فولاد CK45 چیست؛ کاربردهای آن

فولاد ck45 (ck45 steel)، آلیاژی پرکاربرد و حیاتی است که تکنولوژی ساخت و تنوع آن روز به روز در حال پیشرفت و دگرگونی است. جالب است بدانید با افزودن عناصری دیگر به ساختار فولاد، می‌توان خواص آن را تا حدی تغییر داد و ویژگی‌هایی مانند ثبات در دماهای بالا و مقاومت بیشتر در برابر خوردگی و ساییدگی در آن ایجاد کرد. محصولی که با این روش و درکوره‌های بلند آلیاژسازی به‌دست می‌آید را فولاد آلیاژی می‌نامند. یکی از متداول‌ترین و پرمصرف‌ترین نوع فولاد آلیاژی، فولاد CK45 نام دارد که در این مقاله به بررسی ساختار، ویژگی‌ها، چندی از کاربردهای بی‌شمار و شکل‌های گوناگون آن خواهیم پرداخت.

مصرف فولاد CK45 در کارهای سرد، یکنواخت‌سازی، آب‌دهی، برگشت‌دهی و همچنین تولید قطعاتی که در معرض تنش‌های متوسط قرار دارند، بیشتر است.

فولاد CK45 چیست؟

فولاد CK45 یکی از انواع فولادهای غیرآلیاژی با کربن متوسط است که در دسته فولادهای مهندسی و قابل عملیات حرارتی قرار می‌گیرد. این فولاد براساس سیستم نام‌گذاری استاندارد DIN آلمان شناخته می‌شود و معادل آن در استاندارد EN، گرید C45E با شماره متریال 1.1191 است. ساختار شیمیایی فولاد CK45 عمدتاً از آهن و حدود 0.42 تا 0.50 درصد کربن تشکیل شده و عناصر دیگری مانند منگنز، سیلیسیم، فسفر و گوگرد نیز به میزان مشخص و کنترل‌شده در ترکیب آن حضور دارند. نام CK45 نیز به ترکیب شیمیایی این فولاد اشاره دارد؛ به‌طوری‌که عدد 45 نشان‌دهنده مقدار اسمی کربن، معادل 0.45 درصد است. ریزساختار این فولاد در حالت نرماله معمولاً از دو فاز فریت و پرلیت تشکیل می‌شود و بسته به شرایط سرد شدن و عملیات حرارتی می‌تواند تغییر کند.

مشخصات فنی فولاد CK45

خواص مکانیکی و فیزیکی فولاد CK45 به ترکیب شیمیایی، ابعاد مقطع و شرایط عملیات حرارتی آن بستگی دارد. این فولاد در حالت‌های مختلفی مانند نرماله، آنیل‌شده و سخت‌کاری و تمپرشده عرضه می‌شود که هرکدام مشخصات متفاوتی دارند. ازآنجاکه CK45 در تولید میلگردهای صنعتی نیز کاربرد دارد، بررسی مشخصات فنی آن در کنار قیمت میلگرد، به انتخاب گرید مناسب براساس نیازهای صنعتی و شرایط کاربرد کمک می‌کند. مهم‌ترین مشخصات فنی فولاد CK45 عبارت‌اند از:

• شماره متریال: 1.1191
• نام استاندارد اروپایی: C45E
• گرید متناظر آمریکایی: AISI/SAE 1045
• استحکام کششی: حداقل ۵۶۰ تا ۶۲۰ مگاپاسکال در حالت نرماله، متناسب با قطر مقطع
• استحکام تسلیم: حداقل ۲۷۵ تا ۳۴۰ مگاپاسکال در حالت نرماله، متناسب با قطر مقطع
• نسبت پواسون: حدود ۰٫۲۹
• دمای سخت‌کاری: ۸۲۰ تا ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد برای سردکردن در آب و ۸۳۰ تا ۸۶۰ درجه سانتی‌گراد برای روغن
• دمای آنیل نرم: حدود ۶۵۰ تا ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد
• دمای نرماله کردن: حدود ۸۴۰ تا ۸۷۰ درجه سانتی‌گراد
• دمای آهنگری: حدود ۸۵۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد
• درصد افزایش طول: حداقل ۱۴ تا ۱۶ درصد در حالت نرماله، متناسب با قطر مقطع
• سختی در حالت آنیل نرم: حداکثر ۲۰۷ برینل (HB)
• چگالی: حدود ۷٫۸۴ گرم بر سانتی‌متر مکعب

کاربردهای فولاد CK45

ویژگی‌ها و قیمت مناسب این محصول فولادی باعث شده در تهیه وسایل و ابزارهای گوناگون صنایع مختلف مانند پتروشیمی، نفت، ساختمان‌سازی و خودروسازی به طور گسترده‌ به کار گرفته شود. از جمله قسمت‌هایی از خودروهای معمولی و سنگین مانند میل‌لنگ، میله‌های متصل‌کننده، شفت، بوش، سگدست، اکسل، چرخدنده‌ی کوچک و... که میزان چقرمگی آن‌ها بالاست و یا به استحکام بیشتری نیاز دارند. 
این آلیاژ در ساخت محور پمپ، شافت‌ها، غلتک‌های صنعتی و مته‌های حفاری نیز مصارف فراوانی دارد. ابزارهای دستی مانند انبردست و چکش، میخ، پیچ، چاقوی آهنی و دندانه‌دار، مته و... هم از این جنس هستند.

زمینه‌ دیگری که این نوع فولاد در آن کاربرد دارد، تولید ابزارهای خاک‌ورز است. خواصی مانند مقاومت در برابر ضربه و همچنین قیمت مناسب، در ساخت گاوآهن و سایر ابزارها، موردنظر است که فولاد CK45 یا (ck45 steel) با دارا بودن آن‌ گزینه‌ مطلوبی به شمار می‌رود. 
به طور کلی مصرف فولاد CK45 در کارهای سرد، یکنواخت‌سازی، آب‌دهی، برگشت‌دهی و همچنین تولید قطعاتی که در معرض تنش‌های متوسط قرار دارند، بیشتر است. البته طی این فرآیندها باید نکاتی مانند نقطه‌ی ذوب فولاد و آهن موردتوجه قرار گیرند تا محصول خروجی موردانتظار حاصل شود.

میلگرد CK45 چیست؟

شمش‌های فولادی CK45 در دمای بالا و طی چند مرحله نورد، به مقاطع دایره‌ای و میلگرد تبدیل می‌شوند. میزان کربن بیشتر در فولاد CK45 نسبت به فولادهای کم‌کربنی مانند ST37، موجب افزایش سختی و استحکام آن شده و این آلیاژ را برای ساخت قطعات صنعتی و اجزای تحت تنش مناسب می‌کند. این ویژگی‌ها در کنار ابعاد و روش تولید، از عوامل مؤثر بر قیمت شفت CK45 هستند؛ زیرا کیفیت مواد اولیه و مشخصات فنی فولاد، بر عملکرد و هزینه نهایی شفت تأثیر می‌گذارند.

برای بهبود خواص مکانیکی، میلگرد CK45 تحت عملیات حرارتی مختلفی مانند پیش‌گرم، آهنگری، نرمال‌سازی، تابکاری و سخت‌کاری قرار می‌گیرد. در این فرایندها، دما و مدت‌زمان حرارت‌دهی و همچنین سرعت سردکاری با آب یا روغن، بر سختی و استحکام نهایی قطعه تأثیر می‌گذارند. انتخاب شرایط مناسب عملیات حرارتی به ابعاد قطعه و خواص مکانیکی موردنیاز بستگی دارد. ازاین‌رو، هنگام بررسی قیمت این محصول، باید وضعیت عملیات حرارتی و مشخصات مکانیکی محصول نیز در نظر گرفته شود؛ زیرا این عوامل بر کیفیت نهایی، قابلیت ماشین‌کاری و کاربرد شفت تأثیرگذار هستند.

استانداردهای آلمانی DIN و آمریکایی SAE، فولاد CK45 را به‌ترتیب با شماره مواد 1.1191 و گرید 1045 معرفی می‌کنند. این فولاد در بازار ایران با نام‌های تجاری و گریدهای مختلفی عرضه می‌شود و محصولات آن در قطرهای گوناگون و به‌صورت شاخه‌ای یا برش‌خورده در دسترس هستند. عرضه میلگرد CK45 در حالت آنیل‌شده نیز به ماشین‌کاری و شکل‌دهی آسان‌تر آن کمک می‌کند.

در زمان انتخاب این فولاد برای ساخت قطعات صنعتی، عواملی مانند ترکیب شیمیایی، ابعاد، روش تولید و وضعیت عملیات حرارتی اهمیت دارند. این مشخصات در کنار برند و کشور سازنده، بر کیفیت و عملکرد شفت CK45 تأثیر می‌گذارند؛ زیرا شفت‌های ساخته‌شده از این آلیاژ، بسته به کاربرد و خواص مکانیکی موردنیاز، ممکن است به فرایندهای تولید، عملیات حرارتی و پرداخت متفاوتی نیاز داشته باشند. در ایران، فولادهای CK45 از تولیدکنندگان داخلی، از جمله مجموعه‌های فعال در یزد، اسفراین و اصفهان، تأمین می‌شوند و بخشی از نیاز بازار نیز از طریق واردات تأمین می‌شود.

ورق CK45 چیست؟

به این ورق‌ها که در صنعت به سازه‌های مهندسی شهرت دارند، ورق‌های استیل یا کربن متوسط نیز گفته می‌شود. برای تولید ورق‌های CK45 به شیوه‌ی نورد داغ، ابتدا تختال‌های فولادی از فرآیند ریخته‌گری مداوم به دست آمده و به وسیله دستگاه هوابرش به طول‌های مشخصی بریده می‌شوند. سپس این قطعات در کوره‌های مخصوصی پیش‌گرم شده و بعد از چند مرحله عملیات نورد گرم به ضخامت موردنظر می‌رسند.

ضخامت‌های معمول ورق CK45 بین ۳ تا ۵۰ میلی‌متر است و این محصول در ابعاد ۲۰۰۰×۶۰۰۰ و ۱۵۰۰×۶۰۰۰ میلی‌متر تولید می‌شود. ابعاد، ضخامت، کیفیت و مشخصات فنی از عوامل مؤثر بر قیمت ورق CK45 هستند و نرخ این محصول معمولاً از ورق‌های آهنی بالاتر است.

ویژگی‌های کششی این نوع ورق بسیار بالا بوده و در گروه ورق‌های ضدسایش قرار می‌گیرد. این ویژگی در کنار جوش‌پذیری و سختی‌پذیری، باعث شده در ساخت قطعاتی مانند تیغه‌های ماله‌کشی که مقاومت پایینی در برابر ساییدگی دارند، از این ورق استفاده شود. چنین تیغه‌هایی در معرض سایش مداوم با بتن قرار دارند و به کار بردن ورق CK45، خاصیت فنری‌شکل به آن‌ها می‌دهد تا در برابر فشارهای واردشده مقاوم شده و به سادگی خم نشوند.

به طور کلی ورق‌های آلیاژی مانند CK45 در موارد زیر کاربرد زیادی دارند:

• تولید ابزارها و قطعاتی که در دمای خیلی بالا یا پایین کار می‌کنند.
• مخازنی که تحت فشار بالا به کار گرفته می‌شوند.
• قطعاتی که در معرض رطوبت، اسید و نمک دریا قرار دارند و امکان خوردگی و زنگ‌زدگی در آن‌ها وجود دارد. ( البته به علت پایین بودن میزان کروم در ساختار ورق‌ CK45 که مقاومت آن را در برابر زنگ‌زدگی کاهش داده، معمولاً این ورق در شرایط مذکور استفاده نمی‌شود.)
• شهرسازی، ساخت پل‌ها، جاده‌ها و حمل و نقل

کارخانه‌های فولاد مبارکه‌ی اصفهان، یزد و اسفراین تولیدکنندگان عمده‌ این محصول در کشور هستند. واردات این ورق‌ها نیز از کشورهای آلمان، کره‌ی جنوبی، روسیه و... انجام می‌شود.

تسمه CK45 به سه دسته‌ فابریک، نوردی و ماشینکاری است. این نوع تسمه که سختی و طول عمر بالاتری از نمونه‌های مشابه دارد، هم به صورت معمول و هم از ذوب مجدد قراضه‌های فولاد CK45 ریخته‌گری می‌شود. سپس شمشه‌های فولادی آن که طول‌های مشخصی دارند، در دمای بالا و در کوره‌های مخصوصی گرم شده و پس از گداخته شدن، طی چند مرحله تحت فشار غلتک قرار می‌گیرند و در انتها تسمه‌هایی با ضخامت و عرض مشخص تولید می‌شود.

تسمه‌های ماشینکاری نیز از برش ورقه‌های مادر به قطعاتی با عرض کمتر به دست می‌آیند. در این روش، تنش برشی ممکن است باعث خمیدگی تسمه‌ها در محورهای مختلف شود. برای برطرف کردن این مشکل از فرآیندی به نام اتوکشی که به نورد سرد شباهت دارد، استفاده می‌شود. هر چه عرض تسمه‌ها کمتر باشد، این خمیدگی و تابیدگی‌ بیشتر می‌شود. در آخر تسمه‌ها تحت ماشینکاری قرار می‌گیرند.

طول این تسمه‌ها معمولاً ۶ الی ۱۰ متر، عرض بین ۱۰ تا ۱۰۰ سانتی‌متر و ضخامت آن‌ها از ۳ تا ۱۲ میلی‌متر متغییر است.

اشکال مختلف فولاد CK45

فولاد CK45 یکی از پرکاربردترین فولادهای آلیاژی کربن متوسط است که به دلیل ترکیب مناسب از استحکام، قابلیت ماشین‌کاری و قیمت مناسب، در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فولاد که در اشکال مختلفی مانند ورق، میلگرد و تسمه تولید می‌شود، هم در کاربردهای تخصصی و حساس و هم در ساخت قطعات ساده‌تری مانند ابزارهای صنعتی، میخ و چکش کاربرد دارد. یکی از ویژگی‌های مهم CK45، قابلیت انجام عملیات حرارتی است که باعث افزایش سختی و استحکام آن می‌شود. همین موضوع در کنار میزان کربن متوسط، این فولاد را به گزینه‌ای متعادل از نظر عملکرد مکانیکی تبدیل کرده است. به همین دلیل، در بسیاری از پروژه‌های صنعتی، انتخاب این گرید به‌عنوان یک ماده اولیه استاندارد رایج است.

از نظر بازار، فولاد CK45 هم در داخل و هم در خارج از کشور تولید می‌شود و قیمت آن بسته به برند تولیدکننده، کیفیت تولید و شرایط عرضه و تقاضا می‌تواند متفاوت باشد. با این حال، این فولاد همچنان یکی از گزینه‌های اقتصادی در میان فولادهای آلیاژی محسوب می‌شود. در انتخاب مواد اولیه برای تولید قطعات صنعتی، آشنایی با انواع ورق فولادی و بررسی ویژگی‌های هرکدام در کنار مشخصات فولاد CK45، به انتخاب مناسب‌تر بر اساس نوع کاربرد و نیازهای فنی کمک می‌کند. در نهایت، اگر تولیدکننده‌ای به دنبال فولادی با استحکام قابل قبول، قابلیت ماشین‌کاری مناسب و قیمت منطقی باشد، CK45 یکی از گزینه‌های اصلی است. البته در برخی کاربردها ممکن است بررسی جایگزین‌های ارزان‌تر یا فولادهایی با خواص مشابه نیز ضروری باشد؛ با این حال، CK45 در مجموع تعادل مناسبی بین کیفیت و هزینه ایجاد می‌کند.