هر آنچه در رابطه با فولاد 440 باید بدانید – خواص، استحکام و موارد استفاده

فلزاتی که به عنوان فولاد شناخته می شوند طبقه متنوعی از مواد بوده که بخشی جدایی ناپذیر از جامعه مدرن هستند. فولاد آلیاژی است که از ترکیب آهن با کربن و همچنین سایر عناصری که استحکام بی‌نظیری به آن می‌دهند ساخته می‌شود. فولاد از زمان شروع خود در اوایل قرن بیستم به صدها نوع تکثیر شده است که هر کدام مشخصات مواد منحصر به فرد خود را دارند. برای کمک به سازماندهی این فولادها، مؤسسه آهن و فولاد آمریکا (AISI) و انجمن مهندسان خودرو (SAE) انواع خاصی از فولاد را متمایز کرده‌اند و این مقاله یک کلاس فولادی را از فولادهای ضد زنگ یا فولادهای مقاوم‌تر در برابر لکه‌ها را بررسی می‌کند. این کلاس فولاد ضد زنگ به عنوان فولادهای 440 شناخته می شود و به دلیل سختی و مقاومت در برابر سایش یک ماده بسیار محبوب است. این مقاله به بررسی ویژگی‌ها، خواص مواد و کاربردهای فولاد 440 می‌پردازد تا خوانندگان بتوانند بفهمند کجا می‌توان از آن استفاده کرد و چگونه می‌توان از این فلز به بهترین نحو استفاده کرد.

خواص فیزیکی فولاد 440

فولاد 440 بخشی از فولادهای ضد زنگ یا آن دسته از فولادهای آلیاژی است که حاوی حداقل 10٪ کروم هستند و این آلیاژها را با افزایش مقاومت در برابر خوردگی آغشته می کند. AISI یک شاخص نامگذاری سه رقمی برای فولادهای زنگ نزن ایجاد کرده است (برخلاف نام های چهار رقمی معمولی که برای سایر فولادهای ضد زنگ داده می شود)، که در آن رقم اول، نشان دهنده نوع فولاد و عناصر آلیاژی است. فولادهای زنگ نزن نیز بر اساس ساختار مولکولی آنها تعیین شده اند، که در آن فولادهای ضد زنگ می توانند انواع آستنیتی، فریتی، مارتنزیتی یا دوپلکس باشند. تفاوت بین این انواع در ساختار شبکه کریستالی آنها نهفته است که به فولادهای ضد زنگ ویژگی های کاری مفید خاصی مانند افزایش سختی، چکش خواری یا انعطاف پذیری در برابر شکست می دهد.

فولادهای ضد زنگ کلاس 4xx با کروم آلیاژ شده و ساختار فریتی یا مارتنزیتی دارند. فولاد 440 در واقع به چهار نوع فولاد اشاره دارد: فولاد 440A، 440B، 440C و 440F که تنها بر اساس سطح کربن در ترکیب آنها متفاوت است. همه انواع فولاد 440 انتخاب های محبوبی هستند، اما فولاد 440C محبوب ترین از این چهار نوع است، زیرا بالاترین سختی را دارد. در زیر ترکیبات شیمیایی هر نوع آورده شده است:

عناصر مشترک در تمام فولادهای 440:

• 16-18٪ کروم
• 1% منگنز
• 1% سیلیکون
• 0.75٪ مولیبدن
• 0.04 درصد فسفر
• 0.03٪ گوگرد
• درصدی کربن

فولاد 440A

• 0.6-0.75٪ کربن

فولاد 440B

• 0.75-0.95٪ کربن

فولادهای 440C و 440F

• 0.95-1.20٪ کربن

همه فولادهای 440 قابل سخت شدن هستند، به این معنی که از طریق عملیات حرارتی استحکام بیشتری به دست می آورند و یک فولاد آلیاژی با کربن بالا در نظر گرفته می شوند. هنگامی که با استفاده از این فرآیند تقویت می‌شود، فولادهای 440 سخت‌ترین فولادهای ضدزنگ هستند که هم در برابر سایش و هم در برابر خوردگی مقاوم هستند. هنگامی که فولاد 440 در حالت نرم “بازپخت” خود قرار می گیرد، به راحتی کار می شود، ماشین کاری می شود و شکل می گیرد، جایی که می توان آن را سخت کرد و استحکام بیشتری را به دست آورد.

مقاومت در برابر خوردگی و اثرات دما

در حالی که اکثر فولادهای ضد زنگ در برابر زنگ زدگی مقاوم هستند، فولادهای 440 اندکی در برابر خوردگی مقاوم هستند. این نتیجه ساختار مارتنزیتی آن است که سختی آن را افزایش می دهد اما نسبت به فولادهای زنگ نزن آستنیتی و فریتی در برابر خوردگی بازتر می شود. این بدان معنا نیست که فولاد 440 به راحتی زنگ می‌زند، زیرا نسبت به اکثر فولادها در برابر خوردگی مقاوم‌تر هستند، اما می‌دانید که نباید صرفاً به دلیل مقاومت در برابر زنگ‌زدگی آن انتخاب شود.

همچنین لازم است بدانید که فولادهای 440 در دمای افراطی خوب کار نمی کنند. آنها در دماهای بالا استحکام خود را از دست می دهند زیرا بیش از حد نرم می شوند و در دمای زیر 0 درجه سانتیگراد انعطاف پذیری خود را از دست می دهند. این واقعیت برای هر طراح که مایل به اجرای این فولاد در محیط‌های سخت است مهم است، زیرا فولاد 440 احتمالا بهترین انتخاب نخواهد بود.

ویژگی های مکانیکی

فولاد 440 دارای استحکام فوق العاده بالایی است، همانطور که می توان آن را از طریق استحکام تسلیم نهایی و کششی آن مشاهده کرد. این اندازه‌گیری‌ها از آزمایش‌های تنش تجربی می‌آیند، که در آن یک نمونه فولادی 440 به صورت محوری از هم جدا می‌شود و کرنش در برابر تنش آن بر روی یک منحنی رسم می‌شود. تنش تسلیم حداکثر تنشی است که یک نمونه می تواند قبل از تغییر شکل پلاستیکی (یا دائمی) تجربه کند و استحکام نهایی حداکثر تنشی است که نمونه قبل از شکستگی تجربه می کند. این اقدامات در کاربردهای ساختاری، جایی که یک ماده نباید به طور دائم تحت وزن شدید تغییر شکل دهد، و در کاربردهای با تنش بالا که در آن شکست نباید رخ دهد، مفید هستند.

سختی مواد یک معیار مقایسه ای است که نشان می دهد خراشیدن، حکاکی کردن یا آسیب رساندن به سطح یک ماده چقدر دشوار است. مقیاس های زیادی مانند مقیاس های سختی محبوب برینل، ویکرز و موس وجود دارد، اما فولاد اغلب بر اساس مقیاس سختی راکول درجه بندی می شود. فولاد 440 دارای سختی راکول 58 است که بسیار سخت در نظر گرفته می شود. برای مقایسه، فولادهای سختی که برای لبه‌های تیغه استفاده می‌شوند دارای سختی 60 هستند، بنابراین مشخص است که فولاد 440 در برابر تغییر شکل سطح کاملاً انعطاف‌پذیر است.

مدول الاستیسیته معیاری است از نحوه واکنش یک ماده در حالی که به طور الاستیک یا غیر دائمی تغییر شکل می دهد. مدول الاستیسیته بالا به این معنی است که برای کشش یک ماده به سطح بالایی از تنش نیاز دارد که می‌توان آن را به عنوان افزایش سختی در نظر گرفت. فولاد 440 مدول الاستیسیته بالایی دارد، به این معنی که به راحتی در برابر تنش تسلیم نمی شود و به این ترتیب آن را به یک ماده سفت تبدیل می کند.

آزمایش ضربه چارپی میزان انرژی جذب شده توسط یک ماده را در شرایط شدید، یعنی در شرایط شکستگی یا کرنش بالا، تعیین می کند. یک آونگ سنگین در یک نمونه آزمایشی بریدگی از فولاد چرخانده می‌شود، جایی که یک گیج نشان می‌دهد چه مقدار انرژی، برحسب ژول، از طریق ماده جذب می‌شود. به طور کلی، مواد با استحکام بالا به راحتی انرژی زیادی را جذب نمی‌کنند، زیرا در عوض به سادگی می‌شکنند (به یاد داشته باشید که شکنندگی با استحکام افزایش می‌یابد). در نتیجه اکثر فولادها امتیاز ضربه چارپی نسبتا پایینی دارند و فولادهای 440 تفاوتی ندارند. این یک تصویر دیگر از سختی و استحکام 440 فولاد است، زیرا آنها تنها کمتر از 20 ژول انرژی را در هنگام برخورد با آونگ آزمایش چارپی جذب می کنند.

کاربردهای فولاد 440

فولاد 440 را می‌توان در اکثر ماشین‌فروشی‌ها یافت، زیرا در هنگام بازپخت، فلزی است که به راحتی ماشین‌کاری می‌شود و در عین حال در هنگام عملیات حرارتی قوی و انعطاف‌پذیر است. این ماده برای قطعاتی که باید در برابر خوردگی نسبتاً خوب مقاومت کنند و در عین حال در استفاده مکرر فرسوده نشوند، بسیار خوب است. این یک فولاد عالی برای لبه های چاقو است، زیرا سختی و در عین حال شکل پذیری آن هنگام استفاده برای کارد و چنگال آشپزخانه عالی است.