سوپر آلیاژهای پایه آهن ؛ استفاده از آهن در تولید سوپر آلیاژها بسیار مورد توجه است زیرا برخی از آلیازهای فولادی در مقاومت به خزش اکسیداسیون و خوردگی رفتاری مشابه با سوپر آلیاژهای پایه نیکل نشان داده‌اند در حالی که بسیار ارزان‌تر و در دسترس تر از سوپرآلیاژهای پایه نیکل و کبالت هستند.

سری AISI 600 شامل ۶ دسته‌بندی اولیه از آلیاژهای پایه آهن هستند که به شرح زیر است:

۱–۶۰۱ تا ۶۰۴ :فولاد کم آلیاژ مارتنزیتی.

۲–۶۱۰ تا ۶۱۳ :فولاد مارتنزیتی با سخت کاری ثانویه.

۳–۶۱۴ تا ۶۱۹ :فولاد مارتنزیتی کرومی.

۴–۶۳۰ تا ۶۳۵ :فولاد ضدزنگ شبه آستنیتی و مارتنزیتی رسوب سختی شده.

۵–۶۵۰ تا ۶۵۳ :فولاد استحکام بخشی شده با کار سرد و کار گرم.

۶–۶۶۰ تا ۶۶۵ :سوپر آلیاژهای آستنیتی

معایب سوپر آلیاژ پایه آهن

مشکلاتی در این نوع آلیاژها وجود دارد که مانع از برتری این سوپرآلیاژها از سایر سوپرآلیاژها می‌شود. اولین مشکل این است که ساختار الکترونی آهن تمایل بیشتری نسبت به نیکل برای افزایش شکل‌گیری فاز شکننده و ترد TCP دارد. دومین مشکل این است که جایگزینی نیکل با آهن باعث می‌شود تا مقاومت به اکسیداسیون کاهش یابد.

سومین مشکل و شاید مهمترین مشکل این است که آهن به علت ساختار الکترونی ای که دارد به تشکیل دیگر فازها به غیر از فاز مطلوب گاما پرایم که دارای ساختار FCC است کمک می‌کند وباعث می‌شود تا در بهترین حالت در اغلب موارد این فاز به صورت غیر پایدارتشکیل شود.

نمودار فازی

سوپر آلیاژ Fe- Ni- Cr-Ti-Al تنها در زمانی فاز گاما پرایم به صورت پایدار تشکیل می‌شود که Al/Ti در یک نسبت میانه قرار داشته باشند. به علت دشواری بالای استفاده از آلمینیوم این عنصر در بیشتر سوپر آلیاژهای غنی از آهن در مقادیر کمتر لزوماً با هدف اکسیژن زدایی در طول فرایند ذوب مورد استفاده قرار می‌گیرد. در بسیاری از درجه‌های این سوپر آلیاژها Ti در آن‌ها از عناصراصلی می‌باشد و با گامای ناپایدار ((Ni3Ti سخت شده‌اند.

متأسفانه قرار گرفتن این سوپر آلیاژها در معرض دمای بالای ۶۵۰ درجهٔ سانتی گراد سبب می‌شود تا گاما پرایم با فاز پایدار «اتا» به حالت صفحات خشن به یکی از دو صورت کلونی‌های سلولی که از مرز دانه رشد کرده‌اند یا ویدمن اشتاتن جایگزین شود که تغییر حالت همراه با کاهش قابل توجه استحکام می‌باشد تعدادی از درجات تجاری سوپر آلیاژهای پایه آهن یا غنی از آهن در جدول زیر آورده شده‌اند

B	c	v	Al	Ti	Mo	Co	Ni	Cr	Si	Mn	Fe
۰٫۰۳	۰٫۰۵	۰٫۳	۰٫۲	۲٫۱۵	۱٫۲۵		۲۶	۱۵	۰٫۴	۱٫۴	۵۳٫۲	A 286
	۰٫۰۴		۰٫۱	۱٫۷۵	۲٫۷۵		۲۶	۱۳٫۵	۰٫۸	۰٫۹	۵۴٫۲	Discaloy
	۰٫۰۵		۰٫۲	۲٫۵	۶٫۲		۴۲٫۷	۱۳٫۵	۰٫۴	۰٫۴	۳۴٫۲	Inconel 901
	۰٫۰۳		۰٫۲	۲٫۶	۳٫۲	۲۰	۳۸	۱۸	۱	۰٫۸	۱۶٫۲	Refractory 26

فازهای سوپر آلیاژ پایه آهن

گاما

شبیه به فازهایی که در سوپر آلیاژهای پایه نیکل یافت می‌شود سوپر آلیاژهای پایه آهن دارای یک شبکه از فاز آستنیت آهن می‌باشند که دارای ساختار FCC می‌باشد. عناصر آلیاژی ای که معمولاً در این فولادهای ضدزنگ یافت می‌شود شامل موارد مقابل می‌باشد :Al , B , C , Co , Cr , Mo , Ni , Nb , Si , Ti , W , Y. زمانی که آلمینیوم به علت خواص ضد اکسیداسیونی که به سوپر آلیاژ پایه آهن می‌دهد اضافه می‌شود باید میزان درصد وزنی آن در مقادیر پایین نگه داشته شود زیرا آلمینیوم پایدار کنندهٔ شبکهٔ فاز فریت اولیه که دارای ساختار BCC است می‌باشد که یک فاز نا مطلوب در ریز ساختار سوپر آلیازها می‌باشد. این فاز برای استحکام در دمای بالایی که توسط شبکهٔ آستنیت اولیه با ساختار FCC ایجاد شده‌است نا مطلوب است.

گاما پرایم

فاز گاما پرایم به صورت رسوب‌هایی که باعث افزایش استحکام در سوپر آلیاژها وجود دارد. شبیه به آلیاژهای پایه نیکل رسوب‌های گاما پرایم می‌توانند با عناصری مانند Al , Ni, Nb , Ti تولید شود.

ریز ساختار سوپر آلیاژهای پایه آهن

دو نوع عمده از فولادهای ضدزنگ وجود دارند که با لایه اکسیدی ای که روی سطح آن‌ها تشکیل می‌شود توصیف می‌شوند:

1. فولاد ضدزنگ کروم_تشکیل
2. فولاد ضدزنگ آلومینا _تشکیل

پیرامون فولاد ضد زنگ کروم تشکیل

این نوع از فولاد ضدزنگ در دسترس‌ترین نوع فولاد ضدزنگی است که تولید شده‌است با این حال فولاد ضدزنگ کروم_تشکیل مقاومت به خزش بالایی بالای در هنگام کار در دمای بالا به خصوص در محیط‌هایی که دارای بحار آب می‌باشند و در مقایسه با با سوپر آلیاژهای پایه نیکل از خود نشان نمی‌دهند. قرار گرفتن این سوپر آلیاژ هنگام کار در دمای بالا در معرضبخار آب می‌تواند موجب افزایش اکسیداسیون داخلی و افزایش سرعت شکل‌گیری مادهٔ فرٌار کروم هیدروکسید می‌شود که هر دو عامل ذکر شده می‌تواند باعث کاهش عمر و کارکرد این آلیاژ شود.

پیرامون فولادهای ضدزنگ آلومینا_تشکیل

این نوع از فولاد ضدزنگ دارای یک شبکه از آهن آستنیتی با ساختار FCC به همراه آلمینیوم اکسید بر روی سطح فولاد می‌باشد. آلومینیوم از لحاظ ترمودینامیکی دارای پایداری بیشتری نسبت به کروم با اکسیژن دارد. با وجود آن که فازهای رسوبی برای افزایش استحکام و مقاومت به خزش استفاده می‌شوند در فولادهای ضدزنگ آلومینا_تشکیل رسوبات NiAl به عنوان مخزن Al برای نگه داری و حفظ لایه آلومینا نقش ایفا می‌کنند. علاوه بر این اضافه کردن عناصر Nb و Cr می‌تواند به تشکیل و پایداری آلومینا به وسیلهٔ افزایش کسر حجمی رسوبات NiAl کمک کند.

تلاش‌های تحقیقاتی برای توسعهٔ سوپر آلیاژهای پایه آهن آلومینا_تشکیل به پنج درجه‌بندی برای فولاد آلومینا_تشکیل آستنیتی(AFA) با کارکردهای متفاوت در دماهای مختلف به هنگام اکسید شدن در هوا+۱۰٪ بخار آب رسیده‌است که به شرح زیر می‌باشند:

• AFA Grade: (50-60)Fe-(20-25)Ni-(14-15)Cr-(2.5-3.5)Al-(1-3)Nb wt. % base
  • ۷۵۰–۸۰۰ °C operating temperatures at oxidation in air + 10% water vapor
• Low Nickel AFA Grade: 63Fe-12Ni-14Cr-2.5Al-0.6Nb-5Mn3Cu wt. % base
  • ۶۵۰ °C operating temperatures at oxidation in air + 10% water vapor
• High Performance AFA Grade: (45-55)Fe-(25-30)Ni-(14-15)Cr(3.5-4.5)Al-(1-3)Nb-(0.02-0.1)Hf/Y wt. % base
  • ۸۵۰–۹۰۰ °C operating temperatures at oxidation in air + 10% water vapor
• Cast AFA Grade: (35-50)Fe-(25-35)Ni-14Cr-(3.5-4)Al-1Nb wt. % base
  • ۷۵۰–۱۱۰۰ °C operating temperatures at oxidation in air + 10% water vapor, depending upon Ni wt. %
• AFA superalloy (40-50)Fe-(30-35)Ni-(14-19)Cr-(2.5-3.5)Al-3Nb
  • ۷۵۰–۸۵۰ °C operating temperatures at oxidation in air + 10% water vapor

آرتا استیل تهران متخصص واردات و توزیع انواع ورق های آلیاژی، استنلس استیل و فولاد ضد زنگ، میلگردهای استنلس استیل، لوله و پروفیل و ورقهای فنری، آمادگی خود را جهت همکاری و تأمین کلیه مقاطع فولادی و استنلس استیل به صنعتگران محترم اعلام می دارد. همچنین شما به راحتی می‌ توانید با کارشناسان ما تماس و نسبت به ثبت سفارش خود اقدام نمایید .