سبائك المعادن: الوصف والقائمة وميزات التطبيق

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

يتم تحديد التنمية بالتحسين. يتم تحسين القدرات الصناعية والمنزلية من خلال استخدام مواد ذات خصائص تقدمية. هذه ، على وجه الخصوص ، سبائك المعادن. يتم تحديد تنوعها من خلال إمكانية تصحيح التركيب الكمي والنوعي لعناصر صناعة السبائك.

سبائك الصلب الطبيعي

أول حديد مصهور ، يختلف عن أقاربه في خصائصه ، كان مخلوطًا بشكل طبيعي. احتوى الحديد النيزكي المصهور في عصور ما قبل التاريخ على كمية متزايدة من النيكل. تم العثور عليها في المدافن المصرية القديمة من 4-5 آلاف عام قبل الميلاد. ه. ، تم بناء النصب المعماري لقطب منار في دلهي (القرن الخامس) من نفس الشيء. صُنعت السيوف الدمشقية اليابانية من الحديد المشبع بالموليبدينوم ، واحتوى الفولاذ الدمشقي على التنجستن ، وهو سمة من سمات القطع الحديث عالي السرعة. كانت هذه معادن استُخرج خامها من أماكن معينة.

قد تحتوي سبائك الإنتاج الحديثة على المعادن والأصل غير المعدني والتي تنعكس في خصائصها وخصائصها.

المسار التاريخي

تم وضع الأساس لتطوير صناعة السبائك من خلال تبرير طريقة البوتقة لصهر الفولاذ في أوروبا في القرن الثامن عشر. في نسخة أكثر بدائية ، تم استخدام البوتقات في العصور القديمة ، بما في ذلك لصهر الدمقس والفولاذ الدمشقي. في بداية القرن الثامن عشر ، تم تحسين هذه التكنولوجيا على نطاق صناعي وجعل من الممكن ضبط تكوين وجودة المواد المصدر.

• دفع الاكتشاف المتزامن للمزيد والمزيد من العناصر الكيميائية الجديدة الباحثين إلى تجارب الصهر التجريبية.
• تم إثبات التأثير السلبي للنحاس على جودة الفولاذ
• نحاس يحتوي على 6٪ من الحديد المكتشف

تم إجراء التجارب من حيث التأثيرات النوعية والكمية على سبائك الصلب من التنجستن والمنغنيز والتيتانيوم والموليبدينوم والكوبالت والكروم والبلاتين والنيكل والألمنيوم وغيرها.

تم إنشاء أول إنتاج صناعي للصلب المخلوط بالمنغنيز في بداية القرن التاسع عشر. تم تطويره منذ عام 1856 كجزء من عملية صهر بيسمر.

ميزات المنشطات

الإمكانيات الحديثة تجعل من الممكن صهر المعادن المخلوطة من أي تركيبة. المبادئ الأساسية للتكنولوجيا المعنية:

1. لا تعتبر المكونات خليطًا إلا إذا تم تقديمها بشكل هادف وتجاوز محتوى كل منها 1٪.
2. الكبريت والهيدروجين والفوسفور تعتبر شوائب. كمادة غير معدنيةالادراج ، البورون ، النيتروجين ، السيليكون تستخدم ، نادرًا - الفوسفور.
3. صناعة السبائك السائبة هي إدخال المكونات في مادة منصهرة في إطار إنتاج المعادن. السطح طريقة انتشار تشبع الطبقة السطحية بالعناصر الكيميائية الضرورية تحت تأثير درجات الحرارة العالية.
4. أثناء العملية ، المواد المضافة تغير التركيب البلوري لمادة "الابنة". يمكنهم إنشاء حلول اختراق أو استبعاد ، وكذلك وضعها عند حدود الهياكل المعدنية وغير المعدنية ، مما يخلق مزيجًا ميكانيكيًا من الحبوب. تلعب درجة ذوبان العناصر في بعضها دورًا كبيرًا هنا.

مكونات السبائك

حسب التصنيف العام ، يتم تقسيم جميع المعادن إلى حديدية وغير حديدية. يشمل السود الحديد والكروم والمنغنيز. تنقسم المواد غير الحديدية إلى ضوء (ألومنيوم ، مغنيسيوم ، بوتاسيوم) ، ثقيل (نيكل ، زنك ، نحاس) ، نبيل (بلاتين ، فضة ، ذهب) ، حراري (التنجستن ، الموليبدينوم ، الفاناديوم ، التيتانيوم) ، ضوء ، أرض نادرة ومشعة. تتضمن معادن السبائك مجموعة متنوعة من المعادن غير الحديدية الخفيفة والثقيلة والنبيلة والحرارية ، بالإضافة إلى جميع المعادن الحديدية.

اعتمادًا على نسبة هذه العناصر والكتلة الرئيسية للسبيكة ، يتم تقسيم الأخيرة إلى سبائك منخفضة (3٪) ، وسبائك متوسطة (3-10٪) وسبائك عالية (أكثر من 10 ٪).

سبائك الصلب

من الناحية التكنولوجية ، لا تسبب العملية صعوبات. النطاق واسع جدا. الأهداف الرئيسية لالفولاذ كالتالي:

• زيادة القوة
• تحسين نتائج المعالجة الحرارية.
• زيادة مقاومة التآكل ، مقاومة الحرارة ، مقاومة الحرارة ، مقاومة الحرارة ، مقاومة ظروف العمل العدوانية ، عمر الخدمة.

المكونات الرئيسية هي سبائك الحديد والمعادن المقاومة للصهر ، والتي تشمل Cr ، Mn ، W ، V ، Ti ، Mo ، وكذلك غير الحديدية Al ، Ni ، Cu.

يعتبر الكروم والنيكل المكونات الرئيسية التي تحدد الفولاذ المقاوم للصدأ (X18H9T) ، وكذلك الفولاذ المقاوم للحرارة ، والذي تتميز ظروف التشغيل بدرجات حرارة عالية وأحمال صدمات (15 × 5). يستخدم ما يصل إلى 1.5٪ للمحامل وأجزاء الاحتكاك (15HF ، SHKH15SG)

المنغنيز مكون أساسي في الفولاذ المقاوم للتآكل (110G13L). بكميات صغيرة يساهم في إزالة الأكسدة وتقليل تركيز الفوسفور والكبريت.

السيليكون والفاناديوم عناصر تزيد من المرونة بكمية معينة وتستخدم في صناعة النوابض والينابيع (55C2، 50HFA).

الألومنيوم قابل للتطبيق للحديد ذات المقاومة الكهربائية العالية (X13Y4).

محتوى مهم من التنجستن نموذجي للأدوات الفولاذية المقاومة عالية السرعة (R9 ، R18K5F2). إن المثقاب المعدني المخلوط المصنوع من هذه المادة أكثر إنتاجية ومقاومة للتشغيل من نفس الأداة المصنوعة من الفولاذ الكربوني.

دخلت سبائك الفولاذ الاستخدام اليومي. في الوقت نفسه ، تُعرف السبائك المزعومة ذات الخصائص المذهلة ، والتي يتم الحصول عليها أيضًا عن طريق طرق صناعة السبائك. لذا فإن "الصلب الخشبي" يحتوي على 1٪ كرومو 35٪ نيكل ، وهو ما يحدد الموصلية الحرارية العالية التي تتميز بها الخشب. يحتوي الماس أيضًا على 1.5٪ كربون و 0.5٪ كروم و 5٪ تنجستن ، مما يميزه بأنه شديد الصلابة على غرار الماس.

سبائك الحديد الزهر

تختلف المكاوي المصبوبة عن الفولاذ بمحتوى كربوني كبير (من 2.14 إلى 6.67٪) ، وصلابة عالية ومقاومة للتآكل ، لكنها منخفضة القوة. من أجل توسيع نطاق الخصائص والتطبيقات الهامة ، يتم خلطها بالكروم والمنغنيز والألمنيوم والسيليكون والنيكل والنحاس والتنغستن والفاناديوم.

نظرًا للخصائص الخاصة لمادة الكربون الحديدي هذه ، فإن صناعة السبائك هي عملية أكثر تعقيدًا من الفولاذ. يؤثر كل مكون على تحول أشكال الكربون فيه. لذلك يساهم المنجنيز في تكوين الجرافيت "الصحيح" ، مما يزيد من القوة. يؤدي إدخال الآخرين إلى انتقال الكربون إلى حالة حرة ، وتبييض الحديد الزهر وتقليل خواصه الميكانيكية.

التكنولوجيا معقدة بسبب درجة حرارة الانصهار المنخفضة (في المتوسط ، تصل إلى 1000 درجة مئوية) ، بينما بالنسبة لمعظم عناصر صناعة السبائك ، فإنها تتجاوز هذا المستوى بشكل كبير.

صناعة السبائك المعقدة هي الأكثر فعالية لحديد الزهر. في الوقت نفسه ، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار الاحتمال المتزايد لفصل مثل هذه المصبوبات ، وخطر التشقق ، وعيوب الصب. من المنطقي إجراء العملية التكنولوجية في الأفران الكهرومغناطيسية والأفران الحثية. الخطوة التسلسلية الإلزامية هي المعالجة الحرارية عالية الجودة.

تتميز مكاوي الكروم المصبوبة بمقاومة عالية للتآكل ، وقوة ، ومقاومة للحرارة ، ومقاومة الشيخوخة والتآكل (CH3 ، CH16). يتم استخدامها في الهندسة الكيميائية وفي إنتاج المعدات المعدنية.

الحديد المصبوب الممزوج بالسيليكون يتميز بمقاومة عالية للتآكل ومقاومة للمركبات الكيميائية العدوانية ، على الرغم من أن لها خصائص ميكانيكية مرضية (ChS13 ، ChS17). أنها تشكل أجزاء من المعدات الكيميائية وخطوط الأنابيب والمضخات.

الحديد المصبوب المقاوم للحرارة هو مثال على صناعة السبائك المعقدة عالية الإنتاجية. أنها تحتوي على معادن حديدية وسبائك مثل الكروم والمنغنيز والنيكل. تتميز بمقاومة عالية للتآكل ومقاومة التآكل ومقاومة الأحمال العالية تحت ظروف درجات الحرارة العالية - أجزاء من التوربينات والمضخات والمحركات ومعدات الصناعة الكيميائية (ChN15D3Sh ، ChN19Kh3Sh).

عنصر مهم هو النحاس ، والذي يستخدم مع معادن أخرى ، مع زيادة خصائص الصب للسبيكة.

سبائك النحاس

تستخدم في شكل نقي وكجزء من سبائك النحاس ، والتي لها تنوع كبير اعتمادًا على نسبة العناصر الأساسية وسبائك: النحاس والبرونز والنحاس والنيكل والفضة وغيرها.

النحاس النقي - سبيكة من الزنك - غير مخلوط. إذا كانت تحتوي على خلائط معادن غير حديدية بكمية معينة ، فإنها تعتبر متعددة المكونات. البرونزيات عبارة عن سبائك مع مكونات معدنية أخرى ،يمكن أن تكون من الصفيح ولا تحتوي على قصدير ، وتكون مخلوطة في جميع الأحوال. تم تحسين جودتها بمساعدة Mn و Fe و Zn و Ni و Sn و Pb و Be و Al و P و Si.

يزيد محتوى السيليكون في مركبات النحاس من مقاومة التآكل والقوة والمرونة ؛ القصدير والرصاص - يحددان الصفات المضادة للاحتكاك والخصائص الإيجابية فيما يتعلق بالآلات ؛ النيكل والمنغنيز - مكونات ما يسمى السبائك المشغولة ، والتي لها أيضًا تأثير إيجابي على مقاومة التآكل ؛ الحديد يحسن الخواص الميكانيكية والزنك يحسن الخواص التكنولوجية

تستخدم في الهندسة الكهربائية كمادة خام رئيسية لتصنيع مختلف الأسلاك ، ومواد لتصنيع الأجزاء الهامة للمعدات الكيميائية ، في الهندسة الميكانيكية والأجهزة ، في خطوط الأنابيب والمبادلات الحرارية.

سبائك الألومنيوم

تستخدم كسبائك مصبوب أو مصبوب. المعادن المخلوطة التي تعتمد عليها عبارة عن مركبات تحتوي على النحاس أو المنغنيز أو المغنيسيوم (دورالومين وغيرها) ، وهذه الأخيرة عبارة عن مركبات تحتوي على السيليكون ، ما يسمى بالسيلومين ، في حين يتم خلط جميع المتغيرات المحتملة مع Cr ، و Mg ، و Zn ، و Co ، و Cu ، سي

يزيد النحاس ليونة ؛ السيليكون - سيولة وخصائص صب عالية الجودة ؛ الكروم والمنغنيز والمغنيسيوم - تحسين القوة والخصائص التكنولوجية لقابلية التشغيل عن طريق الضغط ومقاومة التآكل. أيضا ، B ، Pb ، Zr ،Ti ، ثنائية.

الحديد عنصر غير مرغوب فيه ، لكنه يستخدم بكميات صغيرة في إنتاج رقائق الألومنيوم. تستخدم Silumins في صب الأجزاء المهمة والمبيت في الهندسة الميكانيكية. تعتبر Duralumins وسبائك الختم القائمة على الألومنيوم مادة خام مهمة لتصنيع عناصر الهيكل ، بما في ذلك الهياكل الحاملة ، في صناعة الطائرات وبناء السفن والهندسة الميكانيكية.

تُستخدم المعادن المخلوطة في جميع مجالات الصناعة كتلك التي حسنت الخصائص الميكانيكية والتكنولوجية مقارنة بالمواد الأصلية. تسمح مجموعة عناصر صناعة السبائك وإمكانيات التقنيات الحديثة بمجموعة متنوعة من التعديلات التي توسع الاحتمالات في العلوم والتكنولوجيا.