Transcript طرق تصنيع الحديد الزهر

‫طرق تصنيع الحديد الزهر‬
‫والفوالذ‬
‫إعداد أ‪.‬د‪ .‬أحمد ناصف‬
‫شحنة الفرن العالى إلنتاج‬
‫حديد التماسيح‬
‫‪ -1‬خامات الحديد ‪-:‬‬
‫ الماجنتيت (أكسيد الحديد المغناطيسى‬‫‪)Fe3O4‬‬
‫– السيدريت (كربونات الحديد‬
‫‪)FeCO3‬‬
‫غاز الفوهه‬
‫منطقة‬
‫االنصهار‬
‫بطن الفرن‬
‫البئر‬
‫– الهيماتيت (أكسيد الحديد األحمر‬
‫‪)Fe2O3‬‬
‫‪ -2‬فحم الكوك‬
‫‪ -4‬هواء ساخن‬
‫‪ -3‬حجر جيرى‬
‫الفرن العالى‬
1) 3 Fe2O3 + CO
2) 2) Fe3O4 + CO
3) 3) FeO + CO
FeO + C
C + O2
CO2+ C
CaCO3
CO2 + 2 Fe3O4 (470° C)
CO2 + 3 FeO (610° C)
CO2 + Fe
or
CO + Fe (720° C)
CO2 + Heat
2CO
CaO + CO2
‫بوتقة حمل مصهور المعدن ثم الصب فى‬
‫قوالب إلنتاج المصبوبات‬
Process routes for the production of crude steel
‫• وظيفة إضافة الفحم (‪)Coke‬‬
‫‪ -1‬التسخين لدرجة الحرارة المناسبة للتفاعل فى مرحلتين‪.‬‬
‫‪ -2‬اختزال الحديد أى اتحاد الكربون باألكسجين (أى نزعه من الحديد)‪.‬‬
‫علل يصعب استخالص الحديد النقى‬
‫‪:‬‬
‫الن ذلك يتطلب عمليات معقدة غير اقتصادية وأيضا الحديد النقى ليس له خواص‬
‫فيزيائية مفيدة من الناحية الهندسية فهو طرى ال يحتمل الشد كثيرا ومقاومته‬
‫للصدأ والتآكل ضئيلة لذلك ليس له اى استخدام هندسى على إال طالق‪ .‬والحديد‬
‫فى كل انواعه عبارة عن سبيكة (خليط) من الحديد والكربون اساسا بنسب‬
‫تتراوح بين ‪ 0.1‬الى نحو ‪.%3.7‬‬
‫تنقسم انواع الحديد الى نوعين رئيسيين‪:‬‬
‫‪ -1‬حديد صلب (فوالذ) وتتراوح نسبة الكربون به من ‪ %0.1‬حتى ‪.%2‬‬
‫‪ -2‬حديد صب (زهر) وتتراوح ونسبة الكربون به من ‪ %2.5‬حتى ‪.%3.75‬‬
‫نسب شحنة الفرن العالى‪:‬‬
‫النوع‬
‫غفل الحديد (الخام االرضى) ‪Iron Ore‬‬
‫فحم الكوك‬
‫الحجر الجيرى‬
‫الهواء الساخن‬
‫الكمية بالطن‬
‫‪1000‬‬
‫‪450‬‬
‫‪250‬‬
‫‪3600‬‬
‫مناطق الفرن المختلفة‬
‫‪ -1‬المنطقة االولى ‪ :‬وفيها يتم تحميص الشحنة للتخلص من الرطوبة وذلك عند‬
‫درجة حرارة تتراوح من ‪ 250‬الى ‪ 550‬م ‪.‬‬
‫‪ -2‬المنطقة الثانية ‪ :‬وفيها يتم اختزال الخامات االولية للحديد (استخالص‬
‫األكسجين) بواسطة أول أكسيد الكربون الناتج من احتراق‬
‫الكوك ودرجة حرارة هذه المنطقة تتراوح من ‪ 550‬الى‬
‫‪ 850‬م‬
‫‪ -3‬المنطقة الثالثة ‪ :‬وفيها يتم اختزال باقى خامات الحديد االولية‬
‫ودرجة حرارة هذه المنطقة تتراوح من ‪ 850‬الى ‪ 1150‬م (منطقة‬
‫االختزال الرئيسية) وبذلك تتحول خامات الحديد الى حديد نقى وفى‬
‫نهاية هذه المنطقة تصل درجة الحرارة الى ‪ 1300‬م وعندها يتم‬
‫اتحاد الحديد مع الكربون وكلما زادت نسبة الكربون فى الحديد قلت‬
‫درجة انصهاره (درجة انصهار الحديد النقى ‪1539‬م)‪.‬‬
‫‪ -4‬المنطقة الرابعة ‪ ( :‬منطقة االحتراق)وفيها يتم احتراق الفحم‬
‫باألكسجين الساخن وتبلغ درجة حرارة هذه المنطقة اقصاها وهى‬
‫‪ 1900‬م ويتم اختزال جزء من الشوائب الموجودة فى الحديد مثل‬
‫المنجنيز والسليكون والكبريت والكالسيوم‪ .‬وتتجمع هذه الشوائب‬
‫لتكون الخبث الذى يطفو فوق مصهور الحديد‪.‬‬
‫فائدة اضافة مساعدات الصهر الى الخامات االولية للحديد‬
‫ويتكون اساسا من الحجر الجيرى (‪ )CaO‬ويضاف إليه الفلوسبار (فلوريد الكالسيوم ‪) CaF2‬‬
‫وذلك لالتحاد بالشوائب بهدف خفض درجة انصهار الخبث وبالتالى زيادة سيولته فيسهل سحبه من‬
‫فتحة خروج الخبث‪.‬‬
‫منتجات الفرن العالى‬
‫هى‪:‬‬
‫‪ -1‬الحديد الخام (حديد التماسيح) ‪Pig Iron‬‬
‫‪ -2‬الخبث (‪)Slag‬‬
‫‪ -3‬غازات الفرن‬
‫فائدة الكربون للحديد الخام‪:‬‬
‫يتحد الكربون مع الحديد الخام مكونا كربيد الحديد‬
‫(السيمنتايت ‪ )Fe3C‬ويوجد الكربون فى الحديد فى صورة‬
‫قشور جرافيتية‬
‫إنتاج الحديد الزهر‬
‫تشطيب والنقل‬
‫فرن الدست‬
‫فحم ‪ +‬مخلفات صب‬
‫الفرن الكهربى‬
‫سباكة الحديد الزهر‬
‫حجر جيرى‬
‫فرن الحث الذاتى‬
‫نطقة التبريد‬
‫والتنظيف‬
‫حديد خام (تماسيح حديد)‬
‫منطقة الصب‬
‫ورشة عمل القوالب الرملية‬
‫إنتاج الصلب (الفوالذ)‬
‫وذلك بتنقية الحديد الخام بالتخلص من معظم الكربون‬
‫والعناصر االخرى وذلك بحرقها او اكسدتها‪.‬‬
‫األفران المستخدمة لذلك هى‪:‬‬
‫توماس‬
‫توماس ‪ -‬لينز ‪ -‬سيمنز‪ -‬مارتن‬
‫سيمنز‪ -‬مارتن‬
‫لينز‬
‫للحصول على الصلب النقى ‪:‬‬
‫‪ -1‬أفرن صهر الصلب الكهربائية‬
‫‪ -2‬أفران التيارات الحثية‬
‫ويستخدم الفرن الكهربى لتكرير الفوالذ فقط‬
‫والحصول على درجة نقاوة عالية نظرا النعدام‬
‫غازات االحتراق المسئولة عن وجود الشوائب‪.‬‬
‫أهم سبائك الحديد هى‪:‬‬
‫‪ -1‬حديد الصلب وهو سبيكة بين الحديد النقى والكربون (بنسبة ال تتعدى ‪ )%2‬مع‬
‫نسب ضئيلة جدا من السليكون والمنجنيز وأثار من الكبريت والفسفور‪.‬‬
‫‪ -2‬حديد الزهر (حديد الصب ‪ )Cast Iron‬وتتراوح نسبة الكربون فيه بين ‪2.5‬‬
‫الى ‪ %3.75‬مع نسب ضئيلة جدا من السليكون والمنجنيز وأثار من الكبريت‬
‫والفسفور‪.‬‬
Electric arc Furnace with eccentric bottom tap hole
‫إنتاج الصلب وطرق تشكيلة‬
‫بواسطة أحد االفران الثالثة أو‬
‫الفرن الكهربى‬
‫سباكة مستمرة‬
‫درفلة‬
‫مصبوبات‬
‫الحجر الجيري (كربونات الكالسيوم ‪ :) CaCO3 -‬يدخل في صناعة الحديد‬
‫والصلب لتخليص خام الحديد عند الصهر من الشوائب إذ يساعد على طفوها‬
‫على السطح مكونات الخبث‬
‫السيليكون ويستخدم الجزء األكبر منه في إنتاج السبائك الحديدية وعلى وجه‬
‫الخصوص سبيكة الفيرو سيليكون‬
‫الكروم‪-:‬‬
‫هو العنصر السبائكي االساسى لصناعة الصلب الذي ال يصدأ و إذا تواجد في‬
‫الصلب نسبة تتراوح بين ‪ % 27 – 10‬فانه يكسب الصلب مقاومة الحرارة‬
‫والصدأ واالحتكاك وهو واحد من أهم المعادن التي تستخدم في تغطية‬
‫السطوح في صناعة الصلب‬
‫شكل الكربون فى حديد الزهر‬
‫شرائحى (حديد زهر رمادى)‬
‫كروى (حديد زهر لدن)‬
‫استخدامات حديد الزهر‬
‫يستخدم فى صناعة فرش المكنات المعرضة لالهتزازات كالمخارط‬
‫وكافة مكنات التشغيل ومحركات الديزل – األعمدة المرفقية – صناديق‬
‫السرعات – التروس ‪ -‬البكرات‬
‫سبائك الفوالذ المقاوم للتآكل‬
‫تتكون من فوالذ كربوني مضافا إليها مغنيسيوم و هو عالي المتانة و المقاومة‬
‫للتآكل ‪ ,‬و يستعمل لصناعة األجزاء المعرضة للتآكل الشديد كصليبات السكك‬
‫الحديدية ‪ ,‬ريش الثقب ‪ ,‬األدوات الحادة عالية التقنية‬
‫سبيكة الفوالذ الكربوني‬
‫تتكون من الحديد و الكربون و تتراوح نسبة الكربون فيه من ‪ %0,3‬الى ‪%2‬‬
‫و كلما زادت نسبة الكربون زادت صالبة الفوالذ ‪ ,‬و تستخدم هذه السبائك في‬
‫صناعة البراغي ‪ ,‬و المسامير الفوالذية و مناشير قطع الخشب و المعادن ‪ ,‬و‬
‫محركات السيارات ‪.‬‬
‫‪ -‬كيف يمكن تصنيف المواد الهندسية المختلفة؟‬
‫ما الفرق بين المواد الحديدية والمواد غير الحديدية؟‬
‫ج‪ -2‬يعتبر تأثير عنصر الكربون في خصائص خام الحديد وتكوين أنواع متعددة من‬
‫الصلب هو أحد االختالفات بين المواد الحديدية وغير الحديدية‪ ،‬أيضا تفاعل المواد‬
‫الحديدية مع األكسجين مكونة طبقة أكسيد‪ ،‬باإلضافة لتفرده بالخصائص المغناطيسية‬
‫والتأثر بالمجال المغناطيسي‪.‬‬
‫ عرف ما يلي ‪:‬‬‫المرونة ‪ ،‬اللدونة ‪ ،‬الممطولية ‪ ،‬الصالدة ‪ ،‬المتانة ‪ ،‬إجهاد الخضوع ‪ ،‬معامل المرونة ‪ ،‬أقصى مقاومة ‪،‬‬
‫التخمير ‪ ،‬التقسية ‪ ،‬المراجعة ‪ ،‬االستعدال‪.‬‬
‫المرونة )‪ :(Elasticity‬قابلية تغير الشكل إذا تعرض لإلجهاد مع الرجوع إلى الشكل األصلي بزوال‬
‫اإلجهاد‪.‬‬
‫اللدونة )‪ :(Plasticity‬خاصية تغير شكل المادة عند انفعالها واكتسابها للشكل الجديد بعد زوال اإلجهاد‬
‫المؤثر‪.‬‬
‫الممطولية )‪ :(Ductility‬قدرة المادة على التغير الدائم للشكل أو األبعاد دون حدوث كسر‪.‬‬
‫الصالدة )‪ :(Hardness‬مقاومة المادة للخدش والتغلغل‪.‬‬
‫المتانة )‪ :(Toughness‬قدرة المادة على امتصاص الطاقة حتى الكسر وهى تساوى رياضيا المساحة‬
‫تحت منحنى اإلجهاد و االنفعال‪.‬‬
‫معامل المرونة أو معامل يونج ‪:‬‬
‫)‪(Modulus of Elasticity or Young’s Modulus‬‬
‫يعبر معامل المرونة )‪ (E‬عن العالقة بين اإلجهاد واالنفعال في حالة المرونة ووجد أن االنفعال يتناسب‬
‫طرديا مع اإلجهاد في حدود مرونة الجسم‪.‬‬
‫)‪Young’s Modulus (Modulus of Elasticity) E = Stress (σ) /Strain (Є‬‬
‫أقصى مقاومة (إجهاد) )‪ :(Ultimate Strength‬هو أكبر مقدار من الجهد تتحمله المادة قبل‬
‫حدوث الكسر‪.‬‬
‫التخمير )‪ :(Annealing‬هى عملية تسخين الصلب إلى ما فوق درجة حرارته الحرجة بقليل ثم‬
‫تبريده ببطء شديد داخل فرن وذلك بهدف تحسين ممطوليته وقدرته على التشكيل‪.‬‬
‫التقسية )‪ :(Hardening‬هي عملية تسخين الصلب إلى ما فوق درجة حرارته الحرجة بقليل‬
‫(حوالي ‪ 900‬درجة مئوية لصلب به ‪ %5‬كربون) ثم تبريده فجأة‪ .‬فتزيد صالبة الصلب وتقل‬
‫ممطوليته‪.‬‬
‫المراجعة )‪ :(Tempering‬وهى تتبع عملية التقسية بإعادة التسخين إلى درجة حرارة أقل من‬
‫‪ 700‬درجة مئوية والتبريد البطيء فيحتفظ الصلب المراجع بجزء من صالبته المكتسبة في عملية‬
‫التقسية مع تحسن واضح في مقاومة الصدمات أو التخلص من بعض هشاشته‪.‬‬
‫االستعدال أو التطبيع )‪ :(Normalizing‬هي عملية تسخين الصلب إلى ما فوق درجة حرارته‬
‫الحرجة بقليل ثم التبريد فى الهواء مما يجعل خواصه أشد صالبة من التخمير و أقل هشاشة بكثير‬
‫من التقسية‪.‬‬
‫الفيرو تيتانيوم ‪ :‬مادة تضاف الى مصهور الصلب لتحسين مقاومته للشد ‪ ،‬كما تستعمل في أغراض‬
‫التنقية ‪ ،‬والتيتانيوم له ألفة قوية لالندماج مع الكربون ‪ ،‬و يضاف الى الصلب عديم الصدأ ليعمل على‬
‫استقرارية الكربنة و على زيادة تحمل هذا الصلب لدرجات الحرارة العالية ‪ ،‬كما أنه يمنع حدوث تآكل‬
‫بين الحبيبات‬
‫الفيرو سيليكون ‪ :‬تستعمل كمادة مختزلة في صنع المصبوبات الفوالذية ‪ ،‬كما أنها أحد مكونات بعض‬
‫أنواع الحديد الزهر التي تقاوم االحماض ‪ ،‬و السيليكون يساعد على ازالة و طرد االوكسجين و‬
‫االكاسيد من السبائك الحديدية ‪ ،‬و هو عامل مختزل يساعد على ضبط نسبة االوكسجين ‪ ،‬حيث‬
‫يتفاعل بشدة مع االوكسجين منتجا قدرا كبيرا من الحرارة‪.‬‬
‫السيليكون يزيد من صالدة الصلب و يحسن من خواصه الميكانيكية ‪ ،‬و اضافته الى الصلب تزيد من‬
‫خواصه المغنطيسية الكهربائية ‪ ،‬لذلك يستخدم في صنع االجزاء الكهربائية و االلكترونية ‪ ،‬كما و‬
‫يزيد من مرونة الصلب ‪ ،‬واذا أضيف بنسبة كبيرة (‪ ) % 12‬يجعل الحديد منيعا قويا ضد تأثير‬
‫االحماض‬
‫الفيرو كروم ‪ :‬يستعمل للحصول على مقاومات عالية للصلب ‪ ،‬و هو يزيد من قابلية التصلد ‪ ،‬كما أنه‬
‫يزيد من مقاومة التآكل في االوساط المؤكسدة ‪ ،‬و يزيد من مقاومة الصلب للحرارة و التآكل ‪ .‬يتحد‬
‫بسهولة في درجات الحرارة العالية مع االوكسجين ‪ ،‬ليكون أكسيد الكروم و هو مركب غير معدني‬
‫مقاوم للحرارة ‪ ،‬و يؤثر الكروم على الهيئة البلورية للحديد مكونا فيريت ‪ .‬و بصورة عامة فانه يزيد‬
‫من مناعة الصلب ضد التآكل و التأكسد ‪ ،‬لذلك فهو العنصر االساسي في أنواع الصلب عديم الصدأ ‪.‬‬
‫كما أنه يزيد من مقاومة االحتكاك ‪ ،‬فيضاف لسبائك الصلب التي تصنع منها كريات و أسطوانات‬
‫المحامل يضاف الكروم بنسبة تتراوح بين ‪ 5‬الى ‪ % 6‬الكسابه المتانة الالزمة ‪ ،‬و يحتوي الصلب‬
‫عديم الصدأ على الكروم بنسبة ‪ % 10‬و أكثر‬
‫الحديد الغفل األبيض يكون الكربون مركب كيميائي مع الحديد علي هيئة كربيد الحديد ‪Fe3C‬‬
‫أما الحديد الغفل الرصاصي فهو أكثر مطاوعية ومتانة من الحديد األبيض ويستعمل جزء منه‬
‫كحديد زهر في صنع المنتجات المصبوبة ‪.‬‬
‫والحديد الزهر عامة يحتوي علي من ‪ % 3.75-2‬كربون و من ‪ %3-0.3‬سليكون ومن ‪0.2‬‬
‫إلي ‪ % 1.2‬منجنيز ويجب إال يحتوي إال علي نسبة صغيرة جدا من الكبريت ألن الفوسفور‬
‫يجعل الحديد سهل السيولة إال انه يجعله متقصفا والكبريت يجعل الحديد متقصفا في درجات‬
‫الحرارة التي يتم عندها التشكيل علي الساخن ‪.‬‬
‫ويحتوي الحديد المطاوع الذي يمكن أن يمكن إن يشكل بالطرق اليدوي أو اآللي أو بالدرفلة علي‬
‫كربون أفل من الحديد الغفل أو الحديد الزهر بين ‪ % 0.01 - %2‬وهذا يقصد به الحديد الصلب‬
‫حيث يمكن تعريف الصلب بأنه ‪:‬‬
‫ويمكن تعريف الصلب بأنة الحديد الذي يحتوي علي نسبة كربون أفل من ‪. %2‬‬
‫الفيرو منجنيز ‪ :‬يستعمل في صناعة الصلب كعامل تنقية ‪ ،‬و في الحصول على نوع من المقاومة‬
‫‪ ،‬و عنصر المنجنيز عند اضافته الى الحديد المنصهر ويتفاعل مع االوكسجين ‪ ،‬لذلك يمكن اعتبار‬
‫المنجنيز عنصرا مختزال ‪ ،‬و هو يساعد على اتحاد الكربون بالحديد و يزيد من صالدة السبيكة‬
‫كما أن المنجنيز يتحد مع الكبريت ويزيله ‪ ،‬كما و أنه يساعد على اتحاد الكربون مع الحديد ‪.‬‬
‫و في النهاية يساهم في انتاج صلب مقاوم للتآكل ‪.‬‬
‫الفيرو موليبدين ‪ :‬يزيد من متانة الصلب ‪ .‬و االضافة من الموليبدين في حدود ‪ % 0.25‬الى‬
‫‪ ، % 0.50‬تكسب الصلب متا ملحوظة ‪ .‬وكثيرا ما يضاف بنسبة تتراوح بين ‪ 0.5‬الى ‪% 1.5‬‬
‫الى أنواع الصلب السبائكي المنخفض بقصد تحسين متانتها و مقاومتها للزحفان عند درجات‬
‫الحرارة العالية ‪ .‬و تحتوي أنواع الصلب عديم الصدأ على نسبة من الموليبدين تتراوح بين ‪0.5‬‬
‫الى ‪ % 4‬لزيادة مقاومة التآكل في االوساط التي قد تحدث تنقيرا في المعدن ‪ ،‬و كذلك لزيادة‬
‫تحمل المعدن لدرجات الحرارة العالية‬
‫المواد الفلزية المعروفة التى يطلق عليها الحديد والفوالذ ‪ ,‬هي فى الواقع سبائك لعنصر الحديد ‪ .‬وبوجه عام فإن الفوالذ هو‬
‫سبيكة من عنصري الحديد والكربون ‪ .‬وال تزيد نسبة الكربون فيها عن ‪ %2‬وتحتوى معظم أنواع الفواذ باإلضافة الى‬
‫الكربون فانه يحتوى على كمية من المنجنيز ‪ .‬ويعتمد أنواع الفوالذ والحديد على التركيب الكيميائي ‪.‬‬
‫‪:‬‬
‫األنواع‬
‫‪ -1‬حديد التمساح ‪ :‬هو الحديد الناتج من الفرن العالي وتحتوى معظم أنواع حديد التمساح على ‪ %93‬حديد و‪ %3‬كربون‬
‫باإلضافة الى كميات أقل من العناصر االخرى‪ .‬وأصل مصطلح تماسيح الحديد يعود الى الطريقة االولى التى اتبعت فى عمليات‬
‫صب مصهور الحديد الناتج من الفرن العالي الى منظومة من القوالب وضعت حول قناة مركزية ‪.‬‬
‫وقد اطلق على القضبان الحديدية داخل القالب اسم التمساح ‪ .‬وفى الوقت الحالي يستخدم خام حديد التمساح فى حالته‬
‫المنصهرة فى صناعة الفوالذ وال يجرى صبه فى قوالب‪.‬‬
‫‪ -2‬الحديد الزهر‪ :‬نوع من سبائك الحديد المحتوية على نسبة عالية من الكربون ‪ .‬حيث يتراوح نسبة الكربون فيه بين ‪- %2‬‬
‫‪ . %3.75‬كما يحتوى على السيلكون بنسبة تتراوح بين ‪ . %3-%1‬ونظرا الرتفاع نسبة الكربون فى الحديد الزهر‪ ,‬فانه ال‬
‫يمكن تشكيله وهو فى حالته الجامدة مهما كانت درجة الحرارة التى يتم تسخينه إليها ويشكل الحديد الزهر الى األشكال‬
‫التجارية المفيدة بصب السبيكة المنصهرة فى قوالب‪ .‬ثم تترك حتى تجمد ‪ ,‬ومما يساعد فى استخدام الحديد الزهر فى العديد‬
‫من التطبيقات ما يتميز به من صالدة وانخفاض فى التكاليف‪ ,‬ومقدرة عالية على امتصاص الصدمات ‪.‬‬
‫‪ -3‬الحديد المطاوع‪ :‬هو حديد مخلوط مع مادة تشبه الزجاج وعلى العكس من حديد الزهر فإن الحديد المطاوع قابل للطرق‬
‫ولهذا يمكن طرقه ألشكال مختلفة ويقاوم التآكل بصورة أفضل من الحديد الزهر ‪.‬‬
(1) White Cast Iron :
Brittle and Hard, poor mechanical properties, limited
applications Carbon are integrated with Iron and no free carbon
(Graphite).
(2) Grey Cast Iron :
Carbon is found as separated thin flaks. Used in many
engineering applications as it is very cheap.
(3) Malleable Cast Iron:
It is produced by heating up the White C.I. up to 900o C for 24
hours, this process makes it more Ductile.
(4) Ductile Cast Iron:
Carbon is found as free coagulated spherically shaped Graphite,
has good mechanical properties and produced by adding
Magnesium to Grey C.I.
‫تأثير العناصر المختلفة فى الحديد‪:‬‬
‫‪ -1‬الكربون ‪:‬‬
‫ التسخين لدرجة الحرارة المناسبة للتفاعل فى مرحلتين‪.‬‬‫ اختزال الحديد أى اتحاد الكربون باألكسجين (أى نزعه من الحديد)‪.‬‬‫وتحتوى سبائك الحديد‪-‬كربون على الكربون فى صورتين ‪ ،‬االولى كربون متحد (كربيد‬
‫حديد) والثانية كربون حر(جرافيت) وتتأثر خواص السبيكة بنسبة الكربون الحر‬
‫ونسبة الكربون المتحد ‪ .‬وهناك عوامل تؤثر فى كيفية ترسب الكربون عند تبريد‬
‫السبيكة وهى ‪-:‬‬
‫سرعة التبريد ‪ -‬نسبة العناصر االخرى فى السبيكة (مثل السليكون والمنجنيز‬
‫والفسفور والكبريت) ‪ -‬درجة حرارة السبيكة عند بدء التبريد‬
‫اذا كان التبريد سريع يساعد على اتحاد الكربون مع الحديد (كربيدات حديد) وينتج‬
‫زهر صلدا قاسيا ‪ .‬اذا كان التبريد بطئ ينتج عن ذلك ترسيب بعض الكربون وكون‬
‫قشور جرافيتية بين بللورات الحديد وينتج زهر لين سهل تشغيله‪.‬‬
‫‪ -2‬السيليكون ‪:‬‬
‫هو عامل فعال فى ترسيب الكربون فوجوده بنسبة ‪ %3‬فى الزهر ينتج زهرا لينا كما يساعد‬
‫على إزالة وطرد االكسجين ‪ ,‬وعند خلط بنسبة كبيرة حوالى‪ % 12‬مع الزهر يجعله قويا ضد‬
‫تأثير الحامض‪.‬‬
‫‪ -3‬المنجنيز ‪:‬‬
‫يساعد على توليد كربيد الحديد ويعمل على زيادة صالدة السبيكة ويخفض درجة حرارة انصهارها‬
‫كما انه يتحد مع الكبريت ويزيله بمقدار محدود من سبيكة الحديد‪.‬‬
‫‪ -4‬الفسفور ‪:‬‬
‫ يقلل من مقاومة سبائك الحديد الميكانيكية‪.‬‬‫ يزيد سيولة الزهر ويقلل لزوجته وهو سائل‪.‬‬‫ عند زيادة نسبة تواجده عن (‪ )% 0.9‬فى السبيكة يصبح الزهر ضعيفا‪.‬‬‫ يخفض درجة حرارة االنصهار ويؤخر التجمد‬‫‪ -5‬الكبريت ‪:‬‬
‫له آثار ضارة جدا فى سبائك الحديد والكربون ألنه يعطل تكون الجرافيت ويساعد على جعل‬
‫المسبوك ابيض ضعيف الخواص الميكانيكية لذا يوصى بإضافة المنجنيز للزهر ليتحد مع الكبريت‬
‫ويزيل اثاره‪.‬‬
‫ويمكن تقسيم الصلب كالتالي ‪:‬‬
‫‪ -1‬صلب كربوني ويحتوي علي‬
‫أ‪ -‬صلب منخفض الكربون ‪ :‬وهو صلب تصل نسبة الكربون به إلي ‪ % 0.25‬ويتم إضافة‬
‫بعض العناصر لتحسين الخواص الميكانيكية مثل النحاس والفاناديوم والنيكل‪.‬‬
‫استخداماته ‪ :‬يستخدم هذا الصلب في صناعة الكباري وأعمدة الدعامات وأوعية الضغط ‪.‬‬
‫ب‪ -‬صلب متوسط الكربون ‪ :‬ويحتوي علي كربون بنسبة من ‪ % 0.25‬إلي ‪ % 0.6‬يتم‬
‫معالجة هذا النوع من الصلب بعمل تبريد سريع له حيث يؤدي ذلك إلي تحسين في خواصه‬
‫الميكانيكية كما يضاف إليه بعض العناصر لتكوين سبائك مختلفة ذات خواص ميكانيكية جيدة من‬
‫هذه العناصر الكروم والمولبيدنيوم ‪.‬‬
‫استخداماته ‪ :‬يستخدم في صناعة التروس وفي صناعة أعمدة نقل لحركة وعجالت قطارات‬
‫السكك الحديدية ‪.‬‬
‫جـ ‪ -‬صلب عالي الكربون ‪ :‬تتراوح نسبة الكربون فيه من ‪ % 0.6‬إلي ‪ % 1.4‬كربون وقد‬
‫يضاف إليه بعض العناصر مثل الكروم والتنجيستن والفاناديوم ليزيد من مقاومته للبري والتآكل‬
‫‪ .‬وهو ذا صالدة عالية وممطولية ضعيفة ‪.‬‬
‫استخداماته ‪ :‬يستخدم في صناعة أدوات القطع المختلفة وصناعة العدد التي تستخدم في آالت‬
‫التشغيل‪.‬‬
‫د – الصلب الذي ال يصدأ "‪ " stainless steel‬يحتوي علي نسبة كربون من ‪ %0.1‬إلي‬
‫‪ % 0.4‬كربون ويحتوي علي ‪ %11‬كروم و ‪ % 8‬نيكل باإلضافة إلي بعض العناصر مثل النيكل‬
‫والمولبيدنيوم ‪.‬‬
‫استخداماته ‪ :‬يدخل هذا النوع من الصلب في صناعات متعددة ولكن يستعمل بصفة أساسية‬
‫للصناعات التي تحتاج إلي مقاومة عالية جدا للصدأ ‪.‬‬
‫‪ -2‬صلب درجات الحرارة العالية ‪:‬‬
‫التي تصنع منه الغاليات ألنه يحتفظ بمتانته في درجات الحرارة المستمرة من ‪ 600-500‬درجة‬
‫مئوية والمولبيدنيوم هو العنصر لسبائكي الرئيسي في هذا الصلب ‪.‬‬
‫‪ -3‬صـــلب العـــــــدة ‪:‬‬
‫يحتوي علي نسبة من الكربون اعلي من اإلنشاءات ويستخدم في آالت الورش لقطع جميع‬
‫المواد في الصناعات الهندسية بالخراطة والثقب والكشط والصك ينتج عن طريق إضافات من‬
‫الكروم والمولبيدنيوم والكوبالت والفاناديوم ‪.‬‬
‫الغرض من عمل سبائك الصلب ‪:‬‬
‫‪ -1‬تحسين الخواص الميكانيكية مثل المرونة واللدونه‪.‬‬
‫‪ -2‬تحسين مقاومة الصدأ ومقاومة الحرارة العالية‪.‬‬
‫‪ -3‬تحسين خواص القطع على آالت التشغيل ‪.‬‬