بررسی سختی انواع ورق استیل

مقدمه:
در متالورژی، ورق استیل یک آلیاژ فولادی با حداقل 10.5 درصد کروم و سایر عناصر آلیاژی و حداکثر 1.2 درصد کربن بر حسب جرم است. ورق های استیل، همچنین به عنوان فولادهای inox از واژه فرانسوی inoxydable (غیر اکسید شونده) شناخته می شوند. این فلزات آلیاژهای فولادی هستند که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی خود بسیار شناخته شده هستند، که با افزایش محتوای کروم مقاومت به خوردگی آنها افزایش می یابد. مقاومت در برابر خوردگی نیز ممکن است با افزودن نیکل و مولیبدن افزایش یابد. مقاومت این آلیاژهای فلزی در برابر اثرات شیمیایی عوامل خورنده و بر اساس غیرفعال سازی است. برای اینکه غیرفعال شدن اتفاق بیفتد و پایدار بماند، آلیاژ Fe-Cr باید دارای حداقل مقدار کروم حدود 10.5 درصد وزنی باشد تا فعل و انفعال شیمیایی جهت تشکیل لایه اکسیدکروم رخ دهد و در کمتر از آن غیرممکن است. کروم می تواند به عنوان یک عنصر سخت کننده استفاده شود و اغلب با یک عنصر سخت کننده مانند نیکل برای ایجاد خواص مکانیکی برتر استفاده می شود.

ورق های استیل سخت شده:

1- ورق های استیل مارتنزیتی:

ورق های استیل مارتنزیتی شبیه به فولادهای فریتی هستند که بر پایه کروم ساخته شده اند، اما سطح کربن بالاتری تا 1٪ دارند. آنها گاهی اوقات به عنوان ورق های استیل مارتنزیتی کم کربن و با کربن بالا طبقه بندی می شوند. این ورق های استیل حاوی 12 تا 14 درصد کروم، 0.2 تا 1 درصد مولیبدن بوده ولی نیکل موجود در آن بسیار محدود است. مقادیر بیشتر کربن به آنها اجازه می دهد تا مانند فولادهای کربنی و کم آلیاژ سخت شوند. آنها مقاومت به خوردگی متوسطی دارند، اما سخت، قوی و کمی شکننده در نظر گرفته می شوند. آنها مغناطیسی هستند و برخلاف ورق استیل آستنیتی می توانند با استفاده از روش بازرسی ذرات مغناطیسی به طور غیرمخرب آزمایش شوند. یک ورق استیل مارتنزیتی معمولی AISI 440C است که حاوی 16 تا 18 درصد کروم و 0.95 تا 1.2 درصد کربن است.

ورق استیل درجه 440C در موارد زیر مورد استفاده قرار می گیرد: 

بلوک گیج، کارد و چنگال، بلبرینگ، قالب و چاقو. 

همانطور که ذکر شد، ورق های استیل مارتنزیتی را می‌توان از طریق روش‌های مختلف پیری عملیات حرارتی کرد و آنرا سخت یا نرم نمود. 

2- ورق های استیل رسوب سخت شده (PH):

ورق های استیل PH (رسوبی-سختی) حاوی حدود 17 درصد کروم و 4 درصد نیکل هستند. این فولادها می توانند از طریق افزودن آلومینیوم، تیتانیوم، نیوبیم، وانادیم و یا نیتروژن استحکام بسیار بالایی داشته باشند که در طی فرآیند عملیات حرارتی که پیری حرارتی نامیده می شود، رسوبات بین فلزی منسجم را تشکیل می دهند. همانطور که رسوبات منسجم در سراسر ریزساختار تشکیل می شوند، شبکه کریستالی را تحت فشار قرار می دهند و مانع حرکت نابجایی ها یا نقص در شبکه کریستالی می گردند. از آنجایی که نابجایی ها اغلب حامل های غالب پلاستیسیته هستند، این امر باعث سخت شدن مواد می شود. به عنوان مثال، ورق استیل سخت شده با روش رسوب سختی 17-4 PH (AISI 630) دارای ریزساختار اولیه آستنیت یا مارتنزیت است.

گریدهای آستنیتی از طریق عملیات حرارتی (مثلاً از طریق عملیات حرارتی در حدود 1040 درجه سانتیگراد و به دنبال آن سرد کردن) قبل از انجام رسوب سختی به گریدهای مارتنزیتی تبدیل می شوند. عملیات پیری بعدی در حدود 475 درجه سانتی گراد، فازهای Nb و غنی از مس را رسوب می دهد که استحکام را تا بالاتر از 1000 مگاپاسکال افزایش می دهد. با این حال، برخلاف آلیاژهای آستنیتی، عملیات حرارتی فولادهای PH را تا سطوح بالاتر از آلیاژهای مارتنزیتی تقویت می کند. ورق های استیل رسوب سخت شده توسط سری 600 AISI مشخص شده اند.

از بین تمام گریدهای ورق استیل موجود، آنها به طور کلی بیشترین ترکیبی از استحکام بالا را همراه با چقرمگی عالی و مقاومت در برابر خوردگی ارائه می دهند. آنها به اندازه گریدهای آستنیتی در برابر خوردگی مقاوم هستند. کاربردهای متداول آنها در هوافضا و برخی دیگر از صنایع با تکنولوژی بالا است.

سختی ورق های استیل:

در علم مواد، سختی توانایی مقاومت در برابر فرورفتگی سطح (تغییر شکل پلاستیک موضعی) و خراش است. سختی احتمالاً بدترین ویژگی ماده است زیرا ممکن است نشان دهنده مقاومت در برابر خراش، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر فرورفتگی یا حتی مقاومت در برابر شکل دادن یا تغییر شکل موضعی پلاستیک باشد. سختی از نقطه نظر مهندسی مهم است زیرا مقاومت در برابر سایش ناشی از اصطکاک یا فرسایش بخار، روغن و آب به طور کلی با سختی افزایش می یابد.

در ذیل به بیان سختی برخی از انواع ورق استیل پرداخته شده است:

• سختی برینل ورق استیل 304 تقریبا 201 مگاپاسکال است.
• سختی برینل ورق استیل فریتی گرید 430 تقریباً 180 مگاپاسکال است.
• سختی برینل ورق استیل مارتنزیتی گرید 440C تقریباً 270 مگاپاسکال است.
• سختی برینل ورق های استیل دوبلکس SAF 2205 تقریباً 217 مگاپاسکال است.
• سختی برینل فولادهای رسوب سخت شده 17-4PH تقریباً 353 مگاپاسکال است.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی