انواع فلز – فلزات خالص، آلیاژها و کاربردهای آنها

انواع فلز

فلزات و پیشرفت در فرآیندهای تولید انواع فلز، انقلاب صنعتی را به ما داد. این منجر به رشد تصاعدی تمدن بشری شد و ما را به جایگاه امروزی رساند. امروزه انواع مختلفی از فلزات در اطراف ما وجود دارند. از رایانه ای که برای خواندن این اطلاعات روی گیره های لوله کشی خود استفاده می کنید. امروزه بیش از هشتاد نوع مختلف فلز مورد استفاده قرار می گیرد.

در مورد ورق سیلیکون چه میدانید؟ ورق سیلیکونی نسبت به سایر مواد عایق مشابه در کاربردهای الکتریکی انعطاف پذیری بسیار بیشتری دارد.

انواع فلزات و طبقه بندی آنها

تعداد زیادی فلز در طبیعت موجود است. بسته به اینکه از چه ویژگی یا ویژگی به عنوان معیار استفاده می کنید، آنها را می توان به روش های مختلفی طبقه بندی کرد.

طبقه بندی بر اساس محتوای آهن

رایج ترین روش طبقه بندی آنها بر اساس میزان آهن آنها است.

هنگامی که یک فلز حاوی آهن باشد، به عنوان فلز آهنی شناخته می شود . آهن خواص مغناطیسی به مواد می دهد و همچنین آنها را مستعد خوردگی می کند. فلزاتی که آهن ندارند، فلزات غیرآهنی هستند. این فلزات خاصیت مغناطیسی ندارند. به عنوان مثال می توان به آلومینیوم، سرب، برنج، مس و روی اشاره کرد.

طبقه بندی بر اساس ساختار اتمی

آنها همچنین ممکن است بر اساس ساختار اتمی خود طبق جدول تناوبی طبقه بندی شوند. پس از اتمام، یک فلز ممکن است به عنوان قلیایی، قلیایی خاکی یا فلز واسطه شناخته شود. فلزات متعلق به یک گروه در هنگام واکنش با عناصر دیگر رفتار مشابهی دارند. بنابراین، آنها خواص شیمیایی مشابهی دارند.

فلزات مغناطیسی و غیر مغناطیسی

روش دیگر برای متمایز کردن فلزات، بررسی نحوه تعامل آنها با آهنربا است. بر این اساس می توان فلزات را به مغناطیسی و غیر مغناطیسی تقسیم کرد .

در حالی که فلزات فرومغناطیسی به شدت به سمت آهنربا جذب می شوند، فلزات پارامغناطیس فقط برهمکنش ضعیفی را نشان می دهند. در نهایت، گروهی به نام فلزات دیامغناطیس وجود دارد که نسبت به آهنرباها دافعه ضعیفی از خود نشان می دهند.

آهن، آلیاژهای آن و خواص آنها

همه فلزات دارای برخی خواص مکانیکی مشابه مواد هستند . اما هنگامی که از نزدیک مورد قضاوت قرار گیرد، یک فلز در خواص خاص دارای لبه کمی نسبت به دیگری خواهد بود. در هنگام ایجاد آلیاژها با مخلوط کردن عناصر خالص می توان خواص را تغییر داد.

هنگام انتخاب یک فلز برای یک کاربرد خاص، چندین فاکتور برای یافتن مناسب‌ترین گزینه باید در نظر گرفته شود. این عوامل عبارتند از: نقطه ذوب، هزینه، سهولت ماشینکاری، ضریب ایمنی کافی، فضای موجود، ضریب دما، هدایت حرارتی و الکتریکی، چگالی و غیره. .

آهن

اغراق نیست اگر از آهن به عنوان رگ حیات تمدن خود یاد کنیم. تقریباً 5 درصد از پوسته زمین آهن است . بنابراین، یافتن فلزی فوق العاده آسان است. اگرچه آهن خالص عنصری ناپایدار است. در اولین فرصت با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و اکسید آهن تشکیل می دهد.

برای استخراج آهن از سنگ معدن آن از کوره بلند استفاده می شود. آهن خام از مرحله اول کوره بلند بدست می آید که می تواند برای به دست آوردن آهن خالص بیشتر تصفیه شود. این آهن اغلب به فولادها و آلیاژهای دیگر ختم می شود. تقریباً 90 درصد از فلزات ساخته شده فلزات آهنی هستند.

به عنوان مثال، فولاد یک فلز آهنی است که کاربردهای مختلفی دارد. ما نمی توانیم پتانسیل واقعی آهن را بدون یادگیری در مورد فولاد درک کنیم.

فولاد

آهن خالص نسبت به سایر فلزات قوی تر است اما چیزهای زیادی باقی می ماند. برای مثال، آهن خالص در برابر خوردگی مقاوم نیست. برای جلوگیری از خوردگی آهن باید هزینه و انرژی زیادی صرف شود. ثانیاً به دلیل تراکم بالا بسیار سنگین است. این معایب می تواند ساخت و نگهداری سازه ها را سخت تر کند.

افزودن کربن به آهن این ضعف ها را تا حدی کاهش می دهد. این مخلوط از آهن و کربن تا حد مشخصی به فولاد کربنی معروف است. افزودن کربن به آهن، آهن را بسیار قوی‌تر می‌کند و ویژگی‌های عالی دیگری را به آن می‌دهد.

عناصر دیگر ممکن است به مقدار کمی اضافه شوند تا خواص آنها را با هم ترکیب کنند. بیایید نگاهی به نحوه طبقه بندی فولاد و توانایی آن بیندازیم.

انواع فولاد و کاربرد آنها چیست؟

فولاد به دلیل خواص عالی آن یک مصالح ساختمانی محبوب است. امروزه بیش از 3500 گرید فولاد در دسترس است. استحکام کششی بالا و نسبت استحکام به وزن بالایی دارد . این به معنای استحکام بیشتر در واحد جرم فولاد است. این امکان استفاده از قطعات و اجزای فولادی را فراهم می کند که اندازه کوچکی دارند اما همچنان قوی هستند.

فولاد نیز بسیار بادوام است. این بدان معنی است که یک سازه فولادی می تواند بیشتر از سایر گزینه ها دوام بیاورد و در برابر عوامل خارجی بهتر مقاومت کند. همچنین انعطاف پذیر است و می تواند بدون به خطر انداختن خواص آن به اشکال مورد نیاز شکل گیرد. بسته به میزان آهن، فولاد به سه دسته طبقه بندی می شود.

طبقه بندی فولاد کربن AISI

میلگردهای فولادی کم کربن

• فولاد کم کربن تا 0.25 درصد کربن موجود در آهن به ما فولاد کم کربن می دهد که به عنوان فولاد ملایم نیز شناخته می شود . برای لوله کشی در کاربردهای فشار متوسط ​​استفاده می شود. میلگردهای تقویت کننده و تیرهای I در ساختمان معمولاً از فولاد کم کربن هستند. هر کاربردي که نياز به مقدار زيادي فولاد بدون شکل دهي يا خمش زياد داشته باشد نيز براي آن مناسب است. به عنوان مثال بدنه کشتی است.
• فولاد کربن متوسط. حاوی 0.25 … 0.6٪ کربن است. کاربردهای فولاد کربن متوسط ​​شامل مواردی است که به استحکام کششی و شکل پذیری بالا نیاز دارند. آنها در چرخ دنده ها و شفت ها، چرخ ها و ریل های راه آهن، تیرهای فولادی در ساختمان ها و پل ها و غیره کاربرد دارند. کاربرد دیگر مخازن تحت فشار است، مگر اینکه حاوی گازهای سرد یا مایعات به دلیل تمایل به ترک سرد باشد.
• فولاد کربن بالا. فولادی که بیش از 0.6 درصد کربن دارد، فولاد پرکربن است. این فولاد سخت تر و شکننده تر از دو فولاد قبلی است. در ساخت اسکنه و ابزار برش کاربرد دارد. کیفیت عالی شامل سختی و مقاومت خوب در برابر سایش مواد است . همچنین ممکن است در پرس ها و برای ساخت مته ها استفاده شود.

اگرچه همه فولادهای ذکر شده در بالا معمولاً به عنوان فولادهای کربنی شناخته می شوند، اما حاوی عناصر دیگری برای بهبود خواص خاص هستند. مانند کروم برای مقاومت در برابر خوردگی یا منگنز برای بهبود سختی و استحکام کششی.

فولادهای آلیاژی

این نوع فلز حاوی عناصر متعددی برای افزایش خواص مختلف است. فلزاتی مانند منگنز، تیتانیوم، مس، نیکل، سیلیکون و آلومینیوم ممکن است به نسبت های مختلف اضافه شوند.

این امر سختی پذیری، جوش پذیری، مقاومت در برابر خوردگی، شکل پذیری و شکل پذیری فولاد را بهبود می بخشد. کاربردهای فولادهای آلیاژی عبارتند از موتورهای الکتریکی، یاتاقان ها، عناصر گرمایشی، فنرها، چرخ دنده ها و خطوط لوله.

• فولاد ضد زنگ : فولاد ضد زنگ حاوی مقادیر زیادی کروم است. به همین دلیل است که مقاومت آن در برابر خوردگی 200 برابر بیشتر از فولاد ملایم است. این کاندیدای ایده آل برای تولید ظروف آشپزخانه، لوله کشی، تجهیزات جراحی و دندانپزشکی است. همچنین، از آنجایی که هیچ پوششی لازم نیست، می‌توانید با روکش مناسب ظاهری فلزی داشته باشید .
• فولاد ابزار: از فولادهای ابزار برای ساخت ابزارهای برش و حفاری استفاده می شود . سختی بالای آنها آنها را به گزینه ای ایده آل برای این کاربردها تبدیل می کند. آنها حاوی مولیبدن، وانادیوم، کبالت و تنگستن به عنوان فلزات تشکیل دهنده هستند.

فولاد ابزار مقاوم در برابر ضربه در حال استفاده است

فولاد ابزار نوعی فلز است که در ساخت ریل، سیم، لوله، شفت و شیر نیز کاربرد دارد. فولاد ابزار عمدتاً در بخش های خودرو، کشتی سازی، ساخت و ساز و بسته بندی استفاده می شود.

انواع مختلف فلزات

علاوه بر فلزات آهنی، ما انتخاب زیادی از فلزات غیر آهنی داریم. هر کدام دارای ویژگی های خاصی هستند که آنها را در صنایع مختلف مفید می کند. 

آلومینیوم

آلومینیوم عمدتاً از سنگ معدن بوکسیت آن به دست می آید. سبک، قوی و کاربردی است. این فلز گسترده ترین فلز روی زمین است و استفاده از آن در همه جا کاربرد دارد.

این به دلیل خواص آن مانند دوام، سبک وزن، مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی الکتریکی و توانایی تشکیل آلیاژ با اکثر فلزات است. همچنین مغناطیسی نمی شود و به راحتی ماشین کاری می شود.

مس

هنگام صحبت در مورد انواع فلزات، مس و آلیاژهای آن را نمی توان نادیده گرفت. تاریخچه طولانی دارد زیرا شکل گیری آن آسان است. حتی امروزه نیز یک فلز مهم در صنعت است. در طبیعت به شکل خالص آن وجود ندارد. بنابراین ذوب و استخراج از سنگ معدن ضروری است.

فلزات رسانای خوبی هستند و مس بیشتر از بقیه برجسته است. به دلیل رسانایی الکتریکی عالی، در مدارهای الکتریکی به عنوان رسانا کاربرد پیدا می کند. رسانایی آن پس از نقره در رتبه دوم قرار دارد. همچنین دارای هدایت حرارتی عالی است. به همین دلیل است که بسیاری از ظروف پخت و پز از مس هستند.

مس شکل منحصر به فردی از خوردگی را نشان می دهد که منجر به تشکیل یک پتینه متمایز آبی-سبز می شود که نه تنها بر جذابیت زیبایی آن تأثیر می گذارد بلکه به عنوان یک لایه محافظ در برابر خوردگی بیشتر عمل می کند.

برنج

برنج آلیاژی از مس و روی است. مقدار هر یک از فلزات ممکن است بسته به خواص الکتریکی و مکانیکی فلز مورد نظر متفاوت باشد. همچنین حاوی مقادیر کمی از عناصر فلزی دیگر مانند آلومینیوم، سرب و منگنز است. برنج کاندیدای عالی برای کاربردهای کم اصطکاک مانند قفل، بلبرینگ ، لوله کشی، آلات موسیقی، ابزار و اتصالات است. برای جلوگیری از جرقه و امکان استفاده در محیط های قابل اشتعال در کاربردهای ذاتا ایمن ضروری است.

برنز

برنز نیز آلیاژی از مس است. اما به جای روی، برنز حاوی قلع است. افزودن عناصر دیگری مانند فسفر، منگنز، سیلیکون و آلومینیوم ممکن است خواص و مناسب بودن آن را برای یک کاربرد خاص بهبود بخشد. برنز شکننده، سخت است و به خوبی در برابر خستگی مقاومت می کند. همچنین دارای هدایت الکتریکی و حرارتی خوب و مقاومت در برابر خوردگی است. برنز در ساخت آینه و بازتابنده کاربرد دارد. برای اتصالات الکتریکی استفاده می شود. به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، در قطعات زیر آب و اتصالات کشتی استفاده می شود.

تیتانیوم

تیتانیوم به دلیل استحکام و سبک بودن یک فلز مهندسی مهم است. همچنین پایداری حرارتی بالایی حتی در دمای 480 درجه سانتیگراد دارد. با توجه به این ویژگی ها در صنعت هوافضا کاربرد پیدا می کند. تجهیزات نظامی یکی از موارد استفاده این فلز است. از آنجایی که تیتانیوم در برابر خوردگی نیز مقاوم است، کاربردهای پزشکی نیز از آن استفاده می کنند. تیتانیوم در صنایع شیمیایی و کالاهای ورزشی نیز کاربرد دارد.

روی

فولاد گالوانیزه

روی فلزی گسترده است و در بخش های پزشکی و صنعتی کاربرد زیادی پیدا می کند. کاربرد اصلی آن گالوانیزه کردن فولاد است. این از فولاد در برابر خوردگی محافظت می کند . روی همچنین برای تولید ریخته گری برای صنایع برق، سخت افزار و خودرو استفاده می شود. از آنجایی که روی پتانسیل الکتروشیمیایی پایینی دارد، کاربردهای آن شامل کاربردهای دریایی برای جلوگیری از خوردگی سایر فلزات از طریق حفاظت کاتدی است . آند روی قربانی ممکن است از شیرها، خطوط لوله و مخازن محافظت کند.

سرب

سرب یک فلز بسیار قابل ماشینکاری و مقاوم در برابر خوردگی است. لوله کشی و رنگ نمایانگر برخی موارد استفاده هستند. سرب به عنوان یک عامل ضد ضربه در بنزین استفاده می شد. بعداً مشخص شد که محصول جانبی این سرب مسئول عوارض جدی سلامتی است . سرب هنوز در مهمات، باتری ماشین، حفاظت در برابر تشعشع، وزنه برداری، پوشش کابل و غیره رایج است.