มี“ เหล็กที่ไม่ใช่เหล็ก” หรือไม่?

มีโลหะผสมเหล็กจำนวนมากที่มีเหล็กคาร์บอนและโลหะอื่น ๆ เป็นส่วนใหญ่ โดยทั่วไปแล้วเราสามารถนึกถึงพวกเขาราวกับว่าพวกเขาเป็นเหล็กบางประเภท

คำถามของฉันคือ: "มีเหล็กที่ไม่ใช่เหล็ก" หรือไม่? ฉันกำลังคิดถึงโลหะบริสุทธิ์ที่ไม่ใช่เหล็กที่มีคาร์บอนเล็กน้อยเช่นเดียวกับที่เติมลงในเหล็กเพื่อเปลี่ยนเป็นเหล็ก หรือถามอีกวิธีหนึ่งมีโลหะอื่นนอกเหนือจากเหล็กที่เจือด้วยคาร์บอนเพื่อสร้างโลหะผสมเช่นเหล็กหรือไม่

โดยทั่วไปแล้วการเติมคาร์บอนมีผลต่อคุณสมบัติของโลหะเหล่านี้อย่างไร?

เหล็กและคาร์บอนมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งทำให้พวกเขาแตกต่างจากโลหะผสมวิศวกรรมส่วนใหญ่ นี่คือทั้งขนาดของอะตอม C และ Fe และขนาดของสารเคมี

อะตอมของคาร์บอนนั้นมีขนาดพอเหมาะที่จะสอดเข้าไปในตะแกรงเหล็กซึ่งเป็นสายพันธุ์ที่เพียงพอที่จะค่อนข้างแข็งและแข็งแรงกว่าเหล็กบริสุทธิ์ อย่างไรก็ตามส่วนที่สำคัญจริงๆคือการมีคาร์บอนช่วยให้เหล็กได้รับการบำบัดความร้อน ที่นี่มีการให้ความร้อนเหนืออุณหภูมิวิกฤติที่โครงสร้างผลึกเปลี่ยนแปลงและหากเย็นลงอย่างรวดเร็วปริมาณคาร์บอนจะป้องกันไม่ให้กลับสู่โครงสร้างปกติที่อุณหภูมิห้องและแทนที่เป็นโครงสร้างแบบหลายเฟสซึ่งเน้นหนัก แต่ทางเคมี มั่นคงและเป็นเช่นนี้ยากมากที่มีความต้านทานแรงดึงสูง สิ่งนี้สามารถแก้ไขเพิ่มเติมได้โดยการควบคุมการอุ่นเพื่อกลับการเปลี่ยนแปลงนี้บางส่วนและผลิตวัสดุที่มีความแข็งและความแข็งแกร่งที่สามารถควบคุมได้

โปรดทราบว่าข้างต้นเป็นภาพรวมอย่างรวดเร็วและมีหนังสือทั้งเล่มเกี่ยวกับพฤติกรรมโดยละเอียดของเหล็กเนื่องจากระบบเหล็กคาร์บอนสามารถมีอยู่ได้หลายสถานะที่แตกต่างกันกับโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกันและการผสมผสานโครงสร้างจุลภาคต่างๆของพวกเขา

กรรมวิธีทางความร้อนชนิดนี้มีลักษณะเฉพาะกับเหล็กค่อนข้างมากและแตกต่างอย่างมากจากวิธีที่โลหะผสมส่วนใหญ่ประพฤติและเป็นผลมาจากการมีปฏิสัมพันธ์เฉพาะระหว่างเหล็กกับคาร์บอนและขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าเหล็กสามารถดำรงอยู่ได้ ลูกบาศก์คริสตัล

มันสามารถทำได้โดยความเข้มข้นของคาร์บอนต่ำมากมักจะน้อยกว่า 1.2% หรือมากกว่านั้น ในความเป็นจริงเพียง 0.7% คาร์บอนโดยมวลจะละลายในเหล็กและส่วนเกินใด ๆ ที่มีแนวโน้มที่จะสร้างคาร์ไบด์หรือตกตะกอนออกมาเป็นกราไฟท์ (เช่นในเหล็กหล่อ)

มีคาร์ไบด์โลหะหลายชนิดที่ใช้งานอยู่ (เช่นทังสเตนคาร์ไบด์) แต่สิ่งเหล่านี้เป็นเซรามิกมากกว่าที่จะเป็นโลหะผสมของแข็ง

นอกจากนี้ยังมีสแตนเลสอย่างน้อยหนึ่งประเภท (H1) ซึ่งมีการตกตะกอนแข็งตัวและมีไนโตรเจนแทนคาร์บอน นี่เป็นกลไกการชุบแข็งที่แตกต่างจากเหล็กกล้าคาร์บอน วัตถุประสงค์ในการกำจัดคาร์บอนคือการปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในน้ำเกลือ ฉันเคยพบนี่เป็นเหล็กใบมีด นอกจากนี้ยังมีเหล็กกล้าไร้สนิมคาร์บอนต่ำ แต่เหล่านี้ไม่สามารถชุบแข็งได้โดยการอบชุบด้วยความร้อนและออกแบบมาเพื่อการเชื่อมที่ดีขึ้น

เหล็กกล้าหมายถึงโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน ไม่มีสิ่งเช่นเหล็กที่ไม่ใช่เหล็ก หากคุณผสมโลหะอื่นกับคาร์บอนมันจะกลายเป็นสิ่งอื่นที่ไม่ใช่เหล็ก กำลังมองหาเหล็กที่ไม่มีเหล็กอยู่มันก็เหมือนกับการมองหาทองเหลืองหรือบรอนซ์ที่ไม่มีทองแดง คุณสามารถผสมสิ่งอื่น ๆ นอกเหนือจากทองแดงด้วยสังกะสีดีบุกหรืออลูมิเนียม แต่สิ่งเหล่านั้นจะไม่ใช่ทองเหลืองหรือบรอนซ์

เท่าที่โลหะผสมอื่น ๆ ที่มีคาร์บอนบทความวิกิพีเดียนี้มีรายการโลหะผสมหลากหลายชนิด (เท่าที่คุณเห็นมีจำนวนมาก) และการค้นหาผ่านคุณจะเห็นว่าไม่มี สิ่งอื่น ๆ อีกมากมายที่ผสมกับคาร์บอนนอกเหนือจากเหล็ก ด้วยเหตุนี้ฉันจึงไม่มีคำตอบที่ดี

สรุป: ระบบ Fe-C และเหล็กกล้านั้นมีความพิเศษเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงยูเทคตอยด์จากขั้นตอนการละลายสูงไปเป็นขั้นตอนการละลายต่ำที่ช่วยให้โครงสร้างทางจุลภาคและคุณสมบัติต่างๆมีความหลากหลายและปรับได้ง่าย โลหะทรานซิชันแถวแรกอื่นมีพฤติกรรมที่แตกต่างกันและใช้ประโยชน์น้อยกว่าเมื่อผสมกับคาร์บอน

Fe-C เป็นระบบโลหะคาร์บอนเปลี่ยนผ่านแถวแรกที่มีการเปลี่ยนแปลงยูเทคตอยในเฟสไดอะแกรมการแปลงยูเทคตอยจะเปลี่ยนออสเทนไนต์เป็นเฟอร์ไรต์และซีเมนต์เมื่อเย็น ออสเทนไนท์มีความสามารถในการละลายคาร์บอนสูงและเฟอร์ไรต์มีความสามารถในการละลายคาร์บอนต่ำ ฉันเลือกโลหะทรานซิชันแถวแรกเนื่องจากพวกมันมักจะมีพฤติกรรมทางเคมี "ใกล้" กับเหล็กที่มีราคาความหนาแน่นและคุณสมบัติ "ชัดเจน" อื่น ๆ ที่คล้ายคลึงกัน (ยกเว้น scandium ซึ่งหายากและมีราคาแพงมาก) และการตรวจสอบโลหะทั้งหมด 70+ ชิ้นนั้นเป็นงานที่พอเหมาะสำหรับคำตอบนี้

ธรรมชาติของการแปลงยูเทคตอยด์ทำให้โครงสร้างจุลภาคจำนวนมากและมีคุณสมบัติในการปรับระดับสูง พิจารณาเหล็กยูเทคตอย austenitized และทำให้เย็นลงในอัตราที่แตกต่างกัน:

• ถ้าระบายความร้อนอย่างช้าๆจะเป็นโครงสร้างจุลภาคของไข่มุกที่แข็งแกร่งปานกลาง Pearlite เป็นผลมาจากกระบวนการที่ทำให้เกิดความร่วมมือและการเจริญเติบโตเนื่องจากคาร์บอนทำให้ออสเทนไนต์เปลี่ยนไปเป็นเฟอร์ไรต์ทำให้เกิดลามิเนลสลับกันของเฟอร์ไรต์และซีเมนต์
• ถ้าระบายความร้อนอย่างรวดเร็วปานกลางแล้วจัดขึ้นเป็นระยะเวลาหนึ่งรูปแบบโครงสร้างจุลภาค bainite ที่หนักกว่ามาก จลนศาสตร์ของการเกิดไบนิทนั้นไม่เป็นที่เข้าใจ แต่โครงสร้างจุลภาคเป็นการจัดเรียงที่ไม่เป็นระเบียบของซีเมนต์และเฟอร์ไรต์อีกครั้งซึ่งเป็นผลมาจากคาร์บอนออกมาจากสารละลายเมื่อออสเทนไนต์เปลี่ยนเป็นเฟอร์ไรต์
• ถ้าเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วมากรูปแบบจุลภาคที่แข็งแกร่งและแข็งมาก การก่อตัวของมาร์เทนไซท์เป็นกระบวนการที่ไม่มีการแพร่กระจายของคาร์บอนที่ถูกกักอยู่ในออสเทนไนท์ในขณะที่มันเปลี่ยนไปเป็นโครงสร้าง BCC โดยการบิดเบือนตาข่ายเป็นโครงสร้างบีซีทีที่ทำให้เครียดมากขึ้น ด้วยการปรับเปลี่ยนปริมาณของคาร์บอนและสร้างสรรค์ด้วยตารางการให้ความร้อนจึงมีชุดโครงสร้างจุลภาคที่หลากหลาย

ด้วยการผสมและการรักษาความร้อนที่เหมาะสมจึงมีความเป็นไปได้ที่จะมีเหล็กกล้าที่มีออสเทนไนต์, เฟอร์ไรต์, เพิร์ลไลท์, ไบไนท์และมาร์เทนไซต์ในวัสดุเดียวกันทั้งหมด โครงสร้างจุลภาคที่ซับซ้อนดังกล่าวนั้นเป็นไปไม่ได้ในระบบโลหะคาร์บอนคาร์บอนช่วงหัวเลี้ยวหัวต่ออื่น ๆ

ความสามารถในการบำบัดความร้อนทั้งหมดและโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติอันหลากหลายทั้งหมดนั้นเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของยูเทคตอยด์ซึ่งจะนำเฟสที่ละลายได้สูงไปเป็นเฟสที่มีความสามารถในการละลายต่ำ การเปลี่ยนแปลงของยูเทคตอยด์นั้นเกิดจากการเปลี่ยนเฟสจากออสเทนไนท์ (FCC) เป็นเฟอร์ไรต์ (BCC) และทำให้สูญเสียความสามารถในการละลายคาร์บอนได้อย่างมีนัยสำคัญ คำตอบสำหรับคำถามของคุณนั้นไม่มีประสิทธิภาพไม่มีโลหะผสมอื่น ๆ (ซึ่งฉันทราบ) ที่ทำงานเหมือนเหล็กในระหว่างการประมวลผล คำตอบสำหรับคำถามสำรองของคุณคือคาร์บอนมีประโยชน์น้อยกว่าและมีผลกระทบที่ไม่เกิดประโยชน์กับโลหะทรานซิชันแถวแรกอื่น ๆ

ด้านล่างนี้คือแผนภาพเฟสเฟส Fe-C, Ni-C และ Mn-C สำหรับการเปรียบเทียบ โปรดสังเกตว่าเฟสเฟส Fe-C หยุดที่ 0.2 a / a C ในขณะที่คนอื่นไปที่ 1.0 a / a C. Ni-C ไม่มี eutectoid เพียงการเปลี่ยนแปลงของยูเทคติกและทำให้เกิดฝนแข็งตัวเท่านั้น การก่อตัวของโครงสร้างจุลภาคอื่น ๆ จะต้องเกิดขึ้นในระหว่างการแข็งตัว ไดอะแกรมเฟส Mn-C มี eutectoid แต่เปลี่ยนจากเฟสที่มีความสามารถในการละลายสูงไปเป็นระยะที่มีความสามารถในการละลายสูงซึ่งหมายความว่าปริมาณคาร์บอนจำนวนมากจะอยู่ในช่วงอุณหภูมิต่ำกว่า (เกือบ 10% ต่อ a C) มีเหล็กน้อยกว่า 1% a / a C) ซึ่งจะส่งผลให้เกิดความเปราะบางมาก

ดูความคิดเห็น ขึ้นอยู่กับจุดเริ่มต้นของ:

Super 13cr is defined as a low-carbon stainless steel. The chemical composition specified from suppliers such as Sumitomo specifies Fe min 0%- Max 0%, C is to be below 0,03.
    Commonly used in oil and gass applications to resist sour environments and some H2S. But it's expensive as... 4 chickens, in solid gold.

http://www.howcogroup.com/materials/mechanical-tubing-octg/grade-super-13-cr-13-5-2-tube.html