ما هو حديد الزهر؟ كيف يغيّر شكل الكربون خواص السبيكة

الخلاصة السريعة

حديد الزهر سبيكة أساسها الحديد، وتحتوي عادة على 2–4% كربون بالكتلة. تتغير خواصها مع صورة الكربون والبنية المعدنية المحيطة به، لا مع النسبة وحدها. ^[1]

• حديد الزهر سبيكة؛ 2–4% كربون نطاق شائع وليس حدًا واحدًا لكل نوع. ^[1]
• في المثال الافتراضي: 3% من 500 g تساوي 15 g كربون.
• الرمادي يحوي رقائق جرافيت؛ المطيل يحوي عقيدات كروية. ^[1][2]
• الأبيض غني بكربيد الحديد، ويميل إلى الصلادة والهشاشة. ^[2]
• شكل الكربون والمصفوفة يفسران اختلاف الخواص؛ النسبة وحدها لا تكفي. ^[2]

سبيكة لا عنصر منفرد

الفولاذ وحديد الزهر سبائك حديدية، لكن حديد الزهر يحتوي عادة كربونًا أكثر، مع وجود السيليكون ومكونات أخرى. والنطاق 2–4% وصف شائع؛ تختلف الحدود بحسب النوع. ^[1]

في مثال افتراضي لكتلة سبيكة 500 g ونسبة كربون 3%، تكون كتلة الكربون 500×0.03=15 g. الباقي 485 g يضم الحديد والمكونات الأخرى؛ لا يمثل حديدًا نقيًا بالضرورة.

رقائق وعقيدات وكربيد

في الزهر الرمادي يوجد الجرافيت على هيئة رقائق داخل مصفوفة معدنية. تعمل الرقائق مواضع لتركيز الإجهاد؛ ترتبط البنية بضعف المتانة مقارنة ببنى أكثر ملاءمة لتحمل الشد. ^[1]

في الزهر المطيل، أو ذي الجرافيت الكروي، تظهر عقيدات بدل الرقائق. يتيح ذلك مطيلية ومقاومة شد أعلى من الزهر الرمادي، مع اختلاف الخواص حسب المصفوفة. ^[2]

أما الزهر الأبيض فيحتوي الكربون بدرجة كبيرة في كربيد الحديد، السمنتيت؛ لذلك يتميز بالصلادة والهشاشة. والزهر القابل للطرق نوع آخر يرتبط بتجمعات كربونية في مصفوفة معدنية. ^[2]

لماذا لا يكفي رقم الكربون؟

المصفوفة هي الوسط المعدني الذي تحيط مادته بالجرافيت أو الكربيد؛ قد تكون من الفريت أو البيرليت أو خليطهما في أنواع الزهر الشائعة. الشكل والمصفوفة يفسران اختلاف الخواص حتى مع تقارب التركيب. ^[2]

الصلادة مقاومة للتشوه الموضعي، والمطيلية قابلية لتشوه لدن؛ لا تعني الصلادة وحدها تحمل الصدمة أو مقاومة التآكل. وصف الأبيض بأنه صلد وهش يجمع خاصيتين يمكن اجتماعهما. ^[1]

وفي مثال الكتلة السابق، معرفة 15 g كربون لا تكشف هل يوجد في رقائق أم عقيدات أم كربيد. لذلك يكون السؤال التالي عن البنية، قبل استنتاج خواص القطعة.

للقراءة المتصلة بهذا الموضوع: خصائص عنصر الحديد: الفلز النقي والسبائك والمغناطيسية.