هر آنچه در رابطه با فولاد 52100 باید بدانید – خواص، استحکام و موارد استفاده

چند گرید فولاد را می توانید نام ببرید؟

تقریباً غیرممکن است که همه آنها را از طریق حافظه خود نام ببرید، زیرا امروزه بیش از 3000 گرید فولاد موجود است. آنها توسط مؤسسه آهن و فولاد آمریکا (AISI) و انجمن مهندسان خودرو (SAE) تعریف شده اند، که آنها را بر اساس استفاده و ترکیب به دسته بندی سازماندهی کرده اند. این مقاله یک فولاد با کربن بالا و کم آلیاژ معروف به فولاد 52100 را بررسی می‌کند تا نشان دهد که در کجا به عنوان یک ماده مهندسی مناسب‌تر است. ابتدا به خواص فیزیکی فولاد 52100 نگاه می کنیم و سپس ویژگی های کاری آن و همچنین کاربردهای بالقوه این فلز همه کاره را بررسی می کنیم.

فولاد آلیاژی AISI 52100 در دمای 816 درجه سانتیگراد (1500 درجه فارنهایت) گرم می شود و سپس در روغن خاموش می شود. قبل از انجام این فرآیند، در دمای 872 درجه سانتیگراد (1600 درجه فارنهایت) تحت عملیات حرارتی نرمال سازی قرار می گیرد و سپس به آرامی خنک می شود تا تنش ماشینکاری کاهش یابد.

خواص فیزیکی فولاد 52100

به نظر می رسد فولاد 52100 ساختار نامگذاری متفاوتی نسبت به سایر فولادهای سه یا چهار رقمی دارد، اما این تنها به دلیل تفاوت های خاص بین شاخص های نامگذاری SAE و AISI است. رقم اول (5) نشان می دهد که این فولاد عمدتاً با کروم آلیاژ شده است و رقم دوم (2) نشان دهنده درصد آلیاژی بیشتر از 1٪ است. به عبارت دیگر، رقم دوم درصد دقیق کروم را مشخص نمی کند، بلکه فقط آلیاژ شدن آن نسبت به سایر فولادهای مشابه با درصد بالاتری است. سه رقم آخر میانگین درصد کربن استفاده شده در فولاد را نشان می دهد. بنابراین، برای فولاد 52100، به طور متوسط 1.00٪ کربن در ترکیب آن استفاده می شود.

فولاد آلیاژی AISI 52100 را می توان با استفاده از تمام تکنیک های مرسوم مانند آهنگری سرد یا مهر زنی و روش های شکل دهی گرم یا سرد تشکیل داد.

فولاد آلیاژی AISI 52100 در دمای 927 تا 1205 درجه سانتیگراد (1700 تا 2200 درجه فارنهایت) آهنگری می شود.

فولاد آلیاژی AISI 52100 را می توان در دمای 205 تا 538 درجه سانتیگراد (400 تا 1000 درجه فارنهایت) گرم کرد.

فولاد آلیاژی AISI 52100 را می توان با استفاده از تکنیک های مرسوم در شرایط آنیل یا نرمال شده به صورت سرد کار کرد.

فولاد آلیاژی AISI 52100 در دمای 872 درجه سانتیگراد (1600 درجه فارنهایت) آنیل می شود و به دنبال آن به آرامی خنک می شود تا استرس کار سرد یا ماشینکاری کاهش یابد.

فولاد آلیاژی AISI 52100 با کار سرد یا حرارت دادن و خاموش کردن سخت می شود. می توان آن را در دمای 913 درجه سانتیگراد (1675 درجه فارنهایت) و سپس کوئنچ کربوره کرد. دوباره در دمای 788 درجه سانتیگراد (1450 درجه فارنهایت) گرم می شود و سپس برای بار دوم خاموش می شود.

عناصر تشکیل دهنده فولاد 52100

• 0.98- 1.1٪ کربن
• 1.3-1.6٪ کروم
• 0.25-0.45٪ منگنز
• <= 0.025٪ فسفر
• 0.15-0.3٪ سیلیکون
• <= 0.025٪ گوگرد

فولاد 52100 یک فولاد آلیاژی با کربن بالا با آلیاژ کروم است که چگالی آن 7.81 گرم بر سانتی متر مکعب (0.282 پوند در هر متر مکعب) است. می توان آن را از طریق فرآیندهای سرد و گرم، سخت کرد و به بازپخت و تمپر پاسخ داد و با استفاده از فرآیند عملیات حرارتی می توان آن را تقویت کرد. از شرایط آنیل شده آن به آسانی آهنگری شده و شکل می گیرد و همچنین ماشین کاری می شود. در حالی که فولاد 52100 به طور کلی برای جوشکاری استفاده نمی شود، به دلیل ترکیبی از استحکام، سختی و کارایی، به ویژه در یاتاقان ها، رول های آسیاب و قطعات خودرو مفید است. رایج ترین شکل استوک 52100 استوک میله ای است، اما می توان آن را در لوله، سیم، نورد تخت و فورج نیز یافت.

ویژگی های مکانیکی

فولاد نوع 52100 دارای مدول الاستیسیته 210 گیگا پاسکال می باشد. این متریک سفتی الاستیک یک ماده را توصیف می کند، جایی که مدول الاستیک بالاتر نشان دهنده فلز سفت تر است. درک مدول الاستیسیته یک ماده در صورتی که باید ماشین کاری شود بسیار مهم است، زیرا یک ماده کمتر سفت در آسیاب های ماشینی تمایل به صمغ دارد، در حالی که یک ماده سفت تر قطعات ماشین را سریعتر از بین می برد اما به طور کلی ماشین کاری بهتری انجام می دهد. فولاد 52100 به خوبی به فرآیندهای ماشینکاری پاسخ می دهد و این به وضوح از طریق مدول الاستیک بزرگ آن قابل مشاهده است.

مدول حجیم خاصیت ماده ای است که اغلب برای مایعات محفوظ است، اما معمولاً با اشاره به فولاد استفاده می شود زیرا مقاومت فلز در برابر فشرده سازی یا کاهش حجم در هنگام فشرده شدن یکنواخت را توصیف می کند. این مقدار به ویژه برای فولاد 52100 مهم است، زیرا معمولاً در یاتاقان هایی استفاده می شود که می توانند تحت این نوع نیروی فشاری یا بار ثابت باشند. مدول حجیم فولاد 52100 160 گیگا پاسکال است که تقریباً دو برابر بیشتر از آلیاژهای آلومینیوم استحکام دارد.

مدول برشی یک ماده نمایش دیگری از پاسخ یک ماده به تنش است که در این مورد تنش برشی است. تنش برشی جایی است که دو نیرو در امتداد صفحه یک ماده با یکدیگر مخالفت می کنند، مانند نحوه برش کاغذ با قیچی، یا برش یک میله استوانه ای توسط اره. این یک ارزش مهم است که بفهمیم آیا یک فلز از انبار بریده می شود و به صورت شعاعی پیچ خورده یا تشکیل می شود، زیرا ماده نباید تحت این شرایط برش خورده یا شکسته شود. مدول برشی فولاد 52100 80 گیگا پاسکال است که برای فولاد معمولی است و برای برش از رول ها و سیم های مسطح مناسب است.

چقرمگی شکست نشان دهنده توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر شکست است. این تنشی را نشان می دهد که در آن ترک ها بدون هیچ مانعی در مواد منتشر می شوند و برای درک چگونگی شکست یک ماده در شکستگی شکننده حیاتی است. یک ماده با چقرمگی شکست بالا معمولاً در شکست انعطاف پذیر شکست می خورد، در حالی که آن مواد با چقرمگی شکست پایین به سادگی خرد می شوند. فولاد 52100 با توجه به چقرمگی شکست (15.4-18.7 MPa-m½)، به وضوح مستعد سناریوی شکست انعطاف پذیرتر است که برای چنین فولادی ایده آل است.

در نهایت، ماشین‌کاری یک ماده یک معیار کیفی و مقایسه‌ای است که نشان می‌دهد یک فلز چگونه به روش‌های ماشینکاری واکنش نشان می‌دهد. اغلب به صورت درصد ارائه می شود، که در آن فولاد مرجع 100٪ تعیین می شود و سایر فولادها درصدی با اشاره به این فولاد داده می شوند. درصد کمتر از 100% (مانند مورد فولاد 52100) به این معنی است که ماشینکاری آن نسبت به فولاد مرجع دشوارتر است. این بدان معنا نیست که 52100 برای ماشینکاری مناسب نیست. برعکس، می توان آن را به راحتی ماشین کاری کرد، اما سختی آن به سادگی از بین می رود و آسیاب قطعات سریعتر می شوند.

کاربردهای فولاد 52100

همانطور که قبلاً بحث شد، فولاد 52100 اغلب در یاتاقان های فولادی و همچنین تجهیزات تولید بلبرینگ استفاده می شود. چقرمگی و سختی آن باعث می‌شود در تیغه‌ها و کارد و چنگال استفاده شود، اگرچه عملیات حرارتی آن دشوارتر از سایر فولادهای تیغه‌ای رایج‌تر است. در زیر لیستی از دیگر کاربردهای رایج فولاد 52100 آمده است:

• بلبرینگ ضد اصطکاک
• رول آسیاب
• قطعات خودرو و هواپیما
• اتصال دهنده ها

جمع‌بندی

فولادهای آلیاژی حاوی انواع مختلفی از فولادها هستند که از محدودیت های ترکیبی منگنز، C، نیکل، Va و B برای فولادهای کربنی فراتر می روند. آنها با اعداد چهار رقمی AISI مشخص می شوند. آنها سریعتر از فولادهای کربنی به عملیات مکانیکی و حرارتی پاسخ می دهند. فولاد آلیاژی AISI 52100 به عنوان فولادی با کربن بالا و حاوی کروم کم آلیاژ شناخته می شود.