فولاد زنگ نزن رسوب سختی
فولاد زنگ نزن رسوب سختی (Precipitation Hardening Stainless Steel) اولین بار در سال 1940 توسعه یافت و از آن روز به بعد به دلیل خواص مطلوب توانست کاربردهای متنوع و اهمیت زیادی بیابد. بعضی از خواص مهم این فولاد عبارت‌اند از: سادگی ساخت، استحکام زیاد، شکل پذیری نسبتا خوب، و مقاومت به خوردگی عالی. در این بحث دو گروه فولاد زنگ نزن رسوب سختی که کاربرد زیادی دارند بررسی می‌شوند. این گروه‌ها فولادهای مارتنزیتی و نیمه آستنیتی‌اند.
فولاد زنگ نزن رسوب سختی نیمه آستنیتی
این فولادها از این نظر نیمه آستنیتی نامیده می‌شوند که در شرایط آنیل دارای ساختار آستنیتی هستند، اما با عملیات حرارتی ساده و یا عملیات ترمودینامیکی به مارتنزیت تبدیل می‌شوند. برای ساخت این آلیاژها، موازنه فریت و آستنیت باید با دقت انجام گیرد. اگر میزان آستنیت (یا فریت) خیلی زیاد باشد، آستنیت برای تبدیل به مارتنزیت خیلی پایدار است. اگر میزان آستنیت خیلی کم باشد، در شرایط تابکاری نمی توان آستنیت پایداری ایجاد کرد که در برابر دگرگونی، جزئی یا کامل به مارتنزیت مقاومت کند.
ترکیب شیمیایی بعضی فولادهای زنگ نزن رسوب سختی در جدول زیر آمده است. فولاد 17-7PH تقریبا دارای همان مقدار کروم و نیکل است که در فولاد زنگ نزن آستنیتی 301 وجود دارد، اما برای رسوب سختی 1.2% آلومینیوم دارد. سایر فولادهای نیمه آستنیتی که در جدول زیر آمده است برای جایگزینی کروم و نیکل 2 تا 3% مولیبدن دارند. آلیاژهای AM-350 و AM-355 حدود 0.1% نیتروژن دارند.
| ترکیب شیمیایی بعضی از فولادهای زنگ نزن رسوب سختی نیمه آستنیتی | ||||||||
| درجه | C% | Mn% | Si% | Cr% | Ni% | Mo% | Al% | N% |
| 17-7PH | 0.07 | 0.5 | 0.30 | 17.5 | 7.1 | - | 1.2 | 0.04 |
| PH15-7Mo | 0.07 | 0.5 | 0.30 | 15.2 | 7.1 | 2.2 | 1.2 | 0.04 |
| PH14-8Mo | 0.04 | 0.02 | 0.02 | 15.1 | 8.2 | 2.2 | 1.2 | 0.005 |
| AM-350 | 0.1 | 0.75 | 0.35 | 16.5 | 4.25 | 2.75 | - | 0.10 |
| AM-355 | 0.13 | 0.85 | 0.35 | 15.5 | 4.25 | 2.75 | - | 0.12 |
| این آلیاژها معمولا به‌‌صورت آنیل شده که با حالت A مشخص می‌شود وارد بازار می‌شوند. در این حالت، ساختار شامل زمینه‌ای آستنیتی است که در آن رشته‌هایی از فریت δ وجود دارد (شکل روبرو)، در حالت A، ساخت این آلیاژها خیلی ساده است مثل این که فولادهایی کاملا آستنیتی باشند. |
|
||||
| پس از تهیه و سخت آلیاژ، برای دگرگونی آستنیت به مارتنزیت، آستنیت باید آماده شود. برای آماده‌سازی باید فولاد را به اندازه کافی گرم کرد تا کربن از محلول جامد خارج شود و با تشکیل کاربید کروم (Cr23C6) رسوب کند. رسوب ابتدا در فصل مشترک فریت - آستنیت تشکیل می‌شود (شکل روبرو). خارج کردن کربن و مقداری کروم از زمینه آستنیتی، آستنیت را نیمه‌پایدار می‌کند و به هنگام سرد کردن به دمای Ms، آستنیت به مارتنزیت تبدیل می‌شود. |
|
||||
|
پس از تهیه و سخت آلیاژ، برای دگرگونی آستنیت به مارتنزیت، آستنیت باید آماده شود. برای آماده‌سازی باید فولاد را به اندازه کافی گرم کرد تا کربن از محلول جامد خارج شود و با تشکیل کاربید کروم (Cr23C6) رسوب کند. رسوب ابتدا در فصل مشترک فریت - آستنیت تشکیل می‌شود (شکل زیر). خارج کردن کربن و مقداری کروم از زمینه آستنیتی، آستنیت را نیمه‌پایدار می‌کند و به هنگام سرد کردن به دمای Ms، آستنیت به مارتنزیت تبدیل می‌شود. فولاد 17-7PH در دمای 760 درجه سانتی گراد تا دمای حدود 16 درجه سانتی گراد سرد می‌شود (شکل زیر). گرم کردن تا بیشتر از 950 درجه سانتی گراد منجر به تشکیل کاربید کمتری می‌شود و بنابراین برای دگرگونی آستنیت به مارتنزیت باید فولاد تا دمای کمتری سرد شود (حدود 73- درجه سانتی گراد)، نکته مهم اینکه، چون کربن و کروم دمای Ms را کاهش می‌دهند، چنانچه کربن و نیتروژن یا کروم کمتر حذف شوند، دمای Ms آلیاژ کمتر است. |
|
||||
|
آخرین قدم در عملیات حرارتی این دسته فولادهای زنگ نزن، {{رسوب سختی}} است که در دمای 650-480 درجه سانتی گراد انجام می‌شود. آثار رسوب سختی با میکروسکوپ نوری دیده نمی‌شود، اما وقتی آلیاژ در شرایط رسوب سختی است با میکروسکوپ الکترونی یک حالت رگه‌دار، دیده می‌شود. به هنگام رسوب سختی، آلومینیوم موجود در مارتنزیت با مقداری نیکل ترکیب و رسوب های Ni3Al و NiAl را ایجاد می‌کند که به مقدار چشمگیری آلیاژ را سخت می‌کند. خواص مکانیکی بعضی از این آلیاژها در شرایط معمولی پیری در جدول زیر آمده است. |
 |
 |
| نوع | شرایط | شکل |
استحکام تسلیم 0.2% MPa ksi |
استحکام کششی Mpa ksi |
درصد ازدیاد طول در 2 اینچ |
سختی | ||
| 17-7PH | TH-1050 | ورق | 185 | 1276 | 200 | 1379 | 9 | 43 |
| PH15-7Mo | RH-950 | ورق | 225 | 1551 | 240 | 1655 | 6 | 48 |
| PH15-7Mo | CH-900 | ورق | 260 | 1793 | 265 | 1827 | 2 | 49 |
| PH 4-8Mo | SRH-680 | ورق | 215 | 1482 | 230 | 1586 | 6 | 48 |
| AM 350 | SCT-850 | ورق | 175 | 1207 | 206 | 1420 | 12 | 46 |
| AM 355 | SCT-850 | ورق | 181 | 1248 | 219 | 1510 | 13 | 48 |
فولاد زنگ نزن رسوب سختی مارتنزیتی
فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی رسوب سختی پذیر از دیدگاه کاربرد - وزن، از انواع دیگر کاربرد بیشتری دارند. این فولادها در حالت آنیل-حل‌سازی بسیار سخت‌اند و در نتیجه بیشتر به شکل میلگرد، سیم، و قطعات سنگین آهنگری به‌کار می‌روند و فقط به مقدار کمی به شکل {{ورق}} کاربرد دارند. نسبت آستنیت و فریت در این فولادها طوری است که پس از عملیات حل‌سازی و سردکردن تا دمای اتاق در حالت مارتنزیتی هستند.
از زمان توسعه فولاد زنگ نزن w در سال‌های 1940، یک سری کامل فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی رسوب سختی توسعه یافت. ترکیب شیمیایی چهار نوع از این فولادها در جدول زیر آمده است.
| نوع | C% | Mn% | Si% | Cr% | Ni% | Mo% | Al% | Cu% | Ti% | Cb% |
| استحکام متوسط | ||||||||||
| 17-4PH | 0.04 | 0.30 | 0.60 | 16 | 4.2 | - | - | 3.4 | - | 0.25 |
| 15-5PH | 0.04 | 0.30 | 0.40 | 15 | 4.5 | - | - | 3.4 | - | 0.25 |
| کاستوم 450 | 0.03 | 0.25 | 0.25 | 15 | 6 | 0.8 | - | 1.5 | - | 0.30 |
| زنگ نزن W | 0.06 | 0.50 | 0.50 | 16.75 | 6.25 | - | 0.2 | - | 0.8 | - |
| استحکام زیاد | ||||||||||
| PH13-8Mo | 0.04 | 0.03 | 0.03 | 12.7 | 8.2 | 2.2 | 1.1 | - | - | - |
| کاستوم 455 | 0.03 | 0.25 | 0.25 | 11.75 | 8.4 | - | - | 2.5 | 1.2 | 0.30 |
|
عنصر سخت‌کننده اصلی در فولاد 17-4PH، مس می باشد. در کاستوم 450، مقدار کمتری مس با مقداری مولیبدن به کار می‌رود. فولاد زنگ نزن W و 17-4PH دارای ساختار دوفازی با زمینه مارتنزیتی و رشته‌هایی از فریت δ (معمولا کمتر از 10%) می‌باشند. وجود فریت، باعث کاهش استحکام در جهت ضخامت (در تمام سطوح استحکام)، به‌خصوص در قطعات سنگین می‌شود. فولادهای جدید زنگ نزن مارتنزیتی رسوب سختی‌پذیر مثل 15-5PH و کاستوم 450 بدون فریت تهیه می‌شوند، و بنابراین خواص در جهت ضخامت بهبود می‌یابد. عملیات حرارتی این فولادها شامل گرم کردن جهت حل‌سازی، سردکردن تا دمای محیط و پیرکردن است. فولاد 17-4PH به‌طور عادی در دمایی حدود 1040 درجه سانتی گراد حل‌سازی و سپس برای به‌دست آوردن حداکثر سختی در 510-450 درجه سانتی گراد پیر می‌شوند. شکل زیر نشان‌دهنده اثر عملیات حرارتی بر استحکام تسلیم و کششی فولاد 17-4PH است. خواص مکانیکی بعضی از فولادهای زنگ نزن مازتنزیتی رسوب سختی پذیر در جدول زیر آورده شده است. |
|
| نام | شرایط | شکل |
استحکام تسلیم در 0.2% MPa Ksi |
استحکام کششی MPa ksi |
درصد ازدیاد طول در 2 اینچ |
درصد کاهش سطح |
سختی Rc |
||
| استحکام متوسط | |||||||||
| 17-4PH | H-925 | گرد | 175 | 1207 | 190 | 1310 | 14 | 54 | 42 |
| 15-5PH | H-925 | گرد | 175 | 1207 | 190 | 1310 | 14 | 54 | 42 |
| کاستوم 450 | H-900 | گرد | 184 | 1269 | 196 | 1351 | 14 | 60 | 42 |
| زنگ نزن W | H-950 | گرد | 180 | 1241 | 195 | 1345 | 10 | - | 42 |
| استحکام زیاد | |||||||||
| PH13-8Mo | H-950 | گر | 210 | 1448 | 225 | 1551 | 12 | 50 | 47 |
| کاستوم 455 | H-900 | گرد | 235 | 1620 | 245 | 1689 | 10 | 45 | 49 |
منابع و پیوندها
گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن
Smith.W., Structure and Properties of Engineering Materials, McGraw-Hill, 1987
برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است
