فولاد هادفیلد

فولادهای استنیتی منگنز(حاوی حدود 2/1 درصد کربن و 12 درصد منگنز) در سال 1882 توسط رابرت هادفیلد (Robera Hadfoeld) ابداع و معرفشدند. این خانواده از فولادها به افتخار ایشان به نام هادفیلد معروف شدند.

فولادهای آستنیتی منگنزدار با داشتن ترکیب مناسباز چقرمگی، انعطاف پذیری، قابلیت کار سختی مقاومت در مقابل سایش، در نوع خود منحصر به فرد هستند. و دارای کاربرد وسیع می‌باشند.

این خانواده در کنار ویژگیهای عالی، دارای برخی محدودیت‌هایی هستند که عمده‌ترین آنها عبارتند از:

1- قابلیت ماشینکاری ضعیف

2- استحکام تسلیم پائین (در محدوده MPA 415-345)

3- در نتیجه برای قطعاتی که لازم است دقت ابعادبالاییداشته باشند یا در تنش‌های بالا در مقابل تغییر شکل مقاوم باشد، مناسب نیستند.

4- انجام عملیاتی نظیر چکش کاری، کوبش، پرس کاری، نورد سرد و شوکهای انفجاربر روی سطح این فولادها باعث افزایش استحکام تسلیم و بالا رفتن سختی سطح آنها (ضمن حفظ انعطاف پذیردر مغز) میشود.

خواص فیزیکی فولادهایآستنیتیمنگنزی:

فولادهای آستنیتی منگنزبا هدایت حرارتی کم و ضریب انبساط حرارتی زیاد، از فولادهای ساده کربنی متمایز میشوند؛ این فولادها در درجه حرارت اتاق غیر مغناطیسی هستند.

ترکیب شیمیایی فولادهای آستنیتی منگنزی و استانداردهای مرتبط:

از هنگام ابداع فولاد هادفیلد، تغییرات گوناگوندر هنگام ترکیب شیمیایی آن صورت گرفته است. برخی از این ترکیب‌ها به عنوان ابداع ثبت قرار نگرفته‌اند تنها ترکیب‌های محدودمورد استقبال واقع شدند و تکامل یافتند. تغییرات عمده عموماً‌ در میزان کربن و منگنز به همراه افزودن عناصر آلیاژی نظیر نیکل، مولیبدن، وانادیم، تیتانیم و بیسموت، یا بدون افزودن عناصر آلیاژی بوده است. معروف‌ترین و مهم‌ترین طبقه بندی شیمیایی فولادهای هادفیلد، به وسیله ‌ASTM صورت گرفته است.

تاثیر ترکیب شیمیایی و عناصر مختلف بر خواص فولاد های هادفیلد:

u   عنصر کربن:

u   عنصر کربن بر همه ویژگیهای فولاد هادفیلد تاثیر معین و مشخصدارد. این تاثیرات عبارتند از:

u   افزایش درجه حرات Acm با افزایش میزان کربن.

u   افزایش استحکام تسلیم

u   افزایش استحکام کششی تا محدوده معینی از کربن و سپس کاهش آن با افزایش کربن

u   کاهش ازدیاد طول نسبی

عنصر منگنز:

منگنز تاثیر اندکی بر استحکام تسلیم دارد.

منگنز تا 14 درصد استحکام کششی و ازدیاد طول نسبی را افزایش و در بالاتر از آن کاهش می‌دهد.

عامل پایدار کننده آستنیت است اما نمی‌تواند استحاله آستنیت را متوقف کند.

عنصر سیلیسیم به ندرت به عنوان عنصر آلیاژبه ترکیب فولادهای هادفیلد اضافه میشود؛ حضور آن عمدتاً به دلیل استفاده از این عنصر به عنوان اکسیژن زدا در فرایند تهیه ذوب است. عنصر سیلسیم تا حدود 2 درصد استحکام تسلیم فولاد های دفیلد را به مقدار کم افزایش میدهد. در بالاتر از 2/2 درصد کاهش سریع در استحکام و انعطاف پذیرحاصل میشود. فولادهای هادفیلد حاوی بیش از 3/2 درصد سیلیسیم قابلیت کار پذیرندارند.

عنصر کرم:

عنصر کرم در محدوده 5/1 تا 5/2 درصد براافزایش استحکام تسلیم به  ترکیب این فولادها اضافه میشود. اثرات آن عبارتند از:

افزایش استحکام تسلیم

تا حد 2 درصد تاثیر چندانی بر استحکام کششی ندارد ولی در بالاتر از 2 درصد موجب کاهش تدریجی و در بالاتر از 4 درصد موجب کاهش قابل ملاحظه‌ آن میگردد.

در بیشتر از 5/2 درصد انعطاف پذیررا به شدت کاهش میدهد.

عنصر مولیبدن:

عنصر مولیبدن در محدوده 5/0 تا 2 درصد به برخی از فولادهای هادفیلد اضافه میشود تاثیرات این عنصر عبارتند از:

افزایش استحکام تسلیم

افزایش انعطاف پذیری تا میزان 5/1 درصد

جلوگیری از ترک خوردگی قطعات در حالت ریختگی

افزایش چقرمگی

عنصر نیکل:

عنصر نیکل تا حد 4 درصد و یا بیشتر برای تثبیت فاز آستنیت به کار گرفته میشود. این عنصر، مخصوصاً در جلوگیری از ایجاد کاربیدهایی که در محدوده حرارت3000 تا 5000 درجه سانتیگراد تشکیل میشوند موثر است. وجود نیکل خاصیت غیر مغناطیسی فولاد هادفیلد را تقویت و مخصوصاً در لایه‌های دکربوره شده، تثبیت می‌نماید.

کاربرد فولادهای هادفیلد:

u   فولادهای هادفیلد در خرد کردن و آسیاب کردن مواد به طور وسیع مورد استفاده قرار می‌گیرند برخی از کاربردهای آن عبارتند از:

u   غلطک‌های سنگ شکن‌ها

u   فک سنگ شکن‌ها

u   فکانواع چکش‌ها

u   صفحات مقاوم در مقابل سایش

u   زره آسیاب‌ها

u   ناخن لوردها و بولدوزرها

u   قطعات مقاوم در مقابل سایش پمپ‌ها

u   چرخ واگن‌های حمل مواد معدن

u   از قطعاتی هستند که از این فولادها تولید می‌شوند؛

ماشینکاری فولادهای هادفیلد:

u   فولادهای هادفیلد، با وجود چقرمگی بسیار بالا، به هنگام ماشینکاری، در محل حرکت قلم‌های ماشینکاری در محل حرکت قلمها ی ماشینکاری به قدری سختکاری میشوند؛ که از نقطه نظر تجاری آنها را غیر قابل ماشینکاری قلمداد کنند. فولادهای هادفیلد را می‌توان با به کارگیری تمهیدات زیر ماشینکاری کرد:

u   ماشین باید در محل مناسب و به صورت صلب مستقر شده باشد.

u   ابزارها باید تیز باشند؛ ابزارهای کند، تولید کار سختی بیش از حد می‌کنند و ماشینکاری را مشکل میسازند.

u   سرعت ماشینکاری باید کم و در حدود 9 الی 12 متر بر دقیقه باشد.

u   برای ماشینکاری از فولادهای تند بر حاوی کبالت یا سمنتید کارباید باید استفاده کرد. مورد دوم ترجیح داده میشود.

u   استفاده از روغن‌های حاوی گوگرد عمل ماشینکاری را سهل‌تر میکند.

u   برای افزایش قابلیت ماشینکاری خانواده جدیداز فولادهاهادفیلد با 20 درصد منگنز و 0.6 درصد کربن ابداع شده‌اند. این فولادها را می‌توان سوراخ کاری، قلاویز، گرد تراشی  و ماشینکای رنمود.