فولاد مارتنزیتی چیست؟
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی به دلیل دوام، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی، انتخاب خوبی برای کاربردهای مختلف است. ترکیب و خواص فولاد مارتنزیتی به آن نسبت به سایر انواع فولاد در عملکردهای مختلف صنعتی برتری می دهد.
به دلیل ترکیب شیمیایی آن، عملیات حرارتی می تواند منجر به سخت شدن و تقویت فولاد مارتنزیتی شود. این خواص ها، فولاد مارتنزیتی را به گزینه ای ایده آل برای ساخت شیرها و ابزارهای مکانیکی، قطعات توربین، ابزار پزشکی و سایر کاربردها و محصولات تبدیل می کند.
مشخصات فولاد مارتنزیتی
فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی یکی از چهار نوع اصلی فولادهای زنگ نزن (آستنیتی، فریتی، دوبلکس، مارتنزیتی) هستند. فولاد مارتنزیتی عمدتاً برای برآوردن الزامات ویژگی برای سختی، استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی توسعه داده شدند. این فولاد همچنین فرومغناطیسی هستند، به این معنی که می توانند خواص مغناطیسی خود را پس از خروج میدان مغناطیسی حفظ کنند.
برخلاف فولادهای زنگ نزن فریتی و آستنیتی، آنها را می توان با عملیات حرارتی سخت کرد. با این حال، به دلیل محتوای نسبتاً کمتر کروم، فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی به اندازه فولادهای زنگ نزن فریتی یا آستنیتی در برابر خوردگی مقاوم نیستند.
فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی سری 400 فولادهای زنگ نزن را تشکیل می دهند، گرید 410 گرید پایه و همچنین پرکاربردترین گرید آن است. معمولاً حاوی 11.5 تا 13 درصد کروم، 0.15 درصد کربن، 0.1 درصد منگنز است و در کاربردهایی مانند پره های توربین های گاز و کارد و چنگال استفاده می شود. 416 یکی دیگر از درجه های محبوب است. حاوی کروم و منگنز بیشتری با افزودن مولیبدن و گوگرد/سلنیوم است و از آن برای ساخت پیچ و چرخ دنده استفاده می شود.
بیشتر بخوانید: جدول نقطه ذوب فلزات
خواص فولاد ضد زنگ مارتنزیتی
فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی معمولاً حاوی 11.5 تا 18 درصد کروم، تا 1 درصد کربن هستند و عناصر دیگری مانند نیکل، سلنیوم، فسفر، وانادیم و گوگرد در گریدهای مختلف برای دستیابی به خواص خاص اضافه می شوند. این فولادها دارای ساختار مکعبی (FCC) در دماهای بالا هستند، اما هنگامی که در طی عملیات حرارتی خاموش می شوند، آستنیت به مارتنزیت با ساختار مکعبی بدنه (BCC) تبدیل می شود.
فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی بسیار متمایل به عملیات حرارتی هستند، زیرا می توان آنها را خاموش کرد و برای دستیابی به خواص مکانیکی بهبود یافته، مانند سختی و استحکام کششی بالاتر، خاموش کرد. این فولاد همچنین در میان گروهی از فولادهای زنگ نزن هستند که برای برآوردن الزامات خاصیت مکانیکی خاص، قابل سخت شدن با رسوب هستند.
اگرچه فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی را می توان به صورت گرم کار کرد، اما شکل پذیری یا جوش پذیری خوبی ندارند. اما افزودن گوگرد می تواند ماشین کاری آنها را بهبود بخشد. اگر محتوای کربن کم باشد، این فولادها با سهولت نسبی تحت کار سرد قرار می گیرند.
بیشتر بخوانید: تفاوت گندله و آهن اسفنجی در چیست؟
عملیات حرارتی فولاد ضد زنگ مارتنزیتی
عملیات حرارتی فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی تحت سه فرآیند آستنیته کردن، کوئنچ و تمپرینگ صورت می گیرد. در ادامه به توضیحی مختصر از هریک می پردازیم.
1. آستنیته کردن
آستنیته کردن شامل حرارت دادن فولاد تا دمای بین 980 درجه سانتیگراد تا 1050 درجه سانتی گراد است که فولاد را در فاز آستنیتی خود با ساختار کریستالی FCC قرار می دهد.
2.سریع سرد کردن(کوئنچ)
کوئنچ زمانی اتفاق می‌افتد که فولاد به سرعت در هوا یا محیط های دیگر مانند آب یا وغن سرد شود که بیشتر آستنیت را با ساختار کریستالی BCC جدید به مارتنزیت تبدیل می کند. این مارتنزیت تازه ایجاد شده در مقایسه با آستنیت بسیار سخت است.
3. بازپخت(تمپر)
بازپخت زمانی برای بهبود خواص مکانیکی فولاد انجام می شود. این فرآیند پیچیده تر از آستنیته کردن و کوئنچ است. مارتنزیت کوئنچ شده به دلیل تردی برای اکثر کاربردها مناسب نیست، بنابراین، عملیات حرارتی بیشتری مورد نیاز است. تمپر شامل حرارت دادن فولاد تا حدود ۵۰۰ درجه سانتی گراد و حفظ آن در آن دما قبل از سرد شدن در هوا است. تمپر کردن باید در محدوده دمایی خاصی انجام شود زیرا بر خواص مکانیکی فولاد تمام شده مانند استحکام کششی، استحکام تسلیم و مقاومت در برابر ضربه تأثیر می گذارد.
بیشتر بخوانید: آهن زنگ نزن چیست ؟
کاربرد فولاد ضد زنگ مارتنزیتی
فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی دارای رسانایی حرارتی بالایی هستند که آنها را برای کاربردهایی که نیاز به توزیع گرما خوب دارند، مانند مبدل های حرارتی مناسب می کند. علاوه بر این، ضریب انبساط حرارتی پایین آنها (CTE) باعث می شود که آنها شکل خود را در دماهای بالا حفظ کنند.
این فولاد همچنین در کاربردهای هوافضا مورد استفاده قرار می گیرند، جایی که به دلیل مدول یانگ بالای آنها به درجه بالایی از سختی نیاز است. در زیر چند کاربرد برای برخی از گریدهای رایج فولادهای مارتنزیتی آورده شده است.
- کارد و چنگال
- موتور خودرو
- توربین بخار
- چرخ دنده
- ابزارهای دندانپزشکی
- شیر و پمپ