פלדה
פלדה היא סגסוגת המורכבת ברובה מן המתכת ברזל, ומכילה ריכוז נמוך של האל-מתכת פחמן (0.04%-2.25%).
לעיתים מוסיפים לסגסוגת הפלדה יסודות אחרים, כמו צורן, מגנזיום, מנגן, כרום וניקל. בעזרת שינוי של שיעורי תוספות אלה, אפשר להפיק סוגים שונים של פלדות בעלות תכונות מיוחדות, כמו: קשיות, גמישות, עמידות בפני חום ועוד. סוגיה השונים של הפלדה מצטיינים בחוזקה ובגמישות רבה.
אחד מסוגי הפלדה הנפוצים הוא פלדת אל-חלד, המכילה כרום בשיעור של 10.5% לפחות, והיא עמידה בפני חלודה.
כיוון שהפלדה מאופיינת בחוזק מתיחה גבוה ובמחיר נמוך היא משמשת כרכיב עיקרי בייצור מוצרים רבים: מכוניות, גשרים, מסמרים, קפיצים, להבים של סכינים, כלי עבודה, מחטים וכדומה.
הברזל הוא המרכיב העיקרי בפלדה. הברזל מופיע בשני מופעים גבישיים שונים: מבנה קובייתי ממורכז גוף ומבנה קובייתי ממורכז פאה, כתלות בטמפרטורת הסביבה. במבנה קובייתי ממורכז גוף (BCC) ישנו אטום ברזל במרכז ושמונה אטומים בקדקודי התא. במבנה קובייתי ממורכז פאה (FCC) ישנו אטום ברזל במרכז של כל אחת משש פאות המבנה הקובייתי ושמונה אטומים בקדקודי התא. האינטראקציה של אלטרופיות הברזל עם שאר היסודות המסוגסגים בפלדה, בראש ובראשונה הפחמן מאפשרת לפלדה וליצקת הברזל מגוון של תכונות ומאפיינים ייחודיים.
בברזל טהור, המבנה הגבישי מאופיין בהתנגדות קטנה יחסית להחלקה של אטומי ברזל אחד כנגד השני, לכן ברזל בתצורתו הטהורה ניתן לריקוע, רך וניתן לשינוי צורה בקלות. בפלדה, כמות נמוכה של פחמן ויסודות אחרים, תהליכים כמו הקשייה, זיקון וכדומה מונעים תנועה של נקעים המצויים במבנים גבישיים-סריגים של אטומי ברזל.
הפחמן בסגסוגות פלדה אופייניות עשוי להרכיב עד 2.14% ממשקלה. שונות כמויות הפחמן ושאר היסודות, מכתיבה את הקשרים הכימיים ואת המאפיינים הפיזיקליים המאפיינים את הפלדה (או כאלמנטים מומסים או כזרזים בפאזות השונות). מרכיבים אלו מאטים את הנקעים שהופכים את הברזל הטהור לרך, מאפשרים שליטה ובקרה על מאפייני הפלדה וכך משפרים את איכות הפלדה. שיפורים אלו יעילים עבור מגוון רחב של תכונות הפלדה: הקשייה, חישול, חיסום, כניעה (הנדסה), חוזק למתיחה. עליית חוזק הפלדה בהשוואה לברזל הטהור מקטינה את משיכות הברזל.
היסטוריה
פלדה הופקה באמצעות תנורים אלפי שנים, אך בתפוצה רחבה ובאופן תעשייתי נעשה בה שימוש רק לאחר שתהליכי הייצור נעשו יעילים ומתוחכמים יותר בסביבות המאה ה-17, עם המצאת כבשני בטון ולאחר מכן כורי פלדה. עם המצאת תהליך בסמר (אנ') במחצית המאה ה-19, החל עידן חדש של הפקת פלדה בייצור המוני. תהליך בסמר וייצור הפלדה באמצעות תנורי כבשן פתוח שקדם לו העלו ושיפרו את איכות הפלדה. בעקבות פיתוחים אלו, הפלדה החליפה את יצקת הברזל.
שיפורים נוספים בתהליך הפקת הפלדה, החליפו פרוצדורות קודמות, הוזילו את מחיר ההפקה והעלו את איכות התוצר הסופי. היום, הפלדה היא אחת מהחומרים הנפוצים ביותר מעשה ידי אדם בעולם. 1.6 מיליארד טונות פלדה מיוצרים מדי שנה. פלדה מודרנית מזוהה בדרך כלל על ידי ציונים שונים שהוגדרו על ידי ארגונים ותקנים שונים.
הפקה
הפלדה מופקת בתהליך טכנולוגי מסובך. ראשית, מוכנסים עפרת הברזל וצרף לתנור רם. התנור מתחמם עד 1,200–1,300 מעלות צלזיוס על ידי צרף ואוויר שנשאב לתוך התנור. בסוף התהליך נוצרים יצקת וסיגים (שלאקות). יצקת מורכבת מברזל ומעל 3% פחמן, אך הפלדה אמורה להכיל פחות מכך ולכן יש להקטין את כמות הפחמן בסגסוגת. למטרה זו משתמשים בתהליך בסמר, כבשן פתוח או כבשן חשמלי.
יסודות לסגסוג
הפלדות המסחריות מכילות מספר יסודות, בעלי השפעות שונות על תכונותיה של הפלדה:
- טונגסטן - קשיות, חוזק בחום, התנגדות לאיכול, העלאת טמפרטורת החיסום והתנגדות לשיבוב בחום.
- מוליבדן - קשיות, חוזק בחום והתנגדות לשינויים.
- ונדיום - קשיות, חוזק בחום וצמיגות.
- קובלט - קשיות, מגנטיות והתנגדות לשיבוב.
העלאת אחוז הפחמן בפלדה מגדילה את החוזק, הקשיות, האלסטיות, ההתנגדות לחיתוך וכושר החיסום.
תקנים מסחריים
התקן הוא רשימה מוסכמת בין היצרנים לצרכנים. נהוג להבחין בין התקן האמריקאי, האירופאי והישראלי. התקן הנפוץ הוא התקן האמריקאי.
תקן אמריקאי SAE
התקן האמריקאי מורכב מ-4 ספרות ואות לפניהם:
- אות המסמלת את אופן ההפקה:
- A - סימנס מרטין
- B - בסמר
- C - האח הפתוח - בסיסי
- D - האח הפתוח - חומצי
- E - תנור חשמלי
- ספרה ראשונה משמאל מייצגת את הסגסוגת לפי מפתח:
- 1 - פלדה פחמנית
- 2 - פלדת ניקל
- 3 - פלדת כרום-ניקל
- 4 - פלדת מוליבדן
- 5 - פלדה כרומית
- 6 - פלדת כרום-ונדיום
- 7 - פלדת וולפרם
- 8 - פלדת צורן
- הספרה השנייה משמאל מייצגת את אחוז הסגסוגת העיקרית.
- 2 הספרות האחרונות מייצגות את אחוזי הפחמן חלקי 100.
- אותיות מציינות טיפול תרמי:
- CD - משוך בקור
- CR - מעורגל בקור
- HR - מעורגל בחום
- F - מחושל
- HT - מחוסם
- S - מרוכך
לדוגמה:
- SAE 1020 - פלדה פחמנית בעלת 0.2 אחוז פחמן.
- SAE 5130 - פלדת כרום בעלת 0.3 אחוז פחמן ו-1 אחוז כרום.
תקן אירופאי
התקן האירופאי לקוח בעיקר מהתעשייה הגרמנית, הידוע בתור DIN. גם כאן, נפוצות שתי תצורות:
- STxx, כאשר ST מייצג את המילה STEEL ושתי הספרות את חוזק הקריעה המינימלי בק"ג על מ"מ רבוע. כלומר ST37 הוא בעל חוזק קריעה מינימלי של 37 ק"ג על מ"מ רבוע.
- xxXXxx - מסמל תרכובת של סגסוגת. לדוגמה: 50V10 - פלדת ונדיום בעלת 0.5 אחוז פחמן ו-1 אחוז ונדיום.
תקן ישראלי
קיים אך ורק ליציקת ברזל, נחושת וסגסוגות נחושת. האות מציינת ראשי תיבות של שם היסוד והמספרים את חוזק המשיכה בק"ג לממ"ר או לחלופין, את ההרכב באחוזים.
לדוגמה:
- י"ב 18 -יציקת ברזל בעלת חוזק של 18 ק"ג לממ"ר
- פליז 60-37-3 - פליז המכיל 60% נחושת, 37% אבץ, 3% עופרת (תקן ישראלי מס' 137)
טיפול תרמי
נהוג לבצע טיפול תרמי בפלדות לצרכים שונים. הטיפול התרמי מיועד לשיפור תכונותיה על ידי שינוי במבנה הגבישי, מבלי לבצע שינויים בצורתה או בהרכבה הכימי.
נהוג להבחין בין כמה סוגים של טיפולים תרמיים:
- חיסום - טיפול תרמי להגדלת קשיותה, על ידי חימום וצינון מזורז ועל ידי כך למנוע חדירה של חומרים אחרים לאחר החימום. פלדות הניתנות לחיסום מכילות לפחות 0.6% פחמן. החיסום אומנם מגדיל את הקשיות של הפלדה, אך הופך אותה לפריכה, ולכן נהוג לבצע הרפיה מיד לאחר החיסום.
- הרפיה - טיפול תרמי להגדלת הצמיגות על ידי חימום לטמפרטורה נמוכה וצינון לאחר מכן. הקשיות מעט תרד בעקבות פעולה זו.
- צימנוט - טיפול תרמי לחיסום פני המוצר והשארת הגרעין צמיג.
- ריפוי - טיפול תרמי המרכך את הפלדה ומבטל את קשיותה לצורך פעולת עיבוד שבבי.
ראו גם
קישורים חיצוניים
| מיזמי קרן ויקימדיה |
|---|
 ערך מילוני בוויקימילון: פלדה |
- סרטון הסבר על תהליך ייצור הפלדה
שגיאות פרמטריות בתבנית:בריטניקה
פרמטרי חובה [ 1 ] חסרים- המכון האמריקאי לברזל ופלדה
| בטון | ||
|---|---|---|
| סוגים | בטון רזה • מלט • בטון מצטופף מעצמו • בטון מובא • בטון שקוף למחצה • בטונייר | |
| שימוש | בטון מזוין • בטון דרוך • יציקת בטון • חגורת בטון • בטון מוטבע | |
| מרכיבים | צמנט • צמנט פורטלנד • סיד • חול • אגרגט • פלדה | |
| ייצור | מפעל בטון • מערבל בטון • משאבת בטון • טפסנות בטון | |
32652470פלדה