در حوزه علم و مهندسی مواد ، آلیاژها به عنوان سنگ بنای توسعه صنعتی مدرن ایستاده اند. این مواد مهندسی شده ، که با ترکیب فلزات با سایر عناصر ساخته شده اند ، با ارائه طیف متنوعی از خواص که از فلزات خالص پیشی گرفته اند ، صنایع بی شماری را متحول کرده اند. درک اینکه آلیاژها چیست ، اصول ترکیب آنها و طبقه بندی آنها برای متخصصان در سراسر تولید ، ساخت و ساز ، هوافضا و فراتر از آن ضروری است. در این مقاله یک مرور کلی از آلیاژها ، بررسی ویژگی های اساسی آنها ، دسته های کلیدی و اهمیت عملی ارائه شده است.
در هسته آن ، یک آلیاژ یک استمخلوط همگن دو یا چند عنصر، جایی که حداقل یک مؤلفه یک فلز است. بر خلاف ترکیبات شیمیایی ، آلیاژها در حالی که ویژگی های متناسب اصلاح شده با افزودن عناصر آلیاژ را نشان می دهند ، خواص فلزی مانند هدایت ، انعطاف پذیری و درخشش را حفظ می کنند. هدف اصلی ایجاد آلیاژها غلبه بر محدودیت های فلزات خالص- به عنوان مثال ، آلومینیوم خالص فاقد قدرت برای مصارف ساختاری است ، در حالی که آهن خالص مستعد ابتلا به خوردگی است. مهندسان با معرفی عناصر با دقت انتخاب شده می توانند استحکام ، دوام ، مقاومت در برابر خوردگی یا سایر خصوصیات مهم را افزایش دهند.
آلیاژها به طور معمول بر اساس آنها طبقه بندی می شوندفلز پایه(تشکیل دهنده اصلی) وعناصر آلیاژ(در نسبت های کنترل شده اضافه شده است). تعامل بین این مؤلفه ها ریزساختار آلیاژ را تعیین می کند ، که به نوبه خود عملکرد آن را دیکته می کند. به عنوان مثال ، اضافه کردن کربن به آهن ، فولاد ، جایی که اتم های کربن شبکه آهن را تقویت می کنند. افزودن کروم به فولاد ، فولاد ضد زنگ ایجاد می کند و توانایی کروم در تشکیل یک لایه محافظ اکسید در برابر خوردگی را ایجاد می کند.
دسته های اصلی آلیاژها و خصوصیات آنها
آلیاژهای آهنی
آلیاژهای آهنی مبتنی بر آهن است و بیش از 90 ٪ از کل فلز مورد استفاده در صنعت را تشکیل می دهد. آنها به دو زیر شاخه اصلی تقسیم می شوند:
فولاد: آهن - آلیاژهای کربن با میزان کربن از 0.02 ٪ تا 2.1 ٪. فولادهای کربن کم- (کمتر از یا مساوی با 0.25 ٪ کربن) انعطاف پذیری و جوشکاری را ارائه می دهند و آنها را برای پانل های بدن خودرو و لوله های ساختاری ایده آل می کند. فولادهای کربن {7- (0.6 ٪ -2.1 کربن) سخت هستند و- مقاوم ، در ابزارها و چشمه ها استفاده می شوند. فولادهای آلیاژی بیشتر عناصری مانند منگنز (برای استحکام) ، نیکل (برای سختی) یا مولیبدن (برای ثبات دمای بالا-) را برای برآورده کردن نیازهای تخصصی - مانند کروم-} فولادهای مولیبدن برای رگهای فشار تشکیل می دهند.
آیرونز: آهن - آلیاژهای کربن با محتوای کربن بیش از 2.1 ٪ ، که اغلب حاوی سیلیکون (1 ٪ -3 ٪) برای ترویج شکل گیری گرافیت است. چدن خاکستری ، با گرافیت پوسته ، شکننده اما برای قابلیت ماشین سازی و میرایی لرزش بسیار عالی است که در بلوک های موتور استفاده می شود. چدن داکتیل ، تحت درمان با منیزیم برای تشکیل گرافیت کروی ، ترکیب استحکام و چقرمگی ، مناسب برای چرخ دنده ها و اجزای هیدرولیک.
آلیاژهای آهنی غیر -
آلیاژهای آهنی غیر - آهن را به عنوان فلز پایه حذف می کنند و برای خواصی مانند سبک بودن ، مقاومت در برابر خوردگی و هدایت ارزش دارند. انواع اصلی عبارتند از:
آلیاژهای آلومینیوم: بر اساس آلومینیوم ، توسط عناصری مانند مس ، منیزیم یا روی تقویت می شود. همانطور که در بحث های قبلی در مورد میله های آلومینیومی مورد بررسی قرار گرفت ، آلیاژهای سری 6000- (آلومینیوم- Silicon {5} منیزیم) قدرت و کارآیی را برای قطعات ساختاری ، در حالی که 7000-} سری آلیاژهای آلومینیوم-ZINC) قدرت هوا را در اختیار شما قرار می دهد. چگالی کم آنها (7/2 گرم در سانتی متر مربع) آنها را برای کاهش وزن در وسایل نقلیه و هواپیما ضروری می کند.
آلیاژهای مس: مس به عنوان پایه ، با اضافات مانند روی (برنج) یا قلع (برنز) عمل می کند. برنج (مس -} روی) خوردگی است - مقاوم و قابل استفاده ، در وسایل لوله کشی و اتصالات الکتریکی استفاده می شود. برنز (مس- قلع) مقاومت سایش را ارائه می دهد ، ایده آل برای یاتاقان ها و سخت افزار دریایی است. آلیاژهای مس تخصصی ، مانند cupronickel (مس-} nickel) ، به دلیل مقاومت در برابر خوردگی در محیط های آب دریا ، در محیط های آب دریا برتری دارند.
آلیاژهای تیتانیوم: تیتانیوم -} مبتنی بر آلومینیوم ، وانادیوم یا مولیبدن. قدرت بالا - to {{3} نسبت وزن و سازگاری زیست سازگاری ، این آلیاژها را برای هوافضا (اجزای موتور جت) و ایمپلنت های پزشکی بسیار مهم می کند. تیتانیوم-6 آلومینیوم-4 ونادیوم (TI-6AL-4V) شایع ترین ، ترکیب قدرت و جوشکاری است.
آلیاژهای منیزیم: سبکترین فلزات ساختاری (چگالی 1.7 گرم در سانتی متر مربع) ، آلیاژ شده با آلومینیوم ، روی یا زمین های نادر. آنها در قطعات هوافضا و خودرو برای کاهش وزن استفاده می شوند ، اگرچه مقاومت در برابر خوردگی کم آنها نیاز به پوشش های محافظ دارد.
آلیاژهای فلزی گرانبها
آلیاژهای فلزی گرانبها برای بهبود دوام یا تنظیم خواص ، طلا ، نقره یا پلاتین را با سایر فلزات ترکیب می کنند. به عنوان مثال:
آلیاژهای طلا برای جواهرات از مس یا نقره برای سخت شدن طلای خالص نرم استفاده می کنند ، در حالی که رتبه بندی Karat حاکی از محتوای طلا (18K= 75 ٪ طلا) است.
آلیاژهای نقره ای با مس (نقره استرلینگ ، 92.5 ٪ نقره) در برابر لکه دار شدن مقاومت می کنند و قابلیت انعطاف پذیری برای کارد و چنگال و تماس های الکتریکی را حفظ می کنند.
اهمیت مهندسی آلیاژها
آلیاژها با ایجاد شکاف بین محدودیت های فلزی خالص و خواسته های صنعتی ، نوآوری را فعال می کنند. تطبیق پذیری آنها اجازه می دهد تا سفارشی سازی برای محیط های شدید - از بالا - تحمل دما از نیکل- مبتنی بر توربین های گازی به استحکام کرایوژنیک آلومینیوم {4} آلیاژهای لیتیوم در مخازن سوخت موشکی. در تولید پایدار ، آلیاژهای مانند آلومینیوم بازیافت شده- آلیاژهای منیزیم مصرف انرژی را کاهش می دهند ، در حالی که فولادهای قدرت بالا- بالایی دارند که سبک تر ، سوخت- وسایل نقلیه کارآمد را فعال کنند.
توسعه آلیاژهای پیشرفته همچنان به مرزها فشار می آورد. ساخت افزودنی (چاپ سه بعدی) اکنون از آلیاژهای تخصصی مانند اسکاندیم استفاده می کند - آلومینیوم برای قطعات هوافضا سبک وزن ، در حالی که شکل {3} آلیاژهای حافظه (به عنوان مثال ، نیکل {6} titanium) برنامه هایی را در دستگاه های پزشکی پیدا می کنند ، جایی که هنگام گرم شدن به شکل از پیش تعیین شده باز می گردند.
به طور خلاصه ، آلیاژها مواد مهندسی شده ای هستند که خواص فلزات خالص را برای رفع نیازهای خاص صنعتی تغییر می دهند. آنها با ترکیب فلزات با عناصر دیگر ، طیف وسیعی از خصوصیات-} قدرت ، مقاومت به خوردگی ، هدایت و موارد دیگر {{2} را ارائه می دهند که باعث پیشرفت در فناوری و زیرساخت ها می شوند. چه در کمربندهای فولادی آسمان خراش ها ، قاب های آلومینیومی اتومبیل های برقی یا ایمپلنت تیتانیوم در علوم پزشکی ، آلیاژها برای زندگی مدرن ضروری هستند. با پیشرفت علوم مواد ، طراحی آلیاژهای نسل بعدی- بدون شک امکانات جدیدی را برای کارآیی ، دوام و پایداری باز می کند.
