عناصر آلیاژی و عناصر همراه (بخش اول)
درمورد عناصر آلیاژی اصولا از نظر نقش آنها از این نظر که آیا آنها کاربیدساز، آستنیت ساز و یا فرریت ساز و یا هدف خاص دیگری را برآورده می کنند می توان تمایزی قائل شد. هر نوع عنصر آلیاژی متناسب با درصد جرمی به کار رفته از آن عنصر خواص ویژه ای را در فولاد ایجاد می کند. در صورت استفاده همزمان چند نوع عنصر آلیاژی متفاوت، خواص ایجاد شده در فولاد را می توان تشدید کرد. البته آلیاژهایی نیز وجود دارند که هر عنصر آلیاژی آن برخلاف تاثیر انحصار خود، در کنار عناصر آلیاژی دیگر نه تنها خواص مورد نیاز را در فولاد ایجاد نکرده، بلکه در جهت عکس عمل می کند. وجود عناصر آلیاژی شرط لازم برای خواص مورد نیاز فولاد بوده که تازه با انجام مراحل مختلف ماشینکاری و عملیات حرارتی بعدی می توان بدان دست یافت.
عناصر آلیاژی و همراه که تاثیر مهمی روی فولاد اعمال می کنند عبارتند از:
1- آلومینیم (Al)
نقطه ذوب 658 درجه سانتیگراد
این فلز یکی از قویترین عناصر اکسیدزدا و نیز نیتریدزدا می باشد، که بدین ترتیب بر حساسیت پیرسازی فولاد تاثیر خیلی مناسبی دارد. مصرف کم این عنصر به ساختار ریزدانه شدن ساختار کریستالی فولاد کمک می کند. از آنجا که این فلز با نیتروژن، نیتریدهایی با سختی بالا ایجاد می کند، یکی از عناصر مهم در فولادهای نیتروره به شمار می رود. آلومینیم مقاومت سوختگی و پوسته شدن فولاد را افزایش و به این دلیل یکی از عناصر مهم آلیاژی در فولادهای فرریتی مقاوم به پوسته شدن به شمار می رود. با آلیتره کردن (آلومینیم دهی سطحی) می توان مقاومت فولاد را در برابر پوسته شدن ایجاد کرد. حوزه کریستالی y با افزودن عنصر آلومینیم شدیدا تنگ تر می شود.
آلومینیم باعث افزایش شدید نیروی پس ماندزدا می شود، لذا این فلز یکی از عناصر مهم آلیاژی در آلیاژهای آهنربای دایم که همبسته ای از آهن، نیکل، کبالت و آلومینیم است، به شمار می رود.
2- آرسنیک (As):
نقطه ذوب 817 درجه سانتیگراد
این عنصر حوزه y را باریکتر و خواص فولاد را خراب می کند زیرا مانند فسفر باعث جدانشینی شدید می شود. نحوه برطرف کردن این جدانشینی با انجام بازپخت نفوذی به مراتب مشکلتر از فسفر است، این عنصر باعث افزایش تردی برگشت، کاهش شدید میزان چقرمگی و کاهش قابلیت جوشکاری می شود.
3- بر (B):
نقطه ذوب 2300 درجه سانتیگراد
از آنجا که این عنصر در جذب نوترونها نقش مهمی دارد، لذا یکی از عناصر مهم آلیاژی فولادهایی است که در تجهیزات محافظ و کنترل کننده های نیروگاههای هسته ای به کار می رود. با اضافه کردن عنصر بر به فولادهای آستنیتی 18/8 CrNi به واسطه سختی جدانشینی تنش تسلیم و استحکام آنها افزایش یافته، در صورتی که به طور همزمان مقاومت در برابر خوردگی کاهش می یابد.
جدانشینی ناشی از افزودن عنصر بر باعث بهبودی خواص استحکامی فولادهای آستنیتی مقاوم به دمای بالا می شود.
همچنین این عنصر سختی پذیری عمقی فولادهای ساختمانی را بهبود بخشیده و استحکام مغزی فولادهای کربوره را افزایش می دهد. کاهش قابلیت جوشکاری فولاد در نتیجه حضور این عنصر باید مدنظر باشد.
4- بریلیم (Be):
نقطه ذوب 1280 درجه سانتیگراد
فنرهای مارپیچ که در ساختمان ساعتها به کار گرفته می شوند، از آلیاژ مس- بریلیم بوده که می توانند تعداد دفعات ضرب بیشتری را نسبت به فنرهای مارپیچ ساخته شده از فولاد فنر، تحمل نمایند. آلیاژهای نیکل- بریلیم در برابر خوردگی بسیار مقاوم بوده و در ساخت وسایل جراحی کاربرد فراوان دارند.
این عنصر باریکتر شدن حوزه y را در پی خواهد داشت. با این فلز می توان به سختی ناشی از جدانشینی دست یافت که کاهش چقرمگی فولاد را نیز باعث می شود. از خواص دیگر این عنصر اکسیدزدایی و میل ترکیبی زیاد با گوگرد است.
5- کربن (Ca):
نقطه ذوب 850 درجه سانتیگراد
کاربرد این عنصر به همراه سیلیسیم به عنوان یک عضو اکسیدزدا می باشد. کلسیم مقاومت در برابر پوسته شدن المنتهای برقی را افزایش می دهد.
7- سریم (Ce):
نقطه ذوب775 درجه سانتیگراد
کاربرد این عنصر به همراه سیلیسیم به عنوان یک عضو اکسیدزدا می باشد. کلسیم مقاومت در برابر پوسته شدن المنتهای برقی را افزایش می دهد.
این عنصر به دلیل خاصیت اکسیدزدایی و گوگردزدایی شدید خاصیت پاک کنندگی داشته و بیشتر همراه با عناصری نظیر لانتانیم (Lanthan)، نئودیم (Neodym)، پراسئودیم (Praseodym) و دیگر فلزات نجیت نادر به عنوان «میش متال» به کار گرفته می شود.
وجود این عنصر در فولادهای پرآلیاژ باعث افزایش قابلیت شکل پذیری گرم شده و مقاومت در برابر پوسته شدن فولادهای نسوز را بهبود می بخشد.
همبسته ای از آهن با این عنصر به مقدار 70%، سنگ چخماق (Pyrophor) را می سازند.
به عنوان مواد افزودنی در چدن گرافیت کروی کاربرد دارد.
8- کبالت (Co):
نقطه ذوب 1492 درجه سانتیگراد
این عنصر کاربیدساز نبوده، در دمای بالا از رشد دانه کریستالی جلوگیری کرده و مقاومت برگشت و استحکام گرم فولاد را تا حد زیادی بهبود می بخشد، به این دلیل نمی توان آن را به عنوان یک عنصر آلیاژی در فولادهای – تندبر، – گرم کار، – مقاوم به گرما و – دمای بالا به کار گرفت.
وجود کبالت باعث بهبودی تشکیل گرافیت در فولاد می شود، همچنین این فلز باعث افزایش شدید پدیده پس ماند القای مغناطیسی، نیروی پس ماندزدا و قابلیت هدایت گرمایی می شود؛ بدین دلیل این فلز به عنوان عنصر پایه در فولادهای آهنرباهای دایم ارزش بالا به شمار می رود.
کبالت تحت بمباران نوترونی تشکیل ایزوتوپ رادیواکتیو می دهد، بدین جهت برای راکتورهای اتمی زیاد مناسب نیستند.
