مقالات تجارت آلیاژ مقالاتی از فلزات پرکاربرد
فلزات از جمله مفیدترین و پرکاربردترین مواد در جهان هستند. در این مقاله قرار است با محکم‌ترین و سخت‌ترین آنها آشنا شویم. فلز از مواد معدنی طبیعی استخراج می‌شوند، سپس ذوب، مخلوط، سخت و تلطیف شده و نهایتاً به فلز قابل استفاده تبدیل می‌گردند. فلزات هر یک دارای ویژگی‌های شاخصی هستند. به عنوان مثال از تیتانیوم به عنوان سبک‌ترین و مقاوم‌ترین فلز، از تنگستن به عنوان مستحکم‌ترین و سخت ترین فلز و از فولاد به عنوان قوی‌ترین فلز یاد می‌شود. کروم نیز در این ویژگی‌ها جزو سخت‌ترین فلزات جهان است.
کاربرد سختی فلزات
سختی فلزات از موارد مهم در صنعت بوده و برای ارزیابی مقاومت فلز در برابر سایش و خوردگی، کنترل کیفیت فلزات و طراحی و ساخت قطعات فلزی حائز اهمیت بوده و باید اندازه گیری شود.
سختی چیست؟
با شنیدن نام فلز عموماً سخت بودن در ذهن ما نقش می‌بندد اما برخی از فلزات مانند سدیم و پتاسیم نه تنها سخت نبوده بلکه با چاقو قابل برش هستند. سختی تحمل ماده در برابر سایش و خراش است. در سختی هرچه ماده سخت‌تر باشد، دیرتر خراش برمی‌دارد. در فولاد هرچه کربن بیشتر باشد فولاد سخت‌تر است. سختی اطلاعاتی در مورد دوام، قدرت، انعطاف‌پذیری و قابلیت‌های مختلف در اختیار ما قرار میدهد. در واقع سختی مقاومت در مقابل نفوذ بوده و به اندازه دانه، نرخ کرنش، دما و عناصر موجود بستگی دارد. سختی با جوشکاری رابطه عکس دارد.
روش‌های اندازه‌گیری سختی
سختی فلزات را می‌توان با چندین مقیاس و سیستم مختلف اندازه‌گیری کرد که معروف‌ترین آنها مقیاس موهس بوده که توسط کانی شناس آلمانی فردریش موهس ایجاد شده است. دیگر روش‌های اندازه‌گیری سختی بر اساس مقیاس راکول، سختی برینل و سختی ویکرز است.
مقیاس سختی MOHS
این مقیاس یک روش مقایسه‌ای برای اندازه‌گیری سختی مواد مختلف بوده و در این روش مقیاس اندازه‌گیری بین ۱ تا ۱۰ است. در این مقیاس سختی نسبت به یکدیگر بیان می‌شود یعنی نشان میدهد کدام ماده سخت تر از دیگری می‌باشد. در این مقیاس بالاترین سختی مربوط به کاربید تنگستن، تنگستن و کروم است.
مقیاس سختی راکول
این مقیاس دو فرورفتگی ایجاد شده در یک ماده را با هم بررسی می‌کند. به این صورت که عمق نفوذ یک فرورفتگی تحت یک بار بزرگ، با نفوذ ایجاد شده تحت یک بار جزئی مقایسه می‌شود. این مقیاس به صورت خطی بوده و با مقاومت کششی همبستگی دارد. سختی راکول با اعداد بین صفر تا ۱۰۰ بیان شده و در این مقیاس نیز تنگستن و کاربید تنگستن از جمله سخت ترین فلزات است.
سختی برینل
سختی برینل نیز معیاری برای سختی مواد بوده و شامل فشار دادن یک توپ فولادی یا توپ کاربید تنگستن با نیروی ثابت دریک ماده است. هرچه ماده نرم‌تر باشد توپ به عمق بیشتر نفوذ می‌کند. سپس قطر عمق نفوذ اندازه‌گیری می‌شود. در این مقیاس نیز تیتانیوم و تنگستن بالاترین سختی را دارند.
سختی ویکرز
این مقیاس از یک الماس هرمی شکل مربعی برای تحت تاثیر قرار دادن ماده استفاده کرده و بعد از اندازه‌گیری، مشخص می‌شود که تا چه اندازه فشار وارد شده است. در این مقیاس نیز تنگستن و کاربید تنگستن از سخت‌ترین فلزات هستند.
عوامل تعیین کننده قدرت و سختی و استحکام
در بررسی استحکام، سختی و مقاومت فلزات ویژگی‌های زیر مطرح هستند:
- استحکام کششی فلز
استحکام کششی نشان دهنده مقاومت یک فلز به جدا شدن و شکستن است.
- استحکام فشاری و سختی فلز
مقدار مقاومت ماده به فشرده شدن، سختی یا استحکام فشاری نامیده شده که برای اندازه‌گیری آن از مقیاس MOHS استفاده می‌شود.
- استحکام تسلیمی
مقاومت فلز در مقابل خمش و تغییر شکل دائمی استحکام تسلیمی نامیده می‌شود.
- استحکام به ضربه
مقاومت یک فلز به ضربه بدون شکستگی استحکام به ضربه است. در این نوع استحکام ضربه عامل مهمی بوده زیرا برخی مواد مقاومت بالایی داشته اما با ضربه و برخورد چکش خرد می‌شوند؛ مثل الماس. اما فولاد به سختی الماس نیست اما به راحتی هم خرد نمی‌شود.
سخت ترین فلز جهان
از سخت‌ترین فلزات جهان می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
تنگستن
تنگستن با نماد شیمیایی w فلزی کمیاب و گرانبهاست که به صورت ترکیب با دیگر مواد یافت می‌شود. این فلز با وجود سختی، ترد و شکننده بوده و کار با آن سخت و دشوار است. اگر تنگستن خالص باشد، سختی آن بیشتر از فولاد بوده و معمولاً به صورت ترکیب با نیکل، آهن و کبالت دیده می‌شود. تنگستن در ساخت ابزارهای برش کاربیدی مانند اره گردبر، چاقو، مته، ابزار فرزکاری، تراشکاری و ساخت مواد ساینده مقاوم در برابر سایش کاربرد دارد. همچنین از آن به علت استحکام بالا برای تولید فولادهای تندبر استفاده می‌شود.
کاربید تنگستن
بیش از نیمی از تنگستن در کاربید تنگستن و بقیه آن در آلیاژهای فولاد استفاده می‌شود. تیغ‌های کاربید معمولاً برای ماشین کاری فولاد و فولاد ضد زنگ استفاده می‌شود. بیشتر کاربرد کاربید تنگستن برای پرداخت کاری بوده زیرا سختی بالایی داشته و مقاومت گرمایی آن اجازه ماشین کاری را به ما میدهد.
ویژگی‌های مهم تنگستن
این فلز از سخت‌ترین و مقاوم‌ترین فلزات است که در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. ویژگی‌های زیر از مهمترین ویژگی‌های تنگستن محسوب می‌شود:
- جزو سخت‌ترین فلزات بوده و سختی آن ۴ برابر بیشتر از فولاد است.
- مقاومت بالایی در برابر خوردگی داشته و در نتیجه این خاصیت در صنایع شیمیایی و نیروگاه‌های هسته‌ای به کار برده می‌شود.
- نقطه ذوب بالا و حدود ۳۴۰۰ درجه دارد.
- مقاومت خوبی در برابر حرارت داشته و در فرایندهای جوشکاری و قطعه سازی به کار برده می‌شود.
- خواص الکتریکی خوبی دارد که موجب استفاده در صنایع الکترونیکی و الکتریکی شده است.
- تنگسن به اسیدها مقاوم است.
- استخراج تنگسن تاثیرات منفی بر محیط زیست دارد.
کاربرد تنگستن
این فلز به علت خواص منحصر به فرد در صنعت خودروسازی برای تولید سوپاپ، موتور، دیسک ترمز و بلبرینگ استفاده می‌شود. تنگستن به عنوان ماده مقاوم به حرارت و فشار در صنایع هوافضا و قطعاتی مانند موتورهای جت و بخش‌هایی از سیستم‌های فضایی به کار برده می‌شود. همچنین این فلز در صنایع الکترونیکی، ابزار دقیق، ساعت سازی، ابزار برش، سوراخکاری، ابزار پزشکی، دندانپزشکی و صنایع شیمیایی استفاده می‌شود.
کروم جزو سخت‌ترین فلزات
کروم از عناصر شیمیایی بوده و با نماد Cr شناخته می‌شود. این فلز رنگ خاکستری داشته و بسیار سخت است. کروم جزو با دوام‌ترین و سخت‌ترین فلزات بوده و در مقیاس MOHS رتبه بالایی دارد. قابل ذکر است که الماس سخت‌ترین ماده دنیا و تنگستن و کروم سخت‌ترین فلز دنیا هستند. به علت مقاومت به خراش و سختی این فلز عموماً در آبکاری و پرداخت‌های با دوام و براق سایر فلزات و در کاربردهای مختلف نظیر خانه و آشپزخانه استفاده می‌شود.
اسمیم Os
از عناصر شیمیایی با نماد شیمیایی Os است. متراکم‌ترین عنصر موجود در طبیعت و فلزی کمیاب است. این فلز نیز سخت و شکننده بوده و جزو سخت‌ترین فلزات شناخته می‌شود که در برخی آلیاژ‌ها با پلاتین و ایریدیم مورد استفاده قرار می‌گیرد. این فلز چگالی بالایی دارد و بسیار سمی است به همین دلایل به ندرت به صورت خالص استفاده می‌شود. اسمیم در جاهایی که نیاز به آلیاژی سخت باشد، به همراه دیگر فلزات کاربرد دارد. کاربردهای آن در مکان‌هایی حساس مثل سوزن گرامافون، سوزن خیاطی، محور ابزار و اتصالات الکترونیک است.
آلیاژ فلزی CrCoNi
همانطور که از نامش مشخص است، این آلیاژ از کروم، نیکل و کبالت تشکیل شده و سختی زیادی دارد. این ماده چکش‌خوار بوده و مقاومت زیادی در برابر تغییر شکل دارد. آلیاژ فلزی CrCoNi دارای ذرات و ساختاری ساده و آنتروپی بالا می‌باشد و جزو آلیاژهای با سختی زیاد شناخته می‌شود. خواص این آلیاژ با سرد شدن افزایش می‌یابد و در مقابل تغییر شکل مقاومت می‌کند.
