انواع فلز: خواص، کاربردها و موارد استفاده

انواع فلز: راهنمای خواص، کاربردها و مصارف صنعتی

دانستن انواع فلزات موجود، کلید اولیه برای تصمیم‌گیری‌های صحیح در مورد مواد در هرگونه جوشکاری، ماشینکاری یا تلاش مهندسی است. از تیرهای فولادی کربنی که از آسمان‌خراش‌ها پشتیبانی می‌کنند تا صفحات تیتانیومی سازگار با محیط زیست، فلزات تار و پود دنیای مدرن را تشکیل می‌دهند که اغلب مورد توجه قرار نمی‌گیرند. در اینجا توضیح ساده‌ای از انواع فلزات، مقایسه خواص قابل اندازه‌گیری و نموداری مربوط به هر یک از آنها با کاربرد ایده‌آلشان ارائه شده است.

فلز چیست؟ تعریف و ساختار اتمی

طبق تعریف، فلز عنصری شیمیایی است که به راحتی یونیزه می‌شود و یون‌های مثبت (کاتیون‌ها) تشکیل می‌دهد و بین یون‌های مثبت پیوندهای فلزی تشکیل می‌دهد. این پیوندهای شیمیایی «دریایی» از الکترون‌های آزاد تولید می‌کنند که در کل ساختار بلوری در حرکت مداوم هستند. این ویژگی‌ها، خواصی را که در همه فلزات دیده می‌شود، توضیح می‌دهد: رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا، چکش‌خواری، شکل‌پذیری و درخشندگی هنگام صیقل دادن.

همین اشتراک الکترون‌ها است که به ما یک سیم مسی می‌دهد که جریان را منتقل می‌کند و یک تیر فولادی که در مقابل شکستن آن خم می‌شود. الکترون‌های غیرمستقر در فلزات، یک لایه از اتم‌ها را قادر می‌سازند تا در هنگام تنش، بدون شکستن پیوندها، روی یکدیگر بلغزند، مانند سرامیک یا شیشه که به جای خم شدن، می‌شکنند. این الکترون غیرمستقر، ماهیت انعطاف‌پذیر فلزات را هنگام کشیده شدن به شکل سیم نازک یا چکش‌کاری شده به شکل ورق، به ما می‌دهد.

اگر تا به حال در دستگاه پرس برک با فلز کار کرده‌اید، فلز را خم کنید شما پیوند فلزی را در عمل دیده‌اید.

به طور کلی، جدول تناوبی عمدتاً توسط فلزات در مرکز سمت چپ هموار شده است، که از این میان فلزات واسطه بلوک d مانند آهن، مس، نیکل، تیتانیوم و کروم، نیروی محرکه در تولید صنعتی هستند. فلزات قلیایی مانند لیتیوم و سدیم و فلزات قلیایی خاکی مانند منیزیم و کلسیم را می‌توان در انتهای سمت چپ یافت، اما آنها آنقدر واکنش‌پذیر هستند که هیچ یک از آنها برای کاربردهای ساختاری در حالت‌های طبیعی خود مناسب نیستند. در تصویر کلی، ۹۴ مورد از حدود ۱۱۸ عنصر شناخته شده را می‌توان به عنوان فلز شناسایی کرد.

و دو عنصر از این ۹۴ عنصر فلزی در دمای معمولی اتاق مایع هستند: جیوه و گالیم.

مایع بودن در دمای اتاق در جدول تناوبی، در خانواده‌ای از حالت‌ها که عموماً با قدرت عنصر حالت جامد مشخص می‌شوند، نسبتاً غیرمعمول است.

برای مهندسی عملی، فلزات به سه گروه گسترده تقسیم می‌شوند:

• Les métaux ferreux – Ferronickel, Argent ferreux… Contiennent du fer. (مثلاً: acier، fonte، fer…)
• فلز غیر آهنی – nessun il contenuto di ferro (آلومینیو، رام، تیتانیو، زینکو)
• آلیاژها - مخلوط‌های مهندسی‌شده از دو یا چند عنصر، حداقل یک فلز (برنج، برنز، اینکونل)

فرض کنید هر بخش از فهرست زیر، یک گروه از فلزات را که به صورت جداگانه و عمیق مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، معرفی می‌کند، سپس خواص قابل اندازه‌گیری هر یک را مقایسه می‌کند و نشان می‌دهد که هر گروه از فلزات در چه کاربردهایی واقعاً عملکرد خوبی دارند.

خواص کلیدی فلزات که انتخاب صنعتی را تعیین می‌کنند

انتخاب فلز برای یک پروژه هرگز به یک عدد بستگی ندارد. یک سازنده نسبت استحکام به وزن را در نظر می‌گیرد، به مشخصات رسانایی نگاه می‌کند، ویژگی‌های خوردگی را در محیط واقعی سرویس بررسی می‌کند، سپس بودجه و قابلیت ماشینکاری را در نظر می‌گیرد. شش فلز مهندسی معمول به طور همزمان بر اساس پارامترهایی که از اهمیت بیشتری برخوردارند، در زیر جدول‌بندی شده‌اند.

استحکام کششی، میزان کششی است که یک فلز می‌تواند قبل از ترک خوردن تحمل کند. در این دسته، تیتانیوم با 950 مگاپاسکال از همه بهتر است، به همین دلیل است که از جمله کاربران پیشرو در جهان، مهندسان هوافضا در ساخت ارابه‌های فرود و پره‌های توربین هستند. در ضعیف‌ترین حالت، روی تنها می‌تواند 37 مگاپاسکال را تحمل کند، به این معنی که برای پوشش‌ها و محفظه‌های ریخته‌گری شده استفاده می‌شود، اما در کارهای سازه‌ای کاربرد ندارد.

رسانایی الکتریکی به صورت درصدی از استاندارد بین‌المللی مس آنیل‌شده (IACS) اندازه‌گیری می‌شود. ۱۰۰٪ معادل مس خالص است. آلومینیوم ۴۳٪ IACS دارد، که به هیچ وجه بهترین رسانای الکتریکی نیست، اما به اندازه کافی سبک است تا کابل‌کشی دکل فشار قوی هوایی خوبی با وزن یک سوم مس در هر حجم ایجاد کند. تیتانیوم در پایین قرار دارد، تنها ۳٪، که آن را برای سیم‌کشی بی‌فایده می‌کند، اما به عنوان ماده‌ای که در ایمپلنت‌های بدن و سر استفاده می‌شود، جایی که رسانایی الکتریکی فقط مضر است، ایده‌آل‌تر است.

مقاومت در برابر خوردگی به توانایی فلز در تشکیل یک لایه اکسید محافظ بستگی دارد. توانایی آلومینیوم در تشکیل یک لایه اکسید سیلیکون (Al2O3) که به طور طبیعی از فلز جلوگیری می‌کند، بسیار قابل توجه است - حتی اختراع چنین لایه‌ای ضخیم و محافظ نیز آسان نیست. فولاد ضد زنگ به حداقل 10.5٪ کروم در فلز پایه نیاز دارد تا بتوان یک لایه اکسید کروم روی آن ایجاد کرد. فولاد کربنی سبز ملایم، که تنها مقدار کمی از عنصری که فولاد ضد زنگ را در مقاومت در برابر خوردگی به خوبی می‌کند، به آن اضافه شده است، به سرعت در جوهای مرطوب و نمکی دچار خوردگی می‌شود، مگر اینکه رنگ‌آمیزی، گالوانیزه یا به روش دیگری محافظت شود.

چه نوع فلزی خاصیت مغناطیسی دارد؟

آهنرباها تعدادی از فلزات مختلف را به سه روش مختلف جذب می‌کنند. مواد فرومغناطیسی آهنرباها را به خوبی جذب می‌کنند و تنها فلزاتی هستند که می‌توانند خودشان به آهنربای دائمی تبدیل شوند. اینها تنها فلزاتی هستند که سه نظام مغناطیسی می‌توانند قطعات کار را در حین ماشینکاری نگه دارند. مواد دیامغناطیسی به طور مؤثر در برابر میدان مغناطیسی دافعه دارند، مانند طلا و مس که حتی برای تشخیص آن باید از تجهیزات آزمایشگاهی استفاده کنید. گفته می‌شود مواد پارامغناطیسی مانند آلومینیوم یا تیتانیوم جاذبه مغناطیسی بسیار ضعیفی از خود نشان می‌دهند که تشخیص آن با دست غیرمسلح عملاً غیرممکن است. در صنعت، قاعده کلی ساده است: اگر فلزی به آهنربا بچسبد، حاوی آهن، نیکل یا کبالت است.

«همه فلزات مصالحه‌ای هستند. استحکام بالا، وزن کم، مقاومت در برابر خوردگی و قیمت پایین به ندرت در یک آلیاژ خلاصه می‌شوند. مشکل مهندس مکانیک این است که تشخیص دهد کدام دو یا سه ویژگی برای مشتری مهم‌تر است و بقیه را در نظر بگیرد.»
— اصول مهندسی مواد، برگرفته از دستورالعمل‌های بین‌المللی ASM

فلزات آهنی: فولاد، چدن و ​​آلیاژهای پایه آهن

بیش از ۹۰ درصد فلزات جهان آهنی هستند - پایه آهنی دارند. بیش از ۶۳۲ میلیون تن فولاد خام در سال ۲۰۲۴ تولید شد، که این مقدار سرسام‌آور از مجموع تمام فلزات دیگر بیشتر است. دلیل بسیار خوبی برای این امر وجود دارد. آهن فراوان است و زیرساخت‌هایی برای تبدیل سنگ معدن به فلز وجود دارد و خواص فیزیکی فولاد را می‌توان در مقیاس بسیار عظیم تا غیرقابل تغییر تغییر داد، تنها با افزودن افزودنی‌هایی مانند کربن و عناصر آلیاژی به آنها.

فولاد کربن

فولاد کربنی بر اساس درصد کربن آن طبقه‌بندی می‌شود:

• فولاد کم کربن / فولاد نرم (<0.25% C) - قابل جوشکاری، شکل پذیری، ماشینکاری. AISI 1018 گرید استاندارد عمومی برای براکت ها، فیکسچرها و اعضای سازه ای است. استحکام کششی تقریباً 440 مگاپاسکال.
• کربن متوسط ​​(0.25-0.60% کربن) – قوی‌تر، سخت‌تر، مورد استفاده برای محورهای خودرو، چرخ‌دنده‌ها و ریل راه‌آهن. AISI 1045 دارای استحکام کششی معمول حدود 585 مگاپاسکال است.
• کربن بالا (0.60-2.0% C) – بسیار سخت، برای ابزارهای برش، فنرها و سیم استفاده می‌شود. قابل عملیات حرارتی تا سختی بسیار بالا است اما از داشتن ریزساختار بسیار شکننده رنج می‌برد و از جوش‌پذیری ضعیفی رنج می‌برد.

فولاد ضد زنگ

فولادهای ضد زنگ برای اینکه ضد زنگ نامیده شوند، حداقل به 10.5٪ کروم نیاز دارند. کروم یک لایه اکسید نامرئی روی سطح تشکیل می‌دهد که مقاومت استثنایی در برابر خوردگی ایجاد می‌کند. سه درجه از این فولادها، اکثریت قریب به اتفاق کاربردهای صنعتی را تشکیل می‌دهند:

• 304 (18% کروم / 8% نیکل) – پرکاربردترین فولاد ضد زنگ در جهان. در صنایع غذایی، سینک‌های آشپزخانه، تزئینات معماری و مخازن فرآوری شیمیایی کاربرد دارد. در حالت آنیل شده غیر مغناطیسی است.
• ۳۱۶ (۱۶٪ کروم / ۱۰٪ نیکل / ۲٪ مولیبدن) – افزودن مولیبدن مقاومت عالی در برابر خوردگی حفره‌ای کلریدی را فراهم می‌کند. مخصوص سخت‌افزارهای دریایی، تجهیزات دارویی و معماری ساحلی. قیمت آن حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد بیشتر از ۳۰۴ است.
• ۴۳۰ (۱۷٪ کروم، بدون نیکل) - گرید فریتی که مغناطیسی است، ارزان‌تر از ۳۰۴، مناسب برای پنل‌های تزئینی، تزئینات لوازم خانگی و سیستم‌های اگزوز خودرو.

برای پروژه‌هایی که شامل برش لیزری فولاد ضد زنگفولادهای ۳۱۷ و ۳۱۶ هر دو هنگام برش لیزری با لیزر فیبری در توان و گاز مناسب، پروفیل برش تمیزی از خود نشان می‌دهند - اما فولاد ۳۱۶ به دلیل محتوای مولیبدن بیشتر، به توان کمی بیشتری نیاز دارد.

فولاد

فولادهای آلیاژی از ترکیبات کروم، مولیبدن، وانادیوم، نیکل و غیره برای تولید خواص کاربردی زیر استفاده می‌کنند:

• گرید ۴۱۴۰ (Cr-Mo) چقرمگی و مقاومت خستگی بسیار خوبی را ارائه می‌دهد که آن را در حلقه‌های حفاری نفت و گاز، شفت‌های محور و اتصال‌دهنده‌های با تنش بالا رایج می‌کند.
• آلیاژ ۴۳۴۰ (Ni-Cr-Mo) یک آلیاژ با گرید هوافضا با استحکام بسیار بالا در عمق است که در ارابه فرود، دنده‌های انتقال قدرت و ابزارهای سنگین استفاده می‌شود.

چدن

• چدن خاکستری (۳-۴٪ کربن) بسیار شکننده است اما در جذب و میرایی ارتعاشات بسیار خوب عمل می‌کند. این ویژگی، آن را به ماده‌ای ایده‌آل برای ساخت ماشین‌آلات و بلوک‌های موتور تبدیل می‌کند. پولک‌های گرافیت درون ریزساختار، انرژی ارتعاش را به گرما تبدیل می‌کنند.
• چدن داکتیل (گره ای) حاوی گرافیت به صورت گره های کروی به جای پولک است که مقاومت به ضربه و شکل پذیری را به میزان قابل توجهی بهبود می بخشد. برای اتصالات لوله، میل لنگ و چرخ دنده های سنگین استفاده می شود.
• چدن سفید بسیار سخت و مقاوم در برابر سایش است. از آن برای ساخت آسترهای مقاوم در برابر سایش برای آسیاب‌های گلوله‌ای و پمپ‌های دوغاب استفاده می‌شود.

آهن سفیدِ داغِ فرفورژه - که از نظر تاریخی ماده‌ای مهم برای دروازه‌ها، نرده‌ها و زنجیرها بوده است - جای خود را به فولادهای نرمِ ارزان‌تر و قابل ماشین‌کاری‌تر داده است. محصولات مدرنِ «فرفورژه» آهنی معمولاً از فولاد نرمِ شکل‌گرفته به شکل آهن فرفورژه هستند.

انواع زنگ زدگی فلزات چیست؟

«زنگ‌زدگی» یک واکنش شیمیایی خاص است: این واکنش زمانی رخ می‌دهد که آهن با اکسیژن و رطوبت واکنش می‌دهد و لایه‌ای از زنگ‌زدگی (که اکسید آهن، FeO) است ایجاد می‌کند که باعث ضعف و پوسته‌پوسته شدن فولاد قدیمی می‌شود. همه فلزات آهنی آسیب‌پذیر هستند زیرا آهنی بودن به این معنی است که حداقل مقداری آهن در ساختار آنها وجود دارد. فولاد کربنی ملایم در واکنش به اسپری نمک یا رطوبت زیاد، سریع‌تر زنگ می‌زند. فولادهای آلیاژی مانند ۴۱۴۰ نیز مستعد زنگ‌زدگی هستند، مگر اینکه روغن‌کاری، رنگ‌آمیزی یا محافظت دیگری روی آنها انجام شود.

در مورد فولاد ضد زنگ، آن مانع در برابر زنگ زدگی، اکسید کروم است و گفته می‌شود که این آلیاژ به جای "ضد زنگ"، "مقاوم" است. به طور خاص، گرید 304 می‌تواند در محیط‌های کلریدی (آب دریا، نمک‌های یخ‌زدا، محلول‌های آب نمک) بالاتر از تقریباً پنجاه درجه سانتیگراد، دچار خوردگی حفره‌ای شود. به همین دلیل است که مشخصات مربوط به کارخانه‌های دریایی و شیمیایی می‌گوید که شما باید از 316 استفاده کنید، جایی که محتوای 2٪ مولیبدن از این حمله جلوگیری می‌کند.

بیشتر فلزات دیگر که آهنی نیستند، غیرمغناطیسی هستند و زنگ نمی‌زنند زیرا آهن ندارند. آنها انواع خوردگی خود را دارند؛ آلومینیوم یک اکسید آلومینیوم پودری سفید تولید می‌کند و مس اثر زنگار سبز جذابی را روی سقف‌ها و مجسمه‌های قدیمی ایجاد می‌کند. این سطوح اکسید در واقع در برابر حملات بعدی مقاوم هستند - درست برعکس اکسید آهن پوسته پوسته که هر چه بیشتر سعی کنید آن را کنترل کنید، آزاردهنده‌تر می‌شود.

فلزات غیر آهنی: آلومینیوم، مس، تیتانیوم و فراتر از آن

فلزات غیر آهنی حاوی آهن نیستند، به این معنی که آنها به همان روش اکسید نمی‌شوند، زیرا این فرآیند به وجود آهن متکی است. آنها اغلب غیر مغناطیسی هستند و در مقایسه با مواد آهنی در برابر خوردگی مقاوم‌تر، رساناتر و سبک‌ترند - اما همچنین گران‌ترند و گاهی اوقات به روش‌های تولید متفاوتی نیاز دارند.

آلومینیوم

آلومینیوم با ۸.۲٪ از پوسته زمین، بیشترین پوسته بومی را دارد و پس از اکسیژن، دومین غلظت بالای آن را داراست. با وجود این، تا زمان کشف فناوری هال-هرو در سال ۱۸۸۶، از طلا گران‌تر بود. این فلز پس از فولاد، دومین فلز محبوب است: ارزش آن به دلیل چگالی کم (۲.۷۰ گرم بر سانتی‌متر مکعب)، مقاومت در برابر خوردگی و سهولت ماشینکاری است.

آلیاژ آلومینیوم ۷۰۷۵ با استحکام بالا و در عین حال وزن کم، استحکام کششی ۵۷۰ مگاپاسکال دارد که در محدوده فولاد کربن متوسط ​​قرار می‌گیرد. متأسفانه در برابر جوش بسیار مقاوم است و از ۶۰۶۱ گران‌تر است.

از آنجا که آلومینیوم تقریباً 90٪ از طول موج لیزر CO2 را منعکس می‌کند، جوشکاری لیزری آلیاژهای آلومینیوم نیاز به کنترل دقیق بازتاب و هدایت گرما دارد.

مس و آلیاژهای مس

مس (C11000) 100% IACS را به عنوان معیاری برای رسانایی خود تعریف می‌کند. این ماده به عنوان مرجع ثابت برای سیم‌کشی برق، باس بارها و مبدل‌های حرارتی استفاده می‌شود. مشکل اصلی، نرمی آن است - با کشش تنها 220 مگاپاسکال، نمی‌تواند بارهای سازه‌ای را تحمل کند.

• اولین آلیاژ تجاری مس، برنج؛ که وقتی با عنصر فلزی دیگر (روی) آلیاژ می‌شود، به طور قابل توجهی سخت‌تر از مس است، ذاتاً در برابر خوردگی مقاوم است و به راحتی ماشینکاری می‌شود - برای اتصالات، سازهای بادی، سخت‌افزار تزئینی و غلاف مهمات استفاده می‌شود.
• آلیاژی متشکل از مس و قلع، برنز؛ در محیط آب شور، استحکام و مقاومت خوردگی بیشتری نسبت به برنج ارائه می‌دهد؛ کاربردهای سنتی آن شامل پروانه‌های کشتی، یاتاقان‌ها و یراق‌آلات دریایی است.

پردازش لیزری مس - این خاصیت آینه‌ای آن است که پردازش با لیزر را تا این حد چالش‌برانگیز می‌کند. به دلیل بازتاب بالا، منابع لیزر فیبری با طول موج نزدیک به ۱۰۷۰ نانومتر بسیار مناسب‌تر از منابع CO2 هستند. درباره بیشتر بخوانید برش مس با لیزر.

تیتانیوم

Ti-6AL-4V؛ آلیاژ تیتانیوم شاخص: استحکام کششی 950 مگاپاسکال در 4.43 گرم بر سانتی‌متر مربع، نمونه‌ای بارز از فولادهای با استحکام متوسط، با 44٪ وزن سبک‌تر. جهان برای این مزیت در دنیای هوانوردی، پزشکی و مسابقات اتومبیل‌رانی با عملکرد فوق‌العاده به تیتانیوم وابسته است.

یک محدودیت هزینه که توسط بازاریابی مورد توجه قرار نمی‌گیرد: با هزینه ۲۵ تا ۱۰۰ برابر بیشتر به ازای هر کیلوگرم (بسته به شکل و درجه) نسبت به فولاد ضد زنگ، همراه با رتبه قابلیت تولید تنها ۲۲٪، ساخت قطعات با تیتانیوم از نظر مالی گران است. وقتی صرفه‌جویی در وزن یا توانایی ساخت بدنه یا محصول به صورت عادتی، قطعه را سودمند می‌کند، تیتانیوم توجیه‌پذیر است. در بقیه موارد، فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم انتخاب بهتر و ارزان‌تری هستند.

سایر فلزات غیر آهنی

• روی در تعداد انگشت‌شماری از زمینه‌های کاربردی کاربرد دارد؛ رایج‌ترین آن گالوانیزه کردن است، که در آن پوشش روی روی فولاد یا آهن اعمال می‌شود تا از خوردگی محافظت کند. دومین زمینه کاربردی محبوب، ریخته‌گری تحت فشار برای دستگیره‌های در و تزئینات خودرو است.
• نیکل در سوپرآلیاژهایی (اینکونل، هستلوی) که توربین‌های گازی و موتورهای جت را در دمای بالاتر از ۷۰۰ درجه سانتیگراد کنترل می‌کنند، ظاهر می‌شود؛ و همچنین می‌تواند به عنوان پوشش در آبکاری الکتریکی و باتری‌ها مورد استفاده قرار گیرد.
• قلع در آلیاژهای لحیم کاری برای الکترونیک نقش دارد، و آبکاری قلع در قوطی‌های مواد غذایی و ساخت برنز رایج است.
• سرب در حدود ۸۰٪ از تولید باتری در سراسر جهان، از جمله در محافظ تابش و بالاست نیز کاربرد دارد؛ اما تقاضا برای آن به دلیل محدودیت‌های نظارتی در مورد سمیت، کاهش یافته است.
• فلزات گرانبها (طلا، نقره، پلاتین) جایگاه خود را در جواهرات، مدارها (پیوند سیم طلا)، مبدل‌های کاتالیزور (پالادیوم و پلاتین) و سرمایه‌گذاری یافتند.

آلیاژهای فلزی: چگونه ترکیب عناصر عملکرد را افزایش می‌دهد

آلیاژ ترکیبی از یک عنصر فلزی با یک یا چند عنصر دیگر است؛ فلزی یا غیره. نتیجه مورد نظر، ایجاد مجموعه‌ای از خواص است که از دو یا چند جزء تشکیل‌دهنده به تنهایی قابل دستیابی نیست. فولاد یک آلیاژ است: آهن و کربن. برنز یک آلیاژ است: مس و قلع. کل تمدن تجاری دنیای مدرن به دلیل ناتوانی عمومی فلزات بکر در برآورده کردن نیازهای استحکام، سختی، مقاومت در برابر خوردگی یا مدول محیط‌های کاری دنیای واقعی، بر تولید و فرآوری آلیاژها به جای عناصر فلزی بکر مبتنی است.

آلیاژسازی از طریق «اختلال در سطح اتمی» عمل می‌کند. توده‌های اتم‌های خارجی، آرایش منظم شبکه‌های کریستالی را مختل می‌کنند و مانع از انتشار نابجایی‌ها و نقص‌هایی می‌شوند که به فلزات اجازه تغییر شکل می‌دهند. در غیر این صورت، نابجایی‌های متحرک آزاد می‌شوند و فلزات انعطاف‌پذیر به موادی سفت و سخت تبدیل می‌شوند.

سناریو: یک کارگاه تولیدی که برای فرآوری مواد غذایی از فولاد نرم به فولاد ضد زنگ 316L تغییر کاربری می‌دهد، باید سیم جوش (فیلر 316L) خود را تغییر دهد، گاز محافظ را به آرگون به همراه 2٪ مونوکسید کربن تغییر دهد و سرعت برش را حدود 30٪ کاهش دهد. انتخاب آلیاژ معدنی، هر فرآیند تولید بعدی - ابزار، فیکسچر، تنظیمات جوشکاری و مراحل سنگ زنی یا صیقل کاری - را تعیین می‌کند. انتخاب مواد هرگز یک فرآیند مستقل نیست.

علاوه بر طبقه‌بندی فلزات آهنی در مقابل غیرآهنی، گروه‌بندی فلزات به گروه‌های پایه (به راحتی اکسید می‌شوند، روی، آهن، قلع، آلومینیوم)، نجیب (مقاومت در برابر اکسیداسیون، طلا، پلاتین، پالادیوم) یا گروه جدول تناوبی مفید است. به دست آوردن این گروه‌ها - واسطه (بلوک d)، قلیایی خاکی‌ها، لانتانیدها - به صورت دسته‌های جداگانه در دسترس است.

چگونه فلز مناسب برای پروژه خود را انتخاب کنید

خطاهای انتخاب فلز شایع‌ترین علت اشتباهات ساخت هستند و معمولاً غیرقابل جبران هستند - پس از جوشکاری، نمی‌توانید اتصال را از جوش خارج کنید. ماتریس زیر ده فلز آشنا را در شش پارامتر در مقیاس ۱ (ضعیف) تا ۵ (عالی) مقایسه می‌کند.

انتخاب‌های خاص برای کاربرد خاص

• وقتی صحبت از ماشینکاری CNC می‌شود، آلومینیوم ۶۰۶۱ بهترین گزینه برای فلزات غیرآهنی و فولاد نرم ۱۰۱۸ بهترین گزینه برای فلزات آهنی به نظر می‌رسد. از نظر قابلیت ماشینکاری، این فلزات امتیاز ۴+ را در سهولت کار کسب می‌کنند.
• برش لیزری برای فولاد نرم بهینه است - برش آن آسان‌ترین است و مناسب‌ترین فلز برای لیزر است. عاری از اکسید است و در برابر سوختن مقاوم است، سایر فلزات نامطلوب شامل فولاد ضد زنگ (که البته به لیزر با قدرت بالاتر نیاز دارد)، آلومینیوم (به دلیل انعکاس بهتر است با لیزر فیبری برش داده شود) و تیتانیوم ("سنگ میدانی" لیزری که برای قطعات گران‌قیمت و با ارزش بالا در نظر گرفته شده است) هستند. به لیست مراجعه کنید موادی که لیزر فیبری می‌تواند برش دهد برای انتخاب های بیشتر
• برای محیط‌های خورنده از فولاد ضد زنگ 316L یا تیتانیوم استفاده می‌شود که برای بهترین محافظت در برابر خوردگی و اکسیداسیون، هر کدام با میزان حفره‌دار شدن 5 سوراخ می‌شوند. تیتانیوم فقط در صورتی مناسب است که کاهش وزن 25 تا 100 برابر هزینه مواد ارزش داشته باشد.
• در مورد کاربردهای سازه‌ای و معماری، مسکونی یا تجاری، فولاد کربنی (1018 یا A36) به ترتیب رتبه‌های 3 و 5 استحکام و هزینه را ارائه می‌دهد.
• در الکترونیک و کاربردهای کامپیوتری از مس برای رسانایی الکتریکی ۱۰۰٪ IACS و از آلومینیوم (با چگالی بالاتر) برای محفظه‌های سبک و هیت سینک‌ها استفاده می‌شود.

چه نوع فلزی را می‌توان در برش لیزری استفاده کرد؟

تقریباً همه فلزات را می‌توان با لیزر و با تجهیزات مناسب برش داد، اما برای این کار باید از دستگاه‌های مختلفی استفاده کرد. اگر قرار باشد فلزات بسیار بازتابنده مانند آلومینیوم، برنج یا مس برش داده شوند، می‌توان از لیزرهای فیبری با طول موج 1070 نانومتر استفاده کرد. این لیزرها هیچ مشکلی با یون‌های بازتابنده نخواهند داشت زیرا لیزرهای CO2 طول موج 10600 نانومتر دارند - پشت آنها به رزوناتور است و/یا به آن آسیب می‌رساند.

فولاد نرم، قابل برش‌ترین فلز در جهان با لیزر است، برشی با کیفیت خوب، سرعتی بالاتر از هر فلز دیگری و هزینه‌ای کمتر ایجاد می‌کند. فولادهای بدون لکه، برای برش به 20 تا 30 درصد قدرت لیزر بیشتر نسبت به فولاد نرم با ضخامت معادل نیاز دارند و آب‌بندی با گاز بی‌اثر تیتانیوم (معمولاً آرگون) ضروری است.

برای مقایسه‌ی پهلو به پهلو بین فناوری‌های لیزر فیبری و CO2، به ... مراجعه کنید. مقایسه لیزر فیبر در مقابل CO2 بخش. همچنین ممکن است شما علاقه مند باشید که بفهمید کدام مواد را می‌توان با لیزر فیبری علامت‌گذاری کرد و نحوه جفت شدن آنها با انواع مختلف فلز، یا مشاهده ما دستگاه مارک لیزری طیف وسیعی از تجهیزات که قادر به پردازش قطعات فولادی، آلومینیومی، مسی و تیتانیومی هستند.

نکته‌ای در مورد قابلیت بازیافت: همه عناصر فلزی به جز تعداد کمی را می‌توان تا بی‌نهایت بازیافت کرد، با تغییر بسیار کمی در خواص پایه آنها. بازیافت آلومینیوم تنها ۵٪ از انرژی مورد نیاز برای تولید آن از سنگ معدن بوکسیت را مصرف می‌کند و یکی از کارآمدترین فرآیندهای اختراع شده در زمینه انرژی است. فولاد از نظر وزن، بازیافتی‌ترین ماده روی کره زمین است.

پرسش و پاسخهای متداول

ده نوع فلز کدامند؟

چند نوع فلز وجود دارد؟

آلیاژها چه تفاوتی با فلزات خالص دارند؟

کدام نوع فلز زنگ نمی‌زند؟

چه نوع فلزاتی قابل بازیافت هستند؟

از چه نوع فلزی می‌توان در چاپ سه بعدی استفاده کرد؟

آیا فلزات عموماً چکش‌خوار و انعطاف‌پذیر هستند؟