لماذا يتحطم الفولاذ؟

هناك الآلاف من أنواع الفولاذ المستخدمة في مختلف الصناعات. كل فولاذ له اسم تجاري مختلف بسبب الخصائص المختلفة أو التركيب الكيميائي أو نوع السبيكة ومحتواها. على الرغم من أن قيم صلابة الكسر تسهل إلى حد كبير اختيار كل فولاذ، إلا أن تطبيق هذه المعلمات يمثل صعوبة على جميع أنواع الفولاذ. الأسباب الرئيسية هي:

• 1. نظرًا لأنه يلزم إضافة كمية معينة من بعض أو أكثر من عناصر السبائك في صهر الفولاذ، يمكن الحصول على بنية مجهرية مختلفة بعد المعالجة الحرارية البسيطة، وبالتالي تغيير الخصائص الأصلية للفولاذ؛
• 2. نظرًا لأن العيوب المتولدة في عملية صناعة الفولاذ والصب، وخاصة العيوب المركزة (مثل المسام والشوائب وما إلى ذلك) تكون حساسة للغاية أثناء الدرفلة، وتحدث تغييرات مختلفة بين أوقات الفرن المختلفة لنفس الفولاذ ذي التركيب الكيميائي، وحتى في أجزاء مختلفة من نفس السبيكة، مما يؤثر على جودة الفولاذ. نظرًا لأن صلابة الفولاذ تعتمد بشكل أساسي على البنية المجهرية وتشتت العيوب (تمنع العيوب المركزة بشكل صارم)، وليس على التركيب الكيميائي. لذلك، ستتغير الصلابة بشكل كبير بعد المعالجة الحرارية.

من أجل استكشاف خصائص الفولاذ وأسباب الكسر بعمق، من الضروري أيضًا إتقان العلاقة بين علم الفلزات الفيزيائية والبنية المجهرية وصلابة الفولاذ.

تأثير تكنولوجيا المعالجة

من المعروف من الممارسة أن أداء التأثير للفولاذ المبرد بالماء أفضل من أداء الفولاذ الملدن أو الطبيعي، لأن التبريد السريع يمنع تكوين السمنتيت عند حدود الحبيبات ويعزز تنعيم حبيبات الفريت.

يتم بيع العديد من أنواع الفولاذ في الحالة المدرفلة على الساخن، ولظروف الدرفلة تأثير كبير على خصائص التأثير. ستؤدي درجة حرارة الدرفلة النهائية المنخفضة إلى تقليل درجة حرارة انتقال التأثير، وزيادة معدل التبريد وتعزيز حبيبات الفريت لتصبح أدق، وبالتالي تحسين صلابة الفولاذ. نظرًا لأن معدل تبريد اللوحة السميكة أبطأ من معدل تبريد اللوحة الرقيقة، فإن حبيبات الفريت تكون أكثر سمكًا من حبيبات اللوحة الرقيقة. لذلك، في ظل نفس ظروف المعالجة الحرارية، تكون الألواح السميكة أكثر هشاشة من الألواح الرقيقة. لذلك، تُستخدم المعالجة الطبيعية بشكل شائع بعد الدرفلة على الساخن لتحسين خصائص الألواح الفولاذية.

يمكن للدرفلة على الساخن أيضًا أن تنتج أنواعًا من الفولاذ متباينة الخواص وفولاذًا مرنًا اتجاهيًا بهياكل مختلطة مختلفة، وشرائط بيرلايت وحدود حبيبات الشوائب في نفس اتجاه الدرفلة. يتم تشتيت شريط البيرلايت والشوائب الممدودة بشكل خشن إلى قشور، مما يؤثر بشكل كبير على صلابة الشق عند درجة الحرارة المنخفضة في نطاق درجة حرارة انتقال شاربي.

تأثير محتوى الكربون بنسبة 0.3% ~ 0.8%

محتوى الكربون في الفولاذ ناقص اليوتكتويد هو 0.3% ~ 0.8%، والفريت قبل اليوتكتويد هو مرحلة مستمرة ويتشكل أولاً عند حدود حبيبات الأوستينيت. يتشكل البيرلايت في حبيبات الأوستينيت ويمثل 35% ~ *** من البنية المجهرية. بالإضافة إلى ذلك، تتشكل مجموعة متنوعة من هياكل التجميع داخل كل حبيبة أوستينيت، مما يجعل البيرلايت متعدد البلورات.

نظرًا لأن قوة البيرلايت أعلى من قوة الفريت قبل اليوتكتويد، فإن تدفق الفريت محدود، بحيث تزداد قوة الخضوع ومعدل تصلب الإجهاد للفولاذ مع زيادة محتوى الكربون في البيرلايت. يتم تعزيز التأثير المحدد مع زيادة عدد الكتل المتصلبة وتنقيه حجم الحبيبات قبل اليوتكتويد للبيرلايت.

عندما تكون هناك كمية كبيرة من البيرلايت في الفولاذ، يمكن أن تتشكل تشققات انقسام دقيقة عند درجات الحرارة المنخفضة و/أو معدلات الإجهاد العالية أثناء التشوه. على الرغم من وجود بعض أقسام الأنسجة المتجمعة الداخلية، إلا أن قناة الكسر تكون في البداية على طول مستوى الانقسام. لذلك، هناك بعض الاتجاهات المفضلة في حبيبات الفريت بين صفائح الفريت وفي هياكل التجميع المجاورة.

كسر الفولاذ المقاوم للصدأ

يتكون الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل أساسي من سبائك الحديد والكروم والحديد والكروم والنيكل وعناصر أخرى تعمل على تحسين الخصائص الميكانيكية ومقاومة التآكل. تعود مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ إلى تكوين أكسيد الكروم على سطح المعدن لمنع المزيد من الأكسدة - وهي طبقة غير منفذة.

لذلك، يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ في جو مؤكسد أن يمنع التآكل ويعزز طبقة أكسيد الكروم. ومع ذلك، في جو مختزل، تتضرر طبقة أكسيد الكروم. تزداد مقاومة التآكل مع زيادة محتوى الكروم والنيكل. يمكن للنيكل أن يحسن التخميل للحديد.

تتمثل إضافة الكربون في تحسين الخصائص الميكانيكية وضمان استقرار خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. بشكل عام، يتم تصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ حسب البنى المجهرية.

• الفولاذ المقاوم للصدأ المارتينسيتي هو سبيكة حديد وكروم يمكن أن تكون أوستنيتية وتعالج حرارياً بعد ذلك لإنتاج المارتينسيت. عادةً ما يكون 12% كروم و0.15% كربون.
• الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي. محتوى الكروم حوالي 14% ~ 18%، كربون 0.12%. نظرًا لأن الكروم هو مثبت للفريت، يتم قمع المرحلة الأوستنيتية تمامًا بأكثر من 13% كروم وبالتالي فهي مرحلة فريت كاملة.
• الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. النيكل هو مثبت قوي للأوستينيت، لذلك في درجة حرارة الغرفة، أو أقل من درجة حرارة الغرفة أو درجة الحرارة المرتفعة، يمكن لمحتوى النيكل البالغ 8%، ومحتوى الكروم البالغ 18% (النوع 300) أن يجعل مرحلة الأوستينيت مستقرة جدًا. الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مشابه للأشكال الفريتية ولا يمكن تقويته عن طريق التحول المارتينسيتي.

خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ الفريتي والمارتينسيتي، مثل حجم الحبيبات، تشبه خصائص أنواع الفولاذ الفريتي والمارتينسيتي الأخرى من نفس الفئة.