آلیاژ از ترکیب چند عنصر که یکی از آنها معمولا فلز است ساخته می‌شود 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 می‌توانند خواص فلز پایه را بهبود دهند و به دو دسته آهنی و غیرآهنی تقسیم می‌شوند. 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 می‌آید. خواص فلز حاصل از این ترکیب متفاوت با فلز اصلی است. ترکیب این عناصر با یکدیگر معمولا پس از مذاب کردن آنها انجام می‌شود. در حین این فرآیند اتم‌های عناصر به هم می‌پیوندند که گاهی این پیوند به طور کامل و گاهی بخشی و قسمتی.

البته گاهی برای ترکیب دو عنصر آنها را به مرحله مذاب نمی‌رسانند و فقط حرارت می‌دهند تا ترکیبشان به هم بپیوندند. فلز اصلی در این فرآیند را فلز پایه می‌گویند. باتوجه به اینکه میزان همگنی در اختلاط عناصر چقدر است آلیاژ‌ها به دو دسته همگن و غیرهمگن تقسیم می‌شوند. همچنین براساس تعداد عناصر موجود در آن آلیاژ را دوتایی، سه‌تایی و چندتایی نام‌گذاری می‌کنند.

هدف از ساخت آلیاژ چیست؟

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

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

خواص فیزیکی انواع آلیاژ با نمودار فازی توصیف می‌شود

انواع آلیاژ :

آلیاژ‌ها با توجه به فلز پایه‌شان به دو دسته تقسیم می‌شوند که عبارت‌اند 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 می‌شود. 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 بندی‌های متفاوتی برای مهمترین آلیاژهای آهن صورت می‌گیرد که به چند مورد آن اشاره می‌کنیم.

سه دسته اصلی آلیاژهای آهنی عبارت‌اند از :

• آهن فرفوژه
• چدن
• فولاد

آهن فرفوژه :

تقریبا ساخته شده از آهن خالص است. این آهن در برابر زنگ‌زدگی مقاومت خوبی دارد چون درون آن سرباره وجود دارد. همچنین انعطاف پذیری بالا در هنگام گرم و سرد شدن از ویژگی‌های خوب این آهن است علاوه بر این جوش‌پذیری 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 می‌شود.

چدن :

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

چدن قابلیت، ماشین‌کاری، 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 چکش‌خوار. اگر در چدن خاکستری خنک شدن با آرامی صورت گیرد، کربن به شکل تکه‌های 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 به‌سرعت سرد شود چدن سفید ایجاد می‌شود که فلزی سخت و درعین حال شکننده است. چدن چکش‌خوار نیز از حرارت دادن چدن سفید به دست می‌آید.   

فولاد :

فولاد از ترکیب آهن و کربن تشکیل می‌شود علاوه بر این دو، عناصر دیگری نیز در این آلیاژ استفاده می‌شوند که عبارت‌اند از:

• کروم : باعث افزایش سختی، مقاومت در برابر خوردگی و ضربه می‌شود.
• نیکل : افزایش استحکام و شکل‌پذیری
• منگنز : مقاومت دربرابر سایش، نورد گرم و همچنین آهنگری آسان‌تر
• 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 ماشین‌کاری، جوشکاری و آهنگری دارد و براساس کربن موجود به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شود که هرکدام ویژگی خاص خود را دارند.

فولاد کم کربن :‌ نرم و انعطاف‌پذیر است و به راحتی برشکاری و نورد می‌شود. استحکام کششی خوبی دارد اما دربرابر خوردگی ضعف دارد.

فولاد کربن متوسط : برای ماشین‌کاری و آهنگری قطعاتی که به سختی و استحکام سطحی نیاز دارند استفاده می‌شود. 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 می‌شود.

فولاد پرکربن : به سختی جوش می‌خورد و به شکل ورقی، سیمی و میله‌ای ساخته می‌شود تا برای ماشین‌کاری قبل از عملیات حرارتی مناسب باشد. پس از ساخت برای مقاومت در برابر تنش برشی و سایش بالا عملیات حرارتی بر روی آن انجام می‌شود.

تقسیم‌بندی دیگری برای انواع آلیاژ آهن به شرح زیر است.

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

• آستنیت :  محلول جامد کربن در آهن گاما را آستنیت می‌نامند. مشابه فریت آلفا، اتم‌های کربن به صورت بین‌نشین اما به میزان بیشتری در شبکه آهن حل می‌شوند 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 عبارت‌اند 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 مرجع‌شان است.

• فریت دلتا : محلول جامد کربن در آهن دلتا را فریت دلتا می‌نامند.

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

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

0.01 درصد از کربن حل شده در آهن تشکیل محلول جامدی به نام فریت را می‌دهد. 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 می‌شود و در نتیجه آلیاژ سخت‌تر و شکننده‌تری ایجاد می‌شود.

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

• ترکیبات دارای آهن در پوسته زمین به وفور یافت می‌شود.
• تولید آنها اقتصادی است.
• آلیاژهای آهنی متنوع هستند و خواص منحصر‌به‌فردی دارند.

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

تاثیر آلیاژ چیست ؟

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