آلیاژ چیست و چه کاربرد هایی دارد؟ آلیاژ یک ترکیب فلزی است که بیشتر از هر عنصر خالصی در زندگی روزانه ما کاربرد دارد .مثلاً ظروف آشپزخانه یا بعضی از وسایل شخصی یا حتی جواهراتی که هر روز از آنها استفاده می کنیم با کمک انواع مختلفی از آلیاژ ها ساخته شده اند.آلیاژ ها در صنعت و ساختمان سازی نیز کاربردهای فراوانی دارند. از فولاد در ساخت ساختمان ها گرفته تا آلیاژهای تیتانیوم که در صنعت هوانوردی کاربرد دارند.
فلزات خالص معمولاً برای تولید قطعات در صنایع استفاده نمی شوند. در اکثر اوقات ترکیبی از فلزات که خواص آن افزایش پیدا کرده در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد .این ترکیب فلزات به عنوان آلیاژ شناخته می شود. ترکیب فلزات مختلف سبب کاهش هزینه های کلی در ساخت مواد می شود که این مواد خواص مهم و کاربردی خود را حفظ می کنند .
در اصل عنصر ها و فلزات خالص با یکدیگر ترکیب شده و آلیاژ ساخته می شود که خواص و ویژگی های مورد نیاز را داشته باشد .آلیاژ مخلوطی همگن از دو یا چند فلز است و می تواند حاوی فلز و غیر فلز نیز باشد. آلیاژ ها در مقایسه با فلزات دیگر استحکام و ماندگاری بیشتری دارد از این رو در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
در حوزه آهن آلات نیز مقاطع فولادی با انواع آلیاژ تولید می شوند. مثلاً میلگرد آلیاژی یا تیرآهن تولید شده از آلیاژ خاص که معمولاً نوع مواد اولیه و آلیاژ آن بر قیمت میلگرد و قیمت تیرآهن تولید شده از آن اثر گذار است .در ادامه همراه باشید تا بخوانیم آلیاژ چیست و با انواع آن آشنا شوید.
Table of Contents
آلیاژ چیست؟
آلیاژ (Alloy) ترکیبی محلول یا جامد فلزی است که از ترکیب یک فلز با حداقل یک یا چند عنصر فلزی یا غیر فلزی به وجود می آید. به زبان ساده آلیاژ مخلوط یک فلز با چند عنصر دیگر است. به آلیاژ همجوشه نیز گفته می شود. در آلیاژ یک فلز اصلی داریم که به آن فلز پایه گفته می شود و یک یا چند عنصر فلزی یا غیر فلزی وجود دارد که با فلز پایه ترکیب می شود .
مثلاً فولاد، آلیاژ فلز آهن با عنصر کربن می باشد.برنج آلیاژی از دو فلز مس و روی میباشد.آلیاژ معمولاً خواصی متفاوت از عناصر تشکیل دهنده خود دارد. در واقع هر ماده خارج از آلیاژ دارای خواص خاصی میباشد. اما آن ماده وقتی که در درون آلیاژ قرار می گیرد خواص خود را به محلول یا مخلوط می دهد.
در آلیاژها بهترین ویژگی های هر عنصر کمک‌کننده گرفته میشود و محصول نهایی به وجود می آید که سخت تر ،با دوام تر و دارای خواص خاص می باشد.
برای ساخت آلیاژ عناصر به صورت مایع یا مذاب با هم مخلوط می شوند و خواص بیشتری نسبت به فلزات خالص دارند. رایج ترین راه برای ترکیب فلزات و به وجود آوردن یک آلیاژ، ذوب کردن آنها و مخلوط کردن آنها در میزان های مناسب و اندازه گیری شده با یکدیگر است.
مواد و عناصر تشکیل دهنده آلیاژ با نسبت های دقیق با یکدیگر ترکیب میشوند.آلیاژ می تواند تک فاز یا چند فازی باشد. هدف از همجوشه سازی یا تولید آلیاژ تغییر و بهبود خواص ماده می باشد. معمولاً آلیاژ ها بر اساس درصد وزنی عناصر موجود شان گزارش می شوند. بر اساس تعداد عناصر آلیاژ ها را دوتایی وچندتایی و غیره می نامند. مثلاً برای بیان یک آلیاژ با دامنه متغیر از درصد عناصر، اصطلاح سیستم به کار میرود.
مثلاً فولاد سیستم آلیاژی دوتایی از آهن و کربن است که در آن سیستم دامنه کربن بین ۰.۰۲ تا ۲.۱۴ درصد قابل تغییر است. یعنی میزان کربنی که در ساخت فولاد استفاده می شود بین ۰.۰۲ تا ۲.۱۴ درصد میباشد.
طبق نظر metalsupermarkets.com : آلیاژهای فلزی به این دلیل استفاده می شوند که معمولاً خواص مکانیکی یا شیمیایی بهبود یافته ای دارند. عناصر آلیاژی را می توان به فلز اضافه کرد تا تعدادی از خواص از جمله سختی، استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، ماشین کاری و موارد دیگر را افزایش دهد.
Metal alloys are used because they typically have enhanced mechanical or chemical properties. Alloying elements can be added to a metal to increase a number of properties including hardness, strength, corrosion resistance, machinability, and much more.
تاریخچه پیدایش آلیاژ
آلیاژ ها از زمانهای بسیار قدیم وجود داشتند و سابقه طولانی دارند. می توان گفت از زمانی که انسان فلزها را شناخت بعد از آن به ترکیب آنها و ساخت آلیاژ ها روی آورد و از ترکیب فلزات متوجه شد آلیاژ چیست. مس ،قلع و روی از اولین آلیاژ هایی بوده که انسان ها ساختند. اولین آلیاژی که بشر ساخته است مفرغ نام داشته که همان برنز بوده است.
این آلیاژ از ترکیب مس و قلع به وجود آمده بود و چون سخت تر از هر دو فلز مس و قلع بود برای ساختن چاقو، نیزه و مانند آن استفاده می‌شد. در ادامه نیز آلیاژهای دیگری توسط انسان ساخته شد .برنج یکی از آلیاژهای قدیمی می باشد که از ترکیب مس و روی به وجود آمده است. چین یکی از اولین کشورهای جهان است که موفق به تولید آلیاژها شد.
چرا آلیاژ ها ساخته می شود؟
در ادامه مقاله آلیاژ چیست میخواهیم بدانیم به طور کلی فایده و علت تولید آلیاژ چیست ؟فلزات خالص به تنهایی دارای خواص فیزیکی و شیمیایی ضعیفی هستند یا دارای خواص تک‌بعدی می باشند.
- مثلاً فلزات خالص عموماً نرم هستند که میزان سختی آن ها با ترکیب با یک فلز یا غیر فلز دیگر افزایش پیدا میکند.
- بعضی فلزات به صورت خالص نقطه ذوب بالایی دارند اما زمانی که با فلزات دیگر آلیاژ شوند نقطه ذوب آنها کاهش می یابد و به راحتی ذوب خواهند شد که از این خاصیت برای تولید آلیاژ مفیدی مانند لحیم استفاده میشود.
- همچنین آلیاژ سازی استحکام کششی فلز اصلی را افزایش میدهد.
- فلزات خالص در برابر خوردگی نیز مقاومت بالایی ندارند اما زمانی که آلیاژ میشوند واکنش پذیری آنها کمتر می شود و در رطوبت و توسط گاز های جوی دچار خوردگی و پوسیدگی نمی شوند.
به همین دلایل آلیاژ ها تولید میشوند،مثلا یه فلز فقط دارای مقاومت و استحکام بالا می باشد و یک فلز فقط خاصیت ضد خوردگی دارد.این دو ترکیب شده و این دو خاصیت در یک ماده ایجاد شوند. هدف اصلی از ساخت آلیاژ ها تغییر و بهبود خواص ماده مانند چقرمگی ،استحکام سختی و غیره می باشد.
آلیاژ ها به طور کلی بسیار مفیدتر از مواد اولیه شان هستند. مثلاً آلومینیوم خالص یک فلز سبک با مقاومت متوسط می باشد. اما زمانی که به آن مس و منیزیم اضافه می شود و یک آلیاژ تولید می شود، ماده تشکیل شده از این سه ماده ،آلیاژی با استحکام بالاتر میباشد.
آلیاژ آلومینیوم به دلیل وزن پایین و استحکام بالا در صنایع هواپیماسازی، فضاپیما موشک سازی و همچنین ساخت وسایل نقلیه کاربردهای فراوانی دارد. آلیاژ ها همیشه از ترکیب دو یا چند فلز به وجود نمی‌آیند بلکه گاهی اوقات از ترکیب یک فلز با یک یا چند غیر فلز به وجود می آیند .معروفترین آنها فولاد می باشد.
فولاد آلیاژی است که از ترکیب فلز آهن با عنصر غیر فلزی کربن به وجود می‌آید.خواص فولادهای آلیاژی به درصد کربن موجود در آن ،عملیات حرارتی انجام شده بر آن و فلزهای آلیاژ دهنده موجود در آن بستگی دارد. مثلاً اگر به فولاد آلیاژی فلز کروم اضافه گردد تبدیل به فولاد زنگ نزن میشود. همچنین با افزایش یا کاهش درصد کربن ،میزان استحکام فولاد تغییر پیدا می کند.
آلیاژ چگونه تولید میشود؟
حال که دانستیم آلیاژ چیست میخواهیم بدانیم چگونه تولید میشود؟ آلیاژ ها به روش های مختلفی تولید می شوند. اما به طور کلی برای تولید آلیاژ، فلزات را در حالت مذاب با یکدیگر مخلوط می کنند. برای تولید هر آلیاژی پس از آن که ترکیبات آن به حالت ذوب شده در آمدند میزان هر کدام از آنها در مخلوط به دست آمده سنجیده می شود .
سپس در صورتی که درصد ترکیبات آلیاژ مناسب باشد مذاب به دست آمده را در قالب های فلزی یا ماسه ای می ریزند تا به صورت جامد تبدیل گردد. البته که شکل قالب ها متفاوت می باشد.
مثلاً برای تولید آلیاژ فولاد یا همان شمش های فولادی مذاب به دست آمده را ممکن است در قالب های بیلت، بلوم یا اسلب ریخته و شمش های با شکل متفاوتی تولید می شوند. معمولاً ماده اصلی و پایه آلیاژ، اول از همه ذوب میشود و سپس بقیه مواد که مقدار کمتری دارند به آن اضافه می شوند.روش تولید آلیاژ و هزینه های آن بر قیمت آهن و فولاد تاثیرگذار است.
انواع آلیاژ ها
همانطور که گفتیم آلیاژ ها همه از یک فلز پایه و یک یا چند عنصر فلزی یا غیر فلزی به وجود می آیند. از این رو آلیاژها طبق ترکیباتی که دارند در انواعی دسته بندی می شوند. آلیاژ ها به طور کلی به دو دسته آلیاژ فلزی و غیرفلزی تقسیم میشوند.آلیاژ غیر فلزی هیچ عنصر فلزی در خود ندارد.
اما آلیاژ های فلزی نیز به دو دسته آلیاژ آهنی و غیر آهنی تقسیم میشوند. آلیاژهای غیر آهنی آلیاژی هستند که فلز پایه آنها آهن نیست و به جای آن فلزات دیگری استفاده می شود. آلیاژهای آهنی یا فلزی به دسته ای از آلیاژ ها گفته می شود که فلز پایه و اصلی آنها آهن است.
آلیاژهای آهنی خود نیز بسته به میزان کربن ترکیب شده در آن ها به دو دسته فولاد ها و چدن ها تقسیم می شوند. که آلیاژهای چدن نیز انواعی دارند و آلیاژهای فولاد هم به دودسته آلیاژ بالا و آلیاژ پایین و انواع دیگری تقسیم می شوند. که در ادامه به توضیح هر کدام می پردازیم .در شکل پایین تقسیم بندی کلی آلیاژ ها را مشاهده می کنیم.
آلیاژ غیر فلزی
همانطور که گفتیم آلیاژ ها به دو دسته فلزی و غیرفلزی تقسیم می شوند. آلیاژ غیر فلزی به آن دسته از آلیاژ هایی گفته میشود که ترکیبات آنها عناصر غیر فلزی می باشد.آلیاژهای غیر فلزی نیز کاربردهای بسیار زیادی دارند اما عمده آلیاژهای تولید شده در جهان آلیاژهای فلزی هستند.
یکی از آلیاژهای غیر فلزی سیلیکون می باشد که معمولاً به عنوان یک ترکیب ضد زنگ در آلیاژ به کار برده میشود. سیلیکون همچنین باعث افزایش مقاومت فلزات می شود و می تواند دمای ذوب را کاهش دهد. کربن هم یکی از عناصر غیر فلزی است که برای ساخت آلیاژ ها به کار برده می شود .
آلیاژهای فلزی
آلیاژهای فلزی خود به دو دسته آلیاژ آهنی و آلیاژ غیر آهنی تقسیم می شوند.
آلیاژ آهنی : به آن دسته از آلیاژ هایی که عنصر اصلی و فلز پایه آن ها از جنس آهن می باشد آلیاژ آهنی گفته می شود. آلیاژ آهنی برای تولید انواع فولاد و چدن به کار برده می شود .اگر نگاهی به اطراف خود بیندازید ردپای فلزات آهنی را در زندگی خود خواهید دید. وسایل و اجسام زیادی در اطراف ما وجود دارند که به نظر آهنی هستند اما در واقع همه آنها یک آلیاژ آهنی هستند .
زیرا آهن خالص خود خواص مکانیکی مطلوبی ندارد به همین دلیل به عنوان فلز پایه با کربن و عناصر آلیاژی دیگر ترکیب شده و فولاد و چدن از آن به دست می آید که کاربرد و مصارف بیشتری دارند. عناصر آلیاژی دیگری که به منظور ساخت آلیاژ های آهن به کار برده می شوند منگنز ،آلومینیوم ،سیلیسیوم کبالت کروم و غیره هستند که تاثیر عناصر آلیاژی بر فولاد متفاوت است.
امروزه تولید آلیاژ های آهنی در جهان اهمیت بسیاری دارد و در حال حاضر بزرگترین تولید کننده های آلیاژ آهنی در جهان کشورهای چین آفریقای جنوبی، روسیه و هند هستند.
آلیاژ غیر آهنی : آلیاژ غیرآهنی هم یک آلیاژ فلزی است با این تفاوت که فلز اصلی و پایه آن آهن نیست و به جای آن از فلزات دیگری مانند نیکل کروم، مس و آلومینیوم استفاده می شود. این نوع از آلیاژ ها به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت و اکسایش در صنایع مختلفی مانند خودروسازی و هوافضا کاربرد دارند. معروفترین آلیاژهای غیر آهنی برنج و برنز می باشند که هزاران سال پیش کشف شدند.
کاربرد آلیاژها در زندگی چیست ؟
آلیاژها ترکیب مواد خالص هستند. مثلاً یک آلیاژ فلزی ترکیب چندین فلز خالص می باشد.اما آلیاژها خواص منحصر به فرد از خود نشان می دهند که در فلزات و عناصر خالص وجود ندارد .به همین دلیل است که آلیاژسازی و استفاده از آلیاژها بسیار گسترده شده است .آلیاژها در زندگی روزمره ما هم کاربردهای زیادی دارند .
بسیاری از وسایل اطراف ما که جنس فلزی یا پلاستیکی دارند در واقع یک نوع آلیاژهستند .تقریباً هیچ فلز یا ماده خالص به تنهایی قابلیت استفاده ندارد .به همین دلیل برای ساخت وسایل و تجهیزات از آلیاژها استفاده می شود .اگر نگاهی به اطراف خود بیندازیم قطعات و وسایل فلزی بسیاری می بینیم.
وسایل منزل مثل میز،صندلی ،یخچال ،قابلمه و ظروف فلزی مثل قاشق یا مصالح ساختمان سازی مثل درب و پنجره ها یا مصالح اجرای اسکلت مثل میلگرد و تیرآهن همگی نوعی آلیاژ هستند .
عمده ترین کاربرد آلیاژها در صنعت می باشد .اما در بسیاری از بخش های دیگر نیز استفاده گسترده ای از آلیاژ ها می شود .از معروف ترین آلیاژها فولاد می باشد که ترکیب آهن خالص با کربن و برخی دیگر عناصر آلیاژی است .از فولاد برای ساخت انواع مقاطع فولادی همچون میلگرد ،تیرآهن ،نبشی و ناودانی و قوطی وپروفیل استفاده می شود .
بسیاری از تجهیزات صنعتی از جمله دستگاه های تولیدی و قطعات آن ها با فولاد ساخته می شوند .فولاد در صنایع ماشین سازی نیز کاربرد بسیار گسترده دارد .نوعی دیگر فولاد استیل یا فولاد ضد زنگ است .آلیاژ فولاد ضد زنگ با فولاد معمولی تفاوت چندانی ندارد و فقط برخی از عناصر آلیاژی در آن کمتر یا بیشتر است .
اما همین تفاوت ناچیز باعث شده که فولاد ضد زنگ خاصیت ضد خوردگی پیدا کند و به خاطر این ویژگی مهم کاربردهای بسیار مهمی داشته باشد .فولاد ضد زنگ در صنعت ساخت و ساز، صنایع خودروسازی، توسعه زیر ساخت ها، صنایع پتروشیمی و هوا و فضا وبسیاری موارد دیگر کاربرد دارد .این فولاد استحکام و دوام بی نظیری دارد و دچار خوردگی نمی شود .
مقاله از آهن جم_www.ahanjam.com
