شاید بارها برای شما این سوال پیش آمده باشد که آلیاژ چیست و چه انواعی دارد؟ آلیاژها انواع مختلفی دارند که بر اساس نوع مواد به کار رفته در ساختارشان برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مقاله می‌خواهیم 4 نوع از انواع الیاژها را به همراه ویژگی ان‌ها مورد بررسی قرار دهیم. پس برای مطالعه عناوین ذیل همراه ما باشید:
- آلیاژ یا هم جوشه
- خواص آلیاژ چیست
- دسته بندی آلیاژها
- دسته بندی آلیاژها از نظر ساختمان بلوری
آلیاژ یا هم جوشه
آلیاژ چیست؟ آلیاژ یا هم جوشه یک کلمه فرانسوی می‌باشد و به فلزی که از ترکیب دو یا چند فلز بوجود آمده گفته می‌شود. یکی از ویژگی‌های فلزات، قابلیت مخلوط شدن آنها با فلزات و یا غیر فلزات دیگر است. این عمل معمولاً در حالت مذاب صورت می‌گیرد و به این ترتیب محلول یک یا چند جامد در جامد دیگر بدست آمده که به آنها محلول جامد یا آلیاژ گفته می‌شود. آلیاژ معمولاً بسیار مفیدتر از مواد اولیه تشکیل دهنده خود است. انسان از زمان‌های گذشته با چندین آلیاژ از جمله برنج و برنز آشنا بوده است. برنج از مخلوط مس و روی مذاب و برنز از مخلوط مس و قلع مذاب بدست می‌آید. گاهی آلیاژ از ترکیب فلزی با یک غیر فلز ایجاد می‌شود. مانند فولاد که ترکیبی از «آهن» و «کربن» است.
معنای لغوی واژه «آلیاژ» ترکیب می‌باشد. همیشه به هنگام تهیه یک آلیاژ، اتم‌های مختلفی به هم می‌پیوندند. گاهی این پیوند و ترکیب به طور کامل صورت می‌گیرد، مانند آلیاژ برنج و بعضی مواقع به طور قسمتی انجام می‌شود 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.
بازار آنلاین خرید و فروش محصولات فولادی
خواص آلیاژ چیست؟
خواص آلیاژ چیست؟ 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 می‌شود. 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 می‌کنند.
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 1.0 تا 50% از وزن آن را آلیاژ نمود. آلیاژهای فولاد به دو دسته تقسیم می‌گردند: 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 2 درصد 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 وزن 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. برنج و بسیاری از 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 از مس به عنوان فلز پایه و روی و نیکل به عنوان عناصر حل شونده است. 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.
دسته بندی آلیاژها از نظر ساختمان بلوری
آلیاژ ها را از نظر ساختار بلوری به دو دسته تقسیم می‌کنند.
آلیاژهای جانشینی و آلیاژهای درون شبکه‌ای.
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 می‌آید. مانند ترکیب‌های ایزومرف که می‌توانند به هر نسبتی در ساختار یک نوع بلور شرکت کند و اتم‌های آنها می‌توانند 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 می‌شوند. این مواد شعاع اتمی کوچکی دارند و شعاع اتمی آنها کمتر از ۱ آنگستروم می‌باشد. البته سیلیسیم، فسفر و گوگرد نیز می‌توانند 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 فولاد24