فلزات سبک و خواص آن ها

فلزات سبک ، شامل بریلیم، منیزیم، آلومینیم و تیتانیم

فلزات سبک : شامل بریلیم، منیزیم، آلومینیم و تیتانیم هستند. آنها به صورت خالص و در آلیاژها استفاده می شوند. خواصی نظیر وزن کم و استحکام بالا؛ آنها را موادي ارزشمند برای کاربرد ساختمانی می سازد. آنها فلزات فعالی هستند و تهیه آنها به صورت خالص مشکل است.

بریلیم :

بریلیم فلزی است با چگالی 1.9 گرم بر سانتی متر مکعب که نقطه ذوب آن 1280 درجه سانتی گراد می باشد. فلز بریلیم در سال 1828 با احیای کلرید بریلیم (BeCl2) با فلز پتاسیم استخراج شد. بریلیم تا قرن بیستم مورد توجه نبود؛ تا هنگامی که صنایع هوایی آن را به دلیل چگالی پایین و نقطه ذوب بالا در ساختمان بدنه ی هواپیما به کار گرفتند. آلیاژ معروف بریلیم- مس در سال های بعد از جنگ جهانی اول کاربرد گستردهای پیدا کرد.

خواص : بریلیم به شدت با اکسیژن واکنش می دهد. لایه اکسید بلافاصله پس از قرار گرفتندر معرض هوا تش یکل شده وتا دمای 600 درجه سانتی گراد، فلز را از ادامه اکسیداسیون محافظت می کند. چگالی کم، مقاومت در برابر اکسیداسیون، هدایت بالا، نقطه ذوب بالا و خاصیت الاستیک بالا، بریلیم را ماده ای عالی برای صنایع هوافضا و حمل و نقل كرده است. متاسفانه بریلیم داراي قیمت زیاد، ترکیبات سمی و چکش خواری کم است که کاربردهای خاص آن را محدود می کند. بریلیم در حین ریخته گری دانه های درشتی تشکیل می دهد که باعث تردی و چکش خواری پایین آن می شود؛ به همین دلیل تولید قطعات بریلیم با روش متالورژی پودر انجام می شود.

کاربرد : بریلیم در مواد ساختمانی هوافضا، در قطعات کامپیوتر؛ در راکتور هسته ای و تجهیزاتی که نیازمند سبکی، سفتی و پایداری ابعاد هستند، کاربرد دارد. بیشتر بریلیم به
شکل آلیاژ (با محتوای 2% بریلیم) با مس به کار می رود و اهمیت ویژه ای در فنرها دارد زیرا خاصیت فنری و برگشت پذیری بالا یی را نشان می دهد.

منيزيم :

منيزيم فلزى است سفید نقره ای با چگالی معادل 74.1 گرم بر سانتيمترمكعب كه از اين نظر سبك ترین فلز صنعتی می باشد. نقطه ذوب آن 651 درجه سانتیگراد و نقطه جوش
آن 1105 درجه سانتيگراد است. يكى از مشخصات بسيار مهم این عنصر در صنايع ذوب، فشار بخار زيادى است كه در شرايط ذوب و آلیاژسازى احتمال تصعید و تبخیر آن را زیاد مى كند.
منیزیم در گروه فلزات قلیا یی خاکی قرار دارد. فلزات قلیایی بسیار فعال هستند. فلزات قلیایی سبک (شامل منیزیم و بریلیم) هدایت الکتریکی و حرارتی بالا، چگالی کم و استحکام
مناسب برای کاربردهای ساختمانی را نشان می دهند. اگر چه منیزیم از امتیاز جرم حجمی کمتر نسبت به آلومینیم برخوردار است اما قیمت کمتر، مقاومت خوردگی بهتر، استحکام بالاتر و شکل پذیری بیشتر آلومینیم سبب شده است تولید جهانی آلومینیم چهل برابر بیشتر از تولید منیزیم باشد. منیزیم با کمترین جرم حجمی، سبک ترین عنصر فلزی با استحکام کافی و مقاومت خوردگی مناسب برای کاربردهای ساختمانی است. منابع منیزیم در مقادیر زیادی در پوسته زمین و اقیانوس ها وجود دارد. منیزیم به آسانی ریخته گری، ماشینکاری
و جوشکاری می شود. منیزیم چکش خواری در دمای بالا، هدایت حرارتی خوب و قابلیت جذب بالایی برای صدا و ارتعاش دارد. فعالیت شیمیا یی بالای منیزیم اغلب سبب استفاده آن برای احیا ترکیبات و حفاظت از خوردگی سایر فلزات می شود.

استاندارهای آلیاژهای منیزیم : با حروف الفبا مشخص می شوند. دو حرف اول مخفف دو عنصر آلیاژی است که با بیشترین غلظت وجود دارند. دو عدد بعدی نشان دهنده درصد
این دو عنصر آلیاژی است. نشانه پنجم حرفی است که آلیاژ استاندارد را در محدوده ترکیب مشخص شده با چهار علامت قبلی مشخص می کند. در پایان نشانه عملیات حرارتی مشابه روش استفاده شده در آلومینیم به کار می رود. به عنوان مثال AZ91 آلیاژ شامل 9 درصد وزنی آلومینیم و 1درصد وزنی روی است.

آلیاژهای ریخته گری منیزیم :خصوصیات ریخته گری عالی منیزیم ، باعث تولید قطعات بسیاری به این روش شده است. یک سوم کل محصولات منیزیم توسط آلیاژهای ریختگی
منیزیم تولید می شوند. عناصر آلیاژی اضافه شده به منیزیم شامل آلومینیوم ، نقره، کادمیم، گالیم، لیتیم، سرب، فلزات قلیایی خاکی، ایتریم، روی، زیرکنیم و ... می باشد. که در جدول قبل به آن ها اشاره شد. به جز آلومینیم و روی بقیه عناصرسمی و یا گران قیمت هستند. منیزیم معمولاً با استفاده از بوته های فولادی و در قالب های فولادی ریخته گری می شود و این مساله سبب آلوده شدن مذاب توسط آهن می شود که باعث افزایش خوردگی آلیاژ می شود. منگنز در بسیاری از آلیاژها وجود دارد و آهن را از مذاب خارج میکند. زیرکنیم نیز برای رفع آلودگی های مذاب و نیز به عنوان عنصر آلیاژی به منیزیم اضافه میگردد. منیزیم و آلیاژهای آن سیالیت بالایی دارند و امکان پر کردن قسمت های بلند و باریک را در قالب فراهم میکند. نقطه ذوب پایین منیزیم (650 برای فلز خالص و برای آلیاژها تا حدودی کمتر) امکان استفاده از ریخته گری تحت فشار محفظه گرم را فراهم میسازد.واکنشپذیری کم منیزیم با فولاد در زیر دمای 700 استفاده از بوته و قالب های ارزان قیمت فولادی را ممکن میسازد. ریخته گری در ماسه برای قطعات بزرگتر با تعداد کمتر به کار می رود.

آلیاژهای Al-Zn) AZ ) : آلیاژهای بسیار معروف AZ91 شامل 9% وزنی آلومینیم و 1% وزنی روی با مقدار کافی منگنز اضافه شده برای رفع ناخالصی آهن است. آلومینیم قابلیت ریخته گری آلیاژهای منیزیم را افزایش می دهد و استحکام و مقاومت به خوردگی آنها را بهبود میبخشد. قطعات ریخته گری آلیاژ AZ در قالب ماسه ای، به علت سرعت سرد شدن کم، اندازه دانه بزرگی دارند که مطلوب نیست، قطعات ریخته گری تحت فشار آلیاژ AZ به دلیل افزایش سرعت انجماد، دانهبندی ظریفتری دارند. با استفاده از اصلاح کننده های
مختلف، اندازه دانه قطعات آلیاژی AZ کاهش داده میشود. آلیاژهای AM مثل %6( AM60 آلومینیم و 0.15 % منگنز) چکشخواری بهتری از91AZ دارنداما استحکام آنها کمتر است. کاربرد آلیاژ AM در قطعات خاص اتومبیل با مقاومت بالا در برابر شکست است.

آلیاژ Zr-Zn) ZK ) : استحکام  ZK بالاتر از آلیاژهای AZ است اما ریختهگری آنها دشوارتر میباشد؛ زیرا مستعد تشکیل حفره های ریز در قطعه است. افزودن %0.3 تا 1.5% مس باعث کاهش مشکل فوق شده ولی استحکام را کاهش میدهد. به علت تبخیر روی این آلیاژها قابلیت جوشکاری ندارند. افزودن زیرکنیم باعث کاهش اندازه دانههای منیزیم و بهبود استحکام و چکش خواری میشود.

آلیاژهای کار شده منیزیم: این آلیاژها نسبت به آلیاژهای ریختگی کمتر توسعه یافته اند و تعداد کمی از گروه های ZK ،AZ و ZM برای محصولات کارشده استفاده می شوند. به عنوان نمونه AZ31 برای تولید ورق و صفحه به کار می رود. به دلیل این که چکش خواری آلیاژ در دمای اتاق پا یین است، عمده تغ ییر شکل در دمای 250 تا 300 درجه سانتیگراد
صورت می گیرد. همان طور که بیان شد منیزیم از آلومینیم گرانتر است و آلومینیم راحتتر تغییر شکل می دهد. این دو عامل باعث برتری آلومینیم از نظر هزینه نسبت به منیزیم
در تولید قطعات کارشده است. در نتیجه کاربرد محصولات کارشده منیزیم محدود است.تولید جهانی منیزیم 500 هزارتن در سال است که با توجه به چگالی کم این فلز، از نظر
حجم تولید قابل مقایسه با بسیاری از فلزات سنگین تر است. ذخایر منیزیم تقریباً نامحدود است و منیزیم از دریاچه ها و چشمه های آب شور و آب دریا استخراج می شود.

تيتانیم :

 تیتانیم فلز نسبتاً سبکی است با چگالی 4.54 گرم بر سانتی متر مکعب که بین چگالی آلومینیم ( 71. 2) و آهن ( 7.8) قرار می گیرد. نقطه ذوب تیتانیم 1668 درجهسانتی گراد است که از نقطه ذوب آهن بیشتر است ( 1536 درجه سانتی گراد). تيتانيم و آلياژهاى آن از فلزات نسبتاً جديد مهندسى به شمار مى روند زيراكاربرد آنها بهعنوان فلز ساختمانى از سال 1952 شروع شد. آلیاژهاى تيتانيم جاذبه زیادی دارند و علت آن خواصى است از قبيل نسبت بالاى استحكام به وزن، حفظ خواص در دماهاى بالا تا حدود 555 درجه سانتی گراد و مقاومت عالي در برابر خوردگى، خصوصاً در محيطهای اسيدى و اكسيدكننده و محيطهای دارای كلر و در اغلب محيط هاى طبيعى. آلیاژهای تیتانیم نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت در برابر خوردگی خوبی دارند که در کاربردهای مهندسی از قبیل موتورهای جت و هواپیماهای نظامی مورد توجه قرار دارد. سایر کاربردهای تیتانیم شامل تجهیزات دریایی، لوازم پزشکی، صنایع نفتی است. تقاضای جهانی برای فلز تیتانیم بیش از 75000 تن در سال است و قیمت بالای استخراج و تولید مانعی در راه استفاده بیشتر این فلز است. دی اکسید تیتانیم 1 ضریب انعکاس بالاتر از الماس دارد و به عنوان رنگدانه سفید در رنگ ها و پلاستیک ها استفاده می شود. تقاضای بسیار زیاد برای دی اکسید تیتانیم از میزان تقاضا برای فلز خالص تیتانیم پیشی می گیرد.

متأسفانه تيتانيم و آلیاژهای آن گران تر از فلزهای معمولى است. با وجود اين تيتانيمو آلیاژهايش در جاهايى كه خواص ویژه آن مورد نياز است به خوبى با فلزات ديگر رقابت می كنند. مثلاً نسبت استحكام به وزن زياد و خواص خوب آلیاژهای تيتانيم در دماهاى زياد در صنايع هواپيماسازى در درجه اول اهميت است. مقاومت عالى تيتانيم به خوردگى، اين فلز را به عنوان يكى ازآلیاژهاى کارآمد در صنايع شيميايى و غذايى مطرح مى سازد.

کاربردهای تیتانیوم: در هواپیماهای نظامی و مسافربری، پره های کمپرسور و موتور توربین استفاده می شود . نسبت استحکام به وزن بالا، چقرمگی مناسب و مقاومت در برابر اکسیداسیون خوب از ضروریات کاربرد در این موارد است. به دلیل قیمت بالا، کاربرد تیتانیم محدود می گردد اما از 5% تا 34 % وزن هواپیماهای جدید از تیتانیم تشکیل شده است. نیمی از تولیدات تیتانیم به شکل آلیاژ تیتانیم- 6% آلومینیم- 4% وانادیم است.

مقاومت در برابر خوردگی تیتانیم آن را فلزی ارزشمند در صنایع نفت و فراوری مواد شیمیایی برای لوله ها، محفظه های واکنش، مبدل های حرارتی، فیلترها و شیرها ساخته است. در تجهیزات پزش یک مانند اتصالات مصنوعی اعضای بدن، دندان کاشتنی (ایمپلنت) 1، قاب عینک، دریچه قلب مصنوعی و صندلی چرخ دار از تیتانیم استفاده می شود. لوازم ورزشی و قطعات خودرو از قبیل سوپاپ و اجزای موتور از کاربردهای دیگر تیتانیم هستند. تیتانیم همچنین به عنوان عنصر آلیاژی به سایر فلزات به ویژه فولاد اضافه می شود. در فولادهای زنگ
نزن تیتانیم مقاومت به خوردگی را افزایش می دهد ودر فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا، خواص مکان یکی را بهبود می بخشد.

 

نظرات کاربران :

در حال پردازش ...
صرف نظر از پاسخ دهی (ارسال پاسخ برای نظر )
ورود / ثبت نام
درحال پردازش آگهی ...
iranzayeatlogoدرحال پردازش ...

بستنجستجوی پیشرفته آگهی