فهرست مندرجات:

1-معرفی مختصر آلیاژ

2-خواص و ویژگی های آلیاژ

3- تاثیر عملیات حرارتی بر فولاد مارایجینگ

4- عملیات حرارتی

5- روش متداول برای تولید فولادهای ماریجینگ 

6-خواص فیزیکی

7-توضیحات

8-منابع

فولاد ماریجینگ اورجینال در اوایل 1960 معرفی شد ، در اوایل دهه 70 كار بر روی این فولادها كمرنگ شد كه دلیل آن افزایش قیمت كبالت بود كه منجر به نوع جدیدی از فولادهای ماریجینگ شد ، این دسته تیتانیوم را به عنوان عامل اصلی تقویت كننده به همراه داشتند. درجه تقویت كبالت یا "  C-type 18 Ni Maraging " به وسیله حرف " C  " در شناسائی این كلاس انتخاب می شود ؛ همچنین درجه استحكام تیتانیوم یا " T-type 18 Ni Maraging " را با حرف " T " نشان می دهند.

فولاد مارایجینگ از آلیاژ های آهنی می‌باشد که بدلیل دارا بودن استحکام بالا بدون از دست دادن قابلیت چکش خواری، معروف است. آهن با مقادیر بالای نیکل آلیاژ می‌شود تا محصول عملیات حرارتی شده بسیار ویژه‌ای تولید گردد. دیگر عناصر آلیژی مهم عبارت‌اند از مولیبدن،آلومینیوم ،مس و تیتانیوم که برای ایجاد ترکیبات بین فلزی افزوده می‌شود.

 کبالت حدود ۱۲درصد برای افزایش سرعت واکنش رسوب سختی و نیز یکنواختی و افزایش میزان رسوبات اضافه می‌شود. فولاد مارایجینگ ذاتاً فاقد کربن می‌باشد و این خصیصه‌ای است که آن را از سایر فولاد هامتمایز می‌سازد. نتیجه این موارد محصولی است شرایط زیر را داراست:

• استحکام و چقرمگی بالا
• قابلیت ماشینکاری آسان
• تغییر ابعاد یکنواخت در حین عملیات حرارتی
• نیتریدایز آسان  
• مقاومت به خوردگی و انتشار ترک
• قابلیت پلیش عالی

این فولاد جزء کلاس فولاد کم کربن با استحکام فوق بالا دسته‌بندی می‌شود که استحکام آنها بدلیل کربن نیست بلکه بدلیل رسوب ترکیبات بین فلزی می‌باشد. ایده توسعه این آلیژ ها از فولادی با ۲۵-۲۰درصد نیکل که مقادیر اندکی آلومینیوم، تیتانیوم و نایوبیم داشت ایجاد شد. نمونه شناخته شده این آلیاژ که گرید زنگ‌نزن نمی‌باشد دارای ۱۹درصد نیکل، ۱۲-۸درصدکبالت، ۵-۳درصد مولیبدن و ۶/۱-۲/۰درصد تیتانیوم است. گرید زنگ‌نزن وابسته به عنصر کرم می‌باشد البته نه تنها به دلیل جلوگیری از زنگ زدن بلکه بدلیل تقویت قابلیت سختی پذیری آلیاژ که با وجود نیکل کاهش یافته‌است. این مورد تغییر فاز به مارتنزیت را در حین عملیات حرارتی تسهیل می‌کند. برخلاف آلیاژهای پر کرم که مارتنزتی هستند،آلیاژ با درصد  نیکل بالا دارای ساختار اوستنیتی بوده و توانایی استحاله مارتنزیتی در آنها وجود ندارد.

شکل گیری مارتنزیت :
مارتنزیت فولادهای ماریجینگ معمولا مکعب مرکز دار (bcc ) کم کربن است که این مارتنزیت شامل چگالی بالای نابجایی می باشد اما نه به صورت دوقلویی. در حین سرد شدن بعد از تابکاری انحلالی آستنینت fcc بوسیله بازگشت برشی کم نفوذ تجزیه به ساختارهای متعادل به ساختار bcc تبدیل میشود.این تبدیل آستنیت به مارتنزیت ناپایدار اتفاق نمی افتد تا دمای شروع مارتنزیت (Ms) بدست آید ودمای شروع مارتنزیت باید به اندازه کافی بالا باشد بنابراین یک تبدیل کامل به مارتنزیت قبل از خنک شدن فولاد تا دمای اتاق اتفاق می افتد.
بیشتر انواع فولادهای ماریجینگ دمای شروع مارتنزیت حدود 200 تا300 درجه سانتیگراد را دارند ودر دمای اتاق به طور کامل مارتنزیت هستند . نتیجه ساختار مارتنزیت یک فولاد نسبتا قوی و فوق العاده انعطاف پذیر میباشد .
عناصر آلیاژی دمای شروع مارتنزیت را بطور قابل ملاحظه ای تغییر می دهد اما تغییر مشخصه این استحاله به مقدار زیادی بستگی به سرعت سرد شدن دارد.
اغلب عناصرآلیاژی اضافه شده در فولادهای ماریجینگ (به استثناء کبالت ) درجه حرارت شروع مارتنزیت را کاهش می دهند.
یکی از دونوع ممکن مارتنزیت که در سیستم آلیاژی آهن- نیکل ممکن است شکل بگیرد بستگی به مقدار نیکل در ماده مورد سوال میباشد.در سرعتهای سرد کردن بالا در فولادهای شامل 5 تا 10 درصد نیکل ،و بیش از 10 درصد پایین آوردن سرعت سرد کردن، لازمه شکل گیری مارتنزیت در فولادها می انجامد وشکل گیری کامل ساختار مارتنزیتی را تعیین می کند.در فولادهای شامل 25 درصد نیکل ، مارتنزیت لایه ای وبالای 25 درصد مارتنزیت دو قلویی داریم .مطالعه برروی آلیاژهای مارجنیگ آهن – 7 درصد کبالت 5 درصد مولیبدن و4/. درصد تیتانیم در ( ماریجینگ 18 درصد نیکل 250 ) شامل مقادیر متفاوت نیکل نشان می دهد که یک ساختار مارتنزیتی لایه ای با مقادیر نیکل بیش از 23 درصد بدست می آید .
اگر چه مقادیر نیکل بیش از 23 درصد شکل گیری مارتنزیت دو قلویی را نتیجه داده است . معمولا یک ساختار مارتنزیتی لایه ای در فولادهای ماریجینگ ترجیح داده می شود زیرا در مدت پیر سازی این ساختار سخت تر از یک ساختار مارتنزیتی دو قلویی میباشد.

خواص و ویژگیهای آلیاژ:

• بهترین ترکیب ممکن از استحکام و تسلیم و استحکام کششی فوق بالا بهمراه چکش خواری و چقرمگی بالا در بین آلیاژ های آهنی موجود.
• توانایی حفظ استحکام تا حداقل ۳۵۰ درجه سانتیگراد
• بدلیل دارابودن مارتنزیتی کم‌کربن، دارای ساختار انعطاف‌پذیر می‌باشد. این آلیاژ پیش از عملیات پیرسازی  می‌تواند ۹۰-۸۰درصد تغییر شکل توسط نورد سرد را بدون ایجاد ترک تحمل کند (تغییر شکل نیز بهمین ترتیب ممکن است).
• قابلیت ماشینکاری پیش از عملیات پیر سازی. تغییر ابعاد بسیار کم پس از عملیات پیرسازی
• قطعات دارای سختی یکنواخت در تمام سطح مقطع می‌باشند که دلیل قابلیت سختی پذیری بالای آلیاژ می‌باشد.
• بدلیل سیکل عملیات حرارتی نسبتاً ساده، کمترین اعوجاج در قطعه ایجاد می‌شود.
• قابلیت جوش کاری خوب. خواص  منطقه جوش (HAZ) با  عملیات حرارتی پس از جوش کاری قابل بازگشت است.
• بدلیل شکل‌گیری مارتنزیت انعطاف‌پذیر FeNi در حین انجماد، ترک شکل نمی‌گیرد و یا قابل اغماض است.
• قابلیت سختی سطحی توسط نیتروره کردن را داراست.
• کربن پایین، که در نتیجه آن مشکل دکربوره شده سایر فولاد ها در آن دیده نمی‌شود.
• مقاومت به خوردگی، خوردگی تنشی و تردی هیروژنی از ویژگیهای این  آلیاژ می‌باشد.
• قابلیت حفاظت توسط پوشش کادمیم یا فسفاته کردن.
• استحكام خستگی زیاد .
• ستحكام فشاری بالا.
• سختی و مقاومت به سایش كافی برای بعضی از ابزار های كاربرد.

ویژگی های فولاد مارایجینگ در عملیات حرارتی:

دمای مورد نیاز برای كوره پایین است

رسوب سختی و عملیات حرارتی پیری

انقباض یكنواخت و قابل پیش بینی در طول عملیات حرارتی

حداقل اعوجاج در طول عملیات حرارتی

سخت شدن بدون كوئنچ كردن

درصد پایین كربن ، كه جلوگیری از مشكل دكربوره شدن می كند.

عملیات حرارتی:

اثرزمان و درجه حرارت تابکاری بر خواص پیرسازی:  

اطلاعات نشان میدهد که بیشترین استحکام در دمای تابکاری انحلالی 800 تا815 درجه بوجود می آید. استحکام وانعطاف پذیری پایین تر با درجه حرارت تابکاری از 760 تا 800 درجه ناشی از انحلال ناقل عناصر سخت کننده میباشد و کاهش استحکام مربوط به درجه حرارت تابکاری انحلالی بالای 815 درجه ناشی از درشتی ساختار دانه ها میباشد. سرعت سرد شدن بعد از تابکاری انحلالی از اهمیت کمتری برخورداراست چون اثر کمتری بر خواص زیر ساختاری ومکانیکی دارد.

تابکاری انحلالی :

 تابکاری انحلالی مستلزم حرارت دادن آلیاژی به اندازه کافی،بالای درجه حرارت پایان آستنیت و نگهداری در زمان کافی تا جا گیری عناصر در محلول جامد و سرد کردن آن تا دمای اتاق .متداول ترین سیکل عملیات حرارتی برای فولادهای ماریجینگ 18 درصد نیکلدرگیر کردن آلیاژهای در دمای 815 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت و سپس سرد کردن آن بوسیله هوا.تولید برای کاربردهای فورجینگ معمولا در حالت آنیل نشده خریداری می شود زیرا حرارت دادن سیکل تابکاری حرارتی قبلی را خنثی میکند .استفاده از خلا ، کنترل گردش هوای اتمسفر ، تمام نمک خنثی یا کوره های سیال تخت برای حداقل کردن صدمات سطحی ممکن است مورد نیاز باشد .

اصلاح دانه ها بوسیله سیکل حرارتی :

 سیکل حرارتی فولادهای ماریجینگ بین درجه حرارت پایان مارتنزیت و دمای بسیار بالاتر از دمای تابکاری انحلال می تواند برای اصلاح ساختار دانه هایی که درشت هستند استفاده شود.این عمل استحاله برشی کم نفوذ ، مارتنزیت به آستنیت واز آستنیت به مارتنزیت نیروی محرکه برای تبلور مجدد در حین سیکلهای حرارتی تامین میکند.

نیتریده کردن :
سختی سطح را می تواند بوسیله نیتریده کردن فولادهای ماریجینگ در آمونیاک بدست آید . سطح سختی معادل 65 تا70 راکول سی به عمق 15/0 میلیمتر بعد از نیتریده کردن به مدت 24 الی 48 ساعت در دمای 455 درجه سانتیگراد میتواند بدست آید. نیترده کردن در این دما می تواند همزمان با پیرسختی اتفاق بیافتد . حمام نمک نیتریده کردن برای 90 دقیقه در دمای 540 درجه سانتیگراد بخوبی می تواند این عمل را شکل بدهد اگر چه برای پرهیز از فوق پیر سازی شدن بیش از حد این عمل باید بخوبی کنترل شود. استحکام خستگی ومقاومت به سایش فولادهای ماریجینگ بوسیله نیتریده کردن بهبود پیدا می کنند.

پیر سختی:
نوعی پیر سختی بعد از تابکاری انحلالی معمولا شامل حرارت دادن آلیاژ تا رنج دمایی 455 تا 510 درجه سانتیگراد و نگاه داشتن در این دما به مدت 3 الی 12 ساعت وخنک کردن آن در معرض هوا تا دمای اتاق می باشد. استفاده از فولادهای ماریجینگ در کاربردهای مانند ابزارآلات دایکست لازم است استفاده از یک حرارت پیر سازی تقریبا 530 درجه سانتیگراد که ساختار متعادلی را فراهم می کند و از نظر حرارتی تثبیت شده است. هنگامی که زمان پیر سازی افزایش پیدا میکند تا جائیکه به نقطه ای می رسیم که سختی واستحکام شروع به کاهش میکند به علت شکل گیری بازگشت آستنیت که معمولا از ذرات ریز باندهای آستنیت دور دانه ای قبلی شروع میشود.

کار سرد وپیر سازی :
استحکام تسلیم واستحکام نهایی کششی فولادهای ماریجینگ می توانند بوسیله کار سرد قبل از پیر سازی تا 15 درصد افزایش پیدا کنند . بوسیله کار سرد قبل از تابکاری انحلالی ماده بالای 50 درصد کاهش قبل از پیر سازی ،نتیجه رسیده است .این سازگاری کمی با انعطاف پذیری وچغرمگی است .از کاهش سرما بیش از 50 درصد باید خوداری شود زیرا ممکن است که پوسته پوسته شدن تولیدات بوجود آید.

پخت :
عملیاتی است برای حذف هیدروژن که در دمای پایین بین150 تا 200 درجه سانتیگراد قرارمیگیرد. تردی هیدروژن ممکن است در فولادهای ماریجینگ اتفاق بیافتد وقتی که در معرض کارهای الکترومکانیکی مثل آبکاری قرار میگیرد. حذف هیدروژن کار مشکلی است باید در یک سیکل عملیات حرارتی (پخت) بین 3تا 10 ساعت قرار بگیرد.
سند بلاست موثرترین روش برای حذف اکسید ناشی عملیات حرارتی است . فولادهای ماریجینگ را میتوان بوسیله مواد شیمیائی تمیز کننده مثل اسید شوئی در محلول اسید سولفوریک یا محلول اسید كلریدریك و اسیدنیتریك واسید هیدروفلوریک . اگر چه باید مراقب بود که بیش از حد اسید شوئی نشود.

روش متداول برای تولید فولادهای ماریجینگ :

1-ذوب و ریخته گری

2-همگن سازی

3-آهنگری و نورد گرم

4-آنیل معمولی

5-پیر سازی

کاربرد:

استحکام و  چکشخواری فولاد مارایجینگ پیش از عملیات پیرسازی این امکان را می‌دهد که به پوسته‌های نازک تغییر شکل داده شود که آن را برای استفاده در پوستهٔ راکت و موشک مناسب می‌سازد. در صورت استفاده از این آلیاژ بجای سایر  فولاد ها در راکت و موشک، بدلیل نسبت استحکام به وزن بالای این آلیاژ، وزن محصول کاهش قابل توجهی خواهد داشت. فولادهای مارایجینگ دارای خواص میکروساختاری بسیار پایداری می‌باشند و در صورت overaging به دلیل دمای کاری بالا، بکندی نرم می‌شوند. این آلیاژ در شرایط دمایی مناسب خواص خود را کاملاً حفظ کرده و در دمای کاری بالای ۴۰۰ بیشترین عمر سرویس را داراست. این  آلیاژ هابیشتر برای قطعات داخلی موتورها مورد استفاده قرار می‌گیرند که از این جمله می‌توان به میل لنگ و دنده‌ها که در شرایط گرم کار می‌کنند، اشاره کرد. سوزن آتش اسلحه‌های اتوماتیک که دارای سیکل گرم و سرد شدن کوتاه و نسبتاً سریع، هم‌زمان با اعمال نیرو وضربه می‌باشند از دیگر مواردی است که استفاده از این آلیاژ مناسب است. انبساط یکنواخت و ماشینکاری آسان پیش از  پیرسازی، این فولادها را برای کاربرد در قسمت‌هایی که مقاومت به سایش نیاز دارند بخصوص در خطوط تولید مانند قالبهای تولید، مناسب می‌سازد. سایر فولاد های با استحکام فوق بالا مانند خانواده Aermet بدلیل حضور ذرات کاربید تا این حد قابلیت پروسس ندارند. فولادهای مارایجبنگ بیش از پیش در ورزش ظاهر شده‌اند. در ورزش شمشیر بازی ، شمشیرهای مورد استفاده در مسابقاتی که تحت حمایت FIEبرگذار می‌شوند، اغلب از فولاد مارایجینگ ساخته می‌شوند. اشاعه ترک در این آلیاز ۱۰ برابر کندتر از فولادهای کربنی می‌باشد در نتیجه تیغه‌های شکسته کاهش یافته و صدمات کمتر می‌شود. شرکتهای دوچرخه‌سازی در آمریکا و انگلستان، اخیراً لوله‌های مارایجینگ جدیدی برای ساخت بدنه دوچرخه تولید نموده‌اند. فولاد مارایجینگ زنگ‌نزن در چوب گلف نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. ابزار جراحی و سرنگهای زیرپوستی از دیگر موارد مصرف فولاد مارایجینگ زنگ‌نزن می‌باشند. البته این فولادها برای استفاده در چاقوی جراحی مناسب نیستند زیرا بدلیل نبود کربن ، قابلیت حفظ لبهٔ تیز در آنها وجود ندارد. همچنین فولاد مارایجینگ از جمله موادی می‌باشد که بسیار مورد توجه افرادی است که مسئولیت امنیت ملی را بر عهده دارند. این فولاد در ساخت سانتیریوفیوژ برای فراوری اورانیوم بدلیل استحکام فوق بالا و یکنواختی خواص، مورد استفاده قرار می‌گیرد. تعداد اندکی از مواد وجود دارند که می‌توانند برای این منظور مورد استفاده قرار گیرند. با توجه به پایداری نسبی ابعاد فولاد مارایجینگ در حین عملیت حراتی، این آلیاژ برای استفاده در قطعات الکترومکانیکی که به استحکام بالا نیاز دارند، مناسب می‌باشد. سایر کاربردهای این آلیاژ بسیار خاص و ویژه می‌باشد.

خواص فیزیکی:

دانسیته حجمی:       g/cm³    ۸/۱ 

گرمای ویژه،در  ۱۰۰-۰درجه سانتیگراد:   813 j/kg.k                                             

دمای ذوب:   ۱۴۱۳ °C 

ضریب رسانش حرارتی:          5/25 w/m.k

ضریب انبساط حرارتی:     ۱۰^-۶  ×  ۳/۱۱

تنش تسلیم:          ۱۴۰۰-۲۱۰۰ MPa

 استحکام کششی:     ۱۶۰۰-۲۵۰۰ MPa

تغییر شکل در نقطه شکست:      ۱۵٪ 

چقرمگی شکست:     ۱۷۵ MPa

مدول یانگ:     ۱۹۵ GPa

مدول لغزش:    ۷۷ GPa

مدول حجم:     ۱۴۰ GPa

توضیحات:

عمليات حرارتي :

عمليات حرارتي به مراحلي گفته مي‌شود كه در جريان آن قطعه تحت شرايط زماني _ دمائي و در صورت لزوم تحت تاثيرات فيزيكي يا شيميايي قرار گرفته تا در قطعه تغيير خاصي ايجاد شود كه براي مراحل بعدي و اهداف كاربردي مورد نظر ضروري مي‌باشد. روشهاي عمليات حرارتي بر چند نوع مي‌باشد كه عبارتند از:
آنيل، سخت كاري، كوئنچ، تمپر، نيتروره و كربوريزه.

منابع:

http://edris.mihanblog.com/post/category/18

http://www.jaamdarou.com/m_abkari.htm

metallurgysemnan.persianblog.ir.

www.atiehfoulad.com

phase.blogfa.com/cat-3.aspx