همه چیز در مورد آلیاژ

مقدمه

احتمالا با اصطلاح آلیاژ به انگلیسی Alloy آشنا هستید، اما شاید با پیچیدگی‌ها و ویژگی‌های آن‌ها چندان آشنا نباشید. به جز در کاربردهای تزئینی یا کاتالیزوری، به ندرت از فلزات خالص استفاده می‌شود – آن‌ها در مقایسه با آلیاژها چندان قوی نیستند.

آلیاژها فلزاتی هستند که از دو یا چند عنصر فلزی تشکیل شده‌اند و اغلب حاوی افزودنی‌های غیرفلزی نیز هستند. اضافه کردن عناصر مختلف به ساختار شبکه بلوری یک فلز خالص، باعث می‌شود که فلزات خواصی را داشته باشند که در حالت خالص فاقد آن‌ها هستند. به طور معمول، هم‌جوشه ها نسبت به همتایان فلزی خالص خود، قوی‌تر، سخت‌تر، بادوام‌تر و در بسیاری از موارد، در برابر خوردگی مقاوم‌تر هستند.

آلیاژها ترکیبات بسیار متنوعی دارند. شما می‌بینید که برخی از خواص عناصر اصلاح‌کننده توسط مخلوط «پذیرفته» می‌شوند. عنصر اصلی در هم‌جوشه(واژه مصوب فرهنگستان زبان و ادب فارسی برای واژه فرانسوی آلیاژ) به طور معمول ماده‌ای است که می‌تواند تا حدی انحلال سایر فلزات را بپذیرد تا از منطقه‌ای شدن (regionalization) و ناهمگنی جلوگیری شود.

برخی از نمونه‌های هم‌جوشه شامل فولاد، برنج و آلیاژهای آلومینیوم مانند آلومینیوم ۶۰۶۱ است که یکی از رایج‌ترین آلیاژهایی است که برای قطعات ماشینکاری شده با CNC مورد استفاده قرار می‌گیرد. آلیاژها در طیف وسیعی از کاربردها، از زیرساخت و وسایل نقلیه گرفته تا کالاهای مصرفی و تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار گیرند. در این مقاله، توضیح خواهیم داد که آلیاژ چیست و انواع مختلف، ترکیبات و کاربردهای هم‌جوشه ها را بررسی خواهیم کرد.

آلیاژ چیست؟

آلیاژ ماده‌ای است که از یک پایه فلزی، که معمولاً جزء با بیشترین مقدار است، و اجزای فلزی یا غیرفلزی اضافی تشکیل شده است که به عنوان اصلاح‌کننده‌های خاصیت اضافه می‌شوند. هم‌جوشه ها برای دستیابی به خواص مطلوبی که در ماده اولیه وجود ندارد، به طور دقیق ساخته و تنظیم می‌شوند.

بسیاری از هم‌جوشه ها صرفاً از فلزات ساخته شده‌اند، اما افزودنی‌های غیرفلزی مانند سیلیسیم، گوگرد، کربن، نیتروژن و سایر عناصر سبک به طور معمول به عنوان تنظیم‌کننده‌های خاصیت استفاده می‌شوند.

تاریخچه آلیاژها

از زمان‌های بسیار قدیم، آلیاژها مورد استفاده قرار می‌گرفتند. اولین هم‌جوشه های شناخته شده، برنج (مس و روی) و برنز (مس و قلع) بودند که احتمالاً از طریق ذوب کردن دو سنگ معدن با ترکیبات مختلف به دست آمده‌اند. هرچند نمی‌دانیم که آیا اختراع آلیاژها نتیجه‌ی هوشمندی یا اتفاق بوده است، اما تاریخچه‌ی متالورژی و جامعه‌ی تکنولوژیک ما از آن زمان آغاز شد.

قابل توجه است که عنصر نیکل تا قرن نوزدهم جدا نشده بود، اما حضور آن در برخی از ذخایر مس احساس می‌شد. هنگام ذوب این سنگ معدن‌ها، مس-نیکل تشکیل می‌شد. این سنگ معدن‌ها اغلب به عنوان «معدنی که شیطان در آن است»(having the devil in them)توصیف می‌شدند، زیرا محتوای نیکل باعث می‌شد که کار کردن با مس بسیار سخت شود. نیک(Nick) کلمه قدیمی برای شیطان است.

برنج و برنز، هر دو ماهیت نرم و چکش‌خوار مس را تغییر می‌دهند تا مواد سخت‌تر، سفت‌تر و مقاوم‌تری را ارائه دهند. در مورد برنز، توانایی داشتن لبه برش نیز وجود دارد. برنز اولین فلز گرید سلاح بود و امپراتوری‌ها را نابود کرد. بهترین برنز در اروپای باستان از قبرس آمده بود و ميسنی‌ها، یونانی‌ها و رومی‌ها امپراتوری‌های خود را بر اساس آن بنا کردند. امروزه هنوز هم از برنج و برنز به طور مکرر برای ساخت قطعات و اجزای محصولات مختلف استفاده می‌شود.

در حدود ۱۶۰۰ قبل از میلاد، آهن چکش‌خوار و آهن ریخته‌گری شروع به تولید شدند. استخراج آهن از سنگ معدن بسیار سخت است و احتمالاً به طور تصادفی تصفیه نشده است. ما باید از متالورژیست‌های تجربی ۴۰۰۰ سال پیش تشکر کنیم. آهن خالص نرم، چکش‌خوار و شکل‌پذیر است و واقعاً کاربرد زیادی ندارد. گام بزرگ در ذوب و کار با آهن با محتوای کربن نسبتاً بالا، برای تغییر ساختار آن است. کربن اولیه به عنوان یک عامل کاهنده در ذوب استفاده می‌شود، بنابراین به صورت مخفیانه به یک عامل آلیاژسازی تبدیل شد. آهن ریخته‌گری و سپس آهن کار گرم (چکش‌خوار)را جایگزین برنز کرد و امپراتوری‌ها سقوط کردند.

آهن و خانواده هم‌جوشه ها سپس برای ۳۰۰۰ سال تقریباً بدون تغییر باقی ماندند، به غیر از چند کار برجسته:

• اضافه کردن/کنترل محتوای کربن به یک هنر تبدیل شد. سازندگان شمشیر در تولدو (که شهری شگفت‌انگیز در اسپانیا با مناظر عالی است) و ژاپن دوره جومون (تا ۱۰۰۰ سال قبل از میلاد) هر دو یاد گرفتند که فولاد بسازند، یا با اضافه کردن کربن با دست (ژاپن) یا با استفاده از سندان‌های چوبی (تولدو).
• بعدها، در مناطق مختلف، نوعی سخت‌کاری سطحی با خاموش کردن در آب غنی از نیتروژن، یک نیش اضافی به تیغه اضافه کرد.
• تا انقلاب صنعتی در قرن‌های ۱۸-۱۹ متالورژی به یک علم رسمی تبدیل شد و بسیاری از آلیاژهای رایج امروز را ارائه داد. پیشرفت‌های شیمی امکان جداسازی عناصر فلزی مانند منگنز، نیکل و کروم، آلومینیوم، تیتانیوم، منیزیم و سایر عناصر مورد استفاده در هم‌جوشه های امروز را فراهم کرد.

ترکیب هم‌جوشه ها

آلیاژها مواد ترکیب شده‌ای هستند که از یک عنصر پایه اصلی همراه با عناصر ثانویه مختلف تشکیل شده‌اند. عنصر پایه ساختار بنیادی و معمولاً محیط انحلال را فراهم می‌کند که اجزای دیگر را به طور یکنواخت پخش می‌کند، در حالی که عناصر ثانویه به نسبت‌های مشخص اضافه می‌شوند تا خواص مطلوب ماده نهایی را تنظیم و به ارث بگذارند. هم‌جوشه حاصل، خلاصه‌ای از ویژگی‌های تمام اجزای تشکیل‌دهنده خود را به ارث می‌برد و در بسیاری از موارد، دستاوردهای همکاری غیرمنتظره‌ای را به نمایش می‌گذارد که هیچ یک از اجزای منفرد نشان نمی‌دهند، منجر به بهبود عملکرد انتخابی می‌شوند.

هم‌جوشه ها چگونه ساخته می‌شوند؟

آلیاژها با ذوب و ترکیب فلز پایه و عناصر اضافی (فلزات و/یا غیرفلزات) و اجازه دادن به آن‌ها برای سرد شدن ساخته می‌شوند. این ترکیب اغلب در مذاب انجام می‌شود، اما بسیاری از افزودنی‌های غیرفلزی را می‌توان پس از انجماد اولیه، با روش‌های مختلف، به کار برد. دو نوع اصلی هم‌جوشه مورد استفاده عبارتند از: آلیاژهای جایگزینی و آلیاژهای بین‌نشینی.

در آلیاژهای جایگزینی، مانند برنج و برنز، اتم‌های همه عناصر هم‌جوشه اندازه مشابهی دارند. اتم‌های عناصر آلیاژی جایگزین همان مکان‌هایی می‌شوند که اتم‌های ماده پایه در ساختار شبکه بلوری آن اشغال می‌کردند. این امر منجر به تنظیمات توزیع شده‌ی خواص در شبکه می‌شود که به صورت ذاتی در فلزات وجود دارد. در اکثر موارد، جایگزینی شبکه را مختل کرده و تحت فشار قرار می‌دهد و با مسدود کردن پتانسیل لغزش صفحه‌ای، آن را کاهش می‌دهد.

در هم‌جوشه های بین‌نشینی مانند فولاد، اتم‌های عناصر آلیاژی (کربن، سیلیکون، نیتروژن) کوچکتر هستند و بین اتم‌های فلز پایه قرار می‌گیرند. این قرارگیری نیز باعث اختلال در لغزش و شکستگی می‌شود. با این حال، برخی از عناصر غیرفلزی مانند سیلیکون به عنوان محرک‌های رشد بلور عمل می‌کنند و با تغییر اندازه کریستال معمولی، استحکام و انعطاف‌پذیری را افزایش می‌دهند زیرا کریستال‌های بیشتر و کوچکتر، ماده‌ای سخت‌تر را ارائه می‌دهند.

ویژگی‌های آلیاژها

بنا تجربه‌ی خودتان، احتمالاً می‌دانید که ویژگی‌ها بین انواع مختلف هم‌جوشه تفاوت زیادی دارند، اما به طور کلی، هم‌جوشه ها مزایایی مانند موارد زیر دارند:

1. خواص بهبود یافته: شما می‌توانید هم‌جوشه هایی پیدا کنید که دارای خواص بهتری نسبت به فلزات خالص هستند. مواد آلیاژی هدفشان ارائه خواص بهبود یافته نسبت به اجزای تشکیل‌دهنده است. فولاد قوی‌تر و بادوام‌تر از آهن خالص است و برنز سخت‌تر و در برابر خوردگی مقاوم‌تر از مس خالص است.
2. قابل سفارشی‌سازی: هم‌جوشه ها امکان دستیابی به خواص مطلوبی را فراهم می‌کنند که در فلزات خالص اصلی وجود ندارد. برای مثال، هم‌جوشه های آلومینیوم در مقایسه با آلومینیوم خالص که نرم و چکش‌خوار است، بسیار قوی‌تر و سخت‌تر هستند.
3. تنوع: در حال حاضر چند صد هم‌جوشه مختلف وجود دارد. آلیاژها برای خدمت به بسیاری از کاربردهای مختلف ایجاد شده‌اند. هم‌جوشه های جدید نیز دائماً در حال توسعه هستند.
4. استحکام: آلیاژها قوی‌تر از همتایان فلزی خالص خود هستند که می‌تواند مزایای بسیاری برای شما داشته باشد. عناصر اضافی در ساختار شبکه بلوری فلز پایه باعث می‌شود اتم‌ها سخت‌تر جابجا شوند و در نتیجه ماده قوی‌تر شود.
5. مقاومت در برابر خوردگی: هم‌جوشه ها اغلب مقاومت به خوردگی بالاتری نسبت به جزء اصلی خالص خود دارند. عناصر افزودنی معمولاً به گونه‌ای ترکیب می‌شوند که اکسید شده و یک لایه محافظ روی سطح هم‌جوشه تشکیل می‌دهند. این امر به ویژه در مورد فولادهای ضد زنگ مانند فولاد ضد زنگ 316/L صادق است.
6. هدایت الکتریکی: آلیاژها تمایل دارند هدایت الکتریکی کمتری نسبت به فلزات خالص داشته باشند. افزودن اتم‌هایی با بارهای مختلف در ساختار شبکه بلوری فلز پایه می‌تواند با جریان الکترون‌ها در یک هم‌جوشه تداخل کند.
7. هدایت حرارتی: هم‌جوشه ها تمایل دارند هدایت حرارتی کمتری نسبت به فلزات خالص داشته باشند. توانایی یک فلز برای هدایت گرما به تعداد الکترون‌های آزاد موجود در اتم‌های آن بستگی دارد. افزودن اتم‌هایی با بارهای مختلف در ساختار شبکه بلوری فلز پایه می‌تواند با جریان الکترون‌ها در یک هم‌جوشه تداخل کند.

ظاهر آلیاژها: رنگ و شکل ظاهری

رنگ هم‌جوشه ها بر اساس ترکیب و عنصر پایه آن‌ها متفاوت است.

• آلیاژهای مس: مانند برنز و برنج، معمولاً طیف رنگی از رنگ های زرد، نارنجی و قرمز دارند که به میزان مس آن‌ها بستگی دارد. یک استثنا مس-نیکل است که برای سکه‌ها و اهداف تزئینی استفاده می‌شود و هنگام صیقل داده شدن نقره‌ای براق است.
• آلیاژهای فولاد: ظاهری نقره‌ای براق یا مات دارند – براق‌تر از آهن خالص.
• طلا: یک فلز عنصری است که به طور معمول هم‌جوشه می‌شود. طلای خالص درخشان، براق و زرد است، اما افزودن نقره زردی را به طیف رنگی روشن‌تر کاهش می‌دهد، در حالی که افزودن مس ظاهر را به سمت قرمز تغییر می‌دهد.
• آلیاژهای آلومینیوم: همه هم‌جوشه های آلومینیوم هنگام برش تازه نقره‌ای براق هستند و با گذشت زمان و اکسید شدن به رنگ خاکستری مات تبدیل می‌شوند.

انواع رایج آلیاژها

در اینجا به برخی از رایج‌ترین انواع هم‌جوشه ها که احتمالاً با آن‌ها آشنا هستید، اشاره شده است:

۱. فولاد

فولاد در همه جا دیده می‌شود، از سوپرمن(نماد قدرت، همه کاره بودن و حضور در همه جا) تا سوپرمارکت. فولاد همه جا حاضر است و برای اکثر صنایع کلیدی است. آن‌ها بر پایه آهن عنصری با مقدار کمی (<۲٪) کربن اضافه شده ساخته می‌شوند. عناصر آلیاژی دیگر که به طور عمدی برای بهبود یا تغییر خواص فولاد اضافه می‌شوند، شامل منگنز، نیکل، کروم و وانادیوم هستند.

بسیاری از عناصر دیگر ممکن است برای اهداف خاص اضافه شوند یا به عنوان ناخالصی‌ها وجود داشته باشند. اگرچه خواص بر اساس ترکیب شیمیایی/متالورژیکی متفاوت است، آهن خالص چکش‌خوار، نرم و شکل‌پذیر است، در حالی که فولاد قوی‌تر، سخت‌تر و سفت‌تر است اما شکل‌پذیری را قربانی می‌کند. فولادهای ضد زنگ به دلیل محتوای بالای کروم، نیکل و منگنز نیز در برابر خوردگی مقاوم هستند. فولاد اغلب در ساختمان‌ها، کشتی‌ها و قایق‌ها، خودروها، تجهیزات پزشکی، لوازم خانگی و ابزارها استفاده می‌شود.

2. برنج

همانطور که ممکن است بدانید، برنج آلیاژی است که از تقریباً ۶۶.۶٪ مس و ۳۳.۳٪ روی تشکیل شده است. با این حال، بسیاری از هم‌جوشه های برنجی که بر اساس این فرمول پایه متفاوت هستند، توسعه یافته‌اند. این‌ها ممکن است حاوی عناصر هم‌جوشه اضافی مانند آلومینیوم، آنتیموان، آهن یا سیلیکون باشند. به طور کلی، برنج قوی‌تر، سخت‌تر، چگالی کمتر و ماشین‌کاری آسان‌تر از مس خالص است. برنج اغلب در دکمه‌ها، سخت‌افزار، محفظه‌های کارتریج مهمات(پوکه انواع فشنگ) و کاربردهای دریایی استفاده می‌شود.

3. برنز

برنز آلیاژی است که تقریباً ۸۸ درصد مس و ۱۲ درصد قلع دارد. گاهی عناصر دیگری مانند آلومینیوم، فسفر، منگنز و سیلیکون نیز به آن اضافه می‌شود. برنز در مقایسه با مس خالص، قوی‌تر، سخت‌تر، مقاوم‌تر در برابر خوردگی و ریخته‌گری آسان‌تری دارد. اغلب برنز را در مجسمه‌سازی، دنده‌ها، بوش‌ها و ابزارآلات می‌بینید.

4. آلیاژهای آلومینیوم

آلیاژهای آلومینیوم از ترکیب آلومینیوم خالص با مقادیر کمتری از منگنز، مس، منیزیم، سیلیکون و روی حاصل می‌شوند. طیف گسترده‌ای از هم‌جوشه های آلومینیوم تولید می‌شوند، اغلب برای کاربردهای خاص و محدود. هم‌جوشه های آلومینیوم قوی‌تر از فلز خالص هستند، تا حدی که نسبت استحکام به وزن آن‌ها بالاتر از فولاد است. آن‌ها سخت‌تر، بادوام‌تر و در برابر خوردگی مقاوم‌تر هستند. هم‌جوشه های آلومینیوم در طیف گسترده‌ای از کاربردها مانند خودروها، هوافضا، تجهیزات پزشکی، کالاهای مصرفی، سیم‌های فشار قوی و الکترونیک استفاده می‌شوند. آلومینیوم ۶۰۶۱ یکی از بیشترین موادی است که به دلیل ماهیت متنوع، سهولت استفاده در ساخت و تولید، بازیافت‌پذیری و هزینه پایین آن استفاده می شود.

5. آلیاژهای تیتانیوم

آلیاژهای تیتانیوم حاوی تیتانیوم به عنوان فلز پایه و افزودنی‌هایی از آلومینیوم، منگنز، زیرکونیوم، کروم و کبالت هستند. در حالی که تیتانیوم خالص نسبت استحکام به وزن استثنایی دارد، هم‌جوشه های آن حتی قوی‌تر، انعطاف‌پذیرتر و مقاوم‌تر در برابر خوردگی هستند. آن‌ها به طور فزاینده‌ای در قطعات هواپیما و خودرو، کاربردهای دریایی و دستگاه‌ها و تجهیزات پزشکی به دلیل مزیت وزن و مقاومت در برابر خوردگی که ارائه می‌دهند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.برای قطعات ماشینکاری شده از تیتانیوم گرید ۲ و گرید ۵، دو هم‌جوشه محبوب تیتانیوم، بیشتر استفاده می شود.

6. آلیاژهای نیکل

آلیاژهای نیکل حاوی عناصر دیگری مانند آهن، کروم و مس هستند. آن‌ها به دلیل مقاومت در برابر خوردگی در محیط‌های خورنده، به طور گسترده در محیط‌های صنعتی و دریایی استفاده می‌شوند. همچنین، به دلیل تحمل دمای بالا و استحکام خود، در اجزای توربین‌ها و موشک‌ها کاربرد دارند. آن‌ها همچنین می‌توانند خواص مغناطیسی مطلوبی داشته باشند. خواهید دید که هم‌جوشه های نیکل اغلب در اجزای الکتریکی و الکترونیک استفاده می‌شوند.

7. آلیاژهای مس-نیکل

آلیاژهای مس-نیکل عمدتاً از مس و نیکل تشکیل شده‌اند، اما گاهی اوقات عناصر دیگری مانند سیلیکون، آهن، منگنز و روی را نیز شامل می‌شوند تا خواص مختلفی را به دست آورند. خواص به دست آمده بسته به ترکیب شیمیایی دقیق هم‌جوشه مس-نیکل متفاوت است. به طور کلی، هم‌جوشه های مس-نیکل هادی‌های الکتریکی بسیار خوبی هستند، در برابر خوردگی مقاوم هستند و استحکام کششی بالایی (۳۴۰-۶۵۰ مگاپاسکال) دارند. هم‌جوشه های مس-نیکل معمولاً در الکترونیک، کاربردهای دریایی و خطوط لوله استفاده می‌شوند.

خواص هم‌جوشه ها

در جدول زیر خواص هم‌جوشه های رایج را به همراه ترکیبات و کاربردها مشاهده می کنید.

نوع هم‌جوشه	ترکیب	خواص	کاربردهای رایج	مثال‌ها
فولاد	آهن: 80-98% کربن: 0.030-1.25% سایر عناصر: 0.3-20%	قوی، سخت، بادوام، قابل شکل‌دهی، ماشین‌کاری‌پذیر	ساخت و ساز، تولید، خودرو، پزشکی	اجزای سازه‌ای در ساختمان‌ها، قطعات خودرو، ابزارهای پزشکی
برنج	مس: 33-67% روی: 33-67% سایر عناصر: 0-5%	بادوام، رسانای الکتریکی، مقاوم به خوردگی، ماشین‌کاری‌پذیر	پوشاک، سخت‌افزار، مهمات، دریانوردی	زیپ، پیچ و مهره، اتصالات، جواهرات، سازهای موسیقی
برنز	مس: 85-88% قلع: 12-25% سایر عناصر: 0-16%	قوی، سخت، مقاوم به خوردگی، ماشین‌کاری‌پذیر	هنر، چرخ‌دنده‌ها، بوشینگ‌ها، ابزارها	مجسمه‌ها، اتصالات الکتریکی
هم‌جوشه های آلومینیوم	آلومینیوم: 99% سایر عناصر: 1%	سبک، قوی، بادوام، مقاوم به خوردگی، ماشین‌کاری‌پذیر	چارچوب‌های هواپیما، خودرو، ماشین‌آلات و غیره	بدنه هواپیما، چارچوب دوچرخه
هم‌جوشه های تیتانیوم	تیتانیوم: 85-99% سایر عناصر: 1-11%	سبک، قوی، سخت، بادوام، مقاوم به خوردگی، زیست‌سازگار	ایمپلنت‌های پزشکی، هواپیما، خودرو	ایمپلنت‌های مفصلی، قطعات هواپیما، قطعات خودرو
هم‌جوشه های نیکل	نیکل: 72-83% سایر عناصر: 17-28%	رسانایی الکتریکی و حرارتی عالی، مقاوم به خوردگی	کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی	سیم‌کشی الکتریکی، ترانسفورماتورها، دستگاه‌های ذخیره‌سازی حافظه
هم‌جوشه های مس-نیکل	مس: 70-90% نیکل: 10-30%	قوی، مقاوم به خوردگی، شکل‌پذیر	کاربردهای دریایی، تولید نیرو، سیستم‌های لوله‌کشی نفت و گاز	سکوهای نفت و گاز دریایی، بدنه قایق‌ها

خواص فیزیکی هم‌جوشه های رایج

در جدول زیر برخی از خواص فیزیکی هم‌جوشه های رایج را مشاهده می کنید.

نوع هم‌جوشه	چگالی (g/cm³)	نقطه ذوب (°C)	رسانایی حرارتی (W/m*K)	رسانایی الکتریکی (%IACS)
فولاد	7.80-8.00	1300-1540	44.0-52.0	3-15
برنج	8.40-8.73	900-930	111-120	28
برنز	7.40-8.92	950-1025	26-83	15
هم‌جوشه های آلومینیوم	2.50-2.83	463-1038	70-237	61
هم‌جوشه های تیتانیوم	4.42-4.84	1538-1704	7.2-22.7	0.96-1.87
هم‌جوشه های نیکل	8.09-8.91	875-2732	8-17	1.35-20.28
هم‌جوشه های مس-نیکل	8.91-8.94	1170-1240	25-40	3.45-9.07

خواص شیمیایی آلیاژهای رایج

در جدول زیر خواص شیمیایی هم‌جوشه های رایج را مشاهده می کنید.

نوع هم‌جوشه	مقاومت در برابر خوردگی	مقاومت در برابر اکسیداسیون	واکنش‌پذیری	خواص مغناطیسی	اشتعال‌پذیری
فولاد	حساس به خوردگی مگر اینکه سطح آن پوشش داده شود یا آلیاژ استنلس باشد	به سرعت با اکسیژن واکنش می‌دهد	واکنش‌پذیر با اسیدها و قلیاها	فرومغناطیس (به جز استنلس استیل آستنیتی)	غیرقابل اشتعال
برنج	مقاوم در برابر خوردگی	به سرعت با اکسیژن واکنش می‌دهد	واکنش‌پذیر با اسیدها و قلیاها	غیرمغناطیسی	غیرقابل اشتعال
برنز	مقاوم در برابر خوردگی	به سرعت با اکسیژن واکنش می‌دهد	واکنش‌پذیر با اسیدها و قلیاها	غیرمغناطیسی	غیرقابل اشتعال
آلیاژهای آلومینیوم	مقاوم در برابر خوردگی	به سرعت با اکسیژن واکنش می‌دهد	واکنش‌پذیر با اسیدها و قلیاها	غیرمغناطیسی	غیرقابل اشتعال
آلیاژهای تیتانیوم	مقاوم در برابر خوردگی	به سرعت با اکسیژن واکنش می‌دهد	واکنش‌پذیر با اسیدها و هالوژن‌ها	غیرمغناطیسی	اشتعال‌پذیر
آلیاژهای نیکل	مقاوم در برابر خوردگی	به سرعت با اکسیژن واکنش می‌دهد	واکنش‌پذیر با اسیدها	فرومغناطیس	غیرقابل اشتعال
آلیاژهای مس-نیکل	مقاوم در برابر خوردگی	به سرعت با اکسیژن واکنش می‌دهد	واکنش‌پذیر با اسیدها و قلیاها	فرومغناطیس	غیرقابل اشتعال

صنایعی که از آلیاژها استفاده می‌کنند

آلیاژها در همه جا حضور دارند – هر قطعه فلزی که در طول روز با آن مواجه می‌شوید، از چارچوب دوچرخه گرفته تا قاشق، از جرثقیل تا خودرو، همه از هم‌جوشه ها ساخته شده‌اند، زیرا ما به ندرت از فلزات خالص استفاده می‌کنیم. برخی از کاربردهای رایج گروه‌های آلیاژی عبارتند از:

1.ساخت و ساز

فولاد و آلیاژهای آلومینیوم به طور گسترده‌ای در صنعت ساخت و ساز استفاده می‌شوند و از ویژگی‌های استحکام و دوام بالای آنها بهره می‌برند. دامنه کاربردهای ساختمانی بسیار وسیع است؛ از میلگرد (فولاد کم‌کربن) تا شیرآلات (برنج)، از دیواره‌ها (آلومینیوم) تا تیرها (فولاد نورد گرم یا سرد)، از چارچوب پنجره‌ها (آلومینیوم) تا نرده‌ها (استنلس استیل).

2.حمل و نقل

آلیاژهای آلومینیوم در تمامی بخش‌های حمل و نقل به کار می‌روند. بدنه هواپیماها و سطح کنترل‌ها (آلومینیوم)، شاسی کامیون‌ها (فولاد و آلومینیوم)، بدنه‌های خودروهای یکپارچه (فولاد)، مخازن سوخت (آلومینیوم یا فولاد)، موتورهای خودرو (چدن، آلومینیوم) همگی از هم‌جوشه ها ساخته می‌شوند. این آلیاژها معمولاً نسبت استحکام به وزن بالایی دارند، در برابر خوردگی مقاوم هستند و قابل بازیافت می‌باشند. وزن آلومینیوم بر کارایی سوخت تأثیر می‌گذارد و با کاهش وزن کل خودرو، الزامات استحکام را نیز برآورده می‌کند، در حالی که فولاد سنگین‌تر است اما مقاومت بیشتری در برابر خستگی دارد.

3.الکترونیک

آلیاژها در قطعات الکتریکی نقش‌های کلیدی بسیاری ایفا می‌کنند، ویژگی‌هایی مانند رسانایی بالا، مقاومت الکتریکی، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی/الکتروشیمی را ارائه می‌دهند. هم‌جوشه های مس-نیکل و برنج در سیم‌کشی‌های الکتریکی، تابلوهای برق و اتصالات استفاده می‌شوند، چرا که رسانایی الکتریکی بالا را با دوام مکانیکی ترکیب می‌کنند. آلیاژهای نیکل-کروم و منگنز در مقاومت‌ها و المنت‌های حرارتی استفاده می‌شوند، جایی که نیاز به مقاومت الکتریکی دقیق و تحمل گرما وجود دارد. انتخاب آلیاژهای مناسب برای کاربردهای الکتریکی/الکترونیکی به دنبال عملکرد بهینه، طول عمر و کارایی عملیاتی است. با تنظیم ترکیب این آلیاژها، توازن مطلوب خواص الکتریکی و فیزیکی قابل دست‌یابی است و هم‌جوشه های مختلف برای دستگاه‌های الکتریکی و الکترونیکی مدرن بسیار مهم هستند.

4.دستگاه‌های پزشکی

آلیاژها در صنعت دستگاه‌های پزشکی نقش حیاتی دارند، جایی که خواصی مانند زیست‌سازگاری، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی برای ایمپلنت‌ها، تعویض مفاصل و استنت‌ها ضروری است. این دستگاه‌ها باید با بافت‌ها و مایعات بدن به خوبی تعامل داشته و توسط آنها تحمل شوند. ابزارهای جراحی و تجهیزات دندان‌پزشکی نیز از آلیاژهای مختلف ساخته می‌شوند تا دوام و دقت را تضمین کنند. تحمل این فلزات و هم‌جوشه ها در برابر روش‌های استریل‌سازی بدون افت کیفیت، عاملی مهم برای مناسب بودن آنها در کاربردهای پزشکی، ایمنی بیماران و طول عمر دستگاه‌هاست.

5.جواهرات

طلا، نقره، پلاتین و سایر فلزات گران‌بها در جواهرسازی استفاده می‌شوند. با وجود خواص جذاب این فلزات، آنها به ندرت به صورت خالص استفاده می‌شوند، زیرا معمولاً برای استفاده مداوم بیش از حد نرم هستند. هم‌جوشه هایی مانند برنز، مس-نیکل، نقره-نیکل و بسیاری دیگر برای ساخت جواهرات با هزینه کمتر استفاده می‌شوند. آلیاژسازی امکان انتخاب و کنترل رنگ‌های متنوعی را فراهم می‌کند که با فلزات خالص قابل دستیابی نیستند.

6.تولید

آلیاژها در همه جنبه‌های تولید نقش دارند؛ از ساخت ماشین‌آلات و ابزارهایی که وظایف را انجام می‌دهند تا ساختمان‌هایی که این ماشین‌آلات در آن‌ها قرار دارند و محصولاتی که این ماشین‌ها تولید می‌کنند. تعداد کمی از حوزه‌های تولید از فلزات خالص استفاده می‌کنند – مثال‌هایی شامل فرآیندهای شیمیایی/کاتالیزوری و رساناهای الکتریکی (معمولاً مس یا آلومینیوم با خلوص بالا) می‌باشد.

سایر مزایای مواد آلیاژی در تولید

شما هر روزه در تعامل با فناوری یا محیط‌های ساخته‌شده، از مزایای هم‌جوشه ها نسبت به فلزات خالص بهره می‌برید. در اینجا برخی از مزایای مواد آلیاژی آورده شده است:

1. افزایش استحکام: هم‌جوشه ها به دلیل اختلالات عمدی و تنظیم‌شده در ساختار بلوری که حرکت اتم‌ها و لغزش صفحات کریستالی بر روی یکدیگر را در شرایط بارگذاری دشوارتر می‌سازد، استحکام بسیار بالاتری نسبت به فلزات خالص دارند.
2. انعطاف‌پذیری: آلیاژسازی امکان انعطاف‌پذیری بالایی را فراهم می‌کند و خواص مواد را به گونه‌ای تنظیم می‌کند که متناسب با کاربرد خاص باشند، به طوری که مواد اولیه نمی‌توانند با آن رقابت کنند. هم‌جوشه ها به طور کلی قوی‌تر و سخت‌تر از فلزات خالص بوده و در برخی موارد (اما نه همیشه) مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارند.
3. افزایش سختی: آلیاژها به دلیل اختلالات ساختاری که باعث افزایش تنش بین دانه‌ها می‌شود، سخت‌تر از فلزات خالص هستند و این به طور قابل‌توجهی رفتار آنها را تغییر می‌دهد.
4. مقاومت در برابر خوردگی: شما با برخی از آلیاژهایی که بسیار مقاوم در برابر خوردگی هستند، آشنا هستید. سکه‌های جیبی شما زنگ نمی‌زنند. بند استنلس استیل ساعت شما نیز زنگ نمی‌زند. عناصری مانند روی، کروم و نیکل به راحتی با اکسیژن واکنش می‌دهند اما یک لایه محافظتی بر روی سطح هم‌جوشه تشکیل می‌دهند که از نفوذ اکسیژن جلوگیری می‌کند.
5. مقرون به صرفه بودن: هم‌جوشه ها اغلب می‌توانند راهی برای بهبود خواص و کاهش هزینه‌ها باشند. فولادهای ضد زنگ گران‌تر از فولادهای معمولی هستند، اما نیازی به حفاظت سطحی ندارند و طول عمر بیشتری دارند، که در نهایت هزینه کلی مالکیت را کاهش می‌دهد. طلای خالص هم نرم است و هم گران، اما افزودن مس باعث سخت‌تر شدن آن می‌شود و به این ترتیب می‌توان از آن در ایمپلنت‌های دندانی و پرکردگی‌ها استفاده کرد که هزینه کمتری دارند و عملکرد بهتری دارند.

محدودیت‌های آلیاژها در تولید

در مقایسه با فلزات خالص، برخی از محدودیت‌های هم‌جوشه ها به شرح زیر است:

1. کمتر انعطاف‌پذیر بودن: آلیاژها معمولاً انعطاف‌پذیری کمتری نسبت به فلزات خالص دارند. اگرچه این می‌تواند در محصول نهایی یک مزیت عملکردی باشد، اما هزینه‌های فرآیند تولید را افزایش می‌دهد. این موضوع را هنگام طراحی در نظر داشته باشید.
2. سختی در جوشکاری: هم‌جوشه ها نسبت به فلزات خالص نقطه ذوب پایین‌تری دارند و این موضوع باعث می‌شود جوشکاری آلیاژها سخت‌تر باشد.
3. دشواری در بازیافت: آلیاژها به دلیل داشتن مواد مختلف سازنده، بازیافت سخت‌تری نسبت به فلزات خالص دارند.
4. احتمال بیشتر برای خوردگی: در حالی که بسیاری از هم‌جوشه ها نسبت به فلزات خالص مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارند، اما این مورد در مورد همه آلیاژها صدق نمی‌کند. برخی از هم‌جوشه ها بیشتر در معرض انواع خاصی از خوردگی مانند خوردگی گالوانیک یا خوردگی بین دانه‌ای هستند، که در فلزات خالص کمتر احتمال دارد رخ دهد.
5. نگرانی‌های زیست‌محیطی: تولید برخی از آلیاژها می‌تواند دودهای خطرناک و مضر را به جو آزاد کند. تولید هم‌جوشه ها معمولاً نیاز به مصرف انرژی بالاتری دارد و این امر باعث افزایش ردپای کربنی آنها می‌شود.

سوالات متداول(FAQ)

خلاصه

این مقاله به معرفی آلیاژها پرداخته، توضیح داده که آنها چه هستند و انواع مختلف و خواص آنها را بررسی کرده است. این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/materials/what-is-an-alloy

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.