گالوانیزه کردن بر روی ویژگی‌های مکانیکی ورق فولاد تأثیرات مهمی دارد. این تأثیرات معمولاً به دلیل تغییرات در ساختار داخلی فلز و تفاوت‌های مواد اولیه فولاد و زینک می‌باشند. در زیر تأثیر گالوانیزه کردن بر خواص مکانیکی ورق را بررسی می‌کنیم:
- استحکام کششی (Tensile Strength):
افت ملموس در استحکام کششی فولاد به عنوان یکی از پدیده‌هایی که در اثر گالوانیزه کردن اتفاق می‌افتد، به عوامل مختلفی برمی‌گردد. در زیر، عواملی که ممکن است منجر به این افت در استحکام کششی فولاد شوند را بررسی می‌کنیم:
- تغییر در ساختار داخلی:
- گالوانیزه کردن ممکن است منجر به تغییر در ساختار داخلی فولاد شود. به عنوان مثال، تشکیل فازهای جدید یا تغییر در اندازه دانه‌های فازها ممکن است اثرات مهمی در مکانیک مواد ایجاد کند. این تغییرات ممکن است باعث کاهش استحکام کششی فولاد شوند.
- تغییر در ترکیب شیمیایی:
- وقتی که زینک به عنوان لایه پوششی بر روی فولاد تشکیل می‌شود، تغییراتی در ترکیب شیمیایی می‌افتد. این تغییرات ممکن است به کاهش استحکام کششی منجر شود.
- فشار حرارتی:
- در فرآیند گالوانیزه کردن، درجه حرارت اجزای فولاد تغییر می‌کند. تاثیر حرارتی ممکن است باعث تشکیل گرادیان‌های دما در ساختار فلزی شود، که به تغییرات مکانیکی منجر می‌شود.
- فشار مکانیکی:
- فرآیند گالوانیزه کردن شامل مراحلی مانند تنش و فشار مکانیکی است که ممکن است به تغییرات در ساختار فلز منجر شود. این فشارهای مکانیکی می‌توانند تأثیرات جوشکاری و تغییرات در خواص مکانیکی را ایجاد کنند.
- تراکم لایه زینک:
- تشکیل لایه زینک بر روی سطح فولاد ممکن است به دلیل تراکم آن منجر به تغییرات در ویژگی‌های مکانیکی گردد. این تراکم ممکن است باعث کاهش استحکام کششی شود.
- تغییر در ساختار کریستالی:
- گالوانیزه کردن ممکن است سبب تغییر در ساختار کریستالی فولاد شود. این تغییرات می‌توانند به تغییر در رفتار مکانیکی فلز منجر شوند.
- به طور کلی، تغییرات در استحکام کششی فولاد به دنبال گالوانیزه کردن می‌توانند ناشی از تأثیرات گوناگون مکانیکی، حرارتی و شیمیایی باشند که در طی فرآیند اعمال می‌شوند. این تغییرات معمولاً به منظور بهبود خصوصیات مقاومت به زنگ‌زدگی و خوردگی در مقابل محیط‌های خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- سختی (Hardness):
گالوانیزه کردن باعث افزایش سختی فولاد می‌شود به دلیل وجود لایه زینک بر روی سطح فولاد. زینک یک فلز سخت است و وقتی به عنوان لایه پوششی بر روی سطح فولاد تشکیل می‌شود، می‌تواند به ویژگی‌های سختی فلز افزوده شود. در زیر توضیحات بیشتری در مورد چگونگی افزایش سختی فولاد به دنبال گالوانیزه کردن آورده شده است:
- ویژگی‌های سختی زینک:
- زینک به طور طبیعی یک فلز نسبتاً سخت است. وقتی که لایه زینک به عنوان پوشش گالوانیزه بر روی فولاد تشکیل می‌شود، ویژگی‌های سختی زینک به ساختار کلی سطح اضافه می‌شود.
- تثبیت ساختار الکترونی:
- تشکیل لایه زینک بر روی فولاد ممکن است به دلیل تفاوت‌های در ساختار الکترونی این دو فلز، تغییراتی در خواص ساختاری فولاد اعمال کند. این تغییرات ممکن است به افزایش سختی فلز کمک کنند.
- تأثیر ارتباطات مولکولی:
- ارتباطات مولکولی بین ذرات زینک و ذرات فولاد نیز می‌توانند تأثیراتی در افزایش سختی ایجاد کنند. این ارتباطات ممکن است بهبود خواص مکانیکی فولاد را ایجاد کنند.
- تشکیل فازهای جدید:
- تشکیل لایه زینک ممکن است باعث تشکیل فازهای جدید در ساختار فولاد شود. این فازهای جدید می‌توانند خواص مکانیکی را تغییر دهند و به افزایش سختی فولاد کمک کنند.
- پوشش یکنواخت:
- گالوانیزه کردن باعث ایجاد یک پوشش یکنواخت از زینک بر روی سطح فولاد می‌شود. این پوشش یکنواخت می‌تواند به توزیع یکنواخت و یکپارچه خواص سختی در سطح فولاد کمک کند.
- مقاومت به زنگ زدگی:
- زینک به عنوان یک فلز مقاوم به زنگ زدگی شناخته می‌شود. وقتی که زینک به عنوان لایه گالوانیزه بر روی فولاد اعمال می‌شود، افزایش مقاومت به زنگ زدگی همراه با افزایش سختی اتفاق می‌افتد.
به طور کلی، گالوانیزه کردن فولاد با زینک باعث افزایش سختی فولاد می‌شود و این ویژگی مهم بهبود خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی فولاد را در مقابل شرایط مختلف محیطی فراهم می‌کند.
- استحکام الاستیک (Elastic Strength):
- گالوانیزه کردن نیز ممکن است تأثیراتی بر استحکام الاستیک فولاد داشته باشد. افت استحکام الاستیک ممکن است ناشی از تغییرات در ساختار داخلی فولاد باشد.
- مقاومت به شکست (Fracture Resistance):
- گالوانیزه کردن ممکن است به عنوان یک عامل افزایش مقاومت به شکست فولاد اثر کند، به ویژه اگر زینک به صورت یکنواخت بر روی سطح فولاد توزیع شود.
- تغییرات در ترکیب شیمیایی:
فرآیند گالوانیزه کردن به تغییرات در ترکیب شیمیایی فولاد نیز منجر می‌شود. این تغییرات اساساً به علت واکنش‌های شیمیایی میان زینک و فولاد در دماهای بالا که در طول فرآیند گالوانیزه کردن اتفاق می‌افتد، رخ می‌دهند. در زیر توضیحات بیشتری در مورد چگونگی این تغییرات آورده شده است:واکنش زینک با اکسیژن:
در فرآیند گالوانیزه کردن، زینک لایه‌ای را بر روی فولاد تشکیل می‌دهد. واکنش زینک با اکسیژن موجب تشکیل لایه اکسید زینک (ZnO) می‌شود. این لایه اکسید می‌تواند به عنوان یک پوشش محافظ بر روی فولاد عمل کند.
2Zn+O2→2ZnO
- تغییرات در ترکیب شیمیایی لایه زینک:
- لایه زینک که به عنوان پوشش گالوانیزه شده بر روی فولاد تشکیل می‌شود، ترکیب شیمیایی متفاوتی نسبت به فولاد دارد. این ترکیب شیمیایی شامل آهن و زینک است و می‌تواند با ترکیب‌های مختلف در ساختار فولاد تغییراتی ایجاد کند.
- تشکیل فازهای جدید:
- واکنش زینک با فولاد می‌تواند تشکیل فازهای جدیدی در ساختار فلز ایجاد کند. به عنوان مثال، تشکیل فازهای فریت (Fe-Zn) و آستنیت (Fe-Zn) ممکن است در نتیجه واکنش‌های گالوانیزه کردن اتفاق بیفتد.
- تاثیر بر ترکیب شیمیایی لایه آهن-زینک:
- لایه میانی آهن-زینک (Fe-Zn) به عنوان جزء مهمی در ساختار گالوانیزه تشکیل می‌شود. این لایه ممکن است ترکیبات شیمیایی متنوعی داشته باشد که معمولاً شامل فازهای مختلف می‌شوند.
Fe+Zn→Fe−Zn
- تغییرات در ترکیب شیمیایی به دنبال گالوانیزه کردن اغلب بهبود خواص فلزات، به ویژه مقاومت به خوردگی و زنگ‌زدگی، را ایجاد می‌کند. لایه زینک به عنوان یک لایه فشرده و مقاوم به خوردگی عمل می‌کند و می‌تواند فلز زیرین را از تماس مستقیم با محیط محافظت کند.
- .
- تأثیر بر روی خواص زنگ‌زدگی:
گالوانیزه کردن به عنوان یک فرآیند پوشش دادن فولاد با یک لایه زینک، می‌تواند به مقاومت به زنگ زدگی محصولات فولادی افزوده و بهبود بخشید. این افزایش مقاومت به زنگ زدگی از ویژگی‌های شیمیایی و فیزیکی لایه زینک بر روی فولاد ناشی می‌شود. در زیر توضیحات بیشتری در مورد چگونگی این افزایش مقاومت آورده شده است:
- تشکیل لایه اکسید زینک:
- زینک به سرعت با اکسیژن و رطوبت هوا واکنش داده و لایه‌های اکسید زینک (ZnO) و هیدروکسید زینک (Zn(OH)₂) را تشکیل می‌دهد. این لایه‌ها به عنوان یک پوشش محافظ بر روی فولاد عمل می‌کنند و جلوگیری می‌کنند تا اکسیژن و آب به فولاد نفوذ کنند و به زنگ زدگی منجر شوند.
- 2Zn+O2→2ZnO 2+
- Zn+2H2O→Zn(OH)2+H2
- مقاومت به خوردگی:
- لایه زینک به عنوان یک فلز فعال، در صورت خرد شدن یا آسیب دیدن، به صورت خودکار به عنوان یک آند (اندوز) به فعل خوردگی در محل آسیب دیده می‌پردازد. این خصوصیت به معنای این است که زینک قرار گرفته در سطح محصولات فولادی فعالیت آندی را انجام می‌دهد و محافظت فعال در برابر خوردگی فلز زیرین را ارائه می‌دهد.
- پوشش یکنواخت:
- گالوانیزه کردن باعث تشکیل یک پوشش یکنواخت از زینک بر روی سطح فولاد می‌شود. این پوشش یکنواخت باعث توزیع یکنواخت خواص مقاومت به زنگ‌زدگی در سطح محصولات فولادی می‌شود.
- مقاومت به عوامل محیطی:
- زینک به عنوان یک فلز مقاوم به زنگ زدگی شناخته می‌شود و در برابر عوامل محیطی مانند هوازنی، رطوبت، و تغییرات دما مقاوم عمل می‌کند. لذا، گالوانیزه کردن باعث ایجاد مقاومت به عوامل محیطی می‌شود.
- افزایش عمر مفید:
- به دلیل مقاومت به زنگ زدگی و خوردگی، محصولات فولادی گالوانیزه شده دارای عمر مفید بیشتری نسبت به محصولات فولادی غیر گالوانیزه هستند. این افزایش عمر مفید می‌تواند هزینه‌های نگهداری و تعمیرات را کاهش دهد.
- از آنجا که زینک به عنوان یک فلز فداشونده (sacrificial metal) در فرآیند خوردگی عمل می‌کند و به فلز زیرین (معمولاً فولاد) پوشش فعالیت آندی ارائه می‌دهد، گالوانیزه کردن به محصولات فولادی مقاومت عالی در برابر خوردگی و زنگ زدگی در شرایط مختلف محیطی می‌افزاید.
تأثیر بر روی مقاومت به خوردگی
- لایه زینک به عنوان یک عامل محافظتی در برابر خوردگی برخوردار است. بنابراین، گالوانیزه کردن معمولاً موجب افزایش مقاومت به خوردگی فولاد می‌شود.
به عنوان یک نکته مهم، تغییرات در ویژگی‌های مکانیکی به دنبال گالوانیزه کردن ممکن است بسته به شرایط فرآیند و تنظیمات مختلف، متغیر باشد. همچنین، تأثیرات فرآیند گالوانیزه کردن بر ویژگی‌های مکانیکی نیاز به تعادل میان تأثیر مثبت و منفی این فرآیند با ویژگی‌های مکانیکی فولاد دارد.
