فولاد vcn چیست، ویژگی‌ها و کاربرد آن

فولاد vcn از انواع مهم ترین فولادهای آلیاژی محسوب می‌شود که دارای ویژگی‌ها و کاربردهای مختلفی است. بطور کلی فولادهای آلیاژی به غیر از آهن و کربن دارای عناصر دیگری جهت بهبود خواص آن می‌باشند. شاید تابحال با فولاد عملیات حرارتی پذیر و عملیات حرارتی ناپذیر آشنا شده باشید. یکی از ویژگی‌های فولادهای آلیاژی، عملیات حرارتی پذیر بودن یا نبودن آن است که آن را از سایر محصولات متمایز کرده است. دانستن ویژگی این فولاد در استفاده و کاربرد آن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. برای آشنایی بیشتر با فولاد vcn و ویژگی‌های آن توصیه می‌کنیم حتما در ادامه مطلب با ما همراه باشید.

*** فولاد vcn چیست؟

آیا با فولادهای آلیاژی آشنایی دارید؟ فولاد vcn از جمله فولادهای آلیاژی می‌باشد که در صنعت کاربردهای فراوانی دارد. نام این فولاد مخفف عبارت “Vanadium Carbide Nitride” می‌باشد. یعنی فولادی که دارای عناصر آلیاژی وانادیم، کاربید و نیترید است. از ویژگی‌های مهم این فولاد قابلیت عملیات حرارتی بسیار خوب آن است.

این فولاد در برابر گرما مقاوم بوده، بنابراین، در ساخت قطعات و دستگاه‌هایی که در معرض بارهای کششی، خمشی و پیچشی قرار دارند؛ کاربرد دارد. مقاومت بالا در برابر شکست از دیگر ویژگی‌های این فولاد می‌باشد. این فولاد دارای انواع مختلفی است که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارند.

*** فولاد vcn از چه عناصری تشکیل شده است؟

همانطور که گفتیم فولاد vcn جزء فولادهای آلیاژی محسوب می‌شود که به غیر از آهن و کربن دارای عناصر آلیاژی وانادیم، کاربید و نیترید می‌باشد. فولاد vcn با نام فولاد ۴۳۴۰ نیز شناخته می‌شود. برای اینکه با نامگذاری فولادها بهتر آشنا شوید پیشنهاد می‌کنیم به کلید فولاد مراجعه کنید. نامگذاری این فولاد آلیاژی به شکل vcn اولین بار توسط شرکت بوهلر انجام شد.

ترکیب شیمیایی انواع مختلف این فولاد دارای عناصر آلیاژی کربن، نیکل، مولیبدن، وانادیم، کروم و سیلیسیم هستند. طبق آنالیزهای انجام شده، در همه انواع فولاد vcn، عنصر سیلیسوم به میزانی کمتر از ۰.۴ درصد، منگنز در بازه ۰.۵ تا ۰.۸ درصد و گوگرد به میزان ۰.۰۳۵ درصد حضور دارد.

*** تاثیر عناصر آلیاژی

همانطور که می‌دانید، این فولاد نوع خاصی از گروه بزرگ فولادهای کم آلیاژ و کربن متوسط می‌باشد و حضور عنصر کربن و کروم در ترکیب این فولاد آلیاژی باعث افزایش استحکام آن شده است. علاوه بر این عنصر آلیاژی مولیبدن نیز در دمای بالا تشکیل کاربید در مرزدانه‌ها داده و باعث ریزدانه شدن فولاد و در نتیجه افزایش قابل توجه استحکام و مقاومت به خزش در فولاد می‌شود.

عنصر مولیبدن تاثیر منحصر به فرد دیگری که می‌گذارد بر خواص فولاد vcn می‌باشد که می‌توان به افزایش چقرمگی منجر شود. بنابراین در خواص فیزیکی این فولاد می‌توان مشاهده کرد که با وجود دارا بودن استحکام بالا، از مقاومت ضربه مطلوبی نیز برخوردار است. البته تا جایی که این فولاد در شرایط آنیل شده امکان شکل ‌پذیری و خم‌ شدن را نیز دار باشد، وجود این خاصیت در کنار استحکام بالا در فلزات پدیده‌ای کم‌ نظیر است؛ زیرا این دو ویژگی با یکدیگر رابطه معکوس دارند.

*** مشخصه‌های فولاد vcn

از مهم‌ترین مشخصه‌های فولاد vcn مانند دیگر آلیاژهای گروه فولادهای عملیات حرارتی‌پذیر، در قابلیت بالای مقاومت حرارتی آن است. قابلیت بالای ماشین‌کاری، مقاومت در برابر نیروهای خمشی، پیچشی و کششی، انعطاف‌پذیری بالا، مقاومت به شکست و ضربه و همچنین مقاومت سایشی مطلوب از سایر خواص این فولاد می‌باشد.

این دسته از فولادها با عملیات حرارتی مختلفی مانند سخت‌کاری و آب‌دهی به استحکام کششی و تسلیم بالاتر دست یافته و برای استفاده در تولید قطعات با سطح مقطع بزرگ و تحت بار و تنش‌های شدید مناسب خواهد بود. فولاد vcn از خواص فورجینگ (چکش‌خواری) مطلوبی برخوردار بوده و بسیار فورج‌ پذیر است. البته در صورتی که بعد از انجام این فرآیند، خنک کردن به شیوه نادرستی انجام شود، پدیده ترک به آسانی در قطعه اتفاق خواهد افتاد.

در این فولاد فرآیند جوشکاری معمولا به روش‌های ذوبی و مقاومتی انجام می‌شود. خواص جوشکاری این فولاد در حد متوسط است و در برخی موارد نیاز به پیش‌گرم و عملیات حرارتی مخصوص دیگری دارد. همچنین این فولاد دارای قابلیت مطلوب ماشین‌کاری به تمام روش‌های مرسوم و متداول است. فولاد vcn دارای چگالی ۷.۸۵ گرم بر سانتیمتر مکعب و هدایت حرارتی W/m.k 44.5 در ۱۰۰ درجه سانتیگراد است. این فولاد قابلیت سخت‌کاری سطحی به روش نیتریداسیون را دارد و با این روش می‌تواند به سختی‌های بالا دست یابد. نقطه ذوب فولاد vcn در حدود ۱۴۲۷ درجه سانتیگراد است. این فولاد مقاومت به ضربه بالایی داشته و در کاربردهای تحت نیروهای ضربه‌ای نیز به خوبی عمل می‌کند.

*** انواع فولاد vcn و خواص هر کدام از آنها

فولادهای vcn در بازار ایران در سه نوع یافت می‌شوند. نکته قابل توجه این است که استحکام، سختی و دمای تمپر این فولادها تفاوت زیادی ندارند. اما در کاربردهای خاص می‌توان به تفاوت‌های آنها پی برد. در ادامه به معرفی انواع این فولاد می‌پردازیم.

*** vcn100

استحکام تسلیم این نوع فولاد در بازه ۹۰۰ تا ۱۰۰۰ مگاپاسکال قرار دارد. این فولاد دارای انرژی ضربه ۳۵ ژول است. سختی قابل حصول در این فولاد ۵۱ تا ۵۹ راکول سی ارزیابی شده است. این فولاد با نام‌های تجاری MONIX10، V165 و BOZ-1 نیز شناخته می‌شود. سایر خواص فیزیکی و ترکیب شیمیایی این فولاد در جدول زیر آورده شده است.

*** vcn150

این فولاد انرژی ضربه به میزان ۳۵ ژول دارد. استحکام تسلیم این فولاد از نوع قبلی بالاتر بوده و در حدود ۱۰۰۰ مگاپاسکال قرار دارد. سختی قابل حصول در این فولاد ۵۰ تا ۵۸ راکول سی است. نام‌های تجاری این فولاد MONIX15، V155 و BOZ هستند. دیگر خواص فیزیکی و ترکیب شیمیایی این فولاد در جدول زیر آورده شده است.

*** vcn200

این نوع فولاد vcn از بقیه انواع آن استحکام تسلیم بالاتری دارد که در حدود ۱۰۵۰ مگاپاسکال است. سختی قابل حصول در این فولاد نیز مانند مورد قبل، ۵۰ تا ۵۸ راکول سی است. این فولاد با نام‌های تجاری MONIX2، V145 و BOZ-S نیز در بازار شناخته می‌شوند. سایر خواص فیزیکی و ترکیب شیمیایی این فولاد در جدول زیر آورده شده است.

نکته مهم در نامگذاری این فولادها این است که اعداد ۱۰۰، ۱۵۰ و ۲۰۰ در نام‌گذاری هر یک از انواع آنها، بیانگر میانگین درصد عناصر کروم و نیکل در ترکیب شیمیایی این فولادهای آلیاژی تقسیم بر صد است.

*** عملیات حرارتی فولاد vcn

به طور کلی عملیات حرارتی به دلیل بهبود برخی خواص فیزیکی و مکانیکی در فولادها انجام می‌شود. خواصی مانند چقرمگی، سختی، انعطاف پذیری، قابلیت ماشین‌کاری، ساختار دانه، مقاومت به سایش و تنش‌های درونی قطعه از جمله خواص فولاد هستند که با انجام عملیات حرارتی دچار تغییرات می‌شوند. فولاد vcn نیز مانند همه انواع فلزات عملیات حرارتی ‌پذیر، دارای روشی مخصوص به خود برای حرارت دادن و سرد کردن است. با انجام عملیات حرارتی مناسب برای این فولاد می‌توان به سختی و استحکام بالاتری رسید.

آنیل، آب‌دهی (سخت‌کاری) و تمپرینگ از جمله مهم‌ترین عملیات حرارتی قابل انجام بر روی فولاد vcn است. در کاربردهای مختلف فولاد، دمای مورد نظر در طول مراحل مختلف عملیات حرارتی می‌تواند در بازه‌های دمایی عنوان شده متغیر باشد. دمای بازپخت که در هر کدام از انواع فولادهای vcn دارای یک بازه دمایی است، بر اساس استحکام نهایی مورد نیاز انتخاب می‌شود. همچنین برای انجام ماشین‌کاری بر روی قطعاتی از این جنس، بهتر است از فولاد vcn در شرایط آنیل یا نرمالیزه شده استفاده شود. در ادامه جزئیات مهم عملیات حرارتی انواع این فولادها بر اساس استاندارد DIN EN آورده شده است.

*** کاربردهای فولاد vcn

فولاد آلیاژی vcn کاربرد گسترده‌ای در صنایع مختلف دارد. این کاربرد به علت وجود قابلیت مقاومت حرارتی بالا، قابلیت عملیات حرارتی‌پذیری، استحکام و چقرمگی بالا در این فولاد است. کاربرد فولاد vcn150 نسبت به انواع دیگر آن گسترده‌تر است. عمده کاربرد این فولاد مربوط به شرایطی است که دیگر انواع فولادهای آلیاژی برای رسیدن به استحکام مورد نیاز، قابلیت سختی‌پذیری نداشته باشند. از آن جایی که عمق سختی مهم‌ترین معیار برای قطعات دارای سطح مقطع ضخیم است، چنین قطعاتی را می‌توان با استفاده از فولاد آلیاژی vcn تولید کرد. زیرا همگن بودن توزیع سختی در تمام سطح مقطع و عمق مقطع قطعه به عناصر آلیاژی وابسته است که به شکل مطلوبی در این نوع فولاد وجود دارد.

بزرگ‌ترین مصرف فولاد جهان در اختیار صنعت ساختمان ‌سازی قرار دارد. در صنعت ساخت و ساز انواع فولاد ساختمانی به شکل میلگرد، لوله، ورق، پروفیل نبشی، ناودانی و تیرآهن مورد استفاده قرار می‌گیرند. فولاد AISI 4340 یا vcn به دلیل دارا بودن قابلیت شکل‌پذیری، مقاومت سایشی، استحکام تسلیم و استحکام کششی بالا و مقاومت حرارتی بسیار بالا، یکی از گزینه‌های مورد استفاده در صنعت ساخت و ساز است. این فولاد به علت مقاومت بسیار بالا در برابر نیروهای خمشی، کششی، فشاری و پیچشی می‌تواند به صورت میلگرد در بسیاری از سازه‌های تحت بارگذاری شدید موثر عمل کند.

*** نتیجه گیری

فولاد vcn از مهم‌ترین فولادهای آلیاژی به شمار می‌رود که با توجه به ترکیب شیمیایی دارای انواع مختلفی می‌باشد. ویژگی مهم این فولادها قابلیت عملیات حرارتی پذیر بودن آنهاست. این ویژگی باعث ایجاد تغییرات دلخواه و موثر در خواص فولاد شده است. از مهم‌ترین کاربردهای این نوع از فولادها می‌توان به صنعت ساختمان سازی اشاره کرد. امیدواریم تا با مطالعه مقاله فوق پاسخ سوال‌هایتان را دریافت کرده باشید.