فولادهای حاوی کروم و تنگستن سری‌های ۷۱xxx و ۷۲xx گروهی از فولادهای کم آلیاژی هستند که بعنوان جایگزین فولادهای کروم- مولیبدن در صنایع هوافضا کاربرد دارند.
( Tungsten–chromium steels 71xxx, 72xx series )
انواع فولادهای حاوی کروم و تنگستن
این فولادها انواع مختلفی دارند که در ادامه متن به برخی از آن‌ها اشاره شده است. این موارد شامل فولادهای ۷۲۶۰ ، ۷۱۳۶۰ ، ۷۱۶۶۰ ، ۲.۲۵Cr-2W و غیره هستند.
خواص فولادهای سری‌های ۷۱xxx و ۷۲xx
فولادهای سری ۷۲xx بطور کلی حاوی ۱/۷۵ درصد تنگستن و ۰/۷۵ درصد کروم و فولادهای ۷۱xxx حاوی ۱۳/۵۰ الی ۱۶/۵۰ درصد تنگستن و ۳/۵۰ درصد کروم هستند [۱ و ۲] .
ترکیب شیمیایی فولاد ۷۲۶۰ شامل ۰/۵۰ تا ۰/۷۰ درصد کربن ، ۰/۳۰ درصد منگنز (حداکثر) ، ۰/۰۳۵ درصد فسفر (حداکثر) ، ۰/۰۴۰ درصد گوگرد (حداکثر) ، ۰/۱۵ تا ۰/۳۰ درصد سیلیسیم ، ۰/۵۰ تا ۱/۰۰ درصد کروم و ۱/۵۰ تا ۲/۰۰ درصد تنگستن است [۱] .
فولاد ۷۱۳۶۰ (گروهی از فولادهای حاوی کروم و تنگستن) حاوی۰/۵۰ تا ۰/۷۰ درصد کربن ، ۰/۳۰ درصد منگنز (حداکثر) ، ۰/۰۳۵ درصد فسفر (حداکثر) ، ۰/۰۴۰ درصد گوگرد (حداکثر) ، ۰/۱۵ تا ۰/۳۰ درصد سیلیسیم ، ۳/۰۰ تا ۴/۰۰ درصد کروم و۱۲ تا ۱۵ درصد تنگستن است[۱] .
فولاد ۷۱۶۶۰ حاوی ۰/۵۰ تا ۰/۷۰ درصد کربن ، ۰/۳۰ درصد منگنز (حداکثر) ، ۰/۰۳۵ درصد فسفر (حداکثر) ، ۰/۰۴۰ درصد گوگرد (حداکثر) ، ۰/۱۵ تا ۰/۳۰ درصد سیلیسیم ، ۳/۰۰ تا ۴/۰۰ درصد کروم و ۱۵/۰۰ تا ۱۸/۰۰ درصد تنگستن است [۱] .
اثر عناصر آلیاژی در فولاد
اثر عناصر آلیاژی کروم ، مولیبدن ، نیکل ، تنگستن و وانادیم بر خواص فولادها در جدول زیر ارائه شده است [۳] .
اثر عناصر آلیاژی بر فولادها [۳] .
در کاربردهای مهندسی هوافضا فولادهای فریتی بدون مولیبدن و نیوبیوم (فولادهای حاوی کروم و تنگستن) به جای فولادهای کروم- مولیبدن توسعه یافته‌اند. تنگستن بعنوان جایگزین مولیبدن و تانتالم جایگزین نیوبیوم شده است. ریزساختار هشت نمونه آزمایشی از این فولادها برای تعیین اثر کروم ، تنگستن ، وانادیم و تانتالم مورد بررسی قرار گرفت. ریزساختار این فولادها در شرایط نرماله کردن و تمپر کردن شباهت‌های زیادی با فولادهای کروم- مولیبدن داشت. جدول زیر ترکیب شیمیایی این نمونه‌ها را نشان می‌دهد [۴] .
ترکیب شیمیایی هشت نمونه منتخب [۴] .
ریزساختار فولادهای سری‌های ۷۱xxx و ۷۲xx
شکل‌های ۱ و ۲ ریزساختار نمونه‌های فولادی را بعد از عملیات حرارتی نرماله و تمپر کردن نشان می‌دهند . فولاد ۲.۲۵CrV (شکل ۱ (a)) حاوی ۳۵-۳۰ درصد بینیت و مابقی فریت پرویوتکتوئیدی است . ریزساختار فولاد ۲.۲۵Cr-1WV (شکل ۱ (b)) حاوی تقریبا ۵۵ درصد بینیت و ۴۵ درصد وزنی فریت است . ریزساختار فولادهای ۲.۲۵Cr-2W (شکل ۱ (c)) و ۲.۲۵Cr-2WV (شکل ۱ (d)) بینیت بیشتری را شامل می‌شوند . فولاد ۲.۲۵Cr-2W حاوی ۱۰۰ درصد وزنی بینیت و فولاد ۲.۲۵Cr-2WV حاوی ۲۰-۱۵ درصد وزنی فریت پروپوتکتوئیدی است [۴] .
ریزساختار آلیاژهای ۲.۲۵ Cr (فولادهای حاوی کروم و تنگستن) اثر تنگستن را بر قابلیت سختی پذیری نشان می‌دهد. فولاد بدون تنگستن فریت پرویوتکتوئیدی بیشتری را شامل می‌شود. از آنجایی که هیچ فریت پرویوتکتوئیدی در فولاد ۲.۲۵Cr-2W مشاهده نشد ، فریت ظاهر شده در فولاد ۲.۲۵Cr-2WV غیر قابل پیش بینی بود. این فریت احتمالا بدلیل زمان سرد شدن طولانی‌تر فولاد ۲.۲۵Cr-2WV از دمای آستنیته ۱۰۵۰ درجه سانتی گراد نسبت به دمای آستنیته ۹۰۰ درجه سانتی گراد ، تشکیل شده است [۴] .
شکل ۱ : ریزساختار صفحات نرماله و تمپر شده با ضخامت ۱۵/۹ میلی متر از فولاد (a) 2.25Cr-V ، (b) 2.25Cr-1WV ، (c) 2.25Cr-2W و (d) 2.25Cr-2WV را نشان می‌دهد [۴] .
با افزایش کروم به ۵ درصد و بالاتر قابلیت سختی پذیری به مقدار کافی افزایش یافته و به جای بینیت ، مارتنزیت تشکیل می‌شود . فولادهای ۵Cr-2WV (شکل ۲ (a)) ، ۹Cr-2WV (شکل ۲ (b)) و ۹Cr-2WVTa (شکل ۲ (c)) حاوی ۱۰۰ درصد وزنی مارتنزیت هستند . فولاد ۱۲Cr-2WV (شکل ۲ (d)) حاوی تقریبا ۲۵ درصد وزنی فریت دلتا است . اختلاف اصلی در مارتنزیت این چهار فولاد ، اندازه ذرات اولیه آستنیت بسیار ریز در فولاد ۹Cr-2WVTa است . اگر چه که فولاد ۱۲Cr-1MoWV ( فولاد حاوی کروم و مولیبدن ) شامل تقریبا ۰/۵ درصد وزنی نیکل و ۰/۲ درصد وزنی کربن (که هر دو عنصر تثبیت کننده آستنیت هستند) است ، اما فولاد ۱۲Cr-2WV ( فولادهای حاوی کروم و تنگستن ) شامل۰/۱ درصد وزنی کربن بوده و هیچ نیکلی ندارد. در فولاد ۱۲Cr-2WV مقادیر قابل توجهی از نیکل حذف و مقدار کربن به ۰/۱ درصد محدود شده است تا قابلیت جوشکاری افزایش یابد [۴] .
شکل ۲ : ریزساختار صفحات نرماله و تمپر شده با ضخامت ۱۵/۹ میلی متر از فولاد (a) 5Cr-2WV ، (b) 9Cr-2WV ، (c) 9Cr-2WVTa و (d) 12Cr-2WV را نشان می‌دهد [۴] .
کاربرد فولادهای حاوی کروم و تنگستن
این فولادها بعنوان آهنرباهای دائمی مورد استفاده قرار می‌گیرند[۵] . فولادهای حاوی کروم تنگستن بعنوان جایگزینی برای فولادهای حاوی کروم و مولیبدن در کاربردهای مهندسی هوا فضا توسعه یافته‌اند [۴] .
این فولادها جز خانواده فولادهای کم آلیاژی هستند که مقادیر کروم و تنگستن متفاوتی دارند . این فولادها بعنوان جایگزینی مناسب برای فولادهای حاوی کروم و مولیبدن در صنایع هوافضا هستند . ریز ساختار این فولادها مشابه فولادهای حاوی کروم و مولیبدن است . علاوه بر این این فولادها نیکل ندارند (بر عکس فولادهای حاوی کروم و مولیبدن) و درصد کربن در آن‌ها کمتر از فولادهای کروم- مولیبدن است ؛ به همین دلیل قابلیت جوشکاری بهتری نسبت به آن‌ها دارند . وجود تنگستن و تانتالم به ترتیب باعث افزایش سختی پذیری در دماهای بالا و دانه ریز شدن ریزساختار در این فولادها می‌شوند .
منابع
[۱] Volume 1 Properties and Selection: Irons, Steels, and High-Performance Alloys. .
[۲] کاویانی‌نژاد، فریدون, انتخاب مواد و طراحی برای مهندسین مواد- مکانیک- شیمی. موسسه آموزشی و تحقیقاتی صنایع دفاعی.
[۳] “https://matmatch.com/learn/material/alloy-steel.” .
[۴] R. L. Klueh and P. J. Maziasz, “The microstructure of chromium-tungsten steels,” Metall. Trans. A, vol. 20, no. 3, pp. 373–۳۸۲, Mar. 1989.
[۵] “https://books.google.com/books?id=VOzWPtmeFPwC&pg=PA243&lpg=PA243&dq=%22low+alloy+Tungsten%E2%80%93chromium+steels%22&source=bl&ots=InaahqNYno&sig=ACfU3U2zsGPYLHf8aIgaNNL8qyeZec4_fQ&hl=fa&sa=X&ved=2ahUKEwily5j8qbHrAhVSPBoKHaXnDBUQ6AEwAHoECAEQAQ#v=onepage&.” .