شنبه , ۱۳ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی
فولاد های نظامی

فولادهای نظامی

نام مقاله : فولادهای نظامی

تهیه کننده : وحیده کوسلی

دانشگاه فناوری های نوین قوچان

فولادهای نظامی

 

تعریف فولاد:
اصطلاح فولاد یا پولاد برای آلیاژهای اهن که بین ۰٫۰۰۰۲درصد تا۲٫۱درصد وزن خود کربن دارند به کار می رود فولاد های آلیاژی غالبا با فلز های دیگری نیز همراهند. خواص فولاد به در صد کربن موجود در آن ،عملیات حرارتی انجام شده بر روی آن و فلز های آلیاژدهنده موجود در آن بستگی دارد.
فولاد پر مصرف ترین فلز صنعتی است و مصرفش پیوسته افزایش میابد. و فولاد چند جوشی می باشد .برای ساختن فولاد،کربن آهن خام سفید را می سوزانند، تا از از ۵٫۳تا ۶%به ۲تا ۵٫۱%وزنش کاهش یابد،عنصر های دیگر را در ان اندازه میکنند تا فولاد خواسته شده ساخته شود .
طریقه ساخت فولاد:
فولاد کربور آهن است که با عنصرهای دیگر هم جوش شده باشد.با سوزاندن کربن اهن خام سفیدو هم جوش کردن آن با کمی کربن و اندازه کردن عنصر های دیگر درآن،به دو روش خمیری کردن وآب کردن فولادرا می سوزانند.
روش خمیری: درآغاز صنعت فولادسازی ،فولاد را به این روش می ساختند،که کهنه شده است ودیگر به کار نمیرود.در این روش آهن خام رادر تشت کوره ی شعله ای می گذاشتند وروی آن شعله میدمیدند تا آب شود.آهن خام آب شده رابه هم میزدند تا کربن آن بسوزد.کم کم که کربن آهن خام می سوخت،درجه آب شدنش بالامی رفت وخمیری می شد.خمیر فولاد را تکه تکه با گاز انبرازکوره در می اوردندوآنهنرا با پتک در هم می کوبیدند که سرباره شان بریزدویکپارچه شوند.فولاد یکپارچه شده را نورد می زدند تا به شکل شمش درآید. چند شمش را دسته کرده در کوره گرمامی دادندتا سرخ شود وبا یک پتک سنگین آنها را در هم می کوبیدند تا یک تکه گردند و به آن شکل می دادند.سر بارهایی که در کوره می ماندو آنچه هنگام کوبیدن خمیر فولاد از آن میریخت چون آهن داشت ازنو همراه مواد خام به کوره اهن گدازی می ریختند.
روش آب کردن :امروزه همه فولاد جهان به روش آب کردن ساخته می شود.آهن خام آبکی ای که از کوره ی آهن گدتزی به بیرون روان می گردد،نخست به تغار های فولادی میریزد،از آنجاآن را در تانک مخلوط کن گهواره ای میریزند.برای آن که گرمای آهن خام به بدنه ی تغارو تانک فولادی نرسد ،درون آنها را با آجر نسوز آستر می کنند.
کاربرد انواع مختلف فولاد :
از فولادی که تا۰٫۲درصد کربن دارد،برای ساختن سیم،لوله و ورق فولاد استفاده می شود.فولاد متوسط۰٫۲تا۰٫۶درصد کربن دارد و آن را برای ساختن ریل دیگ بخارو قطعات ساختمانی بکار میبرند.فولادی که ۰٫۶تا۱٫۵درصدکربن دارد،سخت است واز آن برای ساختن ابزار آلات،فنر وکاردو چنگال استفاده میشود. فولاد،انواع فراوانی دارد.که همه آن موارد درجدول کلید فولاد قابل دسترس می باشد.
تعدادی ازفولاد هایی که در ساخت ماشین الات وسایل جنگی استفاده می شوند عبارتند از:
۱) فولاد آلیاژی
۲) فولاد ماریجینگ
۳) فولاد تریپ
۴) فولاد های بینیتی نانو متریال
۵) فولاد های مولیبدونی (سریxxx4)

فولاد آلیاژی:
آلیاژ فولادی ،فولادی است که با عنصر های گوناگون به صورت آلیاژدر آمده،برای بهبود ویژگی های مکانیکی فولاد می توان از ۱تا ۵۰%از وزن آن را آلیاژ کرد. آلیاژ های فولادی دو دسته اند: فولاد کم آلیاژ وفولاد پر آلیاژ.
تفاوت میان این دورا، میتوان گفت، قرارداری است: اسمیت وهاشمی تفاوت این دو را در ۴%دانسته اند درحالی که گروه دگرمو آن را در ۸%می دانند. در حالت کلی وقتی صحبت از آلیاژ فولاد می شود منظور فولاد کم آلیاژ است.
خود فولاد درواقع نوعی آلیاژ است. اما تمام گونه های فولاد را آلیاژ نمی خوانند. ساده ترین نوع فولاد که تقریبا میتوان گفت آهن است نزدیک به ۹۹%خود با عنصر کربن آلیاژ شده است(بسته به نوع فولاداز۱تا۰٫۱%).بنابراین منظور ازآلیاژ فولاد، ترکیبی از فولاد، کربن ودیگر عنصر هاست.عنصر هایی که بیشتربرای این هدف کاربرد دارند عبارتند از: منگنز (پر کاربرد ترین)، نیکل، کروم، مولیبدن ، وانادیم، سیلسیم و بور. وعنصر های کم کاربردتر عبارتند از: آلومینیوم، کبالت، مس، سریم، نیوبیم، تیتانیم، تنگستن، قلع، روی، سرب و زیر کونیم.
از ترکیب عنصر های بالا با فولاد و آلیاژسازی،برخی ویژگی های فولاد کربن مانندمقاومت ، سختی، چقرمگی ، سایش ، سخت شدگی وسختی در دمای بالا به گونه ی در خور توجهی بهبود می یابد.برای دستیابی به بعضی از ویژگی ها باید عملیات حرارتی روی فلز انحام شود.
ویژگی های یاد شده در بالادرکاربرد های ویژه ای چون پره های توربین، موتور جت، فضاپیماهاوراکتور های هسته ای بسیار مورد نیاز است. به دلیل ویژگی های فرومغناطیس آهن،بعضی آلیاژ های فولاد و پاسخی که این آلیاژها در محیط مغناطیسی می دهند، اهمیت ویژه ای پیدا می کند . در موتور ها وترانسفور ماتورها نیز چنین است.
اگر درجه کربن فولاد کم آلیاژ متوسط یا بالا باشد ،فرایند جوش در آنها دشوار می شود.با کاهش کربن و قرار دادن آن در بازه ی ۰٫۱۰%تا۰٫۳۰%وهمچنین کاهش دیگر عنصر های آلیاژی توان جوش پذیری و شکل پذیری فولاد را افزایش می دهیم .چنین فولادی در رده ی فولاد کم آلیاژ پر استحکام قرار می گیرد.

فولاد ماریجینگ(۱۸%Ni):
کی از نیاز های اساسی صنایع پیشرفته احتیاج به محیط با قابلیت اطمینان بالا و استحکام تافنس و شکست می باشد. در این راستا محققان زیادی فولاد های استحکام بالای مختلفی را گسترش داده اند؛که در این میان تنها فولادهای ماریجینگ توانسته اند به هردو نیاز صنایع پاسخ گویند. مهمترین کاربرد این فولاد هادر صنایع نظامی، هوافضا، اجزا الکترومکانیکیو…است.
این فولاد ها که تعلق به خانواده آلیاژهای پایه آهن دارند.ابتدا تحت پروسه استحاله مارتنزیت قرار میگیرد وسپس به وسیله پیری یا رسوب سختی دنبال می شوند.
این نوع فولاد ها به دو دستهگسترده تقسیم می شوندکه بستگی به نیکل ۱۸%فولاد های ماریجینگ دارای عناصر تقویت کننده در آنالیز شیمیایی آنها دارد.فولاد ماریجینگ اورجینال دراوایل ۱۹۶۰معرفی شد،که کبالت به عنوان عنصر تقویت کننده واستحکام بخش (۷-۱۲)درفولاد ماریجینگ ۱۸%نیکل بکار برده می شود.در اوایل دهه ۷۰ به دلیل گران شدن قیمت کبالت نوع دیگری از فولادهای ماریجینگ که دارای آلیاژ تیتانیوم بود بوجود آمد.
این دو نوع فولاد با توجه به میزان استحکام آنها به۲۲،۲۵۰،۳۰۰،۳۵۰درجه پیری طبقه بندی می شوند. استحکام دهی به وسیله رسوب دهی آسان اجزا فلزی ذر حین عملیات پیر سازی صورت می گیرد.که این رسوب سختیبه واسطه عناصر آلیاژی هم چون، COو Tiو Mo در مارتنزیت آهن –نیکل باکربن ۰٫۰۳%یا کمتر صورت می گیرد.
فولاد های ماریجینگ در شرایط آنیل محلول سازی تهیه می شوند پس دارای چقرمگی و نرمی نسبی (۳۲-۲۸RC) هستند. پس به سهولت شکل میگیرند و ماشین می شوند. خواص کامل آنها از طریق پیر سازی مارتنزیت بدست می آید.
در فولاد های ماریجینگ رسیدن به استحکام و تافنس بالامستلزم کنترل دقیق ریز ساختار می باشد.از طرف دیگر چون آخال های موجود در زمینه این نوع فولاد ها تاثیر منفی شدیدی بر روی تافنس شکست دارند. باید ترکیب ،ابعاد و توزیع آخال ها کنترل گردد. در این فولاد ها به علت زیاد بودن عناصر آلیاژی جدایش شدید این عناصر در حین انجماد وجود دارد که این جدایش تاثیر زیادی بر روی کاهش قابلیت آهنگری ،نورد گرم و…خواهد داشت.پس لازم است که شرایط انجمادی مناسب به صورت کنترل شده و سریع برای فولاد ها مهیا گردد.
برا ی تهیه این فولاد ها از روش ذوب چند مرحله ای استفاده می شود.روش استاندارد برای تهیه فولادهای ماریجینگاستفاده از روش تحت خلا دومرحله ای می باشد که در آن ابتدا به روش ذوب القایی تحت خلا آلیاژسازی صورت گرفته وسپس شمش تهیه شده به روش ذوب مجدد قوسی تحت خلا آلیاژ سازی صورت گرفته و سپس شمش تهیه شده به روش ذوب مجدد قوسی تحت خلا تصفیه می گردد.
عملیات همگن کردن نیز به منظور افزایش قابلیت شکل پذیری شمش ها صورت می گیرد.همگن فولاد های ماریجینگ در ۱۲۵درجه سلسیوسس به مدت ۲ الی ۳ ساعت انجام میگیرد و به دنبال آن فولاد تحت کار مکانیکی گرم قرار گرفته و یا اینکه سریع سرد می گردد.این فولاد ها تحت انواع کارهای مکانیکی از قبیل آهنگری ، نورد ، اکستروژن ، گرم قرار می گیرد.بعد از مراحل فوق فولاد های ماریجینگ تحت عملیات آستنیت وسپس پیری قرار میگیرند.
استحکام و چکشخواری فولاد مارایجینگ پیش از عملیات پیرسازی این امکان را می‌دهد که به پوسته‌های نازک تغییر شکل داده شود که آن را برای استفاده در پوستهٔ راکت و موشک مناسب می‌سازد. در صورت استفاده از این آلیاژ بجای سایر فولادها در راکت و موشک، بدلیل نسبت استحکام به وزن بالای این آلیاژ، وزن محصول کاهش قابل توجهی خواهد داشت.
سوزن آتش اسلحه‌های اتوماتیک که دارای سیکل گرم و سرد شدن کوتاه و نسبتاً سریع، هم‌زمان با اعمال نیرو و ضربه می‌باشند از دیگر مواردی است که استفاده از این آلیاژ مناسب است.

فولادهای تریپ:
فولاد تریپ یا فولاد با پلاستیسیته حاصل از استحاله نوعی فولاد است که در آن از خواص حاصل از استحاله مارتنزیتی در طی تغییر شکل پلاستیک استفاده می شود.ین فولاد ها به کمک عناصر محلول پایدارساز،عمدتا از فاز اوستنیت تشکیل شده اند اما در اثراعما لتنش فاز مارتنزیت در آنها ایجاد می شود. زیر ساختارفولاد های تجاری تریپ شامل فریت ، بینیت و اوستنیت است.
پدیده تریپ برای اولین بار تئسط زکای و همکاران ایشان در سال ۱۹۶۷درفولاد های تمام اوستنیتی با درصد نیکل و کروم بالا مشاهده شد. همچنین ماتسومورا وهمکاران ایشان در سال ۱۹۸۷این پدیده را در فولادهای دارای اوستنیت کم با ۶۰ – ۵۰ % فریت آلوتریومورفیک کشف کردند . این فولاد ها trip – assisted steel نامیده می شود.
خواص مکانیکی فولاد های تریپ به عوامل متعددی از جمله ترکیب ، دما ،عملیات حرارتی و مکانیکی انجام شده بر روی قطعات بستگی دارد. پدیده تریپ باعث می شودکه چکش خواری این فولادها توسط استحاله مارتنزیتی افزایش یافته و گردنی شدن به تاخیر بیفتد. چند فازی بودن ریز ساختارفولاد های تریپ نیز در بهبود خواص مکانیکی آنها بسیار موثر است.

فولاد های بینیتی نانو متریال:
فولاد های بینیتی دارای کارایی بسیار بالایی می باشند و اخیرا تحقیقات گسترده ای بر روی تولید فولاد های بینیتی نانو ساختارکه دارای خواص مکانیکی بسیار مطلوبی می باشد ، صورت گرفته است. در این پژوهش هدف تولید فولادی با ساختار نانو متری می باشد که دارای استحکام و چقرمگی فوق العاده ای می باشد. برای این منظور عملیات ذوب وآلیاژ سازی در کوره القایی تحت خلا انجام گرفت. در ادامه عملیات همگن سازی، آستنیته کردن و استحاله هم دمای تشکیل بینیت در زمان ها و دماهای مختلف انجام گردید.
تصاویر میکروسکوپی نشان دادکه میکرو ساختار به دست آمده شامل بسته های بینیتی میباشد. از طرف دیگرنتایج بدست آمده از آزمون پراش پرتو ایکس نشان می دهد که این بسته های بینیتی حاوی صفحات بسیار نازک فریت بینیتی به همراه آستنیت باقی مانده می باشد که ضخامت صفحات فریت بینیتی در حد ۳۰-۱۵ نانو متر می باشد. همچنین مشخص گردیدکه هر چه دمای استحاله هم دمای تشکیل بینیت کاهش پیدا می کند،ساختار ریزتری به دست می آید.مواد بالک نانومتری به لحاظ خواص فیزیکی و مکانیکی برتر،مورد توجه بسیاری از محققین و دانشمندان قرار گرفته اند. امروزه ازروش های متفاوتی جهت تولید و فرآوری مواد بالک نانو متری بااندازه دانه کمتراز۱۰۰نانومتر، استفاده می شود.
فولاد های نانو ساختار دسته ای از این مواد می باشند که امروزه تحقیقات گسترده ای توسط محققین و دانشمندان بر روی آنها صورت می گیرد.در این میان فولاد های نانو ساختار بینیتی دارای ترکیب بسیار مناسبی از استحکام و چقرمگی می باشد .به طوری که خواص مکانیکی این فولادها با خواص مکانیکی فولاد های ماریجینگ Ni18% قابل مقایسه استدر حالی که هزینه تولید این فولاد ها در حدود ۳۰برابر پایین تر از فولاد های گران قیمت ماریجینگ می باشد. از این فولاد ها در صنایع نظامی و خطوط راه آهن استفاده می شود. در دما های پایین تر استحاله ،مقدار فریت بینیتی بیشتری می تواند تشکیل شود که این منجر به افزایش سختی می شود.
فولاد های مولیبدونی (سریxxx4):
مولیبدن عنصر آلیاژی نسبتا گرانبهایی است،حلالیت محدودی در آهن و دارد و کاربید زایی قوی است.مولیبدن اثر شدیدی بر سختی پذیری دارد و نظیر کروم ، استحکام و سختی را در دماهای بالا حفظ می کند.حساسیت فولاد مولیبدنی نسبت به تردی باز پختی از دیگر فولاد های آلیاژی کمتر است.این عنصر غالبا همراه با نیکل یا کروم و یا هر دو به کار می رود.در صورت کربن دهی این فولاد ، سطحی سخت و مغزی چقرمه ایجاد می شود.

از فولاد های ساده مولیبدنی ( سری های xx44 و۰ (xx4کم کربن،پس از کربن دهی برای ساختن هزار خارها ، چرخ دنده های انتقال حرکت و قطعات مشابهی که شرایط کاری خیلی سخت ندارند استفاده می شود. در صورت وجود کربن بیشتر، از این فولاد برای ساختن فنر های مار پیچ و شمش اتومبیل ها استفاده می شود.فولاد کروم – مولیبدنی (سری۱ xx4)نسبتا ارزان و دارای خواص سخت شدن تا عمق، داکتیل بودن و جوشکاری پذیری است. از این فولاد به طور گسترده برای ساختن مخزن های تحت فشار، قطعات اسکلت هواپیما ، محور اتومبیل و دیگر کاربرد های مشابه استفاده می شود. فولاد های نیکل – مولیبدنی (سری های xx48و (xx46ارای مزیت هایی مانند استحکام بالا و داکتیل بودن ناشی از وجود نیکل ، همراه با سخت شدن تا عمق و سهولت ماشین کاری حاصل از مولیبدون اند. آنها چقرمگی خوب ، استحکام خستگی و مقاومت سایشی بالا دارند.از این فولاد ها برای ساختن چرخ دنده های انتقال قدرت، پین های زنجیر ،محور ها و یاتاقان ها استفاده می شود.فولاد های سه آلیاژی نیکل- کروم – مولیبدنی ( سری هایxx47و xx43) دارای خواص خوب فولادهای نیکل – کرومی بعلاوه سختی پذیری بالای حاصل از مولیبدن اند.از این فولاد ها به طور گسترده در ساخت قطعات ساختاری بدنه و بال و دم هواپیما و هم چنین ارابه فرود استفاده می شود.
منابع:
www.steele.com
www.efunda.com
www.wikipedia.org
www.forgefair.com
دانشنامه رشد
باشگاه پژوهشگران دانشجو

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

RavrJ_big_03

تست غیر مخرب مایعات نافذ pt

موضوع پروژه :تست مایعات نافذ PT در صنعت دانشجویان: هادی جوان بخت  /  علی تلگردی …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.