فولاد مارتنزیتی، نامی آشنا در حوزه تولید ابزارهای فولادی برشی است که سختی و استحکام بسیار بالایی برای برش قطعات دارد. این فولاد که از نوع فولاد زنگ نزن یا استیل است، خواص منحصر به فردی برای تولیدات خاص دارد و سالهای سال این استحکام را حفظ میکند.
مارتنزیت، به عنوان سختترین میکروساختار در یک فولاد، عامل ایجاد چنین خواصی است که نمونههایی از آن را میتوان در فولادهای زنگ نزن سری ۴۰۰ از جمله استیل ۴۱۰ و ۴۲۰ مشاهده کرد. این فاز یک فاز تعادلی نیست و به همین علت نتیجه ریخته گری معمول نخواهد بود. تشکیل آن به استحاله فازی و سرد کردن سریع نیاز دارد.
چیستی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی، خواص و کاربردهای آن به عنوان فولادی با میکروساختار بسیار سخت در بازار مقاطع فولادی، موضوعی مهم بهشمار میرود که راهنمای خریداران انواع فولاد است. با دریافت این موضوع که فولاد مارتنزیتی چیست و شناخت کامل آن، بهتر میتوان در صنعت تصمیمگیری کرد. از همینرو، این مقاله متالکست به بررسی این نوع استیل اختصاص داده شده است.
ارتباط با کارشناسان متالکست
جهت ارتباط با کارشناسان متالکست برای دریافت مشاوره رایگان، ثبت سفارش قطعه یا استعلام قیمت ریختهگری انواع آلیاژها، فقط کافیست فرم زیر را پر کنید. کارشناسان ما به سرعت با شما تماس خواهند گرفت.
فولاد مارتنزیتی چیست؟
در میان انواع فولادهای زنگ نزن، نامهای مختلفی به چشم میخورد که فولاد مارتنزیتی یکی از آنها است. مارتنزیت، یکی از ساختارها در فولاد است که ضمن استحاله فازی از سریع سرد شدن فاز آستنیت ایجاد میشود.
با استناد به این مقدمه، میتوان گفت که تشکیل فازهای مختلف به نحوه ریخته گری فولاد زنگ نزن، کیفیت انجام آن و فرایندهایی که پس از ریختهگری انجام میشود، وابسته است. ویژگیها و کیفیت ریخته گری، بر قیمت آن نیز اثر میگذارند. بنابراین، در صورتی که شما نیازمند یک فولاد زنگ نزن خاص، از جمله فولاد مارتنزیتی با خواص عالی هستید، باید به یک کارگاه ریختهگری باکیفیت مراجعه نمایید. هرچند، توصیه ما به شما کمک گرفتن از یک کارگاه ریخته گری با عملکرد عالی، در عین داشتن قیمت مناسب است. برای اطلاع از قیمت ریخته گری فولاد، میتوانید به صفحه لینک شده مراجعه کنید. در این صفحه هم درباره قیمت و هم نحوه ارائه خدمات ریخته گری فولاد در مجموعه متالکست صحبت کردهایم.
فولاد زنگ نزن مارتنزیتی حاوی ۱.۲ درصد کربن و ۱۱.۵ تا ۱۸ درصد کروم است که گاهی عنصر نیکل نیز به آن افزوده میشود. همه گریدهای فولاد ضد زنگ مارتنزیتی مغناطیسی و یا به عبارت دیگر جز استیلهای بگیر هستند. به طور کلی، استیلهای سری ۴۰۰ در این دسته از فولادهای ضد زنگ قرار میگیرند. گریدهای مارتنزیتی عمدتا برای مواردی استفاده قرار میشوند که در آن سختی، استحکام و مقاومت در برابر سایش مورد نیاز است. این فولادها مقاومت در برابر خوردگی متوسطی دارند و در کارد و چنگال، ابزار جراحی، کلید های پیچ و مهره و توربین استفاده میشوند.
نحوه ساخت فولاد مارتنزیتی
فولاد زنگ نزن، انواع مختلفی دارد که هر یک متناسب با نوع ریخته گری و عملیات حرارتی انجام شده روی آنها، خواص متفاوتی دارند. در طی سالهای بسیار، تحقیقات زیادی توسط دانشمندان روی نحوه ساخت فولادها، از جمله ساخت فولاد مارتنزیتی صورت گرفته است. در طی این تحقیقات، دانشمندان دریافتند که با سرد کردن سریع فولاد آستنیتی و استحاله فازی آن، نوع مارتنزیتی با سختی بسیار بالا تولید میشود. اگرچه سایر انواع فولاد ضد زنگ نیز خواص استحکامی و خوردگی بسیار خوبی دارند، با اینحال نوع مارتنزیتی، در سختی حرف اول را میزند. شما میتوانید برای مطالعه خواص فولاد زنگ نزن و سایر انواعی که دارد، به مقاله “فولاد ضد زنگ” مراجعه نمایید.
این عملیات حرارتی با ایجاد تعادل بین مقدار کروم لازم برای زنگ نزن بودن و میزان کروم لازم برای اطمینان از دگرگونی کامل آستنیت به مارتنزیت در ناحیه حلقه گاما امکانپذیر است. حضور عناصر کربن و نیتروژن که پایدار کننده آستنیت هستند، حلقه گاما در سیستم آهن – کروم را گسترش میدهند. بنابراین مقادیر بیشتر کربن و نیتروژن امکان داشتن فولاد زنگ نزن مارتنزیتی با درصد بیشتری کروم را فراهم میکند. البته از آنجا که کروم پایدار کننده فاز فریت است، لذا مقدار نهایی کروم و به تبع آن مقاومت به خوردگی فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی تا حدودی محدود است. در سالهای اخیر با افزودن نیتروژن، نیکل و مولیبدن به انواع کم کربن، انواع فولاد های مارتنزیتی با تافنس و مقاومت به خوردگی بهبود یافته تولید شده است.
خواص کلی فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
هر یک از انواع فولاد زنگ نزن، از نوع آستنیتی و رسوب سختی گرفته تا مارتنزیت، هر کدام خواص مخصوص خود را دارند. این خواص، همگی به ساختار و ترکیب شیمیایی استیل وابسته هستند. به عنوان مثال، با ورود به صفحه مقاله فولاد ضد زنگ رسوب سختی و مطالعه خواص فولاد مارتنزیتی در این صفحه، متوجه خواهید شد که این فولادها، ترکیب، ساختار و در نتیجه خواص متفاوتی دارند.
انواع فولاد ضد زنگ مارتنزیتی، به واسه خواص خود کاربرد بالایی در صنعت دارند. وجود کروم و کربن در ترکیب آنها، باعث خواص مربوطه و این ساختار میشود. به طور کلی، این فولادها دارای ویژگیهای زیر هستند:
- مقاومت به خوردگی آنها متوسط است.
- به علت داشتن کربن زیاد در ترکیب خود، جوش پذیری ضعیفی دارند.
- مغناطیسی یا بگیر هستند.
- دارای استحکام و سختی بالا حاصل از عملیات حرارتی هستند.
انواع مارتنزیت در فولاد
مارتنزیت در فولادهای کربنی سختیپذیر، میتوانید لایهای یا بشقابی باشد که بر اساس میکروساختار، این انواع مشخص شده است.
در فولادهایی با درصد کربن ۰.۳ تا ۰.۶ درصد، لایههای مارتنزیتی موازی قرار میگیرند و نوع لایهای را ایجاد میکنند.
در فولادهای پرکربنی که بیش از ۱ درصد کربن دارند، تیغههای درشت و سوزنی شکل مارتنزیت ایجاد شده و مارتنزیت بشقابی تشکیل میشود. در محدوده ۰.۶ تا ۱ درصد کربن در فولاد، مارتنزیت مخلوطی از این دو نوع است.
این بخش از مقاله، به استناد از مقالهای بسیار گستردهتر نگارش شده است. برای مطالعه در خصوص ساختار مارتنزیتی، با کلیک روی لینک و ورود به وبسایت sciencedirect از دریای مقالات این حوزه بهرهمند شوید.
کاربردهای رایج فولاد زنگ نزن مارتنزیتی
مقاومت بالا در برابر سایش و سختی بالا، موجب میشود که برای فولادهای ابزار و ابزارهای برش از این فولاد استفاده شود. معمولا این فولادها ۱۲ تا ۱۸ درصد کروم دارند و به همین دلیل، مقاومت آنها در برابر خوردگی نیز افزایش مییابد.
فولاد ضد زنگ مارتنزیتی در موارد زیر کاربرد دارد:
- تیغههای چاقو
- ابزارهای جراحی
- شفت
- تیغههای ریش تراش
- پرههای توربین
- لوله تفنگ
معروفترین انواع فولاد مارتنزیتی
انواع فولاد ضد زنگ مارتنزیتی، معمولا از سری ۴۰۰ هستند که معروفترین آنها را میتوان موارد زیر دانست:
جدول۱. فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی رایج و کاربردهایشان.
| گرید | شماره UNS | اشکال موجود | کربن | کروم | نیکل | مولیبدن | سایر | کاربرد |
| ۴۱۰ | S41000 | میله | ۰.۱۰ | ۱۲.۵ | – | – | – | مناسب برای محیطهای با خورندگی ملایم |
| ۴۱۶ | S41600 | میله | ۰.۱۰ | ۱۲.۵ | – | – | ۰.۲۰ گوگرد | گرید ۴۱۰ با قابلیت ماشینکاری بالا |
| ۴۲۰ | S42000 | میله | ۰.۲۵ | ۱۲.۵ | – | – | – | پمپ و شفت و … |
| ۴۲۰C | – | ورق کویل پلیت میله | ۰.۳۰ | ۱۲.۵ | – | – | – | ابزارهای برش و تیغهای جراحی |
| ۴۳۱ | S43100 | میله | ۰.۱۸ | ۱۶ | ۲ | – | – | فولاد سخت پذیر با مقاومت به خوردگی مشابه ۳۰۴. بعد از سختکاری باید تمپر شود. شفت پمپ و… |
| ۴۴۰C | S44004 | میله | ۱.۱۰ | ۱۷ | – | ۰.۴۰ | – | سختی تا ۶۰ HRC قابل حصول است. بالاترین سختی و مقاومت سایشی در بین تمام فولادهای زنگ نزن را دارد و مقاومت به خوردگی آن مشابه استیل ۴۱۰ است. |
همه فولادها را میتوان مارتنزیتی کرد؟
در پاسخ، باید گفت که خیر! هر فولادی قابلیت این را ندارد که مارتنزیتی شود. در تعیین فولاد مارتنزیتی با سختی بالا، سختیپذیری فولاد مفهوم بسیار مهمی است. این عبارت، به میزان توانایی تشکیل مارتنزیت در فولاد در اثر سرد کردن سریع از ناحیه آستنیتی، اشاره دارد.
ناحیه آستنیتی، یک ناحیه پایدار است که منجر به ساخت فولاد آستنیتی میشود. این فولاد با خواص منحصر به فرد نیز در بسیاری از صنایع کاربرد دارد. اگرچه برخی خواص آن بهتر از فولاد مارتنزیتی است اما از لحاظ سختی، فولاد مارتنزیتی حالت بهبود یافته نوع آستنیتی است. به طور کلی نمیتوان گفت که کدام یک از این انواع بهتر است چرا که برای هر کاربرد خاص، متناسب با ویژگیها یکی از انواع فولاد انتخاب خواهد شد. برای مطالعه بیشتر درباره نوع آستنیتی و مطالعه این دو فولاد، میتوانید با کلیک روی لینک مقاله “فولاد آستنیتی” این فولاد را بیشتر بشناسید.
بر اساس نمودارهای TTT و CCC، سرعت سرد کردن باید در حدی باشد که نمودار سرد شدن، بدون عبور از مناطق بینیت و پرلیت، از دمای شروع و پایان مارتنزیت عبور کند. در غیر این صورت، امکان تشکیل مارتنزیت به طور کامل وجود ندارد که موجب کاهش سختی نهایی خواهد شد.
عواملی چون درصد کربن، عناصر آلیاژی، ضخامت قطعه، سرعت سرد کردن و ناخالصیها، بر سختیپذیری فولاد اثر میگذارند.
به طور کلی، فولادهایی را میتوان مارتنزیتی کرد که حداقل ۰.۳ درصد کربن داشته باشند.
فولاد مارتنزیتی، سختترین فولاد زنگ نزن
یکی از انواع فولاد، که سختترین ساختار را در بین تمامی انواع دارد، فولاد زنگ نزن مارتنزیتی است. این فولاد به دلیل سختی و استحکام بالا، در ساخت ابزارهای برش و فولاد ابزار کاربرد بسیاری دارد. برای تولید آن، پس از ریخته گری فولاد، باید عملیات سرد کردن سریع انجام گیرد تا فاز مارتنزیت در ساختار ایجاد شود. فرایند ریخته گری فولاد و ساخت هر یک از انواع این آلیاژهای آهنی با حداقل عیوب، نیازمند دقت و توجه به نکات بسیاری است. با کلیک روی لینک مقاله “ریخته گری فولاد” میتوانید با مهمترین این نکات آشنا شوید.
متالکست، با ارائه خدمات ریخته گری با بالاترین کیفیت، به شما بهترین قطعات با کمترین عیوب را ارائه میدهد. جهت دریافت اطلاعات در خصوص قیمت ریخته گری فولاد و همچنین برقراری ارتباط با کارشناسان ما برای دریافت مشاوره، از طریق شماره تلفن ۰۲۱۹۱۰۳۵۵۹۰ با کارشناسان ما تماس حاصل نمایید.
سوالات متداول
معنی آب نگرفتن فولاد یعنی چه؟
این اصطلاح، در تولید فولادهای مارتنزیتی با کربن کمتر از ۰.۳ درصد استفاده میشود. این فولادها به دلیل داشتن کربن پایین، مارتنزیت ناقص و سختی پایینی دارند. اصطلاحا، گفته میشود که چنین فولادهایی آب نمیگیرند.
آیا فولاد ضد زنگ مارتنزیتی را میتوان جوشکاری کرد؟
قابلیت جوشکاری فولاد های مارتنزیتی ضعیف است و پیش از جوشکاری نیز حتما باید پیشگرم شوند.
مارتنزیت در حالت پایدار عادی قابل تشکیل است؟
خیر. فاز مارتنزیت به عنوان یک فاز بسیار سخت در فولاد، در شرایط تعادلی ایجاد نمیشود و به سرد کردن سریع فولاد نیاز دارد.
