جوشکاری استلایت بر روی فولادهای کربنی

فولاد های سادۀ کربنی که به فولادهای غیر آلیاژی نیز شناخته می شوند. در سیستم کد گذاری بین المللی UNS با حرف G آغاز می شوند. این فولادی در سیستم AISI و SAE بصورت 10XX ,11XX,12XX و 15XX شناسایی می شوند.

در بازار ایران معروف ترین گریدهای این فولادها را می توان. St37 – St13 – St14 – St14 – St44 – St22 – St52 در فولادهای ساختمانی و Ck22 – Ck45 – Ck35 – Ck60 در فولادهای صنعتی نام برد.

بصورت کلی جوش پذیری یک فولاد با سختی پذیری آن نسبت مستقیم دارد. و هر چه سختی پذیری افزایش یابد. جوش پذیری پایین می آید. این موضوع بخاطر شکل گیری یک لایۀ ترد. در منطقۀ متأثر از حرارت زیر جوش (HAZ) در داخل فلز پایه می باشد.

وقتی سختی پذیری یک فولاد بالا باشد. در اثر سریع سرد شدن منطقۀ زیر جوش، فازهای ترد مارتنزیتی تشکیل می شود. که مقاومت به ضربۀ پایینی دارد. این مسأله وقتی کربن بالاتر از 0/5 درصد باشد. اهمیت فراوانی می یابد.

برای کاهش سرعت سرد شدن، بهترین روش پیش گرم کردن قطعۀ کار می باشد. برای تعیین میزان پیش گرم مورد نیاز و ارزیابی جوش پذیری یک فولاد. از معیاری با عنوان کربن معادل (CE) استفاده می شود. این معیار مستقیماً ترکیب شیمیایی یک فولاد را به جوش پذیری آن ارتباط داده. و از طریق رابطۀ زیر محاسبه می شود.

بعنوان مثال می توان مشاهده کرد. برای فولادهایی مثل St37 , St12 که کربن معادلی در حدود 0/2 دارند. هیچ پیش گرمی نیاز نیست. اما برای فولادهایی مثل Ck45 که کربن معادل آن حدود 0/5 می باشد. به حدود 170 درجۀ سانتی گراد پیش گرم نیاز است.

برای استفاده از این نمودار به دو نکته باید توجه کرد. یکی اینکه این پیش گرم با هدف جلوگیری از سریع سرد شدن منطقۀ کنار جوش می باشد. و بنابراین اندازۀ قطعه نیز اثر گذار است. و دیگر اینکه پیش گرم همواره می تواند. مفید باشد زیرا اثر رطوبت یا چربی موجود بر روی قطعه و همچنین تنش های انقباضی را کاهش می دهد.

هرچه که کربن معادل از 0/5 بیشتر باشد. تشکیل مارتنزیت اجتناب ناپذیر است.

در این شرایط عملیات حرارتی پس از جوشکاری PWHT ضروری می شود.

انتخاب دمای این عملیات حرارتی با توجه به گرید فولاد انتخاب می شود. و معمولاً 50 درجه ی سانتی گراد پایینتر از دمای تمپر همیشگی آن فولاد است. معمولاً قطعات جوشکاری شده بلافاصله پس از جوشکاری بمدت یک تا دو ساعت در کورهه قرار می گیرند.

آلیاژهای استلایت

آلیاژهای استلایت آلیاژهایی با پایه ی کبالت هستند. مهم ترین عناصر آلیاژی استلایت ها، عناصر کربن، کروم، تنگستن، مولیبدن و نیکل می باشند.

همانطور که گفته شد. استلایت ها مقاومت بسیار خوبی به گالینگ و سایش چسبان فلز روی فلز دارند. این آلیاژها نیاز به روانکاری کمی داشته و ضریب اصطکاک پایینی دارند. به همین دلیل نسبت به Siding Wear مقاومت خوبی دارند. علاوه بر این آلیاژهای استلایت نسبت به اکسیداسیون دمای بالا، کاویتاسیون و فرسایش مقاومت مناسبی دارند.

روش تولید می تواند. بر سختی حاصل از یک آلیاژ اثرگذار باشد. شکل 2 سختی Stellite 6 حاصل از روش های گوناگون تولید در دماهای مختلف را نشان می دهد.

نظیر هر گروه از آلیاژهای دیگر، هر گرید استلایت برای یک دسته کاربرد خاص طراحی می شود. و بر همین اساس ترکیب شیمیایی آن تنظیم می شود.

به عنوان مثال آلیاژهایی که جنبه ی مقاومت به خوردگی آنها بالاست. معمولاً دارای کروم 28 تا 32 درصد بوده و خواص خوردگی نظیر فولاد زنگ نزن 316 دارند.

به علت نقش اساسی کربن در ایجاد مقاومت به سایش یا مقاومت به خوردگی، آلیاژهای استلایت را می توان. به دو دسته ی کلی زیر تقسیم بندی کرد.

• استلایت های کاربیدی (درصد C > 0/08 )

این استلایتها توسط کاربیدهای کروم، تنگستن و یا مولیبدن استحکام می یابند. و به دو صورت هیپویوتکنیک (کاربیدهای M22C6) نظیر استلایت 6. و هایپریوتکتیک (کاربیدهای M7C3) نظیر استلایت 1 گروه بندی می شوند.

• استلایتهای محلول جامد (C< 0/4)

این دسته از آلیاژهای استلایت معمولاً مقاومت به ضربه و مقاومت به خوردگی مناسب تری نسبت به گروه اول دارند. این دسته را به دو گروه زیر میتوان متمایز کرد.

— آلیاژهای استلایت کبالت، کروم، مولیبدن (بدون تنگستن) نظیر Stellite 21.

— آلیاژهای استلایت کبالت، کروم، مولیبدن، نیکل (با تنگستن پایین) نظیر Ultimet.

• آلیاژهای مقاوم به سایش توسط کار سخت شدن

شکل 3 ریز ساختار بعضی از آلیاژهای استلایت را نشان می دهد.

جدول 1 – ترکیب شیمیایی آلیاژهای معروف استلایت

یک ویژگی مهم آلیاژهای استلایت مقاومت به سایش در دمای بالاست. سختی همواره به عنوان یک پارامتر ملموس برای ارزیابی مقاومت به سایش تلقی می شود. ولی این معیار همیشه نمی تواند. ارزیابی صحیحی به ما ارائه دهد. در آلیاژهای استلایت به علت وجود ذرات کاربیدهای تنگستن. مقاومت به سایش بالاتری نسبت به یک فولاد با همان عدد سختی حاصل می شود.

شکل 4 سختی داغ چند آلیاژ استلایت را در مقایسه با فولاد ابزار گرم کار H13. در دماهای مختلف نشان می دهد.

شکل 5 نیز سختی داغ آلیاژهای مختلف استلایت را در دماهای مختلف مقایسه می کند.

شکل 6 اثر سختی داغ بر فرسایش دمای بالا در استلایت 1 را نشان می دهد. همان طور که دیده می شود. افت سختی از DPH 320 به 220 باعث دو برابر شدن فرسایش داغ شده است.

آهنگری یا Forging شکل دادن به فلز با استفاده از نیروهای فشاری محلی است. این ضربات معمولاً توسط یک چکش آهنگری با قالب اعمال می شود.

آهنگری

آهنگری یکی از کهنترین روش های فرم دهی فلزات می باشد. که در دوران گذشته فلز مورد نظرشان را تا حد لازم گداخته و سرخ می کردند. و بعد با یک انبر آن را روی سندان نگه می داشتند. و چکش کاری می کردند. تا شکل مورد نظر را پیدا کند. و گاهی فلز گداخته را با چکش کاری در داخل یک قالب شکل می دادند. و فلز گداخته شکل قالب را به خود می گرفت.

فورجینگ اغلب طبق درجه حرارت طبقه بندی می شود. که عبارتند از

• آهنگری سرد – Cold Forging (یک نوع کار سرد)
• آهنگری گرم – Warm Forging
• آهنگری داغ – Hot Forging (یک نوع کار گرم)

برای نوع دوم، فلز به طور معمول در کوره آهنگری داغ می شود.

قطعات فورجینگ می توانند وزن کمتر از یک کیلوگرم تا صدها تن داشته باشند. محصولات سنتی ساخته شده از این فرآیند عبارت بودند از. وسایل آشپزخانه، سخت افزار، ابزار دستی، سلاح های لبه دار، سنج و جواهرات. از زمان انقلاب صنعتی ، قطعات فورجینگ شده در مکانیسم ها و ماشین آلات. به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند. هرجا که یک جزء نیاز به استحکام بالا داشته باشد. چنین آهنگری ها معمولاً نیاز به پرداخت بیشتر (مانند ماشین کاری) برای رسیدن به یک قطعه نهایی دارد. امروزه آهنگری یکی از صنایع عمده جهان است.

نحوه عملکرد فرآیند

در روش آهنگری، قطعۀ اولیه که لقمه نامیده می شود در میان دو نیمۀ قالب قرار می گیرد. و نیرویی زیاد به صورت آرام و گاهی ضربه ای به آن وارد می شود. به این ترتیب قطعۀ گداخته در محیط قالب، شکل و فرم داخل قالب را به خود می گیرد. و فلز اضافی به حفرۀ فلاش وارد می شود که بعداً از قطعه جدا می شود. و دور ریز قطعۀ آهنگری شده محسوب می گردد.

پروسۀ فورجینگ معمولاً به صورت گرم انجام می گیرد و هر فلزی میزان حرارت مشخصی برای فورجینگ شدن دارد. در روش فورجینگ قطعۀ گداخته شده در کوره که به حرارت مشخص رسیده باشد. را در قالب می گذارند که بر اثر فشار، فرم قالب را به خود بگیرد. قطعات فورجینگ شده نسبت به روش های دیگر تولیدی از استحکام و خواص مکانیکی عالی تری برخوردار می باشند. اکثر فلزات، قابلیت آهنگری شدن را دارا هستند. فلزاتی مانند فولادهای آلیاژی و فولادهای کربنی و آلومینیوم و آلیاژهای آن، برنج، مس و آلیاژهای آنها و… برای فورجینگ مناسب می باشند. برای فلزهایی مانند تیتانیوم به دلیل ضعیت بودن در انتقال حرارت، قالب و قطعه باید هم دما باشند. که این خود یک روش فورجینگ جدید به حساب می آید. زیرا مهندسین ناچار هستند قالب و خط تولید مخصوص این نوع از آهنگری طراحی کنند.

فرآیندهای پوشش دهی آلیاژهای استلایت بر روی قطعات

• روش پاشش حرارتی HVOF
• جوش آرگون TIG
• جوش کاری زیر پودری Submerged Arc Welding
• جوش میگ MIG
• جوشکاری به روش PTA
• جوشکاری لیزر Laser Weld Doposition

هریک از این روشها دارای نقاط قوت و ویژگیهای خاص خود هستند. به عنوان مثال در روش HVOF، سرعت پاشش ذرات به مافوق صوت رسیده. و دمای سطح قطعه نسبت به روشهایی مانند TIG یا PTA بسیار پایین تر است. این روش چگالی ایجاد می کند. ولی ضخامت حاصل از آن معمولاً کمتر از یک میلی متر است.

روش PTA که در آن پودر فلز استفاده میشود. قابلیت اتوماتیک شدن خوبی دارد. این روش نرخ رسوب گذاری بالایی داشته و رقیق شدن توسط آهن زیر لایه کمتر در آن اتفاق می افتد.

شکل 1 انواع روش های پوشش دهی را به صورت شماتیک نشان می دهد.

سخت کاری سطحی قطعات با استفاده از آلیاژهای استلایت

سخت کاری

سختکاری سطحی قطعات صنعتی با استفاده از سوپرآلیاژهای پایه کبالت استلایت یکی از چالش های صنعتگران است. آلیاژهای استلایت به علت خواص منحصر به فرد خود در کاربردهای بسیاری در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند.

زمانیکه که حفظ سختی در دمای بالا، شرایط خورنده و انواع مکانیزم های سایش مطرح باشند. استلایت ها به خوبی برتری های خود را به نمایش می گذارند.

معمولاً آلیاژهای مقاوم به سایش، مقاومت به خوردگی بالایی ندارند. یا آلیاژهای مقاوم به حرارت، نظیر اینکونل ها و اینکولوی ها، مقاومت به سایش پایینی دارند. ولی آلیاژهای استلایت بطور همزمان می توانند در سه جبهه با این مکانیزم های مخرب فلزات بجنگند.

آلیاژهای استلایت مقاومت به سایش چسبان (Galling) بسیار خوبی دارند. به همین دلیل در شرایطی که آب بندی فلز روی فلز نیاز باشد. گزینه ی بسیار مناسبی هستند. این ویژگی باعث شده تا در صنایع شیرآلات خاص صنعتی. پمپ های فرآیندی و کنترل ولوها شاهد به کارگیری آلیاژهای استلایت در سیت، گیت، بال و … باشیم.

حفظ سختی و مقاومت به سایش در دمای بالا در آلیاژهای استلایت باعث شده. تا در فرآیندهای شکل دهی گرم فلزات، نظیر اکستروژن و کشش سیم کاربردهای زیادی پیدا کرده باشند.

مقاومت به خوردگی در فلز مذاب، باعث شده. تا در ساخت قطعات تحت سایش در وان های فلزات مذاب. بتوان آلیاژهای استلایت را بکارگیری کرد.

در این نوشتار، اصول کلی سخت کاری سطی قطعات صنعتی با استفاده از آلیاژهای استلایت. به روش جوشکاری مورد بحث قرار گرفته است. امید است این مطلب مورد استفاده ی صنعتگران بومی ساز قطعات خاص قرار گیرد.

کاربرد های فولاد فنر

هر فولاد فنر دارای خاصیت و ویژگی های مختص به خود است. که از انواع کاربردهای فولاد فنر می توان به موارد زیر اشاره نمود.

• فنرهای لوله ای فشاری: فاصله ی میان دایره های این نوع از فنر از یکدیگر زیاد می باشد. تا هنگامی که به آن فشار اعمال می شود بتواند آن را تحمل کند.
• فنر کششی : این نوع از فنرها عملکردی برعکس فنرهای لوله ای فشاری دارند. در این نوع از فنرها فاصله ی دایره ها کمتر بوده و برای اعمال فشار مناسب می باشد.
• فنرهای پیچشی: از این نوع فنرها هنگامی استفاده می شود. که ملاک ما تحمل و ایجاد گشتاور می باشد.
• فنرهای تخت: این فنرها برای جذب نیروهایی از جمله نیروی خمشی مورد استفاده قرار می گیرد.
• فنرهای مخروطی : این فنرها می توانند ضریب سختی غیر برابر را تحمل کنند. بدین صورت که اگر نیروی کمی بر آن وارد شود . به صورت نرم عمل می کند. ولی اگر نیروی بسیار زیادی به آن اعمال شود به صورت سخت عمل می کند.

• پس از این که فولاد در ساخت فنر استفاده شد. ویژگی هایی را در فنر ایجاد می کند. که از مهم ترین این ویژگی ها می توان به موارد زیر اشاره کرد.

  • در مقابل شکنندگی مقاومت بسیار زیادی دارد.
  • دارای خاصیت الاستیکی است.
  • در مقابل خوردگی مقاومت زیادی پیدا می کند.

  مهم ترین خواص بوجود آمده در فولاد فنر به علت وجود سیلیسیم و کروم می باشد. کم و یا زیاد شدن مقدار عناصر در فولاد فنر. می تواند کاربرد و رفتار آن را به کل تغییر بدهد.

•  

صنعت فنر سازی در ایران

در حال حاضر کشور ما در صنعت فنر سازی. پیشرفت به سزایی داشته و توانسته در این صنعت رشد و ترقی داشته باشد. فنر از با اهمیت ترین قطعات مکانیکال سیستم های دینامیکی می باشد. که دامنه ی کاربرد و استفاده از آن در صنایع بسیار گسترده می باشد.

فنرها انواع متفاوتی دارند. که از جمله ی آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• فنر کششی
• فنر فشاری
• فنر پیچشی
• فنر دیسکی
• فنر بشقابی
• فنر دیاگرامی
• و…

این فنرها در عین حال که ظاهری بسیار ساده ای دارند. اما کاربرد و رفتاری پیچیده و غیر ساده دارند که این موضوع جالبت توجه می باشد. بنابراین ساخت و تولید هر یک از این فنر ها نیز با یکدیگر متفاوت بوده. و نیاز به اصول و قوانین علمی متفاوتی می باشد.

بنابراین برای ساخت فنر و تولید آن باید اصول و قوانین علمی را به کار برد. که کار بسیار پیچیده ای بوده. و نیاز به یک صنعت توسعه یافته دارد. تا بتوان فنری اصولی و مطابق با قوانین علم مکانیک تولید کرد.

در گذشته کشور ایران در این صنعت کیفیت بسیار پایینی در تولیدات و ساخت فنرها داشت. زیرا برای تولید این قطعه ی مهم و پرکاربرد هیچ توجهی به علم روز دنیا نمی شد. و بر اساس دانسته های تجربی و بدون متد اصول جهانی نسبت به تولیدات فنر اقدام می کردند. که نتیجه ی آن تولیداتی با کیفیت و راندمان بسیار پایین بود.

اما امروزه برخی از شرکت ها به خصوص شرکت های دانشگاهی فعال در حوزه ی ساخت. به دلیل استفاده از جدیدترین نرم افزارهای شبیه سازی مهندسی توانسته اند. کیفیت تولیدات خود را در حد زیادی افزایش دهند. و در کوتاه ترین زمان کیفیت خوبی از فنرها را تولید نمایند.

کاربرد و دلایل استفاده از فولاد در صنعت فنر سازی

کاربرد فولاد در فنرسازی بسیار متعدد می باشد. اما از اصلی ترین دلایل استفاده از آن در صنعت فنرسازی. می توان به خاصیت ارتجاعی آن که به دلیل شکل پذیری الاستیک است اشاره کرد. این خاصیت باعث می شود. تا بعد ا برداشتن و یا رفع فشار از روی فولاد فنر دوباره این قطعه به حالت اول خود بازگردد. که همین ویژگی باعث شده است به کار بردن آن در تولید فنر لازم و ضروری باشد.

فولاد فنر به کار رفته برای ساخت و تولید فنر باید دارای خصوصیاتی باشد. که از جمله ی آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود.

• قابلیت شکل پذیری خوبی داشته باشد.
• هیچگونه ایراد و نقصی را نداشته باشد.
• هزینه و قیمت ان ارزان باشد.
• امکان دسترسی و تهیه ی آن سهل و راحت باشد.

انواع فولاد فنر CK

https://www.foolad-paytakht.ir

فولاد فنر ck از انواع فولادهای قابل عملیات حرارتی می باشند. که انواع مختلفی دارند. که از جمله ی آنها می توان به ck70,ck75,ck60,ck45,ck35 اشاره کرد. که دارای ویژگی و ساختار متفاوتی نسبت به یکدیگر می باشند. این فولاها در صنعت بسیار پُرکاربرد و پُر مصرف می باشند.

فولادهای فنر ck70 و ck60 از جمله ی فولادهای فنر بسیار پرکاربرد در صنعت می باشند. که در ساخت تولید تسمه های فنر از آن ها استفاده می شود.

مقدار و درصدهای عناصر به کار رفته در این آلیاژها با یکدیگر متفاوت می باشد. ولی تا حدودی مقدار این درصدها در فولادهای فنر ck60 و ck70 به یکدیگر نزدیک می باشد.

ا فولاد فنر ck75 در موارد بسیار زیادی استفاده می شود. و دامنه ی کاربرد بسیار زیادی دارد. که از جمله ی آن می توان به استفاده در مهندسی مکانیک، قطعات موتورها – پیچ ها، شفت ها. محورها، بازوی اکسل ها، قطعات فرران، قطعات دنده ها کردن پین، میل لنگ ها اجزای فرران. چرخ دنده ها، پیستوله ها، رینگ ها، متصل ها، میل لنگ، مهره ها، چرخ های محرک، میل محور اشاره کرد. بنابراین این فولاد فنر در صنایع خودرو، نفت و گاز و پتروشیمی، جنگ افزار سازی، معدن، غذایی و دارویی. تجهیزات آزمایشگاه، ساختمان، کشاورزی و غیره دامنه ی کاربرد بسیار گسترده ای دارد.

فولاد فنر چیست؟

عناصر مختلفی از جمله سیلیسیم، منگنز، کرُم. وانادیوم و مولیبدن با مقادیر و درصد های مختلف. و مناسبی در فولاد فنر به کار رفته اند. این آلیاژ دارای پایداری در کشش می باشد. و این ویژگی در فولاد فنر بسیار حائز اهمیت می باشد.

فولاد فنر

با توجه به وجود عناصری همچون سیلیسیم و کروم در فولاد فنر. خواصی همچون الاستیسیته و مقاومت پایداری در مقابل خوردگی پدید آمده است.

خاصیت الاستیسیته باعث می شود. هنگامی که این آلیاژ تحت فشار بسیار زیادی قرار می گیرد. بتواند به مقدار کافی تغییر شکل بدهد. و همچنین باعث می شود که دارای استحکام قابل توجهی در مقابل کشش داشته باشد. بنابراین وجود عنصر سیلیسیم در این آلیاژ نقش بسیار مهم و کلیدی را داراست. لازم به ذکر است که وجود عنصر تیتانیوم در فولاد فنر. باعث ایجاد مقاومت در مقابل مواد و محیط اسیدی میشود. و اگر مقدار و یا درصد عنصر موجود در فولاد فنر افزایش یابد. مقدار این مقاومت نیز افزایش می یابد. و اگر مقدار آن در این آلیاژ کم شود. طبیعتاً میزان مقاومت نیز کاهش می یابد.

فولاد فنر دارای معایبی نیز می باشد. از جمله ی این معایب می توان به قابلیت بسیار پایین جوش کاری. و همچنین احتمال بالای ترک خوردگی می باشد.