انواع عناصر آلیاژی

هر نوع عنصر بسته به میزانی که استفاده می شود، خواص ویژه ای در فلز ایجاد می کنند.

عنصر آلیاژی کرم:
وجود عنصر آلیاژی کرم در فلز، باعث بالا رفتن مقاومت آن در برابر هوا و روغن می شود.همچنین این عنصر باعث افزایش سختی پذیری و بهبود قابلیت بهسازی مقطع فولادی می شود و به نسبت کم، ازدیاد طول نسبی را به مقدار خیلی کم کاهش و چقرمگی ضربه را کمتر می کند.

با افزایش درصد کرم در فولادهای کرم دار خالص، قابلیت عملیات جوشکاری کاهش پیدا می کند.در صورت افزودی هر 1 درصد کرم به میزان 80 تا 100 MPa، استحکام کششی افزایش پیدا می کند.

آلیاژ کرم، یکی از عناصر کاربیدساز می باشد که وجود این کاربیدهای کرم سبب افزایش استحکام کششی و مقاومت برشی در فولاد می شود.

به واسطه عنصر آلیاژی کرم، استحکام گرمایشی و مقاومت فلز در برابر هیدروژن تحت فشار بهتر می شود.

ضمن اینکه با افزایش درصد آلیاژ کرم در مقطع فلزی، مقاومت آن در برابر پوسته شدن افزایش پیدا می کند. البته برای ایجاد مقاومت خوردگی در فولادها به میزان حداقل 13 درصد از آلیاژ کرم نیاز است.

عنصر آلیاژی مس:
آلیاژ مس تنها در تعداد کمی از انواع مقاطع فلزی به عنوان یک عنصر آلیاژی کاربرد دارد.

با افزودن این آلیاژ به فولاد سبب تجمع آن در زیر پوسته می شود که با نفوذ به مرزدانه ها، باعث می شود که سطح فولاد در عملیات شکل دهی گرم حساس شود.

به همین علت در بعضی مواقع می توان آلیاژ مس را عنصری زیان آور به شمار آورد.استفاده بیش از 0.30 درصد از آلیاژ مس بر خاصیت فرسودگی فولاد تأثیر می گذارد و باعث بهبود قابلیت سختی پذیری می شود اما تأثیری در قابلیت جوشکاری آن ندارد.

اضافه کردن عنصر مس، باعث بهبود بسیار زیادی در مقاومت فولادهای غیرآلیاژی و کم آلیاژی می شود.
در صورتی که قصد دارید مقاومت فولاد را در برابر اسید سولفوریک و اسید کلریدریک بهتر کنید بایستی از میزان عنصر مس تنها 1 درصد بیشتر در فولادهای پرآلیاژ مقاوم استفاده کنید.

عنصر آلیاژی منیزیم:
استفاده از عنصر آلیاژی منیزیم باعث بهبود تشکیل گرافیت کروی در چدن می شود.

عنصر آلیاژی هیدروژن:
استفاده از آلیاژ هیدروژن سبب شکننده شدن فولاد می شود که به همین جهت یکی از عناصر زیان آور به شمار می رود.عنصر آلیاژی هیدروژن عامل اصلی به وجود آمدن خط زگرگاسیون است.

به هنگام اچ کردن هیدروژن به وجود آمده با تشکیل حباب هایی در فولاد نفوذ می کند. در دمای بالا، هیدروژن مرطوب باعث کربن زدایی می شود.

عنصر آلیاژی منگنز:
عنصر آلیاژی منگنز یکی از عناصر اکسیدزا محسوب می شود.ترکیب این عنصر آلیاژی با گوگرد باعث تشکیل سولفید منگنز می شود که باعث کاهش اثر نامناسب سولفید آهن می گردد.

عنصر آلیاژی منگنز خطر شکنندگی داغ را در فولادهای خوش تراش کاهش می دهد به همین جهت از عناصر مهم آلیاژی به شمار می رود.

این عنصر سرعت خنک شدن بحرانی را در فولاد بشدت کاهش می دهد و باعث افزایش قابلیت سختی پذیری می شود.

با اضافه کردن عنصر منگنز به فولاد، استحکام و تنش تسلیم آن افزایش پیدا کرده همچنین قابلیت عملیاتی نظیر آهنگری و جوشکاری بهتر می شود و عمق سختی پذیری فولاد افزایش گسترده ای پیدا می کند.

در فولادهایی که به میزان بیش از 12 درصد از عنصر منگنز استفاده شده باشد با وجود مقدار بالای کربن فولاد از نوع آستنیتی است.بنابراین این فولادها مقاومت سایشی بسیار بالا در برابر بارهای ضربه ای پیدا می کنند.

اما در فولادهایی که به میزان بیش از 18 درصد عنصر منگنز استفاده شده باشد، حتی بعد از ایجاد تغییر شکل های زیاد بر روی فولاد قابل آهنربا شدن نبوده به عنوان فولادهای ویژه قرار می گیرند.

که در دماهای پایین به عنوان فولادهای چقرمه سرد مورد استفاده قرار می گیرند.

با افزودن عنصر آلیاژی منگنز، ضریب انبساط گرمایی افزایش پیدا می کند اما قابلیت هدایت گرمایی و الکتریکی کاهش پیدا می کند.

عنصر آلیاژی سرب:
استفاده از عنصر آلیاژی سرب به علت توزیع بسیار عالی ریزسوپانسیون در فولادهای خوش تراش در هنگام انجام عملیات ماشینکاری براده های ریزی ایجاد می کند و سطح ماشین کاری تمیزی به ارمغان می آورد.

مقدار 0.2 تا 0.5 درصد عنصر آلیاژی سرب، بر خواص مکانیکی فولادها هیچ تأثیری ندارد.

عنصر آلیاژی آنتیموان:
استفاده از عنصر آلیاژی آنتیموان در فولاد باعث کاهش خواص چقرمگی فولاد می شود به همین جهت یکی از عناصر زیان آور به شمار می رود.

عنصر آلیاژی مولیبدن:
عنصر آلیاژی مولیبدن همراه با برخی دیگر از عناصر آلیاژی کاربرد دارد.با استفاده از این عنصر آلیاژی، سرعت خنک شدن بحرانی کاهش پیدا می کند و باعث بهبود قابلیت سختی پذیری می شود.

استفاده از آلیاژمولیبدن باعث کاهش بسیار زیاد در پدیده تردی برگشت یا مرض کروپ می شود.به عنوان مثال وجود این عنصر در فولادهای منگنزدار و فولاد کروم-نیکل باعث ریزدانه شدن ساختار کریستالی شده و در حد مطلوب بر قابلیت جوشکاری موثر است.

همچنین استفاده از این عنصر استحکام و تنش تسلیم فولاد را افزایش می دهد. در صورتی که درصد آلیاژ مولیبدن از حد مشخصی زیادتر باشد قابلیت آهنگری فولاد سخت تر می شود.

همچنین آلیاژ مولیبدن یکی از عناصر کاربیدساز می باشد که خواص برشی فولادهای تندبر را بهتر می کند.استفاده از عنصر آلیاژی مولیبدن، مقاومت فولاد را در برابر زنگ زدن افزایش می دهد.

به همین جهت از آن در فولادهای پر آلیاژ کروم دار و فولادهای آستنیتی کرم-نیکل استفاده می شود.
استفاده از درصد بالای آلیاژ مولبیدن باعث کاهش خوردگی و پوسته شدن در فولاد می شود همچنین استحکام گرمایی فولاد را افزایش می دهد.

عنصر الیاژی آنتیموان:
استفاده از عنصر آلیاژی آنتیموان باعث کاهش خواص چقرمگی در فولاد می شود به همین جهت یکی از عناصر زیان آور در فولاد به شمار می رود.

عنصر آلیاژی نیتروژن:
استفاده از عنصر آلیاژی نیتروژن به واسطه جدانشینی سبب ایجاد حساسیت در برابر فرسودگی فولاد، کاهش چقرمگی، ترک تنشی بین کریستالی فولادهای غیرآلیاژی و کم آلیاژ و امکان انحلال خوردگی را فراهم می کند.

همچنین این عنصر آلیاژی باعث افزایش استحکام فولادهای آستنیتی، پایدار کردن ساختار کریستالی فولاد، افزایش تنش تسلیم و خواص مکانیکی فولاد در گرما می باشد.

عنصر نیتروژن یکی از عناصر نیتریدساز به شمار می رود که در مرحله ی نیتروژه کردن سختی سطحی فولادها را افزایش می دهد.

عنصر آلیاژی نیکل:
استفاده از عنصر آلیاژی نیکل چقرمگی ضربه فولادهای ساختمانی را حتی اگر دمای پایین وجود داشته باشد تا حد بسیار زیادی افزایش می دهد.

به همین جهت از این عنصر آلیاژی برای افزایش چقرمگی فولادهای کربن دهی شده، چقرمه سرد و بهسازی مورد استفاده قرار می گیرد.

این عنصر آلیاژی به تنهایی مقاومت فولاد را در برابر زنگ زدگی تقویت کرده و باعث ایجاد مقاومت فولادهای کرم-نیکلی آستنیتی در برابر تأثیرات مواد شیمیایی احیاکننده می شود.

همچنین مقاومت در برابر مواداکسیدکننده را با استفاده از عنصر آلیاژی کرم در آنها ایجاد می کند.
در صورت استفاده از درصد بالای عنصر آلیاژی نیکل در محدوده آلیاژی کنترل شده، خواص فیزیکی مشخصی به فولاد می دهد.

عنصر آلیاژی فسفر:
عنصر آلیاژی فسفر یکی از عناصر زیان آور فولاد به شمار می رود. توزیع یکنواخت آلیاژ فسفر در فولاد به سختی انجام می شود.

بنابراین مقدار عنصر فسفر در حد پایین حفظ شده و در فولادهای با ارزش درصد فسفر در مرز بالای 0.03 تا 0.05 می توان نگهداشت.

البته این مقدار را نمی توان با اطمینان کامل تعیین کرد.استفاده از میزان کم فسفر در فولاد سبب افزایش حساسیت تردی برگشت در آن می شود.

افزایش درصد کربن مورد استفاده و دمای سختکاری، بزرگی دانه های کریستالی و کاهش درجه آهنگری تردی فسفر افزایش پیدا می کند.

اگر برای ساخت فولادهای ساختمانی کم آلیاژ که دارای مقدار تقریبا 0.1 درصد عنصر کربن باشد. استفاده از آلیاژ فسفر باعث افزایش استحکام آن ها شده و باعث مقاومت خوردگی فولاد در برابر عوامل آب و هوایی می شود.

عنصر الیاژی سلنیم:
استفاده از عنصر آلیاژی سلنیم در فولادهای خوش تراش، مراحل ماشینکاری را بهبود می بخشد و در فولادهای مقاوم در برابر عوامل خوردگی مقاومت آن را کمتر کاهش می دهد.

بنابراین استفاده از عنصر آلیاژی سلنیم نسبت به آلیاژ گوگرد برای فولادهای خوش تراش و فولادهای مقاوم به خوردگی بهتر است.

عنصر آلیاژی تلور:
افزودن عنصر آلیاژی تلور سبب بهبود براده برداری فولادها انجام می شود.از این عنصر آلیاژی هم به تنهایی و هم به همراه عنصر آلیاژی سرب می توان استفاده کرد.همچنین این عنصر دارای فعالیت سطحی خیلی بالا می باشد.

عنصر آلیاژی قلع:
عنصر آلیاژی قلع در زیر لایه پوسته شده فولاد و در امتداد مرز دانه ها تجمع کرده و هنگام انجام عملیات لحیم کاری باعث ترک و شکستگی می شود.

عنصر آلیاژی تیتانیم:
عنصر آلیاژی تیتانیم میل ترکیبی زیادی با عناصری نظیر نیتروژن، گوگرد و کربن دارد.این عنصر آلیاژی یکی از عناصر قوی نیترادزا، اکسیدزا، کاربیدساز قوی و جاذب گوگرد به شمار می رود.

در فولادهای مقاوم به خوردگی استفاده از آلیاژ تیتانیم به عنوان یک عنصر کاربید ساز برای پایداری در برابر خوردگی بین کریستالی کاربرد دارد همچنین نقش مهمی در ریز دانه شدن ساختار کریستالی ایفا می کند.

استفاده از این عنصر آلیاژی در مقادیر بالا باعث جدانشینی می شود و در آلیاژهای آهنربای دایم به علت ایجاد نیروی زیاد پس ماندزا به عنوان عنصر آلیاژی مورد استفاده قرار می گیرد.

این عنصر آلیاژی، نیتریدهای ویژه ای ایجاد می کند که به علت تشکیل نیتریدهای ویژه، استحکام خزش فولاد افزایش پیدا می کند.همچنین این عنصر آلیاژی میل زیادی به لایه لایه شدن و جدانشینی دارد.

عنصر آلیاژی گوگرد:
این عنصر آلیاژی در مقایسه با عناصر آلیاژی دیگر، بیشترین درجه افزایش جدانشینی روی فولاد را دارد.با افزودن عنصر آلیاژی گوگرد می توان چقرمگی فولاد را تا حد بسیار زیادی کاهش داد.

عنصر گوگرد به علت دارا بودن خاصیت روانکاری شدت اصطکاک ابزارهای برشی را کاهش داده و عمر ابزار را افزایش می دهد.

بنابراین به میزان 0.4 درصد از این عنصر را به فولادهای خوش تراش اضافه می کنند.همچنین این عنصر آلیاژی باعث کوتاه شدن براده های ماشینکاری فولاد های خوش تراش می شود.همچنین ترک های ایجاد شده از جوشکاری را افزایش می دهد.

عنصر آلیاژی سیلیسیم:
همیشه در فولاد مقداری از عنصر آلیاژی سیلیسیم یافت می شود. زیرا متناسب با میزان ترکیبات شیمیایی همراه با سنگ آهن، مقداری عنصر منگنز و سیلسیم وجود دارد.

البته هنگام تولید فولاد مقداری از سیلسیم موجود در دیواره کوره توسط فولاد مذاب جذب می شود.

البته در صورتی فولاد به نام فولادهای سیلسیم دار شناخته می شوند که بیش از 40 درصد از عنصر سیلیسیم داشته باشند.

این عنصر آلیاژی اکسیدزا بوده و نقش مهمی در جدانشینی گرافیت ایفا می کند همچنین باعث افزایش استحکام و مقاومت سایشی در فولاد می شود.

عنصر سیلیسیم مقاومت فولاد را در برابر فرسودگی افزایش می دهد و به نحوی جزو عناصر آلیاژی در فولادهای نسوز به شمار می رود.عنصر آلیاژی سیلیسیم، در فولادهای فنر یکی از عناصر آلیاژی به شمار می رود.

مقدار افزودنی این عنصر در فولاد محدود است زیرا قابلیت شکل دادن سرد و گرم را کاهش می دهد. البته با افزایش درصد این آلیاژ مقاومت فولاد در برابر اسید افزایش پیدا می کند.

عنصر آلیاژی وانادیم:
عنصر آلیاژی وانادیم یکی از عناصر قوی کاربیدساز به شمار می رود که به علت تشکیل کاربید مقاومت فولاد را در برابر هیدروژن تحت فشار افزایش می دهد.

استفاده از این عنصر آلیاژی باعث افزایش مقاومت گرمایی فولاد، افزایش مقاومت سایشی، عمر لبه برشی ابزار می شود.

همچنین در حد کافی باعث بهبود مقاومت برگشت فولاد می شود و حساسیت فوق گداز فولاد را کاهش می دهد.

این عنصر باعث ریزدانه شدن ساختار کریستالی در فولاد می شود که با تشکیل کاربید از سخت شدن فولاد در هوا جلوگیری کرده و باعث بهبود قابلیت جوشکاری فولادهای بهسازی می شود.

عنصر آلیاژی تنگستن:
عنصر آلیاژی تنگستن یکی از عناصر کاربید ساز قوی می باشد که باعث بهبود قابلیت چقررمگی در فولاد می شود و از رشد دانه جلوگیری می کند.

استفاده از این عنصر آلیاژی در دمای بالا باعث افزایش مقاومت سایشی، مقاومت برگشت و مقاومت گرمایی می شود.

بنابراین عنصر آلیاژی تنگستن در فولادهای گرم کار، تندبر، فولادهای مقاوم در برابر گرما و فولادهای با درجه سختی بسیار بالا، کی از عناصر آلیاژی مهم به شمار می رود.

استفاده از این عنصر آلیاژی باعث افزایش نیروی پس ماندزا می باشد بنابراین به عنوان یکی از عناصر مهم در آلیاژهای آهنربای دائم استفاده می شود.همچنین این عنصر مقاومت فولاد را در برابر فرسودگی کاهش می دهد.

عناصر آلیاژی (نیوبیم، کلمبیم، تانتالیم):
از این سه عنصر آلیاژی با هم استفاده می شود و به سختی از یکدیگر قابل تفکیک هستند.این عناصر آلیاژی از عناصر کاربیدساز قوی محسوب می شود که در فولادهای مقاوم به مواد شیمیایی از عناصر پایدارکننده مهم به شمار می روند.

عنصر آلیاژی نیوبیم باعث افزایش استحکام گرمایی و استحکام خزش در فولاد می شود به همین جهت برای ساخت دیگ بخار به عنوان عناصر آلیاژی فولادهای آستنیتی مقاوم به دمای بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

عنصر آلیاژی تانتالیم برای نوترون ها از سطح جذبی گسترده ای برخوردار است و به همین جهت در فولادهای راکتور اتمی از آلیاژ نیوبیوم با مقدار کم تانتالیم استفاده می شود.