Aliaj (metalurgie)

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Un aliaj este o combinație de soluție sau amestec de două sau mai multe elemente dintre care cel puțin unul este un metal și al cărui material rezultat are proprietăți metalice diferite de cele ale componentelor sale.

Un aliaj cu două componente se numește „binar”; una cu trei este o ligă ternară și una cu patru este o ligă cuaternară.

Aliajele sunt de obicei concepute pentru a avea proprietăți mai dorite decât cele ale componentelor lor. De exemplu, oțelul (aliaj de fier - carbon ) are o rezistență mecanică mai mare decât fierul , componenta sa principală, iar alama (aliaj de cupru - zinc ) este mai dur decât cuprul și mai strălucitor decât zincul .

Spre deosebire de metalele pure, multe aliaje nu au un singur punct de topire, ci trec printr-un domeniu de topire în care materialul este un amestec de fază solidă și lichidă . Temperatura la care începe topirea se numește solidus și temperatura la care topirea este completă se numește liquidus . Cu toate acestea, aliajele speciale pot fi proiectate cu un singur punct de topire : acestea sunt denumite eutectice .

Uneori, un aliaj este desemnat cu cel mai important nume de metal: „ aurul până la 14 karate este un aliaj de aur cu alte elemente; la fel se întâmplă și cu argintul folosit în bijuterii și cu aluminiul folosit în structuri.

Într-un aliaj pot exista diferite cazuri bazate pe acțiunile reciproce dintre atomi :

  • soluție solidă dezordonată dacă atomi diferiți se atrag reciproc cu aceeași forță ca și atomii egali se atrag reciproc. Rezultatul este o distribuție atomică aleatorie într-o rețea cristalină omogenă;
  • soluție solidă ordonată dacă atomi diferiți se atrag reciproc cu forțe mai mari decât forțele de atracție dintre atomi egali;
  • compus intermetalic dacă atomi diferiți au o electronegativitate semnificativ diferită și structura dobândește, prin urmare, unele caracteristici tipice unui compus chimic; în cazul extrem în care o componentă este atât de electronegativ încât să formeze un compus ionic (de exemplu nemetale , cum ar fi S 8 , O 2 , Cl 2 ), există un compus chimic și nu un aliaj;
  • aliaj eutectic dacă atomii egali atrag mai mult decât atomi diferiți și, prin urmare, se nasc alternanțe de cristale ale uneia și celeilalte specii. Numite A și B cele două specii atomice ale aliajului eutectic, solubilitatea atomului B în rețeaua cristalină a lui A (și invers) este extrem de redusă: aliajul eutectic constă din două faze.

Solutie solida

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: soluție solidă .

În analogie cu soluțiile lichide există soluții metalice solide, acestea sunt formate dintr-o matrice de atomi ( solvent ) în care sunt prezenți atomi diferiți ai unui al doilea element ( solut ) în poziții substituționale sau interstițiale. Cantitatea maximă de substanță dizolvată care poate fi prezentă în solvent în condiții de echilibru se numește „limita de solubilitate ”. Pentru ca un anumit element să posede o solubilitate ridicată în rețeaua unui alt metal, trebuie să existe anumite condiții în același timp ( regulile Hume-Rothery ):

  • dimensiuni atomice : soluția nu trebuie să aibă o rază atomică care să difere cu mai mult de 15% de cea a solventului;
  • structură cristalină : structurile trebuie să fie cât se poate de similare sau la fel;
  • electronegativitate : electronegativitățile trebuie să fie aceleași sau cât mai asemănătoare posibil;
  • valență : valențele atomilor trebuie să fie cât se poate de asemănătoare.

Soluțiile solide diferă de aliajele eutectice prin faptul că sunt omogene și diferă de compuși prin faptul că constituenții lor pot fi prezenți într-un anumit interval de compoziție (în loc să fie prezenți în procente fixe).

Din diagrama de stare este posibil să se prezică structura cristalină în care se solidifică o soluție. Divergența dintre curbele lichid și solidus duce la îmbogățirea locală în componenta de topire scăzută la interfața solid-lichid; temperatura lichidului interfeței, care depinde de compoziția sa, poate presupune, prin urmare, valori mai mici sau mai mari decât cele efective ale fluidului metalic, în funcție de gradientul termic: acestea sunt condițiile pentru care există un constituțional sau subrăcirea compoziției .
Structurile care pot fi observate sunt:

  • structură terasată , în absența subrăcirii constituționale;
  • structura celulară hexagonală , cu subrăcire limitată;
  • structură dendritică , cu subrăcire marcată.

Aliaj eutectic

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Eutectica .
Patru morfologii diferite ale unui sistem eutectic: [1]
A) Lamelar
B) Fibros
C) Globular
D) Acicular

Când componentele nu sunt solubile între ele sau depășesc solubilitatea maximă, se formează un agregat de faze solide, fiecare constând dintr-un element chimic , un compus sau o soluție solidă: acesta este „aliajul eutectic”. Majoritatea oțelurilor și fontelor sunt formate din aliaje eutectice

De obicei matricea este constituită dintr-o soluție solidă, constituind prima componentă a aliajului, cu a doua componentă în interior, adesea un compus intermetalic , prezent în cantitate mai mică, dar a cărui formă și distribuție influențează considerabil proprietățile aliajului.
Cele mai frecvente distribuții sunt lamelare, globulare, aciculare și fibroase , a căror formare depinde de compoziție, rata de nucleație și creșterea boabelor cristaline.

Deosebit de importantă este „cristalizarea ritmică”: dacă una dintre cele două faze se solidifică mai întâi, lichidul se îmbogățește cu cea de-a doua componentă și astfel se favorizează solidificarea celeilalte faze, adesea conform orientărilor cristalografice definite care reduc energia de cazare; astfel se ajunge la aranjamentul lamelar. O condiție necesară este ca procentele volumetrice ale celor două faze să nu fie prea diferite.

Prin variația gradientului termic, a ratei de solidificare și a compozițiilor, se pot crea celelalte distribuții. Transformarea eutectică se numește transformare invariantă deoarece are loc în condiții de echilibru la o anumită temperatură și compoziție a aliajului, care nu poate fi variată.

Solidificarea aliajelor metalice

În ceea ce privește solidificarea aliajelor, se disting trei cazuri fundamentale:

  • metale complet solubile în stare solidă;
  • solubilitate parțială în stare solidă;
  • insolubilitate completă în stare solidă.

Metale complet solubile în stare solidă

Prin adăugarea unor cantități crescânde de metal B la un metal A, punctele de început și sfârșit de solidificare scad treptat dacă cele două metale sunt complet miscibile între ele. Evident, opusul se întâmplă prin creșterea cantității de A în B. Din diagrama de stare, construită pornind de la curbele de răcire, se poate observa că la răcirea unui amestec lichid care conține, de exemplu, 34% din A și 66% din B, a ajuns la punctul în care începe solidificarea , dacă primele fracții de solid care se formează sunt separate, compoziția sa (a solidului) este foarte diferită de cea a lichidului: de fapt, acest solid conține 60% din A și 40% din B. Lichidul rămas este, prin urmare, îmbogățit cu B și compoziția sa se deplasează de-a lungul curbei lichidului spre dreapta; în consecință și compoziția solidului care se formează treptat dintr-un lichid cu compoziție variabilă se deplasează spre dreapta urmând curba solidusului. Solidificarea se termină atunci când solidul atinge concentrația lichidului de pornire.

Solubilitate parțială în stare solidă

În unele cazuri, curbele lichid și solid se ating într-un punct minim și, la o temperatură mai scăzută, există o curbă de miscibilitate datorită faptului că condițiile deja indicate nu sunt verificate: amestecurile lichide care se solidifică formează cristale alfa amestecate, dar la temperaturi sub la o anumită temperatură (funcția aliajului luat în considerare) aceste cristale conțin o cantitate excesivă a unuia dintre cele două metale, care va ieși din rețea împreună cu o anumită cantitate din celălalt metal, pentru a forma noi cristale beta.

Insolubilitate completă în stare solidă

Dacă diferența de miscibilitate se extinde pentru a atinge axele de coordonate, există o insolubilitate completă în starea solidă. Din amestecurile lichide, la punctul de solidificare, se formează germenii cristalini ai metalelor pure, iar aliajele solide vor consta din boabele celor două metale separate. Dacă aliajele sunt de compoziție eutectică, boabele vor consta dintr-o împletire densă a celor două metale; pentru celelalte amestecuri va exista un anumit procent de eutectic, iar restul solidului este format din boabe din cele două metale care nu se separă niciodată

Aligantele

Aligantele sunt elemente utilizate în metalurgie pentru a modifica caracteristicile unui material pentru a-l face adecvat nevoilor necesare. Aceste elemente sunt adăugate în cantități stabilite atunci când materialul este în stare lichidă. De exemplu, întregul oțel poate fi adăugat nichel , crom și molibden (oțel 42NiCrMo4); alți agenți de aliere adăugați la oțel sunt: titan , cupru , aluminiu , tungsten și plumb .

Exemple de aliaje metalice

Notă

  1. ^ Smith, William F.; Hashemi, Javad (2006). Fundamentele științei și ingineriei materialelor (ediția a IV-a). McGraw-Hill. ISBN 0-07-295358-6 . p. 333

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Thesaurus BNCF 14379 · LCCN (RO) sh85003721 · GND (DE) 4035035-6 · BNF (FR) cb119579618 (data) · NDL (RO, JA) 00562535
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Lega_(metallurgia)&oldid=119436933 ”