stop - Alloy


Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Stop Wooda , A eutektyki o niskiej temperaturze topnienia stopu bizmutu , ołowiu , cyny i kadmu

Stopu jest kombinacją metali lub z metalu i innego elementu . Stopy są zdefiniowane przez wiązanie metaliczne postaci. Stop może być stały roztwór elementów metalowych (jednofazową) lub mieszaniną faz metalicznych (dwa lub więcej rozwiązań). Międzymetaliczne związki są stopy o określonej stechiometrii i struktury krystalicznej. Fazy Zintl są czasem uznawane stopy w zależności od rodzaju wiązania (patrz także: Van Arkel-Ketelaar trójkąta dla informacji o klasyfikacji wiązania w związkach binarnego).

Stopy są wykorzystywane w szerokiej gamie zastosowań. W niektórych przypadkach, kombinacja metali może zmniejszyć całkowite koszty materiału, zachowując istotne właściwości. W innych przypadkach, kombinację metali nadaje właściwości synergiczne do metalowych elementów składowych, takich jak odporność na korozję i wytrzymałość mechaniczna. Przykłady stopów stali , lutować , mosiądzu , cyny , duraluminium , brązu i amalgamaty .

Składniki stopu są zwykle mierzona procent masowy w praktycznych zastosowaniach, w frakcji atomowej do podstawowych badań naukowych. Stopy są zazwyczaj klasyfikowane jako zastępczych lub śródmiąższowe stopów , w zależności od układu atomowy, który tworzy się stop. Mogą być dalej klasyfikowane jako jednorodny (składający się z jednej fazy) albo heterogeniczne (składający się z dwóch lub więcej etapach) lub związek międzymetaliczny .

Wprowadzenie

Ciecz z brązu , przy czym przelewa się do form podczas odlewania.
Mosiężne lampy.

Stop jest mieszaniną pierwiastków , który stanowi zanieczyszczony substancją (domieszek), która zachowuje cechy metalu . Stop różni się od zanieczyszczonego metalu na tym, że ze stopu dodawane pierwiastki chemiczne są dobrze kontrolowane w celu wytworzenia pożądanej właściwości, a metale takie jak zanieczyszczone ŻELAZO mniej kontrolowany, ale są często uważane za użyteczne. Stopy są przez zmieszanie dwóch lub większej liczby elementów, z których co najmniej jeden jest z metalu. Jest to zwykle nazywane głównym metalu lub metal rodzimy, a nazwa tego metalu może być także nazwą stopu. Inne składniki mogą lub nie mogą być metale, lecz po zmieszaniu ze stopionego podłoża, będą rozpuszczalne i rozpuścić w mieszaninie. Właściwości mechaniczne stopów często będzie zupełnie odmienne od jego poszczególnych składników. Metalu, który jest zwykle bardzo miękkie ( plastyczny ), takie jak aluminium , może zostać zmieniona przez stopu go z innego miękkiego metalu, takiego jak miedź . Chociaż oba metale są bardzo miękkie i ciągliwa , uzyskany stop aluminium będzie mieć znacznie większą wytrzymałość . Dodanie niewielkiej ilości niemetalicznych węgla do żelaza handluje swoją wielką plastyczność dla większej wytrzymałości stopu o nazwie stali . Ze względu na swoją bardzo-wysokiej wytrzymałości, ale nadal znacznej ciągliwości i jego zdolności do być znacznie zmienione przez obróbkę cieplną , nierdzewna jest jednym z najbardziej użytecznych i popularnych stopów w nowoczesnej użytkowania. Przez dodanie chromu do stali, jego odporność na korozję może być zwiększona, tworząc ze stali nierdzewnej , podczas gdy dodanie krzemu zmienią swoje właściwości elektrycznych wytwarzania stali krzemowej .

Jak olej i woda, płynny metal może nie zawsze miesza się z innym elementem. Na przykład, czyste żelazo jest prawie całkowicie nierozpuszczalne miedzią. Nawet wtedy, gdy składniki te są rozpuszczalne, z których każdy ma zwykle temperaturę nasycenia , powyżej których nie więcej składnika może być dodawana. Żelazo, na przykład, może pomieścić maksymalnie 6,67% węgla. Chociaż elementy stopu zwykle musi być rozpuszczalny w ciekłym stanie, że nie zawsze mogą być rozpuszczalne w stałym stanie. Jeżeli metale pozostaje rozpuszczalna gdy są stałe, stop tworzy stały roztwór , staje się jednorodna struktura składająca się z takich samych kryształów nazywany fazę . Jeśli jako mieszaninę schładza się nierozpuszczalne składniki, można je rozdzielić w celu utworzenia dwóch lub więcej różnych typów kryształów, tworząc niejednorodną mikrostrukturę w różnych etapach, niektóre z więcej niż jednego składnika druga faza posiada. Jednakże, w innych stopów, nierozpuszczalne elementy mogą rozdzielić dopiero po następuje krystalizacja. Jeśli chłodzi się szybko, najpierw krystalizacji jako jednorodnej fazy, ale są przesyconego ze składników drugorzędnych. W miarę upływu czasu, atomy tych przesyconych stopów można oddzielić z siatki krystalicznej, staje się bardziej stabilny, i tworzą drugi etap, które służą do wzmocnienia kryształy wewnętrznie.

Niektóre stopy, takie jak elektron , który stanowi stop składający srebra i złota , występują naturalnie. Meteoryty są czasem wykonane z naturalnie występujących stopów żelaza i niklu , ale nie pochodzi z Ziemi. Jedną z pierwszych wykonanych przez człowieka stopów był brązu , która jest mieszaniną metali cyny i miedzi . Brąz był niezwykle użyteczny stop do starożytnych, ponieważ jest znacznie silniejszy i twardszy niż którykolwiek z jego składników. Stal to kolejny wspólny stop. Jednak w czasach starożytnych, to mogą być tworzone tylko jako przypadkowy produkt uboczny z ogrzewaniem rudy żelaza w pożarach ( hutniczych ) podczas produkcji żelaza. Innych starożytnych stopy obejmują cyny , mosiądzu i surówkę . W czasach nowożytnych, stalowe mogą być tworzone w wielu formach. Stal węglowa może być wykonana tylko przez zmianę zawartości węgla, produkcji miękkich stopów takich jak stal miękka lub stopów twardych, takich jak stali sprężynowej . Stale stopowe można, dodając inne pierwiastki, takie jak chrom , molibden , wanadu i niklu , w wyniku czego stopów takich jak ze stali szybkotnącej lub ze stali narzędziowej . Małe ilości manganu zwykle stopowo w większości nowoczesnych stali, ze względu na jego zdolność do usuwania niepożądanych zanieczyszczeń, takich jak fosfor , siarkę i tlen , które mogą mieć szkodliwy wpływ na stopie. Jednak większość stopów nie powstały aż 1900, takie jak różne aluminium, tytanu , niklu oraz stopów magnezu . Niektóre nowoczesne nadstopów , takie jak Incoloy , inconel i hastelloy , mogą składać się z wielu różnych elementów.

Terminologia

Zawór bramowy wykonany z Inconelu .

Jako rzeczownik stop termin ten jest stosowany w celu opisania mieszaniny węgla, w której podstawowym składnikiem jest metal. W przypadku stosowania jako czasownik, określenie odnosi się do czynności mieszania metalu z innymi pierwiastkami. Głównym metalem jest nazywany podstawy , z matrycy , lub rozpuszczalnik . Składniki drugorzędne często nazywane są substancje rozpuszczone . Jeśli nie jest mieszaniną tylko dwa rodzaje węgla (nie licząc zanieczyszczeń), takich jak miedź, nikiel stopu, to jest nazywany stopem binarnego. Jeżeli istnieją trzy rodzaje atomów tworzących mieszaninę, takich jak żelazo, nikiel, chrom, to nazywa się trójskładnikowego stopu. Stop z czterech składników jest czwartorzędowy stop, podczas gdy stop pięć części określany jest jako pięcioraki stopu. Ponieważ udział poszczególnych składników może się zmieniać, w dowolnej mieszaninie całą gamę możliwych odmian jest nazywany systemem . W związku z tym, wszystkie z różnych form stopu zawierającego tylko dwa składniki, takie jak żelaza i węgla, nazywa się układu podwójnego, podczas gdy wszystkie kombinacje stopów możliwe trójskładnikowego stopu, takich jak stopy żelaza, węgla i chromu nazywa się układ potrójny .

Mimo, że stop jest technicznie zanieczyszczonego metalu, gdy odnosi się do stopów, określenie „zanieczyszczenia” oznacza te elementy zwykle nie są pożądane. Takie zanieczyszczenia są wprowadzane z metalami i składników stopowych, ale zostały usunięte podczas obróbki. Na przykład, siarka jest częstym zanieczyszczeniem stali. Siarki łatwo łączy się z żelaza, z utworzeniem żelazo siarczku , które są bardzo kruche, tworząc słabe punkty w stali. Litu , sodu i wapnia są wspólne zanieczyszczenia ze stopów aluminium, które mogą mieć niekorzystny wpływ na integralność strukturalną odlewów. Odwrotnie, inaczej Pure-metale, które po prostu zawierają niepożądane zanieczyszczenia są często nazywane „metale nieczyste” i nie są zwykle określane jako stopy. Tlen obecny w powietrzu, łatwo łączy się z większości metali w celu utworzenia tlenków metali ; zwłaszcza w wyższych temperaturach występujących podczas stapiania. Wielka troska jest często traktowana podczas procesu stopowania w celu usunięcia nadmiaru zanieczyszczeń, przy użyciu topników , dodatki chemiczne lub inne metody ekstrakcyjnej metalurgii .

W praktyce, niektóre stopy stosuje się więc przede wszystkim w odniesieniu do ich metalami, że nazwa podstawowym składnikiem jest także wykorzystywana jako nazwa stopu. Na przykład 14 karatowego złota jest stop złota z innymi elementami. Podobnie, srebro wykorzystywane w biżuterii i aluminium wykorzystywane jako strukturalnego materiału budowlanego są również stopy.

Określenie „stop” jest często używane w potocznym jako synonim dla danego stopu. Na przykład, felgi samochodowe wykonane z stopu aluminium są powszechnie nazywane po prostu „ felgi aluminiowe ”, choć w rzeczywistości punktu stali i większości innych metali w praktycznym użyciu są także stopy. Stal jest tak powszechne, że wiele elementów ze stopu wykonane z niego, jak koła , beczkach lub dźwigarów , są po prostu dalej pod nazwą pozycji, zakładając, że jest wykonany ze stali. Kiedy wykonany z innych materiałów, są zwykle określone jako takiego (czyli „koło” brązowy „beczki plastikowe” lub „drewna dźwigara”).

Teoria

Stopu metalu odbywa się przez połączenie go z jednym lub kilkoma innymi elementami. Najczęstszym i najstarsza procesu tworzenia stopu przeprowadza się przez ogrzewanie metalu bazowego poza jego temperatury topnienia , a następnie rozpuszczenie substancji rozpuszczonych do stopionej cieczy, która może być możliwe, nawet wtedy, gdy temperatura topnienia substancji rozpuszczonej jest znacznie większa niż średnica podstawy. Jednak niektóre metale i substancje rozpuszczone, takie jak żelazo i węgiel, mają bardzo wysokie Melting-punktów i były niemożliwe do starożytnych ludzie się topić. Tak więc, składniki stopowe mogą być wykonane z jednego lub więcej składników, w stanie gazowym, takie jak znalezione w piecu do surówki, azotowania , węgloazotowania i innych form nawęglania , lub osadzania używany do blister stali . Może on również być wykonane z jednego, kilku lub wszystkich składników w stanie stałym, takich jak stwierdzono w dawnych sposobów spawania wzór , stali ścinania lub tyglem stalowym produkcji zmieszanie komponentów w stanie stałym dyfuzji .

Przez dodanie innego elementu z metalu, różnice w wielkości atomów tworzenia wewnętrznych naprężeń w sieci krystalicznej kryształów metali; podkreśla, że często zwiększają jego właściwości. Na przykład, kombinacja dwutlenku węgla z żelazem powoduje stali , która jest silniejsza niż żelazo , jego pierwotnego elementu. Elektrycznej i przewodności cieplnej stopów jest zazwyczaj niższe niż wartości dla czystych metali. Właściwości fizyczne, takie jak gęstość , reaktywności , moduł Younga stopu nie różnią się znacznie od tych z jego elementem podstawowym, ale właściwości technicznych, takich jak wytrzymałość na rozciąganie , ciągliwość i wytrzymałość na ścinanie może znacznie różnić się od tych materiałów składowych. Jest to często wynikiem wielkością węgla w stopie, gdyż większe atomy wywierać siłę ściskającą na sąsiednich atomów i mniejsze atomy wywierania siły ciągnącej na swoich sąsiadów, pomagając stopu odpornego na odkształcenia. Czasami stopy mogą wykazywać znaczne różnice w zachowaniu, nawet gdy są obecne niewielkie ilości jednego elementu. Przykładowo, zanieczyszczenia w półprzewodnikowego ferromagnetycznych stopów ołowiu na różne właściwości, a pierwszy przewidywanych White, Hogan, Suhl Tian Abrie i Nakamura. Niektóre stopy są przez stopienie i zmieszanie dwóch lub więcej metali. Brązowy , stopem miedzi i cyny , pierwszy stop odkryto podczas przedhistorycznego okres obecnie znany jako brązu . To było trudniejsze niż czystej miedzi i pierwotnie używane do wyrobu narzędzi i broni, ale później został zastąpiony przez metali i stopów o lepszych właściwościach. W późniejszych czasach brąz został wykorzystany dla ozdoby , dzwonki , rzeźb i łożysk . Mosiądz jest wykonana z stopu miedzi i cynku .

W przeciwieństwie do czystych metali, większość stopów nie mają pojedynczą temperaturę topnienia , ale zakres temperatur topnienia, w którym materiałem jest mieszanina stałych i ciekłych faz (A) osadowe. Temperatura, w której zaczyna topnienia nazywa się solidus , a temperatura podczas topienia jest tylko pełna jest nazywany krzepnięcia . W wielu stopach znajduje się pewna część stopu (w pewnych przypadkach więcej niż jeden), zwany albo eutektyczna mieszanina lub perytektyczna skład, który nadaje unikalny stopu i niskiej temperaturze topnienia, a nie ciecz / ciało stałe przejścia osadowego.

Stopy cieplnie

Allotropes żelaza ( alfa żelaza i gamma żelaza ), przedstawiający różnice w rozmieszczeniu atomowej.
Mikrofotografie stali . Top fot wyżarzane (powoli chłodzi) Stal tworzy heterogeniczny płytkową mikrostrukturę nazwie perlitu , składające się z fazy cementytu (światło) i ferryt (czarny). Dno fot Ulepszone cieplnie (szybko chłodzi) stal stanowi pojedynczą fazę zwany martenzyt , w którym węgiel pozostaje uwięziona wewnątrz kryształów, tworząc naprężeń wewnętrznych.

Pierwiastki stopowe są dodawane do rodzimego metalu, w celu wywołania twardość , wytrzymałość , ciągliwość , albo innych pożądanych właściwościach. Większość metali oraz stopów można utwardzonej tworząc defektów w strukturze kryształu. Wady te są tworzone podczas odkształcenia plastycznego za pomocą młotka, zginanie, wytłaczanie i tak dalej, i są trwałe dopóki metal rekrystalizuje . W przeciwnym razie, niektóre stopy mogą mieć również ich właściwości zmienione przez obróbkę cieplną . Prawie wszystkie metale można zmiękczyć przez wyżarzanie , które rekrystalizuje stopu i naprawy uszkodzenia, a nie jak wiele może być utwardzana za pomocą kontrolowanego grzania i chłodzenia. Wiele stopów aluminium , miedzi , magnezu , tytanu i niklu można zwiększyć w pewnym stopniu przez jakiś sposób obróbki cieplnej, ale niewiele odpowiedzi na to, aby w tym samym stopniu, jak robi stali .

Zasadę metalu żelaza ze stopu żelazo-węgiel zwanej stali ulega zmianie w układzie ( alotropia ) atomów swojej matrycy krystalicznej w pewnej temperatury (zwykle od 1500 ° F (820 ° C) 1600 ° F ( 870 ° C), w zależności od zawartości węgla). Dzięki temu mniejsze atomów węgla, aby wejść do szczeliny kryształu żelaza. Gdy to dyfuzja stanie, przy czym atomy węgla są uważane w roztworze w żelazo, zwłaszcza tworząc pojedynczy, jednorodny, faza krystaliczna zwany austenit . Jeżeli stal chłodzi się wolno, węgiel może dyfuzji żelaza oraz stopniowo powraca do niskiej allotrope temperatury. Podczas powolnego chłodzenia, atomy węgla nie będą jako rozpuszczalna z żelazem i będzie zmuszony do wytrącania z roztworu, nukleacji w bardziej stężonej postaci węglika żelaza (Fe 3 ° C) w przestrzeni między czystymi kryształami soli żelaza. Stal staje się niejednorodne, jak to jest utworzone z dwóch faz, fazy żelazo-węgiel o nazwie cementytu (lub węglik ) i czystego żelaza ferrytowych . Taka obróbka cieplna powoduje, że stal jest dość miękki. Jeżeli stal ochładza się szybko, jednak atomy węgla nie ma czasu na dyfuzję i wytrącone jako węglików, ale zostanie uwięziony w kryształów żelaza. Przy gwałtownym ochłodzeniu, pobrano diffusionless (martenzyt) transformacja zachodzi w których atomy węgla zostać uwięzione w roztworze. Powoduje to, że kryształy żelaza do odkształcania się, gdy struktura krystaliczna próbuje przejść do stanu niskiej temperaturze, kryształy te pozostawiając bardzo trudne, ale znacznie mniej ciągliwe (bardziej kruche).

Mimo wysokiej wytrzymałości wyników stalowej podczas dyfuzji i wytrącanie jest niemożliwy (tworząc Martinsite) większość stopów cieplnie są utwardzanej wydzieleniowo stopów, które są zależne od dyfuzji pierwiastków stopowych do osiągnięcia ich wytrzymałość. Po podgrzaniu, z wytworzeniem roztworu, a następnie chłodzi się szybko, że stopy te stają się znacznie bardziej miękki niż normalnie, w diffusionless transformacji, a potem stwardnieć z wiekiem. Substancji rozpuszczonych w tych stopów wytrąca się w miarę upływu czasu, tworząc międzymetalicznych faz, które trudno jest odróżnić od metalu bazowego. W przeciwieństwie do stali, w którym stały roztwór rozdziela się do różnych faz krystalicznych (węglika i ferrytu), utwardzanej wydzieleniowo stopów tworząc różne fazy w obrębie tego samego kryształu. Te stopów międzymetalicznych pojawiają jednorodnej strukturze krystalicznej, ale zazwyczaj zachowują się niejednorodnie, stając się nieco twarde i kruche.

Substytucji i śródmiąższowe stopy

Różne mechanizmy atomowe tworzenia stopu, pokazujące czysty metal, z podstawieniami, pełnoekranowych i kombinacji tych dwóch.

Gdy roztopiony metal jest mieszany z inną substancją, istnieją dwa mechanizmy, które mogą powodować stopu do formy, zwana wymiana atom oraz mechanizm śródmiąższowe . Względna wielkość każdego elementu w mieszance odgrywa podstawową rolę w określaniu, które mechanizm nastąpi. Gdy atomy są względnie zbliżone pod względem wielkości, sposób wymiany atomu to zwykle bywa, w niektórych atomów tworzących kryształy metaliczne są podstawione atomami drugiego składnika. To się nazywa zamienny stop . Przykłady stopów substytucyjnych obejmują brąz i mosiądz, w którym niektóre atomy miedzi są podstawione atomami albo cyny lub cynku, odpowiednio. W przypadku mechanizmu oddzielającym jeden atom jest zwykle znacznie mniejszy niż drugi i nie może z powodzeniem zastąpić innego typu atomie kryształów metalu bazowego. Zamiast tego, mniejsze atomy zostają zamknięte w przestrzeniach pomiędzy atomami matrycy krystalicznej, zwane szczeliny . Jest to określane jako śródmiąższowe stopu . Stal jest przykładem śródmiąższowe stopu, ponieważ bardzo małe atomów węgla pasuje do szczeliny matrycy żelaza. Stal nierdzewna jest przykładem połączenia śródmiąższowych i substytucyjnych stopów, ponieważ atomy węgla, pasują do szczelin, ale część atomów żelaza jest podstawiona przez atomy niklu i chromu.

Historia i przykłady

błyskawiczny żelaza

Meteoryt i topór, który został wykuty z meteorytowego żelaza .

Stosowanie stopów przez ludzi uruchomiony z wykorzystaniem błyskawiczny żelaza , naturalnie występującego ze stopu niklu i żelaza . Jest głównym składnikiem meteorytów żelaznych , które od czasu do czasu spadają na Ziemię z kosmosu. Ponieważ żaden z procesów hutniczych stosowano do oddzielania żelaza z niklem, stop był używany jako to. Błyskawiczny żelaza może być wykute z czerwonym ciepła do obiektów, takich jak narzędzia, broń i paznokci. W wielu kulturach to zostało ukształtowane przez zimną uderzeń do noży i grotów. Były one często wykorzystywane jako kowadła. Błyskawiczny żelazo było bardzo rzadkie i cenne, i trudne do starożytnych ludzi do pracy .

Brązu i mosiądzu

Brąz ax 1100 BC
Brąz doorknocker

Żelazo występuje zazwyczaj jako rudy żelaza na Ziemi, z wyjątkiem jednego depozytu rodzimej żelaza w Grenlandii , który był używany przez Eskimosów ludzi. Native miedzi , jednakże stwierdzono na całym świecie, wraz ze srebra , złota i platyny , które również były używane do wyrobu narzędzi, biżuterii i innych przedmiotów od czasów neolitu. Miedź była najtrudniejsza z tych metali, a najbardziej rozpowszechnione. Stało się jednym z najważniejszych metali do starożytnych. Ostatecznie ludzi nauczył się pachniał metale, takie jak miedź i cynę z rud , a około 2500 BC zaczął stopu dwóch metali w celu utworzenia brąz , co było znacznie trudniejsze niż jego składników. Tin był rzadko, jednak jest znaleźć głównie w Wielkiej Brytanii. Na Bliskim Wschodzie, ludzie zaczęli stopu miedzi z cynkiem tworząc mosiądzu . Starożytnych cywilizacji uwzględniono mieszaniny i różne właściwości wytwarzany, takie jak twardość , odporność na obciążenia dynamiczne i temperaturą topnienia , w różnych warunkach temperatury i hartowanie , rozwija się znacznie od informacji zawartych w nowoczesnych diagramów fazowych stopu . Na przykład strzałek z chińskiego rodu Qin (około 200 BC) często wykonana z twardego brązu głowy, ale bardziej miękki brązu trzpień, połączenie stopy zapobiec zarówno matowania i pękanie w czasie pracy.

amalgamaty

Rtęć została wytapiano z cynobru przez tysiące lat. Rtęć rozpuszcza wiele metali, takich jak złoto, srebro i cyny, z wytworzeniem amalgamatów (stop w miękkiej postaci pasty lub cieczy w temperaturze otoczenia). Amalgamaty są stosowane od 200 pne w Chinach do złocenia obiektów, takich jak pancerz i lustra z metali szlachetnych. Starożytni Rzymianie często wykorzystywane amalgamatu rtęci i cyny do złocenia swoją zbroję. Amalgamat został zastosowany w postaci pasty i następnie ogrzewa do momentu rtęć odparowany pozostawiając złoto, srebro, cyna lub z tyłu. Merkury był często stosowany w górnictwie, aby wyodrębnić metale szlachetne takie jak złoto i srebro z ich rud.

Stopy metali szlachetnych

Electrum , naturalny stopu srebra i złota, często wykorzystywane do produkcji monet.

Wiele starożytnych cywilizacji stopowych metali dla celów czysto estetycznych. W starożytnym Egipcie i Myken , złoto często stopów z miedzi do produkcji czerwonych złota lub żelaza do produkcji jasny bordowy-złoto. Złoty był często znaleziono stopiony z srebra lub innych metali do produkcji różnego rodzaju kolorowego złota . Metale te zostały również wykorzystane w celu wzmocnienia siebie, dla celów bardziej praktycznych. Miedź często dodawana do srebra do srebra , zwiększając swoją siłę do stosowania w naczynia, sztućce i innych praktycznych przedmiotów. Dość często, metale szlachetne zostały stopione z mniej cennych substancji jako środek do oszukania kupujących. Około 250 pne Archimedes został zamówiony przez króla Syrakuz , aby znaleźć sposób na sprawdzenie czystości złota w koronie, co prowadzi do słynnej łaźni krzyki „Eureka!” po odkryciu zasady Archimedesa .

Stop cyny z ołowiem

Określenie cyny obejmuje rozmaite stopy składające się głównie z cyny. W postaci czystego metalu cyny jest zbyt miękka do stosowania dla praktycznego celu. Jednak podczas epoki brązu , cyny był rzadkim metalu w wielu częściach Europy i basenu Morza Śródziemnego; W związku z tym został on często cenione wyżej niż złoto. Aby biżuterii, sztućców, lub inne przedmioty z cyny, to było zwykle stopowo z innymi metalami, aby zwiększyć wytrzymałość oraz twardość. Metale te były zwykle prowadzić , antymonu , bizmutu lub miedzi. Te substancje rozpuszczone były czasem dodawane pojedynczo w różnych ilościach lub sumowane, tworząc rozmaite przedmioty, począwszy od praktycznych przedmiotów, takich jak naczynia, narzędzia chirurgiczne, świeczniki lub lejków, do elementów dekoracyjnych, takich jak kolczyki i spinki do włosów.

Najwcześniejsze przykłady pochodzą z cyny starożytnym Egipcie, około 1450 pne. Zastosowanie cyny był rozpowszechniony w całej Europie, z Francji do Norwegii i Wielkiej Brytanii (gdzie większość starożytnych cyny wydobywano) na Bliskim Wschodzie. Stop był również używany w Chinach i na Dalekim Wschodzie, gdzie dotarł w Japonii około 800 rne, gdzie był używany do wyrobu przedmiotów jak naczynia ceremonialne, kanistry herbaty lub kielichów używanych w shinto sanktuariach.

Stal, surówka

Puddling w Chinach, około 1637. Po przeciwnej stronie większości procesów stopowych ciecz żeliwne wylano z pieca do zbiornika i miesza się w celu usunięcia dwutlenku węgla, który dyfunduje do formowania powietrza dwutlenku węgla, pozostawiając stali miękkiej z kutego żelaza.

Pierwszym znanym wytapianie żelaza rozpoczęła się w Anatolii , około roku 1800 pne. Zwany proces Bloomery , wyprodukowany bardzo miękkie ale sferoidalnego z kutego żelaza . Przez 800 pne, technologia wytwarzania żelaza rozeszła się do Europy, docierając w Japonii około 700 AD. Surówka , bardzo twarde, ale kruche stopem żelaza i węgla , był produkowany w Chinach już 1200 lat pne, ale nie przybyć w Europie aż do średniowiecza. Surówki o temperaturze topnienia niższej niż żelazo i stosuje się do wytwarzania odlewu z żeliwa . Jednak te metale znaleźć trochę praktyczne zastosowanie do czasu wprowadzenia tygla stali około 300 pne. Stale te były złej jakości, a wprowadzenie spawania wzór , około 1 wne, starał się zrównoważyć ekstremalne właściwości stopów przez ich laminowanie, aby utworzyć twardszego metalu. Około 700 rne, Japończycy zaczęli składane Bloomery stali i żeliwne w naprzemiennych warstw, aby zwiększyć siłę swoich mieczy, używając gliny topników do usuwania żużla i zanieczyszczenia. Ta metoda japońskiej swordsmithing produkowane jeden z najczystszych stopów stali z wczesnego średniowiecza.

Podczas gdy zastosowanie żelaza zaczął się bardziej powszechne około 1200 pne, głównie z powodu przerw w szlakach handlowych na cyny, metal był znacznie bardziej miękkie niż brąz. Jednakże, bardzo małe ilości stali , (stop żelaza i około 1% węgla), zawsze produkt uboczny procesu Bloomery. Zdolność do zmiany twardości stali przez obróbkę cieplną były znane od 1100 przed naszą erą, i rzadko materiał o wartości do wytwarzania narzędzi i broni. Ponieważ nie może wytwarzać starożytnych temperatury wystarczająco wysokiej do stopienia żelazo całkowicie, wytwarzanie stali, w ilości godnej nie wystąpić aż do wprowadzenia blister stali w połowie wieków. Sposób ten węgla wprowadzony przez ogrzewanie żelazo węglem przez długie okresy czasu, lecz przenikanie dwutlenku węgla nie była zbyt głęboki, tak że stop nie była jednorodna. 1740, Benjamin Huntsman zaczął topnienia blister stali w tyglu w celu wyrównania zawartości węgla, tworząc pierwszy sposób masowej produkcji stali narzędziowej . Proces Huntsman był używany do produkcji stali narzędziowej, aż do początku 1900 roku.

Wraz z wprowadzeniem do pieca do Europy w średniowieczu, surówka mógł być wytwarzany w znacznie większej ilości niż kutego żelaza. Ze względu surówka może być topiony, zaczęto opracowania procesów redukcji dwutlenku węgla w płynnej surówki do tworzenia stali. Kałuż były używane w Chinach od wieku i został wprowadzony w Europie w 1700 roku, w którym stopiona surówka mieszano przy wystawieniu na działanie powietrza, w celu usunięcia dwutlenku węgla przez utlenianie . W 1858 roku, sir Henry Bessemer opracował proces produkcji stali poprzez przedmuchiwanie gorącego powietrza przez ciekłej surówki w celu zmniejszenia zawartości węgla. Konwertorowanie był w stanie wytworzyć pierwszą dużą skalę stali.

stale stopowe

Mimo, że stal jest stopem żelaza i węgla, określenie „ ze stali stopowej ” zazwyczaj odnosi się tylko do tych stali, które zawierają inne pierwiastki, takie jak wanad , molibden lub kobalt w takich ilościach, aby zmienić właściwości stali podstawowej. Od czasów starożytnych, kiedy stal była używana głównie do narzędzi i broni, metody produkcji i pracy metalu często były ściśle strzeżone tajemnice. Nawet długo po epoce rozumu , przemysł stalowy był bardzo konkurencyjny i producenci przeszli przez wiele trudu, aby utrzymać swoje procesy poufne, opierając się wszelkim próbom naukowo analizy materiału z obawy, że to ujawni swoje metody. Na przykład, ludzie z Sheffield , centrum produkcji stali w Anglii, znane były rutynowo bar odwiedzających i turystów z wprowadzeniem miasta zniechęcić szpiegostwa przemysłowego . Tak więc prawie nie ma informacji na temat stali hutniczy istniał aż 1860. Z powodu tego braku zrozumienia, stal nie był powszechnie uważany za stop aż do lat między 1930 a 1970 (głównie dzięki pracy naukowców jak William Chandler Roberts-Austen , Adolph Martens i Edgar Bain ) tak „ze stali stopowej” stało się popularne określenie dla trójskładnikowych i czwartorzędowe stopów stalowych.

Po Benjamin Huntsman rozwinął tyglem stalowym 1740 zaczął eksperymentów z dodatkiem pierwiastków takich jak mangan (w postaci wysokiej manganu żeliwa nazywa zwierciadlistej ), co pozwoliło usunąć zanieczyszczenia, takie jak fosfor i tlen; Proces przyjęte przez Bessemer i wciąż stosuje się w nowoczesnych stali (aczkolwiek w stężeniach na tyle niskie, aby można wciąż uważać za stali węglowej). Potem wiele osób zaczęło eksperymentować z różnych stopów stali bez większego sukcesu. Jednakże, w 1882 roku, Robert Hadfielda będąc pionierem w metalurgii stali, zainteresował i wytwarza się ze stopu stali zawierającej około 12% manganu. Nazywany Stal Hadfielda , wykazywał skrajne twardość i wytrzymałość, staje się pierwszym opłacalne ze stopu stali. Potem stworzył stali krzemowej , rozpoczyna poszukiwania ewentualnych innych stopów stali.

Robert Forster Mushet Stwierdziliśmy, że przez dodanie wolframu do stali może przynosić bardzo twardą krawędź, oprzeć utrata twardości przy wysokich temperaturach. „R. Mushet specjalny stalowy” (RMS) stała się pierwszą stali szybkotnącej . W 1912 roku, w Niemczech Krupp Huta opracowali rdzy na ścieranie stali przez dodanie 21% chromu , a 7% niklu , tworząc pierwszy stali nierdzewnej .

Stopy opadów utwardzania

W 1906 utwardzanej wydzieleniowo stopy zostały odkryte przez Alfred Wilm . Strącania stopów utwardzania, takie jak niektóre ze stopów aluminium , tytan , miedź, stopy są cieplnie, które miękną, gdy zatrzymano (szybko chłodzi), a następnie utwardzanej w czasie. Po zgaszeniu trójskładnikowego stopu aluminium, miedź i magnez , Wilm odkryto, że stop zwiększa się twardość, pozostawiono do odstania w temperaturze pokojowej. Chociaż wyjaśnienie tego zjawiska nie został dostarczony do 1919, duraluminium był jednym z pierwszych „wiek” hartowania stopów, które będą stosowane, a wkrótce został następnie wielu innych. Ponieważ często wykazują kombinację wysokiej wytrzymałości i niskiej wagi, stopy te stały się powszechnie wykorzystywane w wielu formach przemysłu, łącznie z budową nowoczesnych samolotów .

Zobacz też

Referencje

Bibliografia

  • Buchwald, Vagn Fabritius (2005). Żelaza i stali w czasach starożytnych . Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. ISBN  87-7304-308-7 .

Linki zewnętrzne