Blog Ko Buijs - Maraging staal
Soms is er in de praktijk behoefte aan hoogwaardige staallegeringen met veel hogere mechanische waarden dan bijvoorbeeld veredelde staalsoorten. Daarom wordt in deze blog stil gestaan bij het begrip ‘Maraging staal’.
Door Ko Buijs - www.innometconsultancy.nl
Het woord ‘Maraging’ is een samensmelting van de woorden ‘martensiet’ en ‘aging’ wat in feite kunstmatig verouderen betekent. Kunstmatig verouderen is een warmtebehandeling waarbij het materiaal precipitaten in de structuur gaat uitscheiden. Het gevolg is dat men legeringen krijgt met extreme hoge mechanische waarden. Dergelijke legeringen zijn nagenoeg vrij van koolstof maar bevatten doorgaans 18% nikkel waardoor de structuur austenitisch is.
Daarnaast bevat het substantiële hoeveelheden kobalt en molybdeen. De precipitaten c.q. intermetallische verbindingen fungeren als interne barrières c.q. verankeringen in de structuur waardoor dergelijke metalen zulke extreme rekgrenswaarden en treksterktes krijgen dankzij deze warmtebehandeling. Deze austenitische legeringen zijn bovendien zeer taai, relatief zacht, goed te bewerken. Het soortelijk gewicht is 8 kg/dm3.
Na de warmtebehandeling is het metaal zeer hard en slijtvast met een acceptabele rek dankzij de martensitische structuur. Dit wordt bereikt door de precipiterende warmtebehandeling die gedurende 3 to 6 uur wordt uitgevoerd op minimaal 482ᵒC. Dat betekent ook dat het mechanisch bewerken er niet gemakkelijker op wordt. Dat vraagt dan ook veel aandacht voor het soort snijgereedschap dat zeer scherp moet zijn en star moet worden opgesteld. Ook zal er veel koelvloeistof c.q. snijolie tijdens het bewerken moeten worden gebruikt.
Dit soort materialen vindt men vooral terug in toepassingen in bijvoorbeeld de luchtvaart, turbines, ultracentrifuges en diverse componenten die extreem zwaar mechanisch worden belast. Er zijn hoofdtypen t.w. C250, C300 en C350 en de chemische samenstellingen worden vermeld in tabel 1.
|
Alloy |
Nikkel |
Kobalt |
Molybdeen |
Titaan |
Aluminium |
IJzer |
Koolstof |
|
C250 |
18,5% |
7,5% |
4,8% |
0,40% |
0.10% |
rest |
0,03% max. |
|
C300 |
18,5% |
9,0% |
4,8% |
0,60% |
0,10% |
rest |
0,03% max. |
|
C350 |
18,5% |
12,0% |
4,8% |
1,40% |
0,10% |
rest |
0,03% max. |
|
Voorts mogen alle typen maximaal 0,10% silicium bevatten en 0,10% mangaan. |
|||||||
Tabel 1: overzicht verschillende typen Maraging staalsoorten.
In tabel 2 zijn de gloeitemperaturen vermeld alsmede ontstane hardheden.
|
Type staal |
‘Aging’ temperatuur |
Gloeitijd |
Behaalde hardheid |
|
Maraging 250 Maraging 300 Maraging 350 |
482/496ᵒC 482/496ᵒC 482/496ᵒC of 510ᵒC |
6 uur 6 uur 6 uur 3 uur |
48/52Rc 50/55Rc 50/60Rc 56/60Rc (578- 653 HB) |
Tabel 2: warmtebehandeling Maraging staal met hardheden.
MPa betekent MegaPascal en komt overeen met N/mm2. De belangrijkste waarde is in feite de 0,2% rekgrens want bij die mechanische spanning krijgt men blijvende vervorming. M.a.w. een constructie of component moet altijd ruim onder die waarde blijven om geen vervorming te krijgen die uiteindelijk tot breuk kan leiden. In tabel 3 zijn deze waarden vermeld en als vergelijk is ook het veredelde staal EN 1.7228 hierin meegenomen.
|
Minimale eigenschappen na de warmtebehandeling van maraging stafmateriaal in de lengterichting |
||||
|
Type |
Hardheid Rc |
Treksterkte MPa |
0,2% rekgrens MPa |
Rek in % |
|
C250 |
50 |
1752 |
1711 |
11 |
|
C300 |
54 |
2022 |
1973 |
10 |
|
C350 |
57 |
2360 |
2318 |
6,2 |
|
1.7228 |
|
1300 max. |
900 |
9 |
Tabel 3: mechanische waarden Maraging stafstaal plus die van EN 1.7228.
Veredelingstalen beschikken ruwweg over een 0,2% rekgrens van circa 800 tot 900 MPa in de veredelde conditie. De maraging kwaliteit C300 heeft dus een rekgrens die ruim twee keer zo hoog uitkomt. M.a.w. dit materiaal mag men ruim twee keer hoger belasten dan de veredelde staalsoorten. Ook valt op dat de rek van de Maraging stalen beter is dan die van EN 1.7228 en dat is op zich ook relevant.
