یک روش نوین افزایش استحکام و چقرمگی در فولاد ماریجینگ T250: تلفیق استحکام-چقرمگی بالا از طریق کنترل جهت گیری کلاسترها به وسیله فرایند الکتروپالسینگ
A novel strengthening and toughening strategy for T250 maraging steel: cluster-orientation governed higher strength-ductility combination induced by electropulsing
فولادهای ماریجینگ که در آنِ واحد، دارای استحکام مکانیکی عالی و مقاومت به خوردگی فوق‌العاده‌ای هستند، موارد استفادۀ فراوانی در تجهیزات نظامی و هوافضا دارند. به منظور بدست آوردن خواص و میکروساختار مطلوب در این آلیاژها، عناصر مختلف آلیاژی مانند نیکل، کروم، مولیبدن، آلومینیوم، کبالت، منگنز، سیلیکون و مس به فولاد ماریجینگ افزوده می‌شوند. خواص مکانیکی عالی این نوع فولاد از عملیات پیرسازی و محلول جامدی مناسب ناشی می‌شود. پس از عملیات محلول جامدی، زمینۀ کم کربن غنی از نیکل به بخش‌های مارتنزیتی نرم تبدیل می‌شوند. از طریق فرایند پیرسازی، بخش اعظمی از فازهای η (Ni3(Ti,Mo))a از زمینۀ سوپراشباع شده، رسوب می‌کنند که منجر به افزایش شدید استحکام می‌شود. در میان تمام عناصر آلیاژی، کبالت اثر چشمگیری در استحکام دهی فولاد ماریجینگ دارد.به دلیل افزایش ترسیب ترکیب‌های بین فلزی داری مولیبدن، افزودن کبالت می‌تواند اثر استحکام دهی را تقویت کند. با این وجود، کمیاب بودن و افزایش قیمت کبالت موجب توسعه فولادهای ماریجینگ نوع T شده است (فولاد ماریجینگ استحکام دهی شده به وسیله تیتانیم که بدون افزودن کبالت تولید شده است). فولاد T250 یک نوع متداول از فولاد ماریجینگ نوع T است و فاز η مهم‌ترین فاز ترسیب شده در آن است. در طول فرایند پیرسازی در دمای 480 درجه سانتیگراد به مدت 3 ساعت، ثابت شبکه فاز (Ni3(Ti,Mo به صورت تدریجی کوچکتر از ثابت شبکه زمینه می‌شود که موجب افزایش ایجاد ترک در حین تغییر شکل می‌گردد. برخلاف فولاد C250 با همان سطح استحکام، نبود کبالت و افزایش تیتانیم چقرمگی فولاد T250 را بدتر می‌کند. به صورت خلاصه، روش‌های متداول و سنتی عملیات حرارتی نه تنها زمان-بر هستند، بلکه موجب کاهش چقرمگی فولاد T250 نیز می‌گردند.
فولاد T250، فولاد ماریجینگ مهمی است که در ساخت مواد ساختاری با استحکام بسیار بالا در نظر گرفته می‌شود به این دلیل که قیمت پایین‌تری دارد (چون از عنصر کبالت در آن استفاده نشده است). با این وجود، چقرمگی این فولاد به دلیل میزان تیتانیم بالای آن، ضعیف است. در این تحقیق بسیار مهم که در مجله بسیار معتبر Materials and Design منتشر شده است، یک روش نوین برای ایجاد چقرمگی و استحکام بالا به صورت همزمان در فولاد T250 توسعه یافته است. به این منظور از فولاد T250 آنیل شده به عنوان پیش ماده استفاده شده است و فرایندهای متفاوت عملیات حرارتی بر روی آن انجام شده است. سپس عملیات محلول جامدی (Solution Treating) در دمای 820 درجه به مدت یک ساعت بر روی آن انجام شد و پس از آن، در آب کوئنچ شدند تا عناصر آلیاژی به صورت کامل در زمینه حل شوند که پس از این عملیات، میکروساختار به مارتنزیت تبدیل شد. بر روی نمونه‌ها دو نوع عملیات حرارتی انجام شد: 1- عملیات متداول پیرسازی در دمای 480 درجه به مدت سه ساعت (در ادامه با کد S+TA مشخص می شوند)؛ 2- عملیات الکتروپالسینگ و پس از آن سرد کردن در هوا (در ادامه با کد S+EPA مشخص می شود). نتایج مشخصه‌یابی نشان داد که برخلال نمونه‌ای که از طریق فرایند متداول آماده شده است (S+TA)، نمونه ای‌که از طریق فرایند نوین الکتروپالسینگ ساخته شد (S+EPA) دارای کلاستر های (Ni3(Ti,Al، و Ni2.67Ti1.33 و NiTi بود که دارای مورفولوژی و اندازه‌های متفاوتی هستند. این فازهای جدید به دلیل آنتالپی تشکیل متفاوت و اثر حرارتی با توجه به رسانایی متفاوتشان، تشکیل می‌شوند. علاوه بر آن، مقدار زیادی مرزهای دانه-فرعی و صریب اشمید بالاتری نیز در نمونه S+EPA مشاهده شدند. در نتیجۀ این پژوهش، استحکام بسیار بالای 1855 مگاپاسکال (4.4% بیشتر از نمونه متداول) و چقرمگی بهتر 15.1% (که 23.7% بیشتر از نمونه متداول است) برای این نمونه بدست آمد که موید این نکته است که با به بکارگیری عملیات حرارتی مناسب می‌توان، خواص به مراتب بهتری را در آلیاژها بدست آورد که سایر نمونه‌های آن نیز در پست‌های قبلی بررسی شده‌اند.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes-مترس)
