Legeringar är metallföreningar som består av en metall och ett eller flera metall- eller icke-metallelement.
Exempel på vanliga legeringar:
- Stål: A kombination av järn (metall) och kol (icke-metall)
- Brons: En kombination av koppar (metall) och tenn (metall)
- Mässing: En blandning av koppar (metall) och zink (metall)
Egenskaper
Enskilda rena metaller kan ha användbara egenskaper såsom bra elektrisk konduktivitet, hög hållfasthet och hårdhet, eller värme och korrosion motstånd. Kommersiella metalllegeringar försöker kombinera dessa fördelaktiga egenskaper för att skapa metaller mer användbara för särskilda tillämpningar än någon av deras komponentelement.
Stålkräver till exempel rätt kombination av kol och järn (cirka 99% järn och 1% kol) för att producera en metall som är starkare, lättare och mer användbar än rent järn.
Exakta egenskaper hos nya legeringar är svåra att beräkna eftersom element inte bara kombineras för att bli en summa av delarna. De bildas genom kemiska interaktioner, som beror på komponenter och specifika produktionsmetoder. Som ett resultat krävs mycket testning i utvecklingen av nya metalllegeringar.
Smälttemperatur är en nyckelfaktor för legering av metaller. galinstan, en lågsmältande legering innehållande galliumtenn och indium, är flytande vid temperaturer över 2,2 ° F (-19 ° C), vilket innebär att dess smältpunkt är 122 ° F (50 ° C) lägre än rent gallium och mer än 212 ° F (100 ° C) under indium och tenn.
Galinstan® och Wood's Metal är exempel på eutektiska legeringar - legeringar som har den lägsta smältpunkten för någon legeringskombination som innehåller samma element.
Sammansättning
Tusentals legeringskompositioner är i regelbunden produktion med nya kompositioner som utvecklas varje år.
Accepterade standardkompositioner inkluderar renhetsnivåerna för beståndsdelar (baserat på viktinnehåll). Makeupen, liksom de mekaniska och fysiska egenskaperna hos vanliga legeringar, är standardiserade av internationella organisationer som International Organization for Standardization (ISO), SAE International och ASTM Internationell.
Produktion
Vissa metalllegeringar förekommer naturligt och kräver lite bearbetning för att konverteras till industriella material. Ferrolegeringar, till exempel Ferrokrom och Ferro-kisel, produceras till exempel genom smältning av blandad malm och används vid produktion av olika stål. Ändå skulle man misstänka att tro att legering av metaller är en enkel process. Om man till exempel bara skulle blanda smält aluminium med smält leda, skulle de upptäcka att de två skulle separera sig i lager, ungefär som olja och vatten.
Kommersiella och handelslegeringar kräver vanligtvis större bearbetning och bildas oftast genom att blanda smälta metaller i en kontrollerad miljö. Förfarandet för att kombinera smälta metaller eller blanda metaller med icke-metaller varierar mycket beroende på egenskaperna hos elementen som används.
Eftersom metallelement har stora variationer i deras tolerans mot värme och gaser, faktorer som smälttemperaturer på komponentmetaller, föroreningsnivåer, blandningsmiljö och legeringsförfarande är centrala överväganden för en framgångsrik legering bearbeta.
Medan element som eldfasta metaller är stabila vid höga temperaturer, andra börjar interagera med sin miljö, vilket kan påverka renhetsnivåerna och slutligen legeringskvaliteten. Ofta i sådana fall måste mellanliggande legeringar förberedas för att övertyga elementen att kombinera.
Som exempel tillverkas en legering av 95,5% aluminium och 4,5% koppar genom att först framställa en 50% blandning av de två elementen. Denna blandning har en lägre smältpunkt än antingen ren aluminium eller ren koppar och fungerar som en "härdningslegering." Detta introduceras sedan till smält aluminium med en hastighet som skapar rätt legeringsblandning.
källor: Street, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Metaller i tjänsten av människan. 11: e upplagan (1998).