آلیاژها و افزودنی های آلیاژی

به روز رسانی شده در ۱۴۰۳/۵/۲۸ زمان مطالعه 10 دقیقه

آلیاژهای اصلی و افزودنی‌های آلیاژی کنسانتره‌های عنصر آلیاژی، تصفیه‌کننده‌های دانه، سخت‌کننده‌ها، اکسیدان‌ها و سایر عواملی هستند که برای تولید یک آلیاژ خاص، اصلاح مذاب یا تغییر ویژگی‌های پردازش به یک مخلوط مذاب یا پودر فلز اضافه می‌شوند. آنها برای بهبود فرآیندهای متالورژی با پالایش خواص نهایی فلزات مختلف طراحی شده اند. عوامل و عناصر آلیاژی به عنوان افزودنی برای اصلاح یا تولید آلیاژها در مذاب های تولید فلزات اولیه، مذاب های ریخته گری و تولید مخلوط فلزات پودری استفاده می شوند.

مزایای آلیاژهای اصلی و افزودنی های آلیاژی

آلیاژهای اصلی

آلیاژ اصلی کنسانتره یا مخلوطی از عناصر آلیاژی از پیش آلیاژی است. آنها برای افزودن تمام عناصر آلیاژی اصلی به یک شکل به فلز پایه استفاده می شوند. به عنوان مثال، افزودن 10% آلیاژ اصلی 60% آلومینیوم - 40% وانادیوم به 90% تیتانیوم خالص، آلیاژ Ti-6Al-4V را تولید می کند.

آلیاژهای اصلی برای افزودن مقادیر کمی از ترکیبات با اختلاف نقطه ذوب زیاد ضروری هستند. این به این دلیل است که افزودن یک فلز بکر به مذاب می تواند از نظر انرژی و بازده فلز ناکارآمد باشد. برای مثال، افزودن کوچک مس خالص (نقطه ذوب 1083 درجه سانتیگراد) به توده بزرگ آلومینیوم (نقطه ذوب 660 درجه سانتیگراد) نیاز به گرم کردن تمام آلومینیوم در دمای بالای 1083 درجه سانتیگراد دارد. آلیاژ اصلی 50-50 مس و آلومینیوم گرمایش غیر ضروری آلومینیوم را حذف می کند و اجازه می دهد درصد صحیحی از این آلیاژ در دمای بسیار پایین تر به حجم آلومینیوم اضافه شود.

آلیاژهای اصلی نیز مؤثرترین روش برای معرفی سطوح کنترل شده فلزات خاکی کمیاب به سیستم های آلیاژی پیچیده تر هستند. آنها به کنترل محتوای اکسیژن در آلیاژ کمک می کنند و فلزاتی را که معمولاً در جو اکسید می شوند، تثبیت می کنند.

افزودنی ها و اصلاح کننده ها

یک افزودنی آلیاژی، عامل یا اصلاح کننده هر آلیاژ یا عنصری که با یک فلز پایه ترکیب شده است تا ویژگی های تخصصی اضافی را ایجاد کند یا خواص را افزایش دهد. آلیاژهای اصلی اصلاح کننده هایی هستند که حاوی یک یا چند ماده افزودنی هستند. افزودنی ها اجزای فلزی خالصی هستند که به مذاب اضافه می شوند تا ویژگی های خاصی را تغییر دهند یا تقویت کنند، مانند افزودنی های فلزی منگنز یا کروم برای فولاد، که برای افزایش سختی و استحکام اضافه می شوند.

انتخاب آلیاژ

هنگام انتخاب یک آلیاژ اصلی یا افزودنی های آلیاژی، خریداران صنعتی باید نوع آلیاژ اصلی یا عامل آلیاژی، عملکرد خاص آن به عنوان یک افزودنی یا اصلاح کننده، شکل و خلوص آن را در نظر بگیرند.

سیستم های آلیاژی

نمودار مشخصات محصول معمولی برای یک سیستم آلیاژی اصلی یا آلیاژی، فلزات و درصد ترکیب آنها را به عنوان محدوده یا حداکثر فهرست می کند.

جدول 1 - نمودار مشخصات محصول برای یک آلیاژ مبتنی بر آلومینیوم

هنگام کار با یک فلز خاص، مهم است که بدانید چه موادی را می توان با آن آلیاژ کرد تا از انتخاب مناسب آلیاژ اطمینان حاصل شود.

آلومینیوم فلزی سبک وزن و غیرآهنی با مقاومت در برابر خوردگی، شکل پذیری و استحکام خوب است. آلیاژهای معمولی برای آلومینیوم عبارتند از مس، منیزیم، منگنز، سیلیکون و روی. سایر عناصری که می توانند با آلومینیوم آلیاژ شوند عبارتند از: نیکل، قلع، وانادیم، مولیبدن، کروم، تیتانیوم، آنتیموان، بیسموت، بور، کلسیم و کبالت.

آهن یک فلز نرم و مغناطیسی است. می توان آن را با کربن در مقادیر مختلف برای ساخت فولاد آلیاژ کرد. آلیاژهایی که معمولاً علاوه بر کربن اضافه می شوند شامل منگنز، کروم، مولیبدن، وانادیم، تنگستن، کبالت، سیلیکون و نیکل هستند. سایر عناصری که می توانند با آهن آلیاژ شوند عبارتند از تیتانیوم، مس، کلسیم، فلزات خاکی کمیاب، زیرکونیوم، نیوبیم، سلنیوم، تانتالیم، گوگرد، فسفر و نیتروژن.

کبالت یک فلز مغناطیسی غیر آهنی با استحکام و چقرمگی بالا، مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون عالی و استحکام در دمای بالا است. آلیاژهایی که معمولاً به کبالت اضافه می شوند عبارتند از کروم، نیکل، مولیبدن، آهن، تنگستن، آلومینیوم، منگنز، سیلیکون و تیتانیوم. عناصر دیگری که می توانند با کبالت آلیاژ شوند عبارتند از وانادیم، بور، گوگرد، بور، کربن و فسفر.

مس فلزی نرم، رسانا و غیر آهنی با مقاومت در برابر خوردگی، شکل پذیری و استحکام خوب است. آلیاژهای اصلی مس عبارتند از روی (آلیاژهای برنج)، قلع (آلیاژهای برنز)، آلومینیوم، نیکل، تنگستن، طلا، نقره و منگنز. سایر آلیاژهای مس عبارتند از: سرب، آرسنیک، آنتیموان، بیسموت، کروم، کبالت، آهن، منیزیم، سیلیسیم، فسفر، تیتانیوم، وانادیم و زیرکونیوم.

منیزیم فلزی با چگالی کم و غیرآهنی با شکل پذیری خوب، استحکام متوسط و مقاومت در برابر خوردگی خوب است. آلیاژهای اولیه منیزیم عبارتند از آلومینیوم، روی، مس، نقره و زیرکونیوم.

مولیبدن یک فلز نسوز با نقطه ذوب بسیار بالا و چگالی نسبتا بالا است. به عنوان یک فلز پایه، مولیبدن معمولاً با تیتانیوم، زیرکونیوم و کربن آلیاژ می شود. همچنین می توان آن را با تنگستن آلیاژ کرد.

نیکل یک فلز غیرآهنی با استحکام و چقرمگی بالا، مقاومت در برابر خوردگی عالی و خواص درجه حرارت بالا است. آلیاژهای نیکل معمولی عبارتند از کروم، مس، آلومینیوم، منگنز، مولیبدن، سیلیسیم، آهن، روی، سیلیسیم، کبالت و منیزیم. سایر آلیاژهای ممکن برای نیکل عبارتند از تنگستن، تیتانیوم، کربن، نیوبیم، فسفر، تانتالیوم، لانتانیم، بور و کلسیم.

تیتانیوم یک فلز غیر آهنی با مقاومت در برابر خوردگی عالی، خواص خستگی خوب و نسبت مقاومت به وزن بالا است. عناصر موجود در آلیاژهای مبتنی بر تیتانیوم معمولاً شامل آلومینیوم، قلع، مولیبدن و وانادیم و همچنین می‌توانند شامل کروم، منگنز، سلنیوم، آهن، سیلیکون، کلمبیوم، تانتالیم، زیرکونیوم و نیتروژن باشند.

روی یک فلز غیرآهنی با ذوب متوسط کم است که به طور گسترده در تولید قطعات ریخته گری استفاده می شود. آلیاژهای اولیه روی عبارتند از آلومینیوم، قلع، منیزیم، مس و آهن. سایر عناصر آلیاژی ممکن عبارتند از سرب، کادمیوم، سیلیکون، سریم، آنتیموان، کبالت، تیتانیوم و وانادیم.

برای اطلاعات بیشتر در مورد خواص انواع فلزات و آلیاژها، لطفاً از بخش فلزات و آلیاژها در GlobalSpec دیدن کنید.

عملکرد آلیاژی

آلیاژهای اضافه شده به مذاب یا پودر فلز پایه را می توان به عنوان آلیاژهای اصلی یا افزودنی های آلیاژی طبقه بندی کرد. این محصولات را می توان با عملکرد خاصی که انجام می دهند متمایز و انتخاب کرد.

اصلاح کننده ها شامل هر ماده ای هستند که برای افزایش یا تغییر خواص خاص در مذاب یا آلیاژ اضافه می شوند. خواص شامل مقاومت در برابر خوردگی، سیالیت، قابلیت ماشینکاری، شکل پذیری، پایداری، استحکام، سختی و جوش پذیری است.

اصلاح‌کننده‌های میکروآلیاژی افزودنی‌هایی هستند که در مقادیر کم اضافه می‌شوند که تأثیر قابل‌توجهی بر خواص یا پردازش دارند. به عنوان مثال، افزودن عناصر خاکی کمیاب (RE) در مقادیر کم می تواند به طور چشمگیری انرژی سطح و نفوذ مذاب در حوضچه جوش، اصلاح ساختار دانه و مورفولوژی گنجاندن را تغییر دهد.

عوامل دی اکسید کننده یا کشنده مانند آلومینیوم، سیلیکون یا کلسیم به مذاب فولاد یا آلیاژ آهن اضافه می شوند تا مذاب را جذب کنند و در نتیجه در طی فرآیند انجماد گاز آزاد نمی شود. در تولید فولاد، کشتن هرگونه واکنش اضافی بین کربن و اکسیژن را متوقف می کند و محتوای کربن مورد نظر را حفظ می کند. فولادهای لبه دار، نکشته، درپوش دار یا نیمه کشته تنوع بیشتری در ترکیب در سرتاسر شمش ریخته گری دارند.

عوامل گوگردزدایی باعث کاهش یا کنترل مورفولوژی گوگرد در فولاد یا آلیاژ می شوند. گوگرد تمایل دارد تا مرزهای دانه را خیس کند و در نتیجه در طی فرآیندهای گرم کار، کوتاهی گرم یا شکننده بودن فولاد یا آلیاژهای آهن ایجاد می کند. افزودن منگنز به فولاد یا آلیاژهای آهن، سولفیدهای منگنز را تشکیل می‌دهد که ماهیت گره‌ای دارند و در نتیجه مرزهای دانه‌ها را تقویت می‌کنند.

تصفیه‌کننده‌های دانه، هسته‌ها یا عوامل هسته‌زا با فراهم کردن نقاط زیادی برای شروع رشد کریستال‌ها در طول انجماد، تبلور سریع و اندازه بلورهای ظریف‌تر را افزایش می‌دهند.

تلقیح‌کننده‌ها، گره‌سازها یا کروی‌سازها به چدن‌ها اضافه می‌شوند تا ندول‌های گرافیتی کروی شکل ایجاد کنند که در نتیجه چدن شکل‌پذیر ایجاد می‌شود. بدون نبولیزاسیون، ورقه های گرافیتی تشکیل می شود که منجر به چدن شکننده تر می شود.

شکل و کمیت آلیاژ

آلیاژ اصلی بشقاب وافل از Affilips NV

آلیاژهای اصلی و افزودنی‌های آلیاژی معمولاً به‌عنوان صفحه وافل، شمش ریخته‌گری، قطعات شمش بریده شده در اندازه‌های مختلف یا پودر بر اساس نیاز مشتری از سازنده خریداری می‌شوند. خریداران صنعتی باید راحت ترین شکل محصول را برای سیستم یا فرآیند خود در نظر بگیرند.

مقدار سفارش نیز باید در نظر گرفته شود. برخی از تولیدکنندگان بزرگتر ممکن است حداقل نیاز تولید داشته باشند، در حالی که برخی از شرکت های کوچکتر ممکن است با نرخ تولید محدود شوند.

خلوص و کیفیت

خلوص معیاری است که نشان می دهد یک فلز یا آلیاژ چقدر خوب تصفیه شده است. هر عنصر اضافی در یک آلیاژ را می توان ناخالصی در نظر گرفت. محصولات معمولاً حاوی سطوح کمی از ناخالصی‌ها مانند اکسیژن یا گوگرد هستند. در حالی که این سطوح گاهی اوقات ناچیز هستند، باید هنگام تولید یا انتخاب یک آلیاژ کنترل شوند، زیرا مقادیر کمی از برخی از عناصر می تواند تأثیرات قابل توجهی بر کیفیت آلیاژ و خواص مواد داشته باشد. به عنوان مثال، فولاد کربنی با گوگرد اضافی "قرمز-کوتاه" می شود و آن را شکننده می کند.

کیفیت کلی یک آلیاژ اصلی تا حد زیادی به کیفیت مواد خام مورد استفاده در تولید آن بستگی دارد. خلوص و کیفیت اغلب از طریق یک سیستم مدیریت کیفیت تضمین می شود که می تواند مطابق با استانداردهایی مانند ISO9001: 2000 تأیید شود. برخی از شرکت ها ممکن است فرم های انطباق را برای هر دسته محصول ارائه دهند که نتایج تجزیه و تحلیل شیمیایی را مطابق با مشخصات درخواستی مشتری ارائه می دهد.