Risposta migliore
Il vecchio ingegnere metallurgico e acciaieria dice:
Lacciaio non è un composto , che ha definito le proporzioni degli elementi che lo compongono. Lacciaio è una lega e, come tale, può contenere varie quantità di elementi di lega. Non esiste una formula “molecolare” per lacciaio, perché non esiste una molecola di acciaio.
Ad esempio, AISI 6150H è un acciaio legato con la seguente composizione chimica (in\% in peso dellelemento di lega):
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
Puoi vedere che gli elementi di lega hanno un intervallo di valori; non esiste una proporzione fissa.
Ulteriori informazioni sullacciaio AISI 6150H:
Modulo di elasticità: 200GPa
Resistenza alla trazione: 924MPa (134.000 psi)
Carico di snervamento: 800 MPa (116.000 psi)
Durezza: Brinell 269 (Rockwell C 27)
Allungamento a rottura 19,5\%
Risposta
Vedo che molte di queste risposte si bloccano sulla formula della parola, piuttosto che cercare di interpretare lintento della tua domanda. Come profano, considero “composizione chimica” e “formula chimica” abbastanza identiche da interpretare “formula strutturale” come “composizione strutturale”, quindi farò del mio meglio per spiegare la complessa composizione strutturale dellacciaio.
Strutturalmente, è una dispersione idealmente omogenea di strutture cristalline cubiche di atomi di ferro con atomi di carbonio disciolti in e tra questi cubi. La struttura cubica dei cristalli di ferro può essere cubica centrata sul corpo, BCC, con un atomo di ferro al centro di un cubo di atomi di ferro in ciascuno dei suoi sei vertici, o cubica centrata sulla faccia, con un atomo di ferro situato centralmente su ciascuno dei le sei facce del cubo. Quando lacciaio viene riscaldato a una temperatura sufficiente, chiamata punto eutettico, la configurazione BCC degli atomi di ferro chiamata ferrite passa alla forma FCC chiamata austenite, una soluzione solida che consente agli atomi di carbonio di dissolversi nella sua struttura cristallina. A seconda della composizione chimica dellacciaio, può rimanere austenite a temperatura ambiente. Questo è il caso di alcuni acciai inossidabili e può essere identificato come tale con un magnete. Lacciaio austenitico è amagnetico. Lacciaio ha una proprietà unica in cui, quando riscaldato al suo punto eutettico e rapidamente raffreddato o spento, laustenite FCC con atomi di carbonio disciolti si converte rapidamente in una forma BCC altamente tesa, distinta dalla ferrite, congelando gli atomi di carbonio sul posto . Questo materiale è chiamato martensite. Gli acciai martensitici sono magnetici. A seconda della composizione chimica dellacciaio e della velocità di raffreddamento, quantità variabili di austenite rimarranno nellacciaio. Laustenite trattenuta è generalmente mantenuta bassa negli acciai martensitici. La dispersione degli atomi di carbonio bloccati in posizione negli acciai martensitici impedisce la dislocazione degli atomi di ferro dalla loro posizione nelle loro strutture cristalline. Questo è ciò che conferisce allacciaio martensitico la sua elevata durezza. Questo è il motivo per cui lacciaio è così bello. Manipolando la temperatura, il tempo e la composizione chimica, possiamo controllare cosa succede quando, ad esempio, una barra dacciaio viene piegata. Possiamo fare in modo che rimanga piegato in modo permanente, o si pieghi un po e poi si rompa, o ritorni nella sua forma originale. Inoltre, possiamo cambiare la durezza dellacciaio.
Nellacciaio si trovano anche inclusioni di carburi di ferro, Fe3C, materiali ceramici duri e fragili dispersi nella lega ferro-carbonio. La presenza di questi carburi può migliorare il limite superiore di quanto un acciaio può essere temprato, ma anche rendere lacciaio più fragile. Lacciaio contiene anche alcuni livelli variabili di impurità o elementi di lega possono essere aggiunti per aumentare o diminuire alcuni attributi dellacciaio. Cromo, tungsteno, vanadio, molibdeno, niobio, nichel, titanio, boro e manganese sono elementi aggiunti intenzionalmente per migliorare la durezza dellacciaio, la resistenza agli urti, la resistenza alla deformazione, la resistenza agli urti e ai graffi e la lavorabilità a temperature variabili. Il cromo che precipita sulla superficie dellacciaio forma ossido di cromo a contatto con lossigeno, migliorando la resistenza dellacciaio alla corrosione. Molti di questi elementi formano anche carburi e nitruri, tra i materiali più duri conosciuti. Il carburo di tungsteno e il nitruro di boro sarebbero due buoni esempi di materiali estremamente duri che si possono trovare in alcuni acciai.
Altri elementi trovati nellacciaio che sono meno frequentemente desiderati sono silicio, zolfo, ossigeno, fosforo, azoto, idrogeno e rame. Il silicio diminuisce alcune delle proprietà meccaniche dellacciaio, ma ne migliora anche le proprietà magnetiche, riducendo listeresi e le perdite del nucleo, migliorando la permeabilità magnetica. È questa proprietà che rende lacciaio ad alto contenuto di silicio molto utile come materiale di base in elettromagneti, motori elettrici e trasformatori e induttori a bassa frequenza.Lo zolfo migliora le proprietà di lavorabilità dellacciaio prima della tempra. Il fosforo e lazoto possono aiutare a migliorare la resistenza dellacciaio alla corrosione. Il rame aumenta la duttilità, che di solito è una cosa negativa, ma rende lacciaio più facile da lavorare a caldo. Lossigeno scaccia le impurità durante il processo di produzione dellacciaio, ma come impurità rende lacciaio più suscettibile alla corrosione e riduce la temprabilità. Lidrogeno è semplicemente cattivo. Rende lacciaio molto fragile promuovendo dislocazioni nel reticolo cristallino del ferro. Questo rende lacciaio una scelta sbagliata quando lidrogeno e le alte temperature coesistono.
La dispersione omogenea di elementi di lega nel ferro è molto ricercata e conferisce agli acciai moderni incredibili proprietà dei materiali rispetto a quanto era possibile con i primi produzione di acciaio. Temperature sufficientemente elevate che possono fondere tutti gli elementi utilizzati nel processo di produzione dellacciaio facilitano la loro fusione. Una tecnica per migliorare questa dispersione omogenea di elementi utilizzata per gli acciai ad alte prestazioni è la metallurgia delle polveri. Lacciaio viene fuso, spruzzato come goccioline sottili che si raffreddano e formano una polvere che viene quindi modellata e formata in forme di base. Acciai per saldatura di modelli con proprietà diverse insieme a temperature molto elevate è utile, ad esempio, nella realizzazione di utensili da taglio in cui il tagliente ha unelevata durezza ed è rivestito con un acciaio che ha una durezza inferiore ma una migliore resistenza a sollecitazioni, deformazioni e corrosione. I processi chimici possono essere utilizzati anche per migliorare la durezza superficiale e la resistenza alla corrosione degli acciai. Il riscaldamento dellacciaio a temperature che consentono ad altri elementi come carbonio, boro e azoto aggiuntivi come atmosfera a basso contenuto di ossigeno e ad alto contenuto di gas contenenti questi elementi viene utilizzato per dare a strumenti come lime, rubinetti, matrici e brocce la loro capacità di tagliare gli acciai , o per conferire alle parti della pistola una maggiore resistenza alla corrosione, allusura e alla deformazione da graffio e abrasione.
Infine, esiste una forma cristallina amorfa di lega ferro-carbonio. Tecnicamente, questo lo rende un bicchiere e ha alcune proprietà incredibilmente strane che vanno oltre lo scopo di questa risposta. Magic 8-ball dice: chiedi di nuovo più tardi.