کاربرد انواع مختلف فولاد (2)

عمده‌ترین صادرکنندگان و واردکنندگان فولاد

با توجه به آمار ارایه شده برای سال 2001 میلادی، ژاپن و روسیه به ترتیب با صادرات 5,29 و 6,25 میلیون تن، بزرگ ترین صادرکننده فولاد جهان بودند؛ درحالی که کشورهای آمریکا و چین به ترتیب با واردات 8,27 و 6,25 میلیون تن،‌ عنوان بزرگ ترین واردکنندگان فولاد در جهان را به خود اختصاص دادند. جالب تر اینکه در این سال، چین به عنوان بزرگ ترین تولیدکننده جهان با 9,150 میلیون تن و آمریکا به عنوان سومین تولیدکننده جهانی فولاد با تولیدی معادل 1,90 میلیون تن در سال معرفی شده بودند. این امر بیان گر این موضوع است که در سال 2001، اگرچه چین و آمریکا جزو بزرگ ترین تولیدکنندگان فولاد بوده اند، ولی حتی به اندازه مصرف داخلی کشورهای خود نیز محصولات فولادی تولید نکرده بودند.
در این بین اطلاع از وضعیت کشور ایران نیز خواندنی و جالب توجه است. ایران در سال 2001 توانست 9,6 میلیون تن فولاد تولید کند که از این مقدار تنها 600 هزارتن آن را به کشورهای دیگر صادر نمود؛ ‌این درحالی است که ایران با واردات 7,4 میلیون تن فولاد رتبه 17 جهانی واردکنندگان فولاد را در این سال به خود اختصاص داد. البته در حال حاضر ایران توانسته است سقف صادرات فولاد خود را به حدود 5,1 میلیون تن در سال برساند.

جایگاه فولاد ایران در خاورمیانه

با توجه به آمار موجود، در سال 2002، از میان کشورهای خاورمیانه ایران با تولید 3,7 میلیون تن و عربستان سعودی با تولید 6,3 میلیون تن فولاد خام، مهم ترین تولیدکنندگان هستند و این درحالی است که مجموع تولید سایر کشورهای خاورمیانه درحدود 3,1 میلیون تن است.
نکته جالب دیگر در مورد کشورهای خاورمیانه، درصد تولید و مصرف جهانی فولاد در این کشورهاست. در سال 2002، کشورهای خاورمیانه تنها موفق به تولید 2,1 درصد از فولاد جهان شده بودند و این در حالی است که مصرف حدود 2 درصد فولاد جهان برای این کشورها گزارش شده است. این امر می تواند به عنوان یک مزیت برای صنعت فولاد ایران مطرح باشد به این صورت که در کشورهای همسایه ایران، فولاد زیادی تولید نمی شود ضمن اینکه این کشورها از بازار مصرف نسبتا‌‌ً خوبی نیز برخوردار هستند. بنابراین برای محصولات فولادی کشور می-توان یک بازار مصرف بسیار مناسب در کشورهایی مثل عراق، بحرین، افغانستان، پاکستان و حتی ترکمنستان، آذربایجان و ارمنستان پیش-بینی کرد.

تولیدات چدن در ایران و جهان

درسال 2002 میلادی کشورهای چین، ژاپن و روسیه به ترتیب با تولید 7,170 و 81 و 2,46 میلیون تن چدن بزرگ ترین تولیدکنندگان این محصول بودند. ایران در این سال 2,2 میلیون تن چدن تولید نمود که تمام این مقدار در کشور مصرف شد و در این زمینه صادرات و وارداتی صورت نگرفت.

اشتغال زایی صنعت فولاد

از دیرباز یکی از جنبه‌های مهم صنایع فولادی در جهان،اشتغالزایی این صنعت بوده است به گونه‌ای که در این صنعت، نیروی کار زیادی به طور مستقیم و غیرمستقیم به کار گرفته می‌شده‌اند؛ اما بررسی‌های صورت گرفته از کاهش 65 درصدی نیروی کار در صنعت فولاد جهان بین سال های 1974 تا 2000 میلادی خبر می دهند که علت آن را می‌توان جایگزینی تکنولوژی‌های جدید نظیر ریخته‌گری مداوم و همچنین فرآیندهای کنترل کامپیوتری در این صنعت دانست.
البته لازم به ذکر است که نیروی کار به کار گرفته شده در صنعت فولاد کشور، با کشورهای پیشرفته و صنعتی بسیار متفاوت است؛ به‌طوریکه در این کشورها برای تولید هر میلیون تن فولاد به طور مستقیم در حدود 1500 نفر نیروی کار لازم است ولی در ایران، برای تولید یک میلیون تن فولاد به نیروی کار مستقیمی در حدود 4 الی 5 هزار نفر نیاز است که در حدود 3 برابر آمار جهانی کشورهای پیشرفته است.

کاربرد فولاد در قالب‌های تزریق پلاستیک

انتخاب نوع فولاد نقش مؤثری در عمر، عملکرد و هزینه قالب دارد. در این جا به نقش فولاد در قالب سازی، تأثیر عناصر آلیاژی در فولاد، دسته بندی فولادها، فولادهای اجزای قالب و فولادهای مورداستفاده برای محفظه قالب های پلاستیک (کروکویته) می پردازیم.

نقش فولاد در قالب سازی

نمودار زیر، نشانگر هزینه طراحی، مواد، ماشینکاری، مونتاژ، سود و سربار قالب است و نشان می دهد که حدود 28 درصد هزینه کل قالب مربوط به مواد است و این مقدار با توجه به شکل هندسی و پیچیدگی قطعه، تغییر خواهد کرد.

چنانچه در شکل ملاحظه می شود بیشتر هزینه های تولید، توسط قالب به-صورت غیر مستقیم وابسته به فولاد است که با عدم انتخاب فولاد مناسب، باعث تحمیل هزینه های اضافی به قالب شود.

خصوصیات قطعه که برای ساخت قالب و انتخاب فولاد مربوطه مؤثر است عبارتند از:
• صافی سطح
• گرین کاری
• خورنده بودن یا ساینده بودن جنس قطعه
• دقت ابعادی
• تیراژ تولیدی
• زمان ساخت
جنس قطعات پلاستیکی متنوع است و با توجه به خواص مختلف مواد و به فولادهای متفاوت برای ساخت قالب، نیاز است. در زیر برخی ازانواع پلاستیک هاو خصوصیات فولادهای مناسب برای آنها ارائه شده است.

PC(Poly Carbonate),PMMA(Polymethyl Methacrylate Acrylic) - :

معمولاً برای لنز های چراغ استفاده می شوند و فولاد مورداستفاده می-بایست خاصیت پولیش پذیری خوب و مقاوم در مقابل خش و اکسید شدن را دارا باشد باتوجه به‌اینکه PC خاصیت جریان پذیری خوبی ندارد و ماده سختی است، فولاد مورداستفاده برای پلیمر فوق باید تنش تسلیم بالا و چقرمگی خوبی داشته باشد.

- POM (Polyoxymethylene), PA(Nylon):

دمای تزریق این مواد نسبتاً بالا است و برای بست ها و کلیپ ها، استفاده می شود. با توجه به حساسیت های ابعادی این نوع قطعات، فولاد این قالب ها می بایست سخت و مقاوم در مقابل سایش باشد.

- PA(Naylon)+GF:

با توجه به سایندگی الیاف شیشه، فولاد باید مقاوم به سایش باشد.

-PP(Polypropylene):

این نوع پلیمر، برای قطعات سپر و گل ‌پخش‌کن استفاده می شود. با توجه به حجم قطعه باید فولاد مربوطه، دارای ثبات ابعادی مناسب، مقاوم در مقابل تنش های فشاری و دارای قابلیت ماشینکاری خوبی بوده و خواص مکانیکی آن یکنواخت باشد.

- PP(Polypropylene), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene):

برای قطعات تزیینی خودرو استفاده می شود که معمولاً سطح اینگونه قطعات چرمی کاری (گرین) هستند و فولاد قالب می بایست خاصیت خوبی برای عملیات چرمی کاری (اسیدکاری یا گرین) داشته باشد.

- PVC (Polyvinyl Chloride):

این پلیمر به علت آزادسازی گاز کلر و ترکیب آن با آب موجود در هوا،اسیدکلریک تولید می کند و باعث خوردگی قالب می شود. بنابراین استفاده از فولادهای مقاوم در مقابل خورندگی برای قالب های فوق پیشنهاد می‌شود.
با عدم انتخاب فولاد صحیح، عمر قالب کوتاه می شود و قطعه تولیدی کیفیت مطلوب را نخواهدداشت که منجر به ساخت مجدد قالب و هزینه های اضافی می شود.

خواص فولاد

استحکام فولاد پارامتر کلی کیفیت است که برای سنجش آن باید معیارهای گوناگون مکانیکی خواص وجود داشته باشد. این معیارها در ادامه، ارائه شده است .

خصوصیات مکانیکی فولادها

- تنش تسلیم (Yield Stress) : میزان تنش کششی که در آن قططه شروع به تغییر شکل پلاستیک می کند.
- چکشخواری(Ductility Brittleness): قابلیت شکل پذیری ماده درحالت پلاستیک را بدون خطر شکست، چکشخواری می گویند.
- خزش (creep): مدت زمانی که طول می کشد که قطعه ای، تحت تنش کششی تغییر شکل دائم، داشته باشد.
-چقرمگی(Toughness): مقدار کار لازم برای شکستن واحد حجم ماده است.
- سختی(Hardness): مقاومت در مقابل فرو رفتن مواد دیگر در سطح قطعه را سختی یا مقاومت در مقابل خراش می گویند.
- استحکام در دمای بالا: خواص مکانیکی قطعه نباید با افزایش دما تغییر محسوسی کند.
خصوصیاتی از فولاد که در قالب های پلاستیک در نظر گرفته می شود و با توجه به انتظارات ما از هر کدام از آنها، نوع فولاد انتخاب می-شود.
• قابلیت ماشینکاری
• قابلیت پولیشکاری
• عملیات حرارتی
• عملیات به‌سازی سطح
• مقاوم در برابر سایش
• مقاوم در مقابل خوردگی
• مقاوم در مقابل تنش های فشاری
• قابلیت جوشکاری
• چقرمگی

فولادهای قالب های پلاستیک

فولادهای قالب های پلاستیک با توجه به چقرمگی آنها (نوع عملیات حرارتی) در گروه های زیر به بازار عرضه می شوند:
پیش سخت شده (Pre Hardened)
آنیل(Annealed)
پیر سخت شونده(Age Hardening)

فولادهای پیش سخت شده (Pre Hardened):

این فولادها به‌صورت سخت کاری شده و باز پخت شده به بازار ارائه می شوند و مستقیماً می توان نقش قالب را روی آنها اجرا و بهره برداری کرد.

مزایای این فولادها

- کوتاه شدن فرایند های ساخت: این فولاد، در فرایند بهره برداری، قبلاً سخت کاری شده و نیازی به عملیات حرارتی و فرایند ماشین کاری بعد از آن را ندارد.
- عدم ایجاد ترک های ریز در اثر عملیات حرارتی: معمولاًٌ فولادها بعد از عملیات حرارتی در اثر شوک های حرارتی تابیده و در سطح آنها ترک های ریزی به‌وجود می آید. نظر به اینکه این گونه فولادها پیش از عرضه به بازار توسط تولید کننده فولاد سختکاری شده اند و بعد از فرایندهای ماشینکاری نیازی به‌عملیات حرارتی ندارند، ترک های ریز و پسماند تنش های حرارتی در فولاد، وجود نخواهد داشت و طول عمر آن بالاتر خواهدبود.

معایب این فولادها

- زمان ماشین کاری این فولادها با توجه به سختی آنها بیشتر از فولادهای آنیل شده است.
- با توجه به اینکه سختی اینگونه فولادها به‌تدریج از سطح به عمق کم می شود، قالب هایی که توسط اینگونه فولادها تهیه می شوند دارای سختی یکنواخت نیستند.
- برای رزین هایی که بسیار ساینده یا دارای دمای پروسه بسیار بالا هستند، مناسب نیستند.

فولادهای پیر سخت شونده(Age Hardening)

سختی این فولادها شبیه فولادهای پیش سخت شده است که برای افزایش سختی آن می توان فولاد را عملیات حرارتی کرد.
باتوجه به‌اینکه دمای گرم شدن آن به‌هنگام عملیات حرارتی حدود 500 الی 600 درجه سانتیگراد است، فولاد دچار تابیدگی یا ترک های سطحی نمی شود و می توان آن را بدون فرایندهای جانبی، استفاده کرد.
ثبات ابعادی اینگونه فولادها در طولانی مدت خوب است.
مراحل بهره برداری از فولاد
ماشینکاری نیمه نهایی یا نهایی
عملیات حرارتی
ماشینکاری نهایی چنانچه مورد نیاز باشد
مراحل فرایندهای بهره برداری اینگونه فولادها بیشتر از پیش سخت شده است.

فولادهای آنیل

این فولادها به‌صورت آنیل شده به بازار ارائه می شوند.
مراحل بهره برداری از فولاد
ماشینکاری اولیه
عملیات حرارتی
ماشینکاری نهایی

مزایای این فولادها

باتوجه به‌اینکه بعد از ماشینکاری روی فولاد، عملیات حرارتی بر روی آن انجام می‌شود، برخلاف فولادهای پیش سخت شده سطح محفظه قالب دارای سختی و خصوصیات مکانیکی یکنواختی خواهدبود. به‌دلیل آنیل‌بودن فولاد در هنگام ماشینکاری، زمان این فرایند کوتاه تر می شود.

مقاوم بودن نسبت به سایش و چقرمگی
معایب

بعد از عملیات حرارتی احتمال ایجاد ترک های ریز در سطح قطعه و تابیدگی آن وجود دارد که پس از آن با عملیات ماشینکاری نهایی از بین می رود. این موضوع باعث طولانی تر شدن فرایندهای ساخت قالب می-شود.

فولادهای ماریجینگ ( 18 % Ni)

یکی از نیازهای اساسی صنایع پیشرفته احتیاج به موادی با قابلیت اطمینان بالا از استحکام و تافنس شکست می باشد . در این راستا محققان زیادی فولادهای استحکام بالای مختلفی را گسترش داده اند ؛ که در این میان تنها فولادهای ماریجینگ توانسته اند به هر دو نیاز صنایع پیشرفته پاسخ گویند . مهمترین کاربرد این فولاد ها در صنایع نظامی ، هوافضا ، اجزاء الکترومکانیکی و ... است.
این فولادها که تعلق به خانواده آلیاژهای پایه آهن دارند . ابتدا تحت پروسه استحاله مارتنزیت قرار می گیرند و سپس به وسیله پیری یا رسوب سختی دنبال می شوند . که کلمه Maraging از دو کلمه Martensite و Aging گرفته شده است .
فولادهای ماریجینگ دارای 18 % Ni به دو کلاس گسترده تقسیم می شوند. که بستگی به عناصر تقویت کننده در آنالیز شیمیایی آنها دارد . فولاد ماریجینگ اورجینال در اوایل 1960 معرفی شد ، که کبالت به عنوان عنصر تقویت کننده و استحکام بخش ( 7-12% ) در فولاد ماریجینگ 18 % Ni بکار برده می شد . در اوایل دهه 70 کار بر روی این فولادها کمرنگ شد . که دلیل آن افزایش قیمت کبالت بود که منجر به نوع جدیدی از فولادهای ماریجینگ شد ، این دسته تیتانیوم را به عنوان عامل اصلی تقویت کننده به همراه داشتند. درجه تقویت کبالت یا " C-type 18 Ni Maraging " به وسیله حرف " C " در شناسائی این کلاس انتخاب می شود ؛ همچنین درجه استحکام تیتانیوم یا " T-type 18 Ni Maraging " را با حرف " T " نشان می دهند.
این دو نوع فولاد با توجه به میزان استحکام آنها به 200 ، 250، 300، 350 درجه پیری طبقه بندی می شوند و به طور C-200 و T-200 آنها را نمایش می دهند . استحکام دهی به وسیله رسوب دهی آسان اجزاء فلزی در حین عملیات پیر سازی صورت می گیرد . که این رسوب سختی به واسطه عناصر آلیاژی همچون Co , Mo , Ti در مارتنزیت Fe-Ni با کربن بسیار کم 0.03% یا کمتر صورت می گیرد.
فولاد های ماریجینگ در شرایط آنیل محلول سازی تهیه می شوند پس دارای چقرمگی و نرمی نسبی ( 28 - 32 RC ) هستند . پس به سهولت شکل می گیرند و ماشین می شوند . خواص کامل آنها از طریق پیرسازی مارتنزیت بدست می آید .

خصوصیات فولادهای ماریجینگ :

الف ) خواص مکانیکی عالی :
1-استحکام نهایی و استحکام تسلیم بالا
2-تافنس ، داکتیلیتی و مقاومت به ضربه بالا در مقایسه با فولاد کوئنچ و تمپر شده با استحکام مشابه
3-استحکام خستگی زیاد
4-استحکام فشاری بالا
5-سختی و مقاومت به سایش کافی برای بعضی از ابزار های کاربردی
ب) خصوصیات عملیات حرارتی :
1-دمای مورد نیاز برای کوره پایین است
2-رسوب سختی و عملیات حرارتی پیری
3-انقباض یکنواخت و قابل پیش بینی در طول عملیات حرارتی
4-حداقل اعوجاج در طول عملیات حرارتی
5-سخت شدن بدون کوئنچ کردن
6-درصد پایین کربن ، که جلوگیری از مشکل دکربوره شدن می کند.
ج) کارپذیری عالی
1-ماشینکاری آسان
2-مقاومت بالا در برابر انتشار ترک
3-شکل پذیری آسان در حالت سرد ، گرم و داغ
4-قابلیت جوشکاری خوب به خاطر درصد پایین کربن
5-مقاومت به خوردگی خوب که نرخ خوردگی آن در حدود نصف فولادهای کوئنچ و تمپر شده است
این فاکتورها نشان می دهد که فولادهای ماریجینگ در کاربردهایی مثل شفت ها و اجزایی که تحت خستگی ضربه ای همچون کلاچ ها و چکش ها بهترین استفاده را دارد.