امروزه استفاده از فولاد و آلیاژهای مختلف آن بسیار رواج دارد و هر کدام بر اساس عناصری که در آن ها به کار می رود، خواص مکانیکی و شیمیایی مختلفی پیدا می کنند؛ البته توضیح درباره هر کدام دشوار است؛ زیرا در حال حاضر بیش از 3000 گرید از فولاد وجود دارد. تیم آهن اینفو سعی دارد به بررسی مهم ترین آن ها از نظر شباهت ها و تفاوت ها بپردازد. به طور مثال در یکی از مطالب به تفاوت ورق ST37 و ST52 پرداخته شده است. در ادامه به بررسی آلیاژهای 52100 و E52100 از جهت های مختلف مانند ویژگی های مکانیکی، کاربردها و سایر مشخصات آن ها می پردازیم.
معرفی فولاد آلیاژی AISI 52100
حرارت دیدن این فولاد تا دمای 816 درجه سانتی گراد یا 1500 درجه فارنهایت اتفاق می افتد و سپس در روغن خاموش می شود. به عبارتی دیگر مانند تولید ورق سیاه این آلیاژ نیز دمای زیادی برای گرم شدن نیاز دارد. لازم به ذکر است پیش از انجام این فرایند قطعه تا دمای 872 درجه سانتی گراد (1600 درجه فارنهایت) تحت انجام عملیات حرارتی نرمال سازی قرار گرفته و در نهایت به آرامی سرد می شود تا خاصیت تنش ماشین کاری آن کاهش یابد.
خواص فیزیکی فولاد 52100
ساختار نامگذاری این آلیاژ در مقایسه با دیگر فولادهای سه یا چهار رقمی کمی متفاوت است و این به علت وجود تفاوت های خاص بین شاخص های SAE و AISI است. عدد 5 نشان دهنده آلیاژ شدن این فولاد به وسیله کروم می باشد. عدد 2 نشان می دهد درصد آلیاژی این فولاد بیشتر از 1 درصد است.
به عبارت دیگر عدد 2 درصد دقیق کروم را نشان نمی دهد؛ بلکه تنها درصد آلیاژی بودن آن را در مقایسه با دیگر قطعات فولادی مشخص می کند. سه عدد پایانی 100 میانگین میزان کربن استفاده شده در فولاد را نشان می دهد؛ در نتیجه برای آلیاژ 52100 به طور متوسط از 1.00 درصد کربن در ترکیبات آن به کار برده شده است. از دیگر مشخصات فیزیکی آن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- فولاد آلیاژی AISI 52100 را می توان به وسیله اکثر روش های معمول مانند آهنگری سرد یا مهر زنی و شیوه های شکل دهی گرم یا سرد ایجاد کرد.
- AISI 52100 در دمای 927 تا 1205 درجه سانتی گراد (1700 تا 2200 درجه فارنهایت) قابلیت آهنگری دارد.
- این آلیاژ را می توان تا دمای 205 تا 538 درجه سانتی گراد (400 تا 1000 درجه فارنهایت) گرم کرد.
- همچنین می توان آن را به وسیله تکنیک های مرسوم در شرایط آنیل یا نرمال شده به صورت سرد کار کرد.
- فولاد آلیاژی AISI 52100 در دمای 872 درجه سانتی گراد (1600 درجه فارنهایت) آنیل می شود و از سوی دیگر به آرامی خنک می شود تا استرس کار سرد یا ماشینکاری کاهش یابد.
- این آلیاژ با کار سرد یا حرارت دادن و خاموش کردن سختی بیشتری پیدا می کند و در نتیجه می توان آن را در دمای 913 درجه سانتی گراد (1675 درجه فارنهایت) و سپس کوئنچ کربوره کرد. سپس مجدداً در دمای 788 درجه سانتی گراد (1450 درجه فارنهایت) گرم شده و در نهایت برای دومین بار خاموش می گردد.
عناصر تشکیل دهنده فولاد 52100
- کربن: 98/0 – 1/1 درصد
- کروم: 3/1 – 6/1 درصد
- منگنز: 25/0 – 45/0 درصد
- فسفر: 025/0 = > درصد
- سیلیکون: 3/0 – 15/0 درصد
- گوگرد: 025/0 = > درصد
لازم به ذکر است درصد چگالی این فولاد که کربن بالایی دارد و همراه با آلیاژ کروم است، 7.81 گرم بر سانتی متر مکعب (282/0 پوند در هر متر مکعب) است. همچنین می توان درصد سختی آن را به وسیله فرایندهای سرد و گرم افزایش داد و به بازپخت و تمپر پاسخ داد و در نهایت با استفاده از انجام عملیات حرارتی آن را تقویت کرد. شرایط آنیل شده سبب راحت شدن آهنگری، شکل پذیری و ماشین کاری خواهد شد.
البته با وجود این که فولاد 52100 برای جوشکاری به کار برده نمی شود، اما به علت داشتن ترکیبی از استحکام و سختی، کاربرد ویژه در یاتاقان ها، رول های آسیاب و قطعات خودرو دارد. رایج ترین شکل استوک 52100 نوع میله ای است که می توان آن را در لوله، سیم، نورد تخت و فورج پیدا کرد.
ویژگی های مکانیکی
مدول الاستیسیته
آلیاژ فولادی 52100 دارای مدول الاستیسیته 210 گیگاپاسکال می باشد که این متریک سفتی الاستیک یک ماده یعنی در جایی که مدول الاستیک بالاتر نشان دهنده فلز سفت تر است را شرح می دهد. درک این خاصیت در یک ماده در صورت لازم بودن انجام فرایند ماشین کاری بسیار اهمیت دارد؛ زیرا یک ماده نرم تر در آسیاب های ماشینی تمایل زیادی به صمغ دارد؛ در صورتی که یک قطعه محکم تر قطعات ماشین را با سرعت بیشتر از بین می برد، اما از طرفی ماشین کاری بهتری انجام می دهد. به طور کلی این آلیاژ به خوبی فرایندهای ماشین کاری را انجام می دهد و این موضوع به راحتی از طریق مدول الاستیک بزرگ آن قابل رویت است.
مدول حجیم
این مدول نشان دهنده خاصیت ماده ای است که بیشتر برای مایعات پنهان است، اما به طور معمول برای فولاد به کار می رود؛ زیرا مقاومت فلز در برابر فشرده سازی یا کاهش حجم در هنگام فشار یکنواخت را توصیف می کند. این میزان برای آلیاژ 52100 بسیار اهمیت دارد؛ زیرا در یاتاقان هایی به کار می رود که قادر هستند تحت این نوع نیروی فشاری یا بار ثابت قرار بگیرند. میزان مدول حجیم فولاد 52100 در حدود 160 گیگاپاسکال می باشد که به طور تقریبی دو برابر از آلیاژهای آلومینیومی است. برای اطلاع از قیمت ورق رنگی و دیگر مشخصات آن از لحاظ فنی می توانید به صفحه جداول وب سایت آهن اینفو مراجعه کنید.
مدول برشی
مدول برشی فولاد 52100 در حدود 80 گیگاپاسکال می باشد که برای فولاد معمولی و جهت برش از رول ها و سیم های مسطح مناسب می باشد. این مدول بر اساس پاسخ یک قطعه در برابر تنش می باشد و به آن تنش برشی گفته می شود. این تنش زمانی اتفاق می افتد که دو نیرو در امتداد صفحه یک قطعه با هم مخالف هستند. این خاصیت نشان دهنده شعاعی پیچ خوردن یا تشکیل شدن یک فلز برش خورده از انبار است؛ زیرا قطعه نباید بر اثر این شرایط برش خورده یا شکسته شود.
چقرمگی
خاصیت چقرمگی نشان دهنده توانایی یک ماده در برابر شکنندگی است. زمانی که این خاصیت در یک قطعه بالا باشد، معمولاً در شکست انعطاف پذیری ضعیف است، در صورتی که آن قطعه با چقرمگی شکست پایین به سادگی خورد می شود. فولاد 52100 با داشتن چقرمگی شکست (15.4-18.7 MPa-m½) مستعد شکست انعطاف پذیرتر است.
در نهایت باید گفت فولاد 52100 درصد ماشین کاری کمتر از 100 دارد و ماشین کاری آن نسبت به فولاد مرجع سخت تر است. با این وجود می توان آن را به راحتی ماشین کاری کرد، اما از سوی دیگر سختی آن از بین رفته و قطعه با سرعت بیشتری آسیاب می شود. برای خرید محصولات فولادی از جمله خرید ورق روغنی بهتر است مشخصات فنی و خواص مکانیکی آن را با دقت در نظر داشته باشید.
همچنین در صورت بررسی و مطالعه بیشتر درباره ورق روغنی میتوانید به مقاله ورق روغنی چیست مراجعه کنید.
معرفی فولاد گرید E52100
نامگذاری آلیاژهای فولاد بر اساس استاندارد اروپایی EN 10027: 1992 همراه با گزارش CEN CR10260 تعریف شده است. گرید ها بر اساس منطقه، کشور و قاره متفاوت بوده و بر اساس داشتن خصوصیات مکانیکی، فیزیکی، شرایط خاص و عملیاتی متفاوت تغییر می کند. به طور مثال گرید فولاد آلیاژی AISI E52100 به وسیله انجمن آهن و فولاد آمریکا نامگذاری شده است.
آلیاژ E52100
فولاد E52100 یک فولاد ترکیبی از آهن و کربن است که درصد کربن آن نیز بسیار بالا می باشد. عناصر تشکیل دهنده این آلیاژ شامل کربن، کروم، آهن، سیلیکون، منگنز، فسفر و گوگرد می باشند. از ویژگی های مهم این فولاد می توان به داشتن استحکام و مقاومت بالا در برابر سایش اشاره کرد. همچنین درصد سختی پذیری این ماده بسیار بالا است. درصد مناسب خواص مهمی مانند مدول الاستیسیته، مدول حجیم، مدول برشی و چقرمگی متوسط در آن سبب داشتن قابلیت ماشین کاری به میزان 40 درصد شده است. فولاد E52100 در دسته فولادهای با کربن بالا، فولاد کم آلیاژ و به طور کلی فولاد کربن یا یک فلز قرار می گیرد. این گرید به وسیله فرایند کوره برقی تولید می شود. معمولاً سختی ایجاد شده با کوئنچ کردن 62 تا 66 HRC است که عمدتاً به ضخامت بخش مورد نظر بستگی دارد.
خصوصیات آلیاژ E52100
- استحکام تسلیم: 000/85 PSI
- استحکام کششی: 000/105 psi
- کشیدگی: 17 درصد
ترکیب شیمیایی آلیاژ E52100
- آهن: 5/96 – 32/97 درصد
- کروم: 30/1 – 60/1 درصد
- کربن: 980/0 – 10/1 درصد
- منگنز: 250/0 – 450/0 درصد
- سیلیکون: 150/0 – 300/0 درصد
- گوگرد: 0250/0 درصد
- فسفر: 0250/0 درصد
جمع بندی
همان طور که می دانید فولاد آلیاژی از آهن است که از برخی از عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، مس، تیتانیوم و مولیبدن همراه است. همچنین در برخی از موارد گازهایی مانند کربن و نیتروژن را نیز در خود دارد که کیفیت آن را تغییر می دهند. کاربرد فولاد بر اساس ویژگی هایی مانند استحکام و خصوصیات فیزیکی، مکانیکی، الکتریکی و حرارتی متفاوت است.
فولاد های آلیاژی عناصر مختلفی در ترکیبات خود دارند که از محدودیت های ترکیبی منگنز، کربن، نیکل و … برای فولادهای کربنی فراتر می روند و با اعداد چهار رقمی AISI معرفی می شوند. از ویژگی مهم آن ها می توان به سریع تر پاسخ دادن به عملیات های مکانیکی و حرارتی اشاره کرد. در این مطلب با دو آلیاژ E52100 و 52100 مطالبی را قرار دادیم، اما برای اطلاعات بیشتر در مورد دیگر آلیاژهای فولادی، نرخ آن ها مانند قیمت ورق گالوانیزه می توانید با کارشناسان مجموعه آهن اینفو تماس بگیرید.
