مقایسه و بررسی تفاوت آلیاژهای آهنی و غیر آهنی

شاید واژه آلیاژ به‌اندازه واژه فلز به گوش شما نخورده باشد. آلیاژها درواقع ترکیبی با بیش از دو فلز یا یک فلز و یک نافلز هستند که اغلب خواص برتری را نسبت به فلزات تنها ارائه می‌دهند. اما به‌طورکلی، تمام آلیاژها به دو دسته شامل آلیاژهای آهنی و آلیاژهای غیر آهنی تقسیم می‌شوند. حال به نظر شما اساس این تقسیم‌بندی چیست؟ به عبارتی، تفاوت آلیاژهای آهنی و غیر آهنی چیست؟ کدام فلزات آهنی و کدام غیر آهنی هستند؟ آلیاژهای آهنی گران‌تراند یا آلیاژهای غیر آهنی؟ برای رسیدن به پاسخ چنین پرسش‌هایی در این مقاله با ما همراه باشید.

مقایسه تفاوت آلیاژهای آهنی و غیر آهنی

فلز آهن آن‌قدر برای بشر مهم و حیاتی است که سبب شده است فلزات و آلیاژها را بر مبنای آن تقسیم‌بندی کنند. بر همین اساس، آن دسته از آلیاژهایی که در ترکیب شیمیایی خود ردپایی از عنصر آهن دارند را فلزات و یا آلیاژهای آهنی و سایرین که فاقد آهن هستند را آلیاژها یا فلزات غیر آهنی نام نهادند. بااین‌حال، این فلزات غیر آهنی بودند که نخستین بار توسط بشر کشف شدند و قدمت بیشتری نسبت به فلزات آهنی دارند.

به‌عنوان‌مثال، می‌توان به عصر برنز اشاره کرد که پس از عصر پارینه‌سنگی، دومین عصر در دوره پیشرفت‌های بشری است. برنز که آلیاژی از مس و قلع است، در کنار برنج، دو گروه از خانواده آلیاژهای غیر آهنی بر پایه مس را تشکیل می‌دهند. تفاوت مس و برنج و برنز نیز به سبب همین آلیاژسازی برنج و برنز است که از برخی جنبه‌ها خواص مطلوب‌تری نسبت به مس خالص دارند.

آلیاژهای آهنی و غیر آهنی می‌توانند خواص و مشخصات متنوعی داشته باشند که در برخی از خواص فلزات آهنی بر غیر آهنی برتری داشته و در برخی خواص نیز برعکس این موضوع را شاهد هستیم. اما یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های آلیاژهای آهنی و غیر آهنی، در مغناطیسی بودن فلزات آهنی است.

آلیاژهای آهنی به دلیل برخورداری از فاز فریت در ریزساختار خود که یک فاز مغناطیسی است، جذب آهنربا می‌شوند. فریت موجود در ساختار آهن و فولاد در دمای بالای 768 درجه سانتی‌گراد که به دمای کوری معروف است، خاصیت مغناطیسی خود را از دست می‌دهد و به فریت بتا تبدیل می‌شود اما ساختار کریستالی آن همچنان ثابت بوده و به‌صورت مکعبی مرکز پر (BCC) است. فریت مغناطیسی نیز فریت آلفا با ساختار BCC است.

انواع فلزات آهنی کدام اند؟

فلزات آهنی به فلزاتی گفته می‌شود که در ساختار آن‌ها مقدار مشخص و قابل‌ملاحظه‌ای آهن وجود دارد. بر همین اساس، انواع فلزات و آلیاژهای آهنی عبارت‌اند از:

• فلز آهن
• انواع فولادها
• انواع چدن

کشف فلز آهن آن‌قدر مهم بود که دیگر کسی حتی عصر برنز را به یاد نمی‌آورد. فلزی که زندگی بشر و صنایع مختلف را دگرگون کرد و دوره جدیدی موسوم به عصر آهن را برای بشر به همراه داشته است. با وجود نرم و شکل‌پذیر بودن آهن و مغناطیسی بودن آن، اما بشر دریافت که آهن علی رقم فراوانی زیاد، برای اکثر کاربردها و ساخت ابزارآلات بسیار نرم است و استحکام کمی دارد.

فولاد ؛ مهم‌ ترین آلیاژ آهنی

پس از تلاش‌های بسیار، تحول عظیمی در زندگی بشر رخ داد که حاصل آن رسیدن به آلیاژی بسیار مستحکم، بادوام، شکل‌پذیر و ارزان‌قیمت شد. این آلیاژ فولاد است که ترکیبی از آهن و کربن با میزان کربن کمتر از 2.1 درصد است و عناصر آلیاژی دیگری مانند نیکل، کروم، منگنز و غیره نیز برای اهداف مختلفی به آن افزوده می‌شوند. این‌چنین، انواع فولادهای ساده کربنی، انواع فولادهای ضد زنگ یا استیل‌ها، فولادهای ابزار، فولادهای آلیاژی کم آلیاژ و پر آلیاژ روی کار آمدند.

بااینکه گفته شد فلزات و آلیاژهای آهنی مغناطیسی هستند، اما این امر برای تمام آن‌ها صادق نیست. مثلاً می‌توان به تفاوت استیل بگیر و نگیر از نظر مغناطیسی بودن اشاره کرد که نام آن‌ها نیز به همین موضوع اشاره دارد. بااینکه هردوی آن‌ها از مقدار زیادی آهن در ساختار خود بهره می‌برند، اما آهن موجود در ترکیب استیل نگیر از نوع غیر مغناطیسی یا آستنیتی است.

انواع چدن

دسته سوم از خانواده آلیاژهای آهنی، چدن‌ها هستند. چدن به‌صورت آلیاژی از آهن و کربن با میزان کربن 2 تا 4 درصد تعریف می‌شود و می‌تواند عناصر آلیاژی دیگری نیز به همراه داشته باشد. گفتنی است که در فولادسازی، فلز مذابی که در ابتدا در کوره بلند به دست می‌آید همان چدن است و این چدن در مراحل بعدی مقدار کربن و دیگر عناصر آلیاژی آن کاهش یافته تا در محدوده استاندارد برای فولادها قرار گیرد.

انواع فلزات غیر آهنی کدام اند؟

برخلاف آلیاژهای آهنی که تنها شامل سه دسته اصلی هستند، تنوع آلیاژهای غیر آهنی بسیار زیاد است. این آلیاژها در ساختار خود حاوی آهن نبوده و مقدار زیادی از فلزات غیر آهنی دیگر دارند و همین امر سبب تفاوت آلیاژهای آهنی و غیر آهنی شده است. مهم‌ترین آلیاژهای غیر آهنی شامل موارد زیر می‌شوند:

• آلیاژهای آلومینیوم
• آلیاژهای مس نظیر برنج و برنز
• آلیاژهای نیکل
• آلیاژهای سرب
• آلیاژهای روی
• آلیاژهای قلع
• آلیاژهای منیزیم
• آلیاژهای طلا
• آلیاژهای نقره

آلیاژهای آلومینیوم

پس از آهن، آلومینیوم پرمصرف‌ترین فلز برای بشر در صنایع گوناگون است. نسبت استحکام به وزن بسیار خوب این فلز و نیز مقاومت خوب در برابر خوردگی سبب شده است از آلومینیوم در ساخت بدنه انواع خودروها، بدنه هواپیما، ساخت انواع قوطی کنسرو و قوطی‌های نوشیدنی استفاده شود. اما توجه شود که آلومینیوم خالص نرم است و برای کاربرد به‌عنوان بدنه خودرو و هواپیما اصلاً مناسب نیست. بنابراین با آلیاژسازی آلومینیوم توسط عناصر مختلف، آلیاژهای آلومینیوم مستحکمی تولید شده که سختی و استحکام آن‌ها بسیار بالاست.

برای نمونه می‌توان به آلیاژ آلومینیوم 2024 که شامل عناصر آلیاژی اصلی آلومینیوم و مس است، آلیاژ آلومینیوم 6061 شامل آلومینیوم و منگنز و سیلیسیم و نیز آلیاژ آلومینیوم 7075 شامل آلومینیوم و روی اشاره کرد. آلیاژهایی از آلومینیوم که با چهار رقم نام‌گذاری می‌شوند از نود آلیاژهای نوردی یا فرفورژه هستند.

گروه دیگری از آلیاژهای آلومینیوم شامل آلیاژهای ریختگی هستند که با سه عدد نام‌گذاری می‌شوند. برای مثال می‌توان به آلیاژ آلومینیوم 356 اشاره کرد که برای کاربردهای هوافضا و کاربردهای صنعتی به دلیل استحکام خوب، قابلیت ریخته‌گری عالی و جوشکاری بسیار خوب مورداستفاده قرار می‌گیرد. سیستم نام گذاری آلومینیوم را می‌توانید به صورت خلاصه در جدول زیر مشاهده نمایید.

آلیاژهای مس

مس را با خاصیت هدایت الکتریکی و حرارتی فوق‌العاده آن به خاطر می‌آورند. این فلز بسیار شکل‌پذیر است و مقاومت به خوردگی بسیار خوبی نیز دارد. درنتیجه از آن در صنایع الکترونیک به‌وفور استفاده می‌شود. هم‌چنین، ساخت انواع سیم، لوله‌های مسی، ورق‌های مسی برای کاربرد در سقف شیروانی، تولید برنج و برنز و غیره از دیگر کاربردهای فلز مس است.

بااین‌حال، برخی معایب مانند حساس بودن به تردی هیدروژنی و نسبت استحکام به وزن پایین ممکن است برخی کاربردهای آن را محدود کند. این‌چنین، آلیاژهای مس روی کار می‌آیند تا این خواص را بهبود بخشند. مهم‌ترین آلیاژهای غیر آهنی بر پایه مس شامل برنج (ترکیب مس و روی) و برنز (ترکیب مس و قلع) می‌شوند.

مقایسه فلزات آهنی و غیر آهنی

باوجوداینکه هر دو گروه آلیاژهای آهنی و غیر آهنی در برخی خواص نسبت به فلزات خام بهبودیافته‌اند اما نسبت به گروه مقابل ممکن است از برخی جنبه‌ها دارای برتری بوده و در برخی زمینه‌ها نیز ضعیف‌تر باشند. برای شناخت دقیق‌تر تفاوت آلیاژهای آهنی و غیر آهنی خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی آن‌ها را با یکدیگر مقایسه می‌کنیم.

استحکام و سختی

به‌طورکلی آلیاژسازی موجب افزایش استحکام و سختی آلیاژ نسبت به فلزات خالص می‌شود اما در مورد آلیاژهای آهنی و غیر آهنی باید گفت که فولادها استحکام بسیار بالایی دارند که تنها برخی از آلیاژهای غیر آهنی نظیر آلیاژهای نیکل و تیتانیم توانایی رقابت با آن و استحکام نزدیک به فولاد را دارند.

مقاومت در برابر خوردگی

به‌جز فولادهای ضد زنگ، بقیه اعضای خانواده آلیاژهای آهنی مقاومت مطلوبی در برابر خوردگی ندارند. فولادهای ضد زنگ به سبب برخورداری از عنصر کروم چنین خاصیتی دارند. در مقابل، بیشتر آلیاژهای غیر آهنی مانند آلیاژهای مس، آلومینیوم، نیکل، تیتانیم و زیرکونیم و غیره در برابر خوردگی و مخصوصاً خوردگی دمابالا (نیکل و تیتانیم) مقاوم هستند.

شکل‌پذیری

اغلب فلزات غیر آهنی شکل‌پذیری بهتری نسبت به فلزات آهنی دارند. چدن بسیار سخت و شکننده است و به‌راحتی نمی‌توان آن را چکش‌کاری کرد و شکل داد. فولاد اما شکل‌پذیری بهتری نسبت به چدن دارد اما در مقابل آلیاژهای مس و آلومینیوم، حرفی برای گفتن نخواهد داشت.

قیمت

آلیاژهای غیر آهنی به دلیل کمیاب‌تر بودن، قیمت بیشتری نسبت به آلیاژهای آهنی دارند. گل سرسبد آن‌ها نیز آلیاژهای طلا و نقره هستند. اما بااین‌حال، آلیاژهای نیکل، مس، تیتانیم و غیره هم نسبت به فولادها و چدن گران‌ترند.

جمع‌بندی

تفاوت آلیاژهای آهنی و غیر آهنی در درجه اول از وجود و عدم وجود آهن در ساختار آن‌ها ناشی می‌شود که خواص مغناطیسی را برای فلزات آهنی و غیر مغناطیسی بودن را برای آلیاژهای غیر آهنی به دنبال دارد. آلیاژهای آهنی معمولاً سختی و استحکام بالاتری نسبت به آلیاژهای غیر آهنی دارند و دراین‌بین فقط نیکل و تیتانیم در استحکام می‌توانند با فولادها رقابت کنند. فلزات غیر آهنی شکل‌پذیرتر بوده و مقاومت به خوردگی بهتری نیز دارند. در انتها نیز باید اشاره کرد که به سبب فراوانی آلیاژهای آهنی، این مواد نسبت به آلیاژهای غیر آهنی ارزان‌ترند.

سؤالات متداول

1- تفاوت آلیاژهای آهنی و غیر آهنی در چیست؟

فلزات آهنی استحکام و سختی بالاتر اما مقاومت به خوردگی، شکل‌پذیری و قیمت پایین‌تری نسبت به فلزات غیر آهنی دارند.

2- مهم‌ترین آلیاژهای آهنی کدام اند؟

آهن، انواع فولادها شامل فولادهای کربنی، آلیاژی، فولادهای ضد زنگ یا استیل، فولادهای ابزار و نیز انواع چدن‌ها.

3- مهم‌ترین فلزات غیر آهنی کدام اند؟

آلومینیوم، مس و آلیاژهای آن شامل برنج و برنز، نیکل، طلا، نقره، روی، سرب، قلع، تیتانیم، منیزیم و غیره.