عیوب تیرهای فولادی چیست؟

به طور کلی سازه های فولادی در مقایسه با ساخت و ساز یکپارچه در هر دو مرحله طراحی و ساخت نیز به توجه بیشتری دارند. شش مکانیسم اساسی شکست برای سازه های فولادی وجود دارد:

• تسلیم شکل پذیر
• شکست شکننده
• کمانش
• خستگی
• ترک خوردگی ناشی از تنش
• خزش

تسلیم شکل پذیر YIELDING

تسلیم شکل پذیر در آن از حد الاستیک فراتر رفته و اجزا قبل از رسیدن به مقاومت کششی نهایی فولاد دچار تغییر شکل پلاستیکی دائمی می شوند. این می تواند منجر به تغییر شکل قابل مشاهده در هنگام کشش یا خم شدن فولاد شود. (جهت مطالعه بیشتر به تیرآهن ارزان در بازار مراجعه نمایید)

مقادیر زیادی از جذب انرژی می تواند قبل از شکست تسلیم رخ دهد. شکستگی تسلیم کننده اغلب از نظر ظاهری نامنظم با لبه های برشی و نازک شدن موضعی مقطع است.

ظاهر سطوح رنگ شده مجاور یا مقیاس آسیاب نیز ممکن است نشان دهنده شکست تسلیم باشد. به دلیل ماهیت شکننده آن اگر یک سازه فولادی دچار تغییر شکل غیر ارتجاعی شود ترک های رنگ یا مقیاس آسیاب می توانند در نوارهای عمود بر جهت تنش اصلی محلی ایجاد شوند. (جهت مطالعه بیشتر به چگونه می توان استحکام فولاد را اندازه گیری کرد مراجعه فرمایید)

برای جلوگیری از شکست تسلیم با اطمینان کامل می توان از روش های طراحی مبتنی بر کد مرسوم استفاده کرد.

بنابراین شکست تسلیم کمترین مکانیسم شکست در سازه های فولادی است. مگر اینکه طرح کافی نباشد یا از طرح پیروی نشود. از این رو تغییر شکل بیش از حد مرتبط با شکست تسلیم معمولا نتیجه شکست است نه علت.

شکستن از تردی BRITTLE FRACTURE

شکستن از تردی می تواند در سطوح تنش کمتر از قدرت تسلیم یا حتی زیر سطوح تنش مجاز طراحی رخ دهد.

در بیشتر موارد با تغییر شکل کم یا بدون تغییر شکل و در نتیجه با هشدار کم یا بدون هشدار رخ می دهد. شکستگی های شکننده می توانند منجر به آسیب ساختاری قابل توجه,‌ شکست فاجعه آمیز و آسیب جدی شوند. (جهت مطالعه بیشتر به قیمت تیرآهن و عوامل موثر مراجعه نمایید)

شکستن از تردی معمولا با سطوح شکستگی صاف و بدون تغییر شکل پلاستیک مشخص می شود.

علاوه بر این سطوح شکستن از تردی ویژگی هایی مانند علامت های شورون V‌ شکل را نشان می دهند که می توان از آن برای تعیین جهت انتشار شکستگی و مهم تر از آن محل شروع شکستگی بر اساس جهت آنها استفاده کرد.

به طور معمول شکستگی ها از غلظت های تنش مانند معایب جوش یا سوراخ های پیچ شروع می شوند. آنها می توانند زمانی رخ دهند که محدودیت محلی شدید باشد به عنوان مثال در محل اتصالات تیر که صفحات ضخیم در حال تلاقی هستند. قطعات فولادی ضخیم معمولا بیشتر از قطعات فولادی نازک در معرض شکستگی ها هستند. زیرا نحوه تولید مقاطع ضخیم منجر به دانه بندی بیش از حد و همچنین ضعف در مرکز می شود. جایی که خنک سازی کندتر از سطح بود. (جهت مطالعه بیشتر به تیرآهن هاش مراجعه نمایید)

دماهای پایین و نرخ بارگذاری بالا عوامل دیگری هستند که می توانند باعث شکستگی شوند. به دلیل این است که هر دو به طور کلی منجر به مناطق غیر کشسان کوچکتر و بنابراین رفتار شکننده تر می شوند. خطر شکستگی در دمای پایین را می توان با مشخصات فولادی با چقرمگی کافی کنترل کرد.

کمانش BUCKLING

کمانش یا ناپایداری سازه های فولادی حالت شکست است که در درجه اول به هندسه سازه بستگی دارد. این ممکن است به دلیل یکی از موارد زیر اتفاق بیفتد. (جهت مطالعه بیشتر به مقایسه تیرآهن اصفهان و اهواز مراجعه نمایید)

فقدان مهاربندی / پشتیبانی جانبی,‌ بارگذاری بیشتر از حد انتظار یا عوامل دیگری که در طول طراحی در نظر گرفته نشده اند. این تنها حالت شکست است که عمدتا ناشی از بارگذاری فشاری موضعی است. در حالی که اکثر حالت های شکست دیگر عمدتا تحت بارگذاری کششی رخ می دهند.

کمانش بیشتر در عناصر بلند و باریک مانند ستون های بلند یا صفحات با نسبت عرض به ضخامت زیاد رخ می دهد. بارگذاری خارج از مرکز و ضربه تصادفی دو مورد از دلایل رایج خرابی کمانش هستند. به غیر از باریکی و خارج از مرکز,‌ میزان تنش های پسماند ناشی از ساخت بر روی فولاد عامل مهم دیگری است که بر استحکام کمانش یک عضو تاثیر می گذارد. (جهت مطالعه بیشتر به محاسبه بار تیرآهن مراجعه نمایید)

اثر تنش های پسماند توزیع تنش ناهمواری ایجاد می کند و در نتیجه باعث بارگذاری خارج از مرکز در عضو و ناپایداری نهایی تحت بارگذاری فشاری خارجی می شود.

خستگی FATIGUE

اغلب سازه ها تحت بارهای مکرر با بزرگی های مختلف قرار می گیرند که اغلب کمتر از سطح مقاومت تسلیم و تنش طراحی هستند. شروع و انتشار ترک در یک ماده در اثر بارگذاری چرخه ای به عنوان خستگی شناخته می شود.خستگی می تواند در سازه هایی مانند برج ها یا پل های توربین بادی که دائما در معرض بارها چرخه ای مانند بار باد یا بار خودرو هستند رخ دهد. (جهت مطالعه بیشتر به انواع تیرآهن در ساخت مراجعه نمایید)

فولاد سازه ای ممکن است در تنش های کششی نسبتا کم پس از چرخه های متعدد بار شکسته شود. بارگذاری چرخه ای آسیب پلاستیک میکروسکوپی را در مناطق با تمرکز تنش موضعی ایجاد می کند. به عنوان مثال: (جوش فیله و نفوذ برش شعله و سوراخ پیچ) اگر آسیب پلاستیکی کافی جمع شود. شکاف کوچکی ایجاد می شود که با چرخه های بار بعدی در ساختار منتشر می شود. (جهت مطالعه به فولاد سبز مراجعه نمایید)

رشد ترک خستگی تا زمانی ادامه خواهد داشت که سطح مقطع موثر به سطحی کاهش یابد که در آن شکست اضافه بار عضو رخ دهد.

(جهت خرید و بررسی به قیمت تیرآهن مراجعه نمایید)

شکست خستگی معمولا با سطوح شکستگی صاف و نوارهای رشد ترک (علامت های ساحل) روی سطح شکست مشخص می شود.

علاوه بر این شکستگی های ناشی از خستگی اغلب نشانه هایی دارند که به آنها علائم ضامن دار گفته می شود که می تواند محل شروع ترک را مشخص کند. به طور خاص مطالعات اخیر نشان داده است که اکثریت قریب به اتفاق خرابی های خستگی در اتصالات جوشی رخ می دهد.  (جهت مطالعه بیشتر به قیمت آهن به چه معیاری بستگی دارد مراجعه نمایید)

شکستگی ناشی از خستگی پیچ فولادی و این شکستگی با ظاهری صاف و کسل کننده,‌ علائم ساحلی و علائم زبانه دار مشخص می شود.

فولاد برخلاف فلزاتی مانند آلومینیوم,‌ آستانه خستگی مشخصی برای تنش دارد. به شرطی که تنش های چرخه ای زیر آن آستانه باقی بمانند. سازه عمر خستگی نامحدودی خواهد داشت. از این رو خستگی در سازه های فولادی با طراحی خوب و روش های ساخت صحیح قابل رفع است. (جهت مطالعه بیشتر به تفاوت تیرآهن H وارداتی و ایرانی مراجعه نمایید)

ترک خوردگی ناشی از تنش  GENERAL CORROSION

آسیب خوردگی شاید شایع ترین مکانیسم شکست در سازه های فولادی باشد. (جهت مطالعه به فولاد سبز مراجعه نمایید)

خوردگی فولاد سازه ای یک فرآیند الکتروشیمیایی است که نیاز به حضور همزمان الکترولیت (رطوبت) و اکسیژن دارد. در صورت عدم وجود هر کدام خوردگی رخ نمی دهد. سازه هایی که در معرض چرخه های خشک و مرطوب مکرر قرار می گیرند بیشتر در معرض آسیب خوردگی هستند زیرا ضخامت الکترولیت در طول فرآیند خشک کردن کاهش می باشد و به اکسیژن اجازه می دهد تا به راحتی به سطح مشترک الکترولیت و فولاد نفوذ کند و در نتیجه فرایند خوردگی را تسریع کند. خوردگی عمومی با تشکیل زنگ زدایی و نازک شدن گسترده در ناحیه قابل توجهی از سازه مشخص می شود. اثر اصلی خوردگی از بین رفتن مواد از سطح اعضای فولادی است که منجر به ایجاد مقاطع ساختاری نازکتر و ضعیف تر می شود. (جهت مطالعه بیشتر به زنگ زدایی میلگرد و تیرآهن مراجعه نمایید)

از خوردگی می توان با چندین روش تصفیه سطحی مانند پوشش های رنگی,‌ گالوانیزه گرم و پوشش های فلزی پاشش حرارتی جلوگیری کرد. روش دیگر طراحی خوب که از تجمع آب و گرد و غبار جلوگیری می کند. می تواند احتمال آسیب خوردگی سازه های فولادی را کاهش دهد. با این حال مقاطع همچنین می توانند بیش از حد طراحی شوند(بزرگتر) تا امکان کاهش سطح مقطع در طول عمر سازه فراهم شود.

خزش CREEP

فولاد به آرامی تحت بار در دماهای بالا تغییر شکل می دهد. حتی اگر تنش به میزان قابل توجهی کمتر از استحکام تسلیم باشد. این تجمع آسیب که به عنوان خزش شناخته می شود. وابسته به زمان است و تابعی از دما و بار اعمال شده است. برای سازه هایی که هم در معرض یک بار ثابت هستند. (مانند لوله های پردازش و لوله های دیگ بخار و تیغه های توربین) و همچنین تغییر شکل نامحدودی دارند. خزش منجر به تجمع مداوم تغییر شکل غیر الاستیک و در نهایت شکستگی می شود. با این حال خزش در سازه های فولادی معمولی غیر معمول است. مگر در مورد آتش سوزی طولانی

نمونه های متعددی از عیوب فولاد وجود دارد

نمونه های متعددی از عیوب فولاد وجود دارد

۱. تخلخل مواد اولیه  Raw materials porosity

پس از انجام آزمایش acid etching بر روی فولاد مشخص شد که برخی از نواحی سطح نمونه متراکم نبوده و حفره های قابل مشاهده را نشان می دهند.

این حفره ها که به صورت لکه های تیره با سایه های رنگی ناهموار در مقایسه با سایر نواحی ظاهر می شوند به عنوان تخلخل شناخته می شوند.

هنگامی که تخلخل در قسمت مرکزی متمرکز شود تخلخل مرکزی نامیده می شود. در حالی که اگر به طور مساوی روی سطح توزیع شود. تخلخل عمومی نامیده می شود. (جهت مطالعه بیشتر به محاسبه بار تیرآهن مراجعه نمایید)

هر دو GB/T9943-2008 برای فولاد ابزار با سرعت بالا و GB/T1299-2014‌ برای فولاد ابزار دارای مقررات خاصی در مورد تخلخل فولاد هستند اما منابع اغلب از استاندارد فراتر می روند.

تخلخل تاثیر بسزایی بر استحکام فولاد دارد و خطرات اصلی آن به شرح زیر است:

تخلخل فولاد را به میزان قابل توجهی ضعیف می کند و آن را در فرآیندهای گرم کاری مانند آهنگری و همچنین در طی عملیات حرارتی مستعد ترک خوردن می کند.

تخلخل منجر به ابزارهایی می شود که به راحتی فرسوده می شوند و سطح ناهمواری دارند. از آنجایی که تخلخل بر عملکرد فولاد تاثیر می گذارد. فولاد ابزار الزامات سختگیرانه ای برای سطوح تخلخل مجاز دارد. (جهت مطالعه بیشتر به تحلیل قیمت آهن مراجعه نمایید)

۲. باقیمانده انقباض   Shrinkage residue

در حین ریخته گری شمش,‌ فولاد مایع در قسمت مرکزی متراکم شده و منقبض می شود و یک سوراخ لوله ای شکل به نام انقباض تشکیل می دهد.

به طور معمول انقباض در نزدیکی تغذیه کننده در سر شمش مشاهده می شود و باید هنگام تشکیل شمش برداشته شود.

با این حال بخشی که نمی توان به طور کامل حذف کرد به عنوان باقیمانده انقباض نامیده می شود.

در حالی که حذف کامل انقباض ایده ال است. کارخانه های فولاد اغلب کارایی تولید را در اولویت قرار می دهند و بقایایی از خود به جای می گذارند که منجر به عواقب غیر قابل برگشت برای فرآیندهای بعدی می شود. (جهت مطالعه بیشتر به کربن زدایی فولاد مراجعه نمایید)

چند سال پیش یک شرکت در حین اره کردن فولاد با بقایای انقباض مواجه شد.

۳. ترک سطحی  Surface crack

ترک های طولی در سطح مواد اولیه فولادی با سرعت بالا یک اتفاق رایج است.

این می توان دلایل مختلفی داشته باشد از جمله:

در طول تنش نورد گرم ممکن است فرآیند خنک سازی منجر به ایجاد ترک در امتداد خطوط خراش به دلیل حذف ناقص ترک های سطحی یا خراش های ناشی از سوراخ های قالب شود.

سوراخ های قالب ضعیف یا نرخ تغذیه زیاد در طول نورد گرم می تواند منجر به چین خوردگی شود که باعث ایجاد شکاف در امتداد خطوط چین در پردازش بعدی می شود.

اگر دمای توقف نورد خیلی پایین باشد یا سرعت خنک سازی خیلی سریع باشد می توان در هنگام نورد گرم ترک ایجاد کرد.

ترک های سطحی اغلب بر روی فولاد مسطح فولادی مشاهده می شود که در هوای سرد زمستان نورد می شود که نشان می دهد ترک ها ممکن است تحت تاثیر شرایط آب و هوایی نیز قرار بگیرند.

با این حال هنگامی که همان عیار و مشخصات فولاد در زمان های دیگر نورد می شود هیچ ترک مشاهده نمی شود.

۴. ترک در مرکز مواد خام Cracks in the center of raw material

در طول فرآیند نورد گرم فولاد پرسرعت,‌ تغییر شکل بیش از حد می تواند باعث افزایش دمای مرکزی به جای کاهش شود. این می تواند منجر به ایجاد ترک در مرکز مواد به دلیل تنش حرارتی شود.

ترک های مرکزی در مواد خام فولادی با سرعت بالا در کارخانه های ابزار رایج هستند. اما به دلیل نامرئي بودن و تشخیص آن با لمس مضر هستند. تنها راه مشاهده این ترک ها از طریق تشخیص عیب است.

۵. تفکیک  Segregation

توزیع ناهموار عناصر شیمیایی در یک آلیاژ در طول فرآیند انجماد به عنوان جداسازی شناخته می شود. این می تواند تاثیر قابل توجهی بر عملکرد فولاد داشته باشد. به خصوص اگر توزیع ناهموار ناخالصی هایی مانند کربن وجود داشته باشد.

تفکیک را می توان بیشتر به ریز تفکیک,‌ تفکیک تراکم و تفکیک منطقه ای تقسیم کرد.

جداسازی چگالی به دلیل تفاوت در چگالی فازهای تشکیل دهنده در آلیاژ اتفاق می افتد که باعث می شود. عناصر سنگین تر غرق شوند و عناصر سبک تر در طول انجماد شناور شوند.

جدا سازی منطقه ای به دلیل تجمع موضعی ناخالصی ها در شمش ها یا ریخته گری ها ایجاد می شود.

تجزیه و تحلیل بیشتر ترکیب شیمیایی نشان داد که قسمت ماتریس محتوای کربن کمتری داشت. در حالی که قسمت متقاطع دارای محتوای کربن بالاتر بود. (جهت توضیحات بیشتر به تیر ورق چیست مراجعه نمایید)

این شکل متقاطع در نتیجه جداسازی مربعی ناشی از جداسازی اجزای کربن و آلیاژ در طول فرآیند نورد است.

جداسازی منطقه ای جدی می تواند استحکام فولاد را تضعیف کند و آن را مستعد ترک خوردن در حین کار گرم کند.

۶. عدم یکنواختی کاربید  Carbide nonuniformity

میزان شکسته شدن کاربیدهای یوتکتیک در فولاد پر سرعت HSS در طی فرآیند پرس داغ به عنوان غیر یکنواختی کاربید نامیده می شود.

هرچه تغییر شکل بیشتر باشد درجه شکست کاربید بالاتر و سطح نایکنواختی کاربید کمتر است.

هنگامی که کاربیدهای فولاد به شدت شکسته می شوند مانند نوارهای درشت, مشبک ها یا تجمع کاربید بزرگ,‌ تاثیر قابل توجهی بر کیفیت فولاد دارد. بنابراین کنترل دقیق عدم یکنواختی کاربید برای اطمینان از کیفیت ابزارهای Hss بسیار مهم است.

اثر عدم یکنواختی کاربید را بر مقاومت خمشی فولاد W18‌ نشان می دهد.

همانطور که از شکل مشاهده می شود. استحکام خمشی در گریدهای 7 – 8‌ با عدم یکنواختی تنها ۴۰ تا ۵۰ درصد از گریدهای ۲-۱ است که مقاومت را به ۱۲۰۰ کاهش می دهد که تنها معادل سطح درجه چقرمگی بالاتر در کاربیدهای سیمانی عملکرد افقی حدود ۸۵ درصد عملکرد عمودی است. (جهت مطالعه بیشتر به مشهورترین سازه فلزی جهان مراجعه نمایید)

غلظت و توزیع نوار مانند کاربیدها همچنان می تواند منجر به دانه های خاموش شده نابرابر و انحلال ناهموار کاربیدها شود که به ترتیب منجربه افزایش تمایل به گرم شدن بیش از حد و کاهش توانایی سخت شدن ثانویه می شود.

تاثیر عدم یکنواختی کاربید را بر مقاومت خمشی فولاد پر سرعت w18cr4v‌ نشان می هد.

مشاهده می شود که عدم یکنواختی شدید کاربید می تواند منجر به ترک خوردن و گرم شدن بیش از حد در حین کارگرم شود و باعث خرابی ابزار تمام شده در استفاده شود.

ترک خاموش کننده ناشی از کاربیدهای زونال درشت در فولاد W18 (حک شده با محلول الکل HN03 4% ) را نشان می دهد.

۷. کاربید شبکه  Network carbide

فولادی که تحت نورد گرم یا بازپخت قرار گرفته است می تواند کاربیدهای شبکه را به دلیل دمای گرمایش بالا, زمان نگهداری طولانی که باعث رشد دانه ها می شود. و فرآیندهای خنک سازی کند که منجر به بارش کاربید در امتداد مرزهای دانه می شود را تشکیل دهد.

وجود کاربیدهای شبکه تا حد زیادی شکنندگی ابزار را افزایش می دهد و آن را مستعد تراشیدن می کند. به طور کلی کاربیدهای شبکه کامل در فولاد قابل قبول نیستند.

بازرسی کاربیدهای شبکه تا حد زیادی شکنندگی ابزار را افزایش می دهد و آن را مستعد تراشیدن می کند. به طور کلی کاربیدهای شبکه باید پس از کوئیچ و تمپر انجام شود.

کاربیدهای شبکه فولاد T12A که با محلول الکل HN03 4% شده است. را نشان می دهد. در حالی که تصویر ۱۲ مورفولوژی کاربیدهای شبکه فولاد 9SiCr حک شده با محلول الکل HN03 4%‌ را نشان می دهد که گرمای بیش از حد شدید را در طول فرآیند بازپخت نشان می دهد.

۸. توده کیک شده کاربید  Carbide caked mass

آسیاب های ابزاری که تراشکاری یا Hss‌ را انجام می دهند ممکن است با یک ماده سخت مواجه شوند و آسیب ببینید. این عیب معمولا به دلیل سرعت بالای برش, سرو صدای زیاد در هنگام چرخش با سرعت بالا به راحتی پیدا نمی شود.

با این حال در طول فرز ممکن است توده ها و هرج و مرج عجیبی مانند صدای جیر جیرو فرسودگی شدید ابزار هنگام فرزکاری با مته های پیچشی مشاهده شود. (جهت مطالعه بیشتر به تفاوت تیرآهن و تیر ورق مراجعه نمایید)

پس از بررسی بلوک های روشن را می توان با چشم غیر مسلح دید و مشخص شد که سختی بسیار بالایی دارند و به 1225HV می رسد. در حالی که نواحی غیر سخت در حالت بازپخت معمولی هستند. به این توده کیک می گویند.

وجود توده های کیک شده باعث آسیب به ابزار شده و برش را دشوار می کند.

تصور می شود که تشکیل این توده های سخت ناشی از جداسازی اجزای شیمیایی در طول فرآیند ذوب است و ممکن است نوع کاربید کامپوزیت با سختی بالا یا در نتیجه افزودن بلوک های آلیاژی نسوز در حین ذوب باشد.

ساختار کلان یک توده کیک شده در فولاد W18‌ که توسط محلول الکل HN03 4%‌ حک شده است. را نشان می دهد. که ماده سفید آن جرم کیک شده و نواحی خاکستری و سیاه نشان دهنده شیارهای بیت است.

۹. پذیرش  Inclusions

آخال ها یک عیب رایج در فولاد هستند که به دو دسته آخال های فلزی و آخال های غیر فلزی تقسیم می شوند.

آخال های فلزی به دلیل ذوب ناقص فرو آلیاژ در طول فرآیند ذوب یا وجود ذرات فلزی خارجی که در شمش فولاد باقی می مانند را تشکیل می شوند.

آخال های غیر فلزی به دو نوع تقسیم می شوند:

１. آخال های درون زا که عمدتا ناشی از سیستم های ریختن کثیف, کندن گل نسوز از تجهیزات, یا استفاده از مواد شارژ ناخالص است.

２. اجزاء تولید و رسوب به دلیل واکنش های شیمیایی در طول فرآیند ذوب. تصویر ۲۳ آخال های فلزی یافت شده در فولاد W18 را نشان می دهد. در حالی که تصویر ۲۴ آخال های غیر فلزی را نشان می دهد که باعث ایجاد ترک در هنگام کوئیچ می شوند (حک شده با محلول الکل HN03 4%

آخال ها برای کیفیت فولاد مضر هستند. آنها ماتریس فولاد را تقسیم بندی می کنند. انعطاف پذیری و استحکام آن را کاهش می دهند و فولاد را مستعد ترک خوردن در اطراف اجزاء در هنگام نورد آهنگری و عملیات حرارتی می کنند.

آخال ها همچنین می توانند باعث خستگی در فولاد و همچنین مشکلاتی در هنگام برش و سنگ زنی شوند. بنابراین فولاد ابزار باید الزامات مشخصی برای گنجاندن داشته باشد. (جهت مطالعه بیشتر به انواع تیر در ساخت و ساز مراجعه فرمایید)

۱۰. کاربید حجیم   Bulk carbide

در فرآیند ذوب فولاد توزیع نابرابر کاربیدها می تواند به دلیل تفکیک اجزاء یا زمانی که کاربیدهای آلیاژآهن به طور کامل ذوب نشده اند رخ دهد و در نتیجه کاربیدهای زاویه دار بزرگی ایجاد می شود که پس از آهنگری بدون خرد شدن باقی می مانند.

وجود این کاربیدهای حجیم باعث افزایش شکنندگی ابزار و افزایش خطر واژگونی می شود.

در طی فرآیند عملیات حرارتی, این کاربیدهای بزرگ و عناصر آلیاژی می توانند غنی شوند و به طور بالقوه منجر به نقص هایی مانند گرم شدن بیش از حد,‌ بازپخت ناکافی و حتی ترک خوردن در امتداد مرزهای دانه شوند.

گرمای بیش از حد در حین کوئنچ ناشی از جدا سازی اجزای اطراف کاربیدهای بزرگ حک شده در محلول الکل HN03 4% را نشان می دهد.

گرمای بیش از حد ناشی از تفکیک اجزا در اطراف کاربیدهای حجیم در حین کوئنچ

۱۱. مایع کاربید  Carbide liquation

در فرآیند انجماد فلز مایع, جداسازی کربن و عناصر آلیاژی می تواند باعث رسوب بلوک های بزرگ کاربید در طول خنک سازی شود.

این تفکیک که به عنوان مایع سازی شناخته می شود. در طی فرآیندهای بعدی به راحتی از بین نمی رود و منجر به حضور کاربید زوستر حجیم در جهت نورد فولاد می شود.

فولادهای دارای لیکواسیون بسیار شکننده هستند. زیرا ماتریس فلزی پیوسته مختل می شود. و در نتیجه استحکام کاهش می یابد. پیش از این, لیکواسیون معمولا در فولادهای CrWMn و CrMn یافت می شد و استفاده از آنها برای ساخت گیج اغلب منجر به مشکل در بدست آوردن سطح صاف می شد. (جهت مطالعه بیشتر به تیرآهن چیست مراجعه نمایید)

۱۲. کربن گرافیت   Graphite carbon

از آنجایی که دمای بازپخت بیش از حد بالا و زمان نگهداری آن بسیار طولانی است,‌ در طول فرآیند سرد شدن آهسته فولاد, کاربیدها به راحتی به کربن آزاد معروف به گرافیت, تجزیه می شوند.

ریز ساختار کربن گرافیت را در فولاد T12A و با محلول الکل اسید تلخ ۴٪ H را نشان می دهد.

رسوب کربن گرافیت به طور قابل توجهی استحکام و چقرمگی فولاد را کاهش می دهد و آن را برای تولید چاقوهای و اجزای حیاتی نامناسب می کند. زمانی که فولاد حاوی سطوح بالای کربن گرافیت باشد. شکستگی های سیاه رنگی را نشان می دهد.

وجود کربن گرافیت را می توان از طریق آنالیز شیمیایی برای آنالیز کمی و کیفی تعیین کرد و شکل و توزیع آن را از طریق روش های متالوگرافی مشاهده کرد.

علاوه بر این افزایش بافت فریت در اطراف گرافیت وجود خواهد داشت.

۱۳. شکست مخلوط و ترکیب  Failure of mix and composition

اختلاط مواد در شرکت های تولید ابزار و قالب یک مشکل رایج است که در نتیجه مدیریت ضعیف و نقص سطح پایین است. مواد مخلوط می تواند شامل سه جنبه باشد: فولاد مخلوط, مشخصات مخلوط و شماره کوره مخلوط

مورد آخر به ویژه رایج است و می تواند مشکلات زیادی را با عملیات حرارتی کاذب بدون هیچ گونه در خواستی ایجاد کند. هر از گاهی با اجزای مواد ابزار فاقد صلاحیت نیز مواجه می شویم.

برخی از قطعات فولادی پر سرعت استاندارد GB/T9943 – 2008 فولاد ابزار با سرعت بالا را ندارند. به ویژه در مورد محتوای کربن بالا یا پایین به عنوان مثال W6Mo5Cr4V2Co5 متعلق به HSS-E است اما محتوای کربن کمتری نسبت به حد پایین استاندارد دارد.

با وجود بر چسب HSS‌ با کارایی بالا پس از عملیات حرارتی به سختی 67HRC‌ نمی رسد.

کارخانه های فولاد سازی باید اطمینان حاصل کنند که فولاد در صورتی که از نوع HSS-E‌ باشد می تواند به سختی حداقل 67HRC‌ برسد.

اینکه آیا ابزاری به چنین سختی بالایی نیاز دارد یا خیر یک موضوع داخلی کارخانه ابزار است و مسئولیت کارخانه فولاد نیست.

اما اگر سختی به 67HRC‌ نرسد ایراد از کارخانه فولاد است. همچنین موارد زیادی از ترکیب فولاد قالبی بدون صلاحیت وجود دارد که منجر به اختلافات مداوم می شود.

۱۴. کربن زدایی مواد خام  Raw material decarbonization

این کشور استانداردهایی را برای کربن زدایی فولاد ایجاد کرده است. با این حال تامین کنندگان فولاد اغلب موادی را عرضه می کنند که از این استانداردها فراتر می رود و در نتیجه ضررهای اقتصادی قابل توجهی برای شرکت های تولید کننده ابزار به همراه دارد.

 

 

سختی سطح ابزارها کاهش می یابد و مقاومت سایشی آنها پس از کوئنچ برای موادی با لایه ی کربن زدایی ضعیف است. بنابراین لازم است در حین ماشینکاری لایه کربوره شده به طور کامل حذف شود تا از مشکلات کیفی احتمالی جلوگیری شود.

مورفولوژی کربن زدایی مواد خام فولاد W18‌ حک شده در محلول الکل HN03 4% را نشان می دهد. منطقه دکربوریزاسیون مارتنزیت سوزنی شکل است. در حالی که ناحیه غیر کربنی از مارتنزیت خاموش شده,‌ کاربیدها و آستنیت باقی مانده را تشکیل شده است.

۱۵. فولاد W18‌ بدون اثر عملیات حرارتی آشکار  W18 steel with no obvious heat treatment effect

ما یک میله تخت فولادی W18‌ با ابعاد ۱۳ میلی متر در ۴.۵ میلی متر را از یک شرکت خاص انتخاب کردیم و آن را در حمام نمک در دمای ۱۲۱۰ درجه سانتیگراد و ۱۲۳۰ درجه سانتیگراد و ۱۲۷۰ درجه سانتیگراد خاموش کردیم. (جهت مطالعه به مشهورترین سازه های فلزی مراجعه نمایید)

زمان گرم کردن ۲۰۰ ثانیه و اندازه دانه ۱۰.۵ بود. همانطور که در تصویر31 نشان داده شده است. سختی پس از خاموش کردن بین ۶۵ تا 65.5HRC‌ بود. اما در کمال تعجب سختی پس از تمپر کردن در دمای ۵۵۰ درجه سانتیگراد برای سه بار کاهش یافت.

از این ناهنجاری به عنوان حکایت یاد می شود.

این امر به عنوان عدم امکان وارد یا خارج شدن نامیده می شود. پس سخت شدن ثانویه کجاست؟

ریشه مشکل این است که کاربید ما را اذیت می کند. به این معنی که در هنگام گرم شدن یا فرآیند تمپردر آستنیت حل نمی شود و در طول فرآیند بازپخت وجود ندارد و رسوب نمی کند.

۱۶. کیفیت سطح  Surface Quality

عیوب سطحی به راحتی با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است مانند:

ابعاد متناقض در قرارداد:

انحراف در طول و اندازه در عرضه واقعی

عیوب سطحی, از جمله گودال های سطح فولادی بسیار نازک, گودال های خوردگی, مشکلات گردی, نعل اسبی,‌ ناهمواری بیش از حد در صفحه فولادی و ضخامت ناهموار.

نمونه های متعددی از عیوب فولاد وجود دارد مهم است که فرآیند انتخاب مواد را با دقت در نظر بگیرید.

(جهت مطالعه بیشتر به بزرگترین تولیدکنندگان فولاد جهان مراجعه نمایید)

آیا مواد با کیفیت پایین می توانند ابزار خوبی را به همراه داشته باشند؟ قطعا نه

 

جهت مطالعه بیشتر به تیرآهن چیست مراجعه فرمایید.