|
|
فولاد
متالورژی
فولاد ، آلیاژ آهن و کربن که در آن میزان کربن تا 2 درصد متغیر است (با داشتن کربن بیشتر ، این ماده به عنوان چدن تعریف می شود). تاکنون پرکاربردترین ماده برای ساخت زیرساخت ها و صنایع جهان ، از آن برای ساختن همه چیز از سوزن دوخت گرفته تا تانکرهای نفت استفاده می شود. علاوه بر این ، ابزارهای مورد نیاز برای ساخت و تولید چنین کالاهایی نیز از جنس فولاد است. به عنوان نشانه ای از اهمیت نسبی این ماده ، در سال 2013 تولید فولاد خام جهان حدود 1.6 میلیارد تن بود ، در حالی که تولید مهمترین فلز مهندسی بعدی ، آلومینیوم ، حدود 47 میلیون تن بود. (برای لیستی از تولید فولاد براساس کشور ، به زیر تولید فولاد جهانی مراجعه کنید.) دلایل اصلی محبوبیت فولاد ، هزینه نسبتاً پایین ساخت ، تشکیل و فرآوری آن ، فراوانی دو ماده اولیه آن (سنگ آهن و ضایعات) ، و دامنه بی نظیر آن از خواص مکانیکی.
خواص فولاد
فلز پایه: آهن
ماده اصلی فولاد آهن است ، فلزی که در حالت خالص آن خیلی سخت تر از مس نیست. با وجود موارد بسیار شدید ، آهن در حالت جامد خود مانند همه فلزات ، پلی کریستالی است - یعنی شامل بسیاری از بلورها است که در مرزهای آنها به یکدیگر می پیوندند. کریستال یک ترتیب مرتب از اتم است که به عنوان کره هایی که با یکدیگر لمس می کنند بهتر می توان از آن استفاده کرد. آنها در هواپیما هایی به نام مشبک ها سفارش داده می شوند که از راه های خاصی به یکدیگر نفوذ می کنند. برای آهن ، چیدمان شبکه به بهترین شکل توسط یک مکعب واحد با هشت اتم آهن در گوشه های خود قابل مشاهده است. خاصیت خاص فولاد ، اختصاصی بودن آهن است - یعنی وجود آن به دو شکل کریستالی. در ترتیب مکعب بدن محور (bcc) ، یک اتم آهن اضافی در مرکز هر مکعب وجود دارد. در آرایش مکعب صورت محور (fcc) ، در مرکز هر یک از شش صورت مکعب واحد ، یک اتم آهن اضافی وجود دارد. قابل توجه است که طرف مکعب صورت محور ، یا مسافت بین شبکه های همسایه در آرایش fcc ، حدود 25 درصد بزرگتر از آرایش bcc باشد. این بدان معنی است که فضای بیشتری در fcc وجود دارد تا در ساختار bcc برای نگه داشتن اتم های خارجی (یعنی آلیاژی) در محلول جامد.
اهن؛ تولید فولاد
اهن؛ تولید فولاد
سنگ آهن یکی از وفورترین عناصر موجود در زمین است و یکی از کاربردهای اصلی آن در تولید فولاد است. آهن با کربن ترکیب می شود و به طور کامل شخصیت تغییر می کند و به آلیاژ فولاد تبدیل می شود.
دایره المعارف بریتانیکا ، شرکت
آهن دارای خاصیت اختصاصی بی سی سی در زیر 912 درجه سانتیگراد (1،674 درجه فارنهایت) و از 1،394 درجه سانتیگراد (2،541 درجه فارنهایت) تا نقطه ذوب آن 1.538 درجه سانتیگراد (2،800 درجه فارنهایت) است. به عنوان فریت نیز گفته می شود ، آهن در تشکیل ccc آن نیز آهن آلفا در محدوده دمای پایین تر و آهن دلتا در منطقه دمای بالاتر نیز نامیده می شود. بین 912 درجه و 394 درجه سانتیگراد آهن در دستور fcc خود است که به آن آستنیت یا گاما آهن گفته می شود. رفتار آلوتروپیک آهن با استثنائات اندک در فولاد حفظ می شود ، حتی اگر آلیاژ حاوی مقادیر قابل توجهی از عناصر دیگر باشد.
اصطلاح بتا آهن نیز وجود دارد که به خصوصیات مکانیکی بلکه به خصوصیات مغناطیسی قوی آهن اشاره دارد. در زیر 770 درجه سانتیگراد (1420 درجه فارنهایت) آهن آهن فرومغناطیسی است. درجه حرارت بالای این ویژگی را از دست می دهد و اغلب به آن نقطه Curie گفته می شود.
دسترسی نامحدود به آگهی به تمام محتوای قابل اعتماد Britannica دریافت کنید.
دوره آزمایشی رایگان خود را امروز شروع کنید
اثرات کربن
در فرم خالص آن ، آهن نرم است و به طور کلی به عنوان یک ماده مهندسی مفید نیست. روش اصلی تقویت آن و تبدیل آن به فولاد با افزودن مقادیر کمی از کربن است. در فولاد جامد ، کربن به طور کلی به دو شکل یافت می شود. یا در استونیت و فریت در محلول جامد قرار دارد یا به عنوان کاربید یافت می شود. فرم کاربید می تواند کاربید آهن باشد (Fe3C ، معروف به سیمانیت) ، یا می تواند یک کاربید یک عنصر آلیاژی مانند تیتانیوم باشد. (از طرف دیگر ، در آهن خاکستری ، به دلیل وجود سیلیکون ، که کاربید را سرکوب می کند ، کربن به عنوان پوسته ها یا خوشه های گرافیت ظاهر می شود.)
اثرات کربن بهتر است با یک نمودار تعادل آهن و کربن نشان داده شود. خط A-B-C بیانگر نقاط نقدینگی است (یعنی دما که در آن آهن مذاب شروع به استحکام می کند) ، و خط H-J-E-C بیانگر نقاط solidus است (که در آن تثبیت کامل می شود). خط A-B-C نشان می دهد که با افزایش مقدار کربن مذاب آهن ، درجه حرارت انجماد کاهش می یابد. (این توضیح می دهد که چرا آهن خاکستری ، که حاوی بیش از 2 درصد کربن است ، در دمای بسیار پایین تر از فولاد فرآوری می شود.) فولاد مذاب حاوی ، به عنوان مثال ، مقدار کربن 0.77 درصد (نشان داده شده توسط خط شکاف عمودی در شکل) شروع می شود. تا حدود 1475 درجه سانتیگراد (2،660 درجه فارنهایت) جامد شود و در حدود 1400 درجه سانتیگراد (2،550 درجه فارنهایت) کاملاً جامد باشد. از این نقطه به بعد ، کریستال های آهن همه در حالت آستنیتی قرار گرفته اند ، یعنی fcc and و شامل همه
|
|
ارسال شده در تاریخ ۱۳۹۸ هشتم مهر ساعت 12:00 AM توسط rebarweight
|
ارسال نظر
|