فولاد ماریجینگ (Maraging steel)

معرفی

فولاد ماریجینگ دسته ای از آلیاژهای آهن با کربن بسیار پایین همراه با کبالت، مولیبدن، تیتانیم و آلومینیوم است. واژه ماریجینگ (maraging) از مکانیزم استحکام دهی این دسته از فولادها آمده است که استحاله مارتنزیته شدن آلیاژ تحت عملیات پیرسختی سازی انجام می شود.

این فولادها یک گروه ویژه از فولادهای استحکام فوق بالا کم کربن هستند که استحکام خود را از کربن نگرفته اند، بلکه این استحکام را از رسوب ترکیبات بین فلزی کسب کرده اند. عنصر آلیاژی اصلی آن نیکل با ۱۵ تا ۲۰% وزنی است. سایر عناصر آلیاژی آن همان طور که گفته شد کبالت، مولیبدن و تیتانیوم هستند که با هدف ایجاد ترکیبات بین فلزی اضافه می شوند.

کشف این آلیاژ در اصل با فولادهای با ترکیب شیمیایی ۲۰ تا ۲۵% وزنی نیکل که مقادیر جزئی آلومینیوم، تیتانیوم و نیوبیوم داشتند، رخ داد. بعدها افزایش در قیمت کبالت، سبب شد تا فولادهای ماریجینگ بدون کبالت هم توسعه پیدا کنند.

آشنایی با ویژگی های کلی فولاد

به علت مقادیر پایین کربن، فولاد ماریجینگ قابلیت ماشینکاری مطلوبی دارد، قبل از پیرسازی، آنها امکان نورد سرد شدن تا حد ۹۰% بدون ترک خوردن را دارند. فولادهای ماریجینگ قابلیت جوشکاری خوبی از خود نشان می دهند، اما به منظور بازگشت خواص اولیه، منطقه متاثر از حرارت HAZ باید پیرسازی شود.

به علت مقادیر بالای عناصر آلیاژی، فولادهای ماریجینگ قابلیت سخت شوندگی بالایی دارند. از آنجایی که مارتنزیت های داکتیل FeNi در حین سردشدن تشکیل می شوند، ترکی دیده نمی شود. این فولادها می توانند با هدف افزایش سختی، نیتریده شوند.

انواع غیرزنگ نزن فولاد ماریجینگ معمولاً مقاوم به خوردگی و مقاوم به خوردگی تنشی و تردی هیدروژنی هستند. مقاومت به خوردگی فولاد ماریجینگ می تواند با ورق کاری کادمین یا فسفاته کردن آن افزایش یابد.

انواع فولاد ماریجینگ

فولادهای ماریجینگ به این صورت نامگذاری می شوند : ۲۰۰، ۲۵۰، ۳۰۰ یا ۳۵۰ که استحکام کششی اسمی آن را در صدها پوند در اینچ مربع نشان می دهند. این ترکیبات و خواص مورد نیاز در استاندارد MIL-S-46850D تعریف شده است. گرید های بالاتر معمولاً کبالت و تیتانیوم بیشتری دارند.

دسته ای که به عنوان فولاد ماریجینگ ۱۸Ni نام گرفته است ( از درصد نیکل) دسته بدون کبالت فولادهای ماریجینگ است که ارزان تر است اما به اندازه سایر گرید ها محکم نیست.

کاربردهای فولاد مارایجینگ

استحکام فولادهای ماریجینگ و چکش خواری آنها در مرحله قبل از پیرسختی به آنها اجازه می دهد که به حالت های جداره های راکت و موشک تغییر شکل بدهند که در مورد سایر فولادها به این صورت نیست و این مورد سبب می شود در این کاربردها با حفظ استحکام، وزن موشک یا راکت کاهش یابد.

فولاد ماریجینگ کاربردهای هوا فضا مانند قطعات زیرکارتریج و چفت و بست های بال ها نیز دارد. پایه های چرخ های فرود هوایپما نیز از جنس فولاد ماریجینگ ساخته می شوند.

فولادهای ماریجینگ خواص بسیار پایداری دارند و حتی اگر در اثر دمای بیش از حد،بیش پیرسختی (Overaging) شوند هم به مقدار جزئی نرم می شوند. این آلیاژها خواص خود را در دمای کاری متوسط نیز نگه می دارند. حداکثر دمای کاری آنها ۴۰۰ درجه سانتیگراد است. فولاد ماریجینگ برای اجزاء موتور مانند شفت ها و چرخ دنده ها مناسب هستند. انبساط یکنواخت و ماشینکاری پذیری ساده قبل از پیرسازی سبب شده است که فولاد های ماریجینگ در اجزاء تحت سایش بالا در خطوط تولید و قالب ها نیز به کار روند. فولادهای فوق استحکام بالای دیگر مانند آلیاژهای Aermet به علت دارا بودن کربن بالا غیرقابل ماشینکاری هستند.

اجزا و اتصالات در مهمات نیز از فولاد ماریجینگ ساخته می شوند.

در ورزش شمشیرزنی، شمشیرهای مورد استفاده در مسابقات تحت نظر فدراسیون، معمولاً از فولاد ماریجینگ ساخته می شوند. تیغه های ماریجینگ نسبت به سایر شمشیرهای مرسوم، بهتر هستند چراکه توسعه ترک در فولاد ماریجینگ، ۱۰ برابر آهسته تر از فولاد کربنی است.

فولاد ماریجینگ زنگ نزن برای تنه دوچرخه، کلاه گلف نیز مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین فولادهای مارایجینگ در لوازم جراحی و سرنگ های زیرپوستی نیز استفاده می شوند. اما برای ساخت چاقوهای جراحی مناسب نیستند. چرا که نبود کربن سبب می شوند که قادر به نگهداری یک لبه تیز خوب نباشند.

جوشکاری فولاد ماریجینگ

از نقطه نظر جوش پذیری، ویژگی مهم فولادهای مارایجنیگ این نکته است که آنها بعد از سرد شدن از دماهای آستینه نسبتاً نرم هستند. این بدین معنی است که نواحی تحت تأثیر گرمای جوش نرم شده اند که منجر به کاهش تنش دمای پسماند شده و تمایل به ترک سرد هیدروژن کاهش پیدا می کند. یک عملیات پیرسازی بعد از جوش استحکام اتصال را افزایش می دهد و چقرمگی منطقه تحت تأثیر گرما معمولاً با فلز مطابقت پیدا می کند. سیم های پرکننده استفاده شده جهت جوشکاری فولادهای ماراجینگ ترکیبات خیلی نزدیکی به صفحات پایه دارند. استحکام جوش ها بستگی خیلی کمی به فرآیند استفاده شده جهت ساخت آن ها دارد. اغلب فرآیندهای جوشکاری می توانند جوشهای با بازده اتصال بالای ۹۰%تولید کنند.

با این حال، چقرمگی جوش با فرآیند جوشکاری تغییر می کند. جوشکاری قوس گاز تنگستنی بهترین چقرمگی جوش را در فولاد ماریجینگ ایجاد می کند. مقادیر کمتری از جوش های ساخته شده با فرآیندهای قوس گاز فلزی، پرتو الکترونی و فرآیند پوشیده شده با فلاکس دیده شده است.

در انتهای این مطلب، از شما دعوت می کنیم تا به فیلم آموزشی که در جهت تکمیل مباحث گفته ترتیب داده شده است، توجه نمایید.