Aliaje

Majoritatea metalelor pe care le folosim sunt aliaje, amestecuri in care cel putin o substanta este un metal. Aceasta deoarece metalele pure au rareori proprietatile ideale pentru o anumita sarcina , dar pot fi imbunatatite prin adaugarea altor metale.

Proprietatile fizice ale unui metal, precum rezistenta, duritatea, punctul de topire si conductivitatea electrica, depind de structura sa cristalina. Aceasta se modifica atunci cand metalul este amestecat cu o alta substanta. Aliajul rezultat are o structura diferita de a componentelor sale, astfel incat si proprietatile sale sunt diferite.Unele aliaje contin nemetale, precum carbonul, siliciul si fosforul, dar majoritatea aliajelor sunt facute in intregime din metale. Otelul este un aliaj de fier si carbon, dar otelurile aliate au elemente de aliere aditionale, precum nichelul, siliciul, manganul si cromul. Acestea modifica structura de baza a otelului, astfel incat se pot aplica forme variate de tratare pentru a face otelul sa fie mai dur, mai moale, mai elastic sau mai rezistent, in functie de necesitatile aplicatiei.

Oteluri aliate

O gama larga de oteluri aliate poate fi produsa prin utilizarea diferitelor combinati de elemente de aliere si a formelor potrivite de tratare termica. Otelul cu mangan contine aproximativ 1%carbon si 11-14%mangan.este folosit la fabricarea componentelor care urmeaza sa fie supuse la uzura intensa precum coltii benelor de excavatoare pentru terasamente.

Forma obisnuita de otel inoxidabil, cunoscuta ca 18-8, consta din fier aliat cu 18%crom, 8% nichel si 0.08%carbon.Alte forme de otel inoxidabil contin 12-30% crom, adesea cu cantitati mai mici de alte metale, precum nichel, molibden si cupru,Aceste aliaje au multe utilizari in industrie si pentru menaj.Ele sunt folosite pentru fabricarea rulmentilor cu bile, a utilajelor din uzinele chimice, a palatelor de rubina, a chiuvetelor si a tacamurilor.

Printe aliajele pe baza de cupru se numara bronzul, alama si aliajele din cupru monovalent si nichel. Bronzul – cel mai vechi aliaj fabricat – consta initial in aproximativ 75% cupru si 25% staniu. In prezent denumirea de bronz se refera la o gama larga de aliaje pe baza de cupru, care contin o varietate de metale si uneori putin staniu, sau deloc.

Printe cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase, facute prin adaugarea de pana la 0.5% fosfor la un bronz de cupru si staniu ce contine 85-90% cupru. Cu mai putin de 0.3% fosfor, aliajul este elastic si nemagnetic. Un astfel de aliaj este folosit la fabricarea armaturilor de contact pentru relee- intrerupatoare actionate de electromagneti.Armaturile de aliaj sunt unite usor pentru a face contact.Ele nu se magnetizeaza, astfel se desprind la intreruperea curentului electric.

Atunci cand continutul de fosfor este mai ridicat, aliajul devine mult mai dur deoarece in el se formeaza un compus numit fosfura de cupru. Aceasta forma dura de bronz fosforos este des fabricata la fabricarea lagarelor pentru masini si motoare.

Bronzuri de plumb

Pentru fabricarea lagarelor care trebuie sa reziste la viteze si presiuni mari, este mai potrivit bronzul fosforos de plumb. Acesta se obtine prin includerea a 3.5% plumb in bronzul fosforos.

Plumbul este folsit si pentru obtinerea bronzurilor de plumb cu staniu.Tipurile cu continut redus de plumb, doar0.5% plumb, sunt folosite pentru folosirea garniturilor pentru conducte de aburi si de apa si pentru lucrari ornamentale.Bronzurile cu staniu cu continut ridicat, pana 20%plumb,se folosesc pentru lagare de inalta performanta.

Bronzul rosu

Bronzul rosu este o forma debronz care contine zinc Bronzurile rosii traditionale contin aproximativ 88%cupru, 8-10%staniu si 2-4%zinc. Bronzurile rosii cu nichel contin cu pana la 5% nichel. Initial folosit la fabricarea tevilor de pusti, bronzul rosueste utilizat la componente pentru constructii de masini, inclusiv rulmenti.

Bronzul cu Aluminiu

Bronzul cu aluminiu este un aliaj de cupru si aluminiu, adesea cu cantitati mici de metale, precum nichel, fier sau mangan. Desi se numeste bronz, adesea nu contine deloc staniu.Bronzul de aluminiu este la fel de rezistent ca si otelul moale si are o buna rezistenta la coroziune, inclusiv la actiunea acizilor diluati. Este folosit la fabricarea elicelor navelor, a unor piese pentru utilaje hidraulice grele si a utlajelor de tehnologie chimica, precum rezervoare si pompe rezistente la acizi.

Alama

Alama este un aliaj de cupru si zinc, combinanate intr-o varietate larga de proportii. Ea este adesea aliata cu alte metale, inclusiv staniu, plumb si aluminiu.

Alama de cartuse contine circa 70% cupru si 30% zinc.Este foarte ductila, dar are rezistenta mica la intindere. Acest aliaj a fost initial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartuse si este folosit si in prezent in acest scop.Alte articole fabricate in prezent din alama de cartuse sunt valvele si garniturile pentru tevarie, precum si soclurile becurilor electrice.

Alama speciala, mai dura si mai rezistenta decat alama de cartuse, se obtine prin alierea cuprului si zincului cu mangan, fier si staniu, plumb si aluminiu.Alama speciala este usor de prelucrat sipotrivita pentru scopuri de turnatorie (elicele unor nave).

Multe alte tipuri de alama sunt facte pentru o gama larga de aplicatii, inclusiv pentru componente pentru constructii de masini, roti dintate, ornamente, prize si dulii electrice.

Aplaca este strans inrudita cu alama. Ea este alcatuita din cupru aliat cu zinc si nichel. Argentanul de fapt nu contine deloc argint, dar are aspect de argint.El este mai bine cunoscut pentru utilizarea sa pentru tacamuri. De obicei este placat cu argint si este cunoscut sub numele de argentan galvanizat, sau EPNS.

Aliaje de aluminiu

Producerea aliajelor de aluminiu este relativ recenta, majoritatea materialelor fiind introduse in anii 1900. Aliajele de aluminiu care sunt potrivite pentru turnatorie contin pana la15% siliciu ,plus cantitati mai mici de metale precum cuprul,fierul nichelul sizincul. Printre articolele turnate din asemenea aliaje usoare se numara blocurile de cilindri de motor si componentele pentru motoare si fuzelaje de aeronave.

Aliajele de aluminiu potrivite pentru alte procese de modelare, precum forjarea,laminarea si trefilarea, contin pana la 7% magneziu si circa 1% mangan.Aliajele foarte puternice de acest tip, cu o utilizare larga in aviatie, se obtin cu circa 5% zinc si cantitati mai mici de cupru, magneziu si mangan.

Duralumin

Una dintre cele mai importante descoperiri in evolutia aliajelor de aluminiu a fost un efect cunoscut sub numele de duritate prin imbatranire. Acesta a fost observat de metalurgul dr. Alfred Wilm.In 1909, Wilm experimenta cu un aliaj de aluminiu ce continea 3.5% cupru si 0.5% magneziu.El a incercat sa faca aliajul sa devina mai dur prin forme variate de tratare termica, inclusiv incalzirea la aproximativ 500ºC si aruncarea ulterioara in apa pentru a se raci repede.

Efectul imediat al acestui tratament a fost redus, dar dupa cateva zile Wilm a descoperit ca metalul devenise mult ai dur, desi nu fusese supus unui tratament ulterior. Motivele nu au fost imediat intelese,dar aliajul care a devenit cunoscut sub numele de duraluminiu a fost curand folosit curand la dirijabile si avioane. In prezent aceste aliaje sunt folosite si pentru navele spatiale. Compozitia lor variaza dar in mod obisnuit aliajele constau dintr-o baza de aluminiu cu 3.5%-4.5% cupru, cate 0.4%-0.7%magneziu si mangan si pana la 0.7% siliciu.

Structuri de aliaje

Exista trei moduri in care pot sa se combine elementele intre ele ca sa poata forma un aliaj, dar si elementele componente se pot combina in mai multe feluri.

In solutia solida substitutionala, elementele sunt efectiv dizolvateunele in altele. Reteaua cristalina a unui element contine atomi ai celuilalt element in pozitii care in mod normal pot fi ocupate de atomi ai primului element. Cu alte cuvinte, o parte din atomii unui element. Cel de-al doilea mod de formare a unui aliaj este atunci elementele sunt dizolvate unele in altele intr-o ”solutie solida interstitiala”. In acest caz, atomii apartinand celui de-al doilea metal ocupa spatii dintre atomii din reteaua cristalina a primului element.

Cu alte cuvinte, atomii unui element intra in interstitiile, sau spatiile, din structura celuilalt element. Cel de-al treilea mod in care se alieaza elementele este prin formarea "compusi intermetalici".Doua metale se combina chimic pentru a forma in compus cristalin cu o structura reticulara. Aceasta contine atomi ai ambelor metale aranjati intr-un tiparregula La unele aliaje structura se schimba de la o forma la alta dupa fabricare,determinand si schimbarea proprietatii metalului. O schimbare de acest fel provoaca efectul cunoscut sub numele de duritate prin imbatranire la duraluminiu si alte cateva aliaje.