Αρχικά, τι είναι χάλυβας (ή ατσάλι);
Είναι κράμα σιδήρου άνθρακα (Fe-C) με περιεκτικότητα σε C εώς 2%. Στην πραγματικότητα είναι μέχρι 1.5% διότι το 2% επιτυγχάνεται σε υψηλές θερμοκρασίες. Προφανώς, υπάρχουν και άλλες ουσίες που μπορεί να είναι είτε συνοδευτικά στοιχεία, μικροακαθαρσίες ή και πρόσθετα. Υπάρχουν πάρα πολλά είδη χάλυβα τα οποία εξαρτώνται από τις περιεκτικότητες σε κάθε στοιχείο (αλλά και από την επεξεργασία). Για παράδειγμα, στους χάλυβες εμφανίζονται ποσότητες μαγγανίου Mn (συνοδευτικό στοιχείο) καθώς Φώσφορος Ρ και Θείο S (ακαθαρσίες). Έτσι δημιουργείται MnS το οποίο κάνει τον χάλυβα ψαθυρό. Σε ένα φθηνό μέταλλο μπορεί να μην έχει δοθεί η απαιτούμενη προσοχή και με ένα μικροχτύπημα να σπάσει.
Στη συνέχεια, τι κάνει τον χάλυβα ανοξείδωτο (Stainless Steel);
Πρώτα από όλα ο ορισμός ανοξείδωτος χάλυβας είναι λίγο παραπλανητικός. Οξειδώνεται αλλά δε δημιουργεί την ανεπιθύμητη σκουριά που το θρυματίζει. Αντίθετα, stainless είναι πιο καλή ονομασία, δηλαδή δε λεκιάζει.
Αυτό που ξεχωρίζει τους ανοξείδωτους είναι η παρουσία Χρωμίου Cr σε ποσοστό πάνω από 12%, το οποίο αντιδρά με το οξυγόνο δίνοντας χρωμία και σχηματίζοντας ένα προστατευτικό επιφανειακό στρώμα. Γι' αυτό και σε κάποια εγκοπή δημιουργείται ευκολότερα σκουριά.
Κατόπιν, υπάρχουν 5 βασικά είδη:
- μαρτενσιτικοί
φερριτικοί
ωστενιτικοί
ωστενιτοφερριτικοί
με σκλήρυνση λόγω κατακρήμνισης
Χαρακτηριστικά του ανοξείδωτου μαρτενσιτικού χάλυβα είναι:
- Περιεκτικότητα σε Cr εώς 17%, σε C έως 0.5%
σκληρότεροι από όλους τους ανοξείδωτους
μαγνητικοί
κακή συγκολλησιμότητα
λιγότερο ανθεκτικοί σε διάβρωση από όλους τους ανοξείδωτους
Οκ καταλάβαμε τι είναι ο ανοξείδωτος αλλά τι είναι ο μαρτενσίτης;
Είναι λίγο δύσκολο αλλά θα προσπαθήσω να το περιγράψω απλοϊκά. Παραθέτω και το διμερές (δηλαδή έχουμε μόνο Fe και C) διάγραμμα. Διάγραμμα Fe-C
Στον οριζόντιο άξονα έχουμε την περιεκτικότητα του κάθε στοιχείου. Αριστερά έχουμε καθαρό σίδηρο και δεξιά καθαρό άνθρακα. Στον κατακόρυφο άξονα έχουμε θερμοκρασίες. Βλέπετε ότι ως Steel έχει σημειωθεί η περιοχή μέχρι 2% C που είναι σε θερμοκρασία 2066 βαθμούς F ή 1130 βαθμούς C. Σε διάφορες θερμοκρασίες και περιεκτικότητες έχουμε αυτό που καλούμε φάσεις. Τα Austenite (ωστενίτης), Pearlite (περλίτης) κτλπ είναι φάσεις. Σε θερμοκρασία περιβάλλοντος έχουμε περλίτη, περλίτη+σεμεντίτη και περλίτη+φερρίτη ανάλογα με την περιεκτικότητα του χάλυβα σε C.
Για παράδειγμα, αν πάρουμε ένα κράμα Fe-C με περιεκτικότητα C 1%, και το θερμάνουμε στους 1000 βαθμούς C θα έχουμε ωστενίτη. Αν αποψύξουμε αργά θα προκύψει πάλι περλίτης και σεμεντίτης. Αν αντίθετα, γίνει ταχύτατη απόψυξη, θα πραγματοποιηθεί μαρτενσιτικός μετασχηματισμός. Δεν επιτρέπεται στα άτομα να επανδιαταχθούν και να δημιουργήσουμε περλίτη+σεμεντίτη. Αυτό αυξάνει δραματικά την σκληρότητα καθιστώντας τον χάλυβα εύθραυστο. Συνήθως έχουμε μία θερμική κατεργασία που λέγεται επαναφορά, στην οποία θερμαίνεται σε χαμηλή θερμοκρασία ώστε τα άτομα να κινηθούν προς τη συνθήκη ισορροπίας, μειώνοντας την σκληρότητα αλλά κάνοντας τον χάλυβα πιο όλκιμο. Η θερμοκρασία και ο χρόνος επαναφοράς είναι οι δύο μεταβλητές που καθορίζουν τις ιδιότητες του τελικού χάλυβα.
Από όλα αυτά καταλήγουμε στα εξής:
- ο ανοξείδωτος που χρησιμοποιείται στα ξυράφια δεν έχει την καλύτερη αντοχή σε διάβρωση
έχουμε διαφορετικά είδη χάλυβα ανάλογα με την περιεκτικότητα σε διάφορα στοιχεία και την κατεργασία
οι ιδιότητες του τελικού προϊόντος εξαρτώνται από τις περιεκτικότητες και τις κατεργασίες
Ως πηγή χρησιμοποίησα το πανεπιστημιακό βιβλίο που χρησιμοποιούμε για το μάθημα των μεταλλικών υλικών. Αν ενδιαφέρεται κανείς μπορώ να αναφέρω και τον τίτλο.
Προφανώς αν κάποιος ξέρει κάτι παραπάνω, ή έχω κάνει κάτι λάθος να το αναφέρει.