فولاد S7

فولاد S7، فولاد ابزار مقاوم در برابر شوک با چقرمگی عالی و استحکام بالا،همراه با مقاومت در برابر سایش متوسط می باشد.

این حداکثر مقاومت در برابر شوک و استحکام فشاری بالا به این نوع فولاد مقاومت در برابر تغییر شکل خوبی داده در حالی که چقرمگی مناسب را نیز حفظ کرده است.

فولاد S7 در شرایط آنیل به آسانی ماشینکاری می شود و می توان آن را دوباره تحت عملیات حرارتی قرار داد و در هوا سرد کرد،این امر درحالی است که کمترین اعوجاج در حالت سخت شده در آن رخ می دهد.

فولاد S7 همچنین مشخصه متوسط کار گرم را دارا می باشد.

کاربرد های فولاد S7:

کاربرد های فولاد S7 در موارد زیر می باشد:

مته ها،قلم های برش،قالب های ساده،قالب های برش،قالب های پرس،قالب های ریخته گری فلز روی،گیره های قالب و ...

انواع عملیات حرارتی در فولاد S7:

عملیات شکل دهی:

پیشگرم کردن فلز تا 1200-1300 درجه فرنهایت،شکل دهی در رنج حرارتی 2000-2050 درجه فارنهایت،توقف شکل دهی در درجه حرارت 1700 درجه فارنهایت و در نهای سرد کردن آن در هوای محیط.

آنیل(تابکاری):

حرارت دادن تا رنج حرارتی 1500-1550درجه فارنهایت،آهسته سرد کردن تا درجه حرارت 1000 درجه فارنهایت و سردن کردن آن در محیط.سختی حاصله در حدود 197 برینل

سخت کردن:

محیط های خنک شونده برای عملیات سخت کردن ، بر اساس قطر و ضخامت قطعات مشخص می شود که برای قطر های مختلف به قرار زیر می باشد.

در مواقعی که قطر قطعه ما بین 2 - 1.2 اینچ یا کوچکتر باشد،نمونه ها را از 1750 درجه فارنهایت تا در درجه حرارت محیط در هوا سرد می کنند.

اگر قطر نمونه ها تا 6 اینچ باشد ، باید آنها را تا 1000 درجه فارنهایت در روغن سرد نمود و پس از آن آنها را در هوا قرار داد.

اگر قطر نمونه ها بزرگتر از 6 اینچ باشد ، باید آنها را تا درجه حرارت محیط در روغن سرد نمود.

آنالیز فولاد:

کربن= 0.55-0.45  ،   منگنز=0.8-0.2   ،   سیلیسیم=1-0.3    ،  کرم= 3.5-3   مولیبدن= 1.8-1.3

وانادیم=0.3-0.2     ،  فسفر=0.03       ،   گوگرد=0.03

اثرات عناصر  آلیاژی در فولاد ها و فولاد S7:

کربن:

از مهمترین اصلی ترین عناصر آلیاژی موجود در فولاد هاست که تاثیر زیادی بر خواص آن ها دارد.کربن در افزایش استحکام مکانیکی و سختی فولادها تاثیر زیادی دارد.

سیلیسیم:

معمولا در آهن خام مقادیر سیلیسیم یافت می شود و در برخی مواقع از جداره های نسوز کوره در عملیات ذوب جذب مذاب می گردد.بهمین جهت در تمام فولاد ها حضور دارد. این عنصر یکی از عناصر اکسیژن زدا در فولادها می باشد

برای افزودن سیلیسیم به مذاب معمولا از آمیژان آن استفاده می شود.سیلیسم موجب پایداری فریت شده و در نتیجه دمای بحرانی را افزایش می دهد.در فولا ها مقامت به پوسته شدن در درجه حرارت های بالا را افزایش می دهد.

سیلیسیم مقاومت در برابر اکسایش را افزایش می دهد و موجب افزایش استحکام فولادها می شود که در صورت حضور آن تا 14 درصد در ترکیب فولاد،قابلیت آهنگری فولاد بشدت کاهش می یابد.

سیلیسیم در ساخت قطعات مغناطیسی و الکتریکی تا حدودی مورد استفاده قرار می گیرد.

کرم:

حضور این عنصر در فولاد ها موجب افزایش قابلیت سختی پذیری و پایداری فولاد در درجه حرارت های بالا می شود.که کاربرد فولادهای کرم دار را در ساخت قطعات مقاوم به حرارت و گرم کار افزایش می دهد.

استفاده از کرم در مقادیر بالا موجب بهبود مقاومت به خوردگی و اکسایش می شود.استحکام فولاد های کرم دار بالاست ولی مقاومت به ضربه،انعطاف پذیری و خواص جوشکاری آنها تا حدودی پایین است.کرم سختی و مقاومت به سایش فولاد ها را با تشکیل کاربید بواسطه حضور رکبن افزایش می دهد.استحکام کششی و تسلسم فولادها با افزایش کرم،افزایش می یابد.وجود خواص متنوعی که در اثر حضور کربن در فولادها ایجاد می شود موجب کاربرد وسیع آنها در ساخت قطعات صنعتی می شود.

نمودار زیر اثر کرم بر وسعت محدوده آستنیت را نشان می دهد.

وانادیم:

یکی از عناصر مهم آلیاژی در فولاد ها می باشد.این عنصر در مقادیر کم موجب حفظ سختی می شود و دمای درشت شدن دانه های آستنیت را افزایش می دهد و در ریز شدن دانه ها تاثیر زیادی دارد.بهمین دلیل در افزایش چقرمگی و استحکام این دسته از فولادها سهم زیادی دارد.

فولاد های وانادیم دار دارای سختی پذیری زیاد هستند و این عنصر موجب افزایش مقاومت فولاد در برابر تابکاری شده و سختی ثانویه افزایش می یابد.

وانادیم یک عنصر کاربید زا می باشد که می تواند کاربید های با پایداری بالا تولید کند و در فولاد ها موجب افزایش استحکام تسلیم می شود.از این عنصر در فولاد های ابزار و مقاوم به حرارت و فولاد های تند بر استفاده می شود.

وانادیم بهمراه سایر عناصر الیاژی مثل کرم در فولاد های ساختمانی و بهمراه تنگستن در فولاد های تند بر استفاده می شود.

مولیبدن:

این عنصر موجب افزایش سختی پذیر و افزایش عمق سختی در فولاد ها می شود.مولیبدن در بهبود خواص جوشکاری فولاد هاموثر است ولی در مقادیر بالا موجب کاهش خواص آهنگری می شود.

ملیبدن از عناصر کاربید زاست و باتوجه به تولید کاربید های پایدار ،دمای درشت شدن دانه ای آستنیت را افزایش می دهد و از رشد دانه های جلوگیری می کند و موجب ریزدانگی می شود که در نتیجه چقرمگی فولاد را افزایش می دهد.این عنصر معمولا در کنار عناصر دیگر مانند:نیکل و کرم استفاده می گردد که موجب بهبود برخی از خواص از جمله افزایش استحکام کششی، و عمق سختی می شود و در فولاد های زد زنگ برای افزایش مقاومت به خوردگی استفاده می شود.از این عنصر در فولاد های آستنیتی زنگ نزن و تندبر به منظور کاهش خواص استفاده می شود.

مولیبدن در افزایش استحکام کششی و خزش گرم و حفظ سختی در دمای بالا و مقاومت حرارتی فولاد ها تاثیر زیادی دارد و با تردی حرارتی مقابله می کند.از این عنصر در ساخت قطعات مقاوم به سایش نیز استفاده می شود.

منگنز:

این عنصر یکی از عناصر اصلی در آلیاژ های آهنی است و در اکثر فولاد ها یافت می شود.منگنز یکی از اکسیژن زدا های موثرمی باشد و سختی پذیر  عمق سختی را افزایش می دهد.این عنصر تردی و شکنندگی فولاد را در درجه حرارت های بالا که ناشی از حضور گوگرد در فولاد ها ست را کاهش می دهد.منگنز در بهبود کیفیت سطحی فولاد موثر است و افزایش آن به فولاد موجب درشت شدن دانه های فولاد می شود که حضور آن در مقادیر خیلی بالا موجب شکنندگی فولاد می شود.

وجود منگنز در فولادها در افزایش استحکام فولاد ها تاثیر زیادی داشته و بر خواص الاستیسیته تاثیر خیلی کمی دارد و در بهبود خواص جوشکاری و آهنگری موثر است.

همراه منگنز می توان عناصر آلیاژی دیگری برای بهبود خواص استفاده نمود.منگنز در حضور کربن موجب افزایش مقاومت به سایش می شود.مقدار زیاد این عنصر باعث پایداری آستنیت در دمای محیط می شود. 

نمودار زیر اثر منگنز را بر وسعت محدود آستنیت نشان می دهد.

گوگرد:

این عنصر در فولاد ها بعنوان یک ناخالصی محسوب می شود.گوگرد موجب تثبیت و پایداری سمنتیت می شود.این عنصر با آهن تشکیل ترکیب یوتکتیکی FeS می دهد.میزان گوگرد این ترکیب بالاست و وجود این ترکیب با نقطه ذوب پایین در ورز دانه ها موجب گسستگی دانه ها در حین عملیات حرارتی و نورد می شود و منجر به ایجاد تر گرم و تردی شکنندگی فولاد ها می شود.

بطور کلی گوگرد در فولاد ها بعنوان عنصری مضر تلقی می گردد.ولی مقادیر کمی گوگرد در حدود 0.3 درصد در گروهی از فولاد های خوش تراش به منظور بهبود خواص تراشکاری و ماشینکاری مورد استفاده قرار می گیرد.گوگرد در این فولاد ها موجب ایجاد براده های ترد می شود و در نتیجه کیفیت سطوح ماشینکاری افزایش می یابد.

از آنجائیکه حضور گوگرد در فولاد ها موجب کاهش خواص جوشکاری  می شود،می بایست در تهیه فولاد خوش تراش به آن توجه نمود و در صورت نیاز به جوشکاری بعد از عملیت تراشکاری،می بایست از عناصر دیگر مثل سرب برای افزایش خوش تراشی استفاده نمود.

وجود گوگرد در فولاد ها به تنهائی باعث تشکیل FeS می گردد که با آهن ترکیب یوتکتیکی با نقطه ذوب پایین (988 درجه سانتی گراد)را ایجاد می کند.بدلیل حلالیت بسیار کم گوگرد در آهن،وجود مقادیر کمی گوگرد نیز در فولادها موجب تجمع این عنصر در مرز دانه های اولیه آستنیت می گردد و لذا استحکام گرم فولاد را کاهش می دهد.همین امر فولاد ها را مستعد به ترک گرم حتی در هنگام ریخته گری می کند.

از آنجایکه منگنز میل ترکیبی بیشتری نسبت به آهن دارد،لذا وجود منگنز در فولاد ها باعث تشکیل MnS می گردد.این ترکیب دارای نقطه ذوب 1530 درجه سانتی گراد می باشد.همین امر سبب می شود تا در هنگام انجماد در فولاد ها ذرات MnS تشکیل و در لابلای دندریت ها آستنیت در حال رشد،به تله بیفتند و در داخل دانه ها آستنیت (نه در مرز دانه ها)به تدریج رسوب نمایند.این پدیده از ایجاد ترک گرم جلو گیری می کند و از طرفی باعث خوش تراش شدن فولاد ها نیز می گردد.مسلما هر مقدار که MnS بیشتر باشد،فولاد خوش تراش تر خواهد بود.

فسفر:

این عنصر در فولاد ها تاثیر مضری بر تافنس (چقرمگی) و انعطاف پذیری بر جای می گذارد و اگر میزان آن به بیش از 0.2 درصد برسد،استحکام ضربه ای بشدت کاهش می یابد.میزان فسفر در فولاد های با کیفیت بالا،حداکثر 0.03 تا 0.05 درصد است.

فسفر در شکنندگی و کاهش شکل پذیری فولادها تاثیر زیادی دارد که بواسطه افزایش کربن،تشدید می گردد و بصورت فسفید آهن در مرز دانه ها رسوب می کند و موجب سرد شکنی و کاهش شکل پذیریو استحکام ضربه ای می شود.

میزان فسفر را با توجه به مرغوبیت فولاد ها کنترل می کنند.ولی در برخی مواقع بمنظور افزایش قابلیت ماشینکاری در فولاد ها خوش تراش،مقداری از این عنصر در ترکیب مورد استفاده قرار می گیرد.زیرا در ایجاد تراش های بریده بریده در حین عملیات ماشینکاری موثر است.

این عنصر در فولاد های کم کربن موجب افزایش استحکام می شود،مقاومت در برابر خوردگی را زیاد می کند و تمایل به جدایش را افزایش می دهد.

فسفر در فولاد ها علاوه بر اثرات مضر دارای فوائدی نیز می باشد.یکی از فوائد آن افزایش استحکام در حالت محلول جامد می باشد.اضافه کردن فقط 0.1 درصد از این عنصر،استحکام کششی و استحکام تسلیم فولاد های ساده کربنی (کم کربن)را 62Mpa افزایش می دهد.همچنین قابلیت کشش عمیق و سختی پذیری را افزایش می دهد.فسفر همچنین برای بهبود خواص ماشینکاری و مقاومت به خوردگی در اتمسفر به فولاد ها اضافه می شود.

اثرات مضر فسفر در فولاد ها شامل انواع تردی می باشد.