Maraging stål - Maraging steel

Stål
FagerstaRAÄ2.jpg
Faser
Mikrostrukturer
Klasser
Andra järnbaserade material

Maråldringsstål (a portmanteau av " martensitisk " och "åldrande") är stål ( järnlegeringar ) som är kända för att besitta överlägsen hållfasthet och seghet utan att förlora duktilitet . Åldrande avser den utökade värmebehandlingsprocessen. Dessa stål är en speciell klass av lågkolstål med hög höghållfasthet som inte härrör från kol utan från utfällning av intermetalliska föreningar. Det huvudsakliga legeringselementet är 15 till 25 viktprocent nickel . Sekundära legeringselement, som inkluderar kobolt , molybden och titan , tillsätts för att producera intermetalliska fällningar . Originalutveckling (av Bieber of Inco i slutet av 1950 -talet) utfördes på 20 och 25 viktprocent Ni -stål till vilka små tillsatser av aluminium , titan och niob gjordes; en höjning av priset på kobolt i slutet av 1970-talet ledde till utvecklingen av koboltfria maragerande stål.

De vanliga, icke-rostfria kvaliteterna innehåller 17–19 vikt% nickel, 8–12 vikt% kobolt, 3–5 vikt% molybden och 0,2–1,6 vikt% titan. Tillsats av krom ger rostfria kvaliteter som är resistenta mot korrosion. Detta ökar också indirekt härdbarheten eftersom de kräver mindre nickel; högkromade, högnickelstål är i allmänhet austenitiska och kan inte omvandlas till martensit vid värmebehandling, medan stål med lägre nickel kan omvandlas till martensit. Alternativa varianter av nickelreducerade maragingstål är baserade på legeringar av järn och mangan plus mindre tillsatser av aluminium, nickel och titan där kompositioner mellan Fe-9wt% Mn till Fe-15wt% Mn har använts. Mangan har en liknande effekt som nickel, dvs det stabiliserar austenitfasen. Beroende på deras manganinnehåll kan Fe-Mn-maragerande stål därför vara fullständigt martensitiska efter att ha släckt dem från austenitfasen vid hög temperatur eller så kan de innehålla kvarhållen austenit. Den senare effekten möjliggör design av maraging-TRIP-stål där TRIP står för transformationsinducerad-plasticitet.

Egenskaper

På grund av det låga kolinnehållet har maraging stål god bearbetbarhet . Före åldrandet kan de också kallvalsas till så mycket som 90% utan att spricka. Maraging stål erbjuder god svetsbarhet , men måste åldras efteråt för att återställa de ursprungliga egenskaperna till den värmepåverkade zonen .

Vid värmebehandling har legeringen mycket små dimensionella förändringar, så den bearbetas ofta till dess slutliga dimensioner. På grund av det höga legeringsinnehållet har maragerande stål en hög härdbarhet. Eftersom duktila FeNi-martensiter bildas vid kylning är sprickor obefintliga eller försumbara. Stålen kan nitreras för att öka hårdhetens hårdhet och poleras till en fin ytfinish.

Icke -rostfria sorter av maraging stål är måttligt korrosionsbeständiga och motstår spänningskorrosion och väteförsprödning . Korrosionsbeständighet kan ökas genom kadmiumplätering eller fosfatering .

Betyg av maraging stål

Maraging stål beskrivs vanligtvis med ett tal (200, 250, 300 eller 350), vilket anger den ungefärliga nominella draghållfastheten i tusentals pund per kvadrattum; kompositionerna och erforderliga egenskaper definieras i MIL-S-46850D. De högre kvaliteterna har mer kobolt och titan i legeringen; kompositionerna nedan är hämtade från tabell 1 i MIL-S-46850D:

Maraging stålkompositioner
Element Årskurs 200 Årskurs 250 Årskurs 300 Klass 350
Järn balans balans balans balans
Nickel 17.0–19.0 17.0–19.0 18.0–19.0 18.0–19.0
Kobolt 8,0–9,0 7,0–8,5 8,5–9,5 11,5–12,5
Molybden 3,0–3,5 4.6–5.2 4.6–5.2 4.6–5.2
Titan 0,15–0,25 0,3–0,5 0,5–0,8 1.3–1.6
Aluminium 0,05–0,15 0,05–0,15 0,05–0,15 0,05–0,15
Draghållfasthet (MPa) 1379 1724 2068 2413

Den familjen är känd som 18Ni maraging stål, från dess nickelprocent. Det finns också en familj av koboltfria maragingstål som är billigare men inte riktigt lika starka; ett exempel är Fe-18.9Ni-4.1Mo-1.9Ti. Det har förekommit rysk och japansk forskning i Fe-Ni-Mn-legeringar.

Värmebehandlingscykel

Stålet glöms först vid cirka 820 ° C (1510 ° F) i 15–30 minuter för tunna sektioner och i 1 timme per 25 mm tjocklek för tunga sektioner, för att säkerställa bildandet av en helt austenitiserad struktur. Detta följs av luftkylning eller släckning till rumstemperatur för att bilda en mjuk, kraftigt förskjuten järn-nickel lath (untwinned) martensit. Efterföljande åldrande ( utfällningshärdning ) av de vanligare legeringarna i cirka 3 timmar vid en temperatur av 480 till 500 ° C ger en fin dispersion av Ni 3 (X, Y) intermetalliska faser längs dislokationer som lämnas av martensitisk transformation, där X och Y är lösta element tillsatta för sådan nederbörd. Överåldring leder till en minskning av stabiliteten hos de primära, metastabila, koherenta fällningarna, vilket leder till deras upplösning och ersättning med semi-koherenta Laves-faser som Fe 2 Ni/Fe 2 Mo. Ytterligare överdriven värmebehandling medför sönderdelning av martensiten och övergång till austenit.

Nyare kompositioner av maragerande stål har avslöjat andra intermetalliska stökiometrier och kristallografiska relationer med föräldramartensiten, inklusive rombohedral och massiv komplex Ni 50 (X, Y, Z) 50 (Ni 50 M 50 i förenklad notering).

Användningsområden

Maraging stålets styrka och formbarhet i föråldrat stadium gör att det kan formas till tunnare raket- och missilskinn än andra stål, vilket minskar vikten för en given styrka. Maraging stål har mycket stabila egenskaper och, även efter överåldring på grund av för hög temperatur, mjukas bara något. Dessa legeringar behåller sina egenskaper vid svagt förhöjda driftstemperaturer och har maximala servicetemperaturer på över 400 ° C (752 ° F). De är lämpliga för motorkomponenter, till exempel vevaxlar och kugghjul, och skjutstiften på automatvapen som cyklar från heta till svala upprepade gånger under stor belastning. Deras enhetliga expansion och enkla bearbetbarhet före åldrande gör att maragerande stål är användbart i slitstarka komponenter i löpande band och formar . Andra ultrahöghållfasta stål, som AerMet- legeringar, är inte lika bearbetningsbara på grund av deras hårdmetallhalt.

I fäktningssporten tillverkas vanligtvis blad som används i tävlingar som körs i regi av Fédération Internationale d'Escrime med maragingstål. Maraging blad är överlägsna för folie och épée eftersom sprickutbredning i maraging stål är 10 gånger långsammare än i kolstål, vilket resulterar i mindre bladbrott och färre skador. Rostfritt stål används i cykelramar (t.ex. Reynolds 953) och golfklubbhuvuden . Det används också i kirurgiska komponenter och injektionssprutor, men är inte lämpligt för skalpellblad eftersom bristen på kol hindrar det från att hålla en bra skärkant.

American musikinstrument sträng producent Ernie Ball har gjort en specialist typ av elektrisk gitarr sträng av maråldrat stål och hävdar att denna legering ger mer effekt och ökad tonal respons.

Maraging stålproduktion, import och export av vissa stater, till exempel USA, övervakas noga av internationella myndigheter eftersom det är särskilt lämpligt för användning i gascentrifuger för urananrikning . brist på maragerande stål hämmar denna process avsevärt. Äldre centrifuger använde aluminiumrör; moderna sådana, kolfiberkomposit.

Fysikaliska egenskaper

  • Densitet : 8,1 g/cm³ (0,29 lb/in³)
  • Specifik värme , medelvärde för 0–100 ° C (32–212 ° F): 452 J/kg · K (0,108 Btu/lb · ° F)
  • Smältpunkt : 2.575 ° F, 1.413 ° C
  • Värmeledningsförmåga : 25,5 W/m · K
  • Genomsnittlig termisk expansionskoefficient : 11,3 × 10 −6
  • Avkastningshållfasthet : vanligtvis 1 400–2 400 MPa (200 000–350 000 psi)
  • Ultimate draghållfasthet : vanligtvis 1,6–2,5 GPa (230 000–360 000 psi). Betyg finns upp till 3,5 GPa (510 000 psi)
  • Brottöjning: upp till 15%
  • K IC -sprickfasthet: upp till 175 MPa · m 1 ⁄ 2
  • Youngs modul : 210 GPa (30 000 000 psi)
  • Skjuvmodul : 77 GPa (11 200 000 psi)
  • Bulkmodul : 140 GPa (20.000.000 psi)
  • Hårdhet (åldrad): 50 HRC (grad 250); 54 HRC (grad 300); 58 HRC (grad 350)

Se även

Referenser


externa länkar