استفاده قرار میگیرد انواع تسمه.شمشال.تختال. میل گرد و دیگر مقاطع مختلف از تولیدات این روش هستند ریخته گری پیوسته در سال ۱۸۴۰ برای تولید لوله های سربی ابداع شد اما تا سال های دهه ی ۳۰ قرن بیستم بصورت تجاری در نیامد امروزه ریخته گری پیوسته وارد عصر جدیدی از پیشرفت شده است این امر نه تنها در حجم تولیدات آنبلکه در تکنولوژی وتقابل آن با دیگر فرآیند های تولید است بیش از ۵۰ درصد تولید جهانی فولاد به این روش صورت میگیرد در ژاپن بیش از ۸۰ درصد تولیدات فولادی به روش ریخته گری پیوسته است .

معمولاً هنگامی که انجماد شکلهای پایه برای تولید به روشهای دیگر (مانندنورد یا آهنگری)مورد نیاز است، ریخته گری پیوسته مداوم به کار می رود. از اینروش همچنین برای تهیه قطعات بلند،پیوسته و با مقاطع مخصوص استفاده می شود. در اینروش فقط با یک قالب تعداد زیادی قطعه تهیه می شود زیرا هر قطعه اساساً قسمتی بریدهشده از یک تولید پیوسته است. به علاوه به علت عدم آلودگی مذاب به هنگام ریختنکیفیت محصول نهایی خیلی بالا است و جابه جایی ماده به حداقل ممکن کاهش می یابد.

تجهیزات مهم ماشین ریخته گری مداوم     

 (Ladle)پاتیل ملاقه ظرف فولادی که داخل آن با آجرنسوز چیده شده و ازآن جهت حمل مذاب از کوره به واحد ریخته گری استفادهمی شود و یا در محل کوره های پاتیلی عملیات تصفیه فولاد در داخل آن انجام و سپس به واحد ریخته گری انتقال می یابد.

ظرفیت حداکثر پاتیل: ۲۲۰ تن

وزن پاتیل خالی : تقریبا ۱۰۰تن

عملکرد عمده و اصلی :

۱-انتقال فولاد مذاب از پاتیل به درون قالب

۲-همگن سازی و ایجاد جریان یکنواخت مذاب

۳-ذخیره سازی فولاد مذاب جهت تعویض پاتیل

بهمنظور جلوگیری از کاهش درجه حرارت مذاب و جلوگیری از ترکیب اکسیژن و نیتروژن هوابا مذاب از درپوش تاندیش استفاده می شود.

ظرفیت خالی : ۶۰ تن

ظرفیت پر : ۶۷ تن

– قالب و نوسان  Mouldand Oscillation

نقش قالب در ماشین ریخته گری، شکل دهی به مواد مذاب بوده و مواد پس از عبور از درونقالب، به شکل مکعب از آن خارج می گردند. جهت همگن شدن مواد در داخل قالب و خروجبهتر اسلب از دستگاه لرزاننده (Oscillator)استفاده می گردد و نوسان آن تقریبا ۷mmمیباشد.

قالبعلاوه بر اینکه باید به اندازه کافی سخت و در برابر سایش مقاوم باشد همچنین بایدخاصیت انتقال حرارت و گرمای خوبی از خود نشان دهد. از این رو قالب از جنس مس وآلیاژهای آن ساخته می شود و سطح مس را بوسیله کروم آبکاری و سخت می کنند.ضخامتتقریبی این پوشش ۰.۱۵mmمیباشد.

قالب از صفحات مسی و بدنه فلزی ( نگهدارندهصفحات ) تشکیل می شود که در بین صفحات مسی و بدنه فلزی آب جریان دارد.

قالبها بعد از ۲۰۰ذوب سرویس میشوند(هر ذوب تقریبا ۱۵۰ تا ۲۰۰ تن میباشد) صفات مسی دارای قوس میباشند که به خروج بهتر اسلب از زیگمنت کمک میکند.

 -استراکچر

تمام قسمت های قالب بر روی استرکچر منتاژ میشوند که وظیفه ی آب رسانی را هم به عهده دارد

-تاپزون

تاپزون بعد از استراکچر نصب میشود و دارای ۹ غلطک از هر دو سمت است.طول هر غلطک ۱۳۰۰mmو قطرآن ۱۵۰mmمیباشد. وظیفه ی تاپزون هدایت اسلب و تشکیل پوسته ی انجماد توسط پاشش آب است. تاپزون هابعد از ۱۴ روز سرویس میشوند.

پیشرفت‌هایی در ریخته‌گری پیوسته

مزیت‌های بکارگیری ریخته‌گری پیوسته در فولاد‌سازی‌ها را می‌توان به شرح زیر خلاصه کرد:

راندمان بالا:

راندمان ریخته‌گری کنده به فولاد نیمه‌نهائی بین ۸۲ تا ۸۴ درصد است ولی راندمان در ریخته‌گری پیوسته که فولاد مذاب به محصول نیمه‌نهائی تبدیل می‌شود بین ۹۵ تا ۹۷ درصد است.

ریخته‌گری پیوسته: فرآیند ریخته‌گری پیوسته در مقایسه با ریخته‌گری کنده ۲۰ درصد از مصرف انرژی می‌کاهد.

با حذف فرآیند نورد در واحدهای نورد اولیه که در ریخته‌گری کنده ضروری است، فرآیند ریخته‌گری پیوست از صرف زمان و هزینه اضافی می‌کاهد.

کاهش نیروی کار در فرآیند ریخته‌گری پیوسته بهره‌وری را افزایش داده، شرایط محیط کار را بهبود بخشیده و از هزینه تولید می‌کاهد.

اگرچه مزیت ریخته‌گری پیوسته در دهه ۶۰ قرن پیش مشخص گردید، پذیرش آن در سطح جهانی به دو دهه طول کشید. در ابتدا حدود ۸۰ درصد ماشین‌های ریخته‌گری ماشین‌های عمودی بودند. اما تا دهه ۸۰ قرن گذشته ماشین‌های عمودی تغییر یافته و تقریباً ۹۸ درصد آن به ماشین‌های ریخته‌گری پیوسته تبدیل شدند که در حال حاضر به شکل قوسی یا خمیده درآمده‌اند.

در دهه ۱۹۶۰ حدود ۵ درصد تولید فولاد خام در جهان به صورت پیوسته ریخته‌گری می‌شد. اما هم‌اکنون به حدود ۹۵ درصد رسیده است. از سال ۱۹۹۳ تا سال ۲۰۰۹ رشد ریخته‌گری پیوسته در جهان در جدول شماره یک نشان داده شده است.

( LadleTurret)برج پاتیل گردان

برج پاتیل گردان از نوع پروانه ای و با ظرفیت حمل حداکثر ۳۲۰×۲ تن می باشد وقادر به گردش ۳۶۰ درجه ای بوسیله سیستم الکترو مکانیکی می باشد. این تجهیز دارایقالب پوشش پاتیل از نوع هیدرولیکی و همچنین به حسگر شناسایی سرباره پاتیل مجهز میباشد. عملکرد اصلی و عمده Turret انتقال و جابجایی پاتیل هایپر و خالی به یک مکان مناسب جهت ادامه عملیات ریخته گری می باشد. به همین منظور Turret درجهت خلاف عقربه های ساعت می چرخد و به موقعیت نهایی نزدیک می شود و سرعت آن به طوراتوماتیک کاهش می یابد و سرانجام در محل اصلی متوقف می شود.

( Nozzle)  نازل شرود

درریخته گری تختال به منظور جلوگیری از تماس ذوب با هوای محیط و اکسید شدن وهمچنین هدایت فولاد مذاب از پاتیل به داخل تاندیش و از تاندیش به قالبریخته گری نازل نصب می گردد (۱۵-۲۰ سانتی متر از طول نازل در درون قالب قرار میگیرد) تا فولاد با کیفیت بالاتر تولید شود. جنس این لوله از گرافیت میباشد.

 ( Tundish )قیف 

تاندیش ظرفی واسط است که دارای دو دریچه تخلیه مذاب جهت تغذیه به قالب دستگاه می باشدومحل قرارگیری آن بین پاتیل و قالب ریخته گری است.جنس آن از مواد نسوز و بدنه ازفولاد میباشد.

مشخصات کیفی محصولات ریخته‌گری پیوسته

 محصول ریخته‌گری پیوسته نه تنها باید از نظر ابعاد دقیق باشد بلکه باید از جنبه کیفی نیز تنوع داشته باشد. از جنبه‌های کیفی آن می‌توان به تمیز بودن، نداشتن ترک سطحی و نداشتن ناخالصی‌ها مختصراً به شرح زیر اشاره کرد:

تمیزی :

در ریخته‌گری پیوسته انجماد سریع فلوتاسیون محتویات غیرفلزی در رشته‌ها را نسبتاً به تاخیر می‌اندازد. این محتویات می‌تواند منتهی به تشکیل مناطق ضعیفی یا سستی گردد که در فرآیند بیشتر مشکلاتی را ایجاد می‌کند.

ترک :

انواع ترک یا شکاف‌ها را می‌توان در محصولات ریخته‌گری پیوسته در سطح و عمق مشاهده کرد. معمولاً این ترک‌ها به دلیل اینکه در معرض هوا قرار گرفته و در طی نورد جوش می‌خورند در مواقعی باعث عیب و ایراد در محصول می‌شوند. معمولاً برای از بین بردن ترک‌ها از برش شعله‌ای یا سنگ‌زنی استفاده می‌شود اما این اقدامات می‌تواند از میزان تولید یا بهره‌وری بکاهد.

تجمع ناخالصی‌ها

تجمع ناخالصی‌ها یا عناصر محلول مانند کربن، منگنز ، گوگرد و فسفر باعث به وجود آمدن خواص ناهماهنگی در محصول می‌شوند.

گاز محلول

 وجود گازهای محلول مانند نیتروژن، هیدروژن و اکسیژن منتهی به تشکیل سوراخ‌های سوزنی‌شکل در طی فرآیند انجماد می‌گردد. حضور این گازهای محلول خصوصاً نیتروژن باعث معایبی در خواص مکانیکی فولاد ریخته‌گری پیوسته می‌شود

طبق نظریه متخصصین فولاد، فولاد ریخته‌گری پیوسته می‌تواند در ترکیب معایب زیر را داشته باشد:

۱-محصولات ریخته‌گری پیوسته با محتوی کربن در مرحله Peritectic مستعد ترک‌خوردگی بوده و در نتیجه شاید طبق استانداردهای کیفی خاص نباشد.

۲-اگر نسبت منگنز و سولفور به نسبت کمتر از ۲۰ باشد ترک به وجود می‌آید.

۳-میزان فسفر بالا قابلیت شکل‌پذیری بدون ایجاد ترک یا شکستگی (ductility) و استحکام فولاد را کاهش داده و درصد آن در اسلب فولادی باید کمتر از ۰۲۵/۰ درصد باشد.

ریخته‌گری پیوسته تغییرات چشمگیری در طرز فکر فولادسازان هندی به وجود آورده و فناوری ریخته‌گری پیوسته در کشور پذیرفته شده و نتیجه بهبود کیفی محصولات نهائی و توان رقابتی فولادسازان کشور را ارتقاء بخشیده است.