فولاد ماریجینگ و اجزای آن

فولاد ماریجینگ یک نمونه آلیاژ فولادی با مقاومت بسیار بالا است. این فولاد در دسته فولادهای کم کربن قرار دارد و از استقامت و چقرمگی بالاتری نسبت به سایر انواع فولاد برخوردار است؛ البته ازلحاظ شکل‌پذیری رفتاری شبیه به دیگر فولادها دارد. به عبارتی، فرق فولادهای ماریجینگ با دیگر آلیاژهای فولادی در این است که با عنصر کربن به سختی لازم نمی‌رسد؛ بلکه با رسوب مجموعه‌ای از دیگر ترکیبات بین فلزی به سختی مطلوب می‌رسد. در کل، این نبود کربن زیاد و بکارگیری ترکیبات بین فلزی به فولاد ماریجینگ کمک می‌کند تا به مقاومت و چقرمگی بالایی برسد. در ادامه مطلب، با فولاد ماریجینگ و خصوصیات آن به صورت کامل آشنا خواهید شد. با ما همراه باشید.

فولاد ماریجینگ چیست؟

فولاد ماریجینگ یا مارایجینگ (maraging) یک آلیاژ آهنی تقریبا فاقد کربن با مقادیر زیادی نیکل است. این فولاد، چقرمگی و مقاومت بالایی دارد؛ خصوصیاتی که در کمتر ماده‌ای به صورت همزمان مشاهده می‌شود. ضمن اینکه کلمه maraging کوتاه‌شده عبارت martensite age hardening است که در زبان فارسی "پیرسختی مارتنزیت" معنا می‌شود. به‌طورکلی، فولادهای ماریجینگ در زمره فولادهای مقاوم کم کربن قرار گرفته‌اند؛ دلیل مقاومت بالایشان نیز نه وجود کربن بلکه رسوب ترکیبات بین فلزی است.

ترکیب شیمیایی و اجزای فولاد ماریجینگ چیست؟

کمتر از ۰.۰۳ درصد کربن در ترکیب شیمیایی فولاد ماریجینگ وجود دارد و مقدار نیکل موجود در آن نیز به حدود ۱۷ الی ۱۹ درصد می‌رسد؛ به همین جهت، فولاد ماریجینگ را نوعی آلیاژ آهن – نیکلی می‌دانند. از سایر اجزای آن می‌توان به حدود ۸ الی ۱۲ درصد کبالت، ۱.۸ الی ۲ درصد تیتانیوم، ۳ الی ۵ درصد مولیبدن و همینطور، ۰.۱۵ الی ۰.۱ درصد آلومینیوم اشاره کرد.

اصولا، کربن کمی را به علت پیشگیری از ایجاد رسوب کاربید تیتانیوم به ترکیب شیمیایی فولاد ماریجینگ اضافه می‌کنند. چنانچه مقدار کربن و به دنبال آن، کاربید تیتانیوم بیشتر شود، خصوصیات مکانیکی فولاد ماریجینگ افت می‌کند. علاوه بر این، وجود کبالت در ترکیب فولادهای ماریجینگ منجر به افزایش ارزش و بهای آن‌ها شده است. همچنین، مدل‌های زنگ‌نزن فولاد ماریجینگ با کروم ساخته می‌شوند.

انواع فولاد ماریجینگ

انواع فولاد ماریجینگ بر اساس استاندارد MIL-S-46850D را با اعداد ۲۰۰، ۲۵۰، ۳۰۰ و ۳۵۰ نشان می‌دهند. این اعداد که مهم‌ترین گریدهای فولاد ماریجینگ هستند ازنظر میزان مقاومت با یکدیگر تفاوت دارند. البته گریدهای بالاتری از این اعداد نیز وجود دارد که دارای کبالت و تیتانیوم بیشتری هستند. در جدول زیر، مهم‌ترین فولادهای ماریجینگ به همراه درصد عناصر موجود در آن‌ها آورده شده است:

ویژگی‌های فولاد ماریجینگ

از مهم‌ترین خواص و ویژگی‌های فولاد ماریجینگ می‌توان به داشتن استحکام و چقرمگی بالا، مقاومت به خوردگی و نشر ترک، سهولت در نیتریده کردن، ماشین کاری آسان با کمترین اعوجاج، قابلیت پولیش مطلوب و همین‌طور، تغییر یکنواخت ابعاد در زمان عملیات حرارتی اشاره کرد.

شایان ذکر است، فولادهای ماریجینگ در محیط‌های دریایی و اتمسفرهای صنعتی مقاومت عالی در برابر خوردگی از خود بروز می‌دهند؛ به صورتی که نرخ خوردگی آن‌ها نصف فولادهای معمولی است. این ویژگی ارزنده فولادهای ماریجینگ منجر به استفاده گسترده از آن‌ها در صنایع دریایی شده است.

فولاد ماریجینگ چطور تولید می‌شود؟

تولید فولاد ماریجینگ تحت سه فرآیند اندودینگ، تخته گردانی و ریخته گری انجام می‌گیرد. در فرآیند اندودینگ، فولاد ماریجینگ در محیط گازی با دما و فشار مضاعف ساخته می‌شود. در تخته گردانی نیز فولاد ماریجینگ به شکل صفحه‌ای تولید شده و با ضخامت مشخص در اختیار مصرف‌کنندگان قرار می‌گیرد. همچنین، ساخت فولاد ماریجینگ در ریخته‌گری این‌گونه است که در ابتدا مواد ذوب شده و بعد به درون قالب ریخته می‌شوند و سپس، تحت عملیات خنک‌کاری قرار می‌گیرند.

عملیات حرارتی فولاد ماریجینگ

عملیات حرارتی فولاد ماریجینگ مهم‌ترین مرحله ساخت آن است. در این مرحله، فولاد تا دمای تقریبی ۸۵۰ درجه سانتی‌گراد با هدف ایجاد یک فاز آستنیتی حرارت می‌بیند. سپس، خنک کردن به صورت آهسته به منظور ایجاد یک ریز ساختار مارتنزیتی در دستور کار تولیدکنندگان قرار می‌گیرد. فولاد هیپو یوتکتیک با خنک شدن آهسته از دو فاز فریت و پرلیت برخوردار می‌شود. اگر فرآیند خنک شدن به صورت سریع در آب یا روغن باشد، ریز ساختار مارتنزیت به خود خواهد گرفت.

شایان ذکر است، فولاد ماریجینگ به علت برخورداری از عنصر نیکل دارای فاز فریت و پرلیت نمی‌شود و ریز ساختار مارتنزیتی با میزان سختی پایینی را به نمایش می‌گذارد. بعد از سرد شدن هم فرآیند پیرسختی در بازه دمایی ۴۸۰ الی ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد صورت می‌گیرد. این فرآیند، زمینه پراکندگی رسوبات سخت در حوزه مارتنزیتی را فراهم می‌کند. در کل، عملیات حرارتی به عنوان کلیدی‌ترین مرحله تولید فولاد ماریجینگ شامل حرارت دادن فولاد تا دمایی بیش از ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد و سپس، سرد کردن آن می‌شود.

جوشکاری فولاد ماریجینگ

امکان جوشکاری انواع فولاد ماریجینگ با روش‌های مختلف وجود دارد. همان‌طور که اشاره شد، فولادهای ماریجینگ دارای کربن بسیار کمی هستند؛ به همین دلیل، تنش‌های پسماند زیادی در آن‌ها اتفاق نمی‌افتد. از‌این‌رو، نیازی به فرآیند پیش‌گرم و آماده‌سازی قبل از جوشکاری ندارند. بعد از جوشکاری هم راه بازگشت خصایص ناحیه جوش فولاد ماریجینگ، پیرسازی دوباره آن است. اگر مشکل اعوجاج دیده نشود، بهتر است به سراغ آنیل محلولی رفت.

همچنین، برای جوشکاری باید سیم‌های پرکننده‌ای بکار گرفته شوند که ترکیب شیمیایی آن‌ها تا حد زیادی به صفحه پایه نزدیک است. افزون بر این، باید بدانید که عملیات جوشکاری تاثیر ناچیزی بر روی مقاومت جوش‌ها می‌گذارد. با استفاده از انواع روش جوشکاری می‌توان موجب اتصال فولادهای ماریجینگ با بازده ۹۰ درصدی شد. همچنین چقرمگی جوش بسته به نوع جوشکاری متفاوت است. در حال حاضر، جوشکاری قوس گاز تنگستنی بهترین روش جوشکاری برای فولادهای ماریجینگ است.

کاربرد فولاد ماریجینگ چیست؟

مشخصات ارزنده فولادهای ماریجینگ مانند مقاومت بالایشان باعث استفاده گسترده از آن‌ها در صنعت هوا و فضا شده است. از کاربردهای مهم فولاد ماریجینگ در بخش هوا و فضا می‌توان به ساخت هواپیما، موتور موشک، قسمت‌های زیرین بالگردها و قطعات نیازمند مقاومت بالا اشاره کرد. بسیاری از قطعات هواپیما از پایه‌های چرخ فرود گرفته تا چفت و بست‌های بال آن با فولاد ماریجینگ ساخته شده‌اند. از سایر موارد مصرف فولادهای ماریجینگ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت ابزارهای جراحی
• تولید قطعات الکترومکانیکی
• ساخت تیغه شمشیر مورداستفاده در ورزش شمشیر بازی