گروه آلیاژی اینکونل و اینکولوی

Inconel and Incoloy alloy group

سوپرآلیاژهای اینکونل و اینکولوی، به یک خانواده از آلیاژهای سوپرآلیاژ تعلق دارند که علاوه بر اشتراک ویژگی‌های مشترک، هرکدام دارای خصوصیات منحصر به فردی نیز هستند. به طور کلی، سوپرآلیاژها به آلیاژهایی اطلاق می‌شود که علاوه بر مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون، خواص مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می‌کنند.

تفاوت اساسی بین دو گروه آلیاژ اینکونل و اینکولوی، در ترکیب شیمیایی آنها است که تأثیر زیادی بر کاربردهای آنها دارد. اینکونل به طور اصلی از آلیاژ نیکل-کروم تشکیل شده است که بیش از ۵۰٪ نیکل در ترکیب آن حضور دارد، در حالی که اینکولوی از آلیاژ نیکل-آهن-کروم تشکیل شده است و درصد نیکل در آن کمتر از ۵۰٪ است.

ویژگی‌های منحصر به فرد آلیاژهای اینکونل، که این گروه آلیاژ را به گزینه‌ای مناسب در کاربردهایی با حساسیت بالا تبدیل کرده‌اند، عبارتند از:

مقاومت خوردگی بالا :

مقاومت فوق العاده در برابر اسیدهای مختلف از جمله فسفریک اسید، سولفوریک اسید، نیتریک اسید و هیدروکلریک اسید.

مقاومت در برابر خوردگی تنشی که این آلیاژها را برای محیط‌هایی با شرایط حاوی تنش، گزینه‌ی مناسب می‌سازد.

خواص مکانیکی بالا :

خواص مکانیکی بسیار برجسته در دماهای بسیار پایین و بسیار بالا که نشان از استحکام و انعطاف پذیری در شرایط دمایی حاد دارند.

مقاومت بالا در برابر خوردگی حفره‌ای و شکافی :

مقاومت بی‌نظیر در برابر خوردگی حفره‌ای، خوردگی شکافی و خوردگی بین دانه‌ای که این آلیاژها را برای مواجهه با شرایط محیطی متنوع و پیچیده ترکیبی ایده‌آل می‌سازد.

مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا :

مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون در دماهای بالا که این آلیاژها را به گزینه‌ی مناسب برای کاربردهایی در شرایط دمایی بسیار بالا تبدیل کرده است.

آلیاژهای اینکونل به عنوان یک گروه متمایز از سوپرآلیاژها، در موارد زیر به عنوان مصالح اصلی مورد استفاده قرار می‌گیرند :

پالایشگاه‌ها و پتروشیمی‌ها :

به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی اسیدها و شرایط تنش مکانیکی، آلیاژهای اینکونل به عنوان مصالح اصلی در صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی به کار می‌روند.

قطعات متحمل به تنش مکانیکی شدید و کاربردهای دریایی :

در ساخت قطعاتی که در معرض تنش‌های مکانیکی شدید قرار دارند و همچنین در قطعاتی که در محیط دریایی مورد استفاده قرار می‌گیرند، از آلیاژهای اینکونل استفاده می‌شود.

سکوهای نفتی :

به علت مقاومت بالا در برابر شرایط خوردگی حفره‌ای و مکانیکی، آلیاژهای اینکونل در ساخت و ساز سکوهای نفتی به کار می‌روند.

صنایع هوافضا، صنایع شیمیایی و نظامی :

با توجه به استحکام بالا و مقاومت در برابر شرایط دمایی و مکانیکی حاد، این آلیاژها در صنایع هوافضا، صنایع شیمیایی و نظامی به عنوان مواد ساختاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تجهیزات و دستگاه‌های کنترل آلودگی :

در تولید تجهیزات و دستگاه‌های کنترل آلودگی، که نیازمند مقاومت در برابر شرایط خاص محیطی هستند، از آلیاژهای اینکونل استفاده می‌شود.

توربین‌های گازی :

در ساخت قطعات توربین‌های گازی که با شرایط دمایی بسیار بالا و تنش‌های مکانیکی مواجه هستند، از آلیاژهای اینکونل به عنوان مصالح کلیدی استفاده می‌شود.

زمانی که آلیاژهای اینکونل به عملیات حرارتی تحت پوشش قرار می‌گیرند، یک لایه اکسیدی نسبتاً ضخیم و پایدار بر روی سطح آلیاژ تشکیل می‌شود که از آن به عنوان یک حافظه محافظ در برابر خوردگی بهره می‌برد. این خصوصیت سبب شده تا آلیاژهای اینکونل به عنوان گزینه‌ای مناسب برای کار در دماهای بالا و تحت فشارهای نسبتاً زیاد، جایی که فولادها و آلیاژهای آلومینیوم به خزش می‌پیوندند، شناخته شوند. آلیاژ اینکونل در گریدهای متفاوتی تولید می‌شود، که تفاوت‌های آنها از جهت ترکیب شیمیایی بیان می‌شود. این تفاوت در ترکیب شیمیایی به تغییرات قابل توجهی در خواص آلیاژ منجر شده است.

نام تجاری “اینکونل” به آلیاژ آستنیتی نیکل-کروم اشاره دارد که برای عملکرد در شرایط بسیار سخت و بحرانی طراحی شده است و تحت نظر شرکت Special Metal قرار دارد.

گریدهای مختلف در گروه آلیاژ اینکونل عبارتند از :

Inconel 600 : استحکام بخشی شده با مکانیزم محلول جامد.

Inconel 601 : آلیاژ نیکل-کروم-آهن با مقاومت بسیار زیاد در برابر اکسیداسیون دما بالا و مقاومت خوب در محیط‌های آبی.

Inconel 625 : مقاومت در برابر محیط‌های اسیدی، قابلیت جوشکاری مناسب، مناسب برای هوافضا، صنایع شیمیایی.

Inconel 718 : استحکام بخشی شده با رسوبات ثانویه گاما پرایم، قابلیت جوشکاری مناسب، استفاده در مخازن ذخیره کریاژنیک، توربین‌های گازی.

Inconel X-750 : آلیاژ نیکل-کروم استحکام بخشی شده بدلیل تشکیل رسوبات در زمینه/ کاربرد بسیار در توربین‌های گازی، پره، آب بند و روتور.

Inconel 751 : افزایش مقدار آلومینیوم جهت بهبود استحکام گسیختگی در دمای 1600 F.

Inconel 792 : افزایش مقدار آلومینیوم برای مقاومت خوردگی بالاتر، به خصوص در توربین‌های گازی.

Inconel 939 : استحکام بخشی شده با فاز گاما پرایم جهت افزایش قابلیت جوشکاری.

Inconel 690 : حاوی مقدار کم کبالت برای کاربرد هسته‌ای.

Inconel C-713 : آلیاژ ریختگی پایه نیکل-کروم رسوب سخت شونده.

Inconel 230 : آلیاژ نیکل-کروم-تنگستن-مولیبدن استحکام بخشی شده با کاربید.

Inconel 706 : آلیاژ رسوب سخت شونده با استحکام بسیار بالا و قابلیت ماشینکاری مناسب.

Inconel 617 : آلیاژ نیکل-کروم-کبالت مولیبدن، استحکام بخشی شده با مکانیزم محلول جامد.

ویژگی‌های منحصر به فرد آلیاژهای اینکولوی، با توجه به ترکیب شیمیایی آنها و همچنین قیمت نسبتاً کمتر نسبت به آلیاژهای اینکونل، این آلیاژ را به یک گزینه مناسب برای کار در دماهای بالا با حساسیت کاری کمتر تبدیل کرده است. در واقع، در شرایط کاری بحرانی، استفاده از اینکولوی امکان‌پذیر نیست. یک ویژگی دیگر بارز اینکولوی، سهولت تولید آن است به طوری که ماشین‌آلات و تجهیزات مورد استفاده در تولید فولادها می‌توانند به راحتی برای تولید این آلیاژها نیز به کار روند.

اینکولوی در گریدهای متنوعی تولید می‌شود که همگی برخوردار از مقاومت خوردگی بالا به خصوص در محیط‌های آبی هستند. هرچند که اینکولوی به طور عمومی و گسترده در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد، افزودن عناصر آلیاژی دیگر مقاومت این آلیاژ در برابر خوردگی، از جمله خوردگی حفره‌ای و ترک‌خوردن را افزایش می‌دهد.

مقاومت بسیار عالی در برابر آب دریا و محیط‌های حاوی کلرید زیاد، اینکولوی را به یک گزینه مناسب جهت استفاده در صنایع نفت و گاز تبدیل کرده است. آلیاژ اینکولوی به طور گسترده در محیط‌های شیمیایی بسیار خورنده و همچنین در اغلب محیط‌های اسیدی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

آلیاژ اینکولوی به عنوان یک ماده متعدد الزا ترکیبی از نیکل، کروم، و آهن در محیط‌ها و شرایط مختلف، در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد. این استفاده‌ها عبارتند از :

پایپینگ، مبدل‌های حرارتی، تجهیزات کربن دهی :

اینکولوی به علت مقاومت خود در برابر خوردگی و خصوصیات مکانیکی برجسته‌اش، در ساخت و ساز پایپینگ، مبدل‌های حرارتی، و تجهیزات کربن دهی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فرآیندهای شیمیایی و کاربردهای پتروشیمی :

در صنایع شیمیایی و کاربردهای پتروشیمی به دلیل مقاومت به تأثیرات شیمیایی و دما، آلیاژ اینکولوی برای انجام فرآیندهای شیمیایی و پتروشیمی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

نیروگاه‌های برق، کوره‌های صنعتی، تجهیزات عملیات حرارتی :

در نیروگاه‌های برق، کوره‌های صنعتی، و تجهیزات مرتبط با عملیات حرارتی، استفاده از آلیاژ اینکولوی به دلیل خواص مکانیکی و مقاومت حرارتی آن بسیار رایج است.

صنعت نفت و گاز :

در صنعت نفت و گاز، آلیاژ اینکولوی به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی در محیط‌های نفتی و گازی و همچنین مقاومت در برابر شرایط فشار و دمای بالا به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

گریدهای متنوع گروه آلیاژی اینکولوی به شرح زیر هستند :

Incoloy 020 : برخورداری از مقاومت به خوردگی بسیار بالا در محیط‌های شیمیایی که شامل سولفوریک اسید، فسفریک اسید، و یون کلرید می‌شوند.

Incoloy 330 : ایجاد مکانیزم استحکام بخشی تشکیل محلول جامد با داشتن استحکام بالا و مقاومت در برابر اکسیداسیون و کربوریزاسیون.

Incoloy 800, 800H, 800HT

Incoloy 825 : داشتن مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی.

Incoloy 925 : آلیاژ پیرسخت شونده با استحکام بالا.

Incoloy 945

Incoloy 909

Incoloy 907

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