السبائك المعدنيه ومخطط الأتزان الحراري

السبائك المعدنيه ومخطط الأتزان الحراري

السبائك المعدنیة

السبیكة لفظ استخدم قدیما عندما یتم خلط فلز ثمین مع فلز آخر أقل قیمة، وذلك في بدایات صناعة الذھب والفضة، ویعتبر لفظ سبیكة ذھب ھو الشائع في كثیر من التعاملات، ولكن لماذا تسمى سبیكة ذھب؟

أما في الوقت الحالي فیستخدم ھذا التعبیر لأي خلیط من الفلزات أو المعادن ویطلق علیھا السبائك المعدنیة.ویمكن القول إن جمیع العناصر الفلزیة في حالة سبائكیة ما عدا العناصر عالیة النقاوة م قلیل من الشوائب

ویطلق على الفلز الأعلى نسبة في تركیب السبیكة اسم أساس السبیكة Base metal وتعرف العناصر الأخرى بالعناصرالسبائكیةAlloying elements وتتكون معظم ال سبائك من عنصرین فلزیین أو أكثر ما عدا سبائك الفولاذ التي تتكون من الحدید والكربون (فولاذ كربوني) أو حدید وكربون وعناصر أخرى (فولاذ سبائكي)، لأن الكربون ھو العنصر المھم الذي یؤثر على خواص الحدید.

المحالیل الجامدة ( Solid Solution):

والمحلول الجامد ھو ببساطة محلول في حالة تجمد به ذرات عنصر ذائب وعنصر آخر مذیب، وتمت إذابة العناصر معا عند درجات حرارة أعلى من درجتي حرارة انصھار العنصرین، ثم تم التبرید لدرجة الحرارة العادیة، حیث ظلت الذرات المذابة في بنیة وشبكیة Lattic ذرات المذیب. ویتكون المحلول الجامد إما بالإحلال Substitutional أو الفرجات Interstitial وقد یكون الإحلال منتظم أو غیر منتظم ( شكل (6-1)).

١- ذوبان تام في الحالة السائلة وذوبان تام في الحالة الجامدة، مثل النیكل والنحاس.

٢- ذوبان تام في الحالة السائلة وانفصال في الحالة الجامدة، مثل الرصاص والحدید.

٣- ذوبان تام في الحالة السائلة وذوبان جزئي في الحالة الجامدة، مثل سبائك الحدید مع الكوبالت.

كما تتوقف درجة ذوبان الفلزات في بعضھا على أربعة عوامل:

١- الاختلاف بین قطري ذرتي الذائب والمذیب: كلما قل الاختلاف زادت الذائبیة.

٢- التركیب البلوري: تزید الذائبیة كلما كان الذائب والمذیب لھما نفس التركیب.

٣- التكافؤ: تزید الذائبیة في العناصر ذات التكافؤ المتماثل.

٤- السالبیة الكھربائیة.

الطور:

ھو جزء من المادة متجانس له خواصه الفیزیائیة والمیكانیكیة الممیزة. ویمكن أن تتكون المادة من طور واحد أو عدة أطوار،والفلزات النقیة توجد في ثلاثحالات – حسب درجة الحرارة – ھي الغازیة ، السائلة ،والجامدة، ویطلق على كل حالة اسم ( طور).

وتتكون الفلزات في حالتھا الجامدة من حیث الأطوار من:
١- فلز نقي
2- فلز سبیك
٣- مركب
4-محلول جامد

كانت السبیكة متجانسة ومكونة من طور واحد، یكون الفلز في حالة محلول جامد
( Solid Solution) اما إذا كانت غیر متجانسة (خلیط من عدة أطوار)، یكون الفلز في ھذه الحالة أحد عناصر طور أو اكثر من السبیكة.

مخططات الاتزان الحراري:
عبارة عن رسومات توضح أطوار مختلفة لتنظیم المواد عند اختلاف درجة الحرارة والتركیب، وبواسطة ھذه الرسومات یمكن الحصول على المعلومات الآتیة:

١- العلاقة بین درجة الحرارة وتركیب المادة مع بیان الأطوار المختلفة.
٢- تحدید توازن ذائبیة المواد في بعضھا.
٣- التعرف على التركیب الكیمیائي والأطوار المكونة للسبیكة عند حرارة معینة.
٤- تحدید إمكانیة إجراء المعاجة الحراریة على سبیكة ما من عدمه.
٥- تحدید درجة حرارة تحول المادة إلى حالة الانصھار والعكس.

ولرسم مخططات الاتزان لابد من التعرف على طریقة رسم منحنیات التبرید والتي من خلالھا یتم رسم مخطط الاتزان الحراري لأي سبیكة، ومنحنى التبرید ببساطة یوضح العلاقة بین درجة حرارة المادة والزمن بحیث یتم صھر المعدن أو السبیكة ومن ثم التبرید ببطء، وعند تكرار ھذه العملیة لتركیبات مختلفة من السبیكة یلاحظ في المنحنیات وجود تغیر فجائي في معدل التبرید، ویتم تحدید ھذه النقاط في رسم آخر یبین العلاقة بین تركیب السبیكة ودرجة الحرارة.

شكل (6-1) یبین طریقة رسم مخطط ات الاتزان البسیطة مثل مخطط الاتزان الحراري لسبیكة من النحاس والنيكل

شكل (6-1)

وبالنسبة للأطوار التي فیھا خلیط من ( α و β) أو (سائل و β ) أو (سائل و α ) فإنه یمكن حساب النسب التي تدخل في تركیب الخلیط عند أي نقطة داخل ذلك الطور باستخدام قاعدة لیفر ( The Lever Rule) أو في بعض الأحیان یطلق علیھا قاعدة الخط ألأفقي