Stal Maraging

Stale martenzytyczne utwardzane wydzieleniowo - "Maraging"


Stalami „maraging” nazywa się bezwęglowe stale niklowe utwardzane dyspersyjnie wydzieleniami faz międzymetalicznych. W polskiej nomenklaturze nazywane są stalami martenzytycznymi utwardzanymi wydzieleniowo.

Zabiegi przeprowadzane na stalach martenzytycznych

Stale „maraging” charakteryzuje plastyczna struktura z martenzytu niklowego, która powstaje po austenityzowaniu oraz ochłodzeniu do temperatury otoczenia. Kolejny zabieg cieplny przeprowadzany na tego typu stalach utwardza je dzięki wydzielaniu faz międzymetalicznych.
Następnie następuje hartowanie (przesycenie) oraz starzenie stali. Dopiero wtedy stale martenzytyczne uzyskują odpowiednią wytrzymałość przy zachowaniu odpowiednich własności plastycznych i udarności. Aby uzyskać odpowiednio dobre parametry stali „maraging” konieczne jest zapewnienie prawidłowych warunków, takich jak: bardzo niska zawartość węgla (poniżej 0,03%), podwyższona względnie wysoka czystość, a także odgazowanie metodą próżniową.
Już w latach 60. wykazano, że domieszkiwanie stali martenzytycznych kobaltem oraz molibdenem znacząco zwiększa ich wytrzymałość mechaniczną. Stale martenzytyczne produkowane są pod wieloma nazwami firmowymi, jednak możemy sklasyfikować kilka podstawowych stopów, które według norm kategoryzowane są jako: 

  • 18Ni200, 18Ni250, 18Ni300 i 18Ni350
  • Maraging 250, Maraging 300, Maraging 350
  • Maraging C250, Maraging C300, Maraging C350
  • 1.6355 / X2NiCoMo18-12; 1.6356 / X2NiCoMoTi18-12-4 - 350
  • 1.6359 / X2NiCoMo18-8-5 - 300


 Pierwsza liczba oznacza procentową zawartość niklu, a druga liczba granicę plastyczności wyrażoną w ksi.

Średni procentowy skład chemiczny podstawowych gatunków stali martenzytycznych utwardzanych wydzieleniowo

  • Ksi 200, 140 kG/mm2: max. 0,03 C, 18 Ni, 8,5 Co, 3,25 Mo, 0,1 Al, 0,2 Ti.
  • Ksi 250, 175 kG/mm2: max. 0,03 C, 18 N, 7,5 Co, 4,8 Mo, 0,1 Al, 0,4 Ti.
  • Ksi 300, 210 kG/mm2: max. 0,03 C, 18 Ni, 9 Co, 4,8 Mo, 0,1 Al, 0,6 Ti.
  • Ksi 300, 230 kG/mm2: max. 0,03 C, 18 Ni, 9 Co, 5 Mo, 0,1 Al, 1,4 Ti.
  • Ksi 350, 245 kG/mm2: max. 0,03 C, 17,5 Ni, 12,5 Co, 3,8 Mo, 0,15 Al, 1,7Ti.
  • Ksi 400, 280 kG/mm2: max. 0,03 C, 13 Ni, 15 Co, 10Mo, 0,2 Ti.

Rola poszczególnych domieszek stopowych

Stalemartenzytyczne posiadają osnowę z żelazowo-niklowego martenzytu wzbogacanego molibdenem oraz kobaltem. Stopie podwójnym Fe-Ni zawierającym do 25% Ni możliwe jest uzyskanie przemiany austenitu na martenzyt iglasty (masywny) o regularnej sieci. Powyżej zawartości 25% Ni w stopie podwójnym z przemiany austenitu uzyskuje się mniej wytrzymały martenzyt zbliźniaczony. Spowodowane jest to tym, że wraz ze zwiększaniem się zawartości niklu, równolegle zmniejsza się temperatura, w której zapoczątkowuje się proces przemiany martenzytycznej.

Domieszki kobaltu

Spośród wszystkich dodatków występujących w osnowie stali martenzytycznych jedynie kobalt podwyższa temperaturę przemiany martenzytycznej w taki sposób, że temperatura ta oscyluje w granicach 200 stopni Celsjusza. Najlepsze własności mechaniczne uzyskuje się przy stali zawierającej ok. 10% austenitu szczątkowego, który uzyskiwany jest przy 19 – 22% Ni.
Kobalt wpływa również na zwiększenie gęstości i jednorodności rozkładu dyslokacji w sieci martenzytu, a także zmniejsza on rozpuszczalność molibdenu w martenzycie, co umacnia stop poprzez intensyfikowanie wydzielania się zasadniczej fazy Ni3Mo.

Domieszki molibdenu

Molibden jest niezbędny do wywołania odpowiedniego efektu starzenia poprzez wytwarzanie fazy międzymetalicznej Ni3Mo. Odpowiednie połączenie Mo z Co znacząco umacnia stop i poprawia ciągliwość osnowy poprzez zmniejszanie skłonności do wydzieleń na granicy ziaren.
Zawartość domieszki Mo nie powinna przekraczać 5,2% ze względu na zachowanie odpowiedniej ciągliwości osnowy. Jedynie w przypadku wysokowytrzymałościowych stali 13Ni400 zawartość molibdenu przekracza 10%.

Domieszki tytanu

Domieszka tytanu tworzy w stali „maragin” fazę Ni3Ti, która wydzielając się, podnosi wytrzymałość stali. Tytan dobrze wiąże również nadmiar węgla w stali, zapobiegając tworzeniu się węglików typu M6C o znacznej zawartości molibdenu. Przy zawartości powyżej 0,8%, tytan zmniejsza ciągliwość osnowy.

Domieszki aluminium

Poprzez wydzielanie fazy Ni3Al aluminium również zwiększa wytrzymałość stali, niemniej jednak powyżej zawartości 0,15% zmniejsza ciągliwość osnowy.

Domieszki krzemu i manganu

Pierwiastki te również zwiększają wytrzymałość, niemniej jednak znacząco zmniejszają ciągliwość i propagację karbu. Ich zawartość w stali ograniczana jest do 0,05%.

Procentowy skład stali martenzytycznych utwardzanych wydzieleniowo odpornych na korozję

  • Pyromet X-15: max 0,01 C, 15 Cr, 20 Co, 2,9 Mo.
  • Pyromet X-23: max 0,03 C, 10 Cr, 7 Ni, 10 Co, 5,5 Mo.
  • Ultrafort 401: max 0,02 C, 12 Cr, 8,2 Ni, 5,3 Co, 2 Mo, 0,8 Ti.
  • Ultrafort 402: max 0,02 C, 12,5 Cr, 7,6 Ni, 5,4 Co, 4,2 Mo, 0,5 Ti.

Zastosowanie stali martenzytycznych w technice lotniczej

Stale martenzytyczne utwardzane wydzieleniowo cechują się dobrymi właściwościami plastycznymi i wysoką udarnością, a także dobrymi własnościami w obniżonych i podwyższonych temperaturach. Z tego też względu są one świetnym materiałem do produkcji konstrukcji lotniczych, rakietowych i kosmicznych. Są lekkie, odporne na skrajne temperatury, krótkotrwałe przegrzania i obciążenia dynamiczne.
Stale „maraging” początkowo wykorzystywane były do produkcji elementów podwozia, a następnie do: elementów łącznych, zbiorników ciśnieniowych, tłoków, cylindrów oraz kół zębatych, wałów napędowych, przekładni ślimakowych oraz części pomp i sprężarek.

Komentarze

Prześlij komentarz

Popularne posty