ما هي مكونات الصلب؟

ما هي مكونات الصلب؟ الصلب هو مادة متعددة الاستخدامات ذات خصائص قيّمة تجعله مادة أساسية في العديد من المجالات الصناعية. مع وجود أنواع مختلفة من الصلب ذات خصائص محددة، يمكن اختيار النوع المناسب لكل تطبيق.

مكونات الصلب

الصلب هو مادة معدنية ذات أهمية كبيرة في حياتنا اليومية، يدخل في تركيب العديد من الأشياء التي نستخدمها، من المباني والسيارات إلى الأدوات المنزلية والأجهزة الإلكترونية. يتكون الصلب بشكل أساسي من الحديد والكربون، ولكن قد تحتوي بعض الأنواع على عناصر أخرى لتحسين خصائصه.

ما هو الصلب؟

الصلب عبارة عن مزيج من حوالي 95% حديد و2% كربون و3% سبائك أخرى مثل الكروم والمنجنيز وغيرها. سبب استخدام الكربون هو أنه لا يمكن استخدام الحديد الخام، لكن النقطة المهمة هي أن زيادة الكربون تزيد المقاومة فقط، ولكن ليس كل ما نتوقعه من الفولاذ هو توفير مقاومة عالية.

ما هي مكونات الصلب؟

الصلب، المعروف أيضًا بالفولاذ، هو سبيكة معدنية تتكون أساسًا من الحديد مع نسبة صغيرة من الكربون. تتراوح نسبة الكربون في الصلب بين 0.2% و2.0% من وزن السبيكة، وهي تعتبر العنصر المضاف الأساسي في سبائك الصلب.

بالإضافة إلى الحديد والكربون، يمكن أن يحتوي الصلب على نسب من معادن أخرى مثل:

النيكل
الكروم
الفانديوم
السيليكون
الموليبدينيوم
الفسفور
الكبريت

هذه العناصر تُضاف لتحسين خصائص الصلب مثل الصلادة، المرونة، ومقاومة الشد. الكربون وهذه العناصر تعمل على تقسية الصلب ومنع طبقات الحديد في البنية البلورية من الانزلاق فوق بعضها البعض.

إذا زادت نسبة الكربون في الحديد عن 2.1%، يصبح الحديد هشًا ويُسمى في تلك الحالة حديد زهر. الصلب يُستخدم في العديد من التطبيقات مثل البناء، السيارات، السفن، والأسلحة نظرًا لخصائصه المتميزة.

المكونات الأساسية الصلب

الحديد: يشكل العنصر الأساسي في الصلب، ويمثل ما بين 70% إلى 80% من وزنه. يُعطي الحديد للصلب قوته وصلابته.
الكربون: هو العنصر الذي يميز الصلب عن الحديد الزهر. يتراوح محتوى الكربون في الصلب عادةً بين 0.05% و 2.14%. كلما زادت نسبة الكربون، زادت صلابة وقوة الصلب، ولكن قلت قدرته على التشكيل.

عناصر أخرى: تضاف كميات صغيرة من العناصر الأخرى إلى الصلب لتحسين خصائصه، مثل:

المغنيسيوم: يُحسن من قدرة الصلب على مقاومة الصدأ.
السيليكون: يُقوي الصلب ويُحسن من قدرته على تحمل الحرارة.
المنغنيز: يُزيل الكبريت والأكسجين من الصلب ويُحسن من قابليته للتشكيل.
الكروم: يُزيد من مقاومة الصلب للتآكل.
النيكل: يُقوي الصلب ويُحسن من مقاومته للحرارة.
الموليبدينوم: يُقوي الصلب ويُحسن من مقاومته للصدأ.
الفاناديوم: يُقوي الصلب ويُحسن من مقاومته للصدمات.

خصائص الصلب

تعتبر المقاومة العالية جدًا من أهم خصائص الصلب، مما جعله المادة الصناعية الأكثر فعالية؛ بشكل عام، تتمتع هذه السبيكة بمقاومة عالية للتمدد والتآكل والتآكل. وبطبيعة الحال، ترتبط مقاومة التآكل بدرجات الصلب المقاوم للصدأ. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع الصلب بمتانة واستقرار جيدين في ظل ظروف التحميل المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لوفرة وتوافر موارد التصنيع، فضلاً عن تكلفته المعقولة، أصبح الصلب سبيكة عملية مستخدمة على نطاق واسع.

القوة: يتميز الصلب بقوة الشد العالية، مما يجعله مادة مثالية للبناء والتشييد. تعتمد قوة الصلب على محتوى الكربون والعناصر المضافة إليه.
الصلابة: يعتمد صلابة الصلب على محتوى الكربون والعناصر المضافة إليه. كلما زادت نسبة الكربون، زادت صلابة الصلب.
المتانة: يتميز الصلب بمقاومته العالية للتآكل والتلف. تُضاف بعض العناصر، مثل الكروم والنيكل، لتحسين مقاومة الصلب للصدأ بشكل خاص.
التشكيل: يمكن تشكيل الصلب بسهولة في أشكال مختلفة باستخدام طرق مثل الضغط والدرفلة والتمديد.
التوصيل الحراري: يتميز الصلب بقدرته العالية على توصيل الحرارة، مما يجعله مادة مناسبة للاستخدام في التطبيقات الحرارية.
المغناطيسية: معظم أنواع الصلب مغناطيسية. تُفقد بعض الأنواع مغناطيسيتها عند تسخينها إلى درجات حرارة عالية.

استخدامات الصلب

البناء والتشييد: يستخدم الصلب في بناء المباني والجسور والطرق والسكك الحديدية.
التصنيع: يستخدم الصلب في تصنيع السيارات والأجهزة والأدوات والآلات والمعدات.
البنية التحتية: يستخدم الصلب في بناء خطوط الأنابيب وأبراج الكهرباء وشبكات الاتصالات.
الأدوات المنزلية: يستخدم الصلب في تصنيع الأجهزة المنزلية مثل الأثاث والأدوات والمعدات.
الأسلحة والذخائر: يستخدم الصلب في تصنيع الأسلحة والذخائر.

جميع أنواع سبائك الصلب

يمكن تصنيف أنواع الصلب بناءً على معايير مختلفة مثل التركيب الكيميائي، وعملية الإنتاج، وطريقة الصهر، والمظهر، والقوة، والتركيب البلوري، وعملية فصل الأكسجين، والمعالجة الحرارية، والتي يتم عرضها أدناه بعض الأقسام المهمة. تصنف سبائك الصلب بشكل عام إلى أربع فئات رئيسية بناءً على محتوى العنصر المسبك:

1. سبائك الصلب منخفضة السبيكة (أقل من 2٪ عناصر مسبكة):

هي أكثر أنواع الصلب شيوعًا وأقلها تكلفة.
تُستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك البناء والتشييد والصناعات التحويلية.
أمثلة على سبائك الصلب منخفضة السبيكة: A36 و A572 و 1005 و 1010.

2. سبائك الصلب متوسطة السبيكة (2-10٪ عناصر مسبكة):

أقوى وأكثر مقاومة للتآكل من سبائك الصلب منخفضة السبيكة.
تُستخدم في التطبيقات التي تتطلب مزيدًا من القوة والمتانة، مثل الجسور والمباني والأجهزة.
أمثلة على سبائك الصلب متوسطة السبيكة: A514 و A588 و 4140 و 4150.

3. سبائك الصلب عالية السبيكة (أكثر من 10٪ عناصر مسبكة):

أقوى وأكثر مقاومة للتآكل من سبائك الصلب منخفضة السبيكة ومتوسطة السبيكة.
تُستخدم في التطبيقات التي تتطلب أقصى قدر من القوة والمتانة ومقاومة التآكل، مثل أدوات القطع والطائرات الفضائية والعمليات البحرية.
أمثلة على سبائك الصلب عالية السبيكة: 304 و 316 و 440C و Maraging Steel.

4. الفولاذ المقاوم للصدأ:

نوع خاص من الفولاذ يحتوي على نسبة عالية من الكروم، مما يجعله مقاومًا للغاية للتآكل.
يُستخدم في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك الأجهزة الطبية والأدوات المطبخية وتجهيزات معالجة الأغذية.

أمثلة على الفولاذ المقاوم للصدأ: 304 و 316 و 430.

هذه ليست سوى أمثلة قليلة من العديد من أنواع سبائك الصلب المتاحة. يتم اختيار نوع سبيكة الصلب المناسب للتطبيق بناءً على الخصائص المطلوبة، مثل القوة والمتانة ومقاومة التآكل وقابلية التشكيل.

الصلب من حيث التركيب الكيميائي

بناءً على تركيبها الكيميائي، ينتمي الصلب إلى إحدى مجموعات الصلب منخفض السبائك، والفولاذ عالي السبائك، والفولاذ منخفض السبائك عالي القوة، والفولاذ الكربوني. يعتبر الفولاذ الكربوني من أكثر أنواع الفولاذ كفاءة المستخدمة في الصناعات، حيث يحتوي على الحديد وما يصل إلى 1% من الكربون. المجموعات الثلاث الأخرى، وهي نماذج من السبائك، تتمتع بمقاومة أعلى مقارنة بالفولاذ الكربوني. تطبيقات الفولاذ عالي السبائك هي أيضًا أكثر من النماذج الأخرى.

الصلب مقاوم للاهتراء

يُعرف الصلب المقاوم للتآكل أيضًا بالفولاذ الأوستنيتي المنغنيز. يتكون هذا الفولاذ من 1.2% كربون و11% منجنيز. تم اكتشاف الصلب هذه المجموعة بواسطة روبرت هادفيلد في عام 1882. بشكل عام، أصبح هذا الصلب المضاد للتآكل أحد أكثر أنواع الصلب الصناعي استخدامًا نظرًا لمقاومته العالية للتآكل والخدوش. يتم إنتاجها أيضًا تحت درجات مختلفة. يمكن ذكر A وB1 وC وD وE1 بين درجات الصلب المقاوم للتآكل.

الفولاذ المقاوم للصدأ

الفولاذ المقاوم للصدأ عبارة عن مجموعة من الفولاذ الذي يحتوي على القليل من الكربون في تركيبته. الكروم هو العنصر الرئيسي في الفولاذ المقاوم للصدأ، ودمجه مع عناصر أخرى يجعل الفولاذ مقاومًا للصدأ والتآكل.

كما أن هذه الفولاذ لديها القدرة على الحفاظ على مقاومتها عند درجات الحرارة المرتفعة. من بين أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ، يمكننا أن نشير إلى الفولاذ المقاوم للصدأ ذو الرواسب الصلبة، سلسلة الفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي 400، سلسلة الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي 400، سلسلة الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي 300 والفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور (الفيريتيك + الأوستنيتي).

الفولاذ الكهربائي

الفولاذ الكهربائي أو فولاذ السيليكون يحتوي على عنصر السيليكون. وقد أدى وجود السيليكون في تركيبة هذه الفولاذ إلى زيادة خصائصها المغناطيسية؛ لكنه في نفس الوقت يؤدي إلى فولاذ صلب وهش. إن تصلب الفولاذ وهشاشته يعني تقليل ليونته. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الفولاذ النموذجي الكهربائي في الدوارات والمحركات والمحولات وما إلى ذلك، وهو مناسب للأجهزة والمعدات الكهربائية.