بيرلايت

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
صورة مجهرية إلكترونية ماسحة لبيرلايت محفور، 2000X.
التصوير المقطعي باستخدام مسبار الذرات للبيرلايت. تشير النقاط الحمراء إلى مواقع ذرات الكربون. ذرات الحديد غير موضحة. الأنبوب النانوي معروض للمقارنة من حيث الحجم.
يوجد البيرلايت عند اليوتكتويد في مخطط طور الحديد والكربون (بالقرب من أسفل اليسار).

البيرلايت بنية ثنائية الطور ، صفائحية (أو طبقية)، تتكون من طبقات متناوبة من الفريت (87.5% من الكتلة) والسمنتيت (12.5% ​​من الكتلة)، وتوجد في بعض أنواع الفولاذ والحديد الزهر . هذا الوصف للطبقات المتناوبة ليس دقيقًا تمامًا، فكل مستعمرة بيرلايت تتكون من بلورة ثنائية من طبقات متداخلة. يمكن تشبيهها بملفوفة في دلو من الماء، حيث تتصل جميع الأوراق (السمنتيت)، وكذلك الماء (الفريت). يظهر مظهر الطبقات المتناوبة في المقاطع ثنائية الأبعاد. أثناء التبريد البطيء لسبائك الحديد والكربون، يتشكل البيرلايت بفعل تفاعل يوتكتويدي عندما يبرد الأوستنيت إلى ما دون 727 درجة مئوية (1341 درجة فهرنهايت) (درجة حرارة التفاعل اليوتكتويدي). [ 1 ] البيرلايت بنية مجهرية توجد في الغالبية العظمى من الفولاذ الإنشائي.  

تعبير

التركيب اليوتكتويدي للأوستنيت في فولاذ الحديد والكربون هو 0.76% وزناً من الكربون ؛ أما الفولاذ ذو المحتوى الكربوني الأقل ( الفولاذ ناقص اليوتكتويدي ) فيحتوي على نسبة مماثلة من الفريت ما قبل اليوتكتويدي المستنفد للكربون، والذي ينمو قبل تحول الأوستنيت المتبقي إلى بيرلايت. [ 2 ] وبالمثل، فإن الفولاذ ذو المحتوى الكربوني الأعلى ( الفولاذ زائد اليوتكتويدي ) يُكوّن السمنتيت قبل الوصول إلى نقطة اليوتكتويدي. ويمكن حساب نسبة الفريت والسمنتيت المتكونة فوق نقطة اليوتكتويدي من مخطط طور توازن الحديد/كربيد الحديد باستخدام قاعدة الرافعة .

يمكن سحب الفولاذ ذي البنية المجهرية البيرليتية (تركيب يوتكتويدي) أو شبه البيرليتية (تركيب شبه يوتكتويدي) إلى أسلاك رفيعة. تُستخدم هذه الأسلاك، التي غالبًا ما تُجمع في حزم، تجاريًا كأسلاك بيانو، وحبال للجسور المعلقة، وكحبال فولاذية لتقوية الإطارات. تؤدي درجات السحب العالية للأسلاك (إجهاد لوغاريتمي أعلى من 3) إلى أسلاك بيرليتية ذات مقاومة خضوع تصل إلى عدة جيجاباسكال. وهذا ما يجعل البيرليت أحد أقوى المواد الهيكلية الصلبة على وجه الأرض. [ 3 ] بعض أسلاك الفولاذ البيرليتية فوق اليوتكتويدي، عند سحبها على البارد إلى إجهادات حقيقية (لوغاريتمية) أعلى من 5، يمكن أن تُظهر قوة شد قصوى تتجاوز 6 جيجاباسكال (870 كيلوباسكال) . [ 4 ] على الرغم من استخدام البيرليت في العديد من التطبيقات الهندسية، إلا أن أصل قوته الهائلة لا يزال غير مفهوم تمامًا. لقد ثبت مؤخرًا أن سحب الأسلاك على البارد لا يُقوّي البيرلايت فحسب من خلال تحسين بنية الصفائح، بل يُسبب أيضًا في الوقت نفسه تحللًا كيميائيًا جزئيًا للسمنتيت، مصحوبًا بزيادة محتوى الكربون في طور الفريت، وعيوبًا شبكية ناتجة عن التشوه في صفائح الفريت، [ 5 ] وحتى تحولًا بنيويًا من السمنتيت البلوري إلى السمنتيت غير المتبلور. يرتبط التحلل الناتج عن التشوه والتغيرات البنيوية الدقيقة للسمنتيت ارتباطًا وثيقًا بالعديد من الظواهر الأخرى، مثل إعادة التوزيع القوية للكربون وعناصر السبائك الأخرى كالسيليكون والمنغنيز في كل من السمنتيت وطور الفريت؛ وتغير استيعاب التشوه عند أسطح الطور نتيجة لتغير تدرج تركيز الكربون عند هذه الأسطح؛ والخلط الميكانيكي. [ 6 ]  

تم التعرف على البيرلايت لأول مرة من قبل هنري كليفتون سوربي وأطلق عليه في البداية اسم السوربيت، إلا أن تشابه البنية المجهرية مع الصدف وخاصة التأثير البصري الناتج عن حجم البنية جعل الاسم البديل أكثر شيوعًا.

يتشكل البيرلايت نتيجة النمو التعاوني للفريت والسمنتيت أثناء تحلل الأوستنيت. ويتأثر شكل البيرلايت بشكل كبير بمعدل التبريد ودرجة حرارة اللف. عند درجات حرارة اللف المنخفضة، يتشكل البيرلايت بتباعد صفائحي أدق، مما يؤدي إلى تحسين الخواص الميكانيكية نتيجة التوزيع الأدق لطبقات الفريت والسمنتيت. في المقابل، عند درجات حرارة اللف المرتفعة، يتشكل البيرلايت بصفائح أكثر خشونة، ويُلاحظ وجود كمية أقل من البيرلايت حيث تميل جزيئات السمنتيت الخشنة إلى السيطرة على البنية. يُعد انتشار الكربون أثناء تشكل البيرلايت، أمام جبهة النمو مباشرة، عاملاً حاسماً في تحديد سمك الصفائح، وبالتالي قوة الفولاذ. [ 7 ]

البينيت ذو بنية مشابهة، لكن صفائحه أصغر بكثير من طول موجة الضوء المرئي ، ولذلك يفتقر إلى هذا المظهر اللؤلؤي. ويُحضّر عن طريق التبريد السريع. وعلى عكس البيرلايت، الذي يتضمن تكوينه انتشار جميع الذرات، ينمو البينيت بآلية تحول إزاحي.

يحدث تحول البيرلايت إلى الأوستنيت عند درجة حرارة حرجة دنيا تبلغ 723 درجة مئوية (1333 درجة فهرنهايت) . عند هذه الدرجة، يتحول البيرلايت إلى الأوستنيت نتيجة لعملية التبلور.  

الفولاذ اليوتكتويدي

من حيث المبدأ، يمكن تحويل الفولاذ اليوتكتويدي بالكامل إلى بيرلايت؛ كما يمكن أن يتحول الفولاذ تحت اليوتكتويدي بالكامل إلى بيرلايت إذا تم تحويله عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة اليوتكتويدي الطبيعية. [ 8 ] [ 9 ] يتميز البيرلايت بصلابته وقوته، ولكنه ليس شديد المتانة . ويُظهر مقاومة للتآكل بفضل شبكة صفائحية قوية من الفريت والسمنتيت. ومن أمثلة تطبيقاته أدوات القطع ، والأسلاك عالية القوة ، والسكاكين ، والأزاميل ، والمسامير .

مراجع

  1. ↑ بهاديشيا، HKDH (2025)، البيرلايت في الفولاذ ، تايلور وفرانسيس، ص  1-382.
  2. ↑ بهاديشيا، HKDH؛ هاني كومب، RWK (2024)، الفولاذ: الهيكل والخصائص والتصميم، الطبعة الخامسة ، إلسيفير، ص 1-505 .
  3. ↑ رابي، د.؛ تشوي، ب.ب.؛ لي، ي.ج.؛ كوستكا، أ.؛ سوفاج، إكس.؛ ليكوتورييه، ف.؛ هونو، ك.؛ كيرشهايم، ر.؛ بيبان، ر.؛ إمبوري، د. (2010)، المركبات المعدنية المصنعة عبر التشوه الشديد - نحو حدود القوة في المواد الصلبة ، المجلد 35، نشرة جمعية أبحاث المواد، ص 982  .
  4. ↑ لي، ي.؛ رابي، د.؛ هيربيغ، م. ج.؛ تشوي، ب. ب.؛ غوتو، س.؛ كوستكا، أ.؛ ياريتا، هـ.؛ بوشرز، س.؛ كيرشهايم، ر. (2014)، "الانفصال يُثبّت الفولاذ النانوي البلوري بقوة قريبة من القوة النظرية"، رسائل المراجعة الفيزيائية ، 113 (10) 106104، رمز Bibcode : 2014PhRvL.113j6104L ، doi : 10.1103/PhysRevLett.113.106104 ، PMID 25238372 .
  5. ↑ تشين، واي زد؛ سيسزار، جي؛ سيزيك، جي؛ ويستركامب، إس؛ بورشرز، سي؛ أونغار، تي؛ غوتو، إس؛ ليو، إف؛ كيرشهايم، آر. (10 أبريل 2013). "عيوب في الفريت الغني بالكربون في أسلاك الصلب البرليتي المسحوبة على البارد". مجلة المعادن والمواد، الجزء أ . 44 (8): 3882-3889 . رمز Bibcode : 2013MMTA...44.3882C . doi : 10.1007/s11661-013-1723-x . ISSN 1073-5623 . S2CID 135839236 .  
  6. ^ لي ، واي جي. تشوي، ب. بورشرز، سي؛ ويستيركامب، S .؛ غوتو، S.؛ راب، د.؛ Kirchheim، R. (2011)، “آليات النطاق الذري لتحلل الأسمنت الناجم عن التشوه في البرليت”، اكتا ماتيرياليا ، 59 (10): 3965، بيب كود : 2011AcMat..59.3965L ، دوى : 10.1016/j.actamat.2011.03.022.
  7. ↑ ألفارينغا إتش دي، فان ستينبيرج إن، سيتسما جيه، تيرين إتش (فبراير 2017). "حركية تكوين وتحلل الأوستنيت وعلاقتها بمورفولوجيا الكربيد". مجلة المعادن والمواد، الجزء أ . 48 : 828-840 . doi : 10.1007/s11661-016-3874-z .
  8. ↑ ألفارينغا إتش دي، فان دي بوت تي، فان ستينبيرج إن، سيتسما جيه، تيرين إتش (أبريل 2009). "تأثير مورفولوجيا الكربيد وبنيته المجهرية على حركية إزالة الكربون السطحية من فولاذ الكربون والمنغنيز". مجلة المعادن والمواد، الجزء أ . 46 : 123-133 . doi : 10.1007/s11661-014-2600-y . S2CID 136871961 . 
  9. ↑ "الفولاذ اليوتكتويدي - قاموس الهندسة - EngNet" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 نوفمبر 2010 .

للمزيد من القراءة

  • شعار ويكيميديا ​​كومنزالوسائط المتعلقة بالبيرلايت على ويكيميديا ​​كومنز