فولاد ضد زنگ ۴۴۰

فولاد ضد زنگ ۴۴۰

فولاد ضد زنگ ۴۴۰

فولاد ضد زنگ ۴۴۰

فولادها، جزء جدایی­ ناپذیر جامعه­ ی مدرن محسوب می‌­شوند. فولاد، آلیاژی است که از ترکیب آهن با کربن و همچنین سایر عناصر ساخته می‌­شود؛ این عناصر، مقاومت بی­نظیری را در آن به وجود می‌­آورند. از ابتدای قرن بیستم می‌لادی تاکنون، صدها نوع فولاد توسعه یافته است که هرکدام دارای مشخصات منحصر به فرد خود هستند. برای کمک به ساماندهی این فولادها، موسسه­ ی آهن و فولاد آمریکا (AISI) و انجمن مهندسان خودرو (SAE) انواع خاصی از فولادها را مشخص کرده‌­اند. در این مقاله به بررسی یک دسته از فولادها از خانواده­­ ی فولادهای ضدزنگ یعنی فولادهای که در برابر لکه‌­ها، خوردگی­ها و زنگ­زدگی مقاوم­تر هستند پرداخته می‌­شود. این دسته از فولادهای ضدزنگ به استیل ۴۴۰ معروف هستند. به لطف سختی و مقاومت در برابر سایش خود، ماده­ ی بسیار محبوبی به حساب می‌­آیند. کاربرد فولاد ضد زنگ ۴۴۰ را در صنایع مختلف می‌توان مشاهده کرد.

خصوصیات فیزیکی فولاد ضد زنگ ۴۴۰

فولاد ضد زنگ ۴۴۰ بخشی از فولادهای ضدزنگ یا فولادهای آلیاژی هستند که حداقل ۱۰% کروم دارند. این میزان کروم، این آلیاژها را در برابر خوردگی بسیار مقاوم می‌­سازد. AISI یک شاخص نامگذاری سه رقمی‌ برای فولادهای ضدزنگ ایجاد کرده است (برخلاف اسامی‌ معمول چهار رقمی‌ که به فولادهای غیرضدزنگ داده می‌­شود) که رقم اول بیانگر نوع فولاد و عناصر آلیاژی است. فولادهای ضدزنگ همچنین بر اساس ساختار مولکولی خود دسته­بندی شده‌­اند. بر این اساس، فولادهای ضدزنگ را می‌­توان به انواع آستنیتی ، فریتی ، مارتنزیتی یا دوپلکس تقسیم کرد. تفاوت این چهار نوع در ساختارهای شبکه کریستالی آنها نهفته است که به فولادهای ضدزنگ ویژگی­های مفیدی مانند سختی بیشتر، چکش ­خواری یا مقاومت در برابر شکست را می‌­دهد.

گریدهای استیل ۴۴۰

دسته ­ی xx4 فولادهای ضد زنگ با عنصر کروم آلیاژ شده‌‌­اند و از نظر ساختاری فریتی یا مارتنزیتی هستند. گریدهای استیل ۴۴۰ شامل چهار نوع فولاد A 440، B440 ، C440 و F440، بوده که تنها تفاوت آن‌­‌ها در میزان کربن آنها است. تمامی‌ گریدهای استیل ۴۴۰ گزینه‌‌‌­های محبوبی هستند، اما استیل C440 به دلیل دارا بودن بالاترین سختی، محبوب­ترین این چهار نوع است. در زیر ترکیبات شیمیایی هر نوع ذکر شده است:

عناصر مشترک در تمام گریدهای استیل ۴۴۰

کروم ۱۸-۱۶%
منگنز ۱%
سیلیکون ۱%
مولیبدن ۷۵/۰%
فسفر ۰۴/۰%
گوگرد ۰۳/۰%
چند درصد کربن
فولاد A440
۷۵/۰-۶/۰% کربن
فولاد B440
۹۵/۰-۷۵/۰% کربن
استیل C440 و F440
۹۵/۰-۲۰/۱% کربن

تمام گریدهای ۴۴۰ قابل کارسختی بوده و از طریق عملیات حرارتی مقاومت بیشتری به دست می‌­آورند. این فولادها به عنوان یک فولاد آلیاژی پر کربن در نظر گرفته می‌­شوند. فولادهای ۴۴۰ با استفاده از عملیات حرارتی کارسختی، سخت­ترین فولاد در بین فولادهای ضدزنگ می‌­شوند. این عملیات، آن­ها را هم مقاوم در برابر سایش و هم مقاوم در برابر خوردگی می‌­سازد. در حالت “آنیل ­شده ­ی” نرم، فولاد۴۴۰ به راحتی کارپذیر، قابل ماشینکاری و شکل­پذیر است، سپس می‌­توان آن را سخت کرد و استحکام بیشتری را که به آن معروف است، در آن ایجاد کرد.

ویژگی­‌های مکانیکی استیل ۴۴۰

جدول ۱ در زیر، برخی از ویژگی‌­های مکانیکی مهم فولاد ۴۴۰ را نشان می‌­دهد. توجه به این نکته ضروری است که هر مخلوط آلیاژی مقادیر منحصر به فرد خود را دارد و این مقادیر بر اساس عملیات استحکام­ بخشی تغییر می‌­کند. جدول ۱ مقادیر مربوط به فولاد ضدزنگ ۴۴۰ AISI را نشان می‌دهد، که به فولاد ضد زنگ C440 نزدیکتر است:

جدول ۱. ویژگی­‌های مکانیکی فولاد ۴۴۰

ویژگی‌­های مکانیکی متریک انگلیسی
استحکام کششی نهایی MPa 1750 psi 254000
استحکام تسلیم کششی MPa 1230 psi 186000
سختی (راکول) ۵۸ ۵۸
مدول الاستیسیته GPa 200 ksi 29000
ضربه­ ی شارپی J 19 ft-lb 14

همانطور که از استحکام تسلیم کششی و نهایی مشخص است، فولاد ۴۴۰ از استحکام به شدت بالایی برخوردار است. این معیارها از تست‌­های تنش آزمایشگاهی بدست آمده است. در این تست‌­ها، نمونه‌­ای از فولاد ۴۴۰ به صورت محوری کشیده می‌­شود و منحنی کرنش برحسب تنش آن رسم می‌­شود. تنش تسلیم حداکثر میزان تنشی است که یک نمونه قبل از تغییر شکل پلاستیک (یا دائمی‌) می‌­تواند تجربه کند. استحکام نهایی حداکثر تنشی است که نمونه قبل از شکست تجربه می‌­کند. این معیارها در کاربردهای سازه‌­ای، جایی که ماده نباید تحت وزن شدید تغییر شکل دائمی‌ دهد، و در کاربردهای پر تنش، جایی که شکست نباید رخ دهد، مفید هستند.

سختی فولاد ضد زنگ ۴۴۰

سختی مواد یک معیار مقایسه‌­ای از دشواریِ خراش برداشتن، اچ شدن یا آسیب دیدن سطح ماده است. مقیاس­های زیادی مانند مقیاس­های سختی محبوب برینل، ویکرز و موس وجود دارد، اما فولاد اغلب بر اساس مقیاس سختی راکول درجه­‎بندی می‌­شود. سختی راکول استیل ۴۴۰، ۵۸ است که کاملا سخت تلقی می‌­شود. برای مقایسه، سختی فولادهای سخت که برای لبه‌‌­های تیغه به کار می‌­روند، ۶۰ است؛ بنابراین واضح است که فولاد ۴۴۰ نسبت به تغییر شکل سطحی کاملا مقاومت دارد.

مدول الاستیسیته استیل ۴۴۰

مدول الاستیسیته معیاری از چگونگی پاسخ یک ماده حین تغییر شکل الاستیک یا تغییر شکل غیر دائمی‌ است. مدول الاستیسیته ­ی بالا بدان معنی است که برای کشیدن یک ماده به تنش بسیار بالایی نیاز است، یعنی ماده سفتی زیادی دارد. استیل ۴۴۰ مدول الاستیسیته ­ی بالایی دارد، به این معنی که به راحتی در برابر تنش تسلیم نمی‌­شود، و به این ترتیب در کل یک ماده­ ی سفت محسوب می‌­شود.

آزمایش ضربه شارپی

آزمایش ضربه­ شارپی میزان انرژی جذب شده توسط یک ماده را در شرایط شدید، یعنی تحت شرایط شکست یا کرنش بالا تعیین می‌­کند. در این آزمایش، یک آونگ سنگین به یک نمونه­ ی آزمایشی فاق­دار فولادی برخورد می‌­کند. طی آن یک سنجه میزان انرژی جذب شده توسط ماده را بر حسب ژول اندازه گیری می‌­کند. به طور کلی، مواد با مقاومت بالا به راحتی انرژی زیادی را جذب نمی‌­کنند، زیرا به جای جذب انرژی به راحتی می‌­شکنند (به یاد داشته باشید؛ تردی با استحکام افزایش می‌­یابد). در نتیجه، بیشتر فولادها انرژی ضربه ­ی شارپی نسبتا پایینی دارند و استیل ۴۴۰ نیز از این مورد مستثنی نیست. این مصداق دیگری برای سختی و استحکام فولادهای ۴۴۰ است، زیرا در هنگام ضربه­ ی آونگ تست شارپی کمتر از ۲۰ ژول انرژی جذب می‌­کنند.

مقاومت در برابر خوردگی و اثرات دما

در حالی که بیشتر فولادهای ضد زنگ در برابر زنگ ­زدگی مقاوم هستند، فولادهای ۴۴۰ مقاومت در برابر خوردگی کمتری دارند. این نتیجه­ ی ساختار مارتنزیتی آن است که باعث افزایش سختی آن می‌­شود. اما نسبت به فولادهای ضدزنگ آستنیتی و فریتی، آن را به خوردگی مستعدتر می‌­سازد. این بدان معنا نیست که فولاد ۴۴۰ به راحتی زنگ می‌­زند، زیرا نسبت به بیشتر فولادها در برابر خوردگی مقاوم­تر است، اما در نظر بگیرید که نباید آن را صرفا برای مقاومت در برابر زنگ­زدگی آن انتخاب کرد.

همچنین مهم است بدانید که فولادهای ۴۴۰ در دماهای بالا به خوبی کار نمی‌­کنند. آن­ها در دماهای زیاد استحکام خود را از دست می‌­دهند، زیرا بیش از حد تمپر می‌­شوند و نرم­تر می‌­شوند. در دمای زیر ۰ درجه سانتیگراد نیز داکتیلیته ­ی خود را از دست می‌­دهند. این واقعیت برای هر طراحی که مایل به استفاده از این فولاد در محیط‌­های خشن است، از اهمیت بسیاری برخوردار است، زیرا احتمالا فولاد ۴۴۰ بهترین انتخاب نخواهد بود.

کاربرد استیل ۴۴۰

استیل ۴۴۰ را در اکثر مغازه‌­های ماشینکاری می‌­توان یافت، زیرا در حالت آنیل شده به آسانی ماشین­کاری می‌­شود و در عین حال پس از عملیات حرارتی مستحکم و مقاوم می‌­شود. این ماده برای اجزایی که باید در برابر خوردگی مقاومت نسبتا خوبی داشته باشند و در عین حال در اثر استفاده­ ی مکرر دچار سایش نشوند، فوق ­العاده خوب است. این فولاد یک گزینه ­ی عالی برای لبه‌­های چاقو است، زیرا سختی آن هنگام استفاده در ابزارهای برنده­ ی آشپزخانه بهتر می‌­شود. در ادامه نمونه کاربرد استیل ۴۴۰ معرفی شده است:

قالب و سنبه
اجزای شیر
وسایل/ابزارهای اندازه­گیری
اجزای نساجی
یاتاقان ساچمه‌­ای

No Comments

Sorry, the comment form is closed at this time.