فولاد سخت چیست؟

همان طور که میدانید فولاد فلز نیست بلکه آلیاژ است. آلیاژ به ترکیبی از فلزات و نافلزات گفته می‌شود که در آن‌ها حداقل دو جزء با یکدیگر ترکیب‌شده‌اند. در واقع فولاد آلیاژی است که از ترکیب آهن و کربن ساخته می‌شود. معمولا در اغلب موارد حدود 5% از عناصر آلیاژی به فولاد افزوده و فولاد آلیاژی ایجاد می‌شود. در ساخت فولاد سخت نیز که نوعی فولاد است، علاوه بر کربن عناصر دیگری نیز استفاده می‌شود. دلیل نامگذاری این فولاد به فولاد سخت، استحکام بالا، مقاومت زیاد در برابر خوردگی و قابلیت خوب ماشین‌کاری آن است. فولادها مقاوم به سایش یا مقاوم در برابر خوردگی هستند.

فولاد معمولی

فولاد معمولی یکی از پرکاربردترین انواع فولاد محسوب می‌شود. این نوع فولاد کربن کمتری داشته و همین امر باعث انعطاف پذیری بیشتر آن می‌گردد. از فولاد معمولی در صنایع مختلف استفاده می‌شود. برخی از کاربرد فولاد در صنایع و فولادهای معمولی به شرح زیر است:

تولید سازه‌های عمومی ساختمانی
ساخت لوله‌ها و مخازن
تولید ابزارهای دستی مانند پیچ و مهره
استفاده در صنایع الکترونیکی و الکتریکی
ساخت قطعات خودرو و ماشین‌آلات سبک

فولاد سخت

این نوع فولاد از طریق فرآیندهای مکانیکی و حرارتی  خاصی تقویت می‌گردد که شامل جوشاندن کربن و تمرکز دادن آن در ساختار فولاد است. در نتیجه‌ی این فرآیندهای ذکر شده، فولادی با سختی بالا و انعطاف کم تولید می‌شود که فولاد سخت نام دارد. برای افزایش سختی سطحی فولاد، سخت کاری فولاد انجام می‌شود. سخت کاری نوعی عملیات حرارتی سطحی است که سختی سطح نمونه‌های فولادی توسط این عمل افزایش می‌یابد.
فولاد سخت در جاهایی که نیاز به مقاومت بالا در مقابل سایش و فشار دارد، به کار می‌رود. بعضی از موارد مورد استفاه آن عبارتند از:

ساخت قطعات ماشین‌آلات مورد استفاده در شرایط سخت
ساخت ابزارهای دقیق مانند سوپاپ‌های موتورها
تولید ابزارهای برش و خراش

عوامل موثر بر سختی آهن و فولاد سخت

عوامل تاثیرگذار زیادی در سختی فولاد و آهن وجود دارند. که به طور مختصر به شرح آن‌ها پرداخته می‌شود.

مقدار دانه:

افزایش دانه‌های فولاد باعث رفتن سختی فولاد می‌شود.

تغییر آستنیتی: 

در این روش سختی فولاد به سرعت خنک شدن آن وابسته است.  فولادهایی که آرام، متوسط و سریع خنک می‌شوند از نظر سختی با هم متفاوت هستند.

ترکیب آلیاژهای موجود در فولاد:

وجود برخی از عناصر باعث افزایش سختی فولاد می‌گردند.

دمای سخت کاری آهن

درصد کربن

همگن بودن میکرو ساختار

ناخالصی‌های نافلزی

تفاوت بین فولاد سخت و فولاد معمولی

•    سختی فولاد سخت بالا و فولاد معمولی متوسط رو به پایین است.
•    فولاد سخت انعطاف پذیری کمتری نسبت به فولاد معمولی دارد. (انعطاف فولاد معمولا بیشتر است.)
•    مقاومت در برابر فشار و سایش در فولاد معمولی معمولی متوسط رو به پایین و در فولاد سخت بالا است.
•    قابلیت پردازش در فولاد سخت دشوار و در فولاد معمولی آسان می‌باشد.
•    فولاد معمولی هزینه‌ی کمتری به نسبت فولاد سخت دارد.

دمای سخت‌کاری فولاد و آهن، با نوع آلیاژ، شکل قطعه و ابعاد مشخص می‎گردد. قطعات نازک‌تر با شکل پیچیده‌تر، نیازمند به دمای پایین‌تری هستند. هر چه قطعه بزرگ‌تر و شکل ساده‌تری داشته باشد، دمای سخت کاری آن نیز بالاتر می‌شود.

مطلب مرتبط: مراحل تولید فولاد

تبدیل آهن به فولاد سخت

برای انجام فرآیند تبدیل آهن به فولاد لازم است تا در ابتدا آهن ذوب شده تصفیه شود. پس از جدا شدن تمامی ناخالصی‌های آن، آلیاژهای وانادیم، کربن، کروم و نیکل به مقدار معینی به آن اضافه می‌شود. بعد از تولید فولاد سخت به وسیله آهن، نوبت تولید انواع فرآورده های فولادی از قبیل مفتول، ورق های فولادی و میلگرد می‌رسد. تمامی این محصولات در بخش‌های مختلف ساختمان سازی، صنعتی و خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

خواص فولاد سخت

همان‌طور که ذکر شد، فولادهای آلیاژی دارای عناصر مختلفی هستند و در نتیجه خواص متفاوتی هم با هم دارند. به عنوان مثال وجود عنصری امکان این که مقاومت فولاد را در برابر حرارت و عنصری دیگر مقاومت آن را در برابر خوردگی بالا ببرد، وجود دارد. ترکیب بیشتر از 20 عنصر در فولاد، باعث افزایش مقاومت آن را در برابر حرارت بالا و خوردگی می‌شود. ولی در صورت اضافه شدن مقادیر کمتر، قابلیت ماشین‌کاری آن بهبود می‌یابد.
برخی از عناصر تاثیرگذار در سختی فولاد به شرح زیر می‌باشند:

فولاد دارای کرومیوم

بهبود سختی پذیری و مقاومت در برابر خوردگی

فولاد دارای سرب

بهبود قابلیت ماشین‌کاری

فولاد دارای مس

بهبود ویژگی مقاومت در برابر خوردگی

فولاد دارای نیکل

افزایش استحکام و مقاومت در برابر خوردگی

فولاد دارای بورون

بهبود ویژگی سختی پذیری فولاد

فولاد آلیاژی دارای بیسموت

بهبود قابلیت ماشین‌کاری با اضافه شدن این عنصر به ترکیب فولاد 

فولاد دارای منگنز

جلوگیری از خرد شدن فولاد در صورت ترکیب شدن با گوگرد و افزایش سختی پذیری فولاد 

فولاد دارای سولفور

بهبود قابلیت ماشین‌کاری

فولاد دارای وانادیوم

افزایش استحکام با حفظ قابلیت شکل پذیری فولاد

فولاد دارای تنگستن

افزایش مقاومت در برابر حرارت

فولاد دارای تیتانیوم

کاهش سختی مارتنزیتی در فولادهای Cr

فولاد دارای مولیبدن

مانع رشد دانه فولاد در دمای بالا

فولاد دارای سیلیکون

افزایش قدرت، سختی پذیری، مقاومت کششی و خواص مغناطیسی فولاد

کاربرد های فولاد سخت

این نوع فولاد آلیاژی به دلیل دارا بودن خواص منحصر به فرد، در تولید 95% فلزات دنیا نقش دارد. در کل آهن کاربری خیلی بیشتری در مقایسه با دیگر فلزات دارد و از مهمترین محصولات در زمینه‌های مختلف صنعتی محسوب می‌شود. همان‌طور که می‌دانید، فولاد سخت معروف‌ترین و مهم‌ترین آلیاژ آهن به شمار می‌رود. مدل‌های مختلف آهن عبارتند از :

آهن خام 

با دارا بودن 4% کربن و اندازه‌های مختلفی از فسفر و گوگرد

چدن

دارای 3% کربن و مقدار کمی منگنز

فولاد کربن

آهن ورزیده

فرآورده‌ای محکم با قابلیت چکش‌خواری

اکسیدهای آهن

سخن نهایی

سابقه تولید فولاد در ایران به قرن چهاردهم قبل از میلاد باز می‌گردد. که در طول سالیان سال پیشرفت بسیار چشمگیری داشته است. در بسیاری از صنایع مختلف استفاده از این فلز در اولویت‌های صنایع قرار می‌گیرد. و  در کشورهای خارجی استفاده از این فلز در حال افزایش است. فولاد سخت نیز با توجه به کارایی و مقاومت آن جزو فلزات پرکاربرد صنایع در کل دنیا به شمار می‌رود. و جزو معروف‌ترین و مهم‌ترین آلیاژهای آهن است. امروزه تولیدکنندگان فولاد در ایران جزو برترین تولیدکنندگان دنیا محسوب می‌شوند.