فولاد ماریجینگ چیست؟

maraging steel

فولاد ماریجینگ چه خصوصیاتی دارد؟

فولاد ماریجینگ (Maraging steel) یک نوع آلیاژ آهنی است که حاوی مقدار کمی کربن و مقدار زیادی نیکل است. این فولاد با رسوب‌دهی ترکیبات فلزی مانند مولیبدن، آلومینیوم، مس، تیتانیوم و کبالت در دمای حدود 480 درجه سانتی‌گراد، استحکام و سختی بالایی به دست می‌آورد. این فولاد نام خود را از پدیده‌ی پیرسختی مارتنزیت (martensite age hardening) گرفته است که به معنی سخت شدن فولاد با گذشت زمان است. فولاد ماریجینگ علاوه بر استحکام و سختی، دارای چقرمگی و مقاومت خستگی خوبی نیز هست و عمر مفید و کارایی قطعات ساخته شده از آن را افزایش می‌دهد. این فولاد در صنایع مختلفی مانند هوافضا، نظامی، هسته‌ای و پزشکی کاربرد دارد و برای تولید قطعاتی مانند میل لنگ موتور، پین شلیک سلاح، گیربکس و واحدهای سانتریفیوژ گاز استفاده می‌شود. فولاد ماریجینگ یکی از پیشرفته‌ترین و مهمترین مواد اولیه در صنعت امروزی است که نقش بزرگی در پیشرفت علم و فناوری دارد.

فولاد ماریجینگ چه خصوصیات منحصر به فردی دارد؟

این فولاد نام خود را از پدیده‌ی پیرسختی مارتنزیت گرفته است که به معنی سخت شدن فولاد با گذشت زمان است. فولاد ماریجینگ دارای خواص منحصر به فردی است که در بسیاری از مواد وجود ندارد.

برخی از این خواص عبارتند از :

• ضریب انبساط حرارتی پایین که باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ در مقابل تغییرات دما مقاوم باشد و ابعاد ثابتی داشته باشد.
• استحکام تسلیم بالا که نشان دهنده‌ی مقاومت فولاد ماریجینگ در برابر تغییر شکل دائمی است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند بارهای بالایی را تحمل کند.
• قابلیت جوشکاری که به معنی امکان اتصال قطعات فولاد ماریجینگ به یکدیگر با استفاده از حرارت است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در صنایع مختلفی مانند هوافضا، نظامی، هسته‌ای و پزشکی کاربرد داشته باشد.
• استحکام کششی بالا که نشان دهنده‌ی مقاومت فولاد ماریجینگ در برابر کشش است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در برابر نیروهای کششی مقاوم باشد و نشکند.
• سهولت در نیتریده کردن که به معنی افزایش سختی سطحی فولاد ماریجینگ با ایجاد لایه‌ی نیتریده است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در برابر سایش و خوردگی مقاوم باشد و عمر مفید خود را افزایش دهد.
• چقرمگی بالا که نشان دهنده‌ی توانایی فولاد ماریجینگ در بازگشت به شکل اولیه خود پس از برداشتن نیرو است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در برابر تغییر شکل موقت مقاوم باشد و خاصیت ارتجاعی خود را حفظ کند.
• تغییر یکنواخت ابعاد در هنگام عملیات حرارتی که به معنی عدم ایجاد اعوجاج و تنش در فولاد ماریجینگ در زمان انجام عملیات حرارتی مانند پیرسختی، آنیل و تمپر است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند ابعاد دقیق و یکنواختی داشته باشد و نیاز به ماشین‌کاری بعد از عملیات حرارتی کم شود.
• شکل‌پذیری بالا که نشان دهنده‌ی توانایی فولاد ماریجینگ در تغییر شکل با استفاده از نیروهای فشاری است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند به شکل‌های مختلفی مانند ورق، میله، لوله و سیم تبدیل شود.
• قابلیت پولیش بسیار خوب که به معنی امکان ایجاد سطحی صاف و براق بر روی فولاد ماریجینگ با استفاده از عملیات پولیش است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند زیبایی و جذابیت بیشتری داشته باشد و در صنایعی مانند طلاسازی، ساعت‌سازی و زیورآلات کاربرد داشته باشد.
• قدرت ضربه بالا که نشان دهنده‌ی مقاومت فولاد ماریجینگ در برابر نیروهای ضربه‌ای است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در برابر شوک‌های مکانیکی مقاوم باشد و نشکند.
• مقاومت به خوردگی و انتشار ترک که به معنی امکان مقاومت فولاد ماریجینگ در برابر عوامل شیمیایی و محیطی است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در برابر خوردگی و تشکیل ترک‌های ناشی از خستگی یا هیدروژنیزاسیون مقاوم باشد و عمر مفید خود را افزایش دهد.
• قدرت خستگی بالا که نشان دهنده‌ی مقاومت فولاد ماریجینگ در برابر نیروهای متناوب است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند در برابر خستگی و تشکیل ترک‌های ناشی از نیروهای متناوب مقاوم باشد و عمر مفید خود را افزایش دهد.
• قابلیت ماشین‌کاری آسان با حداقل اعوجاج که به معنی امکان تولید قطعات با ابعاد دقیق و یکنواخت با استفاده از ابزارهای ماشینی است. این خاصیت باعث می‌شود تا فولاد ماریجینگ بتواند با حداقل هزینه و زمان، قطعات با کیفیت بالا را تولید کند.

فولاد ماریجینگ دارای خواص متفاوتی در رده‌های مختلف است که به شرح زیر است :

گرید 200 که دارای تنش تسلیم 1400 MPA و چقرمگی شکست 140 است. این گرید از فولاد ماریجینگ در دمای 480 سانتی‌گراد پیرسختی می‌شود.

گرید 250 که دارای تنش تسلیم 1700 MPA و چقرمگی شکست 100 است. این گرید از فولاد ماریجینگ در دمای 480 سانتی‌گراد پیرسختی می‌شود.

گرید 300 که دارای تنش تسلیم 1900 MPA و چقرمگی شکست 70 است. این گرید از فولاد ماریجینگ در دمای 480 سانتی‌گراد پیرسختی می‌شود.

گرید 350 که دارای تنش تسلیم 2400 MPA و چقرمگی شکست 40 است. این گرید از فولاد ماریجینگ در دمای 480 سانتی‌گراد پیرسختی می‌شود.

فولاد ماریجینگ دارای رده‌های مختلفی است که بر اساس استاندارد MIL-S-46850D با اعداد 200، 250، 300 و 350 نامگذاری شده‌اند.
این اعداد نشان‌دهنده‌ی استحکام کششی فولاد ماریجینگ به واحد پوند بر اینچ مربع هستند. هر رده از فولاد ماریجینگ دارای خواص متفاوتی در مورد دمای پیرسختی، تنش تسلیم و چقرمگی است.
همچنین هر رده از فولاد ماریجینگ شامل ترکیبات مختلفی از عناصر مانند کبالت، تیتانیوم، آلومینیوم، مولیبدن و نیکل است.

جدول زیر میزان این عناصر را در هر رده از فولاد ماریجینگ نشان می‌دهد :

فولاد ماریجینگ به دلیل خواص مثبتی که دارد، در صنایع مختلفی مانند صنایع هوافضا، صنایع نظامی، صنایع خودروسازی، صنایع دریایی و صنایع پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد¹. این فولاد به دلیل مقاومت بالای خود در برابر خوردگی، سایش، ضربه و فشار، قطعات تولید شده از آن بسیار پایدار و قابل اطمینان هستند¹. همچنین، قابلیت جوشکاری آن باعث شده تا از این فولاد برای ساخت قطعاتی با اشکال مختلف استفاده شود¹.

بازدهی اقتصادی این فولاد نیز بسیار مورد توجه است. چرا که به دلیل خواصی که دارد، طول عمر بالایی را ایجاد کرده و هزینه‌های نگهداری، تعمیر و تعویض قطعات را کاهش می‌دهد. به همین دلیل است که از این فولاد در صنایع مختلف استفاده شده و طرفداران زیادی را پیدا کرده است¹.

به طور خلاصه

فولاد ماریجینگ یک نوع آلیاژ است که دارای خواص برجسته‌ای مثل خشکی، سختی، چقرمگی، مقاومت در برابر ترک خوردگی، استحکام کششی و ضریب انبساط حرارتی پایین است. این فولاد در صنایع مختلفی مانند هوا فضا، سانتریفیوژ، شمشیر و موتورها کاربرد دارد و به عنوان یک ماده انقلابی در زندگی انسان‌ها شناخته می‌شود.

تفاوت فولاد ماریجینگ با دیگر فولادها

این فولاد با سایر فولادها تفاوت‌های زیادی دارد.

برخی از این تفاوت‌ها عبارتند از :

فولاد ماریجینگ نسبت به فولاد کربنی که با افزایش کربن سخت می‌شود، کربن بسیار کمی دارد و با رسوب ترکیبات بین فلزی سخت می‌شود.

فولاد ماریجینگ نسبت به فولاد آلیاژی که با افزایش عناصر آلیاژی مثل کروم، منگنز، وانادیوم و غیره سخت می‌شود، عناصر آلیاژی کمتری دارد و با رسوب ترکیبات بین فلزی مختص به خود سخت می‌شود.

فولاد ماریجینگ نسبت به فولاد ضد زنگ که با افزایش کروم و نیکل مقاومت به خوردگی را افزایش می‌دهد، کروم کمتری دارد و نیکل بیشتری دارد. این فولاد مقاومت به خوردگی کمتری دارد اما استحکام بیشتری دارد.

آیا در قطعات ریز و حساس هم از فولاد ماریجینگ استفاده می‌شود؟

بله، در برخی از قطعات ریز و حساس هم از فولاد ماریجینگ استفاده می‌شود. این فولاد به دلیل داشتن استحکام و چقرمگی بالا، مقاومت به خستگی و ترک خوردگی، و قابلیت جوشکاری و ماشین‌کاری مناسب، برای ساخت قطعاتی که نیاز به دقت و کیفیت بالا دارند، مناسب است.

برخی از رایج‌ترین کاربردهای این فولاد عبارتند از :

• قطعات اتومبیل مسابقه‌ای (میله، شفت، چرخ‌دنده)
• قطعات نیروگاه‌های غنی‌سازی اورانیوم (روتور، شفت)
• سوکت کابل
• شیلنگ‌های هیدرولیک
• پروانه‌ها و محفظه‌های پمپ
• تجهیزات تست کشش
• روتورهای اولتراسانتریفیوژها
• قطعات زیر کارتریج، چفت و بست‌های بال هواپیما و پایه‌های چرخ‌های فرود هواپیما

استیل ۳۰۹ چیست؟

309 steel

“یکی از پرطرفدارترین و کاربردی‌ترین انواع ورق استیل، ورق استیل ۳۰۹S می‌باشد. این نوع ورق استیل دارای استقامت بسیار مطلوبی در برابر زنگ زدگی می‌باشد و قادر به تحمل دماهای بسیار بالا است، بدون اینکه کمترین تغییری در شکل آن ایجاد شود یا نشانگر واکنش‌های غیرمطلوبی شود.

ورق استیل ۳۰۹ به عنوان “ورق استیل نسوز” نیز شناخته می‌شود. این نوع ورق استیل از جنس فولادی است که به خوبی برای کاربردهایی با دماهای بالا مناسب است. میزان کروم و نیکل موجود در آن باعث مقاومت بالا در برابر زنگ زدگی می‌شود. علاوه بر این، استقامت بالاتری که این ورق استیل دارد، آن را از نظر مقاومت در برابر اکسیداسیون و تحمل دماهای بالا به ویژه در مقایسه با ورق استیل ۳۰۴ یا ۳۱۶، ویژگی منحصر به فردی می‌کند.”

“آلیاژ ۳۰۹ (UNS S30900) یک نوع استیل آستنیتی است که برای کاربردهایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که مقاومت در برابر خوردگی در دماهای بالا از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. این آلیاژ به مقاومت در برابر اکسیداسیون تا دمای ۱۹۰۰ درجه فارنهایت (۱۰۳۸ درجه سانتیگراد) در محیط هوای خشک و بدون رطوبت مشهور است.

“با توجه به کروم بالا و میزان کمتر نیکل، ورق استیل ۳۰۹ قادر است در محیط‌های حاوی گوگرد تا دمای حداکثر ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد به کار گرفته شود. از سوی دیگر، این آلیاژ برای استفاده در محیط‌های تحریک‌کننده توصیه نمی‌شود، زیرا اساساً تنها مقاومت متوسطی را در مقابل جذب کربن ارائه می‌دهد. نوع ۳۰۹S از ورق استیل ۳۰۹، که حاوی مقدار کمتری کربن است، توانایی جوشکاری بهتری در مقایسه با استیل ضدزنگ ۳۰۹ دارد.”

ورق استیل ۳۰۹S از آن دسته استیل‌هایی است که به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، در صنایع مختلف به کار می‌رود.

از جمله کاربردهای متعدد این نوع استیل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد :

1. صنعت خودروسازی : ورق استیل ۳۰۹S در ساخت قطعات موتور هواپیما و جت به عنوان یک جزء با استحکام حرارتی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. این استیل انبساط حرارتی بالایی دارد و برای مواردی که نیاز به دستگاه‌ها و قطعات با دماهای بسیار بالا دارند، ایده‌آل است.
2. صنعت گرمایشی : ورق استیل ۳۰۹S به علت مقاومت در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا و نیز توانایی مقاومت در برابر تغییر شکل در ساختارهای گرمایشی، در تولید عناصر حرارتی، کاورهای اجاق گاز، بخش‌های مختلف کوره و ابزارهای نیروگاهی به کار می‌رود.
3. صنعت ماشین‌آلات : از ورق استیل ۳۰۹S در تولید انواع پیچ و مهره‌ها، محفظه‌های حمل و نقل اسید تلفیقی و سولفیت‌ها، بخش‌های اگزوز و سایر قطعات ماشین‌آلات استفاده می‌شود.

این استیل به دلیل خصوصیات منحصر به فردش، در صنایع مختلف از جمله صنعت خودروسازی، ماشین‌آلات، و صنعت گرمایشی تاثیرگذار است و در بسیاری از موارد به عنوان یک گزینه مطلوب و مقرون به صرفه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

واضح است که ورق استیل ۳۰۹S در دماهای بسیار متنوعی کاربرد دارد.

دماهای کار و عملیات حرارتی متعددی برای این آلیاژ تعیین شده است. به طور خلاصه، می‌توان این نکات را در نظر گرفت :

– دمای کار در دمای بالا : ورق استیل ۳۰۹S می‌تواند در دمای تا ۲۱۵۰ درجه فارنهایت (۱۱۷۷ درجه سانتیگراد) کار کند. با گرم شدن مجدد در دمای ۱۸۰۰ درجه فارنهایت (۹۸۲ درجه سانتیگراد) ضروری است و پسندتر است که رفع سریع انجام شود. برای دستیابی به مقاومت بیشتر در برابر خوردگی، پس از کار، بازپخت کامل الزامی است.

– کار در دمای پایین : ورق استیل ۳۰۹S علیرغم سرعت بالای سخت شدن، می‌تواند در دماهای پایین تر ترسیم، هد، ناراحت و مهر شود. برای کاهش استرس داخلی، بازپخت کامل پس از عملیات کار در دماهای پایین توصیه می‌شود.

– آنیل شدن : آنیل شدن این آلیاژ در دماهای میانی به محدوده ۱۹۰۰-۲۰۵۰ درجه فارنهایت (۱۰۳۸-۱۱۲۱ درجه سانتیگراد) انجام می‌شود و باید با استفاده از آب خاموش انجام شود.

– سخت شدن : این آلیاژ به عملیات حرارتی پاسخ نمی‌دهد، ولی کار سرد باعث افزایش سختی و مقاومت آن می‌شود.

این ویژگی‌ها به ورق استیل ۳۰۹S امکان مورد استفاده در محیط‌های مختلف با دماهای متنوع را می‌دهند، از جمله در صنایع حرارتی و خودروسازی.

ورق استیل ۳۰۹ یکی از آلیاژ‌های متعدد که در صنایع و پروژه‌های مختلف به کار می‌رود. این استیل از ورق استیل ۳۰۴ در محیط‌های دریایی مستحکم‌تر است و به عنوان یک ماده مقاوم در برابر مواد سولفیتی و اسیدی شناخته می‌شود. به عنوان نمونه:

– مقاومت در برابر زنگ‌زدگی : ورق استیل ۳۰۹ دارای مقاومت بسیار بالا در برابر زنگ‌زدگی است. این خصوصیت آن را مناسب برای محافظت و ترابری اسیدهای مختلف می‌کند، از جمله اسید سولفوریک، اسید سیتریک، اسید نیتریک، و اسید استیک.

– کاربردهای در محیط‌های اسیدی : ورق استیل ۳۰۹ برای محافظت و ترابری انواع اسیدها، از جمله اسید سولفوریک، اسید سیتریک، اسید نیتریک، و اسید استیک بسیار مفید است.

– مقاومت در برابر اکسیداسیون : این نوع آلیاژ دارای مقاومت بالایی در برابر اکسیداسیون در دماهای حتی تا ۱۰۹۳ درجه سانتیگراد است. از طرف دیگر، در دماهای بالاتر از ۹۸۰ درجه سانتیگراد نباید استفاده شود.

ورق استیل ۳۰۹ به دلیل تنوع خصوصیات خود و مقاومت در برابر شرایط مختلف، در محیط‌های متنوعی از صنایع مختلف به کار می‌رود، از جمله صنعت دریایی و صنعت شیمیایی.