Eigenschaften, Zusammensetzung und Herstellung von Metalllegierungen

Legierungen sind metallische Verbindungen, die aus einem Metall und einem oder mehreren Metall- oder Nichtmetallelementen bestehen.

Beispiele für gängige Legierungen:

• Stahl: A. Kombination von Eisen (Metall) und Kohlenstoff (Nichtmetall)
• Bronze: Eine Kombination aus Kupfer (Metall) und Zinn (Metall)
• Messing: Eine Mischung aus Kupfer (Metall) und Zink (Metall)

Einzelne reine Metalle können nützliche Eigenschaften wie gut besitzen elektrische Leitfähigkeit, hohe Festigkeit und Härte oder Hitze und Korrosion Widerstand. Kommerzielle Metalllegierungen versuchen, diese vorteilhaften Eigenschaften zu kombinieren, um Metalle zu erzeugen, die für bestimmte Anwendungen nützlicher sind als jedes ihrer Komponentenelemente.

StahlZum Beispiel erfordert die richtige Kombination von Kohlenstoff und Eisen (etwa 99% Eisen und 1% Kohlenstoff), um ein Metall herzustellen, das fester, leichter und verarbeitbarer als reines Eisen ist.

Die genauen Eigenschaften neuer Legierungen sind schwer zu berechnen, da sich Elemente nicht nur zu einer Summe der Teile verbinden. Sie entstehen durch chemische Wechselwirkungen, die von Bestandteilen und spezifischen Produktionsmethoden abhängen. Infolgedessen sind bei der Entwicklung neuer Metalllegierungen viele Tests erforderlich.

Die Schmelztemperatur ist ein Schlüsselfaktor beim Legieren von Metallen. Galinstaneine niedrigschmelzende Legierung, die enthält Gallium, Zinn und Indium sind bei Temperaturen über -19 ° C flüssig, was bedeutet, dass ihr Schmelzpunkt 50 ° C niedriger als bei reinem Gallium und 100 ° C niedriger ist Indium und Zinn.

Galinstan® und Wood's Metal sind Beispiele für eutektische Legierungen - Legierungen mit dem niedrigsten Schmelzpunkt aller Legierungskombinationen, die dieselben Elemente enthalten.

Tausende von Legierungszusammensetzungen werden regelmäßig hergestellt, und jedes Jahr werden neue Zusammensetzungen entwickelt.

Akzeptierte Standardzusammensetzungen umfassen die Reinheitsgrade der Bestandteile (basierend auf dem Gewichtsgehalt). Das Make-up sowie die mechanischen und physikalischen Eigenschaften gängiger Legierungen sind international standardisiert Organisationen wie die Internationale Organisation für Normung (ISO), SAE International und ASTM International.

Einige Metalllegierungen kommen auf natürliche Weise vor und erfordern nur wenig Verarbeitung, um in industrielle Materialien umgewandelt zu werden. Ferrolegierungen wie beispielsweise Ferro-Chrom und Ferro-Silizium werden durch Schmelzen von gemischten Erzen hergestellt und zur Herstellung verschiedener Stähle verwendet. Man könnte sich jedoch irren, wenn man glaubt, dass das Legieren von Metallen ein einfacher Prozess ist. Zum Beispiel, wenn man einfach geschmolzen mischen würde Aluminium mit geschmolzen führenSie würden feststellen, dass sich die beiden in Schichten trennen würden, ähnlich wie Öl und Wasser.

Handels- und Handelslegierungen erfordern im Allgemeinen eine stärkere Verarbeitung und werden meistens durch Mischen von geschmolzenen Metallen in einer kontrollierten Umgebung gebildet. Das Verfahren zum Kombinieren von geschmolzenen Metallen oder zum Mischen von Metallen mit Nichtmetallen variiert stark in Abhängigkeit von den Eigenschaften der verwendeten Elemente.

Da Metallelemente große Unterschiede in ihrer Toleranz gegenüber Hitze und Gasen aufweisen, können Faktoren wie Schmelztemperaturen von Metallkomponenten, Verunreinigungsgrade, Mischumgebung und Legierungsverfahren sind zentrale Überlegungen für eine erfolgreiche Legierung Prozess.

Während Elemente wie die feuerfeste Metalle sind bei hohen Temperaturen stabil, andere beginnen mit ihrer Umgebung zu interagieren, was den Reinheitsgrad und letztendlich die Legierungsqualität beeinflussen kann. In solchen Fällen müssen häufig Zwischenlegierungen hergestellt werden, um die Elemente zur Kombination zu bewegen.

Beispielsweise wird eine Legierung aus 95,5% Aluminium und 4,5% Kupfer hergestellt, indem zuerst eine 50% ige Mischung der beiden Elemente hergestellt wird. Diese Mischung hat einen niedrigeren Schmelzpunkt als reines Aluminium oder reines Kupfer und wirkt als "Härterlegierung". Dies wird dann mit einer Geschwindigkeit in geschmolzenes Aluminium eingebracht, die die richtige Legierungsmischung erzeugt.

_Quellen: Straße, Arthur. & Alexander, W. Ö. 1944. Metalle im Dienst des Menschen. 11. Auflage (1998).