کدام آلیاژ در ساختن شیرآلات به کار میرود؟

وقتی صحبت از شیرآلات می‌شود، رنج وسیعی از محصولات در دایره این عبارت می‌گنجند. از شیرآلات آشپزخانه گرفته تا شیر پروانه‌ای صنعتی که در صنایع نفت و گاز از آن‌ها استفاده می‌شود. مطمئناً با توجه به نوع محصول و استفاده و کاربردی که دارد، ممکن است از آلیاژهایی مختلفی برای ساخت شیرآلات استفاده شود. هر کدام از این آلیاژها دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود هستند، که در ادامه مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

فولاد کربنی

فولاد کربنی (Carbon Steel) همان‌طور که از نامش پیداست، در واقع معرف طیف گسترده‌ای از فولادها است که کربن به عنوان اصلی‌ترین عنصر آلیاژی آن‌ شناخته می‌شود. به زبان ساده، فولاد را می‌توان آلیاژی دانست که آهن، عنصر پایه و کربن عنصر آلیاژی اصلی آن است. درصد وزنی کربن در این نوع فولاد بین 0.05 تا 2.1 درصد می‌باشد. اکثر فولادها حداقل مقداری کربن دارند اما انواع فولاد کربنی معمولاً بر اساس محتوا و میزان کربن آن دسته‌بندی می‌شود.

کربن یک عنصر مهم در ترکیبات فولاد است و تاثیر زیادی بر ویژگی‌ها و خواص فولاد دارد. در واقع، مقدار کربن موجود در فولاد به طور مستقیم تاثیرگذار بر سختی، مقاومت، دوام، جوش پذیری و سایر خواص فولاد است.

زمانی که درصد کربن در فولاد بالا باشد (به طور معمول بیش از ۰٫۳۰٪)، فولاد سخت و شکننده می‌شود. این نوع فولاد، به عنوان فولاد سخت معروف است. فولاد سخت معمولاً برای ساخت قطعاتی استفاده می‌شود که نیاز به مقاومت بالا در برابر فشار و سایر نیروها دارند، مانند ابزارهای برش و قطعات ماشینی. از طرف دیگر، وقتی که درصد کربن در فولاد کم باشد (کمتر از ۰٫۳۰٪)، فولاد نرم و قابل انعطاف می‌شود. این نوع فولاد، به عنوان فولاد نرم معروف است. فولاد نرم بیشتر در برخی از کاربردهای ساختاری و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا قابلیت انعطاف و تغییر شکل را دارد.

فولادهای کربنی معمولاً در حالت آنیل و یا نرمالیزه به‌کار می‌روند ولی در موارد خاص در حالت سخت کاری و تمپر شده نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فولاد ضد زنگ

فولاد ضد زنگ (به انگلیسی Stainless Steel) که با نام Inox نیز شناخته می‌شود، آلیاژی از فولاد بوده که مقاوم در برابر خوردگی است و اصلی‌ترین عناصر تشکیل‌دهنده آن، آهن، کروم و نیکل است که حداقل درصد جرمی کروم در آن ۱۰٫۵ درصد و حداکثر درصد جرمی کربن آن ۱٫۲ درصد می‌باشد. به عبارت دقیق‌تر فولاد آلیاژی از آهن و کربن است. مقاومت دربرابر خوردگی و خواص کلی را حتی با تغییر درصد عناصر اجزای تشکیل دهنده فولاد ضد زنگ می‌توان بهبود هم بخشید. به کمک عناصری چون نیکل، مولیبدن، تیتانیوم، منگنز و …

فولاد زنگ نزن گزینه‌های آلیاژی مختلفی دارد و متالورژی متفاوت هر آلیاژ منجر به خانواده‌های مختلف فولاد ضد زنگ و گریدهای متفاوت در آن خانواده‌ها می‌شود. 5 خانواده اصلی فولاد ضد زنگ وجود دارد:

• فولاد ضد زنگ آستنیتی (Austenitic Stainless Steel): فولادهای ضد زنگ آستنیتی به دلیل مقاومت استثنایی خود در برابر حرارت و خوردگی شناخته شده‌اند.
• فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (Martensitic Stainless Steel): بر خلاف آستنیتی، فولاد ضد زنگ مارتنزیتی را می‌توان با حرارت سخت کرد. این موضوع ،فولاد مارتنزیتی را قوی‌تر از سایر انواع می‌کند.
• فولاد ضد زنگ فریتی (Ferritic Stainless Steel): فولادهای فریتی حاوی بیش از 12 درصد کروم هستند که اساساً با عملیات حرارتی سخت نمی‌شوند و فقط اندکی با نورد سرد سخت می‌شوند.
• فولاد پیرسَختی (Pecipitation Hardening Stainless Steel): پیرسختی یک نوع عملیات حرارتی است که برای افزایش تنش تسلیم (استحکام) مواد چکش خوار مانند بسیاری از آلیاژهای آلومینیوم، منیزیم، نیکل، تیتانیوم و بعضی از فولادها و فولاد ضد زنگ استفاده می‌شود.
• فولاد دوپلکس (Duplex Sainless Steel): به این نوع فولاد ضدزنگ «دوپلکس» می‌گویند زیرا این آلیاژها دارای ریزساختار دو فازی هستند که از دانه‌های فولاد زنگ نزن فریتی و آستنیتی تشکیل شده است. محتوای کروم و مولیبدن به ترتیب با 22 تا 25 درصد و تا 5 درصد با محتوای نیکل بسیار کم است. ساختار دوپلکس به فولاد ضد زنگ خواص بسیار مطلوبی می‌دهد. برای مثال، استحکام دو برابر فولادهای زنگ نزن آستنیتی یا فریتی معمولی را با مقاومت در برابر خوردگی و چقرمگی عالی ارائه می‌دهد.

برنز

این آلیاژ از مس و روی تشکیل شده است. برنز در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاوم است. این آلیاژ برای ساخت شیرآلات برای استفاده در محیط های دریایی مناسب است.

آلیاژ برنج

آلیاژ نیکل

این آلیاژ از نیکل و کروم تشکیل شده است. آلیاژ نیکل در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاوم است. این آلیاژ برای ساخت شیرآلات برای استفاده در محیط های صنعتی مناسب است.

آلیاژ تیتانیوم

این آلیاژ از تیتانیوم تشکیل شده است. آلیاژ تیتانیوم در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاوم است. این آلیاژ برای ساخت شیرآلات برای استفاده در محیط های خورنده و دمای بالا مناسب است. تیتانیوم مانند فولاد قوی است اما چگالی آن بسیار کمتر است. بنابراین به عنوان یک عامل آلیاژی با بسیاری از فلزات از جمله آلومینیوم، مولیبدن و آهن اهمیت پیدا می‌کند. این آلیاژها عمدتاً در هواپیماها، فضاپیماها و موشک‌ها به دلیل چگالی کم و توانایی مقاومت در برابر دماهای شدید مورد استفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها همچنین در چوب گلف، لپ‌تاپ، دوچرخه و عصا نیز استفاده می‌شوند.

از آنجایی که تیتانیوم عنصری در جدول تناوبی است و به خودی خود یک آلیاژ نیست، تقریباً می‌توان تیتانیوم 100 درصد خالص را پیدا کرد. با این حال، اغلب با عناصر دیگر آلیاژ می‌شود تا خواص فیزیکی و شیمیایی آن را بیشتر کند. به این آلیاژهای مختلف “گرید” می‌گویند. حدود 50 گرید تیتانیوم برای خرید موجود است که چندین گرید آن بسیار محبوب‌تر از سایرین هستند. گریدهای 1، 2، 3 و 4 همگی تقریباً تیتانیوم خالص هستند. گرید 5، یکی از پرکاربردترین گریدهای تیتانیوم، دارای مقادیر قابل توجهی آلومینیوم و وانادیوم در آرایش خود است (هر کدام بیش از 3 درصد).

علاوه بر این آلیاژها، از مواد دیگری مانند پلاستیک و چدن نیز در ساخت شیرآلات استفاده می شود.

انتخاب آلیاژ مناسب برای ساخت شیرآلات به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله:

• نوع کاربرد شیرآلات: شیرآلات با کاربردهای مختلف نیاز به آلیاژهای مختلفی دارند. به عنوان مثال، شیرآلات برای استفاده در محیط های خورنده نیاز به آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی دارند.
• هزینه: آلیاژهای مختلف دارای قیمت های متفاوتی هستند. انتخاب آلیاژ مناسب باید با توجه به بودجه در نظر گرفته شده انجام شود.
• ویژگی های ظاهری: آلیاژهای مختلف دارای ویژگی های ظاهری متفاوتی هستند. انتخاب آلیاژ مناسب باید با توجه به سلیقه و ترجیحات شخصی انجام شود.