10 الخواص الميكانيكية والفيزيائية للصلب

يمكن أن تختلف الخصائص الميكانيكية والفيزيائية للصلب اعتمادًا كبيرًا على تركيبتها ونسبة الشوائب (مثل الفسفور أو الكبريت).

وبهذه الطريقة ، عندما ترغب في تحقيق خواص ميكانيكية وفيزيائية أفضل عن غيرها ، يمكن خلط الفولاذ بالكروم أو الكوبالت أو النحاس أو الموليبدينوم أو النيكل أو النيتروجين أو السيلينيوم أو التنتالوم أو التيتانيوم أو التنغستن أو الفاناديوم.

تكوين وخصائص الصلب تختلف على نطاق واسع. الصلب بشكل عام يحتوي على نسبة أقل من الكربون الموجودة في الحديد ، وعدد أقل من الشوائب من تلك الموجودة في المعادن الأخرى.

بشكل عام ، لا تختلف الخصائص الفيزيائية مثل الكثافة والتوصيل الكهربائي والحراري اختلافًا كبيرًا من سبيكة إلى أخرى.

ومع ذلك ، فإن الخواص الميكانيكية مثل القوة والليونة والصلابة تعتمد بشكل كبير على نوع السبائك وتكوين الصلب.

الخواص الميكانيكية الرئيسية للصلب

1- اللدونة

إنها قدرة الصلب على الحفاظ على شكله بعد تعرضه لجهد. الفولاذ المخلوط بنسب مئوية صغيرة من الكربون ، أكثر من البلاستيك.

2 - الهشاشة

الهشاشة هي السهولة التي يمكن بها كسر الفولاذ عند تعرضه لجهد. عندما يتم صناعة الصلب ، مع نسبة عالية من الكربون ، فإنه يميل إلى أن يكون أكثر هشاشة.

3 - قابلية

القدرة على التحمل هي المرفق الذي يحتوي على الصلب المراد تصفيحه. وبهذه الطريقة ، تميل بعض سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ إلى أن تكون أكثر مرونة من غيرها.

4- صلابة

الصلابة هي المقاومة التي تعارض المعدن ضد العوامل الكاشطة. كلما زاد عدد الكربون الذي تم إضافته إلى سبيكة فولاذية ، كلما زادت صعوبة (Kailas ، الثانية)

مثابرة

مثابرة هو المفهوم الذي يدل على قدرة الصلب على الصمود أمام تطبيق قوة خارجية دون كسر.

في حالة الصلب مع تركيز متوسط من الكربون ، تميل إلى أن تكون مثابرة أعلى (الفصل 6. الخواص الميكانيكية للمعادن ، 2004).

الخصائص الفيزيائية الرئيسية للصلب

1 - الجسم

وهي تشمل الخصائص المتعلقة بوزن الفولاذ وحجمه وكتلته وكثافته.

2 - الحرارية

يشير إلى ثلاثة جوانب أساسية من الفولاذ: قدرتها على إجراء درجة الحرارة (التوصيل) ، وإمكانية نقل الحرارة (الحمل الحراري) ، وقدرتها على إطلاق الأشعة تحت الحمراء في الوسط (الإشعاع).

3 - الكهربائية

وهي تشير إلى قدرة الصلب على إجراء التيار الكهربائي.

4- البصريات

هذه الخصائص في حالة الصلب تشير إلى قدرتها على عكس الضوء أو انبعاث السطوع. إلى الحد الذي يتم فيه صناعة الفولاذ المقاوم للصدأ مع نسبة مئوية أعلى من الألمنيوم ، فإن الخصائص البصرية أفضل.

5 - المغناطيسي

إنه يشير إلى قدرة الصلب على حث أو حث المجال الكهرومغناطيسي.

كلما زادت نسبة الحديد في سبائك الصلب ، زادت قدرتها على العمل كمغناطيس (Sandhyarani ، 2016).

أنواع الصلب

يتم إنتاج أنواع مختلفة من الفولاذ وفقًا لتطبيقها ، لذلك يجب أن تكون الخواص الميكانيكية والفيزيائية لهذه الأنواع من الصلب مختلفة.

بهذه الطريقة ، تم إنشاء موازين مختلفة لتصنيف الصلب وفقًا لخصائصه (المرونة ، الكثافة ، نقطة الانصهار ، الموصلية الحرارية ، القوة ، الصلابة ، من بين أشياء أخرى).

لتصنيع أنواع مختلفة من الفولاذ ، يستخدم المصنعون تركيزات مختلفة من المعادن الأخرى لصنع السبائك.

تمارس عملية الإنتاج وطريقة عمل الصلب أيضًا تأثيرًا كبيرًا على المنتج النهائي الذي تم الحصول عليه.

وفقًا للمعهد الأمريكي للحديد والصلب (AISI من أجل اختصاره باللغة الإنجليزية) ، يمكن تصنيف الصلب إلى أربع مجموعات رئيسية ، وفقًا لتكوينها الكيميائي:

الكربون الصلب
سبائك الصلب
الفولاذ المقاوم للصدأ
أداة الصلب

خصائص الصلب الكربوني

الكربون الصلب مشتق من سبيكة بين الحديد والكربون. من خلال تغيير النسبة المئوية للفحم ، من الممكن إنتاج الفولاذ ذي الصفات المختلفة. بشكل عام ، كلما زادت نسبة الفحم ، كلما كان الصلب أكثر صلابة.

يُعرف الصلب ذو نسبة منخفضة من الفحم في السوق بالحديد المطاوع. هذا النوع من الفولاذ سهل التعامل حيث أنه بلاستيكي للغاية.

لهذا السبب ، يتم استخدامه على نطاق واسع لإنتاج الشبكات ، التطبيقات الزخرفية أو أعمدة الإنارة.

الصلب مع محتوى الكربون المتوسط هو عنيد للغاية ، وهذا هو السبب في استخدامه لصنع الجسور أو الأجزاء الهيكلية قادرة على دعم الأحمال الهائلة.

من جانبها ، يتم استخدام الصلب ذو المحتوى العالي من الكربون في صناعة الكابلات. عندما تكون نسبة الفحم أكبر من الحديد ، فإننا نتحدث عن الحديد المصبوب ، والذي يستخدم لصنع المزهريات وغيرها من المواد.

على الرغم من أن هذا النوع الأخير من الصلب صعب للغاية ، إلا أنه هش للغاية (المواد ، 2014).

خصائص سبائك الصلب

سبائك الصلب هي واحدة يتم تصنيعها بنسبة مئوية صغيرة من معدن واحد أو أكثر بخلاف الحديد.

هذه المعادن المضافة إلى سبائك لديها القدرة على تغيير خصائص الصلب.

على سبيل المثال ، ينتج الفولاذ المصنوع من الحديد والكروم والنيكل عن الفولاذ المقاوم للصدأ. عند إضافة الألمنيوم إلى هذه السبائك ، تكون النتيجة أكثر مرونةً وموحدة في المظهر.

عندما تضاف سبائك المنغنيز ، فإنها يمكن أن تحقق قوة وصلابة استثنائية.

خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ

يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ على ما بين 10 إلى 20٪ كروم ، وهو عامل يسمح له بمقاومة شديدة للتآكل والأكسدة.

عندما يحتوي الصلب على 11٪ كروم ، يكون مقاومته للتآكل حوالي 200 مرة أكثر من الفولاذ الذي لا يحتوي على الكروم. هناك ثلاث مجموعات من الفولاذ المقاوم للصدأ:

الصلب الأوستنيتي : هو الذي يحتوي على تركيز أوسع من الكروم ونسبة صغيرة من النيكل والكربون.

يستخدم عادة لتجهيز الأغذية والأنابيب. من السهل التعرف عليها ، لأنها ليست مغناطيسية.

الصلب الحديدي : هو نوع الصلب الذي يحتوي على ما يقرب من 15 ٪ من الكروم ، ولكن فقط آثار قليلة من الفحم والمعادن الأخرى مثل الموليبدينوم أو الألومنيوم أو التيتانيوم.

هذا النوع من الفولاذ مغناطيسي ، شديد الصلابة ومقاوم. يمكن أن تصلب عند العمل الباردة.

الصلب Martensitic : هو الصلب الذي يحتوي على كميات معتدلة من الكروم والنيكل والكربون. وهو مغناطيسي للغاية ويمكن علاجها في درجات حرارة عالية.

يستخدم الصلب Martensitic عادة لصنع أدوات القطع مثل السكاكين والمعدات الجراحية.