وانادیم  
درباره آهن20 آگهی‌های خرید آگهی‌های فروش مناقصه‌ها مزایده‌ها دانستنی‌های فولاد قیمت روز آگهی‌های خدمات

وانادیم

در سال 1801 در مکزیکوسیتی توسط یک کانی شناس اسپانیایی به نام آندرس مانئول دل ریو (Andres Manuel del Rio) کشف شد. وی آن را سرب قهوه ای نامید (آنچه که امروزه بنام وانادینیت مشهور است). 

پس از آزمایش هایی که در این باب انجام داد، رنگ آن ایشان را به یاد کروم می انداخت به همین دلیل آن را پان کروم نامید. او بعد آن را اریترونیوم نامید زیرا نمک های آن هنگام حرارت دهی به رنگ قرمز در می آمد. البته شیمیدان فرانسوی به نام هیپولیت ویکتور کالت دستکوتلس (Hippolyte Victor Collet-Descotils) به اشتباه اعلام کرد که عنصر جدیدی که توسط دل ریو کشف شده است، تنها کروم ناخالص است.

 

در سال 1831 دانشمند سوئدی هنگام انجام تحقیقاتی بر روی سنگ آهن، وانادیم را در حالت اکسیدی دوباره کشف نمود و در همان سال فریدریش وهلر تحقیقات دل ریو را تایید کرد. بعد از این بود که جورج ویلیام فیدرستونهاف (George William Featherstomhaugh) پیشنهاد کرد که اسم این فلز ریونیوم باشد که هیچ وقت عملی نشد.

 

در سال 1867 توسط هنری اینفیلد(Henry Einfield) از احیاء کلرید وانادیم (III) (VCl3) بهمراه هیدروژن وانادیم فلز  را بدست آورد. واژه وانادیم از Vanadis گرفته شده است که یکی از الهه ها در خداشناسی اسکاندیناوی بود زیرا این عنصر دارای ترکیبات رنگی زیبایی بود.

 

با افزودن وانادیم به فولادهای ابزار و آلیاژی سختی پذیری آنها افزایش یافته و کاربیدهای کمپلکس در ریزساختار تشکیل می شود. اعتقاد بر این بود که وجود ذرات کاربیدی برای افزایش سختی است در حالیکه مقاومت به نرم شدن در حین برگشت را بالا می برد. درصد وانادیم در این فولادها 0.10-0.15% بوده که در فولادهای تندبر در ابزار برش تا 1% نیز می رسد.

 

وانادیم به عنوان عنصر آلیاژی در فولادهای HSLA و کربنی میکروآلیاژی استفاده می شود و مقدار کمی در حدود 0.05-0.10%  برای افزایش استجکام فولاد بدست آمده کافی است. وزن اتمی وانادیم 51 و نقطه ذوب 1900 درجه سانتیگراد دارد. ساختار کریستالی وانادیم bcc بوده و در ریزساختار فریت زاست و دمای کوری را افزایش می دهد و منطقه پایداری آستنیت را می کاهد. وانادیم تمایل متوسطی به ترکیب با اکسیژن داشته ولی تمایل ترکیب با نیتروژن آن قوی است و به ترکیب با کربن تمایل بسیار قوی دارد. در دماهای بالا Ac3، وانادیم از درشت شدن دانه های آستنیت جلوگیری می کند. وانادیم ، مقاومت به سایش و حفظ دندانه های تیز و استحکام در دماهای بالا را افزایش می دهد. همچنین بخاطر ریز کردن دانه های آستنیت، قابلیت جوشکاری را بهبود بخشیده و نیز مقاومت در برابر هیدروژن با فشار بالا را افزایش می دهد.

 

ذرات نیترید وانادیم باید تا دمای 1350 درجه سانتیگراد حرارت داده شوند. برای استحکام دادن به فولادهای آلیاژی شده با وانادیم، می توان از نورد کنترل شده یا عملیات حرارتی استفاده کرد. گاهی نیز از ترکیب هر دو روش می توان استفاده کرد.

 

به خاطر تاثیر وانادیم بر مورفولوژی کاربیدها، سختی فولادهای مارتنزیتی را افزایش می دهد. این عنصر بیشتر در فولادهای زنگ نزن سختی پذیر بکار می رود.

 

وانادیم از طریق تشکیل محلول جامد، فریت را تا حد متوسط مستحکم می کند و با حل شدن در آستنیت، سختی پذیری را شدیداً می افزاید. در ترکیب فولاد با کربن واکنش داده و کاربید وانادیم V4C3 تشکیل می دهد. این کاربید در فریت بطور جزیی حل می شود ولی در آستنیت تا حد قابل توجهی حل می شود. وانادیم موجود در فولاد سبب ریز شدن دانه ها می شود. کاربید ها هم می توانند در حین ذوب رسوب کنند و هم امکان دارد در طی عملیات حرارتی بعد از استحاله رسوب کند. تمایل به ریز کردن ساختار از طرف این عنصر موجب شده که در ساختارهای کاربیدی ریز در فولادهای هایپریوتکتوئید استفاده شود.

 

وانادیم اکسیژن زدای نسبتا قوی بوده ولی نیترید آن بسیار پایدار است از این رو، به ترکیب نیتروآلوی ها اضافه می شود تا پایدار بودن نیترید آن باعث شود تا خواص لایه سطحی افزایش یابد.

 

 وانادیم استحکام فریت را از طریق تشکیل محلول جامد افزایش می دهد، به ترکیب فولادهای آلیاژی کم کربن اضافه می شود تا استحکام کششی آنها بدون هیچگونه کاهش در داکتیلیتی افزایش یافته و این موجب گشته تا در کاربردهای مهندسی استفاده شود. وانادیم درصد کربن یوتکتوئید را می کاهد، به عنوان مثال وجود 1% وانادیم، درصد کربن یوتکتوئید را تا 0.6% می کاهد.

 برای چقرمه کردن و اصلاح اندازه دانه فولادهای کربنی متوسط، درصد وانادیم در محدوده 0.1-0.3% کافی است. سختی پذیری لازم نیز از حضور کاربیدهای منگنز و آهن در ریزساختار بدست می آید. فولاد کربنی  C %0.8، Mn%0.15 ،%0.5 V برای قطعات بزرگ فورج، قطعات لوکوموتیو، میل لنگ ها و قطعات مشابه که نیاز به استحکام کششی و چقرمگی دارند، مناسب است. فولاد کربنی ساده با سخت گردانی سطحی حاوی 0.12-0.15% C %0.35-1.0 ،Mn %0.10 ،V قابلیت جوشکاری خوبی داشته و در سیم جوش های گازی بکار می رود.

 

فولادهای با درصد کربن بالا (0.2-0.5% V %0.25-0.5 ،Mn %0.60-1.4 ،C) قبل از استفاده در ابزارها و قالب های چکش و مته ها کوئنچ و تمپر می شوند. بنابراین می توان به استحکام کششی و خواص ضربه ای بالاتری دست یافت.

 

مقاومت سایشی فولادهای ابزار با افزودن وانادیم و تشکیل کاربیدهای وانادیم پایدار افزایش می یابد. در گروه فولادهای ابزار کم آلیاژ، دو نوع فولادهای کروم-وانادیم وجود دارند: یکی دارای ترکیب 0.1-0.2% V %0.6-1.2 ،Cr %0.1-0.35 ،Mn %0.5-1.4 ،C بوده و دیگری دارای منگنز بالایی تا 0.4-0.60% می باشد. فولاد با منگنز کم در آب کوئنچ می شود ولی فولاد دیگر با درصد منگنز بالاتر در روغن کوئنچ می شود.

 

برخی از انواع معینی از فولادهای پرکربن کم تنگستن دارای وانادیم می باشند. این نوع فولادهای تنگستن دار حاوی C %0.10-0.25 ،V %1.75-2.5  W%0.15-0.35 ،Mn %1.15-1.25 بوده و در ابزارهای برش و قالبهای شکل دهی سرد و ابزار تمام کاری برای آلیاژهای غیرآهنی کاربرد فراوانی دارند.

 

در فولادهای منگنز دار (0.85-0.95% C %1.5-1.75 ،Mn) که در روغن کوئنچ می شود، درصد کمی از وانادیم (0.10-0.25%) وجود دارد که از رشد دانه جلوگیری می کند. نوع دیگری از این نوع فولادها، که در قالبها بکار می رود و قبل از کوئنچ ماشینکاری می شوند، درصد پایینی کروم دارد. در هنگام تولید مقاطع بزرگ، بجای کروم از مولیبدن استفاده می شود که این باعث می شود سختی پذیری افزایش یافته و اثر اصلاح دانه ای رخ دهد.

 

فولادهای ابزار کربن - وانادیم، کروم - نیکل - وانادیم و کروم - نیکل - مولیبدن - وانادیم همگی تا 0.15% وانادیم دارند. مقدار انرژی ضربه خوبشان، آنها را برای قالبهای چکش و اینسرتی ها مناسب کرده است.

 

برخی از فولادهای پرکربن پر کروم (فولادهای Wartle) مقداری وانادیم نیز دارند که مقاومت سایشی آنها را افزوده و دمای درشت شدن دانه ها را تا 1030 درجه سانتیگراد بالا می برد. نوعی از این فولاد، 0.75-1.0% V %12-14 ،Cr %2 ،C بوده و نوع دیگر 0.6-1.0% کبالت دارد. فولاد گرم کار تنگستن دار عموماً 0.3-0.6% وانادیم دارد که استحکام گرم و مقاومت سایشی را می افزاید. فولاد قالب دیگر، فولاد 7-7-1، فولاد تنگستن - کروم - سیلیس می باشد که دارای 0.3-0.6% V می باشد و اندازه دانه را اصلاح می کند. فولاد تنگستن - کروم - وانادیم 18-4-1 شامل 0.6-1.2% وانادیم است. فولادهایی همچون 6-6-2 (فولادهای تنگستن - مولیبدن - وانادیم) تولید می شوند و فولادهای تندبر Mo-W دارای 4% وانادیم هستند. درصد کربن این فولادها معمولاً با افزایش درصد وانادیم بیشتر می شود و در نهایت در یک مقدار مشخصی از کربن و وانادیم مقدار سختی کاهش می یابد. از این رو اکثر فولادهای با وانادیم زیاد دارای کربن پایین می باشند و درصد قابل توجهی فریت دارند و در واقع با افزایش درصد وانادیم فورج آنها مثل فولادهای کربنی انجام خواهد شد. در کربن 0.7% متداول است که درصد وانادیم 1.0% باشد و البته برای رسیدن به ترکیبی از فورج پذیری و قابلیت برشکاری، بهتر است به ازای افزایش 1% وانادیم، 0.2% کربن زیادتر شود. وانادیم هم چنین می تواند جایگزین تنگستن در فولادهای تندبر شود و مثل آن فریت زای قوی است. عموماً درصد تنگستن از 14% کمتر بوده ولی درصد وانادیم برابر 2% و بالاتر می تواند باشد. نوعی از این فولاد 4.5% V %4 Cr %14 W خواص برشکاری بسیار خوبی داشته و در مته ها بکار می رود.

 

وانادیم در فولادهای مارتنزیتی مقاوم به خزش نیز کاربرد دارد. کاربید نقش اصلی در مکانیسم رسوب سازی ایفاء می کند.

 

وانادیم در چدن کاربیدزای بسیار قوی بوده و از گرافیت زایی جلوگیری می کند و پرلیت را پایدار می سازد. وانادیم خصوصاً در مقاطع نازک نقش مبرد chiller را بازی می کند.

 

افزودن 0.10-0.50% V به چدن سمنتیت را پایدار کرده، توزیع ورق های گرافیت را یکنواخت و اصلاح می کند و اندازه دانه زمینه را بهبود می دهد. لاینرهای موتورهای دیزل که از چدن ساخته می شود دارای 0.1-0.2% V هستند تا سختی و استحکام و مقاومت سایشی را افزایش دهد. برای بهبود قابلیت ماشینکاری چدن های پرآلیاژی ممکن است تا 0.12% وانادیم نیز اضافه شود.

 از آنجاییکه وانادیم کاربید زا بوده و در حضور مولیبدن مناطق حاوی کاربیدهای کمپلکس را تشکیل می دهد و در نتیجه زمینه را از مولیبدن خالی می کند و بر ساختار سوزنی تاثیر منفی دارد، بنابراین در ترکیب چدن های سوزنی عنصر نامطلوبی محسوب می شود.

مطالب مرتبط

فلز روی      

مس     

آلومینیوم      

سرب     

چدن     

تیتانیوم     

نیکل     

برنج     

تنگستن     

منیزیم

منگنز       

قلع       

انتشار آگهی در تلگرام