اثرات عناصر موجود در آلیاژها بر خواص مکانیکی 

افزودن عناصر فلزی مختلف در یک آلیاژ می تواند به طور قابل توجهی بر خواص مکانیکی آن (مانند استحکام، سختی، شکل پذیری، چقرمگی، مقاومت در برابر خوردگی و غیره) تأثیر بگذارد.

در زیر نقش عناصر فلزی رایج در آلیاژها و تأثیر آنها بر خواص مکانیکی آورده شده است:

1. کربن (C)

(1) استفاده کنید: عمدتا در فولاد و چدن یافت می شود و کاربیدهایی را با آهن تشکیل می دهد (مانند Fe3C).

(2) تأثیر:

① استحکام/سختی: افزایش محتوای کربن به طور قابل توجهی سختی و استحکام را افزایش می دهد (مانند فولاد با کربن بالا)، اما مقادیر بیش از حد می تواند منجر به شکنندگی شود.

② شکل پذیری: هر چه محتوای کربن بیشتر باشد، شکل پذیری و چقرمگی کمتری دارد.

③ قابلیت جوشکاری: فولاد با کربن بالا خواص جوشکاری ضعیفی دارد.

2. کروم (Cr)

(1) استفاده کنید: عنصر کلیدی برای فولاد ضد زنگ (مانند 304، 316) و فولاد ابزار.

(2) تأثیر:

① مقاومت در برابر خوردگی: یک فیلم اکسید غیرفعال (Cr2O3) برای بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت در برابر خوردگی تشکیل می دهد.

②.سختی/استحکام: برای بهبود سختی و مقاومت در برابر سایش، کاربیدهایی را با کربن (مانند Cr23C6) تشکیل می دهد.

③ عملکرد دمای بالا: استحکام در دمای بالا (مانند فولاد مقاوم در برابر حرارت) را افزایش می دهد.

3. نیکل (نیکل)

(1) برنامه های کاربردی: فولاد ضد زنگ (مانند 304)، آلیاژهای با دمای بالا (مانند Inconel) و آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی.

(2) تأثیر:

① سختی: چقرمگی و شکل پذیری در دمای پایین را بهبود می بخشد (مانند فولاد نیکل برای محیط های با دمای پایین).

② مقاومت در برابر خوردگی: مقاومت در برابر اسیدها و قلیاها را افزایش می دهد.

③ تثبیت آستنیت: در فولاد ضد زنگ، با کروم همکاری می کند تا ساختار آستنیتی ایجاد کند (مانند فولاد 304).

4.مولیبدن (Mo)

(1) برنامه های کاربردی: فولاد با استحکام بالا (مانند 4140)، فولاد ضد زنگ (مانند 316) و آلیاژهای با دمای بالا.

(2) تأثیر:

① استحکام / مقاومت در برابر حرارت: استحکام دمای بالا و مقاومت در برابر خزش را بهبود می بخشد.

② مقاومت در برابر خوردگی: مقاومت در برابر خوردگی تنش کلرید (مانند فولاد ضد زنگ 316) را افزایش می دهد.

③. پالایش دانه: سختی پذیری را بهبود می بخشد.

5. منگنز (Mn)

(1) برنامه های کاربردی: فولاد کربنی (مانند A36)، فولاد کم آلیاژ با استحکام بالا (HSLA) و فولاد منگنز آستنیتی (مانند فولاد هادفیلد).

(2) تأثیر:

① اکسید زدایی/گوگردزدایی: اثرات مضر گوگرد را کاهش می دهد (به جای FeS MnS را تشکیل می دهد).

②.سختی پذیری: سختی و مقاومت در برابر سایش را بهبود می بخشد (به عنوان مثال فولاد منگنز بالا برای سطل های بیل مکانیکی).

③ تثبیت آستنیت: جایگزینی جزئی نیکل در فولاد ضد زنگ.

6. سیلیکون (Si)

(1) موارد استفاده: فولاد فنری (به عنوان مثال 65Mn)، فولاد الکتریکی و آلیاژهای آلومینیوم (به عنوان مثال سری 4xxx).

(2) تأثیر:

① استحکام/کشسانی: استحکام و حد الاستیک فولاد (به عنوان مثال فولاد فنر سیلیکونی- منگنزی) را بهبود می بخشد.

②. اکسید کننده: در هنگام فولادسازی اکسیژن را حذف می کند.

③ خواص مغناطیسی: نفوذپذیری مغناطیسی فولاد الکتریکی را بهبود می بخشد.

7. آلومینیوم (Al)

(1) موارد استفاده: آلیاژهای آلومینیوم (مانند 6061)، آلیاژهای با دمای بالا (مانند Fe-Cr-Al) و اکسید زداها.

(2) تأثیر:

① سبک وزن: چگالی را کاهش می دهد (آلیاژهای آلومینیوم حدود 2/3 سبک تر از فولاد هستند).

② مقاومت در برابر خوردگی: لایه محافظ Al2O3 را تشکیل می دهد.

③. پالایش دانه: از رشد دانه در فولاد جلوگیری می کند.

8. تیتانیوم (Ti)

(1) برنامه های کاربردی: آلیاژهای تیتانیوم (به عنوان مثال Ti-6Al-4V)، فولادهای ضد زنگ (به عنوان مثال 321) و آلیاژهای با دمای بالا.

(2) تأثیر:

① نسبت قدرت/وزن: آلیاژهای تیتانیوم استحکام ویژه بسیار بالایی دارند.

② مقاومت در برابر خوردگی: در برابر خوردگی آب دریا و کلرید مقاوم است.

③ تشکیل کاربید: کربن موجود در فولاد را برای جلوگیری از خوردگی بین دانه ای ثابت می کند (به عنوان مثال فولاد ضد زنگ 321).

9. مس (مس)

(1) برنامه های کاربردی: برنج (Cu-Zn)، برنز (Cu-Sn) و فولادهای سخت کننده بارش (به عنوان مثال 17-4PH).

(2) تأثیر:

① مقاومت در برابر خوردگی: مقاومت در برابر خوردگی اتمسفر را بهبود می بخشد (به عنوان مثال فولاد در برابر هوا).

② هدایت الکتریکی/حرارتی: آلیاژهای مس دارای هدایت الکتریکی عالی هستند.

③ تقویت بارش: فاز ε-Cu را در فولاد تشکیل می دهد (به عنوان مثال فولاد ضد زنگ 17-4PH).

10. وانادیوم (V)

(1) برنامه های کاربردی: فولادهای ابزار (مانند D2)، فولادهای کم آلیاژ با مقاومت بالا (HSLA).

(2) تأثیر:

① پالایش دانه: تشکیل کربنیتریدها (مانند VC) برای مهار رشد دانه.

② استحکام/سختی: بهبود استحکام با حفظ چقرمگی (مانند فولاد HSLA).

11. تنگستن (W)

(1) برنامه های کاربردی: فولاد پرسرعت (مانند M2)، کاربید سیمانی (WC-Co) و آلیاژهای با دمای بالا.

(2) تأثیر:

①.سختی در دمای بالا: تشکیل کاربیدهای مقاوم در برابر سایش (مانند W2C).

②.سختی قرمز: فولاد با سرعت بالا سختی را در دماهای بالا حفظ می کند.

12. روی (روی)

(1) برنامه های کاربردی: فولاد گالوانیزه (جلوگیری از زنگ زدگی)، برنج (Cu-Zn) و آلیاژهای آلومینیوم (مانند سری 7xxx).

(2) تأثیر:

① حفاظت آند قربانی: لایه روی از ماتریس فولادی محافظت می کند.

② قدرت: یک فاز تقویتی در آلیاژهای آلومینیوم (مانند Zn-Mg-Cu، آلیاژ آلومینیوم 7075) تشکیل می دهد.

خلاصه: تأثیر اصلی عناصر بر خواص مکانیکی

با تنظیم محتوا و ترکیب این عناصر، آلیاژها را می توان برای رفع نیازهای خاص (مانند فولادهای با استحکام بالا، آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی یا آلیاژهای با دمای بالا) طراحی کرد.