Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жоғары беріктігімен және иілгіштігімен танымал болат
Steel known for strength and toughness
Маргациялы болаттар ("мартенситтік" және "қартаю" сөздерінің біріктірілуінен пайда болған) – икемділігін жоғалтпай, жоғары беріктігі мен иілгіштігімен ерекшеленетін болаттар. Қартаю – ұзаққа созылған жылулық өңдеу процесін білдіреді. Бұл болаттар – өте төмен көміртекті, жоғары беріктікті болаттардың ерекше класы болып табылады, олардың беріктігі көміртектен емес, металдар аралық қосылыстардың тұнбалануынан туындайды. Басты қорытпа элементі – 15-25 салмақтық % никель. Металдар аралық тұнбаларды жасау үшін кобальт, молибден және титан сияқты қосымша қорытпа элементтері қосылады. Көбінесе, тот баспайтын маркаларында 17–19 салмақтық % никель, 8–12 салмақтық % кобальт, 3–5 салмақтық % молибден және 0,2–1,6 салмақтық % титан болады. Хром қосылғанда коррозияға төзімді тот баспайтын болаттар алынады. Бұл сонымен қатар қатаю қабілетін косвенді түрде арттырады, себебі оларға аз никель қажет болады; жоғары хромды, жоғары никельді болаттар әдетте аустениттік болады және жылулық өңдеу кезінде мартенситке айнала алмайды, ал төмен никельді болаттар мартенситке айналуы мүмкін. Никельдің мөлшері азайтылған маргациялы болаттардың баламалы түрлері темір мен марганец қорытпаларына негізделген, алюминий, никель және титанның шағын қоспаларымен бірге, онда Fe 9 салмақтық % Mn-нан Fe 15 салмақтық % Mn аралығындағы құралымдар қолданылады. Марганецтың әсері никельге ұқсас, яғни ол аустенит фазасын тұрақтандырады. Осылайша, марганец мөлшеріне байланысты, Fe Mn маргациялы болаттары жоғары температурадағы аустенит фазасынан суытылғаннан кейін толыққанды мартенситтік болуы мүмкін немесе сақталған аустенитті қамтуы мүмкін. Соңғы эффект TRIP болаттарын жасауға мүмкіндік береді, мұнда TRIP – Трансформациялық Индукцияланған Пластикалық деформацияны білдіреді.
Maraging steels (a portmanteau of "martensitic" and "aging") are steels that are known for possessing superior strength and toughness without losing ductility. Aging refers to the extended heat treatment process. These steels are a special class of very low carbon ultra high strength steels that derive their strength not from carbon, but from precipitation of intermetallic compounds. The principal alloying element is 15 to 25 wt% nickel. Secondary alloying elements, which include cobalt, molybdenum and titanium, are added to produce intermetallic precipitates. The common, non stainless grades contain 17–19 wt% nickel, 8–12 wt% cobalt, 3–5 wt% molybdenum and 0.2–1.6 wt% titanium. Addition of chromium produces stainless grades resistant to corrosion. This also indirectly increases hardenability as they require less nickel; high chromium, high nickel steels are generally austenitic and unable to transform to martensite when heat treated, while lower nickel steels can transform to martensite. Alternative variants of nickel reduced maraging steels are based on alloys of iron and manganese plus minor additions of aluminium, nickel and titanium where compositions between Fe 9wt% Mn to Fe 15wt% Mn have been used. The manganese has a similar effect as nickel, i. e. it stabilizes the austenite phase. Hence, depending on their manganese content, Fe Mn maraging steels can be fully martensitic after quenching them from the high temperature austenite phase or they can contain retained austenite. The latter effect enables the design of maraging TRIP steels where TRIP stands for Transformation Induced Plasticity.
Қасиеттері
Төмен көміртегі мөлшеріне (0,03%-дан кем) байланысты мараждаушы болаттар жақсы өңделеді. Ескіруге дейін оларды жарылмай, 90%-ға дейін суықтай созуға болады. Мараждаушы болаттар жақсы дәнекерленеді, бірақ бастапқы қасиеттерін қалпына келтіру үшін жылу әсеріне ұшыраған аймақты ескірту қажет. Жоғары сапалы қорытпаларда кобальт және титан мөлшері артық болады; төмендегі құрамы MIL S 46850D стандартының 1-кестесінен алынған:
Due to the low carbon content (less than 0.03%) maraging steels have good machinability. Prior to aging, they may also be cold rolled to as much as 90% without cracking. Maraging steels offer good weldability, but must be aged afterward to restore the original properties to the heat affected zone. The higher grades have more cobalt and titanium in the alloy; the compositions below are taken from table 1 of MIL S 46850D:
+ Мараждаушы болаттардың сапасы бойынша құрамы Элемент 200 сапасы 250 сапасы 300 сапасы 350 сапасы Темір негізгі құрамы негізгі құрамы негізгі құрамы негізгі құрамы Никель 17,0–19,0 17,0–19,0 18,0–19,0 18,0–19,0 Кобальт 8,0–9,0 7,0–8,5 8,5–9,5 11,5–12,5 Молибден 3,0–3,5 4,6–5,2 4,6–5,2 4,6–5,2 Титан 0,15–0,25 0,3–0,5 0,5–0,8 1,3–1,6 Алюминий 0,05–0,15 0,05–0,15 0,05–0,15 0,05–0,15 Кернеу беріктігі, МПа (ksi)
Бұл отыздан бір процент никель мөлшеріне байланысты 18Ni мараждаушы болаттар отбасы ретінде белгілі. Арзанырақ, бірақ одан аз берік кобальтсыз мараждаушы болаттар отбасы да бар; мысалы, Fe 18.9Ni 4.1Mo 1.9Ti. Ресей мен Жапонияда Fe Ni Mn қорытпаларын зерттеу жұмыстары жүргізілді. Лазерлік ұнтақ төсегімен балқыту (LPBF): Лазерлік ұнтақ төсегімен балқыту – бұл аддитивті өндіріс әдісі, лазер сияқты жоғары қуаттылықты жылу көзі арқылы қабатқа қабат балқытылатын ұнтақ металлдан күрделі геометриялы бөлшектер жасау үшін қолданылады. Материалдар LPBF-қа қатысты процестік параметрлерді оңтайландыру арқылы нақты механикалық қасиеттерге ие болу үшін бейімделе алады. Лазерлік сканерлеу жылдамдығы, қуаты және сканерлеу кеңістігі сияқты өңдеу параметрлері 300 мараждаушы болаттың механикалық қасиеттеріне, мысалы, кернеу беріктігі, микроқаттылығы және соққыға төзімділігі сияқты маңызды әсер ететіні байқалды. Өңдеу параметрлерімен қатар, LPBF болаттарына қолданылатын жылулық өңдеу түрі де маңызды рөл атқарады. Үлгінің жоғары параметрлерінің өңделуі жылдам булану немесе қуыстар мен тесіктердің пайда болуына байланысты оның салыстырмалы тығыздығын азайтады. Сонымен қатар, аустениттің қайта құрылуы мен ұяшықтық микроқұрылымның жоғалуы салдарынан ерітіндімен өңделгеннен кейін болаттың микроқаттылығы мен беріктігі төмендейді. Екінші жағынан, ерітіндімен өңдеуден кейін ескіру өңдеуі болаттың микроқаттылығы мен кернеу беріктігін арттырады, бұл Ni3Mo, Ni3Ti, Fe2Mo сияқты шөгінділердің пайда болуымен байланысты. Шешіммен өңдеуден кейін соққыға төзімділік артады, бірақ ескіруден кейін төмендейді, бұл жарылыс пайда болу үшін қысым концентраторлары аймақтары ретінде әрекет ететін ұсақ шөгінділерден тұратын негізгі микроқұрылымға байланысты болуы мүмкін. Ескіру процесінен кейін интерметалл қосылыстарының наношақты шөгінділерінің пайда болуы шығымдылықтың және түпкілікті тартылу беріктігінің айтарлықтай артуына, бірақ материалдың икемділігінің айтарлықтай төмендеуіне әкеледі. Материалдың макроскопиялық мінез-құлқындағы бұл өзгерісті микроқұрылымның үдерісімен байланыстырып, ұяшықтан квази-жарылу сынықтары морфологиясына дейін жеткізуге болады. Лазерлік балқытылған болаттарды ерітіндімен өңдеудің соңынан ескіру мартензиттік матрицада сақталған аустенит мөлшерін азайтады және дән бағытының өзгеруіне әкеледі. Қартаю пластикалық анизотропияны белгілі бір дәрежеде азайта алады, бірақ қасиеттердің бағыттылығы оның өндіріс тарихынан көп әсер алады. Қатты пластикалық деформация: Бұл материалдардың дислокациялық тығыздығының артуына әкеледі, бұл өз кезегінде дислокациялық өзектер арқылы жылдам диффузиялық жолдардың болуынан интерметалл шөгінділерінің қалыптасуына көмектеседі. Қартаю алдындағы пластикалық деформация қартаюдың ең ұзақ уақытын қысқартуға және ең қаттылық деңгейін арттыруға әкелетіндігі байқалады. Қатты пластикалық деформацияланған болаттағы шөгінділердің морфологиясы өзгеріп, жасы ұлғайған кездегідей табаққа айналады, бұл жоғары дислокация тығыздығына байланысты. Бұл өз кезегінде материалдың икемділігін едәуір төмендетуге және беріктігін арттыруға әкеледі. Морфологиямен бірге шөгінділердің бағыты деформацияның микромеханизміне маңызды рөл атқарады, өйткені олар механикалық қасиеттерге анизотропияны тудырады.
That family is known as the 18Ni maraging steels, from its nickel percentage. There is also a family of cobalt free maraging steels which are cheaper but not quite as strong; one example is Fe 18.9Ni 4.1Mo 1.9Ti. There has been Russian and Japanese research in Fe Ni Mn maraging alloys. Laser Powder Bed Fusion (LPBF): Laser Powder Bed Fusion is an additive manufacturing technique used to create components of intricate geometries using a powder metal which is fused together layer by layer using localized high power density heat source such as a laser. The materials can be tailored to have specific mechanical properties by optimizing the process parameters associated with LPBF. It has been observed that processing parameters such as laser scanning speed, power and the scanning space can have significant effects on the mechanical properties of 300 maraging steel such as tensile strength, microhardness, and impact toughness. Along with the processing parameters, the type of heat treatment subjected to LPBF steels also play an important role. It is observed that processing parameters which have a higher magnitude reduce the relative density of the sample due to rapid vaporization or creation of voids and pores. It is also observed that the microhardness and strength of the steel decreases after solution treatment due to austenite reversion and disappearance of cellular microstructure. On the other hand, aging treatment after solution treatment increases the microhardness and tensile strength of steel which is attributed to formation of precipitates such as Ni3Mo, Ni3Ti, Fe2Mo. The impact toughness increases after solution treatment but decreases after aging treatment, which can be attributed to the underlying microstructure consisting of tiny precipitates acting as regions of stress concentrators for crack formation. Formation of nanoscale precipitates of intermetallic compounds after aging process lead to marked increase in yield and ultimate tensile strength but substantial reduction in ductility of the material. This change in macroscopic behavior of the material can be linked to the evolution of microstructure from dimple to quasi cleavage fracture morphology. Aging followed by solution treatment of selective laser melted steels also reduces the amount of retained austenite in the martensitic matrix and lead to change in the grain orientation. Aging can reduce the plastic anisotropy to some extent, but directionality of properties is largely influenced by its fabrication history. Severe plastic deformation: It leads to increase in dislocation density in the materials which in turn assists in the ease of formation of intermetallic precipitates due to availability of faster diffusion pathways through the dislocation cores. It has been observed that plastic deformation before aging leads to reduced peak aging time and increase in peak hardness. Precipitate morphology in severely plastically deformed steel changes and becomes plate like when overaged which is attributed to higher dislocation density. This in turn leads to significant reduction in ductility and increase in strength of the material. Along with morphology, the orientation of precipitates also play an important role in micromechanism of deformation as they induce anisotropy to the mechanical properties.
Қолданылуы
Мараждаушы болаттың беріктігі мен серпімділігі алдын ала ескірген кезеңде оны басқа болаттарға қарағанда жұқа ракета және зымыран қаптамаларын жасауға мүмкіндік береді, бұл беріктігі сақталғанда салмақты азайтады. Мараждаушы болаттардың қасиеттері өте тұрақты және тіпті температураның артығынан туындаған тозудан кейін де айтарлықтай жұмсармайды. Бұл қорытпалар жұмыс кезінде орташа жоғары температурада қасиеттерін сақтайды және ең жоғары пайдалану температурасы жоғары болады. Олар қозғалтқыш құралымдарында, мысалы, коленвалдар мен тісті дөңгелектерде, сондай-ақ ауыр жүктеме кезінде қайта-қайта ыстықтан салқынға ауысатын автоматты қарудың оқ ату тетіктерінде қолдануға жарамды. Олардың біркелкі кеңеюі және ескіргенге дейін оңай өңделуі мараждаушы болатты құрастыру желілері мен формалардың тозуға төзімді бөліктерінде пайдалы етеді. AerMet қорытпалары сияқты басқа да жоғары берікті болаттар, карбидтерінің болуына байланысты өңдеуге қиын. Фехтование спортында Халықаралық фехтование федерациясының (Fédération Internationale d'Escrime) қолдауымен өткізілетін жарыстарда қолданылатын жарақтар көбінесе мараждаушы болаттан жасалады. Мараждаушы болаттан жасалған жарақтар фольга және эпопеге артықшылықты, себебі мараждаушы болаттағы жарықтар көміртекті болатқа қарағанда 10 есе баяу таралады, нәтижесінде жарақ сирек сынды және жарақаттар азайды. Дегенмен, мараждаушы болаттан жасалған жарақтардың тегіс сынуы – фехтованиеде кең таралған миф. Тәжірибелер көрсеткендей, көміртекті болаттан және мараждаушы болаттан жасалған жарақтардың сыну схемалары иілу кезіндегі жүктеме режиміне ұқсас болғандықтан бірдей. Сонымен қатар, жарық сол жерден басталып, сол бағытта таралуы мүмкін (бірақ әлдеқайда баяу), өйткені жарық таралуы [[материалдың шаршауы (fatigue)]] сияқты. Ол сондай-ақ хирургиялық құралдар мен гиподермалық шприцтерде қолданылады, бірақ скальпельдің жарақтарына жарамсыз, себебі көміртектің жетіспеуі оның кескіш жиегін сақтауына кедергі келтіреді. Американдық музыкалық аспаптардың ішегін шығарушы Ernie Ball компаниясы мараждаушы болаттан жасалған электр гитара ішегінің арнайы түрін жасады, бұл қорытпаның күшін арттырып, дыбыстық жауабын жақсартатынын мәлімдеді. Мараждаушы болатты өндіру, импорттау және экспорттау, мысалы АҚШ сияқты белгілі бір мемлекеттер тарапынан, халықаралық органдар тарапынан қатаң бақыланады, себебі ол уранды байыту үшін қолданылатын газ центрифугаларында пайдалануға өте қолайлы; мараждаушы болаттың болмауы уранды байыту процесін айтарлықтай қиындатады. Ескі центрифугалар алюминий түтіктерді пайдаланса, қазіргілер көміртекті талшықтан жасалған композиттерді қолданады.
Maraging steel's strength and malleability in the pre aged stage allows it to be formed into thinner rocket and missile skins than other steels, reducing weight for a given strength. Maraging steels have very stable properties and, even after overaging due to excessive temperature, only soften slightly. These alloys retain their properties at mildly elevated operating temperatures and have maximum service temperatures of over They are suitable for engine components, such as crankshafts and gears, and the firing pins of automatic weapons that cycle from hot to cool repeatedly while under substantial load. Their uniform expansion and easy machinability before aging make maraging steel useful in high wear components of assembly lines and dies. Other ultra high strength steels, such as AerMet alloys, are not as machinable because of their carbide content. In the sport of fencing, blades used in competitions run under the auspices of the Fédération Internationale d'Escrime are usually made with maraging steel. Maraging blades are superior for foil and épée because crack propagation in maraging steel is 10 times slower than in carbon steel, resulting in less frequent breaking of the blade and fewer injuries. However, the notion that maraging steel blades break flat is a fencing urban legend. Testing has shown that the blade breakage patterns in carbon steel and maraging steel are identical due to the similarity in the loading mode during bending. Additionally, a crack is likely to start at the same point and propagate along the same path (although much more slowly), as crack propagation in [[fatigue (material) Stainless maraging steel is used in bicycle frames (e. g. Reynolds 953 introduced in 2013) and golf club heads. It is also used in surgical components and hypodermic syringes, but is not suitable for scalpel blades because the lack of carbon prevents it from holding a good cutting edge. American musical instrument string producer Ernie Ball has made a specialist type of electric guitar string out of maraging steel, claiming that this alloy provides more output and enhanced tonal response. The production, import, and export of maraging steels by certain entities, such as the United States, is closely monitored by international authorities because it is particularly suited for use in gas centrifuges for uranium enrichment; lack of maraging steel significantly hampers the uranium enrichment process. Older centrifuges used aluminum tubes, while modern ones use carbon fiber composite.