فولادهای کربنی به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند: فولادهای کم کربن (با کمتر از 0.2 درصد کربن)، فولادهای کربن متوسط (با 0.2 تا 0.5 درصد کربن) و فولادهای پر کربن (با بیش از 0.5 درصد کربن). فولادهای کم کربن به دلیل خواص هدایت مغناطیسی بالا، در صنعت برق کاربرد زیادی دارند. فولادهای کربن متوسط و پر کربن به دلیل استحکام و سختی بالا، در ساخت قطعات مهندسی و ابزارهای برشی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
فرآیند ریخته‌گری فولادهای کربنی شامل مراحل مختلفی است که از جمله آن‌ها می‌توان به ساخت الگو، قالب‌گیری، ذوب فلز، ریختن فلز مذاب در قالب و سپس سرد کردن و انجماد آن اشاره کرد. این فرآیند امکان تولید قطعات با اشکال پیچیده و مقاطع توخالی را فراهم می‌کند و به دلیل تکرارپذیری بالا، برای تولید انبوه محصولات مناسب است.
تصویر ریز ساختار میکروسکوپی آلیاژ CK60
یکی از مزایای اصلی ریخته‌گری فولادهای کربنی، امکان تولید قطعات با دقت بالا و هزینه کمتر نسبت به سایر روش‌ها است. این فرآیند همچنین امکان تولید قطعات بزرگ و سنگین را فراهم می‌کند که در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، ساخت و ساز، وتجهیزات صنعتی کاربرد دارند. در مجموع، فولادهای کربنی با قابلیت ریخته‌گری به دلیل تنوع در ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی، از مواد اصلی در صنایع مختلف نقش مهمی در توسعه فناوری‌های نوین دارند.
ریخته گری فولاد آلیاژی
فولادهای آلیاژی ، به دلیل خواص مکانیکی و شیمیایی بهبود یافته، در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارند. این فولادها با افزودن عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، مولیبدن، وانادیوم و تنگستن به ترکیب آهن و کربن تولید می‌شوند. این عناصر باعث بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی فولاد می‌شوند و آن را برای کاربردهای خاص مناسب می‌سازند یکی از ویژگی‌های برجسته فولادهای آلیاژی، استحکام و سختی بالا است که به دلیل حضور عناصر آلیاژی به دست می‌آید. به عنوان مثال، کروم باعث افزایش سختی و مقاومت به خوردگی، نیکل باعث افزایش استحکام و تافنس، و مولیبدن باعث افزایش مقاومت به شوک و گرما می‌شود. این خواص باعث می‌شود که فولادهای آلیاژی در شرایط سخت و محیط‌های خورنده عملکرد بهتری داشته باشند.
تصویر ریز ساختار میکروسکوپی آلیاژ St37
فولادهای آلیاژی نیز یکی از مزایای مهم آن‌ها است. فرآیند ریخته‌گری شامل مراحل مختلفی از جمله ذوب فلز، ریختن فلز مذاب در قالب و سپس سرد کردن و انجماد آن است. این فرآیند امکان تولید قطعات با اشکال پیچیده و مقاطع توخالی را فراهم می‌کند و به دلیل تکرارپذیری بالا، برای تولید انبوه محصولات مناسب است. فولادهای آلیاژی به دلیل خواص بهبود یافته، در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، هوافضا، نفت و گاز، و ساخت ابزارهای برشی و قالب‌ها کاربرد دارندیکی از مزایای اصلی ریخته‌گری فولادهای آلیاژی، امکان تولید قطعات با دقت بالا و هزینه کمتر نسبت به سایر روش‌ها است. این فرآیند همچنین امکان تولید قطعات بزرگ و سنگین را فراهم می‌کند که در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، ساخت و ساز، و تجهیزات صنعتی کاربرد دارند در مجموع، فولادهای آلیاژی با قابلیت ریخته‌گری به دلیل تنوع در ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی، از مواد اصلی در صنایع مختلف محسوب می‌شوند .
نقش دیاگرام آهن کربن در آلیاژ سازی
دیاگرام آهن-کربن یکی از مهم‌ترین ابزارها در متالورژی است که تغییرات ساختاری آلیاژهای آهن-کربن را نسبت به دما و درصد کربن نشان می‌دهد. این دیاگرام به ما کمک می‌کند تا رفتار آلیاژهای مختلف آهن-کربن را در شرایط مختلف دما و ترکیب شیمیایی پیش‌بینی کنیم. کربن به عنوان یک عنصر آلیاژی در آهن، تأثیرات مهمی بر خواص مکانیکی و فیزیکی آلیاژهای آهن-کربن دارد. در دیاگرام آهن-کربن، درصد کربن از 0 تا 6.67 درصد متغیر است و این تغییرات درصد کربن باعث ایجاد فازهای مختلفی در آلیاژ می‌شود.
فریت (آهن آلفا) یک فاز با ساختار بلوری مکعبی مرکز پر (BCC) است که در دماهای پایین و درصد کربن کم تشکیل می‌شود. این فاز دارای خاصیت مغناطیسی است و تا دمای 768 درجه سانتی‌گراد این خاصیت را حفظ می‌کند. فریت نرم و انعطاف‌پذیر است و مقاومت کمی در برابر سایش دارد. آستنیت (آهن گاما) یک فاز با ساختار بلوری مکعبی مرکز وجهی (FCC) است که در دماهای بالاتر از 912 درجه سانتی‌گراد و درصد کربن بیشتر تشکیل می‌شود. این فاز غیرمغناطیسی است و حلالیت بالایی برای کربن دارد. آستنیت در دماهای بالا پایدار است و با سرد شدن به فازهای دیگر تبدیل می‌شود. سمنتیت (کاربید آهن) یک ترکیب شیمیایی بین فلزی است که از آهن و کربن تشکیل شده و دارای ساختار بلوری پیچیده‌ای است. این فاز سخت و شکننده است و در درصدهای بالای کربن تشکیل می‌شود. سمنتیت مقاومت بالایی در برابر سایش دارد و در فولادهای پرکربن یافت می‌شود. پرلیت یک ساختار لایه‌ای است که از فریت و سمنتیت تشکیل شده است. این ساختار در دماهای پایین و درصدهای متوسط کربن تشکیل می‌شود و دارای خواص مکانیکی متعادلی است. پرلیت در فولادهای ساختمانی و ابزارهای برش کاربرد دارد.
در دیاگرام آهن-کربن، استحاله‌های فازی مختلفی رخ می‌دهد که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از: استحاله یوتکتوئید که در دمای 727 درجه سانتی‌گراد و درصد کربن 0.8 درصد، آستنیت به پرلیت تبدیل می‌شود؛ استحاله یوتکتیک که در دمای 1147 درجه سانتی‌گراد و درصد کربن 4.3 درصد، مایع به آستنیت و سمنتیت تبدیل می‌شود؛ و استحاله پریتکتیک که در دمای 1493 درجه سانتی‌گراد و درصد کربن 0.16 درصد، مایع و فریت به آستنیت تبدیل می‌شوند.
دیاگرام آهن-کربن به مهندسان و متالورژیست‌ها کمک می‌کند تا فرآیندهای حرارتی مختلف را برای بهبود خواص مکانیکی و فیزیکی آلیاژهای آهن-کربن طراحی و کنترل کنند. این دیاگرام در تولید فولادهای مختلف با کاربردهای گوناگون از جمله فولادهای ساختمانی، ابزارهای برش، و قطعات خودرو استفاده می‌شود.
ریخته گری فولاد استنلس استیل
استنلس استیل‌ها یا فولادهای زنگ‌نزن، به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و زنگ‌زدگی، در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارند. این فولادها با افزودن عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، مولیبدن و تیتانیوم به ترکیب آهن و کربن تولید می‌شوند. کروم، که حداقل 10.5 درصد از ترکیب را تشکیل می‌دهد، مسئول اصلی مقاومت به خوردگی است. نیکل و مولیبدن نیز به بهبود خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی کمک می‌کنند
استنلس استیل‌های آستنیتی، مانند گریدهای 304 و 316، از رایج‌ترین انواع استنلس استیل‌ها برای ریخته‌گری هستند. گرید 304 به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و قابلیت شکل‌پذیری خوب، در ساخت لوازم خانگی و تجهیزات فرآوری مواد غذایی کاربرد دارد. گرید 316 نیز به دلیل داشتن مولیبدن، مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارد و در محیط‌های خورنده مانند صنایع دریایی و پتروشیمی استفاده می‌شود
یکی از مزایای اصلی ریخته‌گری استنلس استیل‌ها، امکان تولید قطعات با دقت بالا و هزینه کمتر نسبت به سایر روش‌ها است. این فرآیند همچنین امکان تولید قطعات بزرگ و سنگین را فراهم می‌کند که در صنایع مختلفی مانند بیومتریال، ساخت و ساز، و تجهیزات صنعتی کاربرد دارند
