نکاتی در حوزه علم مواد، عملیات حرارتی وریخته گری

[atagm]

با سلام خدمت دوستا ن عزیزم...
این تاپیک رو برای مطالبی در حوزه علم مواد و عملیات حرارتی وریخته گری قرار دادم تا هم دسترسی دوستان به مطالب طبقه بندی راحت تر باشد و هم از به هم ریختگی مطالب درتالار کاسته شود...خیلی خوشحال میشم دوستان مطالبشونو در این 3حوزه در اینجا قرار بدهند....با سپاس فراوان

 

[atagm]

پیرسختی یا رسوب سختی

پیرسختی یا رسوب سختی

باتوجه به دیاگرام های تعادلی آهن – کربن ، حداکثر انحلال کربن در آهن در درجه حرارت 723درجه سانتی گراد ( درجه حرارت تحول یوتکتوئید ) 025/0 درصد می باشد که این مقدار وقتی به درجه حرارت محیط می رسد 008/0 درصد می شود .

حال اگر آهنی را که دردرجه حرارت 723 درجه سانتی گراد که حداکثر کربن را درخود حل کرده ( آهن در منطقه تک فازآلفا ) را سریع سرد کنیم ، در درجه حرارت محیط محلول فوق اشباع آلفا داریم
که با به وجود آمدن شرایط وزمان ودرجه حرارت مناسب ، سمنتیت ( Fe3c ) از آلفا جدا شده وآلیاژی همگن ویکنواخت تر از دوفاز به وجود می آیدبه طوری که سمنتیت در همه جای زمینه آلفا به طور یکسان پخش می شود و در نتیجه آلیاژی با استحکام بهتر وانعطاف پذیر به وجود می آید
که علت آن این است که فاز سمنتیت فقط در مرز دانه ها رسوب نمی کند بلکه در همه جای قطعه وبه طور پراکنده ویکنواخت در زمینه آلفا ( فریت ) رسوب می کند . این نوع جداشدن فازی از فاز دیگر که در حالت فوق اشباع است را رسوب سختی ( Precipitation Hardening ) یا پیر سختی ( Age Hardening ) می نامند .

نکته 1 :
در شرایط تعادلی ، فاز های سخت سمنتیت در مرز دانه ها رسوب می کند که باعث افزایش نا به جایی وکاهش ضربه پذیری قطعه می شوند.
ولی در شرایط رسوب سختی ، ما اندکی بهبود خواص ضربه پذیری داریم یعنی نابه جایی های قفل شده کمتر می شود وفازهای سخت به جای مرز دانه ها ، در همه جای قطعه وحتی در زمینه فریت پراکنده می شوند .
نکته 2 :
رسوب سختی زمانی اتفاق می افتد که آلیاژ در حال سرد کردن از تک فاز جامد به دوفاز جامد تبدیل شود و بااین عملیات ، فاز دوم به طور همگن در تمام حجم قطعه به طور یکنواخت پخش می شود تا از شکنندگی قطعه جلوگیری شود .​

 

[saeedvalentino]

پدیده خزش (Creep)

پدیده خزش (Creep)

تغییر شکل پلاستیکی یک جسم نسبت به گذشت زمان را برای یک تنش ثابت خزش (Creep) گویند.
پدیده خزش در سرامیک‌ها بسیار مهم‌تر از فلزات است، چرا که کاربردهای دما بالا در سرامیک‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است.

مکانیزم های خزش عبارتند از:
1) لغزش درون دانه ها
2) خزش نا به جایی
3) لغزش مرزدانه ای
4) خزش نفوذ

روش های بهبود خزش:
1) درشت نمودن دانه ها
2) افزایش نقطه ذوب آلیاژ
3) کاهش دما و تنش
4) افزایش استحکام به واسطه تشکیل محلول جامد یا ذرات ریز رسوب
5) استفاده از مواد یا آلیاژهایی که پیوند قوی دارند مثل سیلیکات ها یا کاربیدها یا مواد سرامیکی
6) رشد دادن دانه ها در جهت مشخص (مانند پره های توربین) تا نیروها باعث لغزش مرز دانه ها نشده و همچنین بحث نفوذ مکانیزم لغزش نیز مرتفع گردد.

​

در نمودارهای خزش برای فلزات عمدتا سه منطقه وجود دارد:


1) منطقهІ (ناپایدار): که علت آن لغزش است.
نکته1: عامل كنترل كننده در اكثر فلزها و آلياژها در اين منطقه تنشها مي باشند و دما تاثير كمتري بر آن دارد.
نکته2: این منطقه باعث كار سختي در جسم مي‌شود.

2) منطقهІI (پایدار): که علت آن صعود نابه جایی ها و تداوم حرکت آنها تحت تنش ثابت است.
نکته3: در فلزاتي با رفتار خزشي سرد اين منطقه بر اثر تنش هاي اعمالي و در فلزاتي با رفتار خزشي گرم اين منطقه توسط دما كنترل مي شود .نکته4: این منطقه تقابل بين كار سختي و نرم شدن ماده مي باشد و عوامل نرم كننده بر كار سختي غلبه كرده و تغيير فرم پلاستيك ادامه پيدا مي كند

3) منطقهІII (نهایی): علت آن تشکیل جای خالی یا گلویی شدن موضعی است و به منطقه خزشي نهايي يا شكست خزشي معروف است .
نکته 5: در اين منطقه تغييرات آهنگ كرنش به علت كاهش سطح موثر ماده به سرعت افزايش يافته و بسمت بينهايت ميل مي كند كه نکته 6: در نهايت منجر به شكست ماده مي شود. از آنجايي كه شكست خزشي با گلويي شدن همراه است در طبقه بندي شكست، شكست خزشي از نوع نرم است.

 

[atagm]

نکاتی در دیاگرام TTTآلیاژهای آهن - کربن

نکاتی در دیاگرام TTTآلیاژهای آهن - کربن

نام اصلی این دیاگرام Time Temperature Transformationاست که به اختصار TTTنامیده می شود .
این دیاگرام نمایانگر تبدیل اوستنیت به پرلیت ویا فاز های دیگر بر حسب زمان سرد کردن در حرارت های مختلف در آلیاژهای آهن – کربن می باشد .
نکته 1 :
منحنی مشخص شده با رنگ نارنجی نمایانگر شروع تبدیل از اوستنیت به پرلیت می باشد .
نکته 2 :
منحنی مشحص شده با رنگ سبز نمایانگر پایان تبدیل از اوستنیت به پرلیت میباشد .
زمان نهفتگی :
حداقل زمان لازم برای تشکیل پرلیت از اوستنیت می باشد .
این زمان برای فولاد های ساده کربنی حدود 550-500درجه سانتیگراد برای به وجود آوردن اولین ترکیب پرلیت از اوستنیت می باشد .
نکته 3 :
زمان نهفتگی برای درجه حرارت های مختلف متفاوت می باشد . به طوری با افزایش وکاهش درجه حرارت نسبت به فولاد ساده کربنی که 500 درجه سانتی گراد می باشد زمان نهفتگی افزایش می یابد . یعنی زمان نهفتگی در بالاتریا پایین تر از این درجه که اولین زمان نهفتگی می باشد طبق نمودارافزایش می یابد.
طبق این نمودار داریم :
پرلیت درشت در درجه حرارت 723-600درجه سانتی گرادایجاد می شود.
پرلیت ریز در درجه حرارت زیر 600درجه سانتی گرادایجاد می شود.
بینیت :
در درجه حرارت 450-200درجه سانتی گراد ساختار ریزی ایجاد میگردد که به آن بینیت می گویند . قطعات مکانیکی شامل این ترکیب استحکام بالایی دارند و سمنتیت به صورت جدا درزمینه فریت وجود دارد .
نکته مهم : گاهی ترکیب بینیت در شرایط بسیار ناپایدار ایجاد شده وسوزنی شکل می گردد . هرچه درجه حرارت تبدیل اوستنیت به بینیت پایین تر باشد بینیت ناپایدارتر وسوزنی شکل تر است .
بینیت به دوشکل وجود دارد :
1 ) بینیت بالایی یا سوربیت (sorbite):
این نوع بینیت نرم تر می باشد ودر درجه حرارت بالاتری (حدود 450 درجه ) تشکیل می گردد .
2 ) بینیت پایینی یا تروست (troostite):
این نوع بینیت، سوزنی شکل وسخت تر می باشدودر درجه حرارت پایین تر ( حدود300درجه ) تشکیل می گردد .
​

 

[atagm]

سیستم های لغزش در ساختارهای کریستالی

سیستم های لغزش در ساختارهای کریستالی

همان طور که می دانیم لغزش درصفحات وجهات فشرده اتفاق می افتد .
ساختار FCC :
در این ساختار صفحات هشت وجهی {111} و جهات {110} سیستم فشرده می باشند .
ساختارHCP :
در فلزات با این ساختار تنها صفحه با چگالی اتمی زیاد ، صفحه قاعده (0001) وجهات فشرده این ساختار <1120> است که اگر پارامتر سوم از سمت چپ که وابسته به دو پارامتر قبل خود است را نادیده بگیریم جهت لغزش <110> است.
ساختار BCC :
در این ساختار جهت <111> فشرده ترین جهت است اما این ساختار دارای تک صفحه لغزش معینی نیست و لغزش در آن در صفحات <110> ، <112> و <123> رخ می دهد .​

 

[atagm]

تاثیرعناصرآلیاژی برکربن در دیاگرام آهن - کربن

تاثیرعناصرآلیاژی برکربن در دیاگرام آهن - کربن

هریک از عناصرآلیاژی تاثیر خاصی روی کربن موجود در مذاب فولاد ، چدن ودیاگرام تعادلی آلیاژهای آهن – کربن دارند .
عناصر آلیاژی به دودسته تقسیم میشوند:
عناصر کاربیدزا :
این عناصر باورودشان به مذاب آلیاژ آهنی با کربن موجود در مذاب ترکیب می شوندوباعث کاهش کربن معادل فولاد می شوند . در نتیجه باعث تشکیل کاربید های قوی و سخت با نقطه ذوب بالا می شوند .
نکته 1 :
عناصر آلیاژی کاربیدزا باعث متمایل کردن دیاگرام تعادلی آلیاژهای آهن - کربن به سمت راست وبالا می شوند .
نکته2 :
عناصر آلیازی کاربید زا عبارتند از تنگستن ، کرم، وانادیم ، مولیبدن ، تیتانیم ، کبالت ومنگنز
عناصر گرافیت وپرلیت زا :
این عناصر با ورود به مذاب آلیاژهای چدن وفولاد باعث افزایش کربن معادل ودر نتیجه تولید گرافیت وپرلیت در آلیاژ آهنی میشوند .
نکته3 :
عناصر آلیاژِی گرافیت زا باعث متمایل کردن دیاگرام تعادلی آهن کربن به سمت چپ وپایین می شود .
نکته4 :
عناصر آلیاژی گرافیت زا عبارتند از قلع ، سرب، فسفر، نیکل ، سیلیسیم ، آلومینیوم وگوگرد​

 

[hamidrta]

جزوه نداری بدی به ما؟

 

[atagm]

چدن خاکستری با گرافیت فشرده

چدن خاکستری با گرافیت فشرده

این نوع چدن ها با اضافه کردن تا 0.05 درصد منیزیم به مذاب چدن نشکن حاصل می شوند .
در این نوع چدن ها ، گرافیت به دو شکل کروی وورقه ای ونیمه کروی ونیمه ورقه ای وجود دارد .
این نوع چدن ها دارای استحکام خوب ، تورق پذیری وضربه پذیری بهتر از چدن خاکستری با گرافیت کروی ونصف شکل پذیری چدن خاکستری با گرافیت کروی می باشد.​

نکته : چدن های خاکستری با گرافیت فشرده می توانند در زمینه های فریتی ، پرلیتی ، فریتی وپرلیتی وجود داشته باشند .

 

[atagm]

بوردهی

بوردهی

بوردهی یکی از روش های سخت کاری سطحی می با شد . درواقع بوردهی ، فرآیندی نفوذی شیمیایی - حرارتی است که از قوانین ترموشیمی پیروی میکند .
این روش سخت کاری سطحی ، در آلیاژ های آهنی ، غیرآهنی وگاهی سرامیک متال ها ( سرمتها ) مورد استفاده قرار می گیرد .
در بوردهی قطعه تمیز شده در حرارت 1000- 700 درجه سانتی گراد به مدت یک تا 12 ساعت در محیطی که اتم های بور بتوانند آزاد شوند قرار داده می شود . در این محیط اتم های بور می توانند از جامد پودری ، مایع وگاز آزاد شده ودرقشری از آلیاژ نفوذ کنند .
عملیات بوردهی می تواند توسط پلاسما یا بسترسیال بورید انجام گیرد .
نکته 1 :
لایه بورید سطحی معمولا به ضخامت 100میکرون وتا سختی 3000 ویکرز انجام می گیرد .
نکته 2 :
بوردهی سختی ، مقاومت به سایش ، مقاومت به اکسیداسیون ومقاومت به خوردگی وخستگی را در آلیاژ افزایش می دهد .
مزایای لایه های بورید نسبت به دیگر ترکیبات مثل نیتریدها :
1 ) لایه های سخت بوردهی شده نسبت به نیتریدها سختی خود را تا درجه حرارت بالاتری حفظ می کنند .
2 ) فولاد های آلیاژی بیشتری ٰ، قابلیت بوردهی دارند .
3 ) به دلیل مقاومت به خوردگی سایشی آهنی آنها در محیط های اسیدی رقیق وغیر اکسیدان وبازی ، کاربرد بیشتری دارند .
4 ) مقاومت به اکسیدان آنها بسیار بالاست ومقاوم در برابر مذاب هستند .
5 ) مقاومت خستگی خوبی در محیط های اکسیدان وخورنده دارند . ​

 

[atagm]

چدن های خاکستری با گرافیت ورقه ای یا کرمی شکل (GGL )

چدن های خاکستری با گرافیت ورقه ای یا کرمی شکل (GGL )

در این نوع چدن ها گرافیت به صورت خطی یا کشیده می باشد وزمینه آنها میتواند فریتی ، پرلیتی وفریتی – پرلیتی باشد .
گرافیت این نوع چدن هادارای شکل های مختلف می باشدکه تحت شرایط گوناگون با توجه به نوع قالب ، مقدار کربن ، سرعت سرد کردن و عناصر آلیاژی به وجود می آیند .
ویژگی های چدن خاکستری با گرافیت ورقه ای :
1 ) مقاومت به ضربه آنها کم می باشد .
2 ) قابلیت جذب ارتعاش آن ها زیاد می باشد .
3 ) دارای انبساط وانقباض بسیار کم می باشند .
4 ) پایین ترین نقطه ذوب را در میان چدن ها دارا می باشند .
5 ) تورق پذیری (cleavage) ندارند . به هیچ وجه خم نمی شوند .
کاربرد :
این نوع چدن ها در دستگاه هایی که قابلیت جذب ارتعاش زیاد لازم دارند و انبساط – انقباض در حد صفر است مثل پایه های ماشین تراش ، سیلندر یا سر سیلندرهای خودروهای مختلف کاربرد دارند . ​

 

[saeedvalentino]

جهات فشرده در ساختار کریستالی مواد

جهات فشرده در ساختار کریستالی مواد


جهات فشرده و متراكم جهاتي هستد كه در آن ها اتم ها با يكديگر مماس هستند.

ساختار مکعبی ساده:
در سيستم مكعبي ساده، يال هاي مکعب، جهات فشرده ساختار هستند. در اين سيستم 3 جهت متراكم <100> داريم.
نکته1: سیستم مکعبی ساده به دليل تراكم اتمي پايين و دانسيته كم آن، ساختاري پرانرژي است لذا تبلور مواد در اين ساختار بلوري بسیار نادر است.

ساختار مکعبی با وجوه مرکزدار (FCC):
در ساختار مکعبی با وجوه مرکزدار، اتم‌ها در صفحات <111> (Octahedral Planes) کاملا به ‌هم فشرده هستند. در این ساختار 4 صفحه فشرده اکتاهدرال وجود دارد.
در این ساختار 6 جهت فشرده وجود دارد که به موازات اقطار سه وجه مجاور هم هستند. در هر صفحه اکتاهدرال 3 جهت فشرده وجود دارد که در طول این جهات اتم‌ها با هم در تماس هستند.
نکته2: وجود 4 صفحه فشرده در شبکه مکعبی با وجوه مرکزدار و 3 جهت فشرده در هر صفحه فشرده موجب می‌شود که فلزات با این شبکه بلوری خواص فیزیکی ویژه‌ای نسبت به سایر فلزات داشته باشند. مثلا قابلیت تغییر شکل در این فلزات بسیار زیاد است.
نکته3: چیدمان متوالی صفحات اتمی در ساختار FCC به صورت ABCABCABC

ساختار مکعبی با وجوه مرکزدار (BCC):
در ساختار مکعبی مرکزدار، اتم مرکزی با اتم‌های واقع در گوشه در یک راستا هستند. چهار قطر مکعب <111>، جهات فشرده ساختار هستند و شش صفحه {110} صفحات متراكم اين سيستم هستند.
نکته4: چيدمان صفحات اتمي در اين ساختار به صورت ABABAB… است.

ساختار هگزاگونال (HCP):
در ساختار هگزاگونال، صفحه قاعده بلور بیشترین فشردگی اتمی را دارد (1 صفحه فشرده) و مثل صفحه اکتاهدرال در ساختار FCC دارای 3 جهت فشرده است.
نکته5: مقايسه سیستم های FCC و HCP نشان مي دهد كه عدد همسایگی در هر دو سيستم برابر 12 و ضريب تراكم اتمي آنها برابر 0.74، و ضريب تراكم صفحه اي در صفحات فشرده آنها PPF[0001]=PPF[111]=0.92 است.بنابراين دو سيستم از جهاتي مشابه هم هستند.
نکته6: توالي چيدمان صفحات اتمي در شبكه FCC به صورت ABCABCABC... و در در ساختار HCP به صورت ABABAB… است. بنابراين يك جابجايي عرضي در يكي از صفحات فشرده ميتواند ساختمان شبكه را از HCP به FCC و يا بالعكس تغيير دهد.

 

[Ya Hosen]

آلـــــــومینیوم

تاریخچه کشف :
"فردریک وهلر" بطور کلی به آلومینیوم خالص اعتقاد داشت .(لاتین :alum alumen). اما این فلز دو سال پیشتر بوسیله "هانس کریستین ارستد" شیمیدان و فیزیکدان دانمارکی بدست آمد. در روم و یونان باستان این فلز را بعنوان ثابت کننده رنگ در رنگرزی و نیز بعنوان بند آورنده خون در زخمها بکار می‌بردند و هنوز هم بعنوان داروی بند آورنده خون مورد استفاده است. در سال 1761 ، "گویتون دموروو" پیشنهاد کرد تا alum را آلومین (alumin) بنامند.
پیدایش و منابع
اگر چه Al ، یک عنصر فراوان در پوسته زمین است(18%) ، این عنصر در حالت آزاد خود بسیار نادر است و زمانی یک فلز گرانبها و ارزشمندتر از طلا به حساب می‌آمد. بنابراین ، بعنوان فلزی صنعتی اخیرأ مورد توجه قرار گرفته و در مقیاسهای تجاری تنها بیش از 100 سال است که مورد استفاده است. در ابتدا که این فلز کشف شد، جدا کردن آن از سنگها بسیار مشکل بود و چون کل آلومینیوم زمین بصورت ترکیب بود، مشکل‌ترین فلز از نظر تهیه به شمار می‌آمد.
آلومینیوم برای مدتی از طلا با ارزش‌تر بود، اما بعد از ابداع یک روش آسان برای استخراج آن در سال 1889 ، قیمت آن رو به کاهش گذاشت و سقوط کرد. تهیه مجدد این فلز از قطعات اسقاط (از طریق بازیافت) تبدیل به بخش مهمی از صنعت آلومینیوم شد. بازیافت آلومینیوم موضوع تازه ای نیست، بلکه از قرن نوزدهم یک روش رایج برای این کار وجود داشت. با اینهمه تا اواخر دهه 60 این یک کار کم منفعتی بود تا زمانی که بازیافت قوطی های آلومینیومی آشامیدنی ها بالاخره بازیافـت این فلز را مورد توجه قرار داد. منابع بازیافت آلومینیوم عبارتند از: اتومبیل ها ، پنجره ها ، درها ، لوازم منزل ، کانتینرها و سایر محصولات ... .
معرفی
آلومینیوم ، عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای علامت Al و عدد اتمی 13 می‌باشد. آلومینیوم که عنصری نقره‌ای و انعطاف‌پذیر است، عمدتأ به صورت سنگ معدن بوکسیت یافت می‌شود و از نظر مقاومتی که در برابر اکسیداسیون دارد، همچنین وزن و قدرت آن ، قابل توجه است. از نظر تاریخی نام بوکسیت از دهکده ای در جنوب فرانسه به نام بوکس انتخاب شده است که در آن جا سنگ معدنی با ترکیب ۵۲ درصد آلومین، ۵/۲۷ درصد اکسید آهن و ۵/۲۰ درصد آب یافت شده است.
اجزای سازه‌هایی که از آلومینیوم ساخته می‌شوند، در صنعت هوانوردی و سایر مراحل حمل و نقل بسیار مهم هستند. همچنین در سازه‌هایی که در آنها وزن پایداری و مقاومت لازم هستند، وجود این عنصر اهمیت زیادی دارد. آلومینیوم بعد از منیزیم سبک ترین فلز صنعتی است.
ویژگی‌های قابل توجه
آلومینیوم ، فلزی نرم و سبک ، اما قوی است، با ظاهری نقره‌ای - خاکستری مات و لایه نازک اکسیداسیون که در اثر برخورد با هوا در سطح آن تشکیل می‌شود، از زنگ خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند. وزن آلومینیوم تقریبأ یک سوم فولاد یا مس است.ِ چکش خوار ، انعطاف پذیر و به راحتی خم می‌شود. همچنین بسیار بادَوام و مقاوم در برابر زنگ خوردگی است. بعلاوه ، این عنصر غیر مغناطیسی ، بدون جرقه ، دومین فلز چکش خوار و ششمین فلز انعطاف‌پذیر است.
کاربردها
چه از نظر کیفیت و چه از نظر ارزش ، آلومینیوم کاربردی‌ترین فلز بعد از آهن است و تقریبأ در تمامی بخش های صنعت دارای اهمیت می‌باشد. آلومینیوم خالص ، نرم و ضعیف است، اما می‌تواند آلیاژهایی را با مقادیر کمی از مس ، منیزیوم ، منگنز ، سیلیکون و دیگر عناصر بوجود آورد که این آلیاژها ویژگی‌های مفید گوناگونی دارند. این آلیاژها اجزای مهم هواپیماها و راکت ها را می‌سازند.

وقتی آلومینیوم را در خلاء تبخیر کنند، پوششی تشکیل می‌دهد که هم نور مرئی و هم گرمای تابشی را منعکس می‌کند. این پوشش ها لایه نازک اکسید آلومینیوم محافظ را بوجود می‌آورند که همانند پوشش های نقره خاصیت خود را از دست نمی‌دهند. یکی دیگر از موارد استفاده از این فلز در لایه آینه‌های تلسکوپ‌های نجومی است.

برخی از کاربردهای فراوان آلومینیوم عبارتند از:

• حمل و نقل ( اتومبیل‌ها ، هواپیماها ، کامیون‌ها ، کشتی‌ها ، ناوگان های دریایی ، راه آهن و ... )
• بسته‌بندی ( قوطی‌ها ، فویل یا زرورق و... )
• ساختمان ( درب ، پنجره ، دیوار پوش ها و ... )
• کالاهای با دوام مصرف کننده ( وسایل برقی خانگی ، وسایل آشپزخانه ، ... )
• خطوط انتقال الکتریکی ( به‌علت وزن سبک اگرچه هدایت الکترِکی آن تنها 60% هدایت الکتریکی مس می‌باشد )
• ماشین آلات

اکسید آلومینیوم (آلومینا) بطور طبیعی و بصورت کوراندوم ، سنگ سمباده (emery) ، یاقوت (ruby) و یاقوت کبود (sapphire) یافت می‌شود که در صنعت شیشه‌سازی کاربرد دارد. یاقوت و یاقوت کبود مصنوعی در لیزر برای تولید نور هم‌نوسان بکار می‌روند.
استخراج آلومینیوم
آلومینیوم یک فلز واکنش گر است و نمی‌تواند از سنگ معدن خود بوکسیت (Al[SUB]2[/SUB]O ) بوسیله کاهش با کربن جدا شود. در عوض روش جداسازی این فلز از طریق الکترولیز است. (این فلز در محلول اکسیده شده ، سپس بصورت فلز خالص جدا می‌شود.) لذا جهت این کار ، سنگ معدن باید درون یک مایع قرار بگیرد. اما بوکسیت دارای نقطه ذوب بالایی است (2000 درجه سانتی‌گراد) که تامین این مقدار انرﮊی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست.

برای سالهای زیادی بوکسیت را در فلورید سدیم و آلومینیوم مذاب قرار می‌دادند و نقطه ذوب آن تا 900درجه سانتی‌گراد کاهش می‌یافت. اما امروزه مخلوط مصنوعی ازآلومینیوم ، سدیم و فلوئورید کلسیم ، جایگزین فلورید سدیم و آلومینیوم شده است. این فرایند هنوز مستلزم انرژی بسیار زیاد است و کارخانجات آلومینیوم دارای ایستگاههای برق مخصوص خود در اطراف این کارخانه‌ها هستند.

الکترودهایی که در الکترولیز بوکسیت بکار می‌روند، هر دو کربن هستند. وقتی سنگ معدن در حالت مذاب است، یونهای آن آزادانه حرکت می‌کنند. واکنش در کاتد منفی اینگونه است: Al[SUP]3+[/SUP] + 3e ----> Al
در اینجا یون آلومینیوم در حالت کاهش است(الکترونها اضافه می‌شوند). سپس فلز آلومینیوم به سمت پایین فرو می‌رود و خارج می‌شود. آند مثبت ، اکسیژن بوکسیت را اکسیده می‌کند که بعد از آن با الکترود کربنی واکنش کرده تا تولید دی‌اکسیدکربن نماید. این کاتد باید عوض شود، چون اغلب تبدیل به دی‌اکسید کربن می‌شود. بر خلاف هزینه الکترولیز ، آلومینیوم فلزی ، ارزان با کاربرد وسیع است. امروزه آلومینیوم را می‌توان از خاکه معدنی (clay) استخراج کرد، اما این فرایند ، اقتصادی نیست.
ایزوتوپ ها
آلومینیوم ، دارای 9 ایزوتوپ است که عمده‌ترین آنها بین 23 تا 30 مرتب شده‌اند. تنها Al-27 ( ایزوتوپ پایدار ) و AL-26 (ایزوتوپ رادیو اکتیو) بطور طبیعی وجود دارند. AL-26 از پراشیدن ذرات اتم آرگون در اتمسفر که در نتیجه پروتونهای اشعه کیهانی رخ می‌دهد، تولید می‌شود. ایزوتوپهای آلومینیوم ، کاربردهای عملی در تعیین قدمت رسوبات دریایی ، خاستگاه منگنز ، یخ های دوران یخبندان ، کوارتز در صخره‌ها و شهاب سنگ ها دارد.

AL-26 اولین بار در مطالعات ماه و شهاب‌سنگها بکار رفت. اجزاء شهاب‌سنگها بعد از جدا شدن از پیکره مادر در مدت سفر خود در فضا در معرض شدید بمباران اشعه کیهانی هستند که باعث تولید آلومینیوم 27 پایدار می‌شود. بعد از سقوط روی زمین ، حفاظ اتمسفر مانع از تولید AL-26 بیشتر از قطعات شهاب‌سنگها می‌شود و واپاشی آن در تعیین عمر زمینی آنها موثر است. تحقیقات روی شهاب‌سنگها ثابت کرده است که AL-26 در زمان شکل‌گیری سیاره ما نسبتا به مقدار فراوان وجود داشته است. احتمالا انرژی آزاد شده در نتیجه واپاشی AL-26 ، ذوب شدن مجدد و جدایی سیارکها بعد از شکل گیری آنها را 2-4 میلیارد سال پیش در پی داشته است.
هشدارها
آلومینیوم یکی از معدود عناصر فراوانی است که ظاهرا هیچ فعالیت موثری در سلولهای زنده ندارد. اما درصد کمی از مردم به آن حساسیت دارند. آنها تجربه کرده‌اند تماس هر نوع از آن موجب التهاب پوستی می‌شود. مصرف داروهای بند آورنده خون و مواد ضد عرق باعث ایجاد جوش های خارش آور و سوء هاضمه می‌گردد. عدم جذب مواد غذایی مفید از غذاهای پخته شده در ظروف آلومینیومی همچنین تهوع و سایر علائم مسمومیت در نتیجه خوردن این گونه محصولات.

در سایر افراد آلومینیوم مانند فلزات سنگین ، سمی نیست، اما در صورت مصرف زیاد علائمی از مسمومیت دیده شده است. اگرچه استفاده از ظروف غذای آلومینیومی به خاطر مقاومت در برابر زنگ‌زدگی و خاصیت هدایت گرمایی بالای آنها بسیار رایج است، در کل ، هیچگونه علامتی در مورد ایجاد مسمومیت آنها دیده نشده است. مصرف زیاد داروهای ضد اسید و مواد ضد عرق که حاوی ترکیبات آلومینیومی هستند، احتمال مسمومیت بیشتری دارند. بعلاوه احتمال ارتباط آلومینیوم با بیماری آلزایمر مطرح شده است، گرچه اخیرا این فرضیه رد شده است.
املا
املاء رسمی این عنصر ، IUPAK) Aluminium) است، گرچه عموما آمریکایی‌ها و کانادایی‌ها آنرا بصورت Aluminum نوشته و تلفظ می‌کنند. "همفری دیوی" در سال1807 Alumium را برای عنصر کشف شده در آن زمان ارائه کرد، اما بعدا تصمیم گرفت تا این نام را به Aluminium تغییر دهد که با وجود ium در نام بیشتر عناصر تطبیق کند. بعدها املا Aluminium در بریتانیا و آمریکا متداول شد، اما بعد بتدریج آمریکایی‌ها برای اهداف غیرتخصصی این نام را به Aluminum برگرداندند. نام رسمی این عنصر در آمریکا و در رشته شیمی تا سال 1926 بصورت Aluminium بکار رفت. از این تاریخ به بعد انجمن شیمی آمریکا تصمیم به استفاده از املاء Aluminum در نشرِیات خود گرفت.

 

[atagm]

سختی سنجی به روش ویکرز

سختی سنجی به روش ویکرز

جسم فرورونده در این روش هرمی مربع القاعده از جنس الماس با زاویه 136 درجه می باشد .
کاربرد :
این روش جهت موارد زیر کاربرد دارد :
1 ) برای تعیین سختی نمونه هایی که عرض کمی دارند .
2 ) برای تعیین سختی نمونه هایی که دارای قشر خارجی نازک تا چند میلیمتر هستند . ( مثل قشرهای کاربیدی یا سیانوره شده )
3 ) جهت تعیین سختی قطعاتی با سختی بسیار بالا
نکته 1 )
در این روش سختی بر اساس نیرو یا بار بر سطح فرو رفته که بر حسب mm[SUP]2[/SUP] است تعیین می شود . همچنین سطح فرو رفته در این روش به وسیله قطر اثر هرم روی نمونه بیان می شود . فرمول سختی ویکرز به صورت زیر می باشد :

VHN= 2p sin(∝/2)/d[SUP]2[/SUP] ≈ 1.85 p/d[SUP]2
[/SUP]​

∝ = زاویه راس که 136 درجه است .
p = بار اعمالی که از 5کیلوگرم تا 12 کیلو گرم می باشد.
d = قطر اثر هرم ( مربع ) بر حسب mm
نکته 2 :
بار دستگاه برحسب ضخامت نمونه انتخاب می شود. در نتیجه هرچه نمونه نازک تر باشد بار اعمالی کمتر وهرچه ضخامت نمونه بیشتر باشد بار بیشتری را باید اعمال کرد .

 

[Ya Hosen]

فلز مــــــــس

مس یکی از عناصر جدول تناوبی است که نشان آن Cu و عدد اتمی آن 29 می‌باشد.
پیدایش
مس معمولا" به شکل معدنی یافت می شود. کانیهایی مثل آزوریت ، مالاکیت و برنیت همانند سولفیدهایی از جمله کالکوپیریت ( CuFeS2) ،کوولین ( CuS)،کالکوزین ( Cu2S) یا اکسیدهایی مانند کوپریت (Cu2O) از منابع مس هستند.
خصوصیات قابل توجه
مس فلز نسبتا" قرمز رنگی است که از خاصیت هدایت الکتریکی و حرارتی بسیار بالایی برخوردار می باشد.( در بین فلزات خالص ، تنها خاصیت هدایت الکتریکی نقره در حرارت اطاق از مس بیشتر است) چون قدمت مصنوعات مسی کشف شده به سال 8700 قبل از میلاد برمی گردد، احتمالا" این فلز قدیمی ترین فلز مورد استفاده انسان می باشد. مس علاوه بر این که در سنگهای معدنی گوناگون وجود دارد ، به حالت فلزی نیز یافت می شود.( مثلا" مس خالص در بعضی مناطق). این فلز را یونانیان تحت عنوان Chalkos می شناختند. چون مقدار بسیار زیادی از این فلز در قبرس استخراج می شد رومیان آنرا aes Cyprium می نامیدند. بعدها این کلمه به فرم ساده تر cuprum درآمد و در نهایت انگلیسی شده و به لغت Copper تبدیل شد.
کاربردها
مس فلزی قابل انعطاف و چکش خوار است که کاربردهای زیادی در موار زیر دارد:

• سیم های مسی.
• لوله های مسی.
• دستگیره های درب و سایر وسایل منزل.
• مجسمه سازی. مثلا" مجسمه آزادی شامل 179000 پوند مس می باشد.
• آهنرباهای الکتریکی.
• موتورها، بخصوص موتورهای الکترومغناطیسی.
• موتور بخار وات.
• کلیدها و تقویت کننده های الکتریکی.
• لامپ های خلاء ، لامپ های پرتوی کاتدی ومگنترون های اجاقهای مایکرو ویو.
• هدایت کننده موج برای تشعشع مایکروویو.
• به علت خاصیت هدایت بهتر آن نسبت به آلومینیوم، کاربرد مس در IC ها به جای آلومینیوم رو به افزایش است.
• بعنوان جزئی از سکه ها.
• در وسایل آشپزی، از جمله ماهی تابه .
• بیشتر سرویس های قاشق چنگال، قاشق ها،چنگال ها و چاقوها دارای مقادیری مس هستند(نقره نیکلی).
• اگر نقره استرلینگ در ظروف غذاخوری بکار رفته باشد، حتما باید دارای درصد کمی مس باشد.
• بعنوان بخشی از لعاب سرامیکی و در رنگ آمیزی شیشه .
• وسایل موسیقی ، بخصوص سازهای بادی.
• بعنوان یک بیواستاتیک در بیمارستان ها وپوشاندن قسمتهای مختلف کشتی.
• ترکیباتی مانند محلول فلینگ که در شیمی کاربرد دارد.
• سولفات مس که بعنوان سم و تصفیه کننده آب کاربرد دارد.

تاریخچه
مس برای تعدادی از تمدن های قدیمی ثبت شده ، شناخته شده بود و تاریخ استفاده از آن حد اقل به 10000 سال پیش می رسد. یک آویزه مسی ، متعلق به سال 8700 قبل از میلاد در شمال عراق کنونی پیدا شد. نشانه هایی مبنی بر ذوب و خالص کردن مس از اکسیدهای آن مانند مالاکیت و آزوریت تا سال 5000 قبل از میلاد وجود دارد. در عوض اولین نشانه های استفاده از طلا تقریبا" به 400 سال قبل از میلاد بر می گردد.
مصنوعات مسی و برنزی که از شهرهای سومری و مصنوعات مصری که از مس و آلیاژ آن با قلع یافت شده تقریبا" متعلق به 3000 سال قبل از میلاد هستند. در یکی از اهرام یک سیستم لوله کشی با مس پیدا شده که مربوط به5000 سال پیش است. مصریان دریافتند افزودن مقدار کمی قلع ، قالب گیری مس را آسان تر می کند لذا آلیاژهای برنزی که در مصر کشف می شوند تقریبا" قدمتی همانند مس دارند. استفاده از مس در چین باستان حداقل به 2000 سال قبل از میلاد مربوط بوده و تا 1200 سال قبل از میلاد در این کشوربرنز مرغوب ساخته می شده است. در نظر داشته باشید چون مس به راحتی برای استفاده و کاربرد مجدد ذوب می شود ، دوران ذکر شده تحت تاثیر جنگ ها و کشورگشائی ها قرار می گیرد.

در اروپا مرد یخیOetzi، مردی که به دقت نگهداری می شود و متعلق به3200 سال قبل از میلاد است، تبری با نوک مسی در دست دارد که درجه خلوص فلز آن 7/99% می باشد.مقدار زیاد آرسنیک موجود در موهای او نشان دهنده سرو و کار او با پالایش مس می باشد. استفاده ار برنز در مرحله ای از تمدن به قدری فراگیر بود که آن مرحله را عصر برنز می نامند. برنج برای یونانیان شناخته شده بود اما اولین بار بصورت گسترده توسط رومیان بکار رفت. به خاطر زیبایی درخشانش- بطوری که در باستان برای ساخت آئینه از آن استفاده می شد.

نقش بیولوژیکی
وجود مس برای کلیه گیاهان و حیوانات عالی ضروری می باشد. مس در آنزیم های متنوعی وجود دارد و فلز اصلی در رنگدانه حامل اکسیژن hemocyanin است. RDA برای مس در بزرگ سالان سالم 9/0 میلی گرم در روز می باشد. مس در جریان خون عمدتا" روی پروتئین پلاسمایی بنام ceruloplasmin حرکت می کند. اگرچه مس اول در روده جذب می شود، این عنصر همبسته با آلبومین به سوی کبد منتقل می شود. یک حالت ارثی که بیماری ویلسون نامیده می شود موجب باقی ماندن مس در بدن و عدم ورود آن به صفرا توسط کبد شود.این بیماری در صورت عدم درمان می تواند منجر به آسیبهای کبدی و مغزی شود.
ترکیبات
آلیاژهای بسیاری از مس وجود دارد: برنج آلیاژ مس و روی و برنز آلیاژ مس و قلع است. کربنات مس به رنگ سبز است که بوسیله آن ظاهر منحصر به فرد بام ها یا گنبدهای با پوشش مس روی بعضی ساختمان ها ساخته می شوند. اکسیدهای مس ( مانند: اکسید مس ایتریم و باریم 7δ Yba2Cu3O یا YBCO) پایه های بسیاری از ابر رساناهای غیر معمول را تشکیل می دهند. ترکیبات دیگر : سولفید مس.
ایزوتوپ ها
علاوه بر تعداد زیادی رادیوایزوتوپ ، دو ایزوتوپ پایدار Cu-63 و Cu-65 موجود است. تعداد بسیار زیادی از این رادیوایزوتوپها دارای نیمه عمرهایی به مقیاس دقیقه یا کمتر دارند.
هشدارها
با تمامی ترکیبات مس باید طوری رفتار شود گویی سمی هستند ( مگر خلاف آن مشخص باشد). این فلز در حالت پودزی خطر آتش زایی دارد. 30 گرم سولفات مس برای انسان کشنده است. مس موجود در آب آشامیدنی با غلظتی بیش از 1 میلی گرم در لیتر موجب لک شدن لباس ها و اقلام در آب می گردد. مقدار بی خطرمس در آب آشامیدنی انسان بر حسب منبع آن متفاوت است اما مرز آن بین 5/1 تا 2 میلی گرم در هر لیترمی باشد.
شناخت محیط رشد مس
مس نیز به مقدار بسیار کم در تولید کلروفیل، پروتئین، کربوهیدرات ها و همچنین در فعال ساختن برخی از آنزیم ها مورد نیاز است. در صورت کمبود مس برگ ها کوچک مانده و سرشاخه های جوان را دچار برگ سوختگی می کند. هر چه واکنش خاک اسیدی تر باشد، مس قابل استفاده تر است. برای رفع کمبود مس از سولفات مس به تنهایی و گاهی مخلوط با آهک (به نام محلول بردو) استفاده می شود که البته بازده آن در خاک های ایران بسیار کم است.

 

[atagm]

حلالیت های جانشینی وبین نشینی در فلزات

حلالیت های جانشینی وبین نشینی در فلزات

حلالیت جانشینی :
هرگاه اتم های محلول جای چند اتم در شبکه کریستالی حلال را بگیرند حلالیت جانشینی رخ می دهد .
در این نوع حلالیت ، شبکه کریستالی حلال حفظ می شود ولی شبکه کریستالی حل شونده از بین می رودواتم هایش به جای بعضی از اتم ها در شبکه حلال جایگزین می گردد .
نکته :
حلالیت جانشینی بیشتر از دیگر حلالیت ها اتفاق می افتد . مثل حل شدن روغن در نفت که ساختمان نفت حفظ می شود ولی اتم های روغن به جای بعضی از اتم ها در شبکه پیوندی نفت قرار می گیرند .
حلالیت بین نشینی :
در این حلالیت شبکه کریستالی حل شونده متلاشی می شود واتم هایش در جاهای خالی بین اتم های حلال جای می گیرند .
نکته مهم 1:
این محلول ها موقعی تشکیل می شوند که قطر اتم حل شونده کوچک باشدوامکان تطبیق با فضاهای خالی شبکه کریستالی حلال را داشته باشند . یعنی عناصری با شعاع اتمی کوچکتر نسبت به اتم حلال در شبکه کریستالی حلال جای گیرند .مثل قرار گرفتن C (کربن ) ،N (نیتروژن )، H (هیدروژن )در شبکه کریستالی آهن(Fe ) وتشکیل محلول جامد ازنوع بین نشینی
نکته مهم 2 :
یک محلول جامد بین نشینی همیشه ثابت کریستالی شبکه حلال را افزایش می دهد . همچنین باعث افزایش عدد همسایگی در شبکه و در نتیجه افزایش فشردگی واحتمالا سختی قطعه مربوط می شود.​

 

[atagm]

شرایط تشکیل محلول جامد جانشینی

شرایط تشکیل محلول جامد جانشینی

بهترین نتیجه تشکیل محلول جامدجانشینی زمانی به دست می آیدکه :
1 ) اندازه شعاع اتمی حلال وحل شونده به هم نزدیک باشد وحداکثر اختلاف شعاع اتمی آن ها حدود 15درصد باشد.
نکته :
هرگاه شعاع اتمی حلال وحل شونده خیلی به هم نزدیک باشد احتمال حلالیت نامحدود بیشتر است چون انرژی را زیاد تغییر نمی دهند .
2 ) حلال وحل شونده نباید زیاد از نظر انرژی آزاد باهم اختلاف داشته باشند .
3 ) اگرساختمان کریستالی حلال و حل شونده یکی باشد ، امکان حلالیت نا محدود بیشتر است . زیرا احتیاج به انرژی به منظور تغییر ساختمان ندارد .
4 ) هرچه اتم ها در جدول شیمیایی بهم نزدیک باشند ، احتمال حلالیت بیشتر وهرچه دورتر باشند احتمال ترکیب بیشتر است .مثلاکلرو سدیم یک ترکیب است در حالی که Cu - Zn یک محلول است .
5 ) هرچه ظرفیت یا تعداد الکترون های مدار آخر دوعنصر به هم نزدیک باشند احتمال حلالیت آن ها بیشتر است .​