تفاوت بین فلزات و آلیاژها

توضیحات دقیق فرآیند تولید فلز

تولید مواد فلزی شامل چندین مرحله از استخراج معدن تا محصول نهایی است. جریان فرآیند فلزات مختلف (مانند آهن، آلومینیوم، مس و فولاد ضد زنگ) متفاوت است,اما پیوندهای اصلی مشابه هستند. در زیر فرآیند تولید صنعتی فلزات معمولی است:
1. معدن و رسوب معدن
(1) استخراج معدن
- سنگ آهن (همیتیت Fe2O3، مغناطیس Fe3O4)
- باکسیت (Al2O3)
- معدن مس (chalcopyrite CuFeS2)
روش: معدن های باز یا زیرزمینی.
(2) پانسمان سنگ معدنی
- خرد کردن و خرد کردن: خرد کردن معدن به ذرات نازک.
- فلوتیشن/ جدایی مغناطیسی: جدا کردن مواد معدنی فلزی از ناخالصی ها (مانند استفاده از جدا کننده مغناطیسی برای استخراج غلظت آهن).
- غلظت: برای به دست آوردن مواد معدنی با پاکیزگی بالا (مانند غلظت آهن حاوی بیش از 60٪ آهن).
2ذوب کردن (خلاصه فلزات)
(1) پیرو متالورژی (کاهش دمای بالا)
فلزات قابل استفاده: آهن، مس، سرب، روی و غیره
- ساخت آهن با فرن بالا:
- مواد اولیه: سنگ آهن + کوکس (عوامل کاهش دهنده) + سنگ آهک (فلوکس)
- واکنش: Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2 (در دمای 1500°C).
- محصول: آهن خام (که حاوی 2-4٪ کربن است و نیاز به تولید فولاد بیشتر دارد)
- تولیدی فولاد:
- دکاربوریزاسیون: تنفس اکسیژن برای کاهش محتوای کربن در آهن خام (مانند فولاد سازی کنورتر برای 15-20 دقیقه).
- آلیاژ: اضافه کردن کروم، نیکل و غیره برای تولید فولاد ضد زنگ
(2) هیدرو متالورژی (ذوب شیمی)
فلزات قابل استفاده: آلومینیوم، طلا، اورانیوم و غیره
- فرآیند بایر برای آلومینیوم:
1باکسیت + NaOH → Al2O3 را حل کنید.
2الکترولیز اکسید آلومینیوم (Al2O3) برای به دست آوردن آلومینیوم خالص (روشی هال-هرو)
(3) پالایش الکترولیتی
فلزات قابل استفاده: مس (خالصی 99.99٪) ، روی، نیکل.
- سنگ مس به عنوان آنود استفاده می شود، ورق مس خالص به عنوان کاتود استفاده می شود و محلول سولفات مس الکترولیز می شود.
3. ریختن و قالب گذاری
(1) کاسینگ
- ریختن شن: کم هزینه، مناسب برای اشکال پیچیده (مانند سیلندر موتور).
- ریختن مستمر: تولید مستقیم بلیت های فولادی و صفحه های آلومینیومی (بهبودی بهره وری).
(2) کار گرم
- نورد گرم: گرم کردن تا بالاتر از دمای بازکریستالیزه و نورد (مانند صفحات فولادی و لوله های مس)
- جعل: قالب گذاری تحت فشار (مانند شاخه های کریک و قطعات هواپیمایی)
(3) کار سرد
- رولینگ سرد: پردازش در دمای اتاق برای افزایش قدرت (مانند ورق های فولاد ضد زنگ، سیم مس).
- چاپ و برش: ساخت قطعات نهایی (مانند پوسته ماشین)
4درمان گرما

تکنولوژی

هدف

یک مثال بدهید

آنیل

فلز رو نرم کن و استرس رو کم کن

سیم مس گرم شده برای بهبود انعطاف پذیری

خاموش کردن + سخت کردن

سختي و سختي را بهبود بخشد

ابزار ابزار فولادی

درمان با محلول

عناصر آلیاژ یکنواخت (به عنوان مثال فولاد ضد زنگ)

فولاد ضد زنگ 304 گرم شده تا 1100 درجه سانتیگراد

5درمان سطح
- پیشگیری از زنگ: الکتروگالوانیزاسیون (فولاد گالوانیزه شده) ، آنودیزاسیون (الومینیوم)
- زیبایی شناسی: پولیش (فولاد ضد زنگ آینه ای) ، اسپری (پلاک آلومینیوم رنگی).
- پوشش عملکردی: پوشش PVD (کاربردهای مقاوم به فرسایش)
6. بازرسی کیفیت
-تحليل تركيب: اسپکترومتر براي کشف مواد عنصر
- آزمایش مکانیکی: آزمایش کشش، آزمایش سختی.
-بررسي غير مخرب: بازرسي اشعه اي، بررسي ترک هاي فوق صوتي

توضیحات دقیق فرآیند تولید آلیاژ
آلیاژ ها مواد ساخته شده از دو یا چند فلز (یا فلز و غیر فلز) از طریق فیوژن، سینتر کردن یا سایر فرآیندهای هستند و دارای خواص بهتر از فلزات خالص هستند، مانند قدرت بالاتر،مقاومت در برابر خوردگی یا عملکردهای ویژهدر زیر یک فرآیند تولید آلیاژ معمولی است:
1آماده سازی مواد اولیه
- زیربناهای فلزی اصلی: مانند آهن (Fe) ، آلومینیوم (Al) ، مس (Cu) ، نیکل (Ni) و غیره
- عناصر آلیاژ:
- عملکرد بهبود یافته: کروم (Cr) ، مولیبدن (Mo) ، منگنز (Mn) ، سیلیکون (Si) و غیره
- بهبود قابلیت پردازش: کربن (C) ، گوگرد (S) ، فسفر (P) (محتوا باید به شدت کنترل شود).
- مواد کمکی: فلوکس (مانند سنگ آهک CaO) ، دی اکسید (مانند آلومینیوم Al) ، گاز محافظ (مانند آرگون Ar).
2. فرآیند ذوب شدن
(1) محاسبه مواد
با توجه به ترکیب آلیاژ هدف (مانند فولاد ضد زنگ 304 نیاز به 18٪ Cr + 8٪ Ni) ، مواد خام را به دقت وزن کنید.
(2) روش ذوب

حالت ذوب

سناریوی کاربرد

خصوصیت

کوره قوس الکتریکی (EAF)

فولاد ضد زنگ، آلیاژ ویژه

دمای بالا (1600°C+) ، کنترل دقیق ترکیب

کوره های اندوکسی

آلیاژ های با خالصیت بالا (مانند آلیاژ های مبتنی بر نیکل)

هیچ آلودگی، ترکیب یکنواخت

تبدیل کننده (AOD/VOD)

تصفیه فولاد ضد کربن

کاهش محتوای کربن و کاهش از دست دادن کروم

مراحل کلیدی:
- ذوب: گرم کردن فلز به حالت مایع (به عنوان مثال حدود 1500-1600 °C برای آلیاژ های مبتنی بر آهن).
- آلیاژ: اضافه کردن عناصر آلیاژ (به عنوان مثال کروم، نیکل) و مخلوط کردن برای اطمینان از مخلوط یکسان.
- پالایش:
- دی اکسیداسیون: اضافه کردن آلومینیوم / سیلیکون برای حذف ناخالصی های اکسیژن.
- desulfurization/phosphorus: حذف عناصر مضر از طریق واکنش جریان (به عنوان مثال CaO).
3.گساندن یا گساندن مستمر
- ریختن قالب: آلیاژ مایع به قالب ریخته می شود و به شکل خنک می شود (برای دسته های کوچک قطعات پیچیده مناسب است).
- ریختن مستمر: ریختن مستقیم به سلاخ ها، بلیت های مربع یا بلیت های گرد (مناسب برای تولید در مقیاس بزرگ، مانند کویل های فولاد ضد زنگ)
4. کار گرم
- نورد گرم: گرم کردن تا بالاتر از دمای بازکریستالیزه (به عنوان مثال 1100-1250 °C برای فولاد ضد زنگ) و نورد به صفحات، میله ها و غیره
- جعل: قالب دهی تحت فشار (به عنوان مثال جعل آلیاژ هواپیمایی)
5. کار سرد (اختیاری)
- رولینگ سرد: پردازش در دمای اتاق برای افزایش قدرت (مانند ورق های فولاد ضد زنگ، سیم های آلیاژ مس).
- گرم کردن: از بین بردن سخت شدن کار و بازگرداندن سختی (مانند دمای گرم کردن فولاد ضد زنگ 304 1010-1120 °C).
6درمان سطح
- ترشح: حذف آکسید (HNO3 + HF مخلوط برای فولاد ضد زنگ).
- پولیش/پلاکینگ: مانند الکتروگالوانیزاسیون (فولاد گالوانیزه) ، پوشش PVD (فولاد ضد زنگ رنگی).
7. بازرسی کیفیت
-تحليل تركيب: اسپکترومتر مواد عنصر را تشخیص مي دهد.
- آزمایش خواص مکانیکی: سختی، مقاومت کششی، آزمایش ضربه.
- آزمایش غیر مخرب: تشخیص نقص اشعه ایکس، تشخیص فوق صوتی نقص های داخلی.
تفاوت بین فلزات و آلیاژ ها
1فلز (فلز خالص)
- تعریف: ماده ای که از یک عنصر فلزی واحد (به عنوان مثال آهن خالص، مس خالص، آلومینیوم خالص) تشکیل شده است.
- ویژگی ها:
- رسانایی الکتریکی و حرارتی خوب، اما خواص مکانیکی ضعیف (نرم، آسان برای تغییر شکل)
- خواص شیمیایی فعال (مانند آهن خالص که به راحتی زنگ می خورد)
- کاربرد معمول: سیم (برنج) ، ورق آلومینیوم (آلومینیوم) و سایر صحنه هایی که نیاز به پاکیزگی بالایی دارند.
2آلیاژ
- تعریف: ماده ای که از طریق ادغام دو یا چند فلز (یا فلز و غیر فلز) تشکیل شده است.
- ویژگی ها:
- بهینه سازی خواص (قوت، مقاومت در برابر خوردگی و غیره) با تنظیم ترکیب.
- کنترل هزینه ها (مانند جایگزینی بخشی از نیکل با منگنز برای کاهش هزینه فولاد ضد زنگ).
مثال هاي معمولي:
- فولاد ضد زنگ ( آهن + کروم + نیکل)
- مس (مس + روی)
- آلیاژ آلومینیوم (آلومینیوم + منیزیم / سیلیکون)

چرا محصولات فولاد ضد زنگ را انتخاب می کنید؟
فولاد ضد زنگ (مانند 304، 316) یک نماینده کلاسیک از آلیاژ های مبتنی بر آهن است و مزایای اصلی آن عبارتند از:
1مقاومت در برابر خوردگی
- نقش کروم: هنگامی که محتوای کروم بیش از 10.5٪ است، یک فیلم غیرفعال سازی کرم اکسید (Cr2O3) متراکم برای جدا کردن اکسیژن آب در سطح تشکیل می شود.
-مقايسه:
- فولاد کربن معمولی: به راحتی زنگ زده می شود، نیاز به گالوانیزه کردن / رنگ آمیزی دارد.
آلومینیوم: اگرچه در برابر خوردگی جو مقاوم است، اما در برابر اسید و قلی مقاوم نیست.
2. قدرت بالا و دوام
- سخت شدن کار: قدرت می تواند به طور قابل توجهی پس از رولینگ سرد بهبود یابد (مانند 304 که قدرت کششی آن پس از رولینگ سرد 50٪ افزایش یافته است).
- عملکرد در دمای بالا: فولاد ضد زنگ آستنیتی (مانند 310S) در 800 درجه سانتیگراد پایدار است.
3بهداشت و زیبایی
- بدون پوشش: برای جلوگیری از آلودگی پوشش، نیازی به پوشش یا رنگ آمیزی نیست (تطبيقات درجه غذایی مانند تجهیزات آشپزخانه، ابزار جراحی).
- تنوع سطوح: پولیش (آینه) ، برش (مات) ، پوشش (PVD) ، و غیره
4دوستانه به محیط زیست و قابل بازیافت
- 100٪ قابل بازیافت: فولاد ضد زنگ می تواند به طور مستقیم بدون کاهش عملکرد مجدداً ذوب شود.
- عمر طولانی: عمر فولاد ضد زنگ مورد استفاده در ساخت و ساز (مانند دیوار پرده 316L) می تواند به بیش از 50 سال برسد و باعث کاهش اتلاف منابع شود.
5اقتصاد (منظور بلندمدت)
- هزینه اولیه: فولاد ضد زنگ 2 تا 3 برابر بیشتر از فولاد کربن است، اما بدون نگهداری است (هیچ درمان ضد زنگ مورد نیاز نیست).
- مورد: مخزن مواد شیمیایی: فولاد کربن نیاز به تعویض منظم دارد، فولاد ضد زنگ یک بار سرمایه گذاری مقرون به صرفه تر است

چه موقع استیل ضد زنگ را انتخاب نکنیم؟
1محدودیت های شدید بودجه: فولاد کربن + پوشش ضد زنگ می تواند برای پروژه های کوتاه مدت استفاده شود.
2- تقاضای بسیار سبک: آلیاژ آلومینیوم یا آلیاژ تیتانیوم سبک تر (مانند هوافضا).
3محیط با دمای فوق العاده بالا: آلیاژ های مبتنی بر نیکل (مانند اینکونل) مقاوم تر در برابر گرما هستند.