ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับเหล็ก (1)

เหล็กเป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยเหล็กและ C (คาร์บอน), Si (ซิลิคอน), Mn (แมงกานีส), P (ฟอสฟอรัส), S (ซัลเฟอร์) และองค์ประกอบอื่น ๆ อีกเล็กน้อย นอกจาก Fe (เหล็ก) แล้ว ปริมาณ C ยังมีบทบาทสำคัญในคุณสมบัติทางกลของเหล็กอีกด้วย เป็นวัสดุโลหะที่สำคัญและใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีทางวิศวกรรม

ประวัติความเป็นมาของการประยุกต์และการวิจัยเกี่ยวกับเหล็กในมนุษย์นั้นค่อนข้างยาวนาน อย่างไรก็ตาม จนกระทั่งมีการประดิษฐ์กระบวนการ Bessemer ขึ้นในศตวรรษที่ 19 การผลิตเหล็กถือเป็นงานที่มีต้นทุนสูงและมีประสิทธิภาพต่ำ ปัจจุบัน เหล็กได้กลายเป็นหนึ่งในวัสดุที่ได้รับการควบคุมมากที่สุดในโลก เนื่องจากมีราคาที่ต่ำและประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ เป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง อุตสาหกรรมการผลิต และชีวิตประจำวันของผู้คน อาจกล่าวได้ว่าเหล็กเป็นพื้นฐานทางวัตถุของสังคมยุคใหม่

โลหะเหล็ก

คำว่า "โลหะกลุ่มเหล็ก" หมายถึงโลหะกลุ่มเหล็กใดๆ (เหล็กและโลหะผสมของเหล็ก) เช่น เหล็ก เหล็กพิก โลหะผสมของเหล็ก เหล็กหล่อ ฯลฯ เหล็กและเหล็กพิกเป็นโลหะผสมที่มีธาตุเหล็กเป็นหลักโดยมีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก เรียกรวมกันว่าโลหะผสมเหล็กคาร์บอน

เหล็กหมูหมายถึงผลิตภัณฑ์ที่ทำโดยการถลุงแร่เหล็กในเตาถลุงเหล็ก และส่วนใหญ่จะใช้ในการถลุงเหล็กและผลิตแบบหล่อ

เหล็กหล่อจะถูกหลอมในเตาหลอมเหล็กเพื่อให้ได้เหล็กหล่อ (ของเหลว โลหะผสมเหล็ก-คาร์บอนที่มีปริมาณคาร์บอนมากกว่า 2.11%) และเหล็กหล่อเหลวจะถูกเทลงในการหล่อ นี่คือวิธีที่ชิ้นส่วนเหล็กหล่อเกิดขึ้น

เฟอร์โรอัลลอยเป็นโลหะผสมที่ประกอบด้วยเหล็กและซิลิคอน แมงกานีส โครเมียม ไทเทเนียม และองค์ประกอบอื่นๆ Ferroalloy เป็นหนึ่งในวัตถุดิบในการผลิตเหล็ก มันถูกใช้เป็นสารกำจัดออกซิไดเซอร์และสารผสมธาตุสำหรับเหล็กในระหว่างการทำเหล็ก

 

โลหะผสมของเหล็ก-คาร์บอนที่มีปริมาณคาร์บอนน้อยกว่า 2.11% เรียกว่าเหล็กกล้า เหล็กได้มาจากการนำเหล็กพิกเข้าเตาหลอมเหล็กแล้วหลอมตามกระบวนการที่กำหนด ผลิตภัณฑ์เหล็ก ได้แก่ แท่งเหล็ก แท่งหล่อแบบต่อเนื่อง และการหล่อโดยตรงของการหล่อเหล็กชนิดต่างๆ เหล็กโดยทั่วไปหมายถึงเหล็กแผ่นรีดเป็นผลิตภัณฑ์เหล็กต่างๆ

โลหะกลุ่มเหล็กเป็นแม่เหล็ก แข็งแรงและแข็งเนื่องจากมีธาตุเหล็กอยู่ และวัสดุเหล่านี้มักใช้ในการก่อสร้างบ้าน ท่อขนาดใหญ่ ภาชนะอุตสาหกรรม และงานวิศวกรรม โลหะกลุ่มเหล็กยังมีคาร์บอนจำนวนมาก ดังนั้นจึงเสี่ยงต่อการเกิดสนิมในสภาพแวดล้อมที่ชื้นได้ง่ายกว่า (ยกเว้นสแตนเลสซึ่งมีปริมาณโครเมียมสูง และเหล็กดัดซึ่งมีปริมาณเหล็กบริสุทธิ์สูง)

โลหะเหล่านี้โดยทั่วไปมีความแข็งและทนทาน ทำให้มีประโยชน์ในการก่อสร้างและวิศวกรรม โครงสร้างขนาดใหญ่เช่นตึกระฟ้าและสะพานประกอบด้วยโลหะที่เป็นเหล็ก นอกจากนี้ โลหะเหล็กยังสามารถพบได้ในตู้คอนเทนเนอร์ ท่ออุตสาหกรรม รถยนต์ รางรถไฟ และเครื่องมือในครัวเรือน

โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก

โลหะที่ไม่ใช่เหล็กหมายถึงโลหะและโลหะผสมที่ไม่ใช่โลหะที่เป็นเหล็ก เช่น ทองแดง ดีบุก ตะกั่ว สังกะสี อลูมิเนียม ทองเหลือง ทองแดง โลหะผสมอลูมิเนียม และโลหะผสมแบริ่ง นอกจากนี้ โครเมียม นิกเกิล แมงกานีส โมลิบดีนัม โคบอลต์ วานาเดียม ทังสเตน ไทเทเนียม และอื่นๆ ยังใช้ในอุตสาหกรรมอีกด้วย โลหะเหล่านี้ส่วนใหญ่จะใช้เป็นสารเติมแต่งโลหะผสมเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของโลหะ ทังสเตน ไทเทเนียม โมลิบดีนัม ฯลฯ ส่วนใหญ่จะใช้ในการผลิตซีเมนต์คาร์ไบด์สำหรับเครื่องมือตัด

โลหะที่ไม่ใช่เหล็กข้างต้นเรียกว่าโลหะอุตสาหกรรม นอกเหนือจากโลหะมีค่า: แพลทินัม ทอง เงิน ฯลฯ และโลหะหายาก รวมถึงยูเรเนียมกัมมันตภาพรังสี เรเดียม ฯลฯ

โลหะผสมเหล่านี้ต่างจากโลหะเหล็กตรงที่เหนียวและเบากว่า ทำให้เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องการความแข็งแกร่งแต่ต้องเป็นไปตามข้อจำกัดด้านน้ำหนัก เช่น อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

สแตนเลส

 

ลวด

สามารถ

ทอง

วัสดุนี้มีคุณสมบัติที่แตกต่างกันและส่วนใหญ่เป็นโลหะบริสุทธิ์หรือโลหะผสมที่ไม่มีเหล็ก ในทางแม่เหล็กพวกมันส่วนใหญ่ไม่ใช่แม่เหล็ก นอกจากโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เช่น อลูมิเนียม ทองแดง ตะกั่ว สังกะสี และดีบุก แล้ว โลหะมีค่า เช่น ทอง เงิน ฯลฯ ก็รวมอยู่ด้วยและมักจะใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการตกแต่งปัจจุบันโลหะที่ไม่ใช่เหล็กถูกนำมาใช้ในการก่อสร้าง การสร้างเครื่องมือ สายเคเบิล เครื่องยนต์ของยานพาหนะ ท่อ ภาชนะบรรจุ และแม้แต่เครื่องใช้บนโต๊ะอาหาร

เหล็กเป็นวัสดุโลหะผสมที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบหลัก โดยทั่วไปมีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่า 2% และองค์ประกอบอื่นๆ ปริมาณคาร์บอนในเหล็กโครเมียมอาจมากกว่า 2% แต่โดยปกติแล้ว 2% จะเป็นเส้นแบ่งระหว่างเหล็กและเหล็กหล่อ พูดอย่างเคร่งครัด เหล็กคือโลหะผสมของเหล็ก-คาร์บอนซึ่งมีปริมาณคาร์บอนอยู่ระหว่าง 0.0218% ถึง 2.11% โดยทั่วไปเราเรียกมันว่าเหล็กร่วมกับเหล็ก เพื่อให้มั่นใจถึงความเหนียวและความเป็นพลาสติก โดยทั่วไปปริมาณคาร์บอนจะต้องไม่เกิน 1.7% นอกจากเหล็กและคาร์บอนแล้ว องค์ประกอบหลักของเหล็กยังรวมถึงซิลิคอน แมงกานีส ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส ฯลฯ ส่วนผสมอื่นๆ ใช้เพื่อแยกแยะคุณสมบัติของเหล็ก     

เหล็กเหนียวสามารถยอมรับกระบวนการต่างๆ ได้ง่าย เช่น การตี การเชื่อม และการตัด และมักใช้ทำโซ่ หมุดย้ำ สลักเกลียว เพลา ฯลฯ

เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางรวมถึงเหล็กที่ถูกฆ่า (เหล็กที่ถูกฆ่าหมายถึงเหล็กที่ถูกออกซิไดซ์โดยสมบูรณ์ นั่นคือ เศษส่วนมวลของออกซิเจนจะต้องไม่เกิน {{0}} 01% โดยปกติจะอยู่ระหว่าง {{7} }.002% และ 0.003%) เหล็กกึ่งฆ่า เหล็กต้ม และผลิตภัณฑ์อื่นๆ นอกจากคาร์บอนแล้ว ยังมีแมงกานีสจำนวนเล็กน้อย (0.70% ~ 1.20%) มีการประมวลผลทางความร้อนและประสิทธิภาพการตัดที่ดีเยี่ยม แต่ประสิทธิภาพการเชื่อมไม่ดี

ความแข็งแรงและความแข็งของเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางจะสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ แต่ความเป็นพลาสติกและความเหนียวจะต่ำกว่าเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ ในบรรดาการใช้งานต่างๆ ที่ระดับความแข็งแรงปานกลาง เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางถูกใช้อย่างกว้างขวางที่สุด นอกจากจะเป็นวัสดุก่อสร้างแล้ว ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรกลต่างๆ

เหล็กกล้าคาร์บอนสูงมักเรียกว่าเหล็กกล้าเครื่องมือ และมีปริมาณคาร์บอนตั้งแต่มากกว่า {{0}}.60% ถึง 1.70% ค้อน ชะแลง ฯลฯ ทำจากเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอน 0.75% เครื่องมือตัด เช่น ดอกสว่าน รีมเมอร์ ฯลฯ ทำจากเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอน 0.90% ถึง 1.00%ยิ่งไปกว่านั้น โลหะผสมของเหล็ก-คาร์บอนที่มีปริมาณคาร์บอน 2.1% ถึง 4.5% โดยทั่วไปเรียกว่าเหล็กหล่อ