فولاد ماریجینگ یکی از آلیاژهای فولادی کم کربن مستحکم است. چقرمگی عالی در کنار استحکام و وجود مقادیر ناچیزی کربن در ساختار این آلیاژ یک ویژگی خاص و منحصر به فرد به آن بخشیده است و ماریجینگ به جای کربن با رسوب نیکل و سایر عناصر آلیاژی سخت شده است. این فولاد در جنگ جهانی دوم و همزمان با نیاز مبرم به فولاد سخت، مطرح شد و امروزه کاربرد بسیار گسترده ای در صنایع مختلف دارد. انواع مختلف ماریجینگ بر اساس درصد نیکل و عناصر آلیاژی مانند کبالت، مولیبدن و تیتانیوم، طبقه بندی می شوند. در این مقاله به بررسی فرآیند تولید، ویژگی ها و کاربردهای این فولاد مقاوم خواهیم پرداخت.
فولاد ماریجینگ نوعی فولاد آلیاژی است که مشخص ترین ویژگی آن استحکام بسیار بالا، چقرمگی عالی و میزان بسیار کم کربن است. این آلیاژ بر خلاف فولادهای کربنی، از طریق پیرسختی (Aging) و بدون استفاده از کربن سخت می شود. پیرسختی نوعی فرآیند حرارتی است که موجب افزایش سختی برخی از آلیاژها می شود.
طی این روش، پس از عملیات حرارتی اولیه، فولاد باید مجددا در دمای متوسط حرارت ببیند تا رسوبات در ساختار فلز شکل بگیرد و موجب افزایش استحکام آن شود. نکته جالب اینکه، پیر سختی در ماریجینگ بدون حضور کربن انجام می شود و استحکام بالای این آلیاژ زمانی محقق می شود که نیکل، کبالت، مولیبدن و تیتانیوم رسوب کنند.
استحکام فولاد ماریجینگ به قدری است که آن را در برابر ترک، تغییر شکل و سایش مقاوم کرده است و همین ویژگی ها باعث کاربرد گسترده این آلیاژ در صنایع مختلف شده است. تولید مقاطع مختلف از جمله ورق با این فولاد مرسوم بوده و ترکیبات شیمیایی آن قیمت ورق آهن را تحت تاثیر قرار می دهد.
این آلیاژ فولاد ضد زنگ را باید آهن نیکلی دانست و در ساختار آن مقادیر بسیار کمی کربن دیده می شود. میزان نیکل موجود در ساختار این فولاد ۱۷ تا ۱۹ درصد است. ۸ تا ۱۲ درصد کبالت باعث افزایش استحکام، ۳ تا ۵ درصد مولیبدن باعث بهبود سختی و مقاومت ماریجینگ به سایش، ۱.۸ تا ۲ درصد تیتانیوم برای کمک به تشکیل ذرات بین فلزی و استحکام بیشتر و ۰.۱ تا ۰.۱۵ درصد آلومینیوم برای افزایش استحکام و کاهش چگالی در ترکیبات فولاد ماریجینگ شده است.
این ریزساختار باعث شده ماریجینگ در عین حال که بسیار مستحکم است، شکننده نباشد. فولادی از ترکیب جیوه و نقره با استحکام بالا و طول عمر زیاد که کاربرد گسترده ای در دندانپزشکی دارد. آلیاژ آمالگام، ترکیبی از جیوه با آلیاژ دیگری مانند نقره، قلع، مس و یا روی است. ماریجینگ در دسته فولادهای گران قیمت طبقه بندی می شود و قیمت ورق گالوانیزه، ورق های آلومینیومی و استیل در بازار کمتر از آن است.
وجود مقادیر اندکی کربن در ساختار این فولاد، باعث شده است تا عملیات جوشکاری روی آن راحت تر از بسیاری از فولادهای دیگر باشد. بنابراین فولاد ماریجینگ هر گاه قرار باشد مورد جوشکاری قرار بگیرد، نیازی به پیش گرم شدن و آماده سازی ندارد.
جوشکاری این آلیاژ از طریق سیم های پرکننده انجام می گیرد که ترکیب شیمیایی آنها با صفحه پایه مشابهت داشته باشند. از انواع روش های جوشکاری برای فولادهای ماریجینگ می توان استفاده کرد، اما بهترین روش، جوشکاری قوسی با الکترود تنگستن همراه با گاز محافظ است.
اگر سوال شود که درجه سختی این آلیاژ فولاد ضد زنگ چیست، باید گفت سختی فولاد ماریجینگ از فولاد ضد زنگ دو برابر سخت تر و از تیتانیوم خالص 85 درصد سخت تر است. ماریجینگ در حالت آنیل شده سختی آنچنانی ندارد، اما پس از انجام فرایند پیر سختی، درصد سختی این آلیاژ افزایش پیدا می کند.
تولید فولاد ماریجینگ در سه مرحله اتفاق می افتد:
برای تولید آلیاژ ماریجینگ در این مرحله در محیط گازی با دما و فشار بسیار بالا استفاده می شود.
در این مرحله این نوع فولاد با ضخامت تعیین شده و به صورت صفحه ای تولید و ساخته می شود.
در این مرحله از فرایندهای تولید فولادهای ماریجینگ، این فلز ذوب شده و داخل قالب ریخته می شود. پس از سرد شدن و بیرون آوردن از قالب شکل نهایی را به خود می گیرد.
بر اساس استاندارد MIL-S-46850D فولاد ماریجینگ شامل گریدهای:
می شود. این اعداد نشان دهنده مقاومت کششی آلیاژ ماریجینگ بر اساس پوند در هر اینچ مربع هستند. هر کدام از گریدهای ماریجینگ از نظر دمای پیر سختی، تنش تسلیم و چقرمگی با هم فرق می کنند. از طرفی ریزساختار گریدها با هم متفاوت است. به عنوان مثال در حالی که گریدهای بالاتر مانند 350 دارای مقادیر بیشتری از کبالت و تیتانیوم هستند، هیچ اثری از کبالت در گریدهای پایین دیده نمی شود. اگرچه عوامل متعددی بر قیمت گریدهای مختلف فولاد ماریجینگ تاثیر گذار هستند، اما همچنان قیمت آهن کیلویی و نوسانات آن بیشترین تاثیر را بر روی قیمت نهایی این محصولات می گذارد.
این نوع فولاد فرایند پیر سختی را طی کرده است و دارای 18 درصد نیکل است. با اینکه این گرید دارای تطبیق پذیری خوبی است، اما همچنان مستحکم است. ویژگی های این گرید باعث شده تا انتخاب مناسبی برای انواع شرایط جوی باشد. در صنایع هوا و فضا از این فلز برای ساخت جعبه و موتور موشک استفاده می کنند.
این گرید از فولاد ماریجینگ تلفیقی از آهن و نیکل است و همانند همه گریدهای این نوع فلز، سختی و استحکام بالایی دارد. این گرید هم در صنعت هوافضا بسیار کاربردی است و مشخصه مهم آن مقاومت در برابر ترک در شرایط مختلف است. برای اطلاع از بروز ترین قیمت آهن کلیک کنید.
مشخصه بارز گرید 350 مقاومت در برابر تغییرات ناگهانی دما و تحمل تنش های دمایی است. همین ویژگی زمینه استفاده گسترده از این فلز را در صنایع هواپیمایی و موشکی فراهم می کند.
گریدهای مختلف فولاد ماریجینگ و درصد عناصر آن ها را در جدول زیر آورده ایم:
گرید | نیکل | مولیبدن | آلومینیوم | تیتانیوم | کبالت |
|---|---|---|---|---|---|
|
200 |
18 |
3.5 |
0.1 |
0.2 |
8.5 |
|
250 |
18 |
5 |
0.1 |
0.4 |
8.5 |
|
300 |
18 |
5 |
0.1 |
0.7 |
9 |
|
350 |
18 |
4.2 |
0.1 |
0.3 |
12.5 |
انواع فولاد ماریجینگ به خواص و ویژگی های منحصر به فرد خود شناخته می شوند. این خواص شامل موارد زیر هستند:
گرید | تنش تسلیم | دمای پیر سختی | چقرمگی شکست |
|---|---|---|---|
|
200 |
1400 |
480 |
140 |
|
250 |
1700 |
480 |
100 |
|
300 |
1900 |
480 |
70 |
|
350 |
2400 |
480 |
40 |
عملیات حرارتی فولاد ماریجینگ با هدف ایجاد فاز آستنیتی شامل گرم کردن فولاد در دمای بسیار بالا، معمولاً تا 850 درجه سانتی گراد و سپس سرد کردن کنترل شده با هدف ایجاد ریز ساختار مارتنزیتی است. این عملیات، خواص مکانیکی فولاد را بهبود می دهد و آن را به ماده ای کاربردی برای صنایع خاص و مهم تبدیل می کند. فولادهای ماریجینگ به دلیل ترکیب خاصی که دارند، قادر به رسیدن به استحکام و سختی فوق العاده‌ای هستند.
با این حال برای دستیابی به حداکثر خواص این فلزات، انجام عملیات حرارتی صحیح بسیار مهم است. در هنگام اجرای عملیات حرارتی، درجه دما و مدت زمان حضور فلز در آن دما بسیار مهم است و به دقت کنترل می شود تا ساختار مورد نظر ایجاد گردد. همچنین سرعت سرد کردن نیز بر نوع رسوب تاثیر می گذارد. انجام این عملیات حرارتی، شرایطی را فراهم می کند که فولاد ماریجینگ در عین استحکام و سختی دارای انعطاف پذیری و مقاومت بالایی باشد.
کاربرد فولاد ماریجینگ در صنایع هوافضا، خودروسازی، ابزار سازی و پزشکی بسیار رایج است. در صنعت هوافضا، از این فولاد برای ساخت موتور موشک، قسمت های زیرین بالگردها، بال هواپیما و پایه های چرخ فرود هواپیما استفاده می شود. استحکام بالا و مقاومت در برابر خستگی این آلیاژها، آن ها را برای تحمل بارها و تنش های شدید در شرایط سخت پرواز ایده آل می کند. اجزای سازنده فولاد ضد زنگ، آهن، کروم و نیکل است.
برای ساخت سانتریفیوژ، شمشیرهای ورزشی، قطعات الکترومکانیکی و سوزن آتش اسلحه های اتوماتیک هم از ماریجینگ استفاده می شود. علاوه بر این موارد، این نوع فولاد برای ساخت لوازم جراحی و پزشکی نیز کاربرد دارد. بسیاری از سرنگ های زیر پوستی از جنس فولاد ماریجینگ هستند. این نوع فولاد همانند انواع ورق های ضد سایش با فرایند حرارتی پیشرفته و آلیاژ خاص تولید می شود و به همین دلیل معمولا قیمت ورق ضد سایش و فولاد ماریجینگ، بالاتر از دیگر انواع ورق های فلزی است.
مزایای فولاد مارایجینگ را می توان اینگونه نام برد:
با وجود تمام این مزایای عنوان شده، آلیاژهای ماریجینگ، معایبی هم دارند:
جمع بندی
خواص و ویژگی های منحصر به فرد فولاد ماریجینگ این فلز را به یکی از مقاوم ترین و قوی ترین آلیاژها تبدیل کرده است. همین ویژگی ها باعث می شود تا صنایع مختلف از این نوع فولاد برای پیشبرد اهداف خود استفاده کنند. با توجه به روند پیچیده تولید، این نوع فولاد با قیمت بالاتری در بازار معامله می شود. برای اطلاع از قیمت و خرید این نوع آلیاژ با ما تماس بگیرید.
سوالات متداول
این نوع فولاد دارای خواص مکانیکی عالی مانند استحکام تسلیم بالا، استحکام ضربه، مقاومت خستگی، مقاومت فشاری، چقرمگی، شکل پذیری، ماشین کاری، سختی و مقاومت در برابر سایش هستند.
از مهم ترین معایب فولاد ماریجینگ باید به قیمت بالا و دسترسی محدود به این نوع آلیاژ اشاره کرد.
فولاد ماریجینگ کاربرد گسترده ای در صنایع هوا فضا دارد. به جز این مورد برای ساخت سانتریفیوژ، ابزارهای پزشکی و لوازم ورزشی مانند شمشیر ورزش شمشیر بازی یا چوب گلف، کاربردی است.
مرکزآهن، مرجعی تخصصی و به روز برای کسب دانش و اطلاع از آخرین تحولات بازار آهن و فولاد است. با وبلاگ جامع ما، همیشه از آخرین اخبار و اطلاعات این صنعت آگاه باشید.