الخصائص الكيميائية والفيزيائية للصلب

الصلب عبارة عن سبيكة ، مزيج معدني مصنوع من الحديد والكربون. يصل محتوى الكربون في الفولاذ إلى 1.5 بالمائة كحد أقصى. نظرًا لصلابته وقوته ، يستخدم الفولاذ في تشييد المباني والجسور والسيارات ومجموعة من تطبيقات التصنيع والهندسة الأخرى.

معظم الفولاذ الذي يتم إنتاجه اليوم عبارة عن صلب كربوني عادي أو ببساطة صلب كربوني. يوجد الكربون في الفولاذ في حالة كربيد الحديد. كما توجد عناصر أخرى ، من بينها الكبريت والفوسفور والمنغنيز والسيليكون.

يُعرّف الفولاذ الكربوني بأنه الفولاذ الذي له خصائصه بشكل أساسي بسبب محتواه من الكربون ولا يحتوي على أكثر من 0.5 في المائة من السيليكون و 1.5 في المائة من المنغنيز. يتم تقسيم الفولاذ الكربوني العادي ، والذي يتراوح من 0.06٪ كربون إلى 1.5٪ كربون ، إلى أربعة أنواع:

• الفولاذ الطري الميت ، ما يصل إلى 0.15 في المائة من الكربون
  
• منخفض الكربون أو صلب خفيف ، 0.15 في المائة إلى 0.45 في المائة كربون
  
• صلب متوسط ​​الكربون ، 0.45 في المائة إلى 0.8 في المائة كربون
  
• فولاذ عالي الكربون ، 0.8٪ إلى 1.5٪ كربون 
  

تتطور هذه الأنواع من الفولاذ من أكثر ليونة إلى صلابة ، ولكنها أيضًا تتجه نحو زيادة الهشاشة. النوع الأول يستخدم في هياكل السيارات. النوع الثاني موجود في منتجات القضبان والسكك الحديدية مثل الوصلات وأعمدة الكرنك والمحاور والتروس والمطروقات. النوع الثالث يستخدم في أدوات القطع وخطوط السكك الحديدية ، والنوع الأخير يستخدم في المكابس والأسطوانات.

تبلغ كثافة الفولاذ 7850 كجم / م³مما يجعل كثافة الماء 7.85 مرة. درجة انصهاره البالغة 1510 درجة مئوية أعلى من معظم المعادن. وبالمقارنة ، تبلغ درجة انصهار البرونز 1040 درجة مئوية ، ونقطة انصهار النحاس 1.083 درجة مئوية ، ونقطة انصهار الحديد الزهر 1300 درجة مئوية ، ونقطة انصهار النيكل 1.453 درجة مئوية. ومع ذلك ، يذوب التنجستن عند درجة حرارة 3،410 درجة مئوية ، وهذا ليس مفاجئًا لأن هذا العنصر يستخدم في خيوط المصباح الكهربائي.

معامل التمدد الخطي للصلب عند 20 درجة مئوية ، بالميكرومتر لكل متر لكل درجة مئوية ، هو 11.1 ، مما يجعله أكثر مقاومة لتغيير الحجم مع تغيرات في درجات الحرارة أكثر من ، على سبيل المثال ، النحاس (16.7) والقصدير (21.4) والرصاص (29.1).

يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ في البناء عندما تكون مقاومة التآكل من الأصول الرئيسية ، كما هو الحال مع السكاكين التي يجب أن تحافظ على حافة حادة. سبب شائع آخر لاستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ هو خصائص درجات الحرارة العالية. في بعض المشاريع ، تعتبر مقاومة الأكسدة عند درجات الحرارة العالية مطلبًا مطلقًا ، بينما في مشاريع أخرى ، تكون قوة درجات الحرارة المرتفعة حاجة أساسية.

كميات صغيرة من المعادن الأخرى المضافة إلى الفولاذ تغير خصائصه بطرق مواتية لبعض التطبيقات الصناعية. على سبيل المثال ، ينتج عن الكوبالت نفاذية مغناطيسية أعلى ويستخدم في المغناطيس. يضيف المنغنيز القوة والصلابة ، والمنتج مناسب لتقاطعات السكك الحديدية شديدة التحمل. يحافظ الموليبدينوم على قوته عند درجات الحرارة المرتفعة ، لذلك تكون هذه المادة المضافة مفيدة عند عمل رؤوس حفر سريعة. يقاوم النيكل والكروم التآكل وعادة ما يتم إضافتهما في صناعة الأدوات الجراحية الفولاذية.