خصوصیات ورق استیل آستنیتی

  1. مطالب مفید
  2. ورق استیل آستنیتی
ورق استیل آستنیتی

ورق استیل آستنیتی و فریتی رایج ترین ریز ساختاری هستند که از آلیاژ استنلس استیل مورد استفاده قرار میگیرد.

ورق استیل آستنیتی نیمه ‌پایدار

در طی تغییر شکل پلاستیک استنلس استیل های آستنیتی، گریدهایی که شامل ۱۸ درصد کروم و ۸ درصد نیکل هستند تحت استحاله مارتنزیتی قرار می گیرند. این امر به این دلیل است که فاز ﺁستنیت در دمای اتاق از لحاظ ترمودینامیکی پایدار نیست. همان طور که در نمودار فازی شکل 1 مشاهده می شود، فازهای مورد انتظار در دمای اتاق (در تعادل حقیقی) ﺁستنیت (γ)، فریت (α) و کاربید هستند.

ورق استیل آستنیتی
شکل 1. نمودار فاز تعادلی فولاد زنگ نزن آستنیتی ۸-۱۸ (ورق استیل 304) با کربن متغیر. هرچند این فولاد را از نوع فولاد ﺁستنیتی در نظر می گیرند، اما در نمودار مشاهده می شود که فاز ﺁستنیت (γ) در دمای اتاق ازلحاظ ترمودینامیکی پایدار نیست.


بااینحال، مواد تجاری بسیار کمی در حالت تعادل خود استفاده می شوند. فولادهای زنگ نزن ﺁستنیتی نیمه پایدار(MASS) یک خانواده آلیاژی بسیار مهم در بین استنلس استیل ها هستند که از خواص α مارتنزیت ناشی از کرنش در طی عملیات سردکاری استفاده می کننند. دو نمونه از این فولادها گریدهای ASTM 301 (EN 1.4310) و ASTM 302 (EN 1.4310NS) هستند. این نوع فولادها به استنلس استیل ۳۰۴ ASTM (ورق استیل 304) شباهت دارند اما کربن بالاتری دارند (معمولا در محدوده ۰۸/۰ تا ۱۰/۰ درصد وزنی) و تحت عملیات کار سرد استحکام بیشتری بدست می آورند. تفاوت اصلی ورق استیل ۳۰۱ و ۳۰۲ میزان نیکل نسبتا بالاتر (به ترتیب ۸-۶ و ۱۰-۸ درصد) و مقدار کروم (۱۸-۱۶ درصد و ۱۷-۱۹ درصد) در گرید 302 است.
با تشکیل α مارتنزیتی، ممکن است استحکام تسلیم به بالاتر از MPa 2000 برسد. این موضوع را باید با استحکام تسلیم ورق استیل ۳۰۴ که معمولا ۲۵۰ مگا پاسکال است، مقایسه نمود. برای مثال، استحکام کششی (Rm) ASTM 302mod (۱ درصد مولیبدن اضافه شده) که تحت فرایند کشش عمیق در دمای محیط قرار گرفته، ممکن است از ۲۵۰۰ مگا پاسکال (شکل ۲) فراتر رود.

ورق استیل آستنیتی
شکل 2. تاثیر قوی تغییر شکل پلاستیکی و غیرقابل برگشت در حین کشش سیم بر مقاومت کششی و استحکام تسلیم در فولاد ASTM 302mod. کاهش قطر از ۸ میلی متر به ۱۵/۰ میلی متر باعث افزایش Rm از ۱۵۰۰ به ۲۵۰۰ مگا پاسکال و ۱۳۰۰ به ۲۲۰۰ مگا پاسکال می شود.

از کاربردهای استنلس استیل های نیمه پایدار (MASS) می توان به بسیاری از قطعات و اجزای خودروها مانند جمع کننده کمربند ایمنی، برف پاک کن شیشه جلو، فنرهای ترمز و سوپاپ اشاره نمود. همچنین این فولادها برای ساخت فنرهای لولایی و گیره در اتصالات الکتریکی مناسب هستند در جدول ۱ فهرستی از انواع مختلف کاربردی آورده داده شده است. از الزامات مهم بسیاری از این کاربردها مقاومت خستگی است.

جدول 1. مقادیر مقاومت و کاربردهای معمول فولادهای ضدزنگ آستنیتی نیمه پایدار

استاندارد مقاومت کششی (مگا پاسکال) کاربرد

ASTM 302

EN 1.4310NS 

≤*2400 فنرهای سیمی

ASTM 301

EN 1.4310

≤*2000 فنرهای سیمی، قطعات فرم؛ برای مثال دیافراگم، اتصال الکتریکی و جمع کننده کمربند ایمنی

ASTM 302 mod

1700-2300* (strip)
1500-2500* (wire)
انواع مختلف فنر، ریمرهای دندانپزشکی، سوزن های جراحی، سیمهای راهنما

ASTM 201

EN 1.4372

*1300-1100 اسپیسر منبسط کننده در موتورهای اتومبیل
EN 1.4369 *1800-850

فنرها و سایر قطعات فرم برای کاربردهای غیر مغناطیسی


نتایج نشان می دهد که با افزودن ۱ درصد مولیبدن به نمونه های ASTM 302، برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی حفره ای ، گزینه مناسبی برای ریمر در دندانپزشکی، سوزن های جراحی و سیم های راهنما برای قرار دادن استنت در بدن انسان است. این گرید ترکیب بهینه ای از استحکام، داکتیلیته و مقاومت به خوردگی را ارائه می دهد. به علاوه، به دلیل مقاومت در برابر رهاسازی تنش (stress relaxattion)، از این ﺁلیاژ برای ساخت فنر در سرنگ های اتوماتیک که برای سال ها در فروشگاه های نظامی نگهداری می شوند، بکار گرفته می شود. یک کاربرد مصرفی نسبتا متفاوت در موتورهای خودرو، اسپیسر منبسط کننده است که در ﺁن ها فولاد ASTM 201 (EN 1.4372) عملکرد رضایت بخشی از خود نشان داده است. این نوع ﺁلیاژ با گریدهای 301 و ۳۰۲ تفاوت دارد، زیرا در ساخت آن تا حدودی از منگنز به عنوان جایگزین نیکل استفاده می شود.
از کاربردهای جدید آلیاژ MASS ساخت چاقوهای ﺁشپزخانه است. چاقوهای فولادی ضدزنگ مارتنزیتی سنتی در هنگام گرم شدن، از سختی بیشتری برخوردار هستند که ممکن است میزان سختی از ۶۰ HRC فراتر رود. در حالی که چاقوهای ﺁشپزخانه از نوع ۳۰۱ (به شکل ۴ نگاه کنید) تنها به مقادیر سختی بالاتر از ۴۰ HRC دست می یابند، اما با ابزارهای ساده چاقوتیزکن به آسانی تیز می شوند. احتمالا این امر باعث شهرت ﺁنان شده است.

ورق استیل آستنیتی
شکل 4. کاربرد نسبتا جدید فولاد ضدزنگ نوع ۳۰۱ در ساخت چاقو است. سختی آن در مقایسه با چاقوهای فولادی ضدزنگ مارتنزیتی کمتر است، اما به راحتی تیز می شود.

نتیجه گیری 

همانطورکه ملاحظه کردید با دو نوع مارتنزیت مختلف ناشی از فرایند سردکاری و تغییر شکل پلاستیک می توان استحکام را افزایش داد.