آلیاژ از ترکیب چند عنصر که یکی از آنها معمولا فلز است ساخته می شود و این ترکیب شیمیایی به وفور در اطراف ما وجود دارد. از فولادی که در ساختمان منزلتان به کار رفته تا فلز گران بهای طلا! آلیاژ هستند.

آلیاژها می توانند خواص فلز پایه را بهبود دهند و به دو دسته آهنی و غیرآهنی تقسیم می شوند. مهمترین آلیاژهای آهن و خواص هرکدام در ادامه معرفی خواهد شد.

آلیاژ چیست ؟

آلیاژ، لغتی فرانسوی است به معنای ترکیب کردن. آلیاژ از ترکیب یک فلز با یک یا چند عنصر دیگر به وجود می آید. خواص فلز حاصل از این ترکیب متفاوت با فلز اصلی است. ترکیب این عناصر با یکدیگر معمولا پس از مذاب کردن آنها انجام می شود. در حین این فرآیند اتم های عناصر به هم می پیوندند که گاهی این پیوند به طور کامل و گاهی بخشی و قسمتی.

البته گاهی برای ترکیب دو عنصر آنها را به مرحله مذاب نمی رسانند و فقط حرارت می دهند تا ترکیبشان به هم بپیوندند. فلز اصلی در این فرآیند را فلز پایه می گویند. باتوجه به اینکه میزان همگنی در اختلاط عناصر چقدر است آلیاژ ها به دو دسته همگن و غیرهمگن تقسیم می شوند. همچنین براساس تعداد عناصر موجود در آن آلیاژ را دوتایی، سه تایی و چندتایی نام گذاری می کنند.

هدف از ساخت آلیاژ چیست؟

دلایل مختلفی برای ساخت آلیاژ وجود دارد که برخی از آنها عبارت اند از :

• افزایش درجه سختی فلزات
• پایین آوردن نقطه ذوب
• افزایش استحکام کششی
• افزایش مقاومت دربرابر زنگ زدگی
• تغییر رنگ

خواص فیزیکی انواع آلیاژ با نمودار فازی توصیف می شود

انواع آلیاژ :

آلیاژ ها با توجه به فلز پایه شان به دو دسته تقسیم می شوند که عبارت اند از:

• آهنی

فلز پایه در این نوع آهن است. در میان این دسته، فولاد از مهمترین آلیاژهای آهن است. در ساخت این نوع از آلیاژ علاوه بر کربن از عناصر دیگری مانند منگنز، سیلسیوم و آلومینیوم نیز استفاده می شود. به ویژگی انواع آلیاژ آهنی ساخته شده با این عناصر در ادامه اشاره خواهد شد.

• غیرآهنی

فلز پایه در این آلیاژها غیر از آهن است. برنج از مهمترین انواع آلیاژ غیرآهنی است.

 انواع آلیاژ آهنی :

تقسیم بندی های متفاوتی برای مهمترین آلیاژهای آهن صورت می گیرد که به چند مورد آن اشاره می کنیم.

سه دسته اصلی آلیاژهای آهنی عبارت اند از :

• آهن فرفوژه
• چدن
• فولاد

آهن فرفوژه :

تقریبا ساخته شده از آهن خالص است. این آهن در برابر زنگ زدگی مقاومت خوبی دارد چون درون آن سرباره وجود دارد. همچنین انعطاف پذیری بالا در هنگام گرم و سرد شدن از ویژگی های خوب این آهن است علاوه بر این جوش پذیری بسیار خوبی هم دارد که یکی از علل آن کربن بسیار پایین در ترکیب این آلیاژ است.

از این آهن در تولید مبلمان خانگی، زیور آلات، سیم خاردار، میخ و زنجیر استفاده می شود.

چدن :

از سه عنصر اصلی تشکیل شده است. آهن خام ذوب شده، کک و سنگ آهک. این مواد در یک کوره تولید می شوند و سپس در قالب قرار می گیرند.

چدن قابلیت، ماشین کاری، فرز کاری و لحیم کاری خوبی دارد و نقطه ضعف آن این است که باید قبل از جوشکاری گرم شود. چدن انواع مختلفی دارد چدن خاکستری، سفید یا چدن چکش خوار. اگر در چدن خاکستری خنک شدن با آرامی صورت گیرد، کربن به شکل تکه های کوچک گرافیت در سرتاسر فلز پخش خواهد شد. حال اگر در چدن خاکستری کربن به صورت کامل حل شود و ترکیب شود و فلز مذاب به سرعت سرد شود چدن سفید ایجاد می شود که فلزی سخت و درعین حال شکننده است. چدن چکش خوار نیز از حرارت دادن چدن سفید به دست می آید.   

فولاد :

فولاد از ترکیب آهن و کربن تشکیل می شود علاوه بر این دو، عناصر دیگری نیز در این آلیاژ استفاده می شوند که عبارت اند از:

• کروم : باعث افزایش سختی، مقاومت در برابر خوردگی و ضربه می شود.
• نیکل : افزایش استحکام و شکل پذیری
• منگنز : مقاومت دربرابر سایش، نورد گرم و همچنین آهنگری آسان تر
• مولیبدن : افزایش سختی پذیری و بهبود خستگی
• تنگستن : حفظ سختی فولاد در دماهای بالا
• سیلیکون : افزایش سختی و مقاومت دربرابر خوردگی
• وانادیوم : کمک به کنترل اندازه دانه
• تیتانیوم و کلمبیوم : مقاومت در برابر خوردگی

 فولاد قابلیت ماشین کاری، جوشکاری و آهنگری دارد و براساس کربن موجود به دسته های مختلفی تقسیم می شود که هرکدام ویژگی خاص خود را دارند.

فولاد کم کربن : نرم و انعطاف پذیر است و به راحتی برشکاری و نورد می شود. استحکام کششی خوبی دارد اما دربرابر خوردگی ضعف دارد.

فولاد کربن متوسط : برای ماشین کاری و آهنگری قطعاتی که به سختی و استحکام سطحی نیاز دارند استفاده می شود. ممکن است عملیات حرارتی بر روی این فولاد پس از ساخت هم انجام شود. در حین جوشکاری آلیاژ مذکور ناحیه جوش در صورت سردشدن به سرعت سخت می شود.

فولاد پرکربن : به سختی جوش می خورد و به شکل ورقی، سیمی و میله ای ساخته می شود تا برای ماشین کاری قبل از عملیات حرارتی مناسب باشد. پس از ساخت برای مقاومت در برابر تنش برشی و سایش بالا عملیات حرارتی بر روی آن انجام می شود.

تقسیم بندی دیگری برای انواع آلیاژ آهن به شرح زیر است.

• فریت آلفا : محلول جامد کربن در آهن آلفا، فریت نامیده می شود. نوع پیوند در این ترکیب بین نشین است یعنی اتم های کربن بین زنجیره بلوری آهن قرار می گیرند. کربن به میزان کمی در فریت و در دمای 723 درجه حل می شود. هرچه دما کمتر شود حل شدن کربن کاهش می یابد.

• آستنیت :  محلول جامد کربن در آهن گاما را آستنیت می نامند. مشابه فریت آلفا، اتم های کربن به صورت بین نشین اما به میزان بیشتری در شبکه آهن حل می شوند بنابراین حلالیت کربن در آن خیلی بیشتر از فریت است.

• سمانتیت : ترکیب فلزی بین آهن و کربن است که ساختاری شکننده دارد و 5 نوع سمنتیت وجود دارند که عبارت اند از: سمنتیت اولیه، یوتکتیکی، ثانویه، یوتکتوئیدی، ثالیه.

این 5 نوع از نظر ساختار کریستالی، درصد کربن، نقطه ذوب و خواص فیزیکی و مکانیکی مشابه هستند و تنها تفاوت آنها در مرجع شان است.

• فریت دلتا : محلول جامد کربن در آهن دلتا را فریت دلتا می نامند.

• لدبوریت : مخلوط یوتکتیکی از آستنیت و سمانتیت را لدبوریت می نامند. مهم است بدانید که آستنیت در دمای محیط پایدار نیست.

• پرلیت : از واکنش یوتکتوئیدی فریت و سمانتیت به دست می آید.

0.01 درصد از کربن حل شده در آهن تشکیل محلول جامدی به نام فریت را می دهد. اگر این مقدار به 6.67 درصد برسد ماده حاصله سمنتیت است. این دو مهمترین آلیاژهای آهن با عناصر آهن و کربن هستند و هرچه مقدار کربن بیشتر باشد سمنتیت بیشتری تولید می شود و در نتیجه آلیاژ سخت تر و شکننده تری ایجاد می شود.

استفاده گسترده از مهمترین آلیاژهای آهنی به این دلیل است که :

• ترکیبات دارای آهن در پوسته زمین به وفور یافت می شود.
• تولید آنها اقتصادی است.
• آلیاژهای آهنی متنوع هستند و خواص منحصر به فردی دارند.

یکی از بزرگترین عیوب آلیاژهای آهنی ضعف در برابر خوردگی است. البته افزودن کروم به فولاد مقاومت آن دربرابر خوردگی را افزایش می دهد و فولاد ضدزنگ ایجاد می کند.

تاثیر آلیاژ چیست ؟

آلیاژها که از ترکیب یک فلز و سایر عناصر ساخته می شوند باعث بهبود خواص فلز پایه می شوند. مهمترین آلیاژهای آهن هم به همین ترتیب متاثر از عناصر تشکیل دهنده خود خواص منحصر به فردی دارند. انواع آلیاژ آهنی در این مقاله معرفی شد که آشنایی با آنها می تواند درک بهتری از این ترکیب جذاب به شما بدهد.