صلب (سبيكة): الفرق بين النسختين
| [نسخة منشورة] | [نسخة منشورة] |
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
←الخواص: changed sttel pahse diagram to new version. please add it to other arab articles too, I do not speak the language |
بوت:الإبلاغ عن رابط معطوب أو مؤرشف V3.1 |
||
سطر 12:
== الخواص ==
[[ملف:Iron carbon phase diagram.svg|thumb|left|400px|[[مخطط الطور|منحنى أطوار]] الحديد - الكربون، يوضح الظروف اللازمة لتكون كل طور.]]
الحديد كمعظم المعادن، يوجد في [[قشرة أرضية|القشرة الأرضية]] فقط في شكل خام، أي مرتبطاً بعناصر أخرى مثل [[أوكسجين|الأوكسجين]] في صورة أكاسيد مثل Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> في خام [[شاذنج|الهيماتيت]] أو مع [[كبريت|الكبريت]] في صورة كبريتيدات مثل FeS<sub>2</sub> في خام [[بيريت|البيريت]] (الذهب الكاذب).<ref>{{مرجع ويب|الأخير=Winter|الأول=Mark|العنوان=Periodic Table: Iron|الناشر=The University of Sheffield|المسار=http://www.webelements.com/iron/|تاريخ الوصول=2007-02-28| مسار الأرشيف = http://web.archive.org/web/20190513015805/https://www.webelements.com/iron/ | تاريخ الأرشيف = 13 مايو 2019 }}</ref><ref>{{cite journal|last=F. Brookins|first=Theo|title=Common Minerals and Valuable Ores|journal=Birds and All Nature|volume=6|issue=4|publisher=A. W. Mumford|month=November|year=1899|url=http://birdnature.com/nov1899/ores.html|accessdate=2007-02-28}}</ref> يتم استخلاص الحديد من خاماته من خلال إزالة الأكسجين من أكاسيد الحديد وإضافة عناصر مثل الكربون. هذه العملية تعرف باسم الصهر {{إنج|smelting}}، من المهم أن تتم عملية الصهر في وسط فقير بالأكسجين حيث أن معدل تأكسد الحديد يتزايد بسرعة فوق 800 درجة مئوية. يذيب الحديد السائل الكربون بسهولة، مكونة سبائك تسمى تجاريًا [[تماسيح الحديد]] {{إنج|pig iron}}، التي تحتوي على نسب من الكربون تتجاوز 4%، فلا يمكن تصنيفها على أنها " صلب ".<ref>{{يستشهد موسوعة|title=Smelting|encyclopedia=Britannica|publisher=Encyclopedia Britannica|year=2007|accessdate=2007-02-28}}</ref> تتم إزالة الكربون الزائد والشوائب الأخرى في عمليات لاحقة.
غالبًا ما يتم إضافة عناصر أخرى لسبائك الصلب لتحسين الخصائص المطلوبة. فعلى سبيل المثال، يضاف [[نيكل|النيكل]] و[[منجنيز|المنجنيز]] للصلب لتحسين قوة الشد وتثبيت طور [[أوستنيت|الأوستينيت]] في درجة حرارة الغرفة، و[[كروم|الكروم]] يزيد صلادة الصلب ويرفع درجة حرارة انصهاره، أما [[فاناديوم|الفاناديوم]] أيضا يزيد الصلادة مع تقليل آثار [[كلال (خواص المواد)|الكلال]]. لمنع تآكل الصلب، يضاف الكروم بنسبة لا تقل عن 12 ٪ لتكوين طبقة غير نافذة من أكسيد الكروم Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub> على سطح المعدن، وهو ما يعرف [[فولاذ غير قابل للصدأ|بالصلب الذي لا يصدأ]] {{إنج|stainless steel}}. يتحد [[تنجستن|التنجستن]] مع [[سمنتيت|السمنتيت]]، مما يسمح بتشكيل طور [[مارتنسيت|المارتنسيت]] حتى مع معدلات تبريد بطيئة، في {{وصلة إنترويكي|تر=High speed steel|عر=صلب التشغيل}} {{إنج|high speed steel}}. أما [[كبريت|الكبريت]] و[[نيتروجين|النيتروجين]] و[[فسفور|الفوسفور]] فهي تجعل الصلب أكثر هشاشة، وبالتالي يجب إزالة هذه العناصر من الخام أثناء عملية الصهر.<ref name=materialsengineer>{{مرجع ويب|العنوان=Alloying of Steels|الناشر=Metallurgical Consultants|التاريخ=2006-06-28|المسار=http://materialsengineer.com/E-Alloying-Steels.htm|تاريخ الوصول=2007-02-28| مسار الأرشيف = http://web.archive.org/web/20140612201334/http://www.materialsengineer.com:80/E-Alloying-Steels.htm | تاريخ الأرشيف = 12 يونيو 2014 }}</ref>
تتغير [[كثافة]] الصلب حسب نسب العناصر المضافة إليه وتتراوح بين 7.75 و 8 جم/سم<sup>3</sup>.<ref>{{مرجع ويب|الأخير = Elert|الأول = Glenn|العنوان = Density of Steel|المسار = http://hypertextbook.com/facts/2004/KarenSutherland.shtml|تاريخ الوصول = 2009-04-23| مسار الأرشيف = http://web.archive.org/web/20190503000919/https://hypertextbook.com/facts/2004/KarenSutherland.shtml | تاريخ الأرشيف = 03 مايو 2019 }}</ref>
يمكن لخليط من الحديد والكربون أن يتواجد على عدة هيئات، تختلف عن بعضها تمامًا في الخصائص. ففي [[درجة حرارة الغرفة]]، يكون الشكل الأكثر استقرارا من خليط الحديد والكربون هو [[نظام بلوري مكعب |نظام بلوري مكعب مركزي الجسم]] ([[فيريت|الفريت]])، وهي مادة لينة نوعاً ما يمكن أن تحتوي على تركيزات صغيرة من الكربون لا تزيد عن 0.021٪ عند 723 درجة مئوية، وفقط 0.005٪ عند الصفر المئوي. إما إذا إحتوي على الخليط على كربون أكثر من 0.021٪ فإن تشكيل الخليط يتحول إلى [[المكعب مركزي الوجه]] ([[أوستنيت|الأوستينيت]])، وهي أيضا مادة لينة ولكن أقل من الفريت ويمكنها أن تحتوي على كربون حتى 2.1٪
سطر 30:
ولعل أهم الأطوار التي يتواجد عليها الصلب هو [[مارتنسيت|المارتنسيت]]، وهو طور شبه مستقر لكنه أقوى بكثير من أطوار الصلب الأخرى. يتكون المارتنسيت عند تبريد الصلب [[تبريد مفاجئ|تبريدًا مفاجئًا]] وهو في طور الأوستنيت وفلا يتحول من النظام البللوري الذي تتوسطه كل وجه فيه ذرة (FCC) إلى النظام البللوري الذي تتوسطه ذرة (BCC)، وذلك لأن الذرات "تتجمد" في مكانها عند تغير البنية الداخلية للصلب، لكن ذلك لا يحدث سوى عندما تكون نسبة الكربون أكثر من 0.2%، فيتكون نظام بللوري جديد وهو [[نظام بلوري رباعي|النظام البلوري الرباعي]] {{إنج|body centered tetragonal}}، أما دون تلك النسبة فيتكون [[فيريت|الفريت]].<ref name="smith&hashemi">{{Harvard citation no brackets|Smith|Hashemi|2006|pp=373–378}}.</ref>
كثافة المارتنسيت أقل كثافة الأوستينيت الذي تكون منه، أي أن أثناء التحول حدث تغير في الحجم عن طريق التمدد. الإجهادات الداخلية التي تكونت من هذا التحول، كانت انضغاط في بلورات المارتنسيت مع [[شد|إجهاد شد]] على بلورات الفريت المتكونة مع [[إجهاد قص]] على كلا الطورين. إذا لم يتم التبريد الفاجئ بطريقة صحيحة، قد ينتج عنه كسر في الصلب بسبب زيادة تركيز الإجهادات الداخلية في منطقة دون الأخرى، أو قد تتكون شروخ ناتجة عن التبريد المفاجئ والعديد من العيوب الأخرى التي قد لا ترى بالعين المجردة.<ref>{{مرجع ويب|العنوان=Quench hardening of steel|المسار=http://steel.keytometals.com/default.aspx?ID=CheckArticle&NM=12|تاريخ الوصول=2009-07-19| مسار الأرشيف = http://web.archive.org/web/20090217103241/http://steel.keytometals.com:80/default.aspx?ID=CheckArticle&NM=12 | تاريخ الأرشيف = 17 فبراير 2009 | وصلة مكسورة = yes }}</ref>
=== المعالجة الحرارية ===
'''{{مفصلة|المعالجة الحرارية}}'''
سطر 102:
== تاريخ صناعة الصلب ==
=== الصلب قديمًا ===
كانت صهر الحديد معروفًا في العصور القديمة، باستخدام أفران بدائية ولكنها كانت تنتج حديدًا غنيًا بالكربون.<ref>{{مرجع ويب|الأخير=Wagner|الأول=Donald B.|العنوان=Early iron in China, Korea, and Japan|المسار=http://www.staff.hum.ku.dk/dbwagner/KoreanFe/KoreanFe.html|تاريخ الوصول=2007-02-28| مسار الأرشيف = http://web.archive.org/web/20130615122933/http://www.staff.hum.ku.dk:80/dbwagner/KoreanFe/KoreanFe.html | تاريخ الأرشيف = 15 يونيو 2013 | وصلة مكسورة = yes }}</ref> يعد أقدم اكتشاف للصلب على هيئة قطع من المشغولات الحديدية في أحد المواقع الأثرية في [[أناضول|الأناضول]] عمرها نحو 4,000 سنة.<ref>{{مرجع ويب|العنوان=Ironware piece unearthed from Turkey found to be oldest steel|المسار=http://www.hindu.com/thehindu/holnus/001200903261611.htm|تاريخ الوصول=2009-03-27| مسار الأرشيف = http://web.archive.org/web/20130723152823/http://www.hindu.com/thehindu/holnus/001200903261611.htm | تاريخ الأرشيف = 23 يوليو 2013 | وصلة مكسورة = yes }}</ref> كما اكتشف قطع من الصلب القديمة في [[شرق أفريقيا]]، والتي يعود تاريخها إلى 1,400 ق.م.<ref>{{مرجع ويب |المسار=http://www.wsu.edu/~dee/CIVAFRCA/IRONAGE.HTM |العنوان=Civilizations in Africa: The Iron Age South of the Sahara |الناشر=Washington State University |تاريخ الوصول=2007-08-14| مسار الأرشيف = http://web.archive.org/web/20110503215325/http://www.wsu.edu/~dee/CIVAFRCA/IRONAGE.HTM | تاريخ الأرشيف = 03 مايو 2011 | وصلة مكسورة = yes }}</ref> بدأ تصنيع الأسلحة من الصلب في القرن الرابع قبل الميلاد في [[شبه الجزيرة الأيبيرية]]، كما إستخدمه الرومان في زمن [[الجمهورية الرومانية]].<ref>"Noricus ensis," [[هوراس]], Odes, i. 16.9</ref> بينما تمكن [[تاريخ الصين|الصينيون القدماء]] في عصر الإمارات المتحاربة (403 ق.م - 221 ق.م) من إنتاج أسلحة من الصلب المقسى،<ref>{{مرجع كتاب|المؤلف=Wagner, Donald B.|سنة=1993|العنوان=Iron and Steel in Ancient China: Second Impression, With Corrections|الناشر=Leiden: E.J. Brill|الرقم المعياري=9004096329| الصفحة=243}}</ref> وفي عصر [[أسرة هان|سلالة هان]] (202 ق.م - 220 م)، أنتج الصينيون صلباً بدائياً يحتوي على نسبة عالية من الكربون عن طريق صهر [[حديد زهر|الحديد الزهر]] مع الحديد الخام، وذلك بحلول القرن الأول الميلادي.<ref name="needham volume 4 part 3 563g">{{مرجع كتاب|المؤلف=Needham, Joseph|سنة=1986|العنوان=Science and Civilization in China: Volume 4, Part 3, Civil Engineering and Nautics|الناشر=Taipei: Caves Books, Ltd. |الصفحة=563}}</ref><ref name="gernet 69">Gernet, 69.</ref>
== خامات الصلب ==
| |||