โลหะที่ไม่ใช่โลหะผสม

วัสดุเหล็กถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมวิศวกรรมเนื่องจากคุณสมบัติที่เหนือกว่าคุณสมบัติเชิงกลที่หลากหลายและต้นทุนที่ต่ำกว่า ถึงกระนั้นวัสดุที่ไม่ใช่เหล็กยังถูกใช้ในการใช้งานที่หลากหลายสำหรับคุณสมบัติเฉพาะเมื่อเทียบกับโลหะผสมเหล็กแม้ว่าโดยทั่วไปจะมีต้นทุนสูงก็ตาม คุณสมบัติเชิงกลที่ต้องการสามารถรับได้ในโลหะผสมเหล่านี้โดยการชุบแข็งการชุบแข็งตามอายุ ฯลฯ แต่ไม่ผ่านกระบวนการบำบัดความร้อนตามปกติที่ใช้สำหรับโลหะผสมเหล็ก วัสดุที่ไม่ใช่เหล็กหลักที่สนใจ ได้แก่ อลูมิเนียมทองแดงสังกะสีและแมกนีเซียม

1. อลูมิเนียม

ในบรรดาโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็กอลูมิเนียมและโลหะผสมมีความสำคัญที่สุดเนื่องจากคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม คุณสมบัติบางประการของอลูมิเนียมบริสุทธิ์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมวิศวกรรม ได้แก่ :

1) การนำความร้อนที่ดีเยี่ยม (0.53 cal / cm / C)
2) การนำไฟฟ้าดีเยี่ยม (376600 / โอห์ม / ซม.)
3) ความหนาแน่นของมวลต่ำ (2.7 g / cm)
4) จุดหลอมเหลวต่ำ (658C)
5) ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม
6) ปลอดสารพิษ
7) มีค่าการสะท้อนแสงสูงสุด (85 ถึง 95%) และการแผ่รังสีต่ำมาก (4 ถึง 5%)
8) มีความนุ่มและเหนียวมากเนื่องจากมีคุณสมบัติในการผลิตที่ดีมาก

แอปพลิเคชั่นบางอย่างที่ใช้อลูมิเนียมบริสุทธิ์โดยทั่วไปจะอยู่ในตัวนำไฟฟ้าวัสดุครีบหม้อน้ำชุดเครื่องปรับอากาศตัวสะท้อนแสงและแสงและฟอยล์และวัสดุบรรจุภัณฑ์ 

แม้ว่าจะมีการใช้งานที่เป็นประโยชน์ข้างต้น แต่อลูมิเนียมบริสุทธิ์ก็ไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากปัญหาต่อไปนี้:

1) มีความต้านทานแรงดึงต่ำ (65 MPa) และความแข็ง (20 BHN)
2. เป็นเรื่องยากมากที่จะเชื่อมหรือบัดกรี

คุณสมบัติเชิงกลของอลูมิเนียมสามารถปรับปรุงได้อย่างมากโดยการผสม องค์ประกอบโลหะผสมหลักที่ใช้ ได้แก่ ทองแดงแมงกานีสซิลิคอนนิกเกิลและสังกะสี

อลูมิเนียมและทองแดงเป็นสารประกอบทางเคมี CuAl2 เหนืออุณหภูมิ 548 C จะละลายได้อย่างสมบูรณ์ในอะลูมิเนียมเหลว เมื่อสิ่งนี้ดับและมีอายุเทียม (การถือครองเป็นเวลานานที่ 100 - 150C) จะได้โลหะผสมที่ชุบแข็ง CuAl2 ซึ่งยังไม่แก่จะไม่มีเวลาตกตะกอนจากสารละลายของแข็งของอลูมิเนียมและทองแดงดังนั้นจึงอยู่ในตำแหน่งที่ไม่เสถียร (อิ่มตัวมากที่อุณหภูมิห้อง) กระบวนการชราจะตกตะกอนอนุภาคที่ละเอียดมากของ CuAl2 ซึ่งทำให้เกิดการเสริมความแข็งแกร่งของโลหะผสม กระบวนการนี้เรียกว่าการชุบแข็งสารละลาย

องค์ประกอบโลหะผสมอื่น ๆ ที่ใช้ ได้แก่ แมกนีเซียมสูงถึง 7% แมงกานีสสูงถึง 1. 5% ซิลิกอนสูงถึง 13% นิกเกิลสูงถึง 2% สังกะสี 5% และเหล็กสูงถึง 1.5% นอกจากนี้ยังอาจเพิ่มไททาเนียมโครเมียมและโคลัมเบียในเปอร์เซ็นต์ที่เล็กน้อย องค์ประกอบของโลหะผสมอลูมิเนียมทั่วไปบางส่วนที่ใช้ในการขึ้นรูปถาวรและการหล่อขึ้นรูปแสดงไว้ในตารางที่ 2 10 พร้อมการใช้งาน คุณสมบัติเชิงกลที่คาดว่าจะได้รับจากวัสดุเหล่านี้หลังจากถูกหล่อโดยใช้แม่พิมพ์ถาวรหรือการหล่อด้วยความดันแสดงไว้ในตารางที่ 2.1

2. ทองแดง

เช่นเดียวกับอลูมิเนียมทองแดงบริสุทธิ์ยังพบว่ามีการใช้งานที่หลากหลายเนื่องจากคุณสมบัติดังต่อไปนี้

1) การนำไฟฟ้าของทองแดงบริสุทธิ์สูง (5.8 x 105 / โอห์ม / ซม.) ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุด สิ่งเจือปนเพียงเล็กน้อยทำให้การนำไฟฟ้าลดลงอย่างมาก ตัวอย่างเช่นฟอสฟอรัส 0. 1% ช่วยลดการนำไฟฟ้าได้ 40%

2) มีการนำความร้อนสูงมาก (0. 92 cal / cm / C)

3) เป็นโลหะหนัก (ความถ่วงจำเพาะ 8.93)

4) สามารถเชื่อมต่อเข้าด้วยกันได้อย่างง่ายดายโดยการประสาน

5) ต่อต้านการกัดกร่อน

6) มีสีที่ถูกใจ

ทองแดงบริสุทธิ์ใช้ในการผลิตสายไฟฟ้าบัสบาร์สายส่งท่อตู้เย็นและท่อ

สมบัติเชิงกลของทองแดงในสถานะบริสุทธิ์ไม่ดีมาก มีความนุ่มและค่อนข้างอ่อนแอ สามารถผสมให้เป็นประโยชน์เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกล องค์ประกอบโลหะผสมหลักที่ใช้ ได้แก่ สังกะสีดีบุกตะกั่วและฟอสฟอรัส

โลหะผสมของทองแดงและสังกะสีเรียกว่าทองเหลือง ด้วยปริมาณสังกะสีสูงถึง 39% ทองแดงจึงสร้างโครงสร้างเฟสเดียว (α-phase) โลหะผสมดังกล่าวมีความเหนียวสูง สีของโลหะผสมยังคงเป็นสีแดงจนถึงสังกะสี 20% แต่นอกเหนือจากนั้นจะกลายเป็นสีเหลือง ส่วนประกอบโครงสร้างที่สองที่เรียกว่าเฟสเฟสปรากฏระหว่าง 39 ถึง 46% ของสังกะสี จริงๆแล้วมันเป็นสารประกอบระหว่างโลหะ CuZn ซึ่งรับผิดชอบต่อความแข็งที่เพิ่มขึ้น ความแข็งแรงของทองเหลืองจะเพิ่มขึ้นอีกเมื่อเติมแมงกานีสและนิกเกิลในปริมาณเล็กน้อย

โลหะผสมของทองแดงกับดีบุกเรียกว่าสัมฤทธิ์ ความแข็งและความแข็งแรงของทองสัมฤทธิ์เพิ่มขึ้นตามรอยพับในปริมาณดีบุก ความเหนียวจะลดลงด้วยการเพิ่มขึ้นของเปอร์เซ็นต์ดีบุกที่สูงกว่า 5 เมื่อเพิ่มอลูมิเนียมด้วย (4 ถึง 11%) โลหะผสมที่ได้จะเรียกว่าอลูมิเนียมบรอนซ์ซึ่งมีความต้านทานการกัดกร่อนสูงกว่ามาก สีบรอนซ์มีราคาค่อนข้างแพงเมื่อเทียบกับทองเหลืองเนื่องจากมีดีบุกซึ่งเป็นโลหะที่มีราคาแพง

3. โลหะที่ไม่ใช่เหล็กอื่น ๆ

สังกะสี

สังกะสีถูกนำมาใช้ในงานวิศวกรรมเป็นหลักเนื่องจากมีอุณหภูมิหลอมละลายต่ำ (419.4 C) และมีความต้านทานการกัดกร่อนสูงขึ้นซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามความบริสุทธิ์ของสังกะสี ความต้านทานการกัดกร่อนเกิดจากการก่อตัวของเคลือบออกไซด์ป้องกันบนพื้นผิว การใช้งานหลักของสังกะสีคือการชุบสังกะสีเพื่อป้องกันเหล็กจากการกัดกร่อนในอุตสาหกรรมการพิมพ์และสำหรับงานหล่อ

ข้อเสียของสังกะสีคือ anisotropy ที่แข็งแกร่งซึ่งแสดงภายใต้สภาวะที่ผิดรูปการขาดความเสถียรของมิติภายใต้สภาวะที่มีอายุมากการลดแรงกระแทกที่อุณหภูมิต่ำลงและความไวต่อการกัดกร่อนระหว่างเม็ด ไม่สามารถใช้บริการที่อุณหภูมิสูงกว่า 95 C ได้เนื่องจากจะทำให้ความต้านทานแรงดึงและความแข็งลดลงอย่างมาก

การใช้งานอย่างแพร่หลายในการหล่อแม่พิมพ์เนื่องจากต้องใช้แรงดันต่ำซึ่งส่งผลให้อายุการใช้งานของแม่พิมพ์สูงขึ้นเมื่อเทียบกับโลหะผสมอื่น ๆ นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการแปรรูปที่ดีมาก ผิวเคลือบที่ได้จากการหล่อด้วยสังกะสีมักจะเพียงพอที่จะรับประกันการประมวลผลใด ๆ ต่อไปยกเว้นการถอดแฟลชที่อยู่ในระนาบแยกส่วน

แมกนีเซียม

เนื่องจากน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีจึงใช้โลหะผสมแมกนีเซียมในความเร็วสูงมาก สำหรับความแข็งเดียวกันแมกนีเซียมอัลลอยด์ต้องการเพียง 37. 2% ของน้ำหนักเหล็ก C25 จึงช่วยประหยัดน้ำหนักได้ องค์ประกอบโลหะผสมหลักสองอย่างที่ใช้คืออลูมิเนียมและสังกะสี โลหะผสมแมกนีเซียมสามารถหล่อทรายหล่อแม่พิมพ์ถาวรหรือหล่อตาย คุณสมบัติของส่วนประกอบแมกนีเซียมอัลลอยด์แบบหล่อทรายนั้นเทียบได้กับส่วนประกอบของแม่พิมพ์หล่อถาวรหรือชิ้นส่วนหล่อตาย โลหะผสมหล่อขึ้นรูปโดยทั่วไปแล้วพันธมิตรจะมีปริมาณทองแดงสูงเพื่อให้สามารถทำจากโลหะทุติยภูมิเพื่อลดต้นทุน ใช้สำหรับทำล้อรถยนต์กล่องข้อเหวี่ยง ฯลฯ ยิ่งมีเนื้อหาสูงความแข็งแรงเชิงกลของโลหะผสมแมกนีเซียมที่ทำจากแมกนีเซียมก็จะสูงขึ้นเช่นส่วนประกอบที่รีดและปลอมแปลง โลหะผสมแมกนีเซียมสามารถเชื่อมได้อย่างง่ายดายโดยกระบวนการเชื่อมแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ คุณสมบัติที่มีประโยชน์มากของโลหะผสมแมกนีเซียมคือความสามารถในการแปรรูปสูง พวกเขาต้องการพลังงานประมาณ 15% สำหรับการตัดเฉือนเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ