فولاد آلیاژی (به انگلیسی: Alloy steel) فولادی است که با عنصرهای گوناگون به صورت آلیاژ درآمده، برای بهبود ویژگی‌های مکانیکی فولاد میتوان از ۱٫۰ تا ۵۰٪ از وزن آن را آلیاژ کرد. آلیاژهای فولاد دو دسته‌اند: فولاد کم‌آلیاژ و فولاد پُرآلیاژ. تفاوت میان این دو، میتوان گفت، قراردادی است: اسمیت و هاشمی تفاوت این دو را در ۴٫۰٪ دانسته‌اند در حالی که گروه دگرمو آن را در ۸٫۰٪ می‌دانند.
در حالت کلی وقتی صحبت از «آلیاژ فولاد» می‌شود منظور فولاد کم‌آلیاژ است.
خود فولاد در واقع نوعی آلیاژ است. اما تمام گونه‌های فولاد را آلیاژ نمی‌خوانند. ساده‌ترین نوع فولاد که تقریباً میتوان گفت آهن است (نزدیک به ۹۹٪) خود با عنصر کربن آلیاژ شده‌است (بسته به نوع فولاد از ۰٫۱٪ تا ۱٪).
بنابراین منظور از آلیاژ فولاد، ترکیبی از فولاد، کربن و دیگر عنصرها است.
عنصرهایی که بیشتر برای این هدف کاربرد دارند، عبارتند از:
منگنز (پرکاربردترین)، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم، سیلیسیم و بور
عنصرهای کم کاربردتر عبارتند از:
آلومینیم، کبالت، مس، سریم، نیوبیم، تیتانیم، تنگستن، قلع، روی، سرب و زیرکونیم.
از ترکیب عنصرهای بالا با فولاد و آلیاژسازی، برخی ویژگی‌های فولاد کربن مانند مقاومت، سختی، چقرمگی، سایش، سخت شدگی و سختی در دمای بالا به گونهٔ درخور توجهی بهبود می‌یابد. برای دستیابی به بعضی از این ویژگی‌ها باید عملیات حرارتی روی فلز انجام شود.
ویژگی‌های یادشده در بالا در کاربردهای ویژه‌ای چون پرّه‌های توربین، موتور جت، فضاپیماها و رآکتورهای هسته‌ای بسیار مورد نیاز است.
به دلیل ویژگی‌های فرومغناطیس آهن، بعضی آلیاژهای فولاد و پاسخی که این آلیاژها در محیط مغناطیسی می‌دهند، اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. در موتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورها نیز چنین است.
فولاد یکی از مهمترین فلزات در جهان است.
کمتر صنعتی در جهان وجود دارد که با فولاد و محصولات آن سروکار نداشته باشد. فولاد می تواند خواص برخی از عناصر را جذب و ویژگی های چشمگیری پیدا کند که به این نوع فولاد، فولاد آلیاژی گفته می شود.
فولاد آلیاژی در صنایعی همچون :
• نفت
• پتروشیمی
• هواپیما سازی
• خودروسازی
• کشتی سازی
• ساخت قطعات
• مختلف و غیره کاربرد دارد.
فولاد خود یک آلیاژ است که از ترکیب آهن و کربن به وجود می آید.
این آلیاژ مهم به دلیل استحکام، مقرون به صرفه، ارزان و در دسترس بودن، راحتی در استخراج و تولید بسیار حائز اهمیت و پرکاربرد است.
از این جهت فولاد تقریبا در تمامی صنایع دیده می شود. اما چیزی که فولاد را نسبت به بقیه آلیاژها و فلزات منحصر به فردتر کرده امکان ساخت انواع فولاد آلیاژی با اضافه کردن برخی عناصر به آن است.
به هنگام تولید فولاد و در مرحله ذوب، عناصر مختلفی را به هدف تولید فولاد با قابلیت های بیشتر اضافه می کنند. مهمترین این عناصر کربن بوده که تعیین کننده میزان سختی و نرمی آن است.
به طوریکه هر چقدر میزان کربن بیشتر باشد حالت سختی، شکنندگی و جوش ناپذیری آن نیز افزایش می یابد.
از همین رو کربن را به میزان متعادل در فولاد به کار می برند تا جایی که هم فولاد سخت شود و هم خاصیت جوش پذیری مناسبی پیدا کند.
حال به بررسی بهترین های فولاد آلیاژی میپردازیم:
• فولاد آلیاژی کروم دار
این نوع فولاد آلیاژی در کنار کربن و برخی عناصر دیگر دارای درصد قابل توجهی عنصر کروم است.
این عنصر درون آهن ذوب شده و گداخته، ریخته می شود و در مجاورت کربن تبدیل به کربور ساده و مضاعف از آهن و کربن می گردد.عنصر کروم خاصیت بی نظیر ضد زنگ زدگی را به این فولاد آلیاژی می دهد.
هر چقدر درصد کروم بیشتر باشد این خاصیت ضد خورندگی و ضد زنگ در فولاد آلیاژی افرایش می یابد.
روش مقاومت فولاد آلیاژی کروم دار به خوردگی به این صورت است که وقتی این آلیاژ در مجاورت اکسیژن قرار بگیرد، عنصر کروم اولین ماده ای است که اکسید می شود و این اکسید شدن منجر به تولید لایه ای می شود که بقیه قسمت های آلیاژ را از خوردگی محافظت می کند.
در کل، اضافه کردن عنصر کروم به فولاد آلیاژی باعث افزایش مقاومت آن به خوردگی و مواد اسیدی و قلیایی می شود ولی همین عنصر خاصیت تورق و مفتول شدن را در آلیاژ کاهش می دهد بنابراین فولاد آلیاژی کروم دار برای چنین مصارفی مناسب نخواهد بود.
از نمونه های فولاد آلیاژی کروم دار میتوان به فولاد ابزار مدل D2 و فولاد ضد زنگ ۳۰۴ و ۳۱۶ اشاره کرد.
• فولاد آلیاژی وانادیوم دار
وانادیوم یکی از عناصری است که به فولاد ویژگی های خاصی اضافه می کند.
این عنصر به آهن گداخته اضافه می شود و کاربیدهای آن شروع به دانه سازی می کنند.
این کار به دانه های فولاد اجازه بزرگ شدن نداده و آنها را کنترل می کند.
فولاد آلیاژی وانادیوم دار دارای بافتی ریزدانه و ظریف است و شکل پذیری خوبی دارد.
در برخی فولادهای آلیاژی که میزان وانادیوم ۰.۱۵ الی ۰.۲ درصد است، کاربیدهای این عنصر در کنار کنترل اندازه دانه ها به استحکام و سختی فولاد می افزایند.
این نوع فولاد آلیاژی برای ساخت میل لنگ، قطعات لوکوموتیو و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.
از نمونه های فولاد آلیاژی وانادیوم دار میتوان به فولاد vg10 و M390 اشاره کرد که برای ساخت تیغه کاربرد دارند.
همچنین فولادهای آلیاژی A3 ، A9 و 01 دارای مقادیر قابل توجهی عنصر وانادیوم در محتوای خود هستند.
• فولاد آلیاژی تنگستن دار
وقتی که فولاد کربن دار ساده با تنگستن ادغام شود، نوعی فولاد آلیاژی تولید می شود که خاصیت قابل توجهی پیدا می کند.
این فولاد آلیاژی سختی بسیار بالا و برندگی زیاد دارد و برای ساخت انواع تیغه و مته، ابزار برنده، قلم تراش و غیره بهره گرفته می شود.
تنگستن باعث ثبات ترکیب شیمیایی فولاد پرکربن شده و به همین جهت برای ساخت آهنربا از آن بهره می گیرند.
آهنرباهایی که با فولاد آلیاژی تنگستن دار ساخته می شوند هیچ وقت خاصیت آهنربایی خود را از دست نمی دهند.
• فولاد آلیاژی منگنزدار
منگنز یکی دیگر از عناصری است که اضافه کردن آن به فولاد به آن خواص ویژه ای می بخشد.
این عنصر وقتی به فولاد افزوده شود مانع تشکیل ذرات آستنیت Austenite شده و شکل پذیری فولاد را بیشتر می کند.
گاهی نیاز است که برای افزایش سختی و استحکام فولاد عملیات حرارتی به نام کوئینچ کردن روی آن اعمال شود.
این فرآیند باید در یک بازه زمانی مشخص صورت بگیرد و اگر این فرآیند زودتر یا دیرتر از آن بازه زمانی انجام شود باعث بی ثباتی فولاد می گردد.
در اینجا با اضافه کردن عنصر منگنز فرایند کوئینچ کردن بدون اینکه زمان روی آن تاثیر بگذارد به خوبی اجرا شده و ضمن اینکه فولاد آلیاژی مستحکم می شود، فرم پذیری خوبی هم پیدا می کند.
نمونه ای از فولاد آلیاژی منگنزدار فولاد ابزار O2، فولاد A10 و A4 است که حاوی مقادیر زیادی منگنز هستند.
البته نوعی فولاد ضد زنگ با نام فولاد ۲۰۱ نیز وجود دارد که باز هم مقدار زیادی منگنز در محتوای خود دارا است.
برای تولید فولاد آلیاژی، در کنار کربن از عناصر دیگر نظیر منگنز، بور، وانادیم، کروم، منگنز، سیلیسیم، تنگستن و غیره استفاده می کنند.
هر کدام از این عناصر نوع خاصی از فولاد آلیاژی را با قابلیت ها و خواص ویژه به وجود می آورند.
بنابراین فولاد آلیاژی فولادی است که در ترکیب خود علاوه بر کربن یک یا چند تا از عناصری که در بالا ذکر کردیم را داشته باشد.
آنالیز انواع فولاد های آلیاژی
انواع فولاد آلیاژی به طور کل در دو دسته
فولاد کم آلیاژ
فولاد کم آلیاژ به آن نوع از فولاد آلیاژی اطلاق می شود که کمتر از ۸ درصد عناصر آلیاژی در محتوای خود داشته باشند.
فولاد پر آلیاژ
فولاد پر آلیاژ برخلاف دسته قبلی بیشتر از ۸ درصد عناصر آلیاژی در آنها وجود دارد