آثار العناصر في السبائك على الخواص الميكانيكية 

يمكن أن تؤثر إضافة عناصر معدنية مختلفة في السبيكة بشكل كبير على خواصها الميكانيكية (مثل القوة، والصلابة، والليونة، والمتانة، ومقاومة التآكل، وما إلى ذلك).

فيما يلي أدوار العناصر المعدنية الشائعة في السبائك وتأثيراتها على الخواص الميكانيكية:

1. الكربون (ج)

(1). الاستخدام: توجد بشكل رئيسي في الفولاذ والحديد الزهر، وتشكل الكربيدات مع الحديد (مثل Fe3C).

(2). التأثير:

①.القوة/الصلابة: تؤدي زيادة محتوى الكربون إلى زيادة الصلابة والقوة بشكل كبير (مثل الفولاذ عالي الكربون)، ولكن الكميات الزائدة يمكن أن تؤدي إلى الهشاشة.

②.الليونة: كلما زاد محتوى الكربون، انخفضت الليونة والمتانة.

③.قابلية اللحام: الفولاذ عالي الكربون له خصائص لحام سيئة.

2. الكروم (الكروم)

(1). الاستخدام: العنصر الرئيسي للفولاذ المقاوم للصدأ (مثل 304، 316) وفولاذ الأدوات.

(2). التأثير:

①. مقاومة التآكل: يشكل طبقة أكسيد سلبية (Cr2O3) لتحسين مقاومة الأكسدة ومقاومة التآكل.

②.الصلابة/القوة: يشكل كربيدات مع الكربون (مثل Cr23C6) لتحسين الصلابة ومقاومة التآكل.

③.أداء درجة الحرارة العالية: يعزز قوة درجات الحرارة العالية (مثل الفولاذ المقاوم للحرارة).

3. النيكل (ني)

(1). التطبيقات: الفولاذ المقاوم للصدأ (مثل 304)، والسبائك ذات درجة الحرارة العالية (مثل إنكونيل) والسبائك المقاومة للتآكل.

(2). التأثير:

① المتانة: يحسن المتانة والليونة في درجات الحرارة المنخفضة (مثل فولاذ النيكل لبيئات درجات الحرارة المنخفضة).

②. مقاومة التآكل: يعزز مقاومة الأحماض والقلويات.

③.تثبيت الأوستينيت: وفي الفولاذ المقاوم للصدأ، يتعاون مع الكروم لتكوين هيكل الأوستنيتي (مثل الفولاذ 304).

4. الموليبدينوم (مو)

(1). التطبيقات: الفولاذ عالي القوة (مثل 4140)، والفولاذ المقاوم للصدأ (مثل 316)، والسبائك ذات درجة الحرارة العالية.

(2). التأثير:

①.القوة/مقاومة الحرارة: يحسن قوة درجات الحرارة العالية ومقاومة الزحف.

②. مقاومة التآكل: يعزز مقاومة التآكل الناتج عن إجهاد الكلوريد (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 316).

③.صقل الحبوب: يحسن الصلابة.

5. المنغنيز (من)

(1). التطبيقات: الفولاذ الكربوني (مثل A36)، والفولاذ عالي القوة منخفض السبائك (HSLA) والفولاذ المنغنيز الأوستنيتي (مثل فولاذ هادفيلد).

(2). التأثير:

①. إزالة الأكسدة / إزالة الكبريت: يقلل من الآثار الضارة للكبريت (يشكل MnS بدلاً من FeS).

②.التصلب: يحسن الصلابة ومقاومة التآكل (على سبيل المثال، الفولاذ عالي المنغنيز لجرافات الحفارات).

③.تثبيت الأوستينيت: استبدال جزئي للنيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ.

6. السيليكون (سي)

(1). الاستخدامات: الصلب الزنبركي (على سبيل المثال 65Mn)، والفولاذ الكهربائي، وسبائك الألومنيوم (على سبيل المثال، سلسلة 4xxx).

(2). التأثير:

①.القوة/المرونة: يحسن قوة ومرونة الفولاذ (مثل الفولاذ الزنبركي المصنوع من السيليكون والمنغنيز).

② مزيل الأكسدة: يزيل الأكسجين أثناء صناعة الصلب.

③.الخصائص المغناطيسية: يحسن النفاذية المغناطيسية للفولاذ الكهربائي.

7. الألومنيوم (آل)

(1). الاستخدامات: سبائك الألومنيوم (مثل 6061)، والسبائك ذات درجة الحرارة العالية (مثل Fe-Cr-Al)، ومزيلات الأكسدة.

(2). التأثير:

①.خفيفة الوزن: يقلل الكثافة (سبائك الألومنيوم أخف بحوالي 2/3 من الفولاذ).

②. مقاومة التآكل: أشكال فيلم الحماية Al2O3.

③.صقل الحبوب: يمنع نمو الحبوب في الفولاذ.

8. التيتانيوم (Ti)

(1). التطبيقات: سبائك التيتانيوم (مثل Ti-6Al-4V)، والفولاذ المقاوم للصدأ (مثل 321)، والسبائك ذات درجة الحرارة العالية.

(2). التأثير:

①.نسبة القوة/الوزن: تتمتع سبائك التيتانيوم بقوة نوعية عالية للغاية.

②. مقاومة التآكل: يقاوم مياه البحر وتآكل الكلوريد.

③. تشكيل كربيد: يثبت الكربون في الفولاذ لمنع التآكل الحبيبي (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 321).

9. النحاس (النحاس)

(1). التطبيقات: النحاس (Cu-Zn)، والبرونز (Cu-Sn)، والفولاذ المتصلب بالترسيب (مثل 17-4PH).

(2). التأثير:

①. مقاومة التآكل: يحسن مقاومة التآكل في الغلاف الجوي (مثل التجوية الفولاذية).

②. التوصيل الكهربائي/الحراري: تتمتع سبائك النحاس بموصلية كهربائية ممتازة.

③.تعزيز هطول الأمطار: يشكل مرحلة ε-Cu في الفولاذ (على سبيل المثال الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4PH).

10. الفاناديوم (الخامس)

(1). التطبيقات: فولاذ الأدوات (مثل D2)، والفولاذ منخفض السبائك عالي القوة (HSLA).

(2). التأثير:

①.صقل الحبوب: تكوين نيتريدات الكربون (مثل VC) لمنع نمو الحبوب.

②.القوة/المتانة: تحسين القوة مع الحفاظ على المتانة (مثل الفولاذ HSLA).

11. التنغستن (ث)

(1). التطبيقات: الفولاذ عالي السرعة (مثل M2)، والكربيد الأسمنتي (WC-Co)، والسبائك ذات درجة الحرارة العالية.

(2). التأثير:

①. صلابة درجات الحرارة العالية: تكوين كربيدات مقاومة للاهتراء (مثل W2C).

②.الصلابة الحمراء: يحافظ الفولاذ عالي السرعة على الصلابة عند درجات الحرارة المرتفعة.

12.الزنك (الزنك)

(1). التطبيقات: الفولاذ المجلفن (منع الصدأ)، النحاس (Cu-Zn)، وسبائك الألومنيوم (مثل سلسلة 7xxx).

(2). التأثير:

①. حماية الأنود المضحي: طبقة الزنك تحمي المصفوفة الفولاذية.

②. القوة: يشكل مرحلة تقوية في سبائك الألومنيوم (مثل سبائك الألومنيوم Zn-Mg-Cu، 7075).

ملخص: التأثير الأساسي للعناصر على الخواص الميكانيكية

ومن خلال ضبط محتوى وتركيبة هذه العناصر، يمكن تصميم السبائك لتلبية احتياجات محددة (مثل الفولاذ عالي القوة، أو السبائك المقاومة للتآكل، أو السبائك ذات درجات الحرارة العالية).