خليط معدني

سبائك الصلب منخفض
الفولاذ منخفض السبائك هو الفولاذ الذي تحتوي عناصر السبائك فيه على أقل من 8% من تركيبة المعدن. تتم إضافة عناصر السبائك هذه لتحسين الخواص الميكانيكية للصلب. على سبيل المثال: الموليبدينوم يحسن القوة. يزيد النيكل من صلابة المعدن، ويضيف الكروم قوة درجات الحرارة العالية، ومقاومة التآكل، والصلابة.
يستخدم الفولاذ منخفض السبائك على نطاق واسع في صناعة التصنيع والبناء. تشمل الاستخدامات الشائعة لهذا الفولاذ: المركبات العسكرية، ومعدات البناء، والسفن، وخطوط الأنابيب، وأوعية الضغط، والفولاذ الهيكلي، ومنصات حفر النفط.

فولاذ عالي القوة ومنخفض السبائك (HSLA).
يوفر الفولاذ ذو السبائك المنخفضة عالي القوة (HSLA) أو الفولاذ المخلوط بدقة قوة عالية ومقاومة جيدة للتآكل في الغلاف الجوي. هناك ست فئات رئيسية من الفولاذ HSLA: الفولاذ المقاوم للتجوية، والفولاذ الفريت الحلقي، والفولاذ المخفض بالبيرلايت، والفولاذ ثنائي الطور، والفولاذ المدلفن بالتحكم، والفولاذ المصنوع من الفريت والبيرلايت. عادة، يتم استخدام النحاس والكروم والفوسفور والسيليكون لتعزيز مقاومة التآكل، في حين يتم استخدام الفاناديوم والنيوبيوم والتيتانيوم والنحاس لزيادة القوة. القوة الكبيرة لفولاذ HSLA يمكن أن تجعل تشكيله صعبًا.
يستخدم HSLA على نطاق واسع في صناعة السيارات. يمكن استخدام فولاذ HSLA المدلفن على الساخن في أنظمة التعليق والهيكل والعجلات وآليات المقاعد. في حين يمكن استخدام فولاذ HSLA المدرفل على البارد في التعزيزات وأقواس المقاعد.

سبائك الصلب عالية
يتميز الفولاذ عالي السبائك بمحتواه العالي من السبائك بنسبة تزيد عن 8% من إجمالي تركيب الفولاذ. قد يكون تصنيع الفولاذ عالي السبائك مكلفًا وقد يكون العمل به أمرًا صعبًا. ومع ذلك، فإن هذه الدرجات مثالية لتطبيقات السيارات، والمكونات الهيكلية، والمعالجة الكيميائية، ومعدات توليد الطاقة بسبب صلابتها، ومقاومتها للتآكل، وصلابتها.

الفولاذ المقاوم للصدأ
يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ أحد أشهر سبائك الفولاذ وأكثرها مقاومة للتآكل. عادةً ما يحتوي على مزيج من النيكل والكروم والموليبدينوم كعناصر صناعة السبائك الرئيسية، والتي تشكل حوالي 11-30٪ من تركيبة الفولاذ. توجد ثلاثة أنواع من الفولاذ المقاوم للصدأ: الأوستنيتي، الحديدي، والمارتنسيتي.
عادةً ما يتم استخدام الفولاذ الأوستنيتي لاحتواء السوائل المسببة للتآكل والآلات المستخدمة في صناعات التعدين أو الكيماويات أو الهندسة المعمارية أو الصيدلانية. تم العثور على كميات عالية من النيكل (تصل إلى 35%) والموليبدينوم والكروم (16-26%) والنيوبيوم في الفولاذ الأوستنيتي، مع ما يصل إلى 0.15% من الكربون. غالبًا ما يتمتع الفولاذ الأوستنيتي بأفضل مقاومة للتآكل مقارنة بجميع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ. تتمتع هذه الفولاذ أيضًا بقابلية تشكيل وقوة عالية وعادةً ما تكون مرغوبة لخصائصها عند درجات الحرارة القصوى.
الفولاذ الحديدي، المستخدم في الآلات الصناعية والسيارات، هو عبارة عن درجة من الفولاذ المقاوم للصدأ تحتوي على أقل من 0.10% كربون وأكثر من 12% كربون. تم تطوير هذه الدرجة من الفولاذ لمقاومة التآكل والأكسدة، وبشكل أكثر تحديدًا تآكل التشقق. هذه الفولاذات غير قابلة للتصلب بشكل أساسي من خلال المعالجة الحرارية، ولا يمكن تصلبها إلا قليلاً عن طريق الدرفلة على البارد.
يحتوي الفولاذ المارتنسيتي، الذي يستخدم في الغالب في أدوات المائدة، على محتوى نموذجي من الكروم يتراوح بين 11.6 إلى 18% مع إضافة 1.2% من الكربون والنيكل أحيانًا. كمجموعة، أعلى محتوى من الكروم في الفولاذ المارتنسيتي أقل من أعلى محتوى من الكروم في الفولاذ الحديدي والأوستنيتي. يُعرف الفولاذ المارتنسيتي بصلابته الاستثنائية ومقاومته الخفيفة للتآكل. وهذا يجعلها مثالية لأدوات المائدة والشدات والأدوات الجراحية والتوربينات.

فولاذ ذو سبائك دقيقة
غالبًا ما يُشار إلى الفولاذ ذو السبائك المنخفضة عالي القوة (HSLA) على أنه فولاذ ذو سبائك دقيقة.

الفولاذ المتقدم عالي القوة (AHSS)
يستخدم الفولاذ المتقدم عالي القوة (AHSS) بشكل أساسي في صناعة السيارات. تلعب هذه السبيكة المعدنية دورًا رئيسيًا في تقليل الوزن الإجمالي للمركبات. ويتميز بخصائص فريدة، مثل: القوة العالية وقابلية التشكيل المحسنة - مما يجعله مثاليًا لتطبيقات السيارات.

ماراجينج ستيل
فولاذ Maraging هو نوع خاص من سبائك الفولاذ ذات محتوى منخفض من الكربون. يتمتع هذا الفولاذ فائق القوة بصلابة فائقة وليونة جيدة مقارنة بمعظم أنواع الفولاذ. على النقيض من سبائك الصلب الأخرى، يتم تقوية الفولاذ المتأرجح عن طريق ترسيب المركبات المعدنية، وليس عن طريق وجود الكربون. يجمع فولاذ Maraging بين القوة والصلابة العالية مع ليونة عالية نسبيًا بفضل نقص الكربون واستخدام الترسيب المعدني. أنواع الرواسب الرئيسية هي Ni3Mo، وNi3Ti، وNi3Al، وFe2Mo، والتي توجد أيضًا في أجزاء كبيرة الحجم. يُستخدم فولاذ الماراجينج بشكل أساسي في قطاع الطيران بالإضافة إلى صناعة الأدوات والأسلحة.

أداة الصلب
الأدوات الفولاذية هو مصطلح يستخدم لوصف مجموعة من الفولاذ الكربوني وسبائك الفولاذ المناسبة تمامًا لإنتاج الأدوات. وتتميز هذه الفولاذ بصلابتها ومقاومتها للتآكل وصلابتها ومقاومتها للتليين عند درجات الحرارة المرتفعة. قوة تطبيق الفولاذ المثالية، ومقاومته للتليين عند درجات الحرارة العالية. الاستخدام المثالي لفولاذ الأدوات هو تصنيع الأدوات، بما في ذلك (على سبيل المثال لا الحصر) قوالب الآلات والأدوات اليدوية.

تشمل الطرق المستخدمة لتصنيع سبائك الفولاذ تلك التي تستخدم عناصر صناعة السبائك مثل الكروم والنيكل والموليبدينوم والفاناديوم وما إلى ذلك. اعتمادًا على نوع ودرجة الفولاذ المطلوب، يتم استخدام عمليات مختلفة لإنشاء سبائك الفولاذ. بعض العمليات الشائعة هي:

عملية فرن القوس الكهربائي (EAF).

مادة التغذية الأولية لهذا الإجراء هي خردة الفولاذ أو الحديد المختزل المباشر (DRI)، والذي يتم صهره في فرن كهربائي. عن طريق نفخ الأكسجين أو تفريغ الغاز، يتم إدخال عناصر صناعة السبائك إلى الفولاذ المصهور وتنقيتها. يتم بعد ذلك تشكيل الفولاذ إلى ألواح أو سبائك أو أزهار أو قضبان أو أشكال أخرى.

عملية صناعة الصلب الأكسجين الأساسية (BOS).

المادة الأولية لهذا الإجراء هي الحديد الخام السائل من الفرن العالي وخردة الفولاذ، وتتم أكسدة الشوائب عن طريق نفخ الأكسجين في المحول. عن طريق التفريغ الفراغي أو تعدين المغرفة، يتم إدخال عناصر صناعة السبائك إلى الفولاذ المنصهر قبل تكريره. يتم بعد ذلك تشكيل الفولاذ إلى ألواح أو سبائك أو أزهار أو قضبان أو أشكال أخرى.

عملية فرن الحث الكهربائي (EIF).

في هذه الطريقة، يعتبر نفايات الفولاذ هي المادة الأولية، ويتم صهره باستخدام الحث الكهرومغناطيسي في فرن الحث. يتم استخدام تعدين المغرفة لصقل الفولاذ المنصهر بعد إدخال عناصر صناعة السبائك. يتم بعد ذلك تشكيل الفولاذ إلى ألواح أو سبائك أو أزهار أو قضبان أو أشكال أخرى.

عملية بوتقة

باستخدام الفحم كمصدر للوقود، يقوم هذا الإجراء بإذابة السبائك الحديدية وخردة الفولاذ والحديد المطاوع في بوتقة محكمة الإغلاق. ينظم تكوين مادة التغذية كمية الكربون وعناصر السبائك. بعد الصهر، يتم تشكيل الفولاذ إلى سبائك.

عملية بسمر

يعتبر الحديد الخام بمثابة المادة الأولية لهذه العملية، ويتم نفخ الهواء في محول على شكل كمثرى لأكسدة الملوثات. يمكن للمرء تنظيم مكونات صناعة السبائك ومحتوى الكربون عن طريق إضافة المنغنيز الحديدي أو سبيجليزن (حديد خام غني بالمنغنيز) إلى الفولاذ المنصهر. بعد الصهر، يتم تشكيل الفولاذ إلى سبائك.

عملية الموقد المفتوح

يعتبر الحديد الخام ونفايات الفولاذ من المواد الأولية المستخدمة في هذه العملية، والتي تذوبها في موقد ضحل باستخدام الغاز أو الزيت كوقود. يمكن إضافة الحجر الجيري وخام الحديد ومواد أخرى إلى الفولاذ المنصهر لتنظيم محتوى السبائك والكربون. بعد الصهر، يتم تشكيل الفولاذ إلى سبائك.

بعد الصب، تتم معالجة سبائك الصلب أو السبائك أو الكتل أو الألواح بشكل أكبر لإنشاء مجموعة متنوعة من الأشكال والأشكال لمنتجات سبائك الصلب، بما في ذلك القضبان والقضبان والأسلاك والألواح والألواح وخطوط الأنابيب والأنابيب. تشمل طرق المعالجة الإضافية الدرفلة على الساخن، والدرفلة على البارد، وعملية الحدادة، والتصنيع الآلي، والمعالجة الحرارية، ومعالجة الأسطح.

الحديد النقي ناعم للغاية بحيث لا يمكن استخدامه لغرض البناء، ولكن إضافة كميات صغيرة من العناصر الأخرى (الكربون أو المنغنيز أو السيليكون على سبيل المثال) تزيد بشكل كبير من قوته الميكانيكية.
عادة ما تكون السبائك أقوى من المعادن النقية، على الرغم من أنها توفر عمومًا توصيلًا كهربائيًا وحراريًا منخفضًا. القوة هي المعيار الأكثر أهمية الذي يتم من خلاله الحكم على العديد من المواد الإنشائية. ولذلك، يتم استخدام السبائك في البناء الهندسي. ينتج التأثير التآزري لعناصر صناعة السبائك والمعالجة الحرارية مجموعة هائلة من الهياكل المجهرية والخصائص.

كربون.الكربون عنصر غير معدني، وهو عنصر مهم في صناعة السبائك في جميع المواد التي تعتمد على المعادن الحديدية. يوجد الكربون دائمًا في السبائك المعدنية، أي في جميع درجات الفولاذ المقاوم للصدأ والسبائك المقاومة للحرارة. الكربون عبارة عن أوستنيتيزر قوي جدًا ويزيد من قوة الفولاذ. في الواقع، هو عنصر التصلب الرئيسي وهو ضروري لتكوين السمنتيت، Fe3C، البرليت، الكرويديت، والمارتنسيت الحديد والكربون. إن إضافة كمية صغيرة من الكربون غير المعدني إلى الحديد يؤدي إلى ليونة كبيرة للحصول على قوة أكبر. إذا تم دمجه مع الكروم كمكون منفصل (كربيد الكروم)، فقد يكون له تأثير ضار على مقاومة التآكل عن طريق إزالة بعض الكروم من المحلول الصلب في السبيكة، ونتيجة لذلك، تقليل كمية الكروم المتاحة لضمان المقاومة للتآكل.

الكروم.يزيد الكروم من الصلابة والقوة ومقاومة التآكل. إن التأثير القوي لتشكيل كربيدات معدنية مستقرة عند حدود الحبوب والزيادة القوية في مقاومة التآكل جعل الكروم مادة هامة لصناعة السبائك للصلب. تعتمد مقاومة هذه السبائك المعدنية للتأثيرات الكيميائية للعوامل المسببة للتآكل على التخميل. لكي يحدث التخميل ويظل مستقرًا، يجب أن تحتوي سبيكة Fe-Cr على حد أدنى من محتوى الكروم يبلغ حوالي 11% بالوزن، وفوق هذا الحد يمكن أن يحدث السلبية وتحته يكون من المستحيل. يمكن استخدام الكروم كعنصر تصلب ويستخدم بشكل متكرر مع عنصر تقوية مثل النيكل لإنتاج خواص ميكانيكية فائقة. في درجات الحرارة المرتفعة، يساهم الكروم في زيادة القوة. يحتوي فولاذ الأدوات عالي السرعة على ما بين 3 و5% من الكروم. يتم استخدامه عادة لتطبيقات من هذا النوع بالتزامن مع الموليبدينوم.

النيكل.النيكل هو أحد عناصر صناعة السبائك الأكثر شيوعًا. يتم استخدام حوالي 65٪ من إنتاج النيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ. نظرًا لأن النيكل لا يشكل أي مركبات كربيد في الفولاذ، فإنه يبقى في محلول في الفريت، وبالتالي تقوية وتشديد مرحلة الفريت. يتم معالجة فولاذ النيكل بالحرارة بسهولة لأن النيكل يخفض معدل التبريد الحرج. تُظهر السبائك القائمة على النيكل (مثل سبائك Fe-Cr-Ni(Mo)) ليونة وصلابة ممتازة، حتى عند مستويات القوة العالية ويتم الاحتفاظ بهذه الخصائص حتى درجات حرارة منخفضة. يقلل النيكل أيضًا من التمدد الحراري لتحقيق استقرار أفضل للأبعاد. النيكل هو العناصر الأساسية للسبائك الفائقة، وهي مجموعة من سبائك النيكل والحديد والنيكل والكوبالت المستخدمة في المحركات النفاثة. تتمتع هذه المعادن بمقاومة ممتازة لتشوه الزحف الحراري وتحتفظ بصلابتها وقوتها وصلابتها وثبات أبعادها عند درجات حرارة أعلى بكثير من المواد الهيكلية الفضائية الأخرى.

الموليبدينوم.يوجد الموليبدينوم بكميات صغيرة في الفولاذ المقاوم للصدأ، ويزيد من الصلابة والقوة، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة. نقطة الانصهار العالية للموليبدينوم تجعله مهمًا لإعطاء القوة للصلب والسبائك المعدنية الأخرى عند درجات حرارة عالية. الموليبدينوم فريد من نوعه من حيث أنه يزيد من قوة الشد والزحف للفولاذ في درجات الحرارة العالية. إنه يؤخر تحول الأوستينيت إلى البرليت أكثر بكثير مما يؤخر تحول الأوستينيت إلى بينيت؛ وبالتالي، يمكن إنتاج الباينيت عن طريق التبريد المستمر للفولاذ المحتوي على الموليبدينوم.

الفاناديوم.يضاف الفاناديوم عمومًا إلى الفولاذ لمنع نمو الحبوب أثناء المعالجة الحرارية. من خلال التحكم في نمو الحبوب، فإنه يحسن قوة ومتانة الفولاذ المقسى والمقسى.

التنغستن.ينتج التنغستن كربيدات مستقرة ويحسن حجم الحبوب لزيادة الصلابة، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة. يستخدم التنغستن على نطاق واسع في فولاذ الأدوات عالي السرعة وقد تم اقتراحه كبديل للموليبدينوم في الفولاذ الحديدي منخفض التنشيط للتطبيقات النووية.