فلزات خالص معمولا برای تولید قطعات در صنایع استفاده نمی‌شوند. در اکثر مواقع مشاهده می‌کنیم که ترکیبی از فلزات برای افزایش خواص یک فلز به کار می‌روند.
این ترکیب از فلزات به عنوان آلیاژ شناخته می‌شود. آلیاژ مخلوطی همگن از دو یا چند فلز است و می‌تواند حاوی فلز و غیر فلز نیز باشد. آلیاژها در مقایسه با فلزات استحکام و ماندگاری بیشتری دارند، از این رو در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ما نیز در این مطلب پس از پاسخ به سوال آلیاژ چیست، درباره انواع و کاربردهای آن بحث خواهیم کرد. در ادامه همراه وبلاگ آیرومارت (پیشرو صنعت نفت آسیا) باشید.
تعریف آلیاژ
آلیاژ ترکیبی از یک فلز با حداقل یک عنصر فلزی یا غیرفلزی دیگر است که به‌صورت محلول جامد، ترکیب یا مخلوط ایجاد می‌شود. برای مثال، برنج از مس و روی تشکیل شده است.
فولاد نیز آلیاژی از آهن و مقدار کمی کربن (تا ۲٪) است. متداول‌ترین روش تولید آلیاژ، ذوب و مخلوط کردن فلزات و سپس خنک کردن آنها تا دمای اتاق است. هر عنصر درون آلیاژ ویژگی‌های خاص خود را به ترکیب می‌افزاید و محصولی سخت‌تر، بادوام‌تر و مقاوم‌تر در برابر خوردگی ایجاد می‌کند.
با تنظیم دقیق ترکیب شیمیایی، آلیاژهایی با خواص منحصربه‌فرد و کاربردی تولید می‌شوند. اکنون که مفهوم آلیاژ را شناختیم، می‌توانیم به بررسی روش‌های تولید آن بپردازیم.
در یک دسته‌بندی کلی، تمام آلیاژها به دو نوع آلیاژهای آهنی و غیرآهنی تقسیم می‌شوند. در واقع، عنصر پایه مشخص‌کننده نوع آلیاژ است و تفاوت فلزات آهنی و غیرآهنی نیز در همین است.
آلیاژهای آهنی
اگر نگاهی، حتی کوتاه و سرسری به اطراف خود بیندازید، ردپای فلزات آهنی را در زندگی خود خواهید دید. آهن خالص خود خواص مکانیکی مطلوبی ندارد، ازاین‌رو، به عنوان فلز پایه با کربن و عناصر آلیاژی ترکیب شده و تشکیل فولاد و چدن می‌دهد.
کاربرد فولاد در صنعت آن‌چنان زیاد است که می‌توان گفت تمام جوانب زندگی انسان را دربرگرفته‌است. انواع فولاد کربنی و آلیاژی بزرگترین خانواده فلزاتند که در زندگی انسان کاربرد دارند.
آلیاژهای غیرآهنی
در آلیاژهای غیر آهنی، فلز پایه فلزی غیر از آهن است که عناصر دیگر به آن اضافه شده‌اند. امروزه، به منظور بهبود خواص فلزات خالص، آنها را با فلزات دیگر ترکیب می‌کنند و به شکل آلیاژ درمی‌آورند.
از معروف‌ترین آلیاژهای غیرآهنی می‌توان به برنج و برنز اشاره کرد که هزاران سال است در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در ادامه، انواع آلیاژهای آهنی و غیرآهنی پراستفاده در صنایع مختلف را بررسی خواهیم کرد.
جدول انواع آلیاژ های فلزی
آهنی
غیر آهنی
چدن
فولاد
چکش خوار یا مالیبل
کربنی
آلیاژی
نشکن یا داکتیل
کم کربن
کم آلیاژ
پایه تنگستن
خاکستری
متوسط کربن
متوسط آلیاژ
پایه زینک یا روی
سفید
پر کربن
پرآلیاژ
پایه کبالت
گرافیت فشرده
پایه منیزیم
پایه نیکل
پایه تیتانیوم
پایه مس
پایه آلومینیوم
آلیاژها چگونه ساخته می‌شوند؟
بررسی عمیق‌تر در شیمی آلیاژ نشان می‌دهد که چرا آلیاژها در چنین طیف گسترده‌ای از صنایع مفید به حساب می‌آیند. از آنجایی که آلیاژها عناصر مختلفی را با هم ترکیب می‌کنند، اتم‌هایی با اندازه‌های مختلف دارند.
در شیمی آلیاژ، یک آلیاژ را می‌توان با توجه به آرایش اتمی آن به عنوان جانشین (فرعی) یا بینابینی طبقه‌بندی کرد؛
۱. آلیاژهای فرعی
یک آلیاژ فرعی از مکانیسم‌های تبادل اتمی تشکیل می‌شود. اجزای فلزی شعاع اتمی و قابلیت‌های پیوند شیمیایی مشابهی دارند، بنابراین اتم‌های یک فلز می‌توانند همان مکان‌های مشابه خود را در شبکه فلزی اتمی اشغال کنند. آلیاژهای فرعی شناخته شده، شامل برنج و برنز می‌شوند.
۲. آلیاژهای بینابینی
آلیاژ بینابینی زمانی تشکیل می‌شود که اتم‌های کوچکتر از یک عنصر سوراخ‌های شبکه فلزی را پر کنند. اتم‌های هر عنصر مکان‌های یکسانی را اشغال نمی‌کنند. فولاد نمونه‌ای از آلیاژهای بینابینی است و در مورد فولاد، اتم‌های کربنِ کوچکتر فضاهای بین اتم‌های آهن را پر می‌کنند.
البته در هر دو آلیاژ، اتم‌های موجود در آلیاژ نمی‌توانند به راحتی مانند اتم‌های یک فلز خالص بر روی یکدیگر بلغزند. به این معنی که آلیاژ قوی‌تر و سخت‌تر از هر یک از آنها است. برای ایجاد آن از فلزات خالص استفاده شده است.
فواید آلیاژ
فلزات خالص به ندرت در تولید تجهیزات مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا بسیار چکش‌خوار یا نرم محسوب می‌شوند. اما همانطور که در بالا ذکر کردیم، آلیاژ کردن یک فلز اغلب خواص آن را بهبود می‌بخشد.
برخی از آلیاژها برای داشتن مقاومت بهتر در برابر خوردگی یا رسانایی بهتر و برخی نیز برای افزایش قابل توجه قابلیت تحمل بار ساخته شده‌اند.
خواص فیزیکی یک آلیاژ مانند رسانایی، واکنش‌پذیری و چگالی ممکن است تفاوت قابل توجهی با عناصر تشکیل‌دهنده آن نداشته باشد. با این حال، خواص مهندسی یک آلیاژ مانند استحکام برشی و استحکام کششی می‌تواند اساسا متفاوت باشد.
به همین دلیل، آلیاژهای فلزی در کاربردها و صنایع مختلفی مانند تولید، الکترونیک، کالاهای داخلی، معماری، لوله‌کشی و صنایع خودروسازی و هوافضا تقاضای بالایی دارند.
بنابراین فواید آلیاژ نسبت به فلزات خاص است و می‌توان برخی از این مزایا را به شرح زیر دسته‌بندی کرد:
یک آلیاژ استحکام کششی بیشتری نسبت به عناصر تشکیل دهنده آن دارد. می‌توانیم سختی یک فلز را با مخلوط کردن آن با فلز یا غیرفلز دیگر افزایش دهیم.
فلزات در دماهای بسیار بالا ذوب می‌شوند. هنگامی که یک فلز خالص با فلز یا غیرفلز دیگری آلیاژ شود، نقطه ذوب آن کاهش می‌یابد.
فلزات به شدت در برابر حملات شیمیایی و جوی حساس به حساب می‌آیند. از طرف دیگر آلیاژها در برابر خوردگی مقاوم‌اند. هنگامی که یک فلز آلیاژ می‌شود، غیرفعال شده و در نتیجه مقاومت آن در برابر خوردگی افزایش می‌یابد.
از آلیاژ می‌توان برای تغییر رنگ فلز پایه استفاده کرد. با مخلوط کردن یک فلز یا غیرفلز دیگر، آلیاژی که به این ترتیب تشکیل شده است رنگ متفاوتی خواهد داشت.
هنگامی که فلزات خالص پس از ذوب جامد می‌شوند، به انقباض کم تمایل دارند. با این حال، هنگامی که آنها آلیاژ می‌شوند، به انبساط در انجماد تمایل دارند. این برای به دست آوردن ریخته‌گری خوب مفید است.
نمونه‌هایی از آلیاژهای معروف و موارد استفاده از آنها
در این بخش مقاله، انواع آلیاژهای معروف و پرکاربرد را معرفی خواهیم کرد:
فولاد
فولاد، آلیاژی از آهن و کربن است و یکی از پرکاربردترین آلیاژها در دنیا محسوب می‌شود. استحکام کششی بالا و هزینه کمی دارد. فولاد آلیاژ بسیاری از موارد مانند فولاد زنگ نزن، فولاد فنری آنیل شده و گرم شده و فولاد نورد سرد است.
از فولاد می‌توان در ساخت انواع مقاطع و ورق فولادی قیمت مناسب استفاده کرد. فولاد اغلب در موارد زیر به کار می‌رود:
قطعات خودرو
زیر ساخت
ساخت و ساز
محصولات خانگی
وسایل آشپزخانه
درصد عناصر شیمیایی موجود در برخی از فولادهای آلیاژهای
نوع فولاد
مشخصات فولاد
کربن
سیلیسیم
منگنز
کروم
مولیبدن
نیکل
وانادیوم
تنگستن
فولاد ضد زنگ
X20CR13
۰.۲۵
۱
۱.۵
۱۲
–
۸
–
–
فولاد سمانتسیون
15CRN16
۰.۱۷
۰.۴
۰.۶
۱.۷
–
۱.۷
–
–
فولاد بلبرینگی
100CR6
۱.۰۵
۰.۷
۱.۲
۱.۶۵
–
–
–
–
فولاد فنری
51CRMOV4
۰.۵۶
۰.۴
۱.۱
۰.۷
۱.۲
–
۰.۱۵
–
فولاد گرم کار
55NICRMOV6
۰.۶
۰.۴
۰.۹۵
۰.۸
۰.۳۵
۱.۸
۱.۴
–
فولاد ابزاری سرد
100MNCRW4
۱.۰۵
۰.۳۵
۱.۲
۰.۷
–
–
۰.۱۵
۰.۵
فولاد نیترات
31CRMOV9
۰.۳۴
۰.۴
۰.۷
۲.۷
۰.۲۵
–
۰.۲
–
فولاد ساختمانی آلیلژی
40NICRMO6
۰.۴۵
۰.۳۵
۰.۷
۱.۴
۰.۳
۱.۷
–
–
فولادها عملیات حرارتی
CK70
۰.۸
۰.۳۵
۰.۹
۰.۴
۰.۱
۰.۴
–
–
چدن
آلیاژ چدن یکی دیگر از آلیاژهای آهن و کربن است که بیش از ۲ درصد کربن دارد. بر اساس ترکیب شیمیایی، چندین نوع چدن آلیاژی و غیرآلیاژی تولید می‌شود.
چدن‌های معمول، ترد و شکننده‌اند و استحکام کمتری از فولاد دارند. با این‌حال ارزان‌ترند و ریخته‌گری آنها به سادگی انجام می‌شود. تفاوت فولاد و چدن در مقاله‌ای بررسی شده است.
جدول کاربرد برخی از آلیاژهای آهنی
نام آلیاژ
کاربرد
چدن مالیبل
لوله و اتصالات چدنی
چدن خاکستری
صنعتی کشاورزی و خودروسازی
چدن داکتیل
لوله و پایپینگ و خودروسای
آلیاژ برنج
برنج چیست؟ برنج آلیاژی از مس و روی است. آلیاژ برنج نقطه ذوب پایینی دارد و بسیار کارآمد و بادوام است. برای صنایعی که به اصطکاک کم و مقاومت در برابر خوردگی نیاز دارند، می‌توان از آن استفاده کرد، مانند:
برنز نیز آلیاژی با پایه فلز مس است که در ترکیب آن فلز روی نیز وجود دارد. این آلیاژ نسبت به فلزات مس و روی خالص، مقاومت و دوام بیشتری دارد.
از جمله دیگر ویژگی‌های برنز که به مفرغ نیز معروف است می‌توان به جوش‌پذیری عالی، نرمی و ماشین‌پذیری، مقاومت به خوردگی مناسب و طول عمر بالا اشاره کرد. در مقاله‌ای مجزا، به سوال برنز چیست و چه کاربردها و خواصی دارد، پاسخ داده‌ایم.
فسفر برنز
فسفر برنز از آلیاژ مس با ۰.۵-۱۱٪ قلع و ۰.۰۱٪ فسفر تشکیل شده است. در برابر خوردگی و خستگی مقاوم است و باید در موارد زیر استفاده شود:
آلومینیوم، از فلزات فراوان در کره زمین است که وزن پایینی دارد. با این حال برخی اعضای خانواده بزرگ آلیاژهای آلومینیوم مقاومتی بسیار بالا دارند. نسبت استحکام به وزن بالای این آلیاژها، در کنار هدایت الکتریکی و گرمایی بالای آنها منجر به کاربرد گسترده آنها در صنعت شده‌است.
آلیاژهای آلومینیوم متناسب با ترکیب شیمیایی که دارند در یکی از سری‌های ۱۰۰۰ تا ۸۰۰۰ قرار می‌گیرند. در مقاله آلیاژهای آلومینیوم نیز پس از پاسخ به سوال آلیاژ چیست درباره این انواع به تفصیل بحث کرده‌ایم.
مس بریلیم
مس بریلیم که با نام آلیاژ ۲۵ یا BeCu نیز شناخته می‌شود، یک آلیاژ مس با ۰٫۵ تا ۳ درصد بریلیم است. از ویژگی‌های آن می‌توان به قابل جوش بودن، شکل‌پذیری و دارای خاصیت غیر مغناطیسی و عدم جرقه اشاره کرد.
در برابر اکسیداسیون، خوردگی و اسیدهای غیر اکسیدکننده مقاوم است. علاوه بر این، مس بریلیوم قابلیت هدایت حرارتی و الکتریکی بالایی دارد. این آلیاژ اغلب در موارد زیر استفاده می‌شود:
آلات موسیقی
اجزای کامپیوتر
ابزارهایی برای محیط های خطرناک مانند مهندسی هوافضا و فلزکاری
سوپرآلیاژها، آلیاژ هستلوی چیست؟
سوپرآلیاژ چیست؟ چه خواص متمایزی با سایر آلیاژها دارد؟ سوپر آلیاژها در حقیقت در دمای اتاق خواص متمایزی با آلیاژهای معمولی ندارد اما در دمای بالا خواص خود را حفظ کرده و عمکرد مطلوبی دارند.
این فلزات معمولا بر پایه نیکل، کبالت یا آهن ساخته می‌شوند. از جمله معروف‌ترین سوپرآلیاژها می‌توان به آلیاژهای اشاره کرد:
آلیاژ هستلوی: سوپرآلیاژ پایه نیکل با غلظت بالای کروم و مولیبدن است که مقاومت به خوردگی و حرارت فوق‌العاده‌ای دارد. در مبدل‌های حرارتی، راکتورها، مخازن تحت فشار و صنایع نفت، گاز و پتروشیمی از این آلیاژ استفاده می‌شود.
آلیاژ مونل: از آلیاژهای پایه نیکلی که مقاومت به خوردگی بسیار بالا، انبساط حرارتی کم، استحکام فشاری بالا، قابلیت جوشکاری و چکش‌خواری خوبی دارد. به همین خاطر، در صنایع نفت، پتروشیمی، صنایع شیمیایی و دریایی کاربرد بالایی دارد.
اینکونل: یکی دیگر از آلیاژهای پایه نیکل با مقاومت به خوردگی بالا است که در دما و فشار کاری بالا این خاصیت خود را حفظ می‌کند. صنعت خودروسازی، ساخت شیرآلات، صنایع هوایی و هوا فضا و ساخت سکوهای نفتی از صنایع کاربرد این فولاد به شمار می‌روند.
تمامی این آلیاژها و مفاهیم در مقالاتی جدا مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
برخی از عناصر آلیاژی رایج کدامند؟
طیف گسترده‌ای از عناصر آلیاژی وجود دارد که اهداف مختلفی را برای مواد پایه مختلف انجام می‌دهند:
کروم: فلزی است که اغلب برای کمک به آلیاژها در مقاومت در برابر خوردگی استفاده می‌شود. بسته به مواد، کروم می‌تواند سختی و استحکام را نیز افزایش دهد.
نیکل: فلزی است که اغلب برای افزایش چقرمگی یا سفتی به مواد اضافه می‌شود. فولادهای زنگ‌نزن، نیکل زیادی دارند که به عنوان یک تقویت‌کننده نیز عمل می‌کند.
مس: برای ساختن آلیاژهای آلومینیوم، از مس استفاده می‌شود. گرچه در فولاد، مس مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می‌دهد، اما این عنصر از مقاومت به خوردگی آلومینیوم می‌کاهد.
منگنز: فلزی است که معمولا برای بهبود استحکام آلیاژ می‌شود. منگنز به تنهایی به عنوان یک عنصر آلیاژی تحت تاثیر عملیات حرارتی قرار نمی‌گیرد و آن را برای کاربردهای دمای بالاتر مناسب می‌کند.
تنگستن: یک عنصر آلیاژی فلزی است که برای بهبود مقاومت در برابر سایش (به ویژه در دماهای بالا)، سفتی و استحکام استفاده می‌شود.
سرب: یک عنصر آلیاژی فلزی است که برای بهبود ماشین کاری به کار می‌رود.
سیلیکون: یک عنصر آلیاژی غیرفلزی است. اغلب به عنوان یک اکسیدزدا در فلزات استفاده می‌شود. سیلیکون همچنین استحکام را بالا می‌برد و می‌تواند دمای ذوب را کاهش دهد.
کربن: یک عنصر آلیاژی غیرفلزی است که برای تولید فولاد ضروری به حساب می‌آید. کربن اغلب در فولاد و آلیاژهای چدن برای افزایش استحکام و سختی استفاده می‌شود.
کاربرد آلیاژ چیست؟
آلیاژها کاربردهای گسترده‌ای در زندگی روزمره ما دارند. برخی از رایج‌ترین کاربردهای روزمره آلیاژها به شرح زیر است:
مجسمه‌های کوچک، مدال‌ها و برخی آلات موسیقی که از برنز ساخته شده‌اند.
از فولاد برای ساخت راه‌آهن، پل، جاده، فرودگاه و غیره استفاده می‌شود. همچنین برای ساخت ظروف خانگی و سایر محصولات به کار می‌رود.
قفل، دستگیره در، لوازم برقی، زیپ، آلات موسیقی، وسایل تزئینی و هدیه از برنج ساخته شده‌اند.
آهنرباهای دائمی از آلنیکو ساخته می‌شوند.
لحیم‌کاری برای اتصال دائمی قطعات الکتریکی استفاده می‌شود.
از نقره استرلینگ برای ساخت ابزار جراحی، آلات موسیقی، کارد و چنگال و قطعات جواهرات به کار می‌رود.
آلیاژهای آلومینیوم سبک وزن‌اند، بنابراین برای ساخت بدنه هواپیما و قطعات آنها استفاده می‌شود.
آلیاژهای تیتانیوم به دلیل مقاومت در دمای بالا و رفتار فوق‌پلاستیک به طور گسترده در صنعت هوافضا به کار می‌رود.
آمالگام که آلیاژی از جیوه است، جهت فعالیت‌های پزشکی استفاده می‌شود. همچنین برای پر کردن حفره‌های دندان کاربرد دارد.
آلیاژهای خاصی از طلا مانند رزگلد، برای ساخت جواهرات استفاده می‌شود.
خرید تجهیزات فولادی
همانطور که مطالعه کردید، از فولاد آلیاژ در صنایع مختلف استفاده می‌شود و مخصوصا در ساخت و ساز کاردبرهای فراوانی دارد. چنانچه شما هم به دنبال خرید ورق آلیاژی، خرید میلگرد و تجهیزات دیگر هستید، با آیرومارت در ارتباط باشید.
کارشناسان ما به شما کمک می‌کنند قیمت مناسب‌ترین تجهیزات فولادی را تهیه کنید. جهت کسب اطلاعات بیشتر با شماره ۰۲۱۴۵۳۰۶ تماس بگیرید.
سلام وقت بخیر خسته نباشید
من یه تحقیق در مورد آلیاژ داشتم انجام می دادم مطلب شما رو خوندم. بسیار جامع و کامل بود و لذت برم یعنی هر اطلاعاتی که در مورد انواع آلیاژ و آلیاژهای معروف میخواستم در این مطلب پیدا کردم.
ممنون از شما و نویسنده این مطلب
سلام وقت شما بخیر.
هر کدوم از عیارهای طلا، درصد خلوص متفاوتی دارند. به عنوان مثال طلای ۲۴ عیار، از انواع آلیاژ طلاست که ۷۵% درصد اون از طلای خالص تشکیل شده. طلای ۲۴ عیار بیشترین خلوص یعنی ۹۹.۹۹ درصد خلوص داره.
