آلیاژ به مادهای گفته میشود که خواص فلزی داشته و از دو یا چند جزء تشکیل شده باشد؛ به شرطی که حداقل یکی از اجزاء فلزی باشد. سیستم آلیاژی شامل تمام آلیاژهایی است که از چند عنصر با نسبت های ترکیبی ممکن تشکیل میشوند. اغلب آلیاژهای تجاری از عناصر زیادی تشکیل شدهاند و تعداد آلیاژهای قابل حصول تقریبا بی شمار است.
همانطور که به آن اشاره شد، آلیاژها خصوصیات فلزی دارند و خواص فیزیکی آنها متناسب با خواص عناصر تشکیل دهنده، متفاوت خواهد بود.
آلیاژ چه نوع محلولی است
در پاسخ به این سوال که آلیاژ چه نوع محلولی است باید گفت که یک سیستم آلیاژی، در برگیرنده تمام آلیاژهایی است که از ترکیب دو یا چند جز با تمام نسبتهای ممکن تشکیل میشوند. اگر سیستمی از دو جز تشکیل شده باشد، مجموعهای از ترکیبات متفاوت این دو جزء پدید آورنده یک سیستم آلیاژی دو تایی است.
محلول جامد
هر محلول از دو جزء حلال و حل شونده تشکیل میگردد. قسمت اعظم محلول را حلال تشکیل میدهد. محلول ممکن است مایع، جامد و یا گاز باشد. مقدار ماده حل شدنی عموما تابع درجه حرارت بوده و معمولا با افزایش دما افزایش پیدا میکند. محلول ها از نظر مقدار مادهای که توسط حلالشان حل شده است، به سه دسته زیرگروه بندی می شوند:
- محلول غیراشباح: محلولی که کمتر از قابلیت انحلال، ماده حل شدنی در خود حل نموده است.
- محلول اشباح: اگر محلولی حاوی بالاترین حد ماده حل شدنی باشد محلول اشباح نامیده میشود.
- محلول اشباح: اگر محلولی حاوی بالاترین حد ماده حل شدنی باشد محلول اشباح نامیده میشود.
محلولهای جامد براساس مکان قرارگیری اتمها در شبکه حلال، به دو گروه محلول جامد جانشین و محلول جامد بین نشین طبقه بندی میشوند. اغلب محلول های جامد نه در یک نقطه، بلکه در محدوده ای از درجه حرارت منجمد خواهند شد.
محلول جامد جانشین
این نوع محلول از دو عنصر تشکیل شده است که در آن اتمهای محلول میتوانند در شبکه کریستالی حلال، جانشین اتمهای حلال شوند. در این جانشینی ساختار عناصر اصلی یا حلال تغییر نمیکند اما در اثر وجود اتمهای محلول، در شبکه حلال اعوجاج به وجود خواهد آمد.
محلول جامد بین نشین
هنگامی که اتمهای فلز حل شدنی در مقایسه با اتمهای حلال بسیار کوچکتر باشند، معمولا اتمهای جز حل شدنی در فضای خالی شبکه بلورین و بین اتم های حلال قرارخواهند گرفت که در این صورت چنین محلولی را محلول جامد بین نشین مینامند. از آنجا که فضای خالی بین اتمها محدود است، بنابراین تنها اتمهایی که شعاع اتمی آنها کمتر از یک آنگستروم است میتوانند محلول جامد بین نشین را تشکیل دهند. این اتم ها عبارتند از هیدروژن، بور، کربن و نیتروژن.
هدف از ساختن آلیاژ چیست
اگر بخواهیم به سوال هدف از ساختن آلیاژ چیست پاسخ دهیم باید کفت که تولید الیاژها به دلایل زیر اهمیت پیدا میکند:
بهبود سختی با آلیاژسازی
سختی فلز در آلیاژسازی به میزان قابل توجهی افزایش پیدا میکند. به عنوان مثال با افزودن عنصر مس به طلای نرم میتوان به طلا با سختی بالا دست یافت. و یا استحکام کششی آهن را با افزودن ۱ درصد کربن میتوان تا ۱۰ برابر افزایش داد.
کاهش نقطه ذوب
نقطه ذوب برای یک آلیاژ نسبت به نقطه ذوب اجزای آن پایین تر است. به عنوان مثال نقطه ذوب یک لحیم ۱۸۳ درجه سانتیگراد است که نقطه ذوب آن پایین تر از اجزای تشکیل دهنده آن (نقطه ذوب سرب ۳۲۷ درجه و نقطه ذوب قلع ۲۳۲ درجه سانتیگراد ) است. آلیاژسازی، سیستم فلزی را به راحتی قابل ذوب خواهد نمود؛ بنابراین آلیاژها را میتوان در دماهای پایین تری در مقایسه با دمای قالب گیری فلز خالص قالب گیری نمود.
بهبود خواص ریخته گری
اکثر فلزات در هنگام انجماد دچار انبساط میشوند که دلیل اصلی آن تغییر ساختار شبکه اتمی در هنگام انجماد است. این خاصیت به ریختهگری مناسب فلزات کمک میکند. برخی از فلزات جامد نرم و شکننده هستند که منجر خواهد شد، ریخته گری آنها ضعیف باشد که این نقص با آلیاژی کردن فلز از بین خواهد رفت.
اصلاح خواص رسانایی الکتریکی
آلیاژها نسبت به فلزات خالص، رسانایی الکتریکی کمتری دارند. برهمکنش بین دو فلز در یک آلیاژ باعث خواهد شد باندهای رسانایی الکتریکی در آنها کمتر شود.
مقاومت به خوردگی در آلیاژ
یکی دیگر از ویژگیها و خواص مفید در آلیاژی کردن عناصر افزایش مقاومت به خوردگی در آنهاست. عموما آلیاژها مقاومت به خوردگی بالاتری نسبت به فلزات خالص دارند. مانند فولاد زنگ نزن که با افزودن کروم و نیکل و کربن به آهن تشکیل میشود.
حال که با اهداف ساخت آلیاژها آشنا شدید، به شما پیشنهاد میکنیم با دسته ای خاص از انواع آلیاژ ها، یعنی آلیاژ های حافظه دار که کاربردهای ویژه ای دارند نیز آشنا شوید.
چرا آلیاژ میسازند
پاسخ به این سوال که چرا آلیاژ میسازند در موارد زیر نهفته است
- فلزات خالص نرم و ضعیف هستند. بنابراین نمیتوان از آنها جهت مصارف با استحکام بالا استفاده نمود. بنابراین آلیاژسازی میتواند استحکام را افزایش دهد.
- دو یا چند فلز را میتوان به نسبت های مختلف ترکیب نمود تا آلیاژهایی با خصوصیات مطلوب برای کاربردهای مشخص تولید شود.
- آلیاژسازی میتواند واکنش های شیمیایی فلزات با اسیدها را کاهش دهد. که سبب افزایش مقاومت به خوردگی خواهد شد.
- استفاده از آلیاژها به جای فلزات خالص گران قیمت باعث افزایش هزینه در ساخت و استفاده از قطعات میگردد.
- آلیاژسازی میتواند استحکام و رسانایی الکتریکی را افزایش یا کاهش داده و یک آلیاژ را برای کاربردهای خاص مناسب تر از فلز خالص ایجاد کند
آلیاژ آهن
اضافه کردن عناصر آلیاژی به فولاد مانند Al، B، Cr، Co، Cu باعث بهبود خواص فولاد خواهد شد. از جمله خواص آلیاژهای آهنی میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- جوش پذیری، داکتیلیته و شکل پذیری مطلوب
- استحکام بالا
- استحکام تسلیم بالا
- دارای مقاومت بالا در برابر خوردگی و سایش
- حفظ استحکام در دماهای بالا
آلیاژ غیر آهنی
در این دسته از آلیاژها آهن به عنوان عنصر اصلی نیست. دراین آلیاژها عنصر اصلی شامل آلومینیوم، مس و … خواهد بود. قابل ذکر است نقطه ذوب آلیاژهای غیرآهنی پایینتر از آلیاژهای آهنی میباشد.
از جمله آلیاژهای غیرآهنی میتوان به آلیاژهای لحیم، برنج، برنز و آلیاژهای آلومینیوم اشاره نمود.
آلیاژ های معروف
از معروف ترین آلیاژ های آهنی میتوان به فولاد ساده کربنی، فولاد زنگ نزن و چدن ها اشاره نمود. همچنین مفرغ، برنج، برنز، الکتروم، طلای ۱۸ عیار از معروفترین آلیاژهای غیر آهنی هستند.
آلیاژ فولاد چه نوع محلولی است
چنانچه بخواهیم به فولادهای ساده کربنی اشاره کنیم باید گفت که این نوع از فولاد ها ازنوع محلول جامد بین نشینی هستند. اگر که عناصر آلیاژی به ترکیب فولاد ساده کربنی اضافه شود، محلول جامد از نوع جانشینی نشکیل خواهد شد. جهت درک دقیق تر این موضوع میتوانید مقاله دیاگرام آهن کربن را مطالعه نمایید.
عملیات حرارتی آلیاژها
تغییر خواص فولاد با حرارت دهی و خنک کاری فولاد در شرایط کنترل شده امکان پذیرخواهد بود. اصطلاح عملیات حرارتی برای نشان دادن فرآیندی استفاده میگردد که در آن گرمایش و سرمایش فولاد برای تغییر خواص ساختاری یا فیزیکی آن به کار گرفته میشود. اصطلاح عملیات حرارتی آلیاژها نیز به همین منظور به کار گرفته میشود. بنابراین در فرآیند عملیات حرارتی، گرمایش و سرمایش فولاد طبق یک برنامه دمایی کاملاً از پیش تعیین شده انجام میپذیرد. در نتیجه فولاد دستخوش تغییرات ساختاری شده و خواص مکانیکی خاصی پیدا میکند.
اهداف عملیات حرارتی آلیاژها
عملیات حرارتی آلیاژها به دلایل مختلفی از جمله موارد زیر انجام میپذیرد.
- برای تغییر خواص مغناطیسی فولاد
- جهت تغییر ساختار
- افزایش مقاومت به دما و خوردگی
- افزایش سختی سطح
- جهت تغییر استحکام و سختی