در علم شیمی به ترکیب چند فلز و یا چند عنصر مختلف با هم آلیاژ گفته می شود. در واقع آلیاژ به معنی ترکیب کردن است. 90 درصد محصولات فلزی که در محیط اطرافمان می بینیم فلز خالص نیست و در اصل چیزی است که ما آن را آلیاژ می نامیم. فرآیند آلیاژی برای این صورت می گیرد که به فلز اولیه خواص مطلوب تری ببخشد. هواپیماها، دوچرخه ها، قابلمه های آشپزی و خیلی از وسایل اطراف ما معمولا از آلیاژ های مختلف ساخته می شوند. برخی از آلیاژ های معروف شامل برنج، فلز لحیم کاری، پیوتر و نقره استرلینگ است.
ورق آلیاژی چیست؟
ورق آلیاژی نوعی از فولاد است که با عناصر متعددی مانند مولبیدن، منگنز، نیکل، کروم، وانادیوم، سیلیکون، بور و … ترکیب شده است. این عناصر آلیاژی برای افزایش پایداری، سختی، مقاومت در برابر سایش، و حرارت اضافه می شوند. مقدار عناصر آلیاژی ممکن است بین 1 تا 0 درصد متغیر باشد. فولاد آلیاژی به دو دسته تقسیم می شود:
فولادد آلیاژی کم
فولاد آلیاژی بالا
مرز بین آلیاژ کم و آلیاژ بالا معمولا 5 درصد عنصر آلیاژی است. برای کلیه اهداف عملی در صنعت نفت و گاز، فولاد آلیاژی، به معنی فولاد آلیاژی کم است.
فولاد آلیاژی به دلیل ترکیب با موادی به جز کربن، خاصیت خاصی را داراست که در فولاد کربن معمولی یافت نمی شود. فولاد های آلیاژی به دلیل هزینه اقتصادی، در دسترس بودن گسترده، سهولت پردازش و همچنین خواص مکانیکی خوب، مورد استفاده صنعت گران است. فولاد های آلیاژی نسبت به فولاد های کربنی به طور کلی نسبت به گرما و عملیات مکانیکی، واکنش بهتری نشان می دهند.
مزایای ورق آلیاژی
موارد زیر طیف وسیعی از خصوصیات بهبود یافته در فولاد های آلیاژی نسبت به فولاد های کربن است. البته برای رسیدن به برخی از این خصوصیات بهبود یافته، فلز ممکن است نیاز به عملیات حرارتی داشته باشد.
مقاومت
سختی
چقرمگی
مقاومت در برابر سایش
مقاومت در برابر خوردگی
سختی پذیری و سختی گرم
مقاوم بودن در مقابل نمک های دریایی
چقرمگی به چه معناست ؟
در واقع چقرمگی به میزان مقامت مواد در مقابل شکست بر اثر اعمال تنش است و سطح زیر نمودار تنش-کرنش می باشد که به صورت انرژی جذب می شود. در واقع چقرمگی قابلیت یک فلز برای جذب انرژی، بدون آن که بشکند است. در نتیجه هرچه ماده چقرمه تر باشد، برای شکست نیاز به انرژی بیشتری دارد. اهمیت این خاصیت ماده زیاد است چون که وقوع عیب و خطا در همه مراحل از جمله مراحل قبل از ساخت، ساخت و یا استفاده از مواد و اجزا، غیر قابل اجتناب است. این نواقض غالبا به صورت ترک، حفره، تخلخل مواد، نقص جوش یا ترکیب چند مورد از آن ها می باشد.
کاربرد ورق آلیاژی
ورق آلیاژی به دلیل خواصی که دارد، مورد توجه صنعت گران قرار گرفته است و کاربرد های فراوانی دارد که به تعدادی از آن ها اشاره می کنیم.
مخزن های تحت فشار
در قسمت هایی که نیاز به استحکام بالایی دارد
صنایع ساخت قطعه و ابزار
فولاد های مقاوم در برابر اسید
تفاوت بین آلیاژ بالا و پایین
آلیاژ بالا هر فولادی با عناصر آلیاژی است (از جمله کربن و آهن) که بیش از 8 درصد از ترکیب آن را تشکیل می دهد. این آلیاژ ها کمتر مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا بیشتر فولاد ها تنها چند درصد به عناصر اضافی اختصاص می دهند. فولاد ضد زنگ محبوب ترین آلیاژ بالاست و حداقل 10.5 درصد کروم را تشکیل می دهد. این ورق الیاژی نسبت به فولاد ضد زنگ، مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارد زیرا دارای روکش اکسید کروم است. هدف استفاده از اکسید کروم، کند شدن زنگ زدگی است.
در همین حال، فولاد آلیاژی کم، فقط کمی با عناصر دیگر ترکیب می شود که در سختی پذیری، استحکام و چکش کاری آزاد، نتیجه مطلوب تری را ارائه می دهد. با پایین آمدن مقدار کربن، تا حدود حداکثر 0.5 درصد، فولاد آلیاژی کم باعث استحکام خود می شود و دارای قابلیت شکل گیری بهبود یافته می شود.
خواص عناصر آلیاژی
ترکیب عناصر مختلف با فولاد در تولید ورق آلیاژی، باعث مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر دمای بالا، سخت شدگی و چقرمگی می شود. البته برای رسیدن به برخی از ویژگی های ذکر شده نیاز است که عملیات دیگری مانند عملیات حرارتی نیز روی ورق آلیاژی انجام شود. عناصر آلیاژی برای دستیابی به خاصیت خاصی به ماده اضافه می شوند.
عناصر آلیاژی در درصد های کمتر از 5 درصد به منظور افزایش استحکام و یا سختی پذیری اضافه می شوند.
درصد های بیشتر از 5 درصد برای دستیابی به خاصیت های خاص، مانند مقاومت در برابر خوردگی یا ثبات درجه حرارت شدید، اضافه می شوند.
منگنز : در زمان استفاده از این عنصر برای ورق آلیاژی باید از مقادیر اندک گوگرد و فسفر نیز استفاده شود. در اثر ترکیب فولاد با این ماده، آلیاژ فولاد شکننده تر می شود و چکش کاری آسان تر می شود.
کروم : در صد کمی از کروم بین 0.5 تا 2 درصد، می تواند به سخت شدن آلیاژ کمک کند. مقدار بیشتر 4 تا 18 درصدی از این عنصر تاثیر زیادی در جلوگیری از خوردگی دارد.
وانادیوم : تنها استفاده 15 درصدی از این عنصر، می تواند استحکام، مقامت در برابر گرما و ساختار کلی فولاد را تقویت کند. آلیاژ فولاد و وانادیوم ترکیب شده، با استفاده از کروم، سخت تر شده ولی همچنان شکل پذیری خود را حفظ می کند.
نیکل : استفاده 5 درصدی از این عنصر آلیاژی باعث افزایش مقاومت فولاد می شود همچنین استفاده 12 درصدی، مقاومت در برابر خوردگی را به صورت چشم گیری افزایش می دهد.
تنگستن : مقاومت در برابر گرما را افزایش داده و موجب بالا رفتن نقطه ذوب می شود و باعث بهبود آرایش ساختاری فولاد می شود.
نیکل و مس : مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می بخشند.
مولبیدن : به مقاومت در برابر سایش و استهلاک کمک می کند.
سدیم و کلسیم :با کنترل شکل اجزا باعث افزایش سختی می شوند.
سولفین منگنز (سولفور) :سولفور باعث افزایش ماشین کاری می شود.
ورق آلومینیوم :ورق آلومینیومی آلیاژی قابل بازیافت بوده و آسیبی به محیط زیست نمی رساند و حتی استفاده مجدد از آن به شرطی که خاصیت مکانیکی خود را از دست نداده باشد، مشکلی ندارد
سرب، بیسموت، سلنیوم و تلوریوم : همانند سولفور، باعث افزایش ماشین کاری می شوند
