فولادهای حاوی سرب سری‌های xxLxx ( Leaded steels xxLxx series ) گروهی از فولادهای کم آلیاژی هستند که قابلیت ماشینکاری بالایی دارند .

تاثیر سرب در فولادها

عنصر سرب می‌تواند به فولادهای آلیاژی افزوده شده و بدون ایجاد تغییر منفی در خواص مکانیکی فولادها در دمای محیط ، باعث افزایش قابلیت ماشینکاری در آن‌ها شود . سرب در طی شمش ریزی به فولاد مذاب افزوده می‌شود . از آنجایی که سرب در فولاد مذاب تقریبا حل نمی‌شود ، ذرات سرب پراکندگی خوبی در فولاد جامد شده ایجاد می‌کنند . سرب معمولا در نزدیک یا اطراف آخال‌های سولفیدی یافت می‌شود .

فولادهای حاوی سرب با قرار دادن حرف “L” بین عدد دوم و یا سوم کدگذاری‌ها مشخص می‌شوند (بعنوان مثال ۱۰L45) . معمولا اعتقاد بر این است که سرب اثر اندکی بر استحکام نهایی یا تسلیم ، انعطاف پذیری یا خواص خستگی فولادها در دمای اتاق و سطح مقاومت متوسط دارد [۱] .

ملاحظات زیست محیطی ممکن است در ساخت یا استفاده از فولادهای سرب محدودیت ایجاد کند . هزینه فولادهای حاوی سرب حدود ۵ درصد بیشتر از ترکیبات بدون سرب است . از آنجایی که بهبود قابلیت ماشینکاری تنها دلیل استفاده از فولادهای سرب است ؛ هزینه اضافی برای این فولادها باید توسط این دو عامل (قابلیت ماشینکاری و هزینه) قابل توجیه باشد . برای مثال اگر تنها ۱۰ درصد از وزن میله در ماشینکاری حذف شود ، هزینه اضافی گریدهای سربی قابل توجیه نیست . اما اگر ۲۰ درصد یا بیشتر از وزن میله نیاز به تراشکاری و ماشینکاری داشته باشد ، از فولادهای حاوی سرب استفاده می‌شود .

در یک مطالعه موردی بر روی یک قطعه خاص از فولاد ۱۰۵۰ ، ماشینکاری با استفاده از ایجاد حفره و مته زنی انجام می‌شد و این قطعه بارها و بارها ماشینکاری شد تا نتیجه مطلوب حاصل شود . استفاده از فولاد ۱۰۵۰ حاوی سرب این شرایط را اصلاح کرد و هزینه اضافی فولاد به تنهایی قابل توجیه بود [۱] .

اکثر گریدهای فولاد گوگرد دار می‌توانند با ۰/۱۵ الی ۰/۳۵ درصد سرب تولید شوند . افزودن سرب اثر گوگرد را تقویت کرده و سرعت ماشینکاری را افزایش و پرداخت سطحی را بهبود می‌بخشد . در قطعات دستگاه پیچ ، که بیشتر از ۵۰ درصد قطعات به تراشه تبدیل می‌شود ، استفاده از فولادهای حاوی سرب توجیهی است برای هزینه بالاتر مخصوصا در مواردی که نیاز به پرداخت سطحی بالا باشد [۱] .

انواع فولادهای سری‌های xxLxx

شکل زیر اهمیت ماشینکاری فولاد در تعیین هزینه قطعات کوچک را نشان می‌دهد . با تغییر نوع فولاد از ۱۲۱۳ به ۱۳L12 نرخ تولید بوش‌ها (حتی اگر فولاد ۱۳L12 هزینه بالاتری داشت) تقریبا دو برابر شده و هزینه کل در هر قطعه کاهش یافته است [۱] .

• 

اثر سرب در ماشینکاری . نمودارها نرخ تولید و هزینه نسبی بوش‌های ماشینکاری شده از فولاد ۱۲۱۳ و ۱۳L12 با سرعت برش معین برای عمر ابزار ۸ ساعت را نشان می‌دهد [۱] .

همانطور که در بالا ذکر شد سرب می‌تواند  به هر فولادی افزوده شود . بنابراین این فولادها انواع مختلفی دارند که در جداول زیر به برخی از آن‌ها اشاره شده است .

خواص فولادهای حاوی سرب

خواص برخی از این فولادهای سرب در جداول زیر ارائه شده است [۵-۲] .

ترکیب شیمیایی برخی از فولادهای سرب .

• 

جدول زیر خواص مکانیکی فولاد سربی AISI 12L14 را نشان می‌دهد .

خواص مکانیکی فولاد AISI 12L14

• 

جدول زیر برخی از خواص مکانیکی فولاد سربی AISI 41L40 را نشان می‌دهد .

برخی از خواص مکانیکی فولاد سربی AISI 41L40

• 

قابلیت جوشکاری فولادهای حاوی سرب

۱۴L12

این فولاد بدلیل محتوی بالای گوگرد قابلیت جوشکاری ندارد [۴] .

۴۰L41

جوشکاری آن دشوار است ، اما فرآیند پیش گرم کردن تا حدودی مشکل را برطرف می‌کند . گرید الکترود جوشکاری به ضخامت مقطع ، طراحی ، کاربرد مورد نیاز و غیره بستگی دارد . در هنگام جوشکاری مواد سربی بایستی تهویه مناسب برای جلوگیری از تجمع بخارات فراهم شود [۳] .

۲۰L86

قابلیت‌های جوشکاری بالایی دارد و با روش‌های رایج جوشکاری می‌شود [۵] .

کاربرد فولادهای حاوی سرب

فولاد ۴۰L41 در قلاده‌های مته ، میله‌های چهار پَر ، پیچ و مهره‌ها ، سرپیچ‌ها ، بدنه قلاویز ، میله‌های میز دوار ، اتصالات ابزار چاه نفت ، شفت‌های چرخ مانند ، سوپاپ‌ها ، پیچ و مهره‌های دما بالا ، چرخ دنده ، چرخ‌های ترایلر ، شفت‌های جرثقیل ، میله پیستون ، تلمبه‌ها ، شفت‌های ماشین آلات هیدرولیک ، پیچ‌های سربی ، اتصالات زنجیره‌ای ، چرخ‌های تراکتور ، بازوهای تراکتور ، قالب‌های ریخته‌گری روی و غیره کاربرد دارد [۳] .

فولاد ۱۴L12 گروهی از فولادهای حاوی سرب است که در قطعاتی که به ماشینکاری قابل توجهی نیاز دارند مانند بوشینگ‌ها ، اتصالات ، لوازم شلنگ‌های هیدرولیک (آتش نشانی) کاربرد دارد . بدلیل انعطاف پذیری بالا ، این فولاد برای قطعاتی که نیاز به خم کاری و پرچ کردن دارند بسیار مناسب است [۴] .

فولاد ۲۰L86 در چرخ دنده‌ها ، پین‌ها ، شفت هزار خاری ، پین پیستون ، میله‌های پیستونی پمپ روغن ، آسترها ، میله‌های سربی ، ابزارهای اندازه گیری ، دستگاه‌های ماهیچه گذاری ، قالب‌های پلاستیکی ، گیره و غیره کاربرد دارد [۵] .

فولادهای حاوی سرب قابلیت ماشینکاری بالایی دارند . علت اصلی افزودن سرب به فولادها ، افزایش قابلیت ماشینکاری در آن‌ها است . این فولادها در قطعاتی که نیاز به ماشینکاری و پرداخت سطحی بالایی دارند ، مورد استفاده قرار می‌گیرند . استفاده فولادهای سرب در قطعات ، زمانی مقرون به صرفه است که تقریبا بیشتر از ۱۰ درصد قطعات در ماشینکاری به تراشه تبدیل شوند .

منابع

[۱]         Volume 1 Properties and Selection: Irons, Steels, and High-Performance Alloys. .

[۲]         “https://www.alro.com/divsteel/metals_gridpt.aspx?gp=0074&gpn=41L40%20CF%20Annealed&Mat=ALLOY&Type=Bars.” .

[۳]         “http://steelandsaw-cutting.fayindustries.com/item/41l40-annealed-cold-finished-alloy-steels/41l40-annealed-and-cold-drawn-alloy-steel-rounds/1-50.” .

[۴]         “http://steelandsaw-cutting.fayindustries.com/item/all-categories/12l14-cold-finished-carbon-steels-flats/item-1278.” .

[۵]         H. Treated, “Alloy steels.”