ซูเปอร์แมนอาจเป็น "คนเหล็ก" แต่นักวิทยาศาสตร์ที่ฉลาดอาจถามว่า: ประเภทไหน?
ในขณะที่เหล็กเป็นวัสดุที่แข็งแรงและมีความสำคัญมากที่สุดแห่งหนึ่งของโลก โดยมีการใช้งานทั่วไป ของใช้ในครัวเรือนเช่นคลิปหนีบกระดาษกับคานในตึกระฟ้าและเปลือกรถยนต์ไม่ใช่เหล็กทั้งหมด เท่ากัน. สองที่พบบ่อยที่สุด โลหะผสมเหล็กเหล็กกล้า, 4140 และ 4150 มีความแข็งแรงแตกต่างกันตลอดจนสภาพที่สามารถใช้งานได้
เหล็ก 4140 และ 4150 คืออะไร?
เหล็กเป็นโลหะผสมหรือเป็นส่วนผสมของธาตุมากกว่าหนึ่งชนิด ส่วนใหญ่เป็นเหล็ก โดยมีคาร์บอนประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์ และบางครั้งก็มีวัสดุอื่นเล็กน้อย
เหล็กกล้า 4140 และ 4150 เป็นโลหะผสมที่แข็งแรงและแข็งเป็นพิเศษสองชนิดของเหล็กกล้า นอกจากคาร์บอนแล้ว พวกมันยังมีโครเมียม 0.80 ถึง 1.10 เปอร์เซ็นต์และโมลิบดีนัม 0.15 ถึง 0.25 เปอร์เซ็นต์
4140 กับ 4150 เหล็ก
Society of Automotive Engineers หรือ SAE และ American Iron and Steel Institute หรือ AISI ใช้ a ระบบสี่หลัก เพื่อกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของเหล็ก สำหรับโลหะผสมเหล็ก ตัวเลขสองหลักแรกระบุองค์ประกอบโลหะผสมหลักที่มีอยู่ และสองหลักสุดท้ายให้ปริมาณคาร์บอนในร้อยเปอร์เซ็นต์ ซึ่งหมายความว่าเหล็กกล้า 4140 และ 4150 มีธาตุผสมโครเมียมและโมลิบดีนัมเหมือนกัน แต่เหล็ก 4150 มีคาร์บอนมากกว่า
ในแง่ของคุณสมบัติ ความแตกต่างระหว่างเหล็ก 4140 และ 4150 ได้แก่:
- แรงดึงซึ่งอธิบายความเค้นสูงสุดจากการดึงที่วัสดุสามารถต้านทานได้ก่อนที่จะเริ่มแตกหัก วัสดุ 4150 มีความต้านทานแรงดึงสูงกว่าวัสดุ 4140
- ความเหนียวและสามารถใช้การได้ ซึ่งหมายถึงการใช้เหล็กได้ง่ายเพียงใด แม้ว่าเหล็กทั้ง 4140 และ 4150 สามารถเชื่อมได้ง่าย แต่วัสดุ 4140 เป็นที่รู้จักมากกว่าในเรื่องความเหนียว หรือความสามารถในการดัดงอ และความจริงที่ว่ามันสามารถใช้ได้ในสภาพการทำงานเย็น ในทางกลับกัน วัสดุ 4150 จะต้องผ่านการอบชุบด้วยความร้อนก่อนใช้งาน
D2 กับ 4140 เหล็ก
โลหะผสมเหล็กทั่วไปอีกชนิดหนึ่งที่พบในเครื่องมือเรียกว่า D2 คิดเป็นร้อยละ 86 เหมือนกับเหล็กกล้า 4140 แต่มีเปอร์เซ็นต์คาร์บอนและโครเมียมที่สูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัด เหล็กกล้า D2 สามารถมีความเหนียวสูงที่สุดในบรรดาเครื่องมือเหล็ก
การรักษาความร้อนของโลหะผสมเหล็ก
ผู้ผลิตสามารถกำหนดคุณสมบัติวัสดุของเหล็กต่างๆ ได้ รวมทั้งเหล็ก D2, 1440 และ 1450 โดยกระบวนการที่เรียกว่า การรักษาความร้อน. การควบคุมการใช้ความร้อนกับเหล็กกล้าผสมคาร์บอนอย่างระมัดระวังจะเปลี่ยนการจัดเรียงโมเลกุลภายในเหล็ก ซึ่งนำไปสู่คุณสมบัติที่แตกต่างกัน
ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าผสมที่เป็น อบอ่อน นำไปตั้งไว้ที่อุณหภูมิสูงในเตาเผา แล้วปล่อยให้เย็นลงอย่างช้าๆ ตัวเลือกนี้ส่งผลให้เหล็กมีความเหนียวมากขึ้นและความเปราะบางน้อยลง ซึ่งหมายความว่าจะไม่แตกหักจากความเค้นภายในได้ง่ายเท่ากับตัวเลือกอื่น
ในขณะเดียวกัน การแบ่งเบาบรรเทา เป็นกรรมวิธีทางความร้อนที่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำและเพิ่มความเหนียวและความเหนียวของวัสดุ แม้ว่าจะลดความแข็งแรงของวัสดุไปบ้างก็ตาม ยิ่งได้รับค่าความเหนียวมากเท่าไร ความแข็งแรงก็จะยิ่งสูญเสียไปมากเท่านั้น แต่โดยปกติแล้ว การเปลี่ยนแปลงกรณีการใช้งานของเหล็กจะไม่มากนัก วัสดุอื่นๆ รวมทั้งอะลูมิเนียม ผ่านการอบชุบด้วยวิธีเดียวกัน
โลหะผสมเหล็กอื่นๆ
นอกจากคาร์บอน โครเมียม และโมลิบดีนัมแล้ว มักใช้องค์ประกอบอื่นๆ อีกหลายอย่างเพื่อสร้างโลหะผสมเหล็กที่มีคุณสมบัติเฉพาะ ได้แก่ โคบอลต์ แมงกานีส ทังสเตน และวาเนเดียม
นอกจากเหล็กกล้า 1440 และ 1450 แล้ว โลหะผสมที่พบมากที่สุดคือ 4340 (เหล็กกล้านิกเกิล-โครเมียม-โมลิบดีนัม), 6150 (เหล็กกล้าโครเมียม-วานาเดียม) และ 8620 (เหล็กกล้า HSLA)
HSLA ย่อมาจาก "โลหะผสมต่ำที่มีความแข็งแรงสูง," ซึ่งหมายความว่าเหล็กได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะ เครื่องกล ความต้องการมากกว่า เคมีภัณฑ์ องค์ประกอบ ดังนั้น ในความเป็นจริงแล้ว โลหะผสมเหล็ก HSLA ชนิดที่กำหนดอาจมีองค์ประกอบที่แตกต่างกันออกไป เหล็ก 8620 เรียงตามลำดับจากมากไปน้อยประกอบด้วย: เหล็ก คาร์บอน ซิลิกอน โมลิบดีนัม แมงกานีส นิกเกิล โครเมียม กำมะถัน และฟอสฟอรัส
