الحصول على معلومات عن خصائص وتكوين وإنتاج سبائك معدنية
السبائك عبارة عن مركبات معدنية مكونة من معدن واحد أو عنصر معدني أو غير معدني.
أمثلة من السبائك الشائعة ما يلي:
- الصلب ، مزيج من الحديد (المعدن) والكربون (غير المعدني)
- البرونز ، وهو مزيج من النحاس (معدن) والقصدير (معدن) و
- نحاس ، خليط من النحاس (معدن) والزنك (معدن)
الخصائص
قد تمتلك المعادن النقية الفردية خصائص مفيدة ، مثل الموصلية الكهربائية الجيدة ، القوة العالية ، والصلابة ، أو الحرارة والمقاومة للتآكل .
تحاول سبائك المعادن التجارية الجمع بين هذه الخصائص المفيدة من أجل إنشاء معدن أكثر فائدة لتطبيق معين من أي عنصر من عناصره.
يتطلب تطوير الفولاذ ، على سبيل المثال ، إيجاد المزيج الصحيح من الكربون والحديد (حوالي 99٪ من الحديد و 1٪ من الكربون ، كما يتبين) من أجل إنتاج معدن أقوى وأخف وزناً وأكثر قابلية للتشغيل من الحديد النقي. .
من الصعب حساب الخواص الدقيقة للسبائك الجديدة لأن العناصر لا تتحد فقط لتصبح مجموع أجزاء ، ولكنها تتشكل من خلال تفاعلات كيميائية تعتمد على مكوناتها بالإضافة إلى طريقة الإنتاج. نتيجة لذلك ، هناك حاجة إلى الكثير من الاختبارات في تطوير سبائك معدنية جديدة.
شيء واحد مؤكد هو أنه عندما تكون المعادن مخلوطًا ، تتأثر درجة حرارة الانصهار دائمًا. Galinstan ® ، وهي سبيكة منخفضة الذوبان تحتوي على الغاليوم والقصدير والإنديوم ، هي سائلة في درجات حرارة أعلى من 2.2 درجة فهرنهايت (-19 درجة مئوية) ، مما يعني أن درجة انصهارها هي 122 فهرنهايت (50 درجة مئوية) أقل من الغاليوم النقي أكثر من 212 درجة فهرنهايت (100 درجة مئوية) تحت الإنديوم والقصدير.
Galinstan® و Wood's Metal هي أمثلة على سبائك سهلة الانصهار. سبائك السبوت لديها أدنى نقطة انصهار لأي تركيبة سبيكة تحتوي على نفس العناصر.
تكوين
الآلاف من تراكيب سبيكة هي في الإنتاج المنتظم ، في حين يتم تطوير التراكيب الجديدة بانتظام.
تتضمن التراكيب القياسية المقبولة مستويات النقاوة للعناصر المكونة (بناءً على محتوى الوزن).
يتم توحيد الماكياج ، وكذلك الخصائص الميكانيكية والفيزيائية للسبائك المشتركة ، من قبل المنظمات الدولية مثل ISO و SAE International و ASTM International.
إنتاج
بعض سبائك المعادن تحدث بشكل طبيعي وتتطلب القليل من المعالجة ليتم تحويلها إلى مواد صناعية. يتم إنتاج السبائك الحديدية مثل Ferro-chromium و Ferro-silicon ، على سبيل المثال ، عن طريق صهر الخامات المختلطة وتستخدم في إنتاج أنواع مختلفة من الفولاذ.
ومع ذلك ، تتطلب السبائك التجارية والتجارية معالجًا أكبر ويتم تشكيلها غالبًا عن طريق خلط المعادن المنصهرة في بيئة مضبوطة. ومع ذلك ، قد يخطئ المرء في الاعتقاد بأن معادن السبائك هي عملية بسيطة.
على سبيل المثال ، إذا كان المرء يكتفي بخلط الألومنيوم المصهور بالرصاص المنصهر ، فسنجد أنه سينفصل إلى طبقات ، مثل النفط والماء. يختلف الإجراء الخاص بالجمع بين المعادن المنصهرة ، أو خلط المعادن مع اللافلزات ، اختلافاً كبيراً حسب خصائص العناصر المطلوبة.
العناصر المعدنية لديها تباين كبير في تحملها للحرارة والغازات. في حين أن عناصر مثل المعادن الحرارية تكون مستقرة عند درجات الحرارة المرتفعة ، يبدأ البعض الآخر في التفاعل مع بيئتهم ، والتي يمكن أن تؤثر على مستويات النقاوة ، وفي النهاية ، جودة السبائك.
اعتبارات هامة عند صناعة السبائك تتضمن درجات حرارة انصهار المعادن المكونة ، مستويات الشوائب ، بيئة الخلط وإجراءات الخلط.
في بعض الحالات ، يجب تحضير السبائك الوسيطة من أجل إقناع العناصر بالدمج.
يتم تصنيع خليط من الألمنيوم بنسبة 95.5٪ ونحاس 4.5٪ من خلال تحضير خليط 50٪ من العنصرين. يحتوي هذا المزيج على نقطة انصهار أقل من الألومنيوم النقي أو النحاس النقي ويعمل كـ "سبيكة صلبة". يتم بعد ذلك إدخال الألمنيوم المصهور بمعدل يخلق خليط السبائك الصحيح.
المصادر: الشارع ، آرثر. & Alexander، WO 1944. Metals in the Service of Man . الطبعة ال 11 (1998).