آلیاژ یا هم جوشه
آلیاژ یا هم جوشه یک کلمه فرانسوی می باشد و به فلزی که از ترکیب دو یا چند فلز بوجود آمده گفته می شود. یکی از ویژگی های فلزات، قابلیت مخلوط شدن آنها با فلزات و یا غیر فلزات دیگر است. این عمل معمولاً در حالت مذاب صورت می گیرد و به این ترتیب محلول یک یا چند جامد در جامد دیگر بدست می آید که به آن ها محلول جامد یا آلیاژ گفته می شود. آلیاژ معمولاً بسیار مفیدتر از مواد اولیه تشکیل دهنده اش است. انسان از زمان های گذشته با چندین آلیاژ از جمله برنج و برنز آشنا بوده است. برنج از مخلوط مس روی مذاب و برنز از مخلوط مس و قلع مذاب بدست می آید. گاهی آلیاژ از ترکیب فلزی با یک غیر فلز به دست می آید. مانند فولاد که ترکیبی از «آهن» و «کربن» است.
معنای لغوی واژه ی «آلیاژ» ترکیب می باشد. همیشه به هنگام تهیه یک آلیاژ، اتم های مختلفی به هم می پیوندند. گاهی این پیوند و ترکیب به طور کامل صورت می گیرد، مانند آلیاژ برنج و بعضی مواقع به طور قسمتی انجام می شود مانند آلیاژ فولاد. مخلوط یا محلول جامد فلزی، متشکل از یک فلز اصلی که آن را فلز پایه می‌گویند با یک یا چند عنصر فلزی یا غیرفلزی است.
آلیاژ معمولاً خواصی متفاوت از عناصر تشکیل دهنده خود دارد. بسته به میزان همگنی در اختلاط عناصر، می‌تواند تک فاز یا چند فازی باشد. معمولاً آلیاژها بر اساس درصد وزنی عناصر موجودشان گزارش می‌شوند. بر اساس تعداد عناصر، هم‌جوشه را دوتایی، سه‌تایی و غیره می‌نامند. برای بیان یک هم‌جوشه مشخص با دامنه متغیر از درصد عناصر، اصطلاح سیستم بکار می‌رود. مثلاً، فولاد سیستم آلیاژی دوتایی از آهن و کربن است که در این سیستم آلیاژی دامنه کربن بین ۰٫۰۲ تا ۲٫۱۴ درصد قابل‌تغییر است.
خواص آلیاژ
در برخی از آلیاژها پس از آمیخته شدن عناصر تشکیل دهنده آلیاژ، خواص تمام عناصر تشکیل‌دهنده در آلیاژ تشکیل شده، مشاهده می‌گردد. درست مانند حل شدن نمک در آب، یکی از عناصر در دیگری فقط حل می‌شود. اما در برخی از آلیاژها، فلزها چنان در هم می‌آمیزند که آرایش ذرات آنها دگرگون شده و یک ترکیب شیمیایی حاصل می شود. آلیاژها از ذرات بسیار کوچکی تشکیل شده‌اند. برخی از این ذرات به هم می‌پیوندند و مجموعه‌هایی پدید می‌آورند که به آنها دانه گفته می‌شود.
اندازه این دانه‌ها در خواص بعدی آلیاژها بسیار تاثیرگذارند. همچنین اندازه دانه‌ها به عواملی همچون میزان حرارت داده شده به مواد تشکیل‌دهنده و سرعت سرد کردن آنها بستگی دارد؛ در حقیقت هرچه مواد را سریع‌تر سرد کنیم، اندازه دانه‌ها ریزتر می‌شود. به این ترتیب، ریزی و درشتی دانه‌ها، در خواص بعدی آلیاژها تأثیر گذار است و از راه تنظیم میزان حرارت داده شده و سرعت سرد کردن می‌توان خواص مورد نظر را در آلیاژ ایجاد کرد. بیشتر آلیاژها از فلزات تشکیل‌دهنده‌شان سخت‌ترند. به همین دلیل از شکل‌پذیری کمتری برخوردارند. همین‌طور بیشتر آلیاژها در دمایی کمتر از دمای ذوب فلزات تشکیل‌دهنده ذوب می‌شوند و رسانایی الکتریکی ضعیف‌تری دارند.
ویژگی‌های یادشده در بالا در کاربردهای ویژه‌ای چون پرّه‌های توربین، موتور جت، فضاپیماها و رآکتورهای هسته‌ای بسیار مورد نیاز است. به دلیل ویژگی‌های فرومغناطیس آهن، بعضی آلیاژهای فولاد و پاسخی که این آلیاژها در محیط مغناطیسی می‌دهند، اهمیت ویژه‌ای پیدا می‌کند. در موتورهای الکتریکی و ترانسفورماتورها نیز چنین است.
دسته بندی آلیاژها
آلیاژها را با توجه به فلز پایه‌شان به چهار دسته تقسیم می کنند.
1-آلیاژهای آهنی
آلیاژهایی هستند که فلز پایه در آنها آهن است. از مهم‌ترین آنها می‌توان به فولاد اشاره کرد. بسته به میزان کربن ترکیب شده در آن، به دو دسته فولادها و چدنها تقسیم می‌شوند.
- آلیاژ فولاد Alloy steel
آلیاژی است که با عنصرهای گوناگون به صورت آلیاژ درآمده است. برای بهبود ویژگی‌های مکانیکی فولاد، می‌توان از ۱/۰ تا 50% از وزن آن را آلیاژ نمود. آلیاژهای فولاد به دو دسته تقسیم می گردند: فولاد کم‌آلیاژ و فولاد پُرآلیاژ.
خود فولاد در واقع نوعی آلیاژ است. اما تمام گونه‌های فولاد را آلیاژ نمی‌خوانند. ساده ترین نوع فولاد که تقریباً می‌توان گفت آهن است (نزدیک به ۹۹٪) خود با عنصر کربن آلیاژ شده‌است (بسته به نوع فولاد از ۰٫۱٪ تا ۱٪). بنابراین منظور از آلیاژ فولاد، ترکیبی از آهن، کربن و دیگر عنصرها است. عنصرهایی که بیشتر برای این هدف کاربرد دارند، عبارتند از: منگنز (پرکاربردترین)، نیکل، کروم، مولیبدن، وانادیم، سیلیسیم و بور و عنصرهای کم کاربردتر عبارتند از: آلومینیم، کبالت، مس، سریم، نیوبیم، تیتانیم، تنگستن، قلع، روی، سرب و زیرکونیم.
وجود کمتر از ۲ درصد تا02/0 کربن در آهن، فولاد را به وجود می‌آورد. اضافه کردن عناصر دیگر غیر از کربن، هرکدام خواص متفاوتی به فولاد می‌دهد. منگنز سبب سختی فولاد، نیکل باعث جلوگیری از خوردگی فولاد، تنگستن باعث محکمی و وجود کروم و نیکل سبب ضدزنگ شدن فولاد می‌شود. آهن ورزیده نیز آلیاژی است با کربن کم که در ساختن میخ پرچ، لوله آب، زنجیر و غیره به کار می‌رود.
از ترکیب عنصرهای بالا با فولاد و آلیاژسازی، برخی ویژگی‌های فولاد کربن مانند مقاومت، سختی، چقرمگی، سایش و سختی، در دمای بالا، به گونه درخور توجهی بهبود می‌یابد. برای دستیابی به بعضی از این ویژگی‌ها باید عملیات حرارتی روی فلز انجام شود.
- چدن
وجود بیش از ۲ تا ۶ درصد کربن در آهن، تشکیل چدن می‌دهد. رنگ مقطع شکست این آلیاژ به عنوان شناسه نامگذاری انواع مختلف آن به کار می‌رود. بیش از ۹۵ درصد وزنی چدن را آهن تشکیل می‌دهد و عناصر آلیاژی اصلی آن کربن و سیلیسیم هستند. به‌طور معمول بین ۲٫۱ تا ۴ درصد کربن و ۱ تا ۳ درصد سیلیسیم دارد و به عنوان آلیاژی سه‌گانه شناخته می‌شود.
چدنها، به استثنا نوع داکتیل، ترد هستند و به دلیل نقطه ذوب پایین، قابلیت ریخته‌گری، ماشین کاری، تغییرشکل ناپذیری و مقاومت به سایش به موادی با دامنه وسیعی از کاربرد تبدیل شده و در تولید لوله‌ها، ماشین‌ها، قطعات صنعت خودرو مانند سرسیلندر، بلوک سیلندر و جعبه دنده به کار می‌روند. چدن همچنین به تضعیف و تخریب ناشی از اکسایش (خوردگی) مقاوم است.
2-آلیاژ غیرآهنی
تمام آلیاژهایی که فلز پایه در آنها، فلزی غیر از آهن است، آلیاژهای غیرآهنی خوانده می‌شود. مفرغ، برنج و بسیاری آلیاژهایی که می‌شناسیم، آلیاژهای غیرآهنی هستند. امروزه بیشتر چیزهای فلزی که استفاده می‌کنیم از آلیاژها ساخته شده‌اند. کمتر اتفاق می‌افتد که فلزات به شکل خالص استفاده شوند. حتی طلا و نقره هم به صورت آلیاژ استفاده می‌شوند. افزودن فلزات ارزان قیمت به طلا و نقره، نه تنها از جلوه‌شان نمی‌کاهد، بلکه باعث می‌شود در برابر سایش نیز مقاوم‌تر شوند. طلا و نقره معمولا با مس ترکیب شده و تشکیل آلیاژ می‌دهند. عیار طلا، نشان‌دهنده مقدار فلز اضافه شده در آن است. عیار طلای خالص را ۲۴ فرض می‌کنند. بنابراین طلای ۱۸ عیار، طلایی است که از ۲۴ قسمت، ۱۸ قسمت‌اش طلا و باقی مس است. یکی از آلیاژهای مشهور غیرآهنی ورشو است. این آلیاژ ترکیبی است از مس به عنوان فلز پایه و روی و نیکل به عنوان عناصر حل شونده. ورشو به علت شباهت به نقره، نقره آلمانی و نقره انگلیسی نیز گفته می‌شود. ملغمه نقره نیز آلیاژی از نقره و جیوه است که از آن برای تهیه مواد پرکننده دندان هم استفاده می‌شود. در این آلیاژها فلز پایه، جیوه است.
3- آلیاژ فلزی
به محلول جامدی که حداقل یکی از اجزای آنها فلز بوده و خواص فیزیکی وشیمیایی فلزی داشته باشند، آلیاژ فلزی گفته می‌شود.
4- آلیاژ سرامیکی
به محلول‌های جامدی که حداقل یکی از اجزای آنها سرامیکی بوده و خواص سرامیکی داشته باشند، آلیاژ سرامیکی گفته می‌شود.
آلیاژ ها را از نظر ساختار بلوری به دو دسته تقسیم می کنند.
آلیاژهای جانشینی و آلیاژهای درون شبکه ای.
1-آلیاژهای جانشینی:
آلیاژی که معمولاًاز دو یا چند نوع فلز که خواص شیمیایی مشابهی داشته و شعاع فلزی آنها به یکدیگر نزدیک باشند، به وجود می آید. مانند ترکیب های ایزومرف که می توانند به هر نسبتی در ساختار یک نوع بلور شرکت کند و اتم های آن ها می توانند در شبک بلور، جای یکدیگر را بگیرند و بلوری جدید به وجود آورند. مانند آلیاژ برنج که مس و روی است.
2- آلیاژهای درون شبکه ای:
آلیاژهایی که از فلزهای واسطه و غیر فلزهایی مانند هیدروژن، نیتروژن، کربن و بور تشکیل می شوند. این مواد شعاع اتمی کوچکی دارند و شعاع اتمی آنها کمتر از ۱ آنگستروم می باشد. البته سیلیسیم، فسفر و گوگرد نیز می توانند در تشکیل این نوع آلیاژها شرکت داشته باشند. به علت محدود بودن فضاهای خالی بین اتمی، این حل شدن معمولا در حد بسیار محدودی صورت می‌گیرد. مانند آلیاژ فولاد که از آهن و کربن است.
منبع: گروه تأمین محتوای فولاد 24
