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

آلیاژ اینوار 36

Invar 36 alloy

“آلیاژ اینوار 36 ، یک آلیاژ آستنیتی داکتیلی است که در دماهای اتاقی و در شرایط هوای خشک، مقاومت قابل توجهی در مقابل خوردگی دارد. اما در شرایط محیطی مرطوب و دیگر محیط‌ها، ممکن است به خوردگی مبتلا شود. Invar 36، در دماهای پایین‌تر از دمای کوری، خواص مغناطیسی دارد و از دماهای بالاتر این خواص را از دست می‌دهد.

آلیاژ اینوار 36  در اشکال مختلفی از جمله میلگرد، لوله، و ورق تولید می‌شود. ابعاد این آلیاژ تحت تأثیر دما و شرایط مختلف تغییر نمی‌کند، و این خاصیت ثبات ابعادی آن، از کاربردهای گسترده‌ای در حوزه هوافضا برخوردار می‌سازد. در واقع، ضریب انبساط حرارتی کمتر این آلیاژ، این ویژگی را به وجود می‌آورد.”

آلیاژ اینوار 36 (UNS K93603) یک نمونه از آلیاژ‌های آستنیتی می‌باشد. این آلیاژ به عنوان یک آلیاژ نیکل-آهن شناخته می‌شود و در ترکیب خود دارای 36 درصد نیکل است. یکی از ویژگی‌های جالب این آلیاژ، ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین آن است که در بازه دمایی از -418 درجه فارنهایت (-250 درجه سانتی‌گراد) تا 392 درجه فارنهایت (200 درجه سانتی‌گراد) قرار دارد.

آلیاژ اینوار 36 همچنین در دماهای پایین، به عنوان یک ماده با خواص مکانیکی مطلوب شناخته می‌شود. به عبارت دیگر، در دماهای سرمازایی، این آلیاژ از تغییرات ناراحت‌کننده در خواص مکانیکی جلوگیری می‌کند.

یکی از ویژگی‌های دیگر این آلیاژ، آستانه خستگی بسیار بالای آن است، که به این معناست که می‌توان از آن در برخی از زمینه‌های مختلف مانند صنایع هوافضا و صنایع دقیق استفاده نمود. این ویژگی‌ها، آلیاژ اینوار 36 را به یک ماده مورد توجه برای کاربردهای مختلف در دماهای متفاوت می‌کنند.

علاوه بر ویژگی‌های اشاره شده، آلیاژ اینوار 36 از شکل پذیری و چقرمگی خوبی نیز بهره می‌برد که این خصوصیت‌ها آن را به یک ماده مناسب برای فرآیندهای مختلف تبدیل می‌کنند. از جمله فعالیت‌هایی که بر روی این آلیاژ انجام می‌شود می‌توان به سرد کاری، گرم کاری، جوشکاری، ماشین‌کاری و دیگر فرآیندهای صنعتی اشاره کرد.

باید توجه داشت که عملکرد آلیاژ اینوار 36 در محیط‌های مختلف متفاوت است. در محیط‌های خشک، این آلیاژ مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد. اما در محیط‌های مرطوب، شرایط متفاوتی برای آن ایجاد می‌شود و احتمال خوردگی (زنگ‌زدگی) وجود دارد. بنابراین، در انتخاب و استفاده از این آلیاژ، شرایط محیطی مورد نظر باید به دقت در نظر گرفته شود.

آلیاژ اینوار 36 به دلیل ثبات ابعاد فلزی خود، از جمله در زمینه‌های مختلف بکار می‌رود. این آلیاژ گواهینامه‌های اخذ شده‌ای نیز دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به F1684-06 از انجمن ASTM و D-33028-2 از BOEING اشاره کرد. زیرا در مواردی که تغییرات ابعادی فلز مهم هستند، مورد تایید و استفاده قرار می‌گیرد.

مناطق کاربردی آلیاژ اینوار 36 عبارتند از :

1. سیکل‌های تبرید و لوله کشی‌ها : بخصوص در مواردی که تغییرات حرارتی ممکن است ایجاد تغییر در ابعاد دقیق ایجاد کنند.
2. اجزای مختلف دستگاه‌های لیزر : زیرا در دستگاه‌های لیزر، دقت ابعادی بسیار حیاتی است.
3. تانکرهای حمل گاز طبیعی مایع (LNG) : در این تانکرها که مایعات یخ‌زده و با دماهای بسیار پایین ذخیره می‌شوند، آلیاژ اینوار 36 به دلیل ثبات ابعادی در دماهای پایین مورد استفاده قرار می‌گیرد.
4. قطعات و اجزای وسایل دریایی : زیرا در محیط دریایی تحت تأثیر عوامل محیطی متعددی قرار می‌گیرند و نیاز به ثبات ابعادی دارند.
5. توربین‌های بادی : در توربین‌های بادی که در شرایط محیطی مختلف عمل می‌کنند، آلیاژ اینوار 36 به عنوان یک ماده مقاوم در برابر تغییرات دما و ابعاد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سوپرآلیاژ RA333

RA333

سوپرآلیاژ RA333 یک آلیاژ نیکل، آهن و کروم با شکل‌پذیری استثنایی است. علاوه بر مقاومت بسیار بالا در برابر کربوریزه شدن و شوک حرارتی، مقاومت مکانیکی خود را در دماهای بالا تا 1204 درجه سلسیوس حفظ می‌نماید.

با توجه به وجود کروم، نیکل و عناصر آلیاژی دیگر، سوپرآلیاژ RA333 مقاومت فوق‌العاده‌ای در برابر کربوریزاسیون و شوک حرارتی ارائه می‌دهد.

آلیاژ RA333 دارای چقرمگی بالاست و مقاومت مکانیکی خود را در دماهای بالا تا 1204 درجه سلسیوس به مدت طولانی حفظ می‌نماید.

با توجه به درصد بالای نیکل در ترکیب آن، این سوپرآلیاژ در مقابل خوردگی تنشی کلرایدی و اسید پلی‌تیونیک مقاومیت دارد.

سوپرآلیاژ RA333 به طور کلی در مواردی کارآیی دارد که آلیاژهای مقاوم به حرارت دیگر مانند اینکونل 601، RA330 و اینکونل 600 قادر به مقاومت در برابر شرایط دمایی و خوردگی محیط نیستند.

جوشکاری RA333

برای جوشکاری RA333 بهتر است از سیم لخت آلیاژ 333 یا الکترودهای روکش‌دار AC/DC RA333-70-16 استفاده کنید. نیازی به انجام پیش‌گرمایش نیست و دمای Interpass باید زیر 100 درجه سانتی‌گراد نگه داشته شود.

این آلیاژ بسیار سخت است و استحکام خود را در دماهای بالا تا 1204 درجه سانتی‌گراد به مدت زمان طولانی حفظ می‌نماید. همچنین، RA333 در برابر ترک‌خوردگی تنشی یون‌کلراید و ترک‌خوردگی تنشی پلی‌تیونیک اسید مقاوم است.

RA333 می‌تواند در موارد مختلفی مورد استفاده قرار گیرد.

برخی از موارد استفاده این آلیاژ عبارتند از :

1. ساپورت لوله در پالایشگاه‌ها و دیگ‌های بخار زغال سنگی.
2. استفاده در مافل (Muffle)، رتورت (Retort)، شفت فن و فیکسچرهای گرمایشی.
3. تولید مافل برای فیبر کربن.
4. استفاده در استک دمپر (Stack Damper) در کارخانه‌های اسید سولفوریک.
5. ساخت اسپینرت (Spinnerete) برای شیشه مذاب.
6. مورد استفاده در فلر تیپ در سیستم‌های فلر.
7. جوش فیلر RA333 برای تعمیر و جوشکاری آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت ریختگری مناسب است.
8. کوره‌های عملیات حرارتی.
9. صنایع سیمان.

این آلیاژ به دلیل مقاومت بالا در برابر شرایط حرارتی و خوردگی، در صنایعی که نیاز به مواد با عمر مفید بلند در دماهای بالا دارند، کاربرد دارد.