فولاد ماریجینگ (maraging) یکی از انواع آلیاژهای آهنی است که تقریبا فاقد کربن بوده و مقادیر بالایی نیکل دارد. این فولاد استحکام فوق بالایی در کنار چقرمگی دارد. این دو ویژگی، به ندرت در یک ماده به صورت همزمان دیده می‌شوند. کلمه Maraging از عبارت martensite age hardening که پیر سختی مارتنزیت معنا می‌شود ، گرفته شده‌است. در حقیقت این فلزات ، از جمله فولادهای استحکام بالای کم کربن به شمار می‌روند که استحکام خود را نه از کربن ، بلکه از رسوب ترکیبات بین فلزی کسب کرده‌اند.
تاریخچه تولید فولاد ماریجینگ
فولادهای ماریجینگ در اواخر سال ۱۹۵۸ میلادی تحت بررسی قرار گرفتند و با تحقیق بر آن‌ها فولادهای رده ۲۰ و ۲۵ درصد نیکلی تولید شدند. در اوایل دهه ۱۹۶۰، با توجه به تاثیر مولیبدن و کبالت در افزایش استحکام و سختی این آلیاژها، فولادهای ماریجینگ ۱۸ نیکل کبالت‌دار در سه رده ۲۰۰، ۲۵۰ و ۳۰۰ توسعه داده شدند. امروزه این گریدها به عنوان فولاد ماریجینگ استاندارد شناخته می‌شوند. فولادهای ماریجینگ زنگ نزن و ماریجینگ بدون کبالت در دهه ۱۹۸۰ تحت بررسی قرار گرفتند. حذف کبالت از این فولادها به دلیل بالا بودن قیمت کبالت و افزایش قیمت آلیاژ است.
ترکیب شیمیایی فولاد ماریجینگ
در ترکیب شیمیایی فولاد مارایجینگ، مقادیر بسیار کمی (حداکثر ۰.۰۳ درصد) کربن وجود دارد. همانطور که گفته‌شد این آلیاژ آهن – نیکلی، مقادیر زیادی نیکل (۱۷ تا ۱۹ درصد) دارد. مقدار کبالت ۸ تا ۱۲ درصد، مولیبدن ۳ تا ۵ درصد، تیتانیوم ۱.۸ تا ۲ درصد و آلومینیوم ۰.۱ تا ۰.۱۵ درصد در ترکیبات فولاد مارایجینگ افزوده می‌شود. مقدار کربن در این ترکیب با هدف جلوگیری از تشکیل رسوب کاربید تیتانیوم پایین است. در صورتی که مقدار کربن و در نتیجه کاربید تیتانیوم افزایش یابد، خواص مکانیکی این فولاد به شدت افت خواهد کرد. وجود کبالت در ترکیب شیمیایی فولاد مارایجینگ باعث شده‌است تا قیمت فولاد ماریجینگ بالاتر از انواع معمولی باشد. گریدهای زنگ نزن با حضور کروم تولید می‌شوند.
انواع فولاد مارایجینگ
بر اساس استاندارد MIL-S-46850D، گریدهای مهم فولادهای ماریجینگ، با اعداد ۲۰۰، ۲۵۰، ۳۰۰ و ۳۵۰ مشخص می‌شوند. این اعداد، استحکام کششی فولاد ماریجینگ بر حسب صدها پوند بر اینچ مربع را نشان می‌دهند. گریدهای بالاتر از این موارد، کبالت و تیتانیوم بیشتری در ترکیب خود دارند. انواع الیاژ فولاد ماریجینگ بدون کبالت در سه گرید ۲۰۰، ۲۵۰ و ۳۰۰ عرضه می‌شوند.
عملیات حرارتی فولاد ماریجینگ
عملیات حرارتی در تولید فولاد مارایجینگ، کلیدی‌ترین مرحله است. این مرحله شامل حرارت دادن فولاد تا دمای حدود ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد به منظور تشکیل یک فاز کاملا آستنیتی است. سپس، سرد کردن آهسته با هدف تشکیل یک ریز ساختار مارتنزیتی انجام می‌شود. فولاد هایپویوتکتیک با سرد شدن آهسته دارای دو فاز فریت و پرلیت می‌شود. این در حالی است که در صورت سرد شدن سریع در آب یا روغن، ریز ساختار مارتنزیت به خود می‌گیرد. فولاد مارایجینگ به واسطه داشتن عنصر نیکل، دارای فاز فریت و پرلیت نخواهد شد و ریز ساختار مارتنزیتی با سختی کمتر را نشان می‌دهد. پس از سرد کردن، عملیات پیرسختی در محدوده دمایی ۴۸۰ تا ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد انجام می‌شود. این فرایند منجر به پراکندگی رسوبات سخت در زمینه مارتنزیتی می‌گردد.
ریز ساختار فولاد مارایجینگ
نحوه تشکیل این نوع فولاد موجب می‌شود که رسوبات تشکیل شده در زمینه مارتنزیتی بسیار کوچک بوده و در حد نانومتری باشند. این رسوبات تقریبا یکنواخت در زمینه پراکنده می‌شوند. نابجایی‌ها با مرز دانه‌ها در تعاملند.
خواص مکانیکی
در نتیجه ترکیب شیمیایی آلیاژ فولاد ماریجینگ، خواصی در آن به وجود می‌آیند که مهم‌ترین آن‌ها عبارت است از:
- استحکام و چقرمگی بالا
- سهولت در نیتریده کردن
- مقاومت به خوردگی و انتشار ترک
- تغییر یکنواخت ابعاد در هنگام عملیات حرارتی
- قابلیت ماشین‌کاری آسان با حداقل اعوجاج
- قابلیت پولیش بسیار خوب
استحکام بالای این نوع فولاد فاقد کربن، به دلیل تشکیل رسوب ترکیبات بین فلزی است. کروم نه تنها از زنگ زدن جلوگیری می‌کند، بلکه کاهش سختی‌پذیری که به دلیل حضور نیکل اتفاق افناده‌است را نیز جبران می‌کنند.نکته مهم در این نوع فولاد، ایجاد ترک خستگی و رشد آن به دلیل افزایش تراکم نابجایی و شرایط ایجاد شده در مرز دانه است. در فولاد مارایجینگی که مقادیر کمی تیتانیوم داشته باشد نیز مقاومت در برابر رشد ترک پایین است.
مقاومت به خوردگی
فولادهای ماریجینگ در اتمسفرهای صنعتی و محیط‌های دریایی مقاومت خوبی در برابر خوردگی از خود نشان می‌دهند. در این محیط‌ها تقریبا نرخ خوردگی فولاد مارایجینگ نصف فولادهای معمولی است. در محیط‌های نمکی و اسیدی نیز فولادهای مذکور تا حدودی مقاومت به خوردگی بهتری از خود نشان می‌دهند. شایان ذکر است که این نوع فولاد نسبت به فولاد معمولی، در برابر خوردگی تنشی و شکست هیدروژنی نیز مقاومت بالاتری دارند. مقاومت به خوردگی بیشتر را می‌توان با آبکاری کادمیوم یا فسفاته نیز بدست آورد. فولاد مارایجینگ زنگ نزن علاوه بر مقاومت در مقابل خوردگی، تافنس و استحکام بالایی دارد.
جوشکاری فولاد مارایجینگ
انواع فولاد مارایجینگ را می‌توان به روش‌های مختلف جوشکاری کرد. از آن‌جایی که کربن در این نوع فولاد بسیار پایین است، تنش‌های پسماند زیاد در این نوع فولاد ایجاد نمی‌شود. به همین علت، نیازی به عملیات پیش‌گرم و آماده‌سازی قطعه پیش از جوشکاری نیست. راه برگشت خواص منطقه جوش فولاد ماریجینگ پس جوشکاری آن، پیرسازی مجدد آن است. در صورتی که مشکل اعوجاج وجود نداشته باشد، بهتر است آنیل محلولی مجدد انجام داد. جهت جوشکاری از سیم‌های پرکننده‌ای استفاده می‌شود که ترکیب شیمیایی نزدیک به صفحه پایه داشته باشند. فرایند جوشکاری مورد استفاده اثر اندکی بر استحکام جوش‌ها دارد. می‌توان از انواع روش جوشکاری برای اتصال فولادهای ماراجینگ با بازده ۹۰ درصدی استفاده کرد. چقرمگی جوش نیز تحت تاثیر نوع فرایند جوشکاری تغییر می‌کند. بهترین روش جوشکاری فولاد ماریجینگ، جوشکاری قوس گاز تنگستنی است.
کاربرد فولاد ماریجینگ
خواص فولاد مارایجینگ کاربردهای آن را در حوزه‌های مختلف به ویژه صنعت هوا و فضا افزایش داده‌است. بدین ترتیب از کاربرد فولادهای ماریجینگ می‌توان به صنعت تولید هواپیما، ساخت قسمت‌های زیرین بالگردها، موتور موشک و دیگر قطعاتی که باید استحکام بالایی داشته باشند، اشاره کرد. قطعات زیر کارتریج، چفت و بست‌های بال هواپیما و پایه‌های چرخ‌های فرود هواپیما همگی از جنس فولاد ماریجینگ تولید می‌شوند. فولادهای ماریجینگ پیش از پیر سختی ضمن داشتن استحکام، چکش‌خوارند. این دو ویژگی با هم این اجازه را می‌دهد که از آن‌ها برای ساخت جداره‌های راکت و موشک استفاده شود. با توجه به یکنواختی خواص و استحکام خیلی خوب این نوع فولاد، از آن برای ساخت سانتریفیوژ نیز استفاده می‌شود. ساخت سوزن آتش اسلحه‌های اتوماتیک، دیگر کاربرد فولاد ماریجینگ است. از سایر کاربردها می‌توان به ساخت قطعات الکترومکانیکی، تیغه شمشیر در ورزش شمشیر بازی، ابزار جراحی و سرنگ‌های زیرپوستی اشاره کرد.
سخن پایانی
آن‌طور که می‌دانیم، فولاد ماراجینگ در ایران، در انواع وارداتی قابل استفاده است و تنها به صورت خاص و سفارشی و یا در مقیاس آزمایشگاهی تولید می‌شود. فولاد مارجینگ آلیاژی است که به واسطه خواص خود، کاربردهای خاص دارد. از این رو در صنایعی چون صنعت ساخت هواپیما و صنعت هوا و فضا کاربرد دارد. فولاد مارایجینگ استحکام، چقرمگی و مقاومت به خوردگی بسیار بالایی دارد.
گروه صنعتی فولاد کاران از سال ۱۳۷۰فعالیت خود را در زمینه‌ی تولید و تامین مقاطع مختلف فولادی و آهن, از قبیل میلگردهای فولادی و آلیاژی , میلگردهای ساختمانی, انواع مقاطع ترانسمیسیون , ورق‌های آلیاژی , ورق‌های روغنی و سیاه و گالوانیزه‌ی هفت الماس ,آغاز نموده است . تلاش مجموعه فولادکاران در این مدت در جهت رضایتمندی و تامین دقیق سفارشات معطوف بوده است.
ما را در شبکه‌های اجتماعی دنبال کنید:
اینستاگرام : https://www.instagram.com/folad_karan_tehran
فیسبوک: https://www.facebook.com/jamal.fazli.948
لینکدین: https://www.linkedin.com/in/jamal-fazli-65890a1b6
پینترست: https://nl.pinterest.com/fuladk
