فولاد ماریجینگ C250

Maraging steel C250

 

فولاد ماریجینگ

فولادهای ماریجینگ که در این واحد استفاده می‌شوند، به دلیل استحکام مکانیکی بسیار بالا و مقاومت فوق‌العاده به خوردگی، در تجهیزات نظامی و هوافضا کاربردهای فراوانی دارند. برای بهبود خصوصیات و ساختار داخلی مطلوب در این آلیاژها، عناصر متنوعی مانند نیکل، کروم، مولیبدن، آلومینیوم، کبالت، منگنز، سیلیکون و مس به فولاد ماریجینگ اضافه می‌شوند. ویژگی‌های مکانیکی عالی این نوع فولاد از دستگاه‌های پردازش حرارتی و فرآیندهای تصفیه مناسب به دست می‌آید.

تاریخچه فولادهای ماراجینگ به دهه‌های ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰ بازمی‌گردد و این فولادها به عنوان یک دسته از فولادهای سوپرآلیاژ به شمار می‌آیند. در آغاز، تلاش‌ها برای توسعه فولادهای ماراجینگ به منظور تولید ابزارهایی با مقاومت بسیار بالا، به ویژه در حوزه نظامی، انجام شد.

در دوران جنگ جهانی دوم، نیاز به مواد ساختاری با خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی بالا، این تلاش‌ها را بیشتر تسریع کرد. فولادهای ماراجینگ به عنوان قطب‌هایی در صنایع هوافضا، نظامی، پزشکی، و دیگر صنایع مهم شدند.

فرآیند مارتنزیت‌دهی، یکی از ویژگی‌های بارز فولادهای ماراجینگ است. این فرآیند شامل حرارت‌دهی به دماهای بالا و سپس سرد کردن به سرعت است که باعث ایجاد ساختار مارتنزیتی (یک نوع از ساختارهای فازی فولاد) با خصوصیات مکانیکی بسیار برجسته می‌شود.

تاکنون، محققان و تولیدکنندگان این فولادها را بهبود داده‌اند و نسل‌های مختلفی از فولادهای ماراجینگ با ویژگی‌های بهتر و متفاوت توسعه داده‌اند. امروزه، این فولادها به عنوان مواد بسیار حیاتی در صنایع پیشرفته و نوآورانه به‌شمار می‌آیند.

پس از انجام عملیات محلول جامدی، زمینه کم کربن، غنی از نیکل، به بخش‌های مارتنزیتی نرم تبدیل می‌شود. از طریق فرآیند پیرسازی، بخش اعظمی از فازهای η (Ni3(Ti,Mo))a از زمینه سوپراشباع، رسوب می‌کنند که باعث افزایش چشمگیر استحکام می‌شود. از میان تمام عناصر آلیاژی، کبالت نقش مهمی در افزایش استحکام فولاد ماریجینگ ایفا می‌کند. افزودن کبالت به دلیل افزایش ترسیب ترکیب‌های بین فلزی مولیبدن، می‌تواند اثر استحکام دهی را تقویت نماید. با این حال، نداشتن در دسترس بودن و افزایش قیمت کبالت باعث توسعه فولادهای ماریجینگ نوع T شده است (فولاد ماریجینگ با استحکام دهی شده توسط تیتانیم بدون افزودن کبالت). فولاد T250 یک نمونه رایج از فولاد ماریجینگ نوع T است، و فاز η در آن به عنوان فاز اصلی ترسیب شده است. در طول فرآیند پیرسازی در دمای 480 درجه سانتیگراد به مدت 3 ساعت، ثابت شبکه فاز (Ni3(Ti,Mo)) به تدریج کوچکتر از ثابت شبکه زمینه می‌شود که باعث افزایش تولید ترک در حین تغییر شکل می‌گردد. برخلاف فولاد C250 با همان سطح استحکام، عدم استفاده از کبالت و افزایش تیتانیم باعث بدتر شدن چقرمگی فولاد T250 می‌شود. به طور خلاصه، روش‌های سنتی عملیات حرارتی نه تنها زمان‌بر هستند بلکه ممکن است منجر به افت چقرمگی فولاد T250 نیز گردند.

فولاد T250 به عنوان یک نمونه مهم از فولاد ماریجینگ، به دلیل هزینه پایین‌تر (بدون استفاده از کبالت)، در ساخت مواد ساختاری با استحکام بسیار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با این وجود، به دلیل میزان بالای تیتانیم در فولاد T250، چقرمگی آن به چالش کشیده شده است. یک تحقیق بسیار حیاتی که در مجله با اعتبار Materials and Design منتشر شده است، یک روش نوآورانه را برای همزمان افزایش چقرمگی و استحکام در فولاد T250 ارائه داده است. در این راستا، از فولاد T250 آنیل شده به عنوان پیش ماده استفاده شده و فرآیندهای مختلف عملیات حرارتی بر روی آن اجرا شده است. در مرحله اول، عملیات محلول جامدی (Solution Treating) در دمای 820 درجه به مدت یک ساعت اجرا شده و سپس در آب کوچ شده‌اند تا عناصر آلیاژی به صورت کامل در زمینه حل شوند. این عملیات منجر به تبدیل میکروساختار به مارتنزیت شد.

بر روی نمونه‌ها دو نوع عملیات حرارتی اجرا شد :

1- عملیات متداول پیرسازی در دمای 480 درجه به مدت سه ساعت (در ادامه با کد S+TA مشخص می‌شوند)

2- عملیات الکتروپالسینگ و پس از آن سرد کردن در هوا (در ادامه با کد S+EPA مشخص می‌شود).

نتایج مشخصه‌یابی نشان داد که در نمونه‌ای که از طریق فرایند متداول آماده شده است (S+TA)، نمونه‌ای که از طریق فرایند نوین الکتروپالسینگ ساخته شده است (S+EPA) دارای کلاسترهای (Ni3(Ti,Al، و Ni2.67Ti1.33 و NiTi بود که دارای مورفولوژی و اندازه‌های متفاوتی هستند. این فازهای جدید به دلیل تفاوت در آنتالپی تشکیل و اثر حرارتی ناشی از رسانایی متفاوتشان، شکل گرفته‌اند. علاوه بر این، نمونه S+EPA دارای تعداد زیادی مرزهای دانه-فرعی و صریب اشمید بالاتری نسبت به نمونه S+TA بود. این پژوهش نشان داد که استفاده از عملیات حرارتی مناسب می‌تواند به بهبود چشمگیر خصوصیات مکانیکی منجر شود. به عنوان مثال، استحکام بسیار بالای 1855 مگاپاسکال (که 4.4% بیشتر از نمونه متداول است) و چقرمگی بهتر 15.1% (با افزایش 23.7% نسبت به نمونه متداول) در نمونه S+EPA به دست آمد، نشان از توانمندی افزایش خواص مکانیکی با استفاده از عملیات حرارتی مناسب دارد.

 

انواع فولادهای ماراجینگ

فولادهای ماراجینگ گروهی از فولادهای سوپرآلیاژ هستند که به عنوان یک خانواده با ترکیبات شیمیایی خاص و فرآیند حرارتی مشخص شده شناخته می‌شوند. این فولادها به دلیل استحکام بالا، مقاومت به خوردگی، و ویژگی‌های مکانیکی برجسته در دماهای بالا مشهورند.

تعدادی از انواع فولادهای ماراجینگ عبارتند از :

 

فولاد ماراجینگ C250 :

مقاومت به خوردگی تنشی و تردی هیدروژنی خوبی دارد.

جوش‌پذیری عالی.

استفاده‌های متنوع از جمله صنایع هوافضا، نظامی، صنعت پتروشیمی، و قطعات پزشکی.

 

فولاد ماراجینگ C300 :

استحکام مکانیکی بالا به ترتیب از C250.

مقاومت خوب به خوردگی تنشی و تردی هیدروژنی.

استفاده در قطعاتی که نیاز به مقاومت بسیار بالا دارند.

 

فولاد ماراجینگ C350 :

استحکام مکانیکی بیشتر از C300.

مقاومت به خوردگی تنشی و تردی هیدروژنی بالا.

کاربردهایی که نیاز به استحکام فوق‌العاده دارند.

 

فولاد ماراجینگ C200 :

استحکام مکانیکی کمتر از C250.

مناسب برای کاربردهایی که نیاز به استحکام کمتری دارند.

استفاده در صنایعی که قابلیت جوش‌پذیری بالا مورد نیاز است.

 

فولاد ماراجینگ C300V :

دارای ترکیبات شیمیایی و ویژگی‌هایی متفاوت است.

مورد استفاده در قطعاتی که نیاز به مقاومت در برابر ضربه دارند.

کاربردهایی در صنعت خودرو، ورزشی، و قطعاتی با دینامیک بالا.

هر یک از این فولادها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند و انتخاب بین آنها بسته به نیازهای مشخص و شرایط کاربرد مورد نظر صورت می‌گیرد.

 

فولاد مارجنینگ  C250

Maraging C250  یک فولاد سوپر آلیاژ ماراجینگ است که با نام‌های دیگری همچون  Vascomax® 250، AMS6512، ASTM A538، و UNS K92890 نیز شناخته می‌شود.

 

این فولاد یک نوع فولاد سوپرآلیاژ است که به عنوان “ماراجینگ” نیز شناخته می‌شود. این فولاد از خانواده فولادهای ماراجینگ به‌شمار می‌آید که بر اساس فرآیند حرارتی خاص تحت عنوان “مارتنزیت‌دهی” (Maraging) ساخته می‌شوند.

خصوصیات این فولاد شامل استحکام تسلیم و استحکام کششی فوق العاده بالا (Ultra High)، مقاومت بسیار بالا به شکست، شکل پذیری بسیار عالی، مقاومت به خوردگی تنشی و تردی هیدروژنی، مقاومت به حرارت بسیار بالا (عدم تغییر در استحکام تا دمای 450 درجه سانتیگراد)، جوش پذیری بسیار عالی، و مقاومت بسیار عالی به سایش می‌باشد.

 

این فولاد در انواع صنایع به کار می‌رود، از جمله :

 

فولاد ماراجینگ C250 به دلیل خصوصیات فوق‌العاده‌ای که دارد، در صنایع مختلف به کار می‌رود.
برخی از کاربردهای این فولاد عبارتند از :

 

قالب‌های تولید :

فولاد C250 برای قالب‌های تولید استفاده می‌شود، به خصوص در قالب‌هایی که به سایش مستقیم یا فشار وارد می‌شوند.

 

ابزار اکستروژن :

در تولید ابزارهای اکستروژن (فرآیند تشکیل فلزات به وسیله فشار) به دلیل مقاومت بالا و پایداری در شرایط سخت محیطی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

صنایع هوافضا :

در ساخت قطعات مهم و حساس هوافضا که نیاز به استحکام بالا و مقاومت در برابر شرایط سخت فضایی دارند.

 

قطعات دایکست :

در صنعت دایکست (قطعات مورد استفاده در اسلحه و تجهیزات نظامی) به دلیل مقاومت عالی در برابر فشار و شرایط حاکم در محیط نظامی.

 

چرخ دنده‌ها و شفت‌ها :

در تولید چرخ دنده‌ها و شفت‌های مورد استفاده در انتقال نیرو و گیربکس‌ها با کارایی بالا.

 

صنایع نظامی :

شامل پوسته‌های راکت و موشک که به دلیل استحکام و پایداری در شرایط انفجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

صنایع پزشکی :

در تولید قطعات پزشکی که نیاز به استحکام و مقاومت در برابر خوردگی دارند.

 

صنایع نیروگاهی :

در بخش‌هایی از صنایع نیروگاهی که نیاز به مقاومت در برابر دما و فشار بالا دارند.

 

به طور کلی، فولاد ماراجینگ C250 به دلیل ترکیب خصوصیات مکانیکی، حرارتی، و مقاومتی‌اش، در صنایع مختلف از جمله صنایع ساختمانی، نظامی، هوافضا، و صنایع تولید استفاده می‌شود.

 

خصوصیات مکانیکی :

 

استحکام تسلیم : حداقل 1800 مگاپاسکال

استحکام کششی : حداقل 2100 مگاپاسکال

تراکم : حداقل 10٪

کاهش طول : حداکثر 40٪

 

ترکیبات شیمیایی (درصد) :

کربن (C) : حداکثر 0.03%

منگنز (Mn) : حداکثر 0.10%

سیلیسیم (Si) : حداکثر 0.10%

فسفر (P) : حداکثر 0.010%

گوگرد (S) : حداکثر 0.010%

نیکل (Ni) : 8.00 – 10.00%

مولیبدن (Mo) : 4.60 – 5.20%

تیتانیوم (Ti) : 1.80 – 2.40%

آلومینیوم (Al) : 1.80 – 2.40%

کبالت (Co) : 11.50 – 12.50%

بیلت (Cu) : حداکثر 0.10%

نیتروژن (N) : حداکثر 0.010%

آهن (Fe) : مابقی

 

ویژگی ها

فولاد ماراجینگ C250 ویژگی‌های خاصی دارد که آن را به یک ماده خاص و مورد توجه در بسیاری از صنایع تبدیل کرده است.

برخی از ویژگی‌های خاص این فولاد عبارتند از :

 

استحکام بالا :

دارای استحکام تسلیم و استحکام کششی فوق‌العاده بالا است که این ویژگی آن را برای کاربردهایی که نیاز به مقاومت مکانیکی بالا دارند، مناسب می‌سازد.

 

مقاومت در برابر خوردگی :

فولاد C250 مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی تنشی و تردی هیدروژنی دارد.

 

مقاومت در برابر حرارت :

این فولاد دارای مقاومت بالا در برابر دماهای بالا است و در دماهای بالا (تا 450 درجه سانتیگراد) استحکام‌اش حفظ می‌شود.

 

جوش پذیری عالی :

این فولاد قابلیت جوش پذیری خوبی دارد، که این امکان را به فعالیت در صنایع و ایستگاه‌های جوشکاری می‌دهد.

مقاومت بالا در برابر سایش :

فولاد C250 مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش و فرسایش دارد که آن را برای قطعاتی که در معرض فشارهای سایشی قرار دارند، مناسب می‌سازد.

 

توانایی شکل‌دهی بالا :

این فولاد به دلیل شکل‌پذیری بالا، می‌تواند به راحتی شکل داده شده و به اشکال مختلف درآید.

 

کاربردهای گسترده :

از جمله کاربردهای این فولاد می‌توان به قالب‌های تولید، ابزارهای اکستروژن، صنایع هوافضا، قطعات دایکست، چرخ دنده‌های فرود هواپیما، شفت، صنایع نظامی، صنایع پزشکی و نیروگاهی اشاره کرد.

 

مقایسه فولاد ماراجینگ C250 با سایر انواع فولادهای ماراجینگ

این مقایسه نیاز به مدنظر گرفتن ویژگی‌های مختلف آنها دارد. این مقایسه می‌تواند بر اساس ویژگی‌های مکانیکی، شیمیایی، و کاربردی صورت گیرد. در ادامه، یک مقایسه کلی ارائه شده است:

 

فولاد ماراجینگ C250 vs. فولاد ماراجینگ C300 :

C250 دارای استحکام تسلیم و استحکام کششی کمتری نسبت به C300 است.

C250 دارای مقاومت به خوردگی تنشی و تردی هیدروژنی کمتری نسبت به C300 دارد.

C250 به دلیل ترکیبات شیمیایی خود، قابلیت شکل‌پذیری بالاتری دارد.

 

فولاد ماراجینگ C250 vs. فولاد ماراجینگ C350 :

C250 دارای استحکام کمتری از لحاظ مقاومت تسلیم و کششی نسبت به C350 است.

C250 دارای مقاومت به خوردگی تنشی کمتری است.

C250 به عنوان یک گزینه با قیمت کمتر مطرح است.

 

فولاد ماراجینگ C250 vs. فولاد ماراجینگ C200 :

C250 دارای مقاومت مکانیکی بالاتری است.

C250 برخی از ویژگی‌های شیمیایی متفاوتی نسبت به C200 دارد که تأثیرات مختلفی بر کاربردهای آنها دارد.

مهم است که در انتخاب فولاد ماراجینگ، نیازها و شرایط خاص کاربرد مدنظر قرار گیرد. انتخاب بین مقاومت مکانیکی، مقاومت به خوردگی، قابلیت جوش‌پذیری، و سایر ویژگی‌ها به ویژه از اهمیت بسیاری برخوردار است. همچنین، استانداردها و مشخصات فنی مربوط به هر نوع فولاد نیز باید در نظر گرفته شوند.

 

 

مزایا و معایب فولاد ماراجینگ C250

مزایا فولاد ماراجینگ C250 :

 

استحکام مکانیکی بالا : یکی از ویژگی‌های بارز فولاد ماراجینگ C250، استحکام تسلیم و استحکام کششی بسیار بالای آن است، که این امکان را فراهم می‌کند که در کاربردهایی با فشارهای مکانیکی بالا به خوبی عمل کند.

 

مقاومت در برابر خوردگی : C250 مقاومت خوبی در برابر خوردگی تنشی و تردی هیدروژنی دارد.

 

مقاومت در برابر حرارت : این نوع فولاد حتی در دماهای بالا هم استحکام مکانیکی خود را حفظ می‌کند.

 

جوش‌پذیری عالی : قابلیت جوش‌پذیری بالای C250 اجازه می‌دهد که به راحتی در فرآیندهای جوشکاری مختلف به کار برود.

 

مقاومت بالا در برابر سایش : C250 مقاومت بالایی در برابر سایش دارد.

 

کاربردهای گسترده : از جمله کاربردهای متداول C250 می‌توان به قطعات هوافضا، صنایع نظامی، ابزار دقیق، و قطعات پزشکی اشاره کرد.

 

معایب فولاد ماراجینگ C250 :

 

قیمت نسبتاً بالا : مقایسه با برخی از فولادهای دیگر، قیمت C250 ممکن است نسبت به گزینه‌هایی با استفاده از مواد اولیه ارزان‌تر، بالا باشد.

 

کمبود در تعدادی از خصوصیات مقاومت در برابر حرارت : در مقایسه با برخی از فولادهای ماراجینگ با دمای مارتنزیت‌دهی بالاتر، C250 ممکن است در برخی از خصوصیات مقاومت در برابر حرارت کمتر داشته باشد.

 

ترکیبات شیمیایی مشخص : این فولاد باید با ترکیبات شیمیایی دقیق تولید شود تا به خواص مکانیکی مطلوب دست یابد و این موضوع نیاز به فرآیندهای دقیق تولید دارد.

 

در نهایت، انتخاب بین مزایا و معایب C250 بستگی به نیازها و شرایط خاص کاربرد و تفضیلات فنی مرتبط با پروژه دارد.