فولادهاي ماريجنينگ فولادهاي پر آلياژ-کم کربن-آهن ونيکل باساختار مارتنزيتي هستند که داراي ترکيبي عالي از استحکام وتافنسي به مراتب بالاتر از فولادهاي پر کربن کوينچ شده مي باشند.
اين فولادها دو کاربرد بحراني ومتمايز فولادهاي کربن آبداده که استحکام بالا وتافنس وانعطاف پذيري خوب مورد نياز است را دارا ميباشد. فولادهاي کربني آبداده استحکامشان را از مکانيسمهاي تغيير فاز وسخت گرداني بدست ميآورند. ( مثل شکل گيري مارتنزيت و بينيت ) واين استحکام پس از رسوب گيري کاربيدها در طول مدت تمپر کردن بدست مي ايد. درمقايسه فولادهاي ماريجينگ استحکامشان را از شکل گيري يک فولاد مارتنزيتي کم کربن انعطاف پذيرو سخت آهن ونيکل بدست مي آورند که مي توانند بوسيله رسوب گيري ترکيبات بين فلزي در طول مدت پيرسختي استحکام بيشتري داشته باشند. دوره ماريجينگ بر اساس پيرسختي ساختار مارتنزيتي وضع شده است.
◄ متالورژي فيزيکي:
قبلا اشاره شد که استحکام وتافنس خوب فولادهاي ماريجينگ بوسيله پير سختي يک ساختار مارتنزيتي کم کربن بسيار انعطاف پذيربا استحکام نسبتا خوب بدست ميايد.در حين پيرسازي ساختار مارتنزيتي هدف اصل روش توزيع يکنواخت رسوبات بين فلزي خوب است که صرف تقويت کردن بافت مارتنزيتي مي شود. يکي ديگر از هدفهاي اصلي در مدت پير سازي فولادهاي ماريجينگ کم کردن يا حذف کردن برگشت فاز نيمه پايدارمارتنزيت به آستنيت و فريت مي باشد.
◄ شکل گيري مارتنزيت :
مارتنزيت فولادهاي ماريجينگ معمولا مکعب مرکز دار (bcc ) کم کربن است که اين مارتنزيت شامل چگالي بالاي نابجايي مي باشد اما نه به صورت دوقلويي. در حين سرد شدن بعد از تابکاري انحلالي آستنينت fcc بوسيله بازگشت برشي کم نفوذ تجزيه به ساختارهاي متعادل به ساختار bcc تبديل ميشود.اين تبديل آستنيت به مارتنزيت ناپايدار اتفاق نمي افتد تا دماي شروع مارتنزيت (Ms) بدست ايد ودماي شروع مارتنزيت بايد به اندازه کافي بالا باشد بنابراين يک تبديل کامل به مارتنزيت قبل از خنک شدن فولاد تا دماي اتاق اتفاق مي افتد.
بيشتر انواع فولادهاي ماريجينگ دماي شروع مارتنزيت حدود 200 تا300 درجه سانتيگراد را دارند ودر دماي اتاق به طور کامل مارتنزيت هستند. نتيجه ساختار مارتنزيت يک فولاد نسبتا قوي و فوق العاده انعطاف پذير ميباشد.
عناصر آلياژي دماي شروع مارتنزيت را بطور قابل ملاحظه اي تغيير مي دهد اما تغيير مشخصه اين استحاله به مقدار زيادي بستگي به سرعت سرد شدن دارد.
اغلب عناصرآلياژي اضافه شده در فولادهاي ماريجينگ (به استثناء کبالت ) درجه حرارت شروع مارتنزيت را کاهش مي دهند.
يکي از دونوع ممکن مارتنزيت که در سيستم آلياژي آهن- نيکل ممکن است شکل بگيرد بستگي به مقدار نيکل در ماده مورد سوال ميباشد.در سرعتهاي سرد کردن بالا در فولادهاي شامل 5 تا 10 درصد نيکل ،و بيش از 10 درصد پايين آوردن سرعت سرد کردن، لازمه شکل گيري مارتنزيت در فولادها مي انجامد وشکل گيري کامل ساختار مارتنزيتي را تعيين مي کند.در فولادهاي شامل 25 درصد نيکل ، مارتنزيت لايه اي وبالاي 25 درصد مارتنزيت دو قلويي داريم.مطالعه برروي آلياژهاي مارجنيگ آهن – 7 درصد کبالت 5 درصد موليبدن و4/. درصد تيتانيم در ( ماريجينگ 18 درصد نيکل 250 ) شامل مقادير متفاوت نيکل نشان مي دهد که يک ساختار مارتنزيتي لايه اي با مقادير نيکل بيش از 23 درصد بدست مي ايد.
اگر چه مقادير نيکل بيش از 23 درصد شکل گيري مارتنزيت دو قلويي را نتيجه داده است. معمولا يک ساختار مارتنزيتي لايه اي در فولادهاي ماريجينگ ترجيح داده مي شود زيرا در مدت پير سازي اين ساختار سخت تر از يک ساختار مارتنزيتي دو قلويي ميباشد.
◄ عمليات حرارتي فولادهاي ماريجينگ:
تابکاري انحلالي : تابکاري انحلالي مستلزم حرارت دادن آلياژي به اندازه کافي،بالاي درجه حرارت پايان آستنيت و نگهداري در زمان کافي تا جا گيري عناصر در محلول جامد و سرد کردن آن تا دماي اتاق.متداول ترين سيکل عمليات حرارتي براي فولادهاي ماريجينگ 18 درصد نيکل 200 ،250 300 درگير کردن آلياژهاي در دماي 815 درجه سانتيگراد به مدت يک ساعت و سپس سرد کردن آن بوسيله هوا.توليد براي کاربردهاي فورجينگ معمولا در حالت آنيل نشده خريداري مي شود زيرا حرارت دادن سيکل تابکاري حرارتي قبلي را خنثي ميکند.استفاده از خلا ، کنترل گردش هواي اتمسفر ، تمام نمک خنثي يا کوره هاي سيال تخت براي حداقل کردن صدمات سطحي ممکن است مورد نياز باشد.
اثرزمان و درجه حرارت تابکاري بر خواص پيرسازي: اطلاعات نشان ميدهد که بيشترين استحکام در دماي تابکاري انحلالي 800 تا815 درجه بوجود مي ايد. استحکام وانعطاف پذيري پايين تر با درجه حرارت تابکاري از 760 تا 800 درجه ناشي از انحلال ناقل عناصر سخت کننده ميباشد و کاهش استحکام مربوط به درجه حرارت تابکاري انحلالي بالاي 815 درجه ناشي از درشتي ساختار دانه ها ميباشد. سرعت سرد شدن بعد از تابکاري انحلالي از اهميت کمتري برخورداراست چون اثر کمتري بر خواص زير ساختاري ومکانيکي دارد.
اصلاح دانه ها بوسيله سيکل حرارتي : سيکل حرارتي فولادهاي ماريجينگ بين درجه حرارت پايان مارتنزيت و دماي بسيار بالاتر از دماي تابکاري انحلال مي تواند براي اصلاح ساختار دانه هايي که درشت هستند استفاده شود.اين عمل استحاله برشي کم نفوذ ، مارتنزيت به آستنيت واز آستنيت به مارتنزيت نيروي محرکه براي تبلور مجدد در حين سيکلهاي حرارتي تامين ميکند.
◄ پير سختي:
نوعي پير سختي بعد از تابکاري انحلالي معمولا شامل حرارت دادن آلياژ تا رنج دمايي 455 تا 510 درجه سانتيگراد و نگاه داشتن در اين دما به مدت 3 الي 12 ساعت وخنک کردن آن در معرض هوا تا دماي اتاق مي باشد. استفاده از فولادهاي ماريجينگ در کاربردهاي مانند ابزارآلات دايکست لازم است استفاده از يک حرارت پير سازي تقريبا 530 درجه سانتيگراد که ساختار متعادلي را فراهم مي کند و از نظر حرارتي تثبيت شده است. هنگامي که زمان پير سازي افزايش پيدا ميکند تا جائيکه به نقطه اي مي رسيم که سختي واستحکام شروع به کاهش ميکند به علت شکل گيري بازگشت آستنيت که معمولا از ذرات ريز باندهاي آستنيت دور دانه اي قبلي شروع ميشود.
◄ کار سرد وپير سازي :
استحکام تسليم واستحکام نهايي کششي فولادهاي ماريجينگ مي توانند بوسيله کار سرد قبل از پير سازي تا 15 درصد افزايش پيدا کنند. بوسيله کار سرد قبل از تابکاري انحلالي ماده بالاي 50 درصد کاهش قبل از پير سازي ،نتيجه رسيده است.اين سازگاري کمي با انعطاف پذيري وچغرمگي است.از کاهش سرما بيش از 50 درصد بايد خوداري شود زيرا ممکن است که پوسته پوسته شدن توليدات بوجود ايد.
◄ نيتريده کردن :
سختي سطح را مي تواند بوسيله نيتريده کردن فولادهاي ماريجينگ در آمونياک بدست ايد. سطح سختي معادل 65 تا70 راکول سي به عمق 15/0 ميليمتر بعد از نيتريده کردن به مدت 24 الي 48 ساعت در دماي 455 درجه سانتيگراد ميتواند بدست ايد. نيترده کردن در اين دما مي تواند همزمان با پيرسختي اتفاق بيافتد. حمام نمک نيتريده کردن براي 90 دقيقه در دماي 540 درجه سانتيگراد بخوبي مي تواند اين عمل را شکل بدهد اگر چه براي پرهيز از فوق پير سازي شدن بيش از حد اين عمل بايد بخوبي کنترل شود. استحکام خستگي ومقاومت به سايش فولادهاي ماريجينگ بوسيله نيتريده کردن بهبود پيدا مي کنند.
◄ پخت :
عملياتي است براي حذف هيدروژن که در دماي پايين بين150 تا 200 درجه سانتيگراد قرارميگيرد. تردي هيدروژن ممکن است در فولادهاي ماريجينگ اتفاق بيافتد وقتي که در معرض کارهاي الکترومکانيکي مثل آبکاري قرار ميگيرد. حذف هيدروژن کار مشکلي است بايد در يک سيکل عمليات حرارتي (پخت) بين 3تا 10 ساعت قرار بگيرد.
سند بلاست موثرترين روش براي حذف اکسيد ناشي عمليات حرارتي است. فولادهاي ماريجينگ را ميتوان بوسيله مواد شيميائي تميز کننده مثل اسيد شوئي در محلول اسيد سولفوريک يا محلول اسيد كلريدريك و اسيدنيتريك واسيد هيدروفلوريک. اگر چه بايد مراقب بود که بيش از حد اسيد شوئي نشود.
