صنعت متالورژی نقش مهمی در زندگی همه ایفا می کند، زیرا هر روز باید با محصولات فلزی مختلفی سر و کار داشته باشید. و از آلیاژهای مختلفی ساخته می شوند که از طریق ذوب به دست می آیند. در تولید این مواد حداقل از دو فلز استفاده می شود و برای بهبود خواص از مواد افزودنی مخصوص استفاده می شود. این مقاله چندین آلیاژ آهن نیکل، خواص و کاربردهای آنها را بررسی می کند.
درباره خواص آهن
آهن خالص به رنگ خاکستری نقره ای و چکش خوار و چکش خوار است. شمش های بومی موجود در طبیعت دارای درخشش فلزی مشخص و سختی قابل توجهی هستند. در ارتفاع و رسانایی الکتریکی ماده به کمک الکترون های آزاد به راحتی جریان را منتقل می کند. این فلز دارای نسوز متوسط است، در دمای 1539+ درجه سانتیگراد نرم می شود و خاصیت فرومغناطیسی خود را از دست می دهد. یک عنصر فعال شیمیایی است. در دماهای معمولی به راحتی واکنش نشان می دهد و هنگامی که گرم می شود، این ویژگی ها افزایش می یابد. در هوا با یک فیلم اکسید پوشیده می شود که از ادامه واکنش جلوگیری می کند. هنگامی که در معرض یک محیط مرطوب قرار می گیرندزنگ ظاهر می شود، که دیگر از خوردگی جلوگیری نمی کند. اما، با وجود این، آهن و آلیاژهای آن به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.
کمی از تاریخ
Invar آلیاژی از آهن و نیکل است که شامل 36% افزودنی آلیاژی است. اولین بار در سال 1896 توسط فیزیکدان چارلز گیوم در فرانسه کشف شد. در آن زمان، او بر روی جستجوی فلزی ارزان قیمت برای معیارهای اندازه گیری جرم و طول کار می کرد که از آلیاژ بسیار گران قیمت پلاتین-ایریدیم ساخته شده بود. به لطف این کشف، این دانشمند در سال 1920 جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد.
کلمه "اینوار" در لاتین به معنای تغییر ناپذیر است. این بدان معنی است که ضریب انبساط حرارتی یک آلیاژ آهن نیکل در یک محدوده دمایی گسترده - از -80 تا 100 درجه سانتیگراد - ثابت می ماند. این آلیاژ چندین نام دیگر دارد: نیلوار، واکودیل، نیلو آلیاژ، رادیومتال. Invar یک علامت تجاری Imphy Alloys Inc. است که متعلق به گروه فولاد Arcelor Mittal است.
آلیاژ آهن نیکل
برای بهبود خواص آهن، با استفاده از افزودنی های مختلف، آلیاژهایی به دست می آید. دانشمندان بر این باور بودند که با در نظر گرفتن خواص ترمودینامیکی فلزات، دستیابی به آلیاژ آهن نیکل دشوار نخواهد بود. اما در عمل با مشکلاتی مواجه شدند. در طی برهمکنش فلزات، در حین تولید آلیاژ آهن با نیکل، در نتیجه فرآیند اکسیداسیون جانبی، آهن از حالت دو ظرفیتی به حالت سه ظرفیتی می رسد.
در نتیجه، بازده آلیاژ کاهش می یابد و خواص فیزیکی خاصی بدتر می شود. برای حل این مشکل، آمین ها و اسیدهای آلی به الکترولیت اضافه می شوند که ترکیباتی با حلالیت کم با آهن فریک تشکیل می دهند. در این راستا خاصیت ارتجاعی رسوب بهتر می شود و برای توزیع یکنواخت آن، الکترولیت ها مخلوط می شوند. آلیاژ حاصل از آهن و نیکل اینوار نامیده می شود.
استفاده از آلیاژ Invar
ضریب انبساط حرارتی ناچیز اجازه می دهد تا از آن برای تولید استفاده شود:
- قطعات ابزار؛
- نوار و سیم برای کارهای ژئودتیک؛
- ساختارهای پشتیبان لیزر؛
- بخش‌هایی از حرکات ساعت، آونگ‌های کرنومتر؛
- محصولات نورد شده: میله و ورق نورد گرم، نوار نورد سرد، لوله های بدون درز، میله های آهنگری.
برای افزایش استحکام، تغییر شکل پلاستیک سرد آلیاژ آهن نیکل انجام می شود و سپس عملیات حرارتی در دمای پایین انجام می شود. برای مقاومت بیشتر در برابر خوردگی در شرایط جوی معمولی، سطح آن جلا داده می شود و اگر محصول برای استفاده در محیط های تهاجمی در نظر گرفته شده باشد، یک لایه محافظ اعمال می شود. خواص ضد خوردگی اینوار نیز با افزودن حدود 12 درصد کروم به ترکیب آن افزایش می یابد، در حالی که با حرارت دادن به 100 درجه، خاصیت ارتجاعی ثابتی را حفظ می کند.
آلیاژهای مغناطیسی
این آلیاژها به طور گسترده در مهندسی برق استفاده می شوند. از آنها برای ساخت آهنرباهای دائمی، هسته های ترانسفورماتور،ابزار اندازه گیری الکتریکی، آهنرباهای الکتریکی. مردم از مدت ها قبل می دانستند که آهن مغناطیسی است و در نتیجه کاربردهای زیادی دارد.
خیلی بعد کشف شد که همین خاصیت در نیکل و برخی فلزات دیگر ذاتی است. محصولات ساخته شده از آلیاژ مغناطیسی آهن و نیکل نیز توانایی حفظ میدان مغناطیسی خود را در زمانی که میدان خارجی دیگر وجود ندارد را دارند. علاوه بر این، این میدان شخصی دوباره می‌تواند بر دیگر اجسام مغناطیسی تأثیر بگذارد.
نیکل، کبالت و آلیاژهای آنها
کبالت و نیکل از عناصر زیرگروه آهن هستند. هر سه عنصر دارای خواص مشابه هستند، اما تفاوت های قابل توجهی نیز وجود دارد. هر دو فلز چگالی تر از آهن و بسیار سخت تر و قوی تر از آهن هستند. آنها از نظر شیمیایی کمتر فعال هستند، از نظر مقاومت در برابر خوردگی متفاوت هستند. علاوه بر این، فلزات به دلیل مقاومت بیشترشان در برابر خوردگی گاز ارزش گذاری می شوند.
معایب کبالت و نیکل سمیت زیاد و هزینه قابل توجه آنها نسبت به آهن است. آنها کاربرد خود را برای پوشش بیرونی ضد خوردگی محصولات ساخته شده از فولادهای کربنی و آهن با واکنش های الکتروشیمیایی پیدا می کنند. و همچنین برای ساخت قطعات و قطعاتی که به استحکام و سختی بیشتری نیاز دارند استفاده می شود. باید به اهمیت ویژه آلیاژهای آهن، نیکل و کبالت که کوینوار، اینوار، سوپرمالوی، پرمالوی و مالوی نامیده می شوند اشاره کرد. مزیت اصلی آنها در بالا استخواص مغناطیسی از این آلیاژها برای تولید مدارهای مغناطیسی برای دستگاه های الکترومغناطیسی مختلف استفاده می شود.
آلیاژ کوار
مخلوط از فلزاتی با خواص مکانیکی عالی تشکیل شده است. پردازش آنها آسان است، آنها به راحتی در معرض نورد، برش، جعل و مهر زنی قرار می گیرند. و آلیاژ کبالت، نیکل و آهن در غیر این صورت مجله نامیده می شود. ترکیبی از عناصر شیمیایی که به خوبی انتخاب شده اند ویژگی های عالی را به مواد ارائه می دهد. این آلیاژ دارای رسانایی حرارتی خوب، ضریب مقاومت الکتریکی بالا و شاخص های انبساط خطی نزدیک به صفر در محدوده دمایی وسیع است. تنها عیب آن مقاومت کم در برابر خوردگی در محیط های مرطوب است، بنابراین اغلب از پوشش های محافظ نقره استفاده می شود. کوار به طور گسترده در صنعت برای تولید:
استفاده می شود.
- لوله، نوار و سیم؛
- خازن؛
- موارد تجهیزات در ابزار دقیق؛
- جزئیات در رادیو الکترونیک؛
- موارد در صنعت الکترووکیوم.
آلیاژ حاوی کبالت و نیکل گران قیمت است که هزینه مواد را افزایش می دهد، اما عملکرد خوب و عمر طولانی سرمایه گذاری اولیه را پوشش می دهد.
آلیاژهای آلنی
Alni نام گروه آلیاژهای مغناطیسی آهن-نیکل-آلومینیوم است. با افزایش غلظت آلومینیوم و نیکل در حدود معین، القای باقی مانده کاهش می یابد و نیروی اجباری افزایش می یابد. متداول ترین آلیاژهای مورد استفاده که در آن آلومینیوم از 11 تا18٪ و نیکل - 20-34٪. خواص اصلی چنین آلیاژهایی هدایت الکتریکی، هدایت حرارتی و شکل پذیری است. همه آنها با جوشکاری خوب مشخص می شوند.
برای استفاده از آلیاژها در ساخت آهن ربا، آنها را با کبالت و مس آلیاژ می کنند. در این حالت ماده سختی و شکنندگی پیدا می کند و ساختاری درشت دانه دارد. آلیاژهای Alni به عنوان یک ماده ساختاری برای قطعات توربین گاز و موتورهای جت استفاده می شود که در دماهای بالای بیش از 1000 درجه سانتیگراد برای مدت طولانی کار می کنند و فلز را بدون آسیب نگه می دارند.
نتیجه گیری
همه فلزاتی که به شدت در صنعت مدرن استفاده می شود آلیاژ هستند. به عنوان مثال تقریباً تمام آهنی که در دنیا تولید می شود برای تولید آهن و فولاد استفاده می شود. این را می توان با این واقعیت توضیح داد که آلیاژها دارای خواص بهتری نسبت به فلزاتی هستند که از آنها به دست می آیند. لازم به ذکر است که آلیاژهای تولید شده توسط صنعت دارای خواص مشترکی برای آنها هستند: استحکام، سختی، کشسانی و انعطاف پذیری. و آهن نیکل نیز دارای خواص مغناطیسی هستند که در طول تولید با کمک آلیاژهای اضافی افزایش می یابد.
