چكيده

يكي از نيازهاي اساسي صنايع پيشرفته احتياج به موادي با قابليت اطمينان از استحكام بالا و استحكام شكست مي باشد. در اين  راستا محققان زيادي فولادهاي استحكام بالاي مختلفي را گسترش دادند. كه در اين ميان تنها فولاد ماريجينگ توانسته است كه به هر دو نياز صنايع پاسخ دهد.

كلمه maraging از دو قسمت maraging age hardening يا پير سخت كردن مارتنزيت گرفته شده است.كه بيانگر پير سخت كردن يك زمينه مارتنزيتي اهن- نيكل با كربن پايين مي باشد.(%c 0.03) اولين فولاد ماريجينگ در اوايل 1960 معرفي شد.كه كبالت به عنوان عنصر تقويت كننده و استحكام بخش كه بين (%12- %7) در فولاد ماريجينگ %18 نيكل به كار برده شده بود. در اوايل دهه 70  كار بر روي اين فولاد كمرنگ شد كه دليل ان افزايش قيمت كبالت بود كه منجر به نوع جديدي از فولاد ماريجينگ شد.اين دسته تيتانيوم را به عنوان عامل اصلي تقويت كننده به همراه داشته اند بنابراين فولاد ماريجينگ به دو كلاس گسترده تقسيم مي شوند.كه بستگي به عناصر تقويت كننده در آناليز شيميايي انها دارد.

خواص اين فولادها :

  1-   دارا بودن استحكام و چقرمگي بالا

    2-    قابليت ماشين كاري آسان با كمترين اعوجاج

  3-  قابل پيش بيني بودن انقباض يكنواخ در طول عمليات حرارتي

    4- قابليت نيتريد شدن آسان

5- مقاومت به خوردگي و ترك خوردگي

6-  قابليت پرداخت كاري

گسترش اصلي اين فولادها به خاطر مقدار نيكل بين 20-25%و مقادير كمN b -AL-Ti  مي باشد و از طرفي اين فولاد قابليت جوشكاري خوب با خواص منطقه (HAZ) خوب دارد.

خصوصيات برجسته اين فولادها :

1- ايجاد يك تركيب خوب كه با عث حد بالاي تسليم و استحكام كششي و چكش خواري وچقرمگي شكست بالا نسبت به ديگر مواد پايه اهني شده است.

 2- حفظ استحكام در دماي بالاي °c350

3-  به علت كم بودن كربن در اين فولاد نوع مارتنزيت ان با ساختار نرم مي باشد كه    ماشينكاري اسان را امكان پذير ميكند. و از طرفي مي تواند امكان نورد سرد درحد %90  بدون شكست را داشته باشد و قا بليت تغير شكل گرم را دارد.

استحكام فولادهاي ماريجينگ و چكش خواري ان در حالت پير سختي اين امكان را مي دهد كه بتوان به عنوان پوسته هاي بدنه موشك از ان استفاده كرد. فولاد مايجينگ داراي خواص ميكروساختاري پايدار مي باشد و حتي بعد از دو بار پير سختي ناشي از دماي بيش از اندازه , فقط به صورت خيلي كند نرم مي شوند. ديگر كاربرد اين فولادها در اجزاي موتورها مي باشد به طور مثال در ساخت ميل لنگ و چرخ دندها كه در دماي بالا كار مي كنند و به عنوان قسمتهايي كه در جنگ افزارها به صورت اتوماتيك كار مي كنند كه در معرض گرم و سرد شدن مكرر هستند به كار مي رود.

در ساخت قالبهايي كه تحت ساييدگي زياد در رديف عمليات پير سازي قرار مي گيرند به كار مي رود.در ورزش شمشير بازي به عنوان تيغه شمشير اسلحه cepee به كارمي رود.

مقدمه

فولادهای ماریجینگ یک دسته ازفولادهای با استحکام بالارا شامل می شوند که با فولادهای معمولی تفاوت دارند. بدین معنی که این نوع فولادها توسط  یک واکنش متالورژیکی بدون حضور کربن، سخت می شوند وبه واسطه رسوب ترکیبات بین فلزی در دمایی نزدیک به 480درجه سانتی گراد مستحکم ترمی شوند. اصطلاح ماریجینگ ازعبارت ( پیرسخت کردن مارتنزیت) گرفته شده است وحاکی ازپیرسخت کردن یک زمینه مارتنزیتی آهن- نیکل با کربن پایین می باشد. فولاد های ماریجینگ تجاری جهت تامین سطوح خاصی ازاستحکام تسلیم بين  Mpa2420 تا 1030Ksi)350 تا 150) ساخته می شوند. بعضی ازفولادهای ماریجینگ آزمایش شده دارای استحکام تسلیمی به اندازه Mpa3450(Ksi5000) می باشند. این فولادها نوعاً دارای درصد بالایی نیکل، کبالت ومولیبدن ودرصد بسیارپایینی کربن می باشند. درحقیقت کربن دراین فولادها به صورت یک ناخالصی است ودرحد پایینی نگه داشته می شود تا احتمال تشکیل کاربید تیتانیوم کاهش می یابد، زیرا این نوع کاربید اثرنامطلوب روی استحکام، شکل پذیری و چقرمگی می گذارد. انواع دیگراین فولاد جهت کاربردهای ویژه گسترش یافته است. این فولادها توسط کارخانه های فولادسازی متنوعی درایالات متحده آمریکا ودیگرکشورها تولید می شوند.غیاب کربن واستفاده ازرسوب بین فلزی جهت حصول سختی، باعث ایجاد چندین خصوصیت منحصربه فرد شده است که این فولادها را ازفولادهای معمولی متمایزساخته شده است. البته به قابلیت سختی پذیری مربوط نمی شود. مارتنزیت کم کربن بعد ازفرآیند تابکاری که قطعه نسبتاً نرم ودارای سختی تقریبی HRC35 تا 30 است تشکیل می شود. درطی پیرسختی، تغییرات ابعادی بسیارناچیزی اتفاق می افتد. قطعات نسبتاً پیچیده می توانند درحالت نرم، ماشین کاری شده وسپس با کمترین اعوجاج سخت شوند. قابلیت جوشکاری این فولاد عالی است.

ویژگی های منحصربه فرد فولاد فولاد های ماریجینگ توجه زیادی را به سوی خود جلب کرده است. تلاش های گسترده ای برای بدست آوردن یک شناخت کلی نسبت به متالورژی این فولادها انجام گرفته است. برای فهم رفتاراین فولادها، یک مطالعه جزیی درمورد ویژگی های متالورژیکی ضروری است.

 این فولادها، آلیاژهای کم کربن آهن- نیکل با ساختاربا ساختارمارتنزیتی را شامل می شود.

یکی ازمزایای برجسته این فولادها درمقایسه با فولادهای معمولی، چقرمگی بسیارخوب آنها می باشد. درتصویر(4-1) میزان K_Ic چند فولاد ماریجینگ وچند فولاد آلیاژی کوئینچ وتمپرشده مقایسه شده است که به صورت یک تابع استحکام کششی ترسیم شده است. چقرمگی فولادهای ماریجینگ به میزان خلوص فولاد حساس می باشد، به ویژه میزان کربن وگوگرد که باید پایین نگه داشته شود تا بهترین چقرمگی شکست حاصل شود.

خصوصیات خستگی این فولادها قابل مقایسه با فولادهای استحکام بالا می باشد. خصوصیات خستگی میله هموارومیله شیارداربرای گریدهای (200)Ni18،(250)Ni18و(300)Ni18 درتصویر(6-1) مقایسه شده است. سرعت های رشد ترک خستگی ازرابطه k)^mΔ)= da/dN تبعیت می کند که شبیه به فولادهای معمولی می باشد.

 قسمت عمده عمرخستگی درفولادهای ماریجینگ درمرحله آغازترک می باشد. معمولاً ترک ها تمایل دارند ازآخال های غیرفلزی نا هم سیما آغازشوند، بنابراین مقادیرپایین عناصرباقی مانده درسیستم آلیاژی مهم است. توسط فرآیندهای ساچمه کاری (ساچمه کوبی) ونیتروراسیون می توان مقاومت به خستگی را بهبود بخشید.

مقاومت به خوردگی فولادهای ماریجینگ کمی بهترازفولادهای آلیاژی مارتنزیتی تمپرشده می باشد. سرعت خوردگی این فولاد درمحیط های صنعتی وآبی درحدود نصف فولادهای معمولی می باشد. درآب دریای ساکن ومتلاطم همان سرعت خوردگی دیده می شود. مقاومت به خوردگی فولادهای ماریجینگ درمحلول های نمکی واسیدی اندکی بهتراست.

 به علت وجود نیکل وکبالت دراین فولادها، مقاومت به اکسیداسیون گرم آنها خیلی بهترازفولادهای آلیاژی مارتنزیتی تمپرشده می باشد. ازتماس این فولاد با بیشترفلزات نجیب بایستی جلوگیری کرد تا احتمال خوردگی گالوانیکی کاهش یابد.

پیرسختی مارتنزیت یا ماریجینگ کردن، به یک دوره حرارتی تحول فازی بستگی دارد، که این تحول توسط بازگشت مارتنزیت به آستنیت دراثرگرم کردن مجدد ودریک دامنه دمایی بالاترازدامنه دمایی تشکیل مارتنزیت (دراثرسرد کردن) صورت می گیرد. اگرچه علم مربوط به این دوره حرارتی دراوایل سال 1927 ودرآلیاژهای Ni- Fe مشاهده شد، ولیکن اولین پیشرفت گسترده تحقیقاتی این فولادها بعد ازسال 1950 وتوسط کمپانی بین المللی نیکل مشاهده شد (درحال حاضرLtdInco ). این تحقیقات منجربه توسعه فولادهای با مقدارنیکل 20% و 25 % شد. این دوآلیاژعلاوه برنیکل دارای 3/0% آلومینیوم،4/1% تیتانیوم و 4/0% نیوبیوم می باشد که دراثررسوب سختی ساختارمارتنزیتی کم کربن دردامنه دمایی 425 تا 510 درجه سانتی گراد حاصل می شوند.