فولاد (کربن استیل) چیست؟

فولاد (کربن استیل) آلیاژی ست از آهن و کربن که میزان انحلال کربن در آن از 0.002 تا 2.1 درصد متغیر است که از سایر عناصر آلیاژی جهت تغییر در خواص فولاد استفاده می شود . همچنین در علم متالورژی برای درک بهتر تاثیر کربن در آهن، دیاگرام تعادلی آهن با توجه به میزان کربن و درجه حرارت رسم شده است، در رسم این نمودار سرعت سرد کردن بسیار آهسته در نظر گرفته شده است زیرا سرعت سرد کردن در ساختار و خواص فولاد بسیار موثر می باشد.

یکی از مباحث مهم در بررسی فولاد تغییر ساختار فولاد با افزایش دما و تغییر میزان کربن می باشد که به آن آلوتروپی می گویند. با توجه به نمودار آهن کربن هر منطقه از نمودار دارای فاز و ترکیب خاص می باشد که به شرح هر قسمت و ویژگی های آن می پردازیم.

فریت :

به نوعی از آهن که در آن کربن حل می شود آهن فریتی می گویند که حداکثر مقدار آن در دمای 723 درجه سانتیگراد 0.02 می باشد که با کاهش دما میزان کربن حل شده کاهش پیدا کرده و در دمای در محیط به مقدار 0.002 درصد می رسد، از ویژگی های این ساختار انعطاف پذیری خوب و مغناطیسی بودن آن می باشد. با استفاده از عناصری آلیاژی مانند کرم فاز فریت را می توان گسترش داد که که آلیاژهایی مانند استنلس استیل 430  را می توان تولید کرد برای آشنایی بیشتر با انواع آلیاژهای استنلس استیل می توانید مقاله تفاوت کربن استیل و استنلس استیل را مطالعه بفرماید.

سمنتیت :

سمنتیت یا کاربید آهن یک ماده مرکب شیمیایی با 6.67 درصد کربن و با فرمول شیمیایی Fe3C   می باشد. این ماده سخت و شکننده است در صورت سرد شدن غیر تعادلی شاهد ظاهر شدن آن به صورت گرافیت در ساختار آلیاژ خواهیم بود.

پرلیت :

ساختاری دو فازی است که از لایه های متناوب فریت و سمنتیت تشکیل شده است که در دمای 723 درجه سانتیگراد و با افزایش مقدار کربن بیش از 0.02 درصد به وجود می آید در صورت افزایش سرعت سرد کردن بیش از مقدار تعادلی شاهد رسوب کربن و تشکیل پرلیت خواهیم بود که نسبت به فریت سختگی بیشتر و انعطاف پذیری کمتری را دارد.

آستنیت :

محلول جامد آستنیت از انحلال کربن در آهن به وجود می آید که حداکثر میزان انحلال کربن در آن در دمای 1147 درجه سانتیگراد به 2.1 درصد می رسد که با افزایش میزان کربن از این درصد و افزایش میزان سیلیسیم آلیاژی به دست خواهد آمد بنام چدن که در مقاله چدن چیست به شرح آن می پردازیم.

از ویژگی های ساختار آستنیت غیر مغناطیسی بودن آن به همراه شکل پذیری و مناسب می باشد، همچنین به دلیل انحلال بیشتر کربن در این ناحیه بیشترین میزان عملیات حرارتی و شکل دهی در این ناحیه انجام می شود. با استفاده از عناصر آلیاژی مانند نیکل ، مولیبدن و منگنز ساختار آستنیت تا دمای محیط پایدار می شود که آلیاژهای مانند استنلس استیل و هادفیلد با استفاده از این عناصر آلیاژی به وجود می آیند، برای مطالعه بیشتر در مورد انواع آلیاژهای استنلس استیل می توانید مقاله تفاوت کربن استیل و استنلس استیل را مطالعه بفرمایید.

مارتنزیت:

این ساختار در حالت غیر تعادلی و در سرد شدن های خیلی سریع به وجود می آید که باعث افزایش سختی و استحکام آن می شود در صورتی که میزان سرعت سرد شدن کمی بیشتر شود ساختاری به وجود می آید به نام بینیت که خواصی مابین مارتنزیت و پرلیت می باشد.