اطلاعات کلیدی استیل, مقالات
استنلس استیل ۴۴۰ چیست؟
شهریور
استنلس استیل 440 گریدی مارتنزیتی از سری 400 استنلس استیل است که محتوای بالایی از کروم و کربن در ساختار خود دارد. خواص مکانیکی خوب این گرید سبب کاربرد گستردۀ آن در ساخت برخی قطعات صنعتی و تیغه‌ها شده است. استیل 440 دارای سه گرید مختلف 440C، 440B و 440A است که همگی مقاومت خوبی در برابر خوردگی و سایش دارند.
استیل 440C گریدی با کربن بالاست که پس از عملیات حرارتی به بالاترین درجه سختی خود دست می‌یابد. این ویژگی سبب می‌شود تا کاربرد آن برای ساخت اجزای شیرهای صنعتی و یاتاقان مناسب باشد. هر سه گرید خواص مشابهی دارند اما گرید 440C رایج‌تر از دو گرید دیگر این خانواده است. گرید دیگر خانواده استیل 440 ، 440F است که قابلیت ماشینکاری آن بهبود یافته است.
اصولاً استیل سری 400 و از جمله فولاد ضدزنگ 440 مقاومت به خوردگی کمتری نسبت به گریدهای آستنیتی یا استیل سری 300 دارند و اغلب در کاربری‌هایی استفاده می‌شوند که نیاز است با انجام عملیات حرارتی مثل کوئنچ و تمپر سختی آن‌ها افزایش یابد. از آنجا که در دمای بالا این فولادها سختی خود را از دست می‌دهد، بهتر است برای کاربری‌های دمای پایین استفاده شوند. در این مقاله از استیل رخ درباره استنلس استیل 440 به طور کلی توضیح می‌دهیم.
ویژگی های کلیدی استنلس استیل 440
همانطور که گفتیم استیل 440 از گریدهای مارتنزیتی فولاد ضد زنگ است که مشخصات آن در استاندارد ASTM A276/A276M ذکر شده است. این استاندارد در خصوص مقاطع توپُر استنلس استیل است.
ترکیب شیمیایی
| گرید فولاد | آهن (Fe) | کربن (C) | منگنز (Mn) | سیلیسیم (Si) | فسفر (P) | گوگرد (S) | کروم (Cr) | مولیبدن (Mo) | نیکل (Ni) | نیتروژن (N) |
| 440A | Bal | 0.6-0.75 | MAX 1 | MAX 1 | MAX 0.4 | MAX 0.3 | 16-18 | MAX 0.75 | – | – |
| 440B | Bal | 0.75-0.95 | MAX 1 | MAX 1 | MAX 0.4 | MAX 0.3 | 16-18 | MAX 0.75 | – | – |
| 440C | Bal | 0.95-1.2 | MAX 1 | MAX 1 | MAX 0.4 | MAX 0.3 | 16-18 | MAX 0.75 | – | – |
خواص مکانیکی استیل 440C
| شرایط آلیاژ (دمای تمپر) | استحکام کششی(MPa) | استحکام تسلیم 0.02%(MPa) | ازدیاد طول(%) | سختی راکول سی (HRC) | چقرمگی ضربه چارپی(V) (J) |
| آنیل | 758 | 448 | 14 | حداکثر 269 برینل | – |
| 204 | 2030 | 1900 | 4 | 59 | 9 |
| 260 | 1960 | 1830 | 4 | 57 | 9 |
| 316 | 1860 | 1740 | 4 | 56 | 9 |
| 371 | 1790 | 1660 | 4 | 56 | 9 |
خواص فیزیکی استیل 440
| گرید فولاد | چگالی (Kg/m3) | مدول الاستیک (GPa) | مقاومت الکتریکی (nΩ.m) | ضریب انبساط حرارتی | هدایت حرارتی (W/m.K) | گرمای ویژه (J/kg.K) |
| 440A/B/C | 7650 | 200 | 600 | 10.1 تا °C 100 10.3 تا °C 200 11.7 تا °C 300 | 24.4 | 460 |
استانداردهای استنلس استیل 440
استیل زنگ نزن 440 در استانداردهای گوناگون با نام‌های مختلفی شناخته می‌شود که در جدول زیر آمده است.
| گرید فولاد | شماره UNS | استاندارد بریتانیایی | استاندارد اروپایی (Euronorm) | استاندارد سوئدی (Swedish SS) | استاندارد ژاپنی (JIS) | ||
| BS | EN | شماره | نام | ||||
| 440A | S44002 | – | – | – | – | – | SUS 440A |
| 440B | S44003 | – | – | 1.4112 | X90CrMoV18 | – | SUS 440B |
| 440C | S44004 | – | – | 1.4125 | X105CrMo17 | – | SUS 440C |
جایگزین‌های استنلس استیل 440
گریدهای جایگزین فولاد ضد زنگ 440 ، با توجه به دلایل فنی برای جایگزینی در جدول زیر مطرح شده‌اند.
| گرید فولاد | دلیل جایگزینی با 440C |
| 440A/B | مقاومت در برابر خوردگی خوب و نرمی بیشتر |
| 440F | ماشینکاری خوب، با سختی مشابه سایر گریدهای 440 |
| 420 | در مواردی که به استحکام کمتر نسبت به گریدهای 440 نیاز است |
| 416 | ماشینکاری بهتر ولی استحکام خیلی کمتر نسبت به گریدهای 440 |
خواص استنلس استیل 440
در این بخش به بررسی ویژگی‌های کلیدی استیل 440 می‌پردازیم.
مقاومت در برابر خوردگی
استنلس استیل 440 مقاومت بسیار خوبی در برابر اسیدهای ملایم، مواد غذایی، آب شیرین و هوا دارد. برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی بهتر است سطح آن را کاملا صاف و صیقلی کرده و سختی سطحی را با انجام عملیات حرارتی افزایش داد. استیل 440C مقاومت به خوردگی تا حدودی مشابه به استیل 304 را از خود نشان می‌دهد.
مقاومت در برابر حرارت و اکسیداسیون
همانطور که پیش‌تر اشاره شد، استیل 440 در دمای بالا مقاومت خود را از دست می‌دهد و برای کاربردهای دما بالا مناسب نیست و بهتر است از آن در دمای محیط یا پایین‌تر استفاده شود.
عملیات حرارتی
استیل 440 را می‌توان در دو شرایط مختلف بنا به خواص مورد نیاز استفاده کرد. حالت نرم (آنیل شده) و حالت سختکاری شده (کوئنچ و تمپر شده).
آنیلینگ استیل 440: برای آنیل کردن این آلیاژ باید آن را در دمای 850 تا 900 درجه سانتی‌گراد گرم کرد و پس از مدت زمان کافی، تا دمای 600 درجه به آهستگی سرد کرد. پس از رسیدن به دمای 600 درجه آن را در دمای محیط قرار می‌دهند تا کاملا خنک شود. فرآیند آنیل زیر دمای بحرانی نیز برای استیل 440 انجام می‌شود که هدف آن رخداد پدیده تبلور مجدد و به تبع آن کاهش سختی سطحی است. این فرآیند در دمای 630 تا 700 درجه سانتی گراد انجام می‌شود و پس از آن در هوا خنک می‌شود.
عملیات حرارتی سختکاری:
- کوئنچ: استیل 440 در دمای 1010 تا 1065 درجه آستنیته می‌شود و سپس باید در هوا و یا روغن سریعا خنک شود. برای مقاطع سنگین و ضخیم از روغن برای خنک کاری استفاده می‌شود.
- تمپر: فرآیند تمپر برای حذف تنش‌های ناشی از کوئنچ و همچنین بالانس استحکام و چقرمگی صورت می‌گیرد. برای دستیابی به بالاترین میزان سختی صرفاً فرآیند تنش زدایی در محدوده دمایی 150 تا 370 درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود. برای دستیابی به چقرمگی بالاتر فرآیند تمپر در دمای 590 تا 670 صورت می‌گیرد که تاحدودی منجر به کاهش سختی نیز می‌گردد. انتخاب دمای مناسب به میزان سختی مورد نیاز بستگی دارد. باید از دمای 425 تا 565 درجه سانتی‌گراد اجتناب کرد، چرا که پدیده تردی تمپر سبب کاهش مقاومت به خوردگی و چقرمگی استیل 440 می‌شود. درباره عملیات تمپر می‌توانید در این مقاله به طور کامل بخوانید.
جوشکاری
برای انجام فرآیند جوشکاری استیل 440 باید آن را در دمای 250 درجه سانتی‌گراد پیش‌گرم کرد. پس از انجام جوشکاری نیز، انجام آنیل ضروری است. استفاده از فیلر استیل 420 سبب می‌شود تا خط جوشکاری شده با سختی بالایی برسد. برای دستیابی به خط جوش با شکل پذیری بالا باید از فیلر استیل 309 یا 310 استفاده کرد. برای اینکه بدانید جوشکاری استنلس استیل چگونه انجام می‌شود، می‌توانید این مقاله را مطالعه کنید.
شکل‌پذیری
فرآیند شکل‌دهی برای این آلیاژها به دلیل سختی بالایی که دارند، رایج نیست. به دلیل استحکام بالا این آلیاژ و نیاز به نیروی بیشتر برای فرم‌دهی، فرآیند شکل‌دهی به صورت سرد، نسبت به گریدهای آستنیتی بسیار سخت‌تر است. شکل‌دهی دما بالای استیل 440 نیاز به فرآیند پیش گرم در دمایی حدود 800 درجه سانتی‌گراد دارد. پس از شکل‌دهی نیز برای جلوگیری از ترک خوردن در کوره خنک می‌شوند.
قابلیت ماشینکاری
برای ماشینکاری استیل 440 حتما باید از حالت آنیل شده آن استفاده کرد. ماشینکاری این گرید در حالی که دارای سختی بالایی باشد، بسیار دشوار است و حتی می‌توان گفت غیرممکن است. همچنین این مورد سبب استهلاک بالای ابزار ماشینکاری می‌شود.
کاربردهای استنلس استیل 440
به لطف سختی بالا و مقاومت به خوردگی در محیط‌های ملایم، استیل 440 در صنایع مختلف کاربردهای خاص خود را دارد. از کاربردهای این آلیاژ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد. در این باره می‌توانید مقاله کاربرد استنلس استیل در صنایع مختلف را مطالعه کنید.
صنایع بهداشتی و بیمارستانی: ساخت تجهیزات خاص، چاقوهای جراحی و ابزارآلات دندانپزشکی
صنایع فولاد: ساخت غلتک‌های نورد و بلبرینگ‌های غلتک‌ها
صنایع نفت و گاز: نشیمن سوپاپ‌ها، نازل‌ها و پمپ‌های روغن
صنایع نجاری: مغار، اسکنه، رنده و ابزارهای ساینده چوب
هنگام انتخاب ورق استیل ۴۴۰ به چه نکاتی توجه کنیم؟
برای انتخاب ورق استیل ۴۴۰ باید ابتدا گرید دقیق آلیاژ، وضعیت عملیات حرارتی، ضخامت، ابعاد و کیفیت سطح آن مشخص شود. ورق‌های خانوادۀ ۴۴۰ ممکن است در شرایط آنیل‌شده یا سخت‌کاری‌شده عرضه شوند؛ بااین‌حال، برای انجام فرایندهایی مانند برش، سوراخ‌کاری، ماشینکاری و شکل‌دهی، معمولاً وضعیت آنیل‌شده مناسب‌تر است. پس از ساخت قطعه نیز می‌توان عملیات سختکاری و تمپر را متناسب با سختی و چقرمگی موردنیاز انجام داد.
انتخاب میان گریدهای ۴۴۰A، ۴۴۰B و ۴۴۰C بیش از هر چیز به تعادل موردنیاز میان سختی، مقاومت به سایش و مقاومت به خوردگی بستگی دارد. گرید ۴۴۰A کربن کمتری دارد و معمولاً مقاومت به خوردگی و شکل‌پذیری بهتری ارائه می‌دهد. گرید ۴۴۰C به‌دلیل کربن بیشتر، پس از عملیات حرارتی به سختی بالاتری می‌رسد و برای ساخت تیغه‌ها، قطعات سایشی، اجزای شیرآلات و یاتاقان‌ها مناسب‌تر است. خواص گرید ۴۴۰B نیز در محدودۀ میانی این دو قرار می‌گیرد.
هنگام سفارش ورق استیل ۴۴۰ باید گواهی آنالیز شیمیایی و مشخصات فنی محصول بررسی شود؛ زیرا استفاده از عنوان کلی «استیل ۴۴۰» برای انتخاب دقیق متریال کافی نیست. صافی سطح، تلرانس ضخامت، وضعیت لبه‌ها، سختی اولیه و قابلیت انجام عملیات حرارتی نیز باید با نقشۀ ساخت و شرایط کاری قطعه مطابقت داشته باشند. همچنین، به‌دلیل شکل‌پذیری و جوش‌پذیری محدود این خانواده، بهتر است روش ساخت قطعه پیش از خرید ورق مشخص شود.
ورق استیل ۴۴۰ در مقایسه با گریدهای متداولی مانند ۳۰۴ و ۳۱۶ کاربرد عمومی کمتری دارد و بیشتر برای ساخت قطعاتی انتخاب می‌شود که سختی و مقاومت به سایش در آن‌ها اهمیت زیادی دارد. اگر مقاومت در برابر محیط‌های به‌شدت خورنده، جوش‌پذیری یا شکل‌پذیری اولویت اصلی پروژه باشد، ممکن است گریدهای آستنیتی یا دیگر آلیاژهای مقاوم به خوردگی انتخاب مناسب‌تری باشند.
سخن آخر
استیل ۴۴۰ خانواده‌ای از گریدهای مارتنزیتی سری ۴۰۰ است که سختی، استحکام و مقاومت به سایش بالایی دارد. میزان کربن و خواص نهایی در گریدهای ۴۴۰A، ۴۴۰B و ۴۴۰C متفاوت است و انتخاب میان آن‌ها باید براساس سختی موردنیاز، شرایط خوردگی، روش ساخت و نوع عملیات حرارتی انجام شود. این آلیاژ برای ساخت تیغه‌ها، ابزارهای برشی، یاتاقان‌ها و برخی قطعات صنعتی مناسب است؛ اما برای محیط‌های به‌شدت خورنده، کاربردهای دما‌بالا و قطعات نیازمند جوش‌پذیری یا شکل‌پذیری زیاد، معمولاً گزینۀ نخست محسوب نمی‌شود.
سوالات متداول