فولاد مارایجینگ یک نوع آلیاژ فولادی است که با افزودن عناصر نیکل، کبالت و تیتانیوم به آهن تولید می‌شود. این آلیاژ دارای خصوصیات منحصر به فردی از جمله استحکام بالا و خاصیت چقرمگی Toughness است که آن را به یک انتخاب برجسته برای تولید قطعات با کیفیت بالا تبدیل می‌کند.فلز مارایجینگ یک نوآوری جدید در تقویت فلزات بدون استفاده از کربن است و به جای آن از ترکیبات بین فلزی مانند نیکل بهره می‌گیرد. به همین دلیل، این نوع فولاد بیشتر به عنوان یک فلز پر استحکام کم کربن شناخته می‌شود که قدرت خود را از ترکیبات آلیاژی غنی از نیکل به‌دست می‌آورد.همچنین فولاد مارایجینگ که با نام انگلیسی “maraging” شناخته می‌شود، از عبارت “martensite age hardening” الهام گرفته شده است و به فرآیند تقویت با استفاده از مارتنزیت اشاره دارد.
تاریخچه ساخت فولاد مارایجینگ
با نگاهی به تاریخچه فولاد مارایجینگ، مشخص می‌شود که این فولاد در اواخر سال ۱۹۵۸ توسط دانشمندان مورد بررسی قرار گرفت و این تحقیقات به تولید فولادهایی با ۲۰ تا ۲۵ درصد نیکل منجر شد. اما پس از گذشت حدود دو سال، یعنی در اوایل ۱۹۶۰، با افزودن عناصری مانند مولیبدن و کبالت، خواص استحکام و سختی این فولاد‌ها بهبود یافت.در نهایت، فولادهای مارایجینگ با درصد معینی از نیکل و کبالت در سه نوع ۲۰۰، ۲۵۰ و ۳۰۰ توسعه یافته و به‌عنوان استاندارد‌هایی موثر در صنعت تولید شناخته شدند.با ارتقاء فناوری فولاد مارایجینگ و توسعه فولادهایی شامل نیکل و کبالت، یک دوره جدید از پیشرفت و توسعه در صنایع مختلف، به ویژه در صنعت خودروسازی و هوافضا، شکل گرفت. این پیشرفت‌ها امکان ساخت قطعاتی با استحکام بالا، مقاومت به خوردگی، و خواص چقرمگی مناسب را برای استفاده در شرایط سخت و دشوار فراهم می‌کنند.
اجزای سازنده فولاد مارایجینگ
در ترکیب شیمیایی فولاد مارایجینگ، مقادیر کربن بسیار کم و حدود ۰.۰۳ درصد، نیکل در محدوده ۱۷ تا ۱۹ درصد، کبالت بین ۸ تا ۱۲ درصد، مولیبدن در بازه ۳ تا ۵ درصد، تیتانیوم حدود ۸/۱ تا ۲ درصد و آلومینیوم بین ۱/۰ تا ۱۵/۰ درصد وجود دارند.ترکیبات شیمیایی در فولاد مارایجینگ تأثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی و مقاومت آن در برابر خوردگی دارند،این عناصر باعث ارتقای خواص فولاد مارایجینگ می‌شوند و آن را برای مواردی که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی و خستگی مکانیکی دارند مناسب می‌سازند.در فولاد مارایجینگ، حضور مقادیر کم کربن باعث جلوگیری از تشکیل رسوب‌های کاربید تیتانیوم می‌شود. افزایش کربن در ترکیب فولاد مارایجینگ باعث افزایش تشکیل کاربید تیتانیوم و کاهش خواص مکانیکی آن می‌شود. همچنین، وجود کبالت به دلیل قیمت بالا می‌تواند هزینه تولید فولاد مارایجینگ را افزایش دهد، بنابراین گریدهای ضدزنگ مارایجینگ از طریق افزودن عنصر کروم تولید می‌شوند.
انواع فولاد مارایجینگ
فولادهای مارایجینگ براساس استاندارد MIL-S-46850D تولید می‌شوند و گریدهای اصلی آنها با اعداد ۲۰۰، ۲۵۰، ۳۰۰ و ۳۵۰ مشخص می‌شوند. این اعداد بیانگر استحکام کششی فلزات است که براساس واحد پوند بر اینچ مربع محاسبه می‌شوند. انتخاب این اعداد برای گریدهای مختلف فولاد مارایجینگ، به منظور تعیین میزان استحکام کششی این فلزات و انطباق با نیازهای مختلف صورت می گیرد.برخی از گریدهای فولاد مارایجینگ شامل ترکیباتی با بیشترین مقدار کبالت و تیتانیوم می‌باشند. علاوه بر این، فولادهای ماریجینگ در انواع آلیاژهای بدون کبالت در کیفیت‌های ۲۰۰، ۲۵۰ و ۳۰۰ تهیه و توزیع می‌شوند.
عملیات حرارتی فولاد مارایجینگ
در فرآیند تولید فولاد مارایجینگ، عملیات حرارتی یکی از مراحل اساسی است که برای بهبود خواص فولاد استفاده می‌شود. در این فرآیند، فولاد تا دمای بالای ۸۵۰ درجه سانتی گراد حرارت می‌بیند تا یک فاز کاملاً آستنیتی ایجاد شود. سپس با کنترل سرعت سرد شدن، یک ساختار مارتنزیتی یا پرلیتی در فولاد شکل می‌گیرد که از اهمیت بالایی برای خواص مکانیکی و سختی فولاد مارایجینگ برخوردار است. این عملیات حرارتی بهبود قابلیت هاردنینگ و سختی فولاد را فراهم می‌کند و نقش مهمی در بهبود عملکرد و استحکام نهایی محصول دارد.
فولاد هایپوآستنیتیک و هایپریک‌آستنیتیک، در عملیات حرارتی مشابه، سیکل حرارتی مختلفی را طی می کنند تا ساختار خاص خود را به دست آورند.در فولادهای هایپویوتکتیک، در فرآیند تدریجی سرد شدن، دو فاز فریت و پرلیت شکل می‌گیرند که این موضوع می‌تواند به کاهش خواص مکانیکی و سختی فولاد منجر شود. با افزایش سرعت سرد کردن (با استفاده از آب یا روغن)، ریز ساختار مارتنزیتی در فولاد شکل می‌گیرد که این امر باعث بهبود خواص مکانیکی می‌شود.در فولاد مارایجینگ، به دلیل حضور نیکل در ترکیبات شیمیایی، فازهای فریت و پرلیت شکل نمی‌گیرند و ساختار مارتنزیتی با سختی کمتر ایجاد می‌شود. پس از سرد شدن، فرآیند پیرسختی در دمای بین ۴۸۰ تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد بر روی فولاد انجام می‌شود تا به پراکندگی رسوبات سخت در زمینه مارتنزیتی منجر شود. این عمل، باعث افزایش سختی و مقاومت فولاد مارایجینگ می‌شود و ویژگی‌های برتری را برای این نوع فولاد فراهم می‌کند. این ویژگی‌ها از جمله پتانسیل‌های مواد و خواص مطلوبی هستند که در برنامه‌های صنعتی و ساخت قطعات دقیق با توجه به نیازهای مختلف، قابل استفاده هستند. از این رو، فولاد مارایجینگ به عنوان یک ماده با خواص برتر در بسیاری از صنایع به کار می‌رود.
مشخصات فولاد مارایجینگ
ویژگی بارز فولاد مارایجینگ به وضوح به ساختار مارتنزیتی ریز و رسوبات نانومتری آن مرتبط است، که به شکل یکنواخت در سراسر زمینه مارتنزیتی پراکنده شده‌اند و با مرزهای این دانه‌ها در تعاملند.این خصوصیت‌ها باعث ایجاد خواص مکانیکی برتر در فولاد مارایجینگ می‌شود.
خواص مکانیکی
ویژگی‌های مکانیکی برتری که فولاد مارایجینگ را از دیگر فولاد‌ها متمایز می‌کنند شامل مقاومت و استحکام فوق العاده در کنار چقرمگی بسیار بالا، سهولت در نیتریده کردن، مقاوم در برابر خوردگی و ترک، امکان شکل‌پذیری به صورت ابعادی در زمان انجام عملیات حرارتی،ماشین‌کاری بدون ایجاد تخلخل و ناصافی می‌باشد.ویژگی‌های منحصر به فرد و برتر فولاد مارایجینگ، آن را به یک گزینه بی‌نظیر و ارزشمند برای انواع کاربردهای صنعتی و مهندسی تبدیل کرده است.
یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد فولاد مارایجینگ، مقاومت بی‌نظیر آن در مقابل خوردگی تنشی و شکست هیدروژنی نسبت به فولادهای معمولی است.این مقاومت می‌تواند از طریق آبکاری با کادمیوم یا فسفاته، بهبود یافته و تقویت شود. علاوه بر این، فولاد مارایجینگ، با وجود مقاومت بالای خود در برابر خوردگی، قدرت تافنس و استحکام بالا، به عنوان یک جزء بی‌نظیر و ارزشمند در حوزه‌های مهندسی و صنعت شناخته می‌شود. این ویژگی‌ها نشانگر اهمیت بالای این نوع فولاد در مقابله با شرایط و چالش‌های فنی مختلف است.
جوشکاری فولاد مارایجینگ
در جوشکاری فولادهای مارایجینگ، به دلیل مقادیر کم کربن در ترکیبات این فولاد، تنش‌های پسماند کمی ایجاد می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود که نیازی به پیش‌گرم کردن و آماده‌سازی قطعه قبل از عملیات جوشکاری نباشد. در صورت نیاز به بازیابی خواص منطقه جوش، می‌توان از فرآیند پیرسازی استفاده کرد. اگر مشکل اعوجاج وجود نداشته باشد، می‌توان از فرآیند آنیل محلولی برای بازیابی خواص منطقه جوش استفاده نمود.
در فرایند جوشکاری فولاد مارایجینگ، استفاده از سیم‌های پرکننده با ترکیب شیمیایی نزدیک به صفحه پایه توصیه می‌شود. این اقدام بهبود جوشکاری و ایجاد اتصال قوی‌تر بین قطعات را تسهیل می‌کند. روش جوشکاری قوس گاز تنگستنی به طور معمول برای این نوع فولاد‌ها استفاده می‌شود زیرا از جمله روش‌های موثر و پرکاربرد در این صنعت به‌شمار می‌آید.ورق های سیاه نیز از جمله مواد بسیار مهم و پرکاربرد در صنایع مختلف هستند. این ورق‌ها به علت ویژگی‌های خاصی که دارند، به عنوان یکی از انتخاب‌های اصلی در ساخت قطعات صنعتی برجسته محسوب می شوند.
کاربرد فولاد مارایجینگ
فولاد مارایجینگ با خواص ویژه‌ای نظیر استحکام بالا و پایداری مناسب، در حوزه های متنوع و صنایع مختلفی به کار می‌رود.فولاد مارایجینگ به دلیل ویژگی‌های خاص خود، به‌طور گسترده در صنایع هوا و فضا مورد استفاده قرار می‌گیرد. از جمله کاربردهای اصلی این فولاد در ساخت قطعات و تجهیزات هواپیما مانند موتور موشک و قطعات زیرین بالگردهاست که نیاز به استحکام بسیار بالایی دارند. این نوع فولاد برای تأمین استحکام و پایداری لازم برای این قطعات بسیار مهم است. استحکام و پایداری این قطعات در هواپیماها برای ایمنی و کارایی آنها بسیار حائز اهمیت است.این نوع فولاد از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و در ساخت قطعات حیاتی هواپیماها به عنوان یک جزء اساسی محسوب می‌شود.
فولاد مارایجینگ به دلیل خواص منحصر به فرد خود مورد استفاده در بسیاری از صنایع مختلف قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، قطعات زیر کارتریج، چفت و بست‌های بال هواپیما، جداره‌های راکت و موشک، پایه‌های چرخ‌های فرود هواپیما از فولاد مارایجینگ ساخته می‌شوند.خاصیت استحکام بالا و چکش‌خواری مناسب در فولاد مارایجینگ، به خصوص پیش از پیرسختی، از جمله ویژگی‌های مهم این فلز است که آن را برای استفاده در صنایع مختلف، به خصوص در تولید قطعات حیاتی و ایمن، مناسب می‌سازد. این ویژگی‌ها باعث افزایش مقاومت، استحکام و پایداری قطعات تولید شده می‌شود.
همچنین، به دلیل یکنواختی خواص و استحکام بالای فولاد مارایجینگ، این مواد در ساخت سانتریفیوژ نیز بکار گرفته می‌شود. استفاده از این فولاد در ساخت قطعات مختلف، از جمله سانتریفیوژ،به مصرف کنندگان اطمینان خاطر می‌دهد که قطعات تولید شده از استحکام و پایداری لازم برخوردار هستند و می‌توانند به صورت بهینه و دقیق عمل کنند. این دلایل باعث شده که فولاد مارایجینگ به عنوان یکی از مواد محبوب برای مصارف مختلف صنعتی شناخته شود.از جمله کاربردهای دیگر این فولاد می‌توان به سوزن‌های آتش اسلحه‌های اتوماتیک، تولید قطعات الکترومکانیکی، تیغه‌های شمشیر در ورزش شمشیربازی، ابزارهای جراحی، سرنگ‌های زیرپوستی و محصولات دیگر با ویژگی‌های برجسته اشاره نمود. استفاده از این فلز در این صنایع، به عنوان یک گزینه حرفه‌ای و با کیفیت، باعث بهبود کارایی و عمر مفید محصولات می‌گردد.و دلیلی مهم برای جلب توجه و استفاده مداوم از این فلز محسوب می‌شود.
