מתכות סגסוגת: תיאור, רשימה ותכונות יישום

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

פיתוח מזוהה עם שיפור. שיפור היכולות התעשייתיות והביתיות מתבצע באמצעות שימוש בחומרים בעלי מאפיינים מתקדמים. אלה הם, במיוחד, מתכות סגסוגת. הגיוון שלהם נקבע על ידי האפשרות לתקן את ההרכב הכמותי והאיכותי של יסודות סגסוגת.

סגסוגת פלדה טבעית

הברזל המותך הראשון, ששונה מקרוביו בתכונותיו, היה סגסוגת טבעית. ברזל מטאורי פרהיסטורי מותך הכיל כמות מוגברת של ניקל. הוא נמצא בקבורה מצרית עתיקה של 4-5 אלפי שנים לפני הספירה. לדוגמה, האנדרטה האדריכלית של קוטאב מינאר בדלהי (המאה החמישית) נבנתה מאותה. חרבות דמשק יפניות היו עשויות מברזל רווי מוליבדן, ופלדת דמשק הכילה טונגסטן, אופייני לחיתוך מודרני במהירות גבוהה. אלו היו מתכות, שהעפרה עבורן נכרה ממקומות מסוימים.

סגסוגות ייצור מודרניות עשויות להכיל מתכת ומקור לא מתכתי, אשר בא לידי ביטוי במאפיינים ובתכונות שלהם.

נתיב היסטורי

הבסיס לפיתוח סגסוגת הונח על ידי הצדקה של שיטת כור ההיתוך של התכת פלדה באירופה במאה ה-18. בגרסה פרימיטיבית יותר, כור היתוך שימש בימי קדם, כולל להתכת דמשק ופלדת דמשק. בתחילת המאה ה-18 טכנולוגיה זו שופרה בקנה מידה תעשייתי ואיפשרה להתאים את הרכב ואיכות חומר המקור.

• הגילוי בו-זמני של עוד ועוד יסודות כימיים חדשים דחף חוקרים לניסויי התכה ניסיוניים.
• ההשפעה השלילית של נחושת על איכות הפלדה הוכחה.
• פליז המכיל 6% ברזל התגלה.

ניסויים בוצעו במונחים של השפעות איכותיות וכמותיות על סגסוגת הפלדה של טונגסטן, מנגן, טיטניום, מוליבדן, קובלט, כרום, פלטינה, ניקל, אלומיניום ואחרים.

הייצור התעשייתי הראשון של פלדה סגסוגת במנגן הוקם בתחילת המאה ה-19. הוא פותח מאז 1856 כחלק מתהליך ההתכה של בסמר.

תכונות של סימום

אפשרויות מודרניות מאפשרות להתכת מתכות סגסוגות מכל הרכב. העקרונות הבסיסיים של הטכנולוגיה המדוברת:

1. רכיבים נחשבים מתגזרים רק אם הם מוצגים בכוונה והתוכן של כל אחד מהם עולה על 1%.
2. גופרית, מימן, זרחן נחשבים לזיהומים. כלא מתכתימשתמשים בתכלילים, בורון, חנקן, סיליקון, לעתים רחוקות - זרחן.
3. סגסוגת בתפזורת היא הכנסת רכיבים לחומר מותך במסגרת ייצור מתכות. משטח הוא שיטה לרוויה של דיפוזיה של שכבת פני השטח עם היסודות הכימיים הדרושים בהשפעת טמפרטורות גבוהות.
4. במהלך התהליך, תוספים משנים את מבנה הגביש של חומר ה"בת". הם יכולים ליצור פתרונות חדירה או הדרה, כמו גם להיות ממוקמים בגבולות של מבנים מתכתיים ולא מתכתיים, וליצור תערובת מכנית של גרגרים. מידת המסיסות של יסודות זה בזה משחקת כאן תפקיד גדול.

רכיבי סגסוגת

לפי הסיווג הכללי, כל המתכות מחולקות לברזליות ולא-ברזליות. השחורים כוללים ברזל, כרום ומנגן. נון ברזליות מחולקים לאור (אלומיניום, מגנזיום, אשלגן), כבד (ניקל, אבץ, נחושת), אצילי (פלטינה, כסף, זהב), עקשן (טונגסטן, מוליבדן, ונדיום, טיטניום), קל, אדמה נדירה ורדיואקטיבית. מתכות סגסוגת כוללות מגוון רחב של מתכות קלות, כבדות, אצילות וחסניות לא ברזליות, כמו גם את כל המתכות הברזליות.

בהתאם ליחס בין היסודות הללו ובמסה העיקרית של הסגסוגת, האחרונים מחולקים לסגסוגת נמוכה (3%), סגסוגת בינונית (3-10%) וסגסוגת גבוהה (יותר מ-10 %).

פלדות סגסוגת

מבחינה טכנולוגית, התהליך אינו גורם לקשיים. הטווח רחב מאוד. מטרות עיקריות עבורהפלדות הן כדלקמן:

• הגבר את החוזק.
• שפר את תוצאות הטיפול בחום.
• הגברת עמידות בפני קורוזיה, עמידות בחום, עמידות בחום, עמידות בחום, עמידות בתנאי עבודה אגרסיביים, חיי שירות.

הרכיבים העיקריים הם סגסוגת ברזל ומתכות עקשן, הכוללות Cr, Mn, W, V, Ti, Mo, כמו גם Al, Ni, Cu.

כרום וניקל הם המרכיבים העיקריים המגדירים את פלדת אל-חלד (X18H9T), וכן פלדה עמידה בחום, שתנאי ההפעלה שלה מאופיינים בטמפרטורות גבוהות ועומסי זעזועים (15X5). עד 1.5% משמשים למיסבים וחלקי חיכוך (15HF, SHKH15SG)

מנגן הוא מרכיב בסיסי של פלדות עמידות בפני שחיקה (110G13L). בכמויות קטנות, הוא תורם לניקוי חמצון, מפחית את ריכוז הזרחן והגופרית.

סיליקון ונדיום הם יסודות המגבירים גמישות בכמות מסוימת ומשמשים לייצור קפיצים וקפיצים (55C2, 50HFA).

אלומיניום מתאים לברזל עם התנגדות חשמלית גבוהה (X13Y4).

תכולה משמעותית של טונגסטן אופיינית לפלדות כלים עמידות למהירות גבוהה (R9, R18K5F2). מקדח מתכת סגסוגת העשוי מחומר זה הוא הרבה יותר פרודוקטיבי ועמיד בפני הפעלה מאשר אותו כלי העשוי מפלדת פחמן.

פלדות סגסוגת נכנסו לשימוש יומיומי. יחד עם זאת, ידועות מה שנקרא סגסוגות עם תכונות מדהימות, המתקבלות גם בשיטות סגסוגת. אז "פלדת עץ" מכילה 1% כרוםו-35% ניקל, הקובע את המוליכות התרמית הגבוהה שלו, האופיינית לעץ. היהלום כולל גם 1.5% פחמן, 0.5% כרום ו-5% טונגסטן, מה שמאפיין אותו כקשה במיוחד, בדומה ליהלום.

ברזל יצוק מסגסוגת

ברזל יצוק נבדלים מפלדות בתכולת פחמן משמעותית (מ-2.14 עד 6.67%), קשיות גבוהה ועמידות בפני קורוזיה, אך חוזק נמוך. על מנת להרחיב את מגוון המאפיינים והיישומים המשמעותיים, הוא מסויג בכרום, מנגן, אלומיניום, סיליקון, ניקל, נחושת, טונגסטן, ונדיום.

בשל המאפיינים המיוחדים של חומר ברזל-פחמן זה, הסגסוג שלו הוא תהליך מורכב יותר מאשר עבור פלדה. כל אחד מהרכיבים משפיע על הטרנספורמציה של צורות פחמן בו. אז מנגן תורם להיווצרות הגרפיט ה"נכון", מה שמגביר את החוזק. הכנסת אחרים מביאה למעבר של פחמן למצב חופשי, הלבנת ברזל יצוק וירידה בתכונות המכניות שלו.

הטכנולוגיה מסובכת בגלל טמפרטורת ההיתוך הנמוכה (בממוצע, עד 1000 ˚C), בעוד שלרוב האלמנטים המתגזרים היא חורגת משמעותית מהרמה הזו.

סגסוגת מורכבת היא היעילה ביותר עבור ברזל יצוק. יחד עם זאת, יש לקחת בחשבון את ההסתברות המוגברת להפרדה של יציקות כאלה, את הסיכון לסדקים ולפגמי יציקה. זה יותר רציונלי לבצע את התהליך הטכנולוגי בתנורים אלקטרומגנטיים ואינדוקציה. שלב רציף חובה הוא טיפול בחום איכותי.

ברזל יצוק כרום מאופיינים בעמידות גבוהה בפני שחיקה, חוזק, עמידות בחום, עמידות בפני הזדקנות וקורוזיה (CH3, CH16). הם משמשים בהנדסה כימית ובייצור ציוד מתכות.

ברזל יצוק בסגסוגת סיליקון נבדל בעמידות גבוהה בפני קורוזיה ועמידות בפני תרכובות כימיות אגרסיביות, למרות שיש להם תכונות מכניות מספקות (ChS13, ChS17). הם מהווים חלקים מציוד כימי, צינורות ומשאבות.

ברזל יצוק עמיד בחום הם דוגמה לסגסוגת מורכבת פרודוקטיבית ביותר. הם מכילים מתכות ברזליות וסגסוגות כגון כרום, מנגן, ניקל. הם מאופיינים בעמידות גבוהה בפני קורוזיה, עמידות בפני שחיקה ועמידות בפני עומסים גבוהים בתנאי טמפרטורה גבוהים - חלקי טורבינות, משאבות, מנועים, ציוד לתעשייה הכימית (ChN15D3Sh, ChN19Kh3Sh).

מרכיב חשוב הוא נחושת, המשמשת בשילוב עם מתכות אחרות, תוך הגברת מאפייני היציקה של הסגסוגת.

סגסוגת נחושת

משמש בצורה טהורה וכחלק מסגסוגות נחושת, בעלות מגוון רחב בהתאם ליחס היסודות הבסיסיים והסגסוגים: פליז, ברונזה, קופרוניקל, כסף ניקל ואחרים.

פליז טהור - סגסוגת עם אבץ - אינה סגסוגת. אם הוא מכיל מתכות לא ברזליות מתגשמות בכמות מסוימת, הוא נחשב לרב רכיבים. ברונזה הם סגסוגות עם מרכיבים מתכתיים אחרים,יכול להיות פח ואינו מכיל פח, הם סגסוגת בכל המקרים. איכותם משתפרת בעזרת Mn, Fe, Zn, Ni, Sn, Pb, Be, Al, P, Si.

תכולת הסיליקון בתרכובות נחושת מגבירה את עמידותן בפני קורוזיה, חוזק וגמישותן; פח ועופרת - לקבוע את איכויות אנטי-חיכוך ומאפיינים חיוביים לגבי יכולת עיבוד; ניקל ומנגן - רכיבים של מה שנקרא סגסוגות מחושל, אשר גם יש השפעה חיובית על עמידות בפני קורוזיה; ברזל משפר תכונות מכניות, בעוד אבץ משפר תכונות טכנולוגיות.

משמש בהנדסת חשמל כחומר גלם עיקרי לייצור חוטים שונים, חומר לייצור חלקים קריטיים לציוד כימי, בהנדסת מכונות ומכשור, בצנרת ובמחליפי חום.

סגסוגת אלומיניום

משמש כסגסוגות מחושלות או יצוקות. מתכות סגסוגות המבוססות עליה הן תרכובות עם נחושת, מנגן או מגנזיום (דוראלומין ואחרות), האחרונות הן תרכובות עם סיליקון, מה שנקרא סילומינים, בעוד שכל הגרסאות האפשריות שלהן מסווגות עם Cr, Mg, Zn, Co, Cu, סי.

נחושת מגדילה את משיכותה; סיליקון - נזילות ותכונות יציקה באיכות גבוהה; כרום, מנגן, מגנזיום - שיפור חוזק, תכונות טכנולוגיות של יכולת עבודה על ידי לחץ ועמידות בפני קורוזיה. כמו כן, B, Pb, Zr,Ti, Bi.

ברזל הוא מרכיב לא רצוי, אך נעשה בו שימוש בכמויות קטנות בייצור רדיד אלומיניום. סילומינים משמשים ליציקת חלקים וביתנים קריטיים בהנדסת מכונות. Duralumins וסגסוגות הטבעה על בסיס אלומיניום הם חומר גלם חשוב לייצור אלמנטים בגוף, לרבות מבנים נושאי עומס, בתעשיית המטוסים, בניית ספינות והנדסת מכונות.

מתכות סגסוגות משמשות בכל תחומי התעשייה ככאלה שיש להן מאפיינים מכניים וטכנולוגיים משופרים בהשוואה לחומר המקורי. מגוון אלמנטי הסגסוג והיכולות של הטכנולוגיות המודרניות מאפשרים מגוון של שינויים המרחיבים את האפשרויות במדע ובטכנולוגיה.