کربن استیل (فولاد پر کربن) چیست و چه کاربردی دارد؟

 Vote: 12 person
کربن استیل (فولاد پر کربن) چیست؟

کربن استیل یا همان فولاد پر کربن (High Carbon Steel) به آن دسته از آلیاژهای فولادی گفته می‌شود که حاوی 0.60 تا 2.00% کربن و 0.30 تا 0.90% منگنز هستند. این گروه که به آن فولاد کربنی نیز گفته می‌شود، بسیار شکننده بوده و در نتیجه، شکل‌پذیری‌شان نسبت به فولادهای کم کربن کمتر است. برای جوشکاری فولادهای پر کربن، باید از الکترودهای کم هیدروژن استفاده کرد و توجه داشت که روند جوشکاری با گرمای بسیار کنترل شده پیش رود. مقاومت در برابر سایش و تحمل قابل توجه نیرو قبل از تغییر شکل، از مزایای High Carbon Steel است. ساخت تیغۀ چاقو، ریل راه آهن و کابل های سیمی نیز از جمله کاربردهای فولاد کربنی است.

کربن استیل (فولاد پر کربن) چیست؟

فولاد پر کربن که به آن فولاد کربنی هم گفته می‌شود، گروهی از آلیاژهای فولادی است که ترکیب شیمیایی آن حاوی 0.60 تا 2.00 درصد کربن است. محتوای زیاد کربن، نقطۀ ذوب آن‌ها را کاهش می‌دهد. جوشکاری این گروه از فولادها بسیار دشوار است. زیرا پس از آنکه جوشکاری صورت گرفت و فولاد سرد شد، فاز مارتنزیت سخت و شکننده را تشکیل می‌دهد. در نتیجه، ممکن است ترک بخورند و در آن‌ها تخلخل ایجاد شود. از این رو، برای استفاده حداکثری از این نوع فولاد، انجام عملیات حرارتیِ مناسب، بسیار مهم است. انجام عملیات حرارتی، منجر به قوی‌تر شدن فولاد می‌گردد. آلیاژهای فولادی A36 و A283 (درجۀ A، B و C) و A516 استاندارد ASTM رایج‌ترین گریدهای کربن استیل هستند.

در ساختار فولاد کربنی یک بخش اصلی وجود دارد که پرلیت نامیده می‌شود. پرلیت مخلوطی از فریت و کاربید آهن است که در مقاطع میکروسکوپی، به صورت بافت کرمی شکل (wormy texture) نمود می‌کند. پرلیت ساختار بسیار ظریفی دارد و از طرفی، باعث می‌شود تا فولاد کاملاً شکننده شده و قابلیت شکل‌پذیری آن کمتر گردد. اما در عوض، دارای مقاومت سایشی خوبی است و همین ویژگی سبب می‌شود تا استیل‌های کربن بالا به بهترین گزینه جهت ساخت ریل‌های راه آهن تبدیل شوند.

گریدهایی از کربن استیل وجود دارد که از آن‌ها برای ساخت مقاطعی استفاده می‌شود که نیاز به عملیات حرارتی دارند تا تراشکاری و ماشین‌کاری‌شان تسهیل شود. در این گریدها، سطح سیلیسیم (Si) و فسفر (P) بالاتر است. استفاده از آب در حین تراشکاری و ماشین‌کاری فولادهای پر کربن، موجب ترک خوردن‌شان می‌شود. بنابراین، برای کاهش اصطکاک و پایین آوردن دما در حین کار، از ترکیب دو مایع استفاده می‌شود؛ مثل آب صابون.

فولاد فوق پر کربن

در کنار فولادهای کربن بالا، دسته‌ای دیگری از آلیاژهای استیل وجود دارد که فولاد فوق پر کربن (Ultrahigh carbon steels) نام دارند. Ultrahigh carbon steels حاوی 1.25 – 2.0% کربن هستند. آن‌ها حاوی ریز ساختارهایی متشکل از دانه های فریت فوق ریز و هم محور هستند و توزیع یکنواختی از ذرات کاربید پروتکتوئیدی دارند. این ریزساختار منجر به ایجاد رفتار فوق پلاستیک در فولادهای فوق پر کربن می‌گردد.

تأثیر کربن در فولاد

فولاد اغلب بر اساس محتوای کربن آن دسته بندی می شود. تمام فولادها حداقل مقداری کربن دارند. از این گذشته، فولاد به عنوان آلیاژ آهن و کربن تعریف می‌شود. این آلیاژ بدون وجود کربن، چیزی جز آهن نیست! با افزودن کربن به آن، فلز قوی‌تر و سخت‌تر می‌شود. به همین دلیل است که در صنعت مختلف و ساختمان سازی، فولاد به آهن معمولی ترجیح داده می‌شود.

آنچه در مورد همۀ آلیاژهای فولادی مشترک است، این است که در مورد همۀ این آلیاژها اعم از فولاد کم کربن، کربن متوسط و پر کربن، دو عنصر آهن و کربن حرف اول را می‌زنند و پای ثابت ترکیبات شیمیایی آن‌ها هستند. در واقع فولاد، با این دو عنصر اصلی مشخص می شود و دسته بندی فولاد، بر اساس محتوای کربن آن صورت می‌گیرد. در کنار این‌ها، مقادیری کرم، نیکل، فسفر و گوگرد نیز وجود دارد.

منظور از کربن استیل (carbon steel) یا فولاد کربنی که ممکن است در مکالمات فنی مربوط به کار خود بشنوید، به فولادهای کربن بالا اشاره دارد.

تفاوت فولاد کم کربن با فولاد کربنی چیست؟

فولاد نرم با فولاد کربنی در موارد زیر تفاوت دارند:

  • هزینه تولید فولاد کم کربن کمتر است؛ زیرا تولیدشان راحت‌تر است.
  • قابلیت شکل‌پذیری بیشتر دارند.
  • در تنش های کششی به جای شکستن، تغییر شکل می‌دهند و این شکل‌پذیری باعث می‌شود استفاده گسترده‌ای در مقاطعی که نیاز به جوشکاری دارند، داشته باشد.

موارد بالا در مورد متریال کربن بالا وجود ندارد.

مزایا و معایب کربن استیل چیست؟

مزیت ها

  • فولادهای پر کربن در برابر سایش مقاوم هستند و می توانند شکل خود را حفظ کنند.
  • آن ها می‌توانند نیروهای قابل توجهی را قبل از تغییر شکل تحمل کنند.

معایب کربن استیل

  • به دلیل سختی زیاد، شکننده هستند؛ هنگامی که تحت تنش کششی شدید قرار می‌گیرند احتمال ترک خوردن‌شان وجود دارد. اما با انجام عملیات حرارتی مناسب، این نقطعه ضعف را تا حد زیادی کاهش می‌دهند.
  • هزینه تولید آن بالاست.

کاربرد کربن استیل چیست؟

فولادهای کربنی کاربردهای گسترده‌ای دارند. افزایش کربن برای افزایش استحکام و سختی آلیاژهای فولادی، اقتصادی‌ترین رویکرد است. اما از طرف دیگر، افزایش سطح کربن در آلیاژهای فولاد، با کاهش قابلیت انعطاف‌پذیری و شکل‌پذیری، جوش‌پذیری و چقرمگی در برابر ضربه همراه است.

بیشترین کاربرد آلیاژ کربن استیل، ساخت ابزار برش مانند اسکنه، ساخت فنر و مقاطع مقاوم در برابر سایش است که چندان نیاز به جوشکاری ندارند و یا ممکن است گاه نیاز به جوش داشته باشند. ساخت و تولید ورق ضد سایش، نمونه‌ای از این کاربردهاست. از دیگر کابردهای می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • ساخت تیغه چاقو و تیغه اره.
  • ساخت چرخ دنده و زنجیر.
  • ساخت ریل های راه آهن.
  • ساخت میلگردهای استحکام بالا.
  • ساخت طناب های (کابل های) سیمی.
  • ساخت دیگ‌های بخار صنعتی با ورق A516 استاندارد ASTM.
  • ساخت ابزارهای سوراخکاری مثل مته که از فولاد 90%-100% کربن ساخته می‌شوند.

در میان گریدهای High steel carbon، فولاد 1095 برای ساخت تیغه چاقو مناسب است. این گرید کمک می‌کند تا تیغه حاصل، لبۀ بسیار خوبی داشته و تیز کردن آن آسان باشد. با همۀ این‌ها، ویژگی استیل 1095 این است که در صورت عدم روغنکاری و مراقبت صحیح، به راحتی زنگ می‌زند.

بسته به نوع کاربردی که محصولات حاصل از فولادهای پر کربن دارند، افزودن کربن به آلیاژ با محدودیت همراه است و نیاز به دقت بالاتری دارد. ساخت محصولات میله‌ای، نمونه‌ای از این محدودیت هاست.

در مورد سیم‌های با استحکام بالا، عامل محدود کننده برای افزودن کربن، به طور کلی کربن یوتکتوئیدی (eutectoid carbon) است. اگر این میزان کربن بالاتر از سطح استاندارد شود، توانایی و قدرت کشش سیم به طور چشمگیری کاهش می‌یابد.

ساخت سیم‌های فنری از فولادهای پر کربن که از استانداردهای زیر تبعیت می‌کند:

  • ASTM A-227 Class I/II
  • ASTM A-227 Class I/II
  • ASTM A-407 Type A/B/C/D/E/F/G/H
  • ASTM A-228 Music Wire
کاربرد فولاد پر کربن چیست؟

جوشکاری فولاد پر کربن و الکترود مناسب برای جوش

برای جوشکاری مقاطع حاصل از آلیاژهای پر کربن، باید از الکترودهای مخصوص استفاده کرد. جوشکاری مقاطعی که از آلیاژهای پر کربن ساخته شده‌اند، مستلزم رعایت موارد زیر است.

  • از الکترودهای کم هیدروژن برای جوشکاری استفاده شود.
  • فرایند جوشکاری با گرمای بسیار کنترل شده و پیش گرمایش صورت گیرد.
  • دمای بین گذر (interpass temperature) در حین کار بررسی و چک شود.

برای کاهش خطر ترک ناشی از هیدروژن، استفاده از الکترود فولاد ضد زنگ آستنیتی توصیه می‌شود؛ اما باید در نظر داشت که استحکام فلز جوش حاصل ممکن است با فلز اصلی مطابقت نداشته باشد.

گریدهایی از کربن استیل وجود دارد که برای ماشینکاری و سهولت کار با ماشین ساخته می‌شوند. در ترکیب شیمیایی آلیاژ این گریدها، میزان بیشتری سیلیسیم (Si) و فسفر (P) استفاده می‌شود. جوشکاری این گریدها بسیار دشوار است؛ زیرا بسیار مستعد ترک خوردگی و ایجاد تخلخل هستند.


لطفا به این مطلب امتیاز دهید و ما را در بهینه کردن مطالب یاری نمایید.
one star rate
%8
two star rate
%8
three star rate
%8
four star rate
%16
five star rate
%58
 میانگین رای: 12 نفر

نظرات ( 10 )

قاسم قاسمی

یسوال دارم ممنون میشم جواب بدید آیا حقیقت داره که تیغه ی اره لنگ با سیانورسختکاری شده و زرای ساختن تیغه چاقو آشپزخانه خطرناکه وآغشته به سم هست و سمی میباشد آیا ساخت تیغه چاقو بااین نوع تیغه ی اره لنگ مشکلی داردیاخیر ممنونم

1402/4/17 در ساعت 2:54
سحر کوه فر

سلام و احترام. از سیانور در متالوژی برای افزایش سختی قطعات فولادی (عمدتاً در مورد میل لنگ و چرخ دنده‌ها و امثال این‌ها) استفاده می‌شد. اما به دلیل اینکه سمی است، مشکلات زیست محیطی ایجاد می‌کند و هزینه بر است، از روش‌های دیگری مانند sursulf استفاده می‌شود. سیانور یک مادۀ سمی است. از سیانور برای سختکاری، به ویژه سختکاری وسایل مربوط به آشپزخانه استفاده نکنید. از روش‌های دیگر مثل آنیلینگ، تمپرینگ و سختکاری با روغن و آب نمک استفاده کنید. مقالات مربوط به این روش‌ها در همین وب‌سایت موجود است و می‌توانی

1402/4/17 در ساعت 9:42

مجید آتشکار

سلام مهندس وقت بخیر ورق فولادی زد زنگ میخوام که حداقل 62 راکول سختی داشته باشه برای ساخت تیغه. ابعاد تیغه ۵۰۰میلیمتر طول عرض 150 با ضخامت 1.5 مشکل کارم این‌جاست چون ضخامت کم هست تو سخت کاری تاب برمی‌داره و این تاب کار خراب میکنه .آیا شما امکان ساخت این تیغه را دارید یا مجموعه مدنظر دارید که بخواهید معرفی کنید .سپاسگذارم

1402/9/16 در ساعت 14:18
سحر کوه فر

سلام و احترام جناب آتشکار. نکته اول اینکه تنش و اعوجاج در سخت کاری، حالتی است اجنتاب ناپذیر؛ اما می توانید با انتخاب نوع سخت کاری مناسب، این تنش ها که باعث تاب برداشتن می شود را به حدأقل و حتی به صفر برسانید (حتماً مقالۀ سخت کاری وبسایت ما را مطالعه نمایید). پس اگر سخت کاری رو خودتون انجام میدید، باید نکاتی که وجود دارد رو رعایت کنید. مورد دوم اینکه اگر منظورتان از "ورق فولادی ضد زنگ" استنلس استیل است، گریدهای بالاتر استنلس استیل را انتخاب کنید. اما در کل یک پیشنهاد و راهنمایی برای اینکه کارتون

1402/9/17 در ساعت 12:15
سحر کوه فر

اما در کل یک پیشنهاد و راهنمایی برای اینکه کارتون تاب برنداره میگم خدمتتون: ضخامت تیغه را بجای 1.5 میل، 2.5 میل انتخاب کنید (بقیۀ ابعاد یعنی طول و عرض همان باشد که مدنظرتان است)؛ سپس تیغه را به سخت‌کاری دهید تا کارهای مربوط به سخت کاری را انجام دهند. بعد از سخت کاری، تیغه را با دستگاه سنگ مخصوص مغناطیس، سنگ بگیرید تا به ضخامت مورد نظرتان یعنی همان 1.5 میلیمتر برسد. در این صورت هیچ تنش، اعوجاج و تاب برداشتنی در کار نخواهد بود:) {مجموعه‌ای برای معرفی سراغ نداریم}.موفق باشید...

1402/9/17 در ساعت 12:22

دانیال پرموته

سلام وقت بخیر خانم مهندس کوه فر لطفا اگر میشه بفرمایید چه ورق استیل یا ورق فولادی مناسبه ساخت تیغ قیچی باغبانی میباشد و این ورق ها از کجا میشه تهیه کرد؟ ممنون و متشکر از اطلاعات خوب شما..

1402/10/8 در ساعت 18:38
سحر کوه فر

سلام و احترام جناب پرموته؛ از حسن نظر شما متشکرم. برای ساخت تیغۀ قیچی باغبانی می‌توانید از ورق‌های فولادی گرید A36، A283 و A516 (استاندارد ASTM) استفاده کنید. تمامی این گریدها جزء فولادهای پُرکربن هستند. البته گرید A516 بیشتر برای ساخت دیگ‌های صنعتی تحت فشار کاربرد دارد. جهت خرید انواع ورق کربن استیل، با کارشناسان فروش ما در شرکت آنلاین سازه تماس بگیرید: 90000011 (بدون پیش شماره). موفق باشید.

1402/10/9 در ساعت 10:58

محمد فلاح

سلام خانم مهندس . متشکر از مقاله خوب و جامعتون. میشه راهنمایی بفرمایین برا ساخت تیغه شمشیر با ضخامت ۵میلی متر و طول ۸۰ سانتی متر چه نوع فولادی مناسب هست که بین مقاومت تیغه و طول عمر(عدم خوردگی به مرور زمان) آن بالانس متعادلی داشته باشه. ممنون از زمانی که برای پاسخگویی سوالات میذارین.

1403/1/17 در ساعت 16:33
سحر کوه فر

سلام و احترام جناب فلاح. به طور کلی فولادهای پر کربن (فولادی با کربن بالا) برای ساخت شمشیر مناسب هستند؛ چرا؟ چون شمشیرهایی که از فولادهای پر کربن ساخته می‌شوند، می‌توانند لبه تیز خود را حفظ کنند و در برابر آسیب مقاوم هستند. اما توجه داشته باشید که تمامی فولادها (اعم از پرکربن و کم کربن) به طور ذاتی استعداد خوردگی را دارند و اگر در معرض آب و رطوبت بمانند، زنگ زده و خورده می‌شوند. اما اگر درست نگهداری شوند، سال ها بدون خوردگی و زنگ، برای شما کار می‌کنند. اما فولادهای پرکربن جهت جلوگیری از خوردگی،

1403/1/18 در ساعت 10:13
سحر کوه فر

ادامه پاسخ جناب فلاح: اما فولادهای پرکربن جهت جلوگیری از خوردگی، به نگهداری بهتری نیاز دارند. بنابراین، فولادهای پرکربن درکنار مزیت بسیار خوبی که برای ساخت شمشیر دارد (حفظ لبۀ تیز و برجسته و مقاومت در برابر ضربه) مستلزم نگهداری صحیح است (دوری از رطوبت) که البته نگهداری سختی هم نیست. مهمترین گریدهای فولاد پرکربن عبارتند از: ASTM SAE AISI 1059, 1060, 1065, 1070 1075, 1080

1403/1/18 در ساعت 10:28

ارسال پیام