Nejlepší odpověď
Starý metalurgický inženýr a výrobce oceli říká:
Ocel není směs , který má definované proporce prvků, které jej tvoří. Ocel je slitina a jako taková může obsahovat různá množství legujících prvků. Neexistuje žádný „molekulární“ vzorec pro ocel, protože neexistuje nic jako molekula oceli.
Například AISI 6150H je legovaná ocel s následujícím chemickým složením (v\% hm. legovacího prvku):
0,75 – 1,20 Cr
0,60 – 1,00 Mn
0,47 – 0,54 C
0,15 – 0,30 Si
≥0,15 V
≤0,040 S
≤0,035 P
Můžete vidět, že legující prvky mají řadu hodnot; neexistuje žádný pevný podíl.
Další informace o oceli AISI 6150H:
Modul pružnosti: 200GPa
Pevnost v tahu: 924 MPa (134 000 psi)
Mez kluzu: 800 MPa (116 000 psi)
Tvrdost: Brinell 269 (Rockwell C 27)
Prodloužení při přetržení 19,5\%
Odpověď
Vidím, že mnoho z těchto odpovědí visí na slovním vzorci, místo aby se pokoušely interpretovat záměr vaší otázky. Jako laik považuji „chemické složení“ a „chemický vzorec“ za dostatečně identické, abych interpretoval „strukturní vzorec“ jako „strukturní složení“, takže se pokusím co nejlépe vysvětlit složité strukturní složení oceli.
Strukturálně je to ideálně homogenní disperze krychlových krystalických struktur atomů železa s atomy uhlíku rozpuštěnými v těchto kostkách a mezi nimi. Kubická struktura krystalů železa může být buď kubická centrovaná na těle, BCC, s atomem železa ve středu krychle atomů železa na každém ze šesti vrcholů, nebo kubická se středem tváře, s atomem železa centrálně umístěným na každém z šest tváří krychle. Když se ocel zahřeje na dostatečnou teplotu, která se nazývá eutektický bod, přechází konfigurace BCC atomů železa nazývaných ferit do formy FCC zvané austenit, pevné řešení, které umožňuje atomům uhlíku rozpustit se v krystalické struktuře. V závislosti na chemickém složení oceli může při pokojové teplotě zůstat jako austenit. To je případ některých nerezových ocelí, které lze jako takové identifikovat pomocí magnetu. Austenitická ocel je nemagnetická. Ocel má jedinečnou vlastnost, kdy při zahřátí na eutektický bod a rychlém ochlazení nebo zchlazení se austenit FCC s rozpuštěnými atomy uhlíku rychle přemění na vysoce napjatou formu BCC, odlišnou od feritu, čímž zmrazí atomy uhlíku na místě . Tento materiál se nazývá martenzit. Martenzitické oceli jsou magnetické. V závislosti na chemickém složení oceli a rychlosti ochlazování v oceli zůstanou různá množství austenitu. Zadržený austenit je v martenzitických ocelích obecně udržován nízký. Disperze atomů uhlíku uzamčených na místě v martenzitických ocelích brání dislokaci atomů železa z jejich polohy v jejich krystalových strukturách. To dává martenzitické oceli vysokou tvrdost. Proto je ocel tak cool. Manipulací s teplotou, časem a chemickým složením můžeme řídit, co se stane, když se řekne ohnutí ocelové tyče. Můžeme to udělat tak, aby zůstalo trvale ohnuté, nebo se trochu ohlo a pak se zlomilo nebo pružilo zpět do původního tvaru. Kromě toho můžeme změnit, jak tvrdá je ocel.
V oceli se také nacházejí inkluze karbidů železa, Fe3C, tvrdých, křehkých keramických materiálů rozptýlených mezi slitinou železa a uhlíku. Přítomnost těchto karbidů může zlepšit horní hranici toho, jak moc lze ocel vytvrdit, ale také způsobit, že ocel bude křehčí. Ocel také obsahuje určité různé úrovně nečistot nebo lze přidat legovací prvky ke zvýšení nebo snížení určitých atributů oceli. Chrom, wolfram, vanad, molybden, niob, nikl, titan, bór a mangan jsou prvky záměrně přidávané ke zlepšení tvrdosti oceli, odolnosti proti nárazu, odolnosti proti deformaci, odolnosti proti nárazu a odolnosti proti poškrábání a zpracovatelnosti při různých teplotách. Chrom, který se vysráží na povrchu oceli, vytváří při kontaktu s kyslíkem oxid chrómu, což zlepšuje odolnost oceli proti korozi. Mnoho z těchto prvků také tvoří karbidy a nitridy, které patří mezi nejtvrdší známé materiály. Karbid wolframu a nitrid boru jsou dva dobré příklady extrémně tvrdých materiálů, které lze v některých ocelích najít.
Další prvky, které se v oceli vyskytují méně často, jsou křemík, síra, kyslík, fosfor, dusík, vodík a měď. Křemík snižuje některé mechanické vlastnosti oceli, ale také zlepšuje její magnetické vlastnosti – snižuje hysterezi a ztráty jádra a zlepšuje magnetickou permeabilitu. Díky této vlastnosti je vysoce křemíková ocel velmi užitečná jako materiál jádra v elektromagnetech, elektrických motorech a nízkofrekvenčních transformátorech a induktorech.Síra zlepšuje vlastnosti obrobitelnosti oceli před kalením. Fosfor a dusík mohou pomoci zlepšit odolnost oceli proti korozi. Měď zvyšuje tažnost, což je obvykle špatná věc, ale usnadňuje horkou práci s ocelí. Kyslík během procesu výroby oceli vytlačuje nečistoty, ale jako nečistota činí ocel náchylnější ke korozi a snižuje kalitelnost. Vodík je prostě špatný. Díky tomu je ocel velmi křehká tím, že podporuje dislokace v krystalové mřížce železa. Díky tomu je ocel špatnou volbou, když současně existují vodík a vysoké teploty.
Rovnoměrná disperze legujících prvků v železe je velmi žádaná a dává moderním ocelí neuvěřitelné vlastnosti materiálu ve srovnání s tím, co bylo možné na počátku výroba oceli. Dostatečně vysoké teploty, které mohou roztavit všechny prvky použité v procesu výroby oceli, jim usnadňují smíchání. Jednou technikou pro zlepšení této homogenní disperze prvků, která se používá pro vysoce výkonné oceli, je prášková metalurgie. Ocel je roztavena, nastříkána jako jemné kapičky, které ochlazují a vytvářejí prášek, který je poté šablony a formován do základních tvarů. Oceli pro svařování vzorů různých vlastností společně při velmi vysokých teplotách jsou užitečné například při výrobě řezných nástrojů, kde má řezná hrana vysokou tvrdost a je plátována z oceli, která má nižší tvrdost, ale lepší odolnost proti přetvoření, deformaci koroze. Chemické procesy lze také použít ke zlepšení povrchové tvrdosti a korozní odolnosti ocelí. Ohřev oceli na teploty, které umožňují ostatním prvkům, jako je přídavný uhlík, bór a dusík, atmosféře s nízkým obsahem kyslíku a vysokým obsahem plynů obsahujících tyto prvky, se používá k tomu, aby nástroje, jako jsou pilníky, závitníky, matrice a protahovače, získaly schopnost řezat ocel , nebo poskytnout součástem zbraně větší odolnost proti korozi, oděru, deformaci poškrábáním a odřením.
A konečně existuje amorfní krystalická forma slitiny železa a uhlíku. Technicky to z něj dělá sklo a má některé neuvěřitelně podivné vlastnosti, které přesahují rámec této odpovědi. Kouzelná osmička říká, že se zeptejte znovu později.