فلزات غیر آهنی

مواد آهنی به دلیل برتری ، دامنه خواص مکانیکی و هزینه های پایین تر ، در صنعت مهندسی بسیار مورد استفاده قرار می گیرند. هنوز هم ، از مواد غیر آهنی به دلیل خصوصیات خاص آنها در مقایسه با آلیاژهای آهنی ، علی رغم هزینه زیاد آنها ، در مصارف مختلف نیز استفاده می شود. خواص مکانیکی دلخواه را می توان در این آلیاژها با سخت شدن کار ، سخت شدن سن و غیره بدست آورد ، اما نه از طریق فرآیندهای عملیات حرارتی عادی که برای آلیاژهای آهنی استفاده می شود. برخی از مواد اصلی غیر آهنی مورد علاقه آلومینیوم ، مس ، روی و منیزیم هستند

1. آلومینیوم

از بین همه آلیاژهای غیر آهنی ، آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل خواص بسیار عالی ، مهمترین هستند. برخی از خواص آلومینیوم خالص که برای آن در صنعت مهندسی استفاده می شود عبارتند از:

1) هدایت حرارتی عالی (0.53 کالری / سانتی متر / سانتی گراد)
2) هدایت الکتریکی عالی (376 600 / اهم / سانتی متر)
3) تراکم جرم کم (2.7 گرم در سانتی متر)
4) نقطه ذوب کم (658 درجه سانتیگراد)
5) مقاومت در برابر خوردگی عالی
6) غیر سمی است.
7) یکی از بالاترین بازتابش ها (85 تا 95٪) و انتشار بسیار کم (4 تا 5٪) را دارد.
8) بسیار نرم و شکل پذیر است که در نتیجه آن از ویژگی های ساخت بسیار خوبی برخوردار است.

برخی از کاربردهایی که به طور کلی از آلومینیوم خالص استفاده می شود ، در هادی های الکتریکی ، مواد باله رادیاتور ، واحدهای تهویه مطبوع ، بازتابنده های نوری و نور و مواد فویل و بسته بندی است. 

علیرغم کاربردهای مفید فوق ، به دلیل مشکلات زیر از آلومینیوم خالص به طور گسترده استفاده نمی شود:

1) دارای مقاومت کششی کم (65 مگاپاسکال) و سختی (20 BHN)
2. جوشکاری یا لحیم کاری بسیار دشوار است.

خصوصیات مکانیکی آلومینیوم را می توان با آلیاژسازی به میزان قابل توجهی بهبود بخشید. عناصر اصلی آلیاژی مورد استفاده مس ، منگنز ، سیلیکون ، نیکل و روی است.

آلومینیوم و مس ترکیب شیمیایی CuAl2 را تشکیل می دهند. بالاتر از دمای 548 درجه سانتیگراد کاملاً در آلومینیوم مایع حل می شود. هنگامی که این مورد خاموش می شود و به طور مصنوعی پیر می شود (نگه داشتن طولانی مدت در دمای 100 - 150 درجه سانتیگراد) ، یک آلیاژ سخت شده به دست می آید. CuAl2 که پیر نشده است ، زمان رسوب از محلول جامد آلومینیوم و مس را ندارد و بنابراین در موقعیت ناپایداری قرار دارد (در دماي اتاق فوق العاده اشباع شده است). روند پیری ذرات بسیار ریز CuAl2 را رسوب می دهد ، که باعث تقویت آلیاژ می شود. به این فرآیند سخت شدن محلول گفته می شود.

سایر عناصر آلیاژی مورد استفاده تا 7٪ منیزیم ، حداکثر 1. 5٪ منگنز ، تا 13٪ سیلیسیم ، تا 2٪ نیکل ، تا 5٪ روی و تا 1.5٪ آهن است. علاوه بر این ، تیتانیوم ، کروم و کلمبیوم نیز ممکن است با درصد کمی اضافه شود. ترکیب برخی از آلیاژهای آلومینیوم معمولی که در قالب گیری دائمی و ریخته گری قالب استفاده می شود در جدول 2. 10 با کاربردهای آنها آورده شده است. خصوصیات مکانیکی مورد انتظار این مواد پس از ریخته گری با استفاده از قالبهای دائمی یا ریخته گری تحت فشار در جدول 2.1 نشان داده شده است

2. مس

مشابه آلومینیوم ، مس خالص نیز به دلیل خواص زیر کاربرد گسترده ای پیدا می کند

1) رسانایی الکتریکی مس خالص در خالص ترین شکل آن زیاد است (5/8 105 105 / اهم / سانتی متر). هر ناخالصی کوچکی رسانایی را به شدت پایین می آورد. به عنوان مثال ، 0/1٪ فسفر هدایت را 40٪ کاهش می دهد.

2) از هدایت حرارتی بسیار بالایی برخوردار است (92/0 صفر / سانتی متر بر سانتی گراد)

3) این یک فلز سنگین است (وزن مخصوص 8.93)

4) به راحتی می توان با لحیم کاری بهم پیوست

5) در برابر خوردگی مقاومت می کند

6) رنگ مطبوعی دارد.

مس خالص در ساخت سیم های الکتریکی ، میله های اتوبوس ، کابل های انتقال ، لوله یخچال و لوله کشی استفاده می شود.

خصوصیات مکانیکی مس در خالص ترین حالت آن خیلی خوب نیست. نرم و نسبتاً ضعیف است. می تواند برای بهبود خصوصیات مکانیکی به صورت سودآوری آلیاژ شود. عناصر اصلی آلیاژی مورد استفاده روی ، قلع ، سرب و فسفر است.

به آلیاژهای مس و روی برنج گفته می شود. با محتوای روی تا 39 درصد ، مس یک ساختار تک فاز (α-فاز) تشکیل می دهد. این نوع آلیاژها شکل پذیری بالایی دارند. رنگ آلیاژ تا 20 درصد روی قرمز باقی می ماند اما فراتر از آن زرد می شود. یک جز component ساختاری دوم به نام فاز β بین 39 تا 46 درصد روی ظاهر می شود. در واقع این ترکیب بین فلزی CuZn است که باعث افزایش سختی می شود. با افزودن مقدار کمی منگنز و نیکل ، مقاومت برنج بیشتر می شود.

به آلیاژهای مس با قلع برنز گفته می شود. سختی و مقاومت برنز با چین خوردگی محتوای قلع افزایش می یابد. انعطاف پذیری نیز با افزایش درصد قلع بالاتر از 5 کاهش می یابد. هنگامی که آلومینیوم نیز اضافه می شود (4 تا 11٪) ، آلیاژ حاصل از آن برنز آلومینیوم نامیده می شود ، که مقاومت در برابر خوردگی به طور قابل توجهی بالاتر است. برنزها به دلیل وجود قلع که یک فلز گران قیمت است ، در مقایسه با برنج ها نسبتاً پر هزینه هستند.

3. سایر فلزات غیر آهنی

فلز روی

روی به دلیل دمای ذوب پایین (419.4 درجه سانتیگراد) و مقاومت در برابر خوردگی بیشتر که در اثر خلوص روی افزایش می یابد ، اصولاً در مهندسی مورد استفاده قرار می گیرد. مقاومت در برابر خوردگی در اثر تشکیل یک پوشش اکسید محافظ روی سطح ایجاد می شود. کاربردهای اصلی روی در گالوانیزه کردن برای محافظت از فولاد در برابر خوردگی ، در صنعت چاپ و برای ریخته گری قالب است.

از معایب روی می توان به ناهمسانگردی قوی در شرایط تغییر شکل یافته ، عدم ثبات ابعادی در شرایط پیری ، کاهش مقاومت در برابر ضربه در دمای پایین و حساسیت به خوردگی بین دانه اشاره کرد. نمی توان از آن برای سرویس بالاتر از دمای 95.C استفاده کرد زیرا باعث کاهش قابل توجه مقاومت و کشش کششی می شود.

کاربرد گسترده آن در ریخته گری قالب به این دلیل است که به فشار کمتری احتیاج دارد ، که در نتیجه نسبت به سایر آلیاژهای ریخته گری منجر به ماندگاری بالاتر می شود. علاوه بر این ، ماشینکاری بسیار خوبی دارد. اتمام حاصل از دیاكست كردن روی ، غالباً برای حكم هرگونه پردازش بیشتر ، به جز حذف فلاش موجود در صفحه جداكننده ، مناسب است.

منیزیم

به دلیل وزن سبک و مقاومت مکانیکی خوب ، آلیاژهای منیزیم در سرعت های بسیار بالا مورد استفاده قرار می گیرند. برای همان سختی ، آلیاژهای منیزیم فقط به 37. 2٪ وزن فولاد C25 نیاز دارند و بنابراین در وزن صرفه جویی می کنند. دو عنصر آلیاژی اصلی مورد استفاده آلومینیوم و روی است. آلیاژهای منیزیم می توانند ریخته گری شن ، قالب دائمی قالب یا قالب ریخته گری باشند. خصوصیات اجزای آلیاژ منیزیم ریخته گری شده با ویژگی های قالب دائمی قالب یا اجزای قالب ریخته گری قابل مقایسه است. آلیاژهای قالب گیری قالب به طور کلی دارای محتوای مس زیادی هستند به طوری که اجازه می دهد از فلزات ثانویه ساخته شوند تا هزینه ها کاهش یابد. از آنها برای ساخت چرخ های اتومبیل ، میل لنگ ها و غیره استفاده می شود. هرچه محتوای آن بیشتر باشد ، مقاومت مکانیکی آلیاژهای منیزیم فرفورژه مانند اجزای نورد و جعلی بیشتر است. آلیاژهای منیزیم را می توان با اکثر فرآیندهای سنتی جوشکاری به راحتی جوش داد. خاصیت بسیار مفید آلیاژهای منیزیم قابلیت تراش بالای آنها است. آنها در مقایسه با فولاد کم کربن فقط به 15٪ قدرت ماشینکاری نیاز دارند.