ในภูมิทัศน์อันกว้างใหญ่ของโลหะโลหะผสมโลหะผสมนั้นเป็นหมวดหมู่ของวัสดุเหล็กที่มีความสำคัญทางวิศวกรรมเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา ในฐานะที่เป็นส่วนย่อยของเหล็กกล้าเหล็กอัลลอยด์ได้รับการคิดค้นขึ้นโดยเจตนาโดยการเพิ่มองค์ประกอบการผสมเฉพาะลงในเหล็กและคาร์บอนทำให้สามารถใช้คุณสมบัติเชิงกลเคมีและความร้อนที่ปรับแต่งได้ ความเก่งกาจของมันทำให้มันขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมที่สำคัญเช่นการบินและอวกาศยานยนต์พลังงานและเครื่องจักรกลหนัก บทความนี้ให้การวิเคราะห์อย่างมืออาชีพของเหล็กกล้าโลหะผสมซึ่งครอบคลุมคำจำกัดความองค์ประกอบการจำแนกและความสำคัญทางอุตสาหกรรม
เหล็กกล้าโลหะผสมถูกกำหนดให้เป็นโลหะผสมเหล็กซึ่งนอกเหนือจากเหล็ก (โลหะฐาน) และคาร์บอน (โดยทั่วไป 0.02%–2.1%) องค์ประกอบการผสมอย่างน้อยหนึ่งรายการจะถูกเพิ่มในปริมาณที่ควบคุมได้ (โดยปกติ 1%–50%โดยน้ำหนัก) เพื่อเพิ่มคุณสมบัติเฉพาะ ซึ่งแตกต่างจากเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาซึ่งต้องอาศัยปริมาณคาร์บอนเพียงอย่างเดียวเพื่อปรับความแข็งแรงเหล็กอัลลอยด์ใช้ประโยชน์จากการทำงานร่วมกันขององค์ประกอบการผสมเพื่อให้ได้ลักษณะการทำงานที่กว้างขึ้น - เช่นการปรับปรุงความทนทานการสึกหรอความต้านทานการกัดกร่อน
การเลือกองค์ประกอบการผสมถูกชี้นำโดยการปรับปรุงทรัพย์สินเป้าหมาย ตัวอย่างเช่นโครเมียมช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและความต้านทานออกซิเดชัน นิกเกิลช่วยเพิ่มความเหนียวและความเหนียว โมลิบดีนัมช่วยเพิ่มความแข็งแรงของอุณหภูมิสูง - ความแข็งแรงของอุณหภูมิและความแข็ง และวานาเดียมปรับโครงสร้างธัญพืชเพื่อเพิ่มความแข็งแรง องค์ประกอบเหล่านี้โต้ตอบกับเหล็ก - เมทริกซ์คาร์บอน, การปรับเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาค (เช่นการสร้างคาร์ไบด์, รักษาความเสถียรของออสเทนไนท์) และเปิดใช้งานการควบคุมที่แม่นยำมากกว่าพฤติกรรมเชิงกล
การจำแนกประเภทเหล็กโลหะผสม
โลหะผสมเหล็กจัดหมวดหมู่ตามเนื้อหาองค์ประกอบการผสมและคุณสมบัติประสิทธิภาพหลักโดยมีการจำแนกประเภทคีย์ดังต่อไปนี้:
ต่ำ - โลหะผสม
ต่ำ - เหล็กผสมมีองค์ประกอบการผสมทั้งหมดน้อยกว่าหรือเท่ากับ 5%โดยน้ำหนักโดยทั่วไปปริมาณคาร์บอน 0.1%–0.3% มันสร้างความสมดุลระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพทำให้เป็นเหล็กโลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานอุตสาหกรรม ตัวอย่างสำคัญ ได้แก่ :
สูง - ความแข็งแรงต่ำ - โลหะผสม (HSLA) เหล็ก: ผสมกับแมงกานีส (1%–2%), ซิลิกอน (0.2%–0.5%) องค์ประกอบเหล่านี้ปรับแต่งธัญพืชและรูปแบบตกตะกอนบรรลุความต้านทานแรงดึงของ 345–690 MPa ในขณะที่ยังคงความเหนียวและการเชื่อม HSLA Steel ใช้ในแชสซียานยนต์, คานสะพานและภาชนะรับแรงดันซึ่งการลดน้ำหนักและความสมบูรณ์ของโครงสร้างเป็นสิ่งสำคัญ
เหล็กผุกร่อน: มีโครเมียม (0.5%–2%), นิกเกิล (0.2%–0.5%) และทองแดง (0.2%–0.5%) มันก่อให้เกิดชั้นออกไซด์ที่หนาแน่นและยึดมั่น ("คราบ") เมื่อสัมผัสกับบรรยากาศป้องกันการกัดกร่อนเพิ่มเติม สิ่งนี้ช่วยลดความจำเป็นในการวาดภาพทำให้เหมาะสำหรับโครงสร้างกลางแจ้งเช่นสะพานรถยนต์รถไฟและอาคารด้านสถาปัตยกรรม
Medium - โลหะผสม
Medium - โลหะผสมมีองค์ประกอบการผสมทั้งหมด 5% –10% ซึ่งให้ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นสำหรับแอปพลิเคชันพิเศษ:
โครเมียม - molybdenum (cr - mo) เหล็ก: โดยทั่วไปจะมี 0.5% –9% โครเมียมและ 0.1% –1% โมลิบดีนัม มันแสดงให้เห็นถึงความแข็งแรงของอุณหภูมิสูง - ความต้านทานอุณหภูมิและความต้านทานการคืบ (ความต้านทานต่อการเสียรูปภายใต้ภาระที่ยั่งยืนที่อุณหภูมิสูง) ทำให้เหมาะสำหรับหม้อไอน้ำแรงดันสูง - หม้อไอน้ำน้ำมันโรงกลั่นน้ำมันและส่วนประกอบกังหันที่ 300–600 องศา
นิกเกิล - โครเมียม (Ni - cr) เหล็ก: ด้วยนิกเกิล 1% –4% และ 0.5% –2% โครเมียมโลหะผสมนี้รวมความเหนียว (แม้ที่ย่อย - อุณหภูมิศูนย์) และการต่อต้านการสึกหรอ มันถูกใช้ในอุปกรณ์ cryogenic เช่นถังเก็บก๊าซธรรมชาติเหลว (LNG) และในตัวยึดความแข็งแรง - สูง
สูง - โลหะผสม
High-alloy steel contains >องค์ประกอบการผสมทั้งหมด 10% ออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงหรือฟังก์ชั่นพิเศษ:
สแตนเลส: ชุดย่อยที่สูง - เหล็กอัลลอยที่มีมากกว่าหรือเท่ากับ 10.5% โครเมียมซึ่งเป็นชั้นโครเมียมออกไซด์แบบพาสซีฟเพื่อต้านทานการกัดกร่อน มันถูกจำแนกเพิ่มเติมเป็น:
สแตนเลสออสเทนนิติก (เช่น 304, 316): มีนิกเกิล (8%–12%) และโครเมียม (18%–20%) นำเสนอความเหนียวที่ยอดเยี่ยมความสามารถในการเชื่อมและความต้านทานการกัดกร่อน ใช้ในอุปกรณ์แปรรูปอาหารถังเคมีและอุปกรณ์การแพทย์
สแตนเลสสตีลมาร์เทนซิติก (เช่น 410, 420): คาร์บอนที่สูงขึ้น (0.1%–1.2%) และโครเมียม (11%–17%) ความร้อน - รักษาได้เพื่อให้ได้ความแข็งสูง ใช้ในมีดวาล์วและเครื่องมือผ่าตัด
Ferritic สแตนเลสสตีล (เช่น 430): โครเมียม (16%–18%) ที่มีนิกเกิลน้อยที่สุดราคา - มีประสิทธิภาพและทนต่อการเกิดออกซิเดชัน ใช้ในการตกแต่งด้วยรถยนต์และเครื่องใช้ในครัวเรือน
เครื่องมือเหล็ก: ออกแบบมาเพื่อความแข็งสูงความต้านทานการสึกหรอและความเสถียรของมิติ ผสมกับทังสเตน, โมลิบดีนัม, วานาเดียมหรือโคบอลต์ (เช่นสูง - เหล็กความเร็วมีทังสเตน 18% สำหรับความแข็งสีแดง) มันถูกใช้ในเครื่องมือตัดตายและแม่พิมพ์
ความร้อน - เหล็กต้านทาน: มีโครเมียม (15%–30%) และนิกเกิล (20%–40%) เพื่อทนต่ออุณหภูมิสูงถึง 1,200 องศา ใช้ในใบมีดกังหันก๊าซ, วัสดุบุผิวเตาเผาและส่วนประกอบเครื่องยนต์เจ็ท
ความสำคัญทางอุตสาหกรรมของเหล็กโลหะผสม
โลหะผสมเหล็กเป็นกระดูกสันหลังของวิศวกรรมสมัยใหม่ทำให้เกิดความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่เหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาไม่สามารถรองรับได้ ในการบินและอวกาศสูง - ความแข็งแรงต่ำ - เหล็กอัลลอยด์ลดน้ำหนักเฟรมในขณะที่ทนต่อแรงมาก ในพลังงานโครเมียม - เหล็กโมลิบดีนัมต่อต้านความดันสูง - และสูง - เงื่อนไขอุณหภูมิในท่อน้ำมันและก๊าซ; ในการผลิตยานยนต์เหล็ก HSLA ปรับปรุงความปลอดภัยในการชนในขณะที่เพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง
การพัฒนาเหล็กกล้าอัลลอยด์ขั้นสูงยังคงขับเคลื่อนนวัตกรรม เหล็กกล้าอัลลอยด์ที่ผลิตขึ้นอย่างต่อเนื่องเช่นเหล็กการ Maraging กับนิกเกิลและโคบอลต์นำเสนอรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนและความแข็งแรงที่เหนือกว่าสำหรับส่วนประกอบการบินและอวกาศ ในขณะเดียวกันเหล็กกล้าอัลลอยที่ยั่งยืน - การรวมวัสดุรีไซเคิลและลดองค์ประกอบที่สำคัญ - ให้สอดคล้องกับเป้าหมาย decarbonization ทั่วโลก
โดยสรุปโลหะผสมเหล็กเป็นจุดสุดยอดของวิศวกรรมโลหะวิทยาผสมผสานความแม่นยำทางวิทยาศาสตร์เข้ากับการปฏิบัติจริงในอุตสาหกรรม ด้วยการปรับแต่งองค์ประกอบการผสมตามความต้องการเฉพาะมันจะเอาชนะข้อ จำกัด ของเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาให้ประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมและการใช้งานที่รุนแรง ในขณะที่อุตสาหกรรมต้องการประสิทธิภาพที่สูงขึ้นความทนทานและความยั่งยืนเหล็กโลหะผสมจะยังคงเป็นสิ่งสำคัญในการพัฒนาความคืบหน้าด้วยการวิจัยอย่างต่อเนื่องพร้อมที่จะปลดล็อกสูตรขั้นสูงยิ่งขึ้น
