Maraging 350 Steel: Tính chất và ứng dụng chính

Thép Maraging 350 (C350) là loại thép có độ bền cao, hàm lượng carbon thấp, được biết đến với các tính chất cơ học đặc biệt và đặc điểm luyện kim độc đáo. Được phân loại là thép maraging , thành phần chính của thép này là sắt với hàm lượng niken bổ sung đáng kể (lên đến 18%), coban và molypden. Các nguyên tố hợp kim này làm tăng độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống biến dạng, giúp thép phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi khắt khe trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.

Tổng quan toàn diện

Thép Maraging 350 đặc biệt được biết đến vì khả năng đạt được mức độ cường độ cao thông qua một quá trình được gọi là lão hóa, bao gồm xử lý nhiệt để kết tủa các hợp chất liên kim loại. Loại thép này có độ bền kéo khoảng 2.400 MPa (348.000 psi) và độ bền kéo khoảng 2.500 MPa (362.500 psi), khiến nó trở thành một trong những loại thép mạnh nhất hiện có. Hàm lượng carbon thấp của nó giúp giảm thiểu nguy cơ giòn, trong khi hàm lượng niken góp phần tạo nên độ dẻo dai và độ dẻo dai của nó.

Thuận lợi:
- Tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao: Lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi phải tiết kiệm trọng lượng.
- Độ dẻo và độ bền tuyệt vời: Cho phép tạo ra các hình dạng và kiểu dáng phức tạp mà không bị nứt.
- Khả năng hàn tốt: Có thể hàn bằng các kỹ thuật tiêu chuẩn, mặc dù thường khuyến nghị phải làm nóng trước.

Hạn chế:
- Chi phí: Nhìn chung đắt hơn thép thông thường do có chứa các thành phần hợp kim và quá trình chế biến.
- Khả năng chống ăn mòn: Mặc dù có khả năng chống ăn mòn tốt nhưng khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ không tốt bằng.
- Độ nhạy xử lý nhiệt: Cần kiểm soát chính xác trong quá trình xử lý nhiệt để đạt được các tính chất mong muốn.

Theo truyền thống, thép maraging được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ, chế tạo dụng cụ và các ứng dụng hiệu suất cao, tạo dựng được vị thế vững chắc trên thị trường nhờ các đặc tính độc đáo của chúng.

Tên thay thế, Tiêu chuẩn và Tương đương

Tổ chức tiêu chuẩn	Chỉ định/Cấp bậc	Quốc gia/Khu vực xuất xứ	Ghi chú/Nhận xét
Liên Hiệp Quốc	S35000	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 300M
AISI/SAE	350	Hoa Kỳ	Thép maraging hiệu suất cao
Tiêu chuẩn ASTM	A203	Hoa Kỳ	Dùng cho bình chịu áp lực
VI	1.6350	Châu Âu	Tính chất tương tự như C350
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SCMN 350	Nhật Bản	Sự khác biệt nhỏ về thành phần

Bảng trên phác thảo các tiêu chuẩn khác nhau và các ký hiệu tương đương cho Thép Maraging 350. Đáng chú ý là trong khi các loại này có thể thể hiện các đặc tính cơ học tương tự, sự khác biệt nhỏ trong thành phần có thể ảnh hưởng đến hiệu suất, đặc biệt là trong các ứng dụng cụ thể như hàng không vũ trụ hoặc công cụ.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
Fe (Sắt)	Sự cân bằng
Ni (Niken)	15.0 - 18.0
Co (Coban)	4.0 - 5.0
Mo (Molipden)	3.0 - 4.0
Ti (Titan)	0,1 - 0,3
C (Cacbon)	0,03 tối đa

Các nguyên tố hợp kim chính trong Thép Maraging 350 đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các tính chất của nó:
- Niken: Tăng cường độ dẻo dai và sức mạnh, góp phần tạo nên độ dẻo tổng thể của thép.
- Coban: Cải thiện khả năng làm cứng và độ bền ở nhiệt độ cao.
- Molypden: Tăng độ bền và khả năng chống mềm trong quá trình xử lý nhiệt.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị mét - SI)	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị Anh)	Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm
Độ bền kéo	Làm nguội & tôi luyện	2.500MPa	362.500 psi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Làm nguội & tôi luyện	2.400MPa	348.000 psi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Làm nguội & tôi luyện	10%	10%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Giảm Diện Tích	Làm nguội & tôi luyện	50%	50%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell C)	Làm nguội & tôi luyện	40 - 45HRC	40 - 45HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động (Charpy)	-40°C	50 J	37 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Các tính chất cơ học của Thép Maraging 350 làm cho nó đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao. Độ bền kéo và độ bền kéo cao cho phép nó chịu được tải trọng cơ học đáng kể, trong khi độ giãn dài và giảm diện tích cho thấy độ dẻo tốt, làm cho nó lý tưởng cho các hình dạng và dạng phức tạp.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị mét - SI)	Giá trị (Đơn vị Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	8,0 g/cm³	0,289 lb/in³
Điểm nóng chảy/Phạm vi	-	1.400 - 1.500 °C	2.552 - 2.732 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	20 W/m·K	13,1 BTU·in/(hr·ft²·°F)
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,7 µΩ·m	0,0000013 Ω·trong

Các tính chất vật lý của Thép Maraging 350, chẳng hạn như mật độ và độ dẫn nhiệt, rất quan trọng đối với các ứng dụng mà trọng lượng và khả năng tản nhiệt là rất quan trọng. Điểm nóng chảy tương đối cao của nó cho phép nó duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc ở nhiệt độ cao.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	3-5%	25°C/77°F	Hội chợ	Nguy cơ ăn mòn rỗ
Axit sunfuric	10%	25°C/77°F	Nghèo	Không khuyến khích
Nước biển	-	25°C/77°F	Tốt	Sức đề kháng vừa phải

Thép Maraging 350 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong môi trường clorua, nơi nó có thể dễ bị rỗ. So với thép không gỉ, nó không hoạt động tốt trong điều kiện axit, khiến nó ít phù hợp hơn cho các ứng dụng trong môi trường có tính ăn mòn cao.

Khi so sánh với các loại thép khác, chẳng hạn như thép không gỉ 304, Thép Maraging 350 có thể cung cấp các đặc tính cơ học vượt trội nhưng phải đánh đổi bằng khả năng chống ăn mòn. Sự đánh đổi này rất quan trọng khi lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng cụ thể.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	300 °C	572 °F	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	400 °C	752 °F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ thang đo	600 °C	1.112 °F	Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ này

Maraging 350 Steel vẫn giữ được độ bền và độ dẻo dai ở nhiệt độ cao, phù hợp với các ứng dụng có chu kỳ nhiệt. Tuy nhiên, tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ trên 300 °C có thể dẫn đến quá trình oxy hóa và suy giảm các đặc tính cơ học.

Tính chất chế tạo

Khả năng hàn

Quy trình hàn	Kim loại phụ gia được đề xuất (Phân loại AWS)	Khí/Nhiệt che chắn điển hình	Ghi chú
TIG	ERNiCrMo-3	Khí Argon	Nên làm nóng trước
MIG	ERNiCrMo-3	Argon/CO2	Khuyến cáo xử lý nhiệt sau khi hàn

Maraging 350 Steel thường có thể hàn bằng các quy trình tiêu chuẩn như TIG và MIG. Tuy nhiên, thường khuyến nghị nên nung nóng trước để tránh nứt và xử lý nhiệt sau khi hàn là điều cần thiết để khôi phục các đặc tính cơ học mong muốn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Maraging 350 Thép	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	50	100	Yêu cầu dụng cụ cacbua
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	60 m/phút	Sử dụng chất làm mát để giảm nhiệt

Maraging 350 Steel có khả năng gia công ở mức trung bình, đòi hỏi các công cụ carbide và tốc độ cắt phù hợp để đạt được kết quả tối ưu. Cần chú ý cẩn thận đến quá trình làm mát để ngăn ngừa quá trình làm cứng khi gia công.

Khả năng định hình

Maraging 350 Steel thể hiện khả năng định hình tốt, cho phép thực hiện các quy trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, do có độ bền cao nên bán kính uốn cong lớn hơn được khuyến nghị để tránh nứt trong quá trình định hình.

Xử lý nhiệt

Quy trình điều trị	Phạm vi nhiệt độ (°C/°F)	Thời gian ngâm điển hình	Phương pháp làm mát	Mục đích chính / Kết quả mong đợi
Giải pháp điều trị	820 - 850 °C / 1.508 - 1.562 °F	1 - 2 giờ	Không khí hoặc dầu	Hòa tan kết tủa
Lão hóa	480 - 500 °C / 896 - 932 °F	4 - 8 giờ	Không khí	Làm cứng kết tủa

Các quy trình xử lý nhiệt cho thép Maraging 350 bao gồm xử lý dung dịch sau đó là lão hóa. Các quy trình này dẫn đến sự phân phối mịn các hợp chất liên kim loại, tăng cường đáng kể độ bền và độ dẻo dai của vật liệu.

Ứng dụng điển hình và mục đích sử dụng cuối cùng

Ngành/Lĩnh vực	Ví dụ ứng dụng cụ thể	Các tính chất chính của thép được sử dụng trong ứng dụng này	Lý do lựa chọn (Tóm tắt)
Hàng không vũ trụ	Linh kiện máy bay	Độ bền cao, trọng lượng thấp	Quan trọng đối với hiệu suất
Công cụ	Khuôn và khuôn dập	Độ bền, khả năng chống mài mòn	Độ bền trong điều kiện khắc nghiệt
Ô tô	Các bộ phận hiệu suất cao	Sức mạnh, độ dẻo dai	An toàn và hiệu suất

Các ứng dụng khác bao gồm:
- Thiết bị thể thao: Được sử dụng trong các thiết bị hiệu suất cao do tỷ lệ sức bền trên trọng lượng của nó.
- Quân sự: Các thành phần trong hệ thống quốc phòng nơi độ tin cậy là tối quan trọng.

Thép Maraging 350 được lựa chọn cho các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai đặc biệt, đặc biệt là khi cần tiết kiệm trọng lượng, chẳng hạn như trong ngành hàng không vũ trụ và các bộ phận ô tô hiệu suất cao.

Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn

Tính năng/Thuộc tính	Maraging 350 Thép	Thép AISI 4340	Thép không gỉ 304	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Độ bền tốt	Sức mạnh vừa phải	C350 vượt trội về sức mạnh
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Nghèo	Xuất sắc	C350 ít phù hợp với môi trường ăn mòn
Khả năng hàn	Tốt	Hội chợ	Xuất sắc	C350 cần xử lý trước/sau
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Xuất sắc	C350 cần dụng cụ cacbua
Khả năng định hình	Tốt	Hội chợ	Xuất sắc	C350 yêu cầu bán kính uốn cong lớn hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao	Vừa phải	Vừa phải	C350 đắt hơn
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	C350 ít phổ biến hơn

Khi lựa chọn Thép Maraging 350, cần cân nhắc đến chi phí cao và tính khả dụng vừa phải so với các loại thép phổ biến hơn như thép không gỉ AISI 4340 hoặc 304. Tuy nhiên, các đặc tính độc đáo của nó khiến nó trở nên vô giá đối với các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao.

Tóm lại, Thép Maraging 350 nổi bật với các tính chất cơ học đặc biệt, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên trong các ứng dụng hiệu suất cao. Sự kết hợp độc đáo giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng hàn, cùng với các yêu cầu xử lý nhiệt cụ thể, định vị nó là vật liệu được các kỹ sư và nhà thiết kế lựa chọn trong các ngành công nghiệp đòi hỏi khắt khe.