فولادهای حاوی منگنز و سیلیسیم سری‌های ۹۲xx (Silicon–manganese steels ۹۲xx) گروهی از فولادهای کم آلیاژی هستند. این فولادها کاربردهای گسترده‌ای در فولادهای فنر (Spring steels) دارند .

انواع فولادهای حاوی منگنز و سیلیسیم

بطور کلی این فولادها شامل ۱/۴۰ تا ۲/۰۰ درصد سیلیسیم ، ۰/۸۵ -۰/۸۲-۰/۶۵ درصد منگنز و ۰/۰۰ تا ۰/۶۵ درصد کروم هستند . فولادهای ۹۲۲۵ ، ۹۲۵۰ ، ۹۲۵۴ ، ۹۲۵۵ ، ۹۲۶۰ ، H9260 ، ۹۲۶۱ و ۹۲۶۲ گروهی از این فولادها هستند [۳-۱] .

ترکیب شیمیایی فولادهای حاوی منگنز و سیلیسیم

ترکیب شیمیایی این برخی از این فولادها در جدول زیر قابل مشاهده است [۳-۱] .

ترکیب شیمیایی فولادهای منگنز و سیلیسیم [۳-۱]

• 

خواص مکانیکی فولادهای حاوی منگنز و سیلیسیم

ترکیب شیمیایی فولاد فنر تجاری AISI 9254 شامل ۰/۵۸۱ کربن، ۱/۵۴۸ سیلیسیم ، ۰/۶۸۷ منگنز ، ۰/۰۱۸ فسفر ، ۰/۰۱۶ گوگرد ، ۰/۶۳ کروم ، ۰/۰۰۹ مولیبدن ، ۰/۰۲۲ نیکل ، ۰/۰۰۲ آلومینیوم ، ۰/۰۰۰۱ بور ، ۰/۰۰۱ کبالت ، ۰/۰۱ مس ، ۰/۰۲۶ نیوبیوم ، ۰/۰۰۱ تیتانیم ، ۰/۰۰۱ وانادیم ، ۰/۰۴۵ تنگستن ، ۰/۰۰۱ نیتروژن ، ۰/۰۰۱ سرب (درصد وزنی) است .

نمونه‌هایی از این فولاد که تحت نورد گرم به شکل میله با قطر ۱۳ میلی متر در آمده‌اند ، تهیه شد . نمونه‌ها به مدت ۳۰ دقیقه در دمای ۸۷۰ درجه سانتی گراد آستنیته شده و در روغن با دمای ۸۰ درجه سانتی گراد کوئنچ شدند . بعد از کوئنچ ، نمونه‌ها در چهار دمای مختلف شامل ۲۵۰ ، ۳۵۰ ، ۴۵۰ و ۵۰۰ درجه سانتی گراد تمپر شده و تحت بررسی قرار گرفتند .

شکل زیر تصاویر نوری از ریزساختار این فولاد (گروهی از فولادهای حاوی منگنز و سیلیسیم) را نشان می‌دهد . در این شکل می‌بینیم که فولاد تمپر نشده دارای ریزساختار کاملا پرلیتی ریز دانه است (شکل a) . شکل‌های b ، c ، d و e به ترتیب تصاویر نوری نمونه‌های تمپر شده در دمای ۲۵۰ ، ۳۵۰ ، ۴۵۰ و ۵۵۰ درجه سانتی گراد را به مدت ۱ ساعت نشان می‌دهد . نمونه‌هایی که در چهار دمای مختلف تمپر شده‌اند شامل مارتنزیت تمپر شده و آستنیت باقی مانده هستند . مقدار محتوی سیلیسیم بالای این فولاد ، تشکیل کاربید یا سمانتیت را در طی سرد شدن در هوا (که باعث تشکیل آستنیت باقی مانده در ریزساختار نهایی می‌شود) به تاخیر می‌اندازد . در این شکل هیچ تشکیل کاربیدی در نمونه‌های تمپر شده مشاهده نمی‌شود [۴] .

• 

تصاویر نوری فولاد AISI 9254 (a) قبل از تمپر ، تمپر شده در دمای (b) 250 ،  (c) 350 ، (d) 450 و (e) 550 درجه سانتی گراد را نشان می‌دهد [۴] .

تاثیر دمای تمپر بر خواص نمونه‌های فولادی AISI 9254

اشکال زیر اثر دمای تمپر نمونه‌های فولادی AISI 9254 (گروهی از فولادهای حاوی منگنز و سیلیسیم) بر استحکام ، سختی و ازدیاد طول را نشان می‌دهد . در این اشکال مشاهده می‌شود که با کاهش دمای تمپر استحکام ، انرژی جذب شده و سختی افزایش اما درصد ازدیاد طول کل کاهش می‌یابد [۴] . همچنین مشاهده می‌شود که خواص مکانیکی بهینه برای این فولادها در دمای تمپر ۳۰۰ درجه سانتی گراد بدست آمده است .

• 

اثر دمای تمپرینگ بر استحکام [۴] .

• 

اثر دمای تمپرینگ بر سختی [۴] .

• 

اثر دمای تمپرینگ بر درصد ازدیاد طول [۴] .

تاثیر دمای تمپر بر خواص نمونه‌های فولادی AISI 9254

فولاد AISI 9255 (گروهی از فولادهای حاوی منگنز و سیلیسیم) نیز بسته به نوع عملیات حرارتی مقادیر سختی مختلفی را شامل می‌شود .

این فولاد در اثر عملیات حرارتی آنیل در دمای ۸۴۵ درجه سانتی گراد دارای سختی (HB) 229 است. مقدار سختی (HB) 269 با نرماله کردن این فولاد در دمای ۹۰۰ درجه سانتی گراد بدست می‌آید.

در اثر تمپر کردن این فولاد در دمای ۲۰۵ درجه سانتی گراد و سپس کوئنچ کردن آن در روغن ، فولادی دانه ریز بدست می‌آید. سختی بدست آمده در این شرایط (HB) 601 است. در اثر تمپر کردن فولاد تا دمای ۳۱۵ درجه سانتی گراد و کوئنچ آن در روغن فولادی دانه ریز با سختی (HB) 578 بدست می‌آید [۱] .

با تمپر کردن فولاد ۹۲۵۵ در دمای ۴۲۵ درجه سانتی گراد فولاد دانه ریز با سختی (HB) 477 بدست می‌آید . در نهایت با تمپر کردن این فولاد در دماهای ۵۴۰ و ۶۵۰ درجه سانتی گراد فولادهای دانه ریز با سختی ۳۵۲ و (HB) 285 بدست می‌آید [۱] .

خواص فولادهای حاوی منگنز و سیلیسیم

در ادامه به سایر خواص فولادهای حاوی منگنز و سیلیسیم پرداخته شده است [۱] .

 ۹۲۵۴ ، ۹۲۵۵ ، ۹۲۶۰ ، H9260 : دانسیته (×۱۰۰۰ kg/m^۳) ۷/۷ تا ۸/۰۳ ، نسبت پواسون ۰/۲۷ تا ۰/۳۰ و مدول الاستیک (GPa) 190 تا ۲۱۰ .

۹۲۵۵ : استحکام کششی (Mpa) 774/3، استحکام تسلیم (Mpa) 486/1 ، درصد ازدیاد طول (%) ۲۱/۷ ، کاهش سطح مقطع (%) ۴۱/۱ ، سختی (HB) 229 ، استحکام ضربه (J) 8/8 .

۹۲۶۰ : استحکام کششی (Mpa) 1758 ، استحکام تسلیم (Mpa) 1508 ، درصد ازدیاد طول (%) ۸ ، کاهش سطح مقطع (%) ۲۴ ، سختی (HB) 600 .

کاربرد فولادهای حاوی منگنز و سیلیسیم

فولاد AISI 9254 فولاد فنر تجاری با مقدار سیلیسیم بالا است . این فولاد بطور گسترده در ساخت فنر استفاده می‌شود. با روش‌های مختلف عملیات حرارتی خواص مکانیکی فولاد AISI 9254 می‌تواند افزایش یابد و در ساخت چاقوها ، شمشیرها و حتی زره استفاده شود [۴] .  فولادهای AISI 9255 نیز جزء فولادهای فنر هستند و در ساخت فنر استفاده می‌شوند [۵] .

جمع بندی نتایج

فولادهای حاوی منگنز و سیلیسیم سری‌های ۹۲xx فولادهای کم آلیاژی هستند که مقادیر بالایی از عناصر منگنز و سیلیسیم را شامل می‌شوند .

این فولادها انواع مختلفی دارند و با روش‌های عملیات حرارتی مختلف برخی از خواص آن‌ها بهبود می‌یابد .

این فولادها بطور گسترده بعنوان فولادهای فنر تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرند .

منابع

[۱]         “https://www.efunda.com/materials/alloys/alloy_steels/list_alloy.cfm?m=ais&Page_Title=AISI%209xxx&ID_Low=AISI_9.” .

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

[۳]      کاویانی‌نژاد، فریدون, انتخاب مواد و طراحی برای مهندسین مواد- مکانیک- شیمی. موسسه آموزشی و تحقیقاتی صنایع دفاعی.

[۴]         V. Kilicli, “EFFECT OF TEMPERING TEMPERATURES ON MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF AISI 9254 STEEL EFFECT OF TEMPERING TEMPERATURES ON MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF AISI 9254 STEEL,” no. April, 2016.

[۵]         “https://en.wikipedia.org/wiki/Spring_steel#cite_note-bookilootedfromanabandonedwarehouse-9.” .