ساختار فولادها

ریز ساختار فولادها و شرحی بر ساختار آنها
نيتال %۲ ، X500 در ميلة فولادي رگه‌هايي از سولفيد منگنز وجود دارد (سياه) و باقيماندة آن را ذرات كاربيد كروي در زمينة فريتي تشكيل مي‌دهد . عكس ميكروسكوپي در جهت نور گرفته شده است .

۱۰۹۰ : ساختارهاي ميكروسكوپي
الف) پيكرال ، X2000 ميله حاصل از نورد گرم به قطر in1 (mm245) قطعه از دماي نور نهايي ۱۶۰۰ تا oF1650 ( 870 تاoC900) سرد شده است . تصوير ميكروسكوپي الكتروني . ساختار : پرليت لايه‌اي

ب) پيكرال ، X1000 ميلگرد به قطر in343 (mm872) كه مدت ۲/۱ ۴ دقيقه در دماي oF1750 (oC955) آستنتينه شده است . قطعه به مدت ۷۰ ثانيه در دماي oF940 (oC505) در حمام سرب تندسرمايي شده و پس از آن در هوا سرد شده است . ساختار : بيشتر بينيت و پرليت حل نشده .
ج) پيكرال ، X8000 بعد از نورد گرم ، نوار ورق ۸۰ درصد نورد سرد شده است . جهت عمودي قطعه نورد شده در تصوير ميكروسكوپي الكتروني نشان داده شده است .

ساختار: پرليت لايه‌اي تغيير شكل يافته .
د) نيتال ۲ ، X100 سيم فولادي بهينه شده با ۳۸ ، منگنز كه با ۷۵ كاهش در سطح مقطع استحكام آن تا Ksi263 (Mpa1813) افزايش يابد . ساختار : پرليت تغيير شكل يافته ؛ ساختار اوليه پرليت نرم .

ه) نيتال ۲ ، X500 مانند حالت (د) اما با بزرگنمايي بيشتر . ساختار : جهت كشش مفتول افقي است . ساختار اوليه با سرد كردن در سرب مذاب حاصل مي‌شود .
۱۰۲۵ : ساختار ميكروسكوپي
الف) پيكرال ، X500 در دماي oF2000 (oC1095) قطعه با آستنيته كردن ، يكنواخت شده و سپس در هوا سرد مي‌شود . ساختار : دانه‌هاي درشت پرليت (قسمت‌هاي تيره) در زمينة آهن (قسمت‌هاي سفيد) قرار گرفته است .
ب) پيكرال ، X500 در دماي oF1700 (oC925) با آستنيته كردن ، يكنواخت شده و سپس در هوا سرد مي‌شود . ساختار : به دليل پايين بودن دماي آستنيته دانه‌ها ريزتر هستند

۱۰۱۰ : ساختار ميكروسكوپي
الف) نيتال ، X200 در دماي oF1450 (oC790) كربونيتروره شده و سپس در روغن تندسرمايي شده است . اين شكل پوستة پركربن و كم نيتروژن را نشان مي‌دهد . ساختار: حداكثر ساختار داخلي فريت است (نيمه راست) .

ب) نيتال %۲ ، X700 به مدت يك ساعت در حمام نمك نيتروره (تهويه شده) در دماي oF1060 (oC570) نيتروره مايع مي‌شود . عمق لاية نيتريده شده in0003/0 (mm0076/0) است . ساختار داخلي : فريت قطعه‌اي و كاربيد مرز دانه‌اي منطقة انتقال واضح نيست .
۱۰۲۰ : ساختار ميكروسكوپي

الف) نيتال ، X500 قطعه كربونيتروره شده در روغن تندسرمايي شده است . اين شكل تأثير زياد پتانسيل كربني را نشان مي‌دهد . ساختار : لايه سفيد بيروني شمنتيت است كه در ادامة آن مخلوط مارتنزيت و آستنتيت باقيمانده وجود دارد و در سمت راست زمينة مارتنزيتي وجود دارد .
ب) نيتال %۲ ، ۵۵۰ قطعه به مدت يك ساعت تا دماي oF1550 (oC845) در حمام نمك ساتيده شده و سپس در آب تندسرمايي شده است . ساختار : قطعه تندسرمايي شده شامل ، مارتنزيت دانة درشت با ذرات كاربيد و فربيت آزاد است .

ج) نيتال %۲ ، X100 شرايط مثل حالت (ب) است و ساختار پوسته و ناحية مركزي و ناحية انتقالي را نشان داده است . سختي در حفره‌ها سياه رنگ g500است . فاصلة آنها in003/0 (mm0762/0) است . سختي معادل در پوسته HRC61 و در مركز HRC255 است .
۱۰۳۰ : ساختار ميكروسكوپي

الف) پيكرال ، X1000 به مدت يك ساعت در دماي oF1700 (oC925) آستنيته شده و سپس در دماي oF1430 (oC755) به مدت ۲ ساعت و ۴۰ دقيقه اين عمل تكرار مي‌شود . جهت انتقال تك دماي آستنيت ، قطعه را به مدت ۴ ساعت در دماي oF1305 (oC710) نگهداري مي‌كنند . قطعه در آب تندسرمايي مي‌شود .
ساختار : در تصوير فريت و دانه‌هاي درشت پرليت مشاهده مي‌شود .

ب) پيكرال ، X1000 به مدت ۴۰ دقيقه در دماي oF1475 (oC800) آستنيته شده و سپس به مدت ۱۵ دقيقه در دماي oF1300 (oC705) نگهداري مي‌شود . براي انتقال تك دما ، قطعه تا دماي oF1305 (oC710) مجدداً گرم مي‌شود و به مدت ۱۹۲ ساعت در همين دما نگهداري مي‌شود . ساختار : پرليت كروي در زمينة فريت
۱۱۱۷ : ساختار ميكروسكوپي
الف) پيكرال ، X200 ميله فولادي با آستنيته شدن در دماي oF1650 (oC900) به مدت ۲ ساعت يكنواخت شده و پس از آن در هواي ساكن سرد شده است .
ساختار : تكه‌هاي فريت (روشن) ، اثرات فريت و يدمانشتتن ، پرليت ريز (تاريك) ذرات كروي سولفيد منگنز .
ب) نيتال %۳ ، X200 قطعه در دماي oF1550 (oC845) به مدت ۴ ساعت در آمونياك ، ۳ پروپان ۶ و باقيمانده آن گاز گرماگير ، كربونيتروره شده و سپس در روغن تندسرمايي شده است در دماي oF300 (oC150) به مدت ۲/۱ ۱ ساعت بازپخت شده است . ساختار : آستنيت باقيمانده (سفيد) و ذرات سولفيد منگنز (تاريك) در زمينة مارتنزيت بازپخت شده.

ج) نيتال ، X200 قطعه كربونيتروره شده و سپس در روغن تندسرمايي شده است . ساختار : لايه‌اي از فريت كربن‌زدايي شده كه از ساختار مارتنزيتي به وجود آمده است (طرف چپ عكس ميكروسكوپي) مواد اصلي محصول تكه‌هايي از فريت مي‌باشد (سفيد) .
۱۰۷۸ : ساختار ميكروسكوپي

پيكرال ، X550 ميلة حاصل از نورد گرم كه از دماي نورد در هوا سرد شده است . ساختار : بيشتر آن پرليت و مقدار زيادي پرليت لايه‌اي حل شده و همچنين مقداري فريت آزاد مرز دانه‌اي وجود دارد .
۱۰۵۵ : ساختار ميكروسكوپي

الف) پيكرال ، X1000 ميلگرد به قطر in4/1 (mm 35/6) به مدت ۳/۱ ۲ دقيقه در دماي oF1710 (oC930) آستنيته شده سپس به مدت ۳۵ ثانيه در حمام سرب با دماي oF1020 (oC550) تندسرمايي شده و پس از آن در هوا سرد شده است . ساختار : پرليت نامحلول (سياه) فريت (سفيد) در مرز دانه‌هاي آستنيت اوليه .
ب) پيكرال ، X1000 سيم به قطر in132/0 به مدت ۲/۱ ۱ دقيقه در دماي oF1890 (oC1032) آستنيته شده سپس به صورت مرحله‌اي در هوا سرد شده است . ساختار : پرليت لايه‌اي با رسوب‌هاي ناپيوسته فريت در مرز دانه‌هاي آستنيت اوليه .

۱۰۳۹ ساختار ميكروسكوپي :الف) نيتال %۱ ، X750 . غلتك‌ها براي استفاده در آزمايش خستگي كربن‌دهي گازي شده‌اند. درون بار و تغييرات پروانه‌اي شكل در مركز كه به فاصله in005/0 (mm127/0) از سطح تماس قرار گرفته است . ساختار : آن فريت سخت‌كاري شده كه در اثر تقيل مارتنزيت به وجود آمده است .
ب) پيكرال %۲ ، X1950 . مانند (الف) اما تصوير الكتروني از كاربيدهاي كروم به صورت نقش برگردان و بزرگتر است عمل ظاهر سازي كمتر از قسمت (الف) است . تغييرات پروانه‌اي شكل در مركز و در ابتدا تنش‌هاي اصلي تشكيل شده است .
۱۰۳۸ : ساختار ميكروسكوپي

الف) نيتال %۲ ، X50 مقطع طولي پس از آهنگري مُك داخلي از ميلگرد اصلي (قسمت‌هاي سياه) . فريت (سفيد) .
ب) نيتال %۲ ، X100 مقطع عرضي پس از آهنگري قطعه شديداً داغ شده است كه اين شكل اولين مرحلة داغ‌زدگي را نشان مي‌دهد . ساختار : فريت (سفيد) در امتداد دانه‌هاي درشت آستنيت است . زمينة فريت (سفيد) و پرليت (سياه) .
ج) نيتال %۲ ، X550 . مانند قمست (ب) با بزرگنمايي بيشتر . ساختار : فريت متراكم و دانه‌هاي درشت آستنيت همچنين شامل ذرات ريز اُكسيد است (نقاط سياه) . زمينة فريت (سفيد) و پرليت (سياه) .

۱۰۷۷ : ساختار ميكروسكوپي :الف) نيتال %۲ ، X100 . مقطع طولي سيم فولادي كه تحت كشش سرد قرار گرفته است . استحكام كششي آن Ksi245 (Mpa689) است كه با ۸۰% كاهش سطح مقطع به دست آمده است . ساختار : پرليت تغيير شكل يافته در زمينه پرليت لايه‌اي نرم .
ب) نيتال %۲ ، X1000 . سيم فولادي كشيده شده كه تندسرمايي و بازپخت شده است . قطعه در دماي oF1600 (oC870) آستنيته شده است و پس از آن در روغن تندسرمايي شده ، سپس در دماي oF850 (oC455) بازپخت شده است . ساختار : مارتنزيت بازپخت شده ، مقداري فريت آزاد وجود دارد .
۱۵۲۴ : ساختار ميكروسكوپي

پيكرال و نيتال ، X500 . ورق با ضخامت in8 /1 (mm175/3) در دماي oF2000 (oC1095) آستنيته شده و پس از آن در هوا سرد شده است .
ساختار : در مناطق تاريك پرليت نرم و مقداري بينيت و در مناطق روشن فريت در مرز دانه‌هاي آستنيت اوليه و در بين دانه‌هاي فريت با صفحات ويدمان‌اشتيتن وجود دارد .

۱۲۱۵ ساختار ميكروسكوپي
الف) قطعة صيقل كاري شده (عملظاهر سازي انجام نشده) ۱۰۰۰X . ساختار : لوله فولادي كه كشش سرد شده است تكه‌هاي ناخالص سولفيد موجود در مقطع طولي .

ب) قطعة صيقل كاري شده (عمل ظاهر سازي انجام نشده) ۱۰۰۰X . ساختار : لوله فولادي كشش سرد شده كه با بزرگنمايي كمتر نشان داده شده است . و همين طور تكه‌هاي ناخالص سولفيد مشخص مي‌باشد .
۱۰۴۰ : ساختار ميكروسكوپي
الف) نيتال ، X200 . ميلگرد با قطر in1 (mm4/25) به مدت ۳۰ دقيقه در دماي oF1675 (oC915) آستنيته شده و به آرامي در كوره سرد شده است .
ساختار : فريت (قسمت‌هاي سفيد) و پرليت (سياه) .
ب) نيتال ، X500 . مانند قسمت (الف) اما با بزرگنمايي بيشتر . ساختار : پرليت و دانه‌هاي فريت كه بيشتر حل شده‌اند . اندازة دانه‌ها در قمست‌هاي (الف) و (ب) خيلي متفاوت است .
ج) پيكرال ، X1000 . به مدت ۴۰ دقيقه در دماي oF1475 (oC800) آستنيته شده است . جهت انتقال تك ماد ، به مدت ۶ ساعت در دماي oF1305 (oC705) نگهداري شده است . ساختار : كاربيدي كروي در زمينة فريت .
د) نيتال ، X500 ميلگرد با قطر in1 (mm4/25) در دماي oF1675 (oC915) آستنيته شده و به مدت ۳۰ دقيقه در دماي oF785 (oC420) در حمام نمك تندسرمايي شده و سپس در هوا سرد شده است . ساختار : مقدار غير نرمال فريت (سفيد) كه كربن‌گيري جزئي را در سطح مشخص كرده است (بالا) .
ه) نيتال ، X500 . مانند قسمت (ب) . قسمت داخلي ميلگرد . ساختار : فريت (قسمت‌هاي سفيد) و دانه‌ةاي آستنيت كه قبل از آن قرار گرفته است . پرليت (قسمت‌هاي سياه و خاكستري) .
و) نيتال ، X500 . ميلگرد با قطر in1 (mm4/25) به مدت ۳۰ دقيقه در دماي oF1675 (oC915) آستنتيه شده ، سپس در روغن تندسرمايي شده و در دماي oF400 (oC205) بازپخت شده است . ساختار : مارتنزيت بازپخت شده (خاكستري) ؛ فريت (سفيد) .
۱۰۶۰ : ساختار ميكروسكوپي

فولادهای ماریجینگ ( ۱۸ % Ni)
یكی از نیازهای اساسی صنایع پیشرفته احتیاج به موادی با قابلیت اطمینان بالا از استحكام و تافنس شكست می باشد . در این راستا محققان زیادی فولادهای استحكام بالای مختلفی را گسترش داده اند ؛ كه در این میان تنها فولادهای ماریجینگ توانسته اند به هر دو نیاز صنایع پیشرفته پاسخ گویند . مهمترین كاربرد این فولاد ها در صنایع نظامی ، هوافضا ، اجزاء الكترومكانیكی و … است.

این فولادها كه تعلق به خانواده آلیاژهای پایه آهن دارند . ابتدا تحت پروسه استحاله مارتنزیت قرار می گیرند و سپس به وسیله پیری یا رسوب سختی دنبال می شوند . كه كلمه Maraging از دو كلمه Martensite و Aging گرفته شده است .

فولادهای ماریجینگ دارای ۱۸ % Ni به دو كلاس گسترده تقسیم می شوند. كه بستگی به عناصر تقویت كننده در آنالیز شیمیایی آنها دارد . فولاد ماریجینگ اورجینال در اوایل ۱۹۶۰ معرفی شد ، كه كبالت به عنوان عنصر تقویت كننده و استحكام بخش ( ۷-۱۲% ) در فولاد ماریجینگ ۱۸ % Ni بكار برده می شد . در اوایل دهه ۷۰ كار بر روی این فولادها كمرنگ شد . كه دلیل آن افزایش قیمت كبالت بود كه منجر به نوع جدیدی از فولادهای ماریجینگ شد ، این دسته تیتانیوم را به عنوان عامل اصلی تقویت كننده به همراه داشتند. درجه تقویت كبالت یا ” C-type 18 Ni Maraging ” به وسیله حرف ” C ” در شناسائی این كلاس انتخاب می شود ؛ همچنین درجه استحكام تیتانیوم یا ” T-type 18 Ni Maraging ” را با حرف ” T ” نشان می دهند.

این دو نوع فولاد با توجه به میزان استحكام آنها به ۲۰۰ ، ۲۵۰، ۳۰۰، ۳۵۰ درجه پیری طبقه بندی می شوند و به طور C-200 و T-200 آنها را نمایش می دهند . استحكام دهی به وسیله رسوب دهی آسان اجزاء فلزی در حین عملیات پیر سازی صورت می گیرد . كه این رسوب سختی به واسطه عناصر آلیاژی همچون Co , Mo , Ti در مارتنزیت Fe-Ni با كربن بسیار كم ۰٫۰۳% یا كمتر صورت می گیرد.
فولاد های ماریجینگ در شرایط آنیل محلول سازی تهیه می شوند پس دارای چقرمگی و نرمی نسبی ( ۲۸ – ۳۲ RC ) هستند . پس به سهولت شكل می گیرند و ماشین می شوند . خواص كامل آنها از طریق پیرسازی مارتنزیت بدست می آید .

خصوصیات فولادهای ماریجینگ :
الف ) خواص مكانیكی عالی :
۱-استحكام نهایی و استحكام تسلیم بالا
۲-تافنس ، داكتیلیتی و مقاومت به ضربه بالا در مقایسه با فولاد كوئنچ و تمپر شده با استحكام مشابه
۳-استحكام خستگی زیاد
۴-استحكام فشاری بالا
۵-سختی و مقاومت به سایش كافی برای بعضی از ابزار های كاربردی

ب) خصوصیات عملیات حرارتی :
۱-دمای مورد نیاز برای كوره پایین است
۲-رسوب سختی و عملیات حرارتی پیری
۴-حداقل اعوجاج در طول عملیات حرارتی
۵-سخت شدن بدون كوئنچ كردن
۶-درصد پایین كربن ، كه جلوگیری از مشكل دكربوره شدن می كند.
ج) كارپذیری عالی

۱-ماشینكاری آسان
۲-مقاومت بالا در برابر انتشار ترك
۳-شكل پذیری آسان در حالت سرد ، گرم و داغ
۴-قابلیت جوشكاری خوب به خاطر درصد پایین كربن
۵-مقاومت به خوردگی خوب كه نرخ خوردگی آن در حدود نصف فولادهای كوئنچ و تمپر شده است
این فاكتورها نشان می دهد كه فولادهای ماریجینگ در كاربردهایی مثل شفت ها و اجزایی كه تحت خستگی ضربه ای همچون كلاچ ها و چكش ها بهترین استفاده را دارد.