فلزات غیر آهنی: طبقه بندی و کاربردهای صنعتی

مبنای اموال طبقه بندی

فقط کمی بیش از هشتاد عنصر فلزی وجود دارد که به عنوان غیر آهنی طبقه بندی می شوند، اما تعداد آلیاژهای مفید ساخته شده از آنها بسیار بیشتر است. آلیاژهای غیر آهنی عموماً دارای استحکام و سختی بالاتری نسبت به فلزات خالص، مقاومت الکتریکی بالاتر، ضریب مقاومت دمایی کمتر و تعادل خوبی از خواص مکانیکی هستند، به همین دلیل از آنها به عنوان مواد ساختاری و کاربردی در ماشین‌آلات، ساختمان، الکترونیک، هوافضا و تجهیزات انرژی استفاده می‌شود.

در مهندسی روزانه، فلزات به پنج گروه عملی تقسیم می شوند: فلزات سبک با چگالی کمتر از حدود 4500 کیلوگرم بر متر مکعب، فلزات سنگین بالاتر از این رقم، فلزات گرانبها، نیمه فلزات، و فلزات کمیاب. خط چگالی یک قرارداد است تا یک قانون فیزیکی، اما زمانی که وزن یک محدودیت طراحی باشد، اولین فیلتر مفیدی است.

پنج گروه و آنچه در هر کدام تعلق دارد

فلزات سبک: آلومینیوم، منیزیم و تیتانیوم

آلومینیوم پیشرو حجم است، با یک سیستم آلیاژ فرفورژه که توسط GB/T 3190 برای ترکیب و با استانداردهای محصول مانند ASTM B209 برای ورق و صفحه و ASTM B221 برای اکستروژن تنظیم می شود. ترکیبی از چگالی کم، رسانایی مفید، محافظت از اکسید طبیعی و اکستروژن آسان آن را به انتخاب پیش فرض برای سازه های حمل و نقل، مبدل های حرارتی، پانل های معماری و بسته بندی تبدیل می کند.

منیزیم هنوز سبک‌تر است و برای ریخته‌گری‌های سنگین وزن و تجهیزات قابل حمل مورد استفاده قرار می‌گیرد، با درجه‌های فرفورژه که در چین با GB/T 5153 پوشانده شده است. تیتانیوم دقیقاً در داخل خط چگالی فلزی سبک قرار می‌گیرد و در عمل جداگانه با آن برخورد می‌شود، زیرا ارزش آن از مقاومت در برابر خوردگی و استحکام خاص ناشی می‌شود نه فقط وزن. نمرات و ترکیب در GB/T 3620.1 ذکر شده است و محصولات تحت پوشش ASTM B348 برای میله و شمش هستند. تیتانیوم برای کارخانه های شیمیایی، نمک زدایی، خدمات دریایی و پزشکی که در آن هیچ فلز دیگری در محیط زیست باقی نمی ماند مشخص شده است.

فلزات سنگین و خانواده مس

مس قدیمی ترین فلز سنگینی است که توسط مردم استفاده می شود و به دلیل رسانایی که دارد، مهمترین آن در مهندسی برق است. مس فرفورژه و آلیاژ مس در GB/T 5231 تنظیم شده است، در حالی که خانواده های آلومینیوم، منیزیم، تیتانیوم و مس هر کدام استانداردهای محصول خود را برای صفحه، ورق، نوار، لوله، میله و سیم دارند. نیکل و کبالت مقاومت در برابر خوردگی و استحکام دمایی بالا- دارند. روی و قلع شرکای اصلی آلیاژ برنج و برنز هستند. سرب اکنون در اکثر برنامه‌های مصرف‌کننده و تماس با آب محدود شده است و عمدتاً در باتری‌ها، محافظ تشعشع و برخی آلیاژهای ماشین‌کاری آزاد استفاده می‌شود.

وظیفه الکتریکی و الکترونیکی: مس و آلیاژهای رقیق{0} رسانایی آن، با آلومینیوم مورد استفاده در مواردی که وزن بیش از رسانایی حجمی اهمیت دارد.

خوردگی و وظیفه دریایی: مس{0}}نیکل، آلیاژهای نیکل و تیتانیوم، که بر اساس شرایط شیمیایی و جریان آب انتخاب می‌شوند.

باربری و سایش: ریخته گری برنز قلع، برنز سرب دار و برنز آلومینیومی.

وظیفه ساختاری سبک: آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم به شکل اکسترود، نورد و ریخته گری.

وظیفه دمایی-بالا: آلیاژهای نیکل و فلزات نسوز مانند مولیبدن و تنگستن.

گروه های گرانبها، نیمه فلزی و کمیاب

فلزات گرانبها در مقادیر کم برای تماس ها، کاتالیزورها، لحیم کاری و آبکاری استفاده می شوند، و بازیابی آنها از لجن آند ذوب، آنها را حتی زمانی که محصول اولیه فلز پایه است، از نظر تجاری مهم می کند. نیمه فلزاتی مانند سیلیکون و سلنیوم دارای خواصی بین فلزات و غیر فلزات هستند و در صنایع نیمه هادی، آلیاژسازی و شیشه نقش اساسی دارند. فلزات کمیاب بر اساس کمیاب و دشواری پردازش به جای یک خاصیت واحد گروه بندی می شوند: لیتیوم برای باتری ها، گالیم و ایندیم برای الکترونیک و پوشش ها، ژرمانیوم برای اپتیک و فیبر، تنگستن و مولیبدن برای استفاده ساختاری در دمای بالا، و خاک های کمیاب برای آهنربا، کاتالیست پودر و صیقل دهنده.

ارزش عملی طبقه بندی این است که به خانواده استاندارد و مجموعه ویژگی های مهم اشاره می کند. هنگامی که یک طرح نیاز به کمترین وزن دارد، به سراغ فلزات سبک بروید. برای هدایت، به مس و آلومینیوم؛ برای آب دریا، به مس-نیکل و تیتانیوم. برای دمای بالا، به آلیاژهای نیکل و فلزات نسوز؛ برای سطح یاتاقان سخت و مقاوم در برابر سایش، نسبت به قطعات ریخته گری برنز به جای خانواده سبک-فلز.

ملاحظات تامین و کیفیت

فلزات غیرآهنی در سطح بین المللی در طیف گسترده ای از اشکال، از کاتد و شمش گرفته تا صفحه، ورق، نوار، لوله، میله، سیم و ریخته گری نهایی معامله می شوند. از آنجایی که رفتار آلیاژی با عناصر کمیاب تغییر می‌کند، مشخصات هر خریدی باید استاندارد و نام، شکل محصول، شرایط دمایی یا عملیات حرارتی، ابعاد و تحمل، و کلاس مکانیکی یا رسانایی را ذکر کند. آنالیز شیمیایی به ازای هر گرما، نتایج آزمایش مکانیکی در هر لات و در مواردی که استفاده نهایی آن را ایجاب می‌کند، اسناد بازرسی مطابق با EN 10204 نوع 3.1، اسنادی هستند که سفارش غیرآهنی را قابل تأیید می‌کنند.

دو کنترل از اکثر ادعاها جلوگیری می کند. اولین مورد تفکیک ضایعات و بازگرداندن آن توسط خانواده آلیاژی در انبار و کارخانه ذوب است، زیرا یک شارژ مخلوط می تواند یک گرمای کامل را خارج از مشخصات قرار دهد. دوم تأیید فلز ورودی در برابر استاندارد با تجزیه و تحلیل به جای گواهی به تنهایی است، به ویژه برای مواد بازیافتی، زیرا عناصر باقیمانده در مرحله ریخته گری قابل اصلاح نیستند.

سوالات متداول

س: فلزات غیر آهنی چگونه طبقه بندی می شوند؟

الف: به پنج گروه عملی: فلزات سبک با چگالی کمتر از حدود 4500 کیلوگرم بر متر مکعب، فلزات سنگین بالای آن خط، فلزات گرانبها، نیمه فلزات و فلزات کمیاب. تقسیم چگالی یک قرارداد کاری است که برای انتخاب سریع مواد استفاده می شود.

س: آیا تیتانیوم یک فلز سبک است یا یک فلز کمیاب؟

پاسخ: هر دو توصیف استفاده می شود. چگالی آن در حدود 4.51 گرم در سانتی متر مکعب است که آن را در بالای گروه فلزی{2} سبک قرار می دهد، در حالی که دشواری استخراج آن را در میان فلزات نسوز کمیاب قرار می دهد.

س: کدام فلز غیر آهنی بیشتر برای هادی های الکتریکی استفاده می شود؟

پاسخ: مس، زیرا بالاترین رسانایی عملی را با شکل پذیری خوب و رفتار اتصال ترکیب می کند. آلومینیوم در جایی استفاده می شود که صرفه جویی در وزن بیشتر از رسانایی کمتر آن در واحد حجم باشد.

س: کدام خانواده باید برای سرویس آب دریا انتخاب شود؟

A: آلیاژهای مس-نیکل برای لوله و لوله، نیکل آلومینیوم برنز برای پمپ‌ها و پروانه‌های ریخته‌گری، و تیتانیوم که بالاترین مقاومت در برابر خوردگی یا کمترین وزن مورد نیاز است.

س: چه استانداردهایی ترکیب آلیاژی این خانواده ها را پوشش می دهد؟

A: سری GB/T 3203 و استانداردهای ملی مربوطه در چین اعمال می شود، به عنوان مثال GB/T 3190 برای آلومینیوم فرفورژه، GB/T 5153 برای منیزیم فرفورژه، GB/T 5231 برای مس و آلیاژهای مس فرفورژه، و GB/T 3620.1 برای تیتانیوم. الزامات محصول و تست از استانداردهای صفحه، ورق، لوله و میله مربوطه می آید.

س: چه مدارکی باید همراه با خرید فلزات غیر آهنی باشد؟

A: تجزیه و تحلیل شیمیایی در هر گرما، نتایج آزمایش مکانیکی در هر لات، سوابق ابعادی، و اسناد بازرسی به EN 10204 نوع 3.1 که در آن استفاده نهایی مربوط به فشار، دریایی یا الکتریکی است.