Apakah "baja non-besi" ada?

Ada banyak paduan baja, yang mengandung sebagian besar besi, karbon, dan beberapa logam lainnya. Secara umum, kita dapat menganggap mereka seolah-olah mereka semacam baja.

Pertanyaan saya adalah: apakah "baja non-ferrous" ada? Saya memikirkan logam murni non-besi, yang mengandung sedikit karbon, seperti yang ditambahkan pada besi untuk mengubahnya menjadi baja. Atau bertanya dengan cara lain, adakah logam lain selain besi yang didoping dengan karbon untuk membentuk paduan seperti baja?

Secara umum, bagaimana penambahan karbon mempengaruhi sifat-sifat logam ini?

Besi dan karbon memiliki interaksi yang membuatnya berbeda dari kebanyakan paduan teknik. Ini berkaitan dengan ukuran relatif atom C dan Fe dan sifat kimianya.

Atom karbon adalah ukuran yang tepat untuk memasukkan diri mereka sendiri ke dalam kisi kristal besi, ini cukup menegangkan kisi sehingga agak lebih keras dan lebih kuat dari besi murni. Namun bagian yang sangat penting adalah bahwa keberadaan karbon memungkinkan baja untuk dipanaskan. Di sini dipanaskan di atas suhu kritis di mana struktur kristal berubah dan jika didinginkan dengan cepat kandungan karbon mencegahnya kembali ke struktur 'normal' pada suhu kamar dan sebagai gantinya membentuk struktur multi-fase yang sangat ditekankan tetapi secara kimiawi stabil dan karena itu sangat keras dengan kekuatan tarik tinggi. Ini dapat dimodifikasi lebih lanjut dengan pemanasan ulang yang dikendalikan untuk membalik sebagian transformasi ini dan menghasilkan material dengan kekuatan dan ketangguhan kekuatan yang dapat dikendalikan.

Perhatikan bahwa di atas adalah ikhtisar cepat dan ada seluruh buku tentang perilaku rinci baja karena sistem karbon-besi dapat ada adalah beberapa negara yang berbeda dengan struktur kristal yang berbeda dan berbagai kombinasi mikro-struktural dari mereka.

Jenis perlakuan panas ini cukup unik untuk baja dan tentu saja sangat berbeda dari cara kebanyakan paduan berperilaku dan merupakan hasil dari interaksi spesifik antara besi dan karbon dan tergantung pada kenyataan bahwa besi dapat eksis sebagai pusat tubuh dan pusat wajah. kristal kubik.

Ini juga dicapai dengan konsentrasi karbon yang sangat rendah, biasanya kurang dari 1,2% atau lebih. Faktanya hanya sekitar 0,7% karbon berdasarkan massa yang larut dalam besi dan setiap surplus akan cenderung membentuk karbida atau mengendap sebagai grafit (seperti pada besi cor).

Ada berbagai logam karbida yang digunakan (seperti tungsten karbida) tetapi ini benar-benar keramik daripada paduan larutan padat.

Ada juga setidaknya satu jenis baja tahan karat (H1) yang presipitasi mengeras dan mengandung nitrogen, bukan karbon. Ini adalah mekanisme pengerasan yang berbeda dengan baja karbon. Tujuan menghilangkan karbon adalah untuk meningkatkan ketahanan korosi, terutama dalam air garam. Saya hanya pernah menemukan ini adalah pisau baja dalam pisau. Ada juga baja tahan karat rendah karbon tetapi ini tidak bisa diperkeras dengan perlakuan panas dan dirancang untuk meningkatkan kemampuan las.

Baja didefinisikan sebagai paduan besi dan karbon; tidak ada yang namanya baja non-ferro. Jika Anda paduan logam lain dengan karbon, itu menjadi sesuatu selain baja. Mencari baja tanpa besi di dalamnya akan seperti mencari kuningan atau perunggu tanpa tembaga. Anda dapat membuat paduan selain tembaga dengan seng, timah, atau aluminium, tetapi itu bukan kuningan atau perunggu.

Sejauh paduan lain yang mengandung karbon, artikel Wikipedia ini memiliki daftar yang baik dari berbagai jenis paduan (seperti yang Anda lihat, ada banyak dari mereka), dan mencari melalui itu, Anda akan melihat bahwa tidak ada Banyak hal lain yang dicampur dengan karbon selain besi. Adapun mengapa ini, saya tidak punya jawaban yang bagus.

Ringkasan: Sistem Fe-C, dan dengan demikian baja, unik karena transformasi eutektoid dari fase kelarutan tinggi ke fase kelarutan rendah yang memungkinkan untuk berbagai macam mikrostruktur dan properti yang sangat dan relatif mudah disetel. Logam transisi baris pertama lainnya memiliki perilaku yang berbeda dan kurang dapat dieksploitasi ketika dicampur dengan karbon.

Fe-C adalah satu-satunya sistem transisi logam-karbon baris pertama yang memiliki transformasi eutektoid dalam diagram fase-nya. Transformasi eutektoid mengubah austenit menjadi ferit dan sementit pada pendinginan. Austenite memiliki kelarutan karbon yang tinggi, dan ferit memiliki kelarutan karbon yang rendah. Saya memilih logam transisi baris pertama karena mereka cenderung memiliki perilaku kimia "dekat" dengan baja, dengan biaya, kepadatan, dan sifat "jelas" yang serupa (dengan pengecualian skandium, yang sangat langka dan mahal) , dan memeriksa semua 70+ logam adalah pekerjaan yang lumayan untuk jawaban ini.

Sifat transformasi eutectoid memungkinkan banyak struktur mikro dan dengan demikian sifat merdu yang tinggi. Pertimbangkan baja eutektoid yang diestenitisasi dan didinginkan dengan laju yang bervariasi:

• Jika didinginkan perlahan, mikrostruktur perlit yang cukup ulet, cukup kuat. Pearlite dihasilkan dari proses pembentukan dan pertumbuhan kooperatif ketika karbon meninggalkan austenit selama transformasi menjadi ferit, membentuk lamella bergantian dari ferit dan sementit.
• Jika didinginkan dengan cukup cepat dan kemudian dipegang secara isotermal untuk jangka waktu tertentu, mikrostruktur bainit yang jauh lebih sulit terbentuk. Kinetika pembentukan bainit tidak dipahami dengan baik, tetapi struktur mikro adalah susunan semen dan ferit yang kurang terorganisir, lagi-lagi dihasilkan dari karbon yang keluar dari larutan ketika austenit berubah menjadi ferit.
• Jika didinginkan dengan sangat cepat, mikrostruktur martensit yang sangat kuat dan keras terbentuk. Pembentukan martensit adalah proses tanpa difusi di mana karbon terperangkap dalam austenit ketika ia berubah menjadi struktur BCC, mendistorsi kisi-kisi menjadi struktur BCT yang tegang yang sulit untuk disaring lebih lanjut, karenanya kekuatannya yang tinggi. Dengan mengubah kuantitas karbon dan menjadi kreatif dengan jadwal perawatan panas, tersedia beragam kombinasi mikrostruktur.

Dengan paduan dan perlakuan panas yang tepat, adalah mungkin untuk memiliki baja dengan retensi austenit, ferit, perlit, bainit, dan martensit semuanya dalam bahan yang sama. Mikrostruktur kompleks seperti itu tidak mungkin dilakukan pada sistem logam-karbon transisi baris pertama lainnya.

Semua perlakuan panas yang luas dan berbagai struktur mikro dan sifat sepenuhnya karena adanya transformasi eutektoid yang membawa fase kelarutan tinggi ke fase kelarutan rendah. Transformasi eutektoid itu sendiri disebabkan oleh perubahan fase dari austenit (FCC) menjadi ferit (BCC) dan mengakibatkan hilangnya kelarutan karbon secara signifikan. Jawaban atas pertanyaan Anda adalah tidak , tidak ada paduan lain (yang saya tahu) yang berperilaku seperti baja selama pemrosesan. Jawaban atas pertanyaan alternatif Anda adalah bahwa karbon memiliki efek yang kurang bermanfaat dan kurang dapat dieksploitasi pada logam transisi baris pertama lainnya.

Di bawah ini adalah diagram fase Fe-C, Ni-C dan Mn-C untuk perbandingan. Perhatikan bahwa diagram fase Fe-C berhenti pada 0,2 a / a C sementara yang lain pergi ke 1,0 a / a C. Ni-C tidak memiliki eutektoid, hanya transformasi eutektik, dan dengan demikian hanya dapat presipitasi mengeras. Pembentukan mikrostruktur lainnya harus terjadi selama solidifikasi. Diagram fase Mn-C memiliki eutektoid, tetapi ia beralih dari fase kelarutan tinggi ke fase kelarutan tinggi lainnya, yang berarti bahwa jumlah karbon yang sangat besar akan hadir dalam fase suhu yang lebih rendah (hampir 10% a / a C dibandingkan dengan kurang dari 1% a / a dalam baja), yang akan menghasilkan kerapuhan yang ekstrim.

Lihat komentar. Berdasarkan titik awal:

Super 13cr is defined as a low-carbon stainless steel. The chemical composition specified from suppliers such as Sumitomo specifies Fe min 0%- Max 0%, C is to be below 0,03.
    Commonly used in oil and gass applications to resist sour environments and some H2S. But it's expensive as... 4 chickens, in solid gold.

http://www.howcogroup.com/materials/mechanical-tubing-octg/grade-super-13-cr-13-5-2-tube.html