خواص عملیات حرارتی و ویژگی های عملکرد فولاد ضد زنگ فریتی و مارتنزیتی
3. فولاد ضد زنگ فریتی
فولاد ضد زنگ فریتی دارای کروم به عنوان عنصر اصلی با محتوای 12٪ تا 30٪ کروم است. این نوع فولاد دارای ساختار تک فاز، بدون انتقال فاز و خواص مغناطیسی قوی است. گرید فولادی رایج آن 430 است. فولاد ضد زنگ ارزان تر نوع 409 توسط ایالات متحده در دهه 1960 به منظور کاهش هزینه فولاد ضد زنگ ساخته شد. این به طور گسترده در صدا خفه کن و لوله های فاضلاب برای اتومبیل و موتور سیکلت استفاده می شود و همچنین در دسته فولاد ضد زنگ فریتی قرار می گیرد.
این نوع فولاد استحکام کمی دارد و مانند فولاد آستنیتی با عملیات حرارتی قابل استحکام نیست. علاوه بر این، رشد دانه ناشی از عملیات حرارتی سریعتر از فولاد آستنیتی است و اندازه دانه بزرگتر است. بنابراین، برای جلوگیری از رشد دانه و تبدیل فاز آستنیت در طول عملیات حرارتی، دما نباید خیلی بالا باشد. به طور کلی، حداکثر دمای عملیات حرارتی از 850 درجه تجاوز نمی کند. جدول 4 محدوده دمایی فولادهای زنگ نزن فریتی را نشان می دهد.
جدول 4: محدوده دمایی فولادهای زنگ نزن فریتی
هنگامی که فولاد ضد زنگ فریتی در حال پردازش است، لازم است که زمان ماندن در دمای 370 تا 550 درجه حفظ شود، به خصوص فولاد ضد زنگ فریتی کروم بالا-. اگر ماده برای مدت طولانی در محدوده دمایی 370 تا 550 درجه نگهداری شود، به راحتی می توان شکست 475 درجه ایجاد کرد، یعنی سختی افزایش می یابد، ازدیاد طول به طور قابل توجهی کاهش می یابد یا به صفر می رسد و مقاومت به خوردگی مواد نیز کاهش می یابد. آزمایشات نشان داده است که پس از حرارت دادن فولاد 27Cr در دمای 475 درجه به مدت 100 ساعت، استحکام کششی مواد در دمای اتاق 50 درصد افزایش می یابد، استحکام تسلیم 150 درصد افزایش می یابد و ازدیاد طول به صفر می رسد. علاوه بر این، عملکرد جوشکاری این فولاد خوب نیست (دانه‌های موجود در ناحیه تحت تأثیر حرارت جوش{14}قابل توجه و شکننده هستند).
4. فولاد ضد زنگ مارتنزیتی
ویژگی های فولاد ضد زنگ مارتنزیتی با دو نوع اول فولاد ضد زنگ بسیار متفاوت است. این نوع فولاد ضد زنگ دارای نقطه تبدیل فاز متفاوتی است و می توان آن را با کوئنچ سخت کرد. علاوه بر این، به دلیل محتوای کروم بالا و چقرمگی خوب، استحکام و چقرمگی آن را می توان در محدوده وسیعی در هنگام تمپر تنظیم کرد. بنابراین می توان از فولاد ضد زنگ مارتنزیتی به عنوان فولاد سازه ای و فولاد ابزار استفاده کرد.
هنگامی که فولاد ضد زنگ مارتنزیتی به عنوان فولاد ابزار استفاده می شود، در حالت خاموش شدن است. برای خاموش کردن، دما باید بالاتر از نقطه بحرانی باشد تا کاربیدها به آستنیت تبدیل شوند. هنگامی که دما برای ذوب شدن کاربیدها افزایش می یابد، سرعت انتشار کربن کاهش می یابد. برای به دست آوردن ساختار آستنیتی یکنواخت، دمای حرارت معمولاً 50 درجه بالاتر از دمای بحرانی است و زمان نگهداری مشخصی لازم است تا کاربیدها به طور کامل و یکنواخت ذوب شوند. البته حرارت دادن به مدت طولانی یا در دمای خیلی بالا باعث تشکیل مارتنزیت ناهموار و افزایش ساختار آستنیتی باقیمانده می شود و در نتیجه به دلیل تفاوت در انبساط، تنش های داخلی در ماده ایجاد می شود. فولاد مارتنزیتی نوعی فولاد حساس به ترک حرارتی است. انتقال حرارت پایینی در دماهای پایین دارد و در صورت گرم شدن سریع بسیار مستعد ترک خوردن است. بنابراین، هنگام استفاده از مواد با قطعات بزرگ، باید از قبل گرم شده و سپس به سرعت سرد شود. جدول 5 دماهای تمپر فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی را نشان می دهد.
جدول 5: درجه حرارت حرارت فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی
هنگامی که به عنوان یک فولاد ساختاری استفاده می شود، تمپر (کوئنچ و آنیل) باید مطابق با کوئنچ انجام شود. فولاد ضد زنگ مارتنزیتی دارای شکنندگی مزاج است و دما نباید کمتر از 580 درجه باشد. هنگام خنک شدن از دمای معتدل، معمولاً از خاموش کردن روغن برای جلوگیری از گرمای شکننده استفاده می شود. لازم به ذکر است که فولاد ضد زنگ مارتنزیتی باید بلافاصله پس از کوئنچ آنیل شود.
5. هوازدگی-سخت شدن فولاد ضد زنگ
اگرچه فولادهای زنگ نزن آستنیتی، فریتی و مارتنزیتی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، اما هنوز هم برای استفاده به عنوان فولادهای ساختاری مشکلاتی دارند. فولاد زنگ نزن آستنیتی دارای استحکام تسلیم کم تنها در حدود 200 نیوتن بر میلی متر مربع است و هنوز برای استفاده به عنوان فولاد ساختاری مناسب نیست. اگرچه فولاد ضد زنگ مارتنزیتی می تواند با عملیات حرارتی مانند بازپخت و تمپر استحکام تسلیم بالایی به دست آورد، مقاومت در برابر خوردگی آن ضعیف است. برای کاربردهایی که به مقاومت در برابر خوردگی و استحکام بالا نیاز دارند، نوع جدیدی از فولاد ضد زنگ کروم-نیکلت ساخته شده است - فولاد زنگ نزن هوازدگی-سخت کننده (همچنین فولاد ضد زنگ PH نامیده می شود).
عملیات حرارتی نوع جدید فولاد ضد زنگ شامل بازپخت، آنیل کامل، آنیل محلول، آنیل پیری و خاموش کردن تبدیل است. خواص آن عبارتند از:
• در زمان بلوغ نرم است و به راحتی قابل بازسازی است.
• خواص مورد نیاز را می توان با درمان مناسب پیری به دست آورد.
• دارای مقاومت در برابر خوردگی مشابه فولادهای ضد زنگ مشابه، با بهبود مقاومت در برابر ترک خوردگی تنشی است.
• کوئنچ تبدیلی فرآیند کوئنچ در زیر دمای معین است. متداول ترین فولاد ضد زنگ مورد استفاده برای سخت شدن بارش، مارتنزیتی است و عیار فولاد آن 631 (0Crl7Ni7A1) است. تلطیف این نوع فولاد شامل استفاده از محلول است که ابتدا مواد را تا دمای 1000-1100 درجه حرارت داده و سپس به سرعت سرد می کنند و سپس با توجه به نیازهای مختلف ماشین ابزار، عملیات کهنگی را در دماهای مختلف انجام می دهند، مانند پیری 621 درجه، 565 درجه و 510 درجه.
از تجزیه و تحلیل فوق، می توان دریافت که بازپخت فولاد ضد زنگ پیچیده است. روش های آنیل متفاوت باید با توجه به ویژگی های درجات مختلف فولاد استفاده شود تا نیازهای مختلف کاربران را برآورده کند.
