ล้อแม็ก

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
ข้ามไปที่การนำทาง ข้ามไปที่การค้นหา
จากซ้ายไปขวา: โลหะผสมสามชนิด ( ทองแดงเบริลเลียม , อินโค เนล , เหล็ก ) และ โลหะบริสุทธิ์สาม ชนิด ( ไททาเนียมอะลูมิเนียมแมกนีเซียม )

โลหะผสมเป็นส่วนผสมของ องค์ประกอบ ทางเคมีที่มีอย่างน้อยหนึ่งชนิดที่เป็นโลหะ ซึ่งแตกต่างจากสารประกอบทางเคมีที่มีฐานโลหะ โลหะผสมจะคงคุณสมบัติทั้งหมดของโลหะไว้ในวัสดุที่เป็นผล เช่นการนำไฟฟ้าความเหนียว ความทึบและความมันวาวแต่อาจมีคุณสมบัติที่แตกต่างจากโลหะบริสุทธิ์ เช่น ความแข็งแรงหรือความแข็งที่เพิ่มขึ้น ในบางกรณี โลหะผสมอาจลดต้นทุนโดยรวมของวัสดุในขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติที่สำคัญไว้ได้ ในกรณีอื่นๆ ของผสมจะให้คุณสมบัติเสริมฤทธิ์กันกับองค์ประกอบที่เป็นโลหะ เช่น ความต้านทานการกัดกร่อนหรือความแข็งแรงเชิงกล

โลหะผสมถูกกำหนดโดยลักษณะพันธะโลหะ [1]ส่วนประกอบโลหะผสมมักจะวัดโดยเปอร์เซ็นต์มวลสำหรับการใช้งานจริง และในส่วนของอะตอมสำหรับการศึกษาวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน โลหะผสมมักจะถูกจำแนกเป็นโลหะผสมทดแทนหรือคั่นระหว่างหน้าขึ้นอยู่กับการจัดเรียงของอะตอมที่สร้างโลหะผสม พวกเขาสามารถจำแนกเพิ่มเติมเป็นเนื้อเดียวกัน (ประกอบด้วยเฟสเดียว) หรือต่างกัน (ประกอบด้วยสองเฟสหรือมากกว่า) หรือintermetallic โลหะผสมอาจเป็นสารละลายที่เป็นของแข็งของธาตุโลหะ (เฟสเดียว โดยที่เม็ดโลหะ (คริสตัล) ทั้งหมดมีองค์ประกอบเดียวกัน) หรือของผสมของเฟสโลหะ (สารละลายตั้งแต่สองสารละลายขึ้นไป ก่อตัวเป็นโครงสร้างจุลภาคของผลึกต่างๆ ภายในโลหะ)

ตัวอย่างของโลหะผสม ได้แก่ทองคำแดง ( ทองและทองแดง ) ทองคำขาว (ทองและเงิน ) เงินสเตอร์ลิง (เงินและทองแดง) เหล็กหรือ เหล็กกล้า ซิลิกอน ( เหล็ก ที่มี คาร์บอนหรือซิลิกอนที่ไม่ใช่โลหะตามลำดับ) บัดกรีทองเหลืองพิเตอร์ ดูราลูมิ , บรอนซ์และ อ มัล กั

โลหะผสมถูกนำมาใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่โลหะผสมเหล็ก ที่ใช้ในทุกอย่างตั้งแต่อาคาร รถยนต์ เครื่องมือผ่าตัด ไปจนถึง โลหะผสม ไทเทเนียม ที่แปลกใหม่ที่ ใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ไปจนถึงโลหะผสมทองแดงเบริลเลียมสำหรับเครื่องมือที่ไม่เกิดประกายไฟ

ลักษณะเฉพาะ

บรอนซ์เหลวเทลงในแม่พิมพ์ระหว่างการหล่อ

โลหะผสมเป็นส่วนผสมขององค์ประกอบทางเคมีซึ่งเป็นสารที่ไม่บริสุทธิ์ (สารผสม) ที่คงคุณลักษณะของโลหะไว้ โลหะผสมแตกต่างจากโลหะที่ไม่บริสุทธิ์ตรงที่ โลหะผสม ส่วนประกอบที่เพิ่มเข้ามาจะได้รับการควบคุมอย่างดีเพื่อสร้างคุณสมบัติที่พึงประสงค์ ในขณะที่โลหะที่ไม่บริสุทธิ์ เช่นเหล็กดัดจะถูกควบคุมน้อยกว่า แต่มักจะถือว่ามีประโยชน์ โลหะผสมทำขึ้นจากการผสมองค์ประกอบตั้งแต่สององค์ประกอบขึ้นไป อย่างน้อยหนึ่งในนั้นคือโลหะ โดยทั่วไปเรียกว่าโลหะปฐมภูมิหรือโลหะฐาน และชื่อของโลหะนี้อาจเป็นชื่อของโลหะผสมด้วย ส่วนประกอบอื่นๆ อาจเป็นโลหะหรือไม่ก็ได้ แต่เมื่อผสมกับเบสที่หลอมเหลวแล้วจะละลายได้และละลายเป็นส่วนผสม คุณสมบัติทางกลของโลหะผสมมักจะค่อนข้างแตกต่างจากองค์ประกอบแต่ละอย่าง โลหะที่ปกติแล้วจะอ่อนมาก ( อ่อนได้ ) เช่นอลูมิเนียม สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยผสมกับโลหะอ่อน อื่นเช่นทองแดง แม้ว่าโลหะทั้งสองจะนิ่มและเหนียวมาก แต่อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ได้จะมีความแข็งแรง มากกว่า มาก การเพิ่ม คาร์บอนที่ไม่ใช่โลหะจำนวนเล็กน้อยลงในเหล็ก จะ แลกเปลี่ยนความเหนียวที่ยอดเยี่ยมเพื่อความแข็งแรงที่มากขึ้นของโลหะผสมที่เรียกว่าเหล็ก เนื่องจากมีความแข็งแรงทนทานมากแต่ยังคงความเหนียวแน่นและความสามารถในการเปลี่ยนแปลงอย่างมากจากการอบชุบด้วยความร้อนเหล็กเป็นหนึ่งในโลหะผสมที่มีประโยชน์และเป็นที่นิยมมากที่สุดในการใช้งานสมัยใหม่ การเพิ่มโครเมียมลงในเหล็กสามารถเพิ่ม ความทนทานต่อ การกัดกร่อน ทำให้เกิด เหล็กกล้าไร้สนิมในขณะที่การเพิ่มซิลิกอนจะเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้า การผลิตเหล็กซิลิกอน

ตะเกียงทองเหลือง _

เช่นเดียวกับน้ำมันและน้ำ โลหะหลอมเหลวอาจไม่ผสมกับองค์ประกอบอื่นเสมอไป ตัวอย่างเช่น เหล็กบริสุทธิ์เกือบจะไม่ละลายกับทองแดงเลย แม้ว่าองค์ประกอบจะละลายได้ โดยปกติแล้วแต่ละองค์ประกอบจะมีจุดอิ่มตัวซึ่งเกินกว่านั้นจะไม่สามารถเติมองค์ประกอบอื่นๆ ได้อีก ตัวอย่างเช่น เหล็กสามารถเก็บคาร์บอนได้สูงสุด 6.67% แม้ว่าองค์ประกอบของโลหะผสมมักจะต้องละลายได้ใน สถานะ ของเหลวแต่ก็อาจไม่ละลายได้ในสถานะของแข็ง เสมอไป หากโลหะยังคงละลายได้เมื่อเป็นของแข็ง โลหะผสมจะ กลายเป็น สารละลายที่เป็นของแข็งกลายเป็นโครงสร้างที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งประกอบด้วยผลึกที่เหมือนกัน เรียกว่าเฟส. หากส่วนผสมเย็นตัวลง ส่วนประกอบต่างๆ จะไม่ละลายน้ำ พวกมันอาจแยกจากกันเพื่อสร้างผลึกที่ต่างกันสองประเภทขึ้นไป ทำให้เกิดโครงสร้างจุลภาคที่ต่างกันในแต่ละเฟส ซึ่งบางส่วนมีองค์ประกอบหนึ่งมากกว่าอีกองค์ประกอบหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ในโลหะผสมอื่นๆ ธาตุที่ไม่ละลายน้ำอาจไม่แยกออกจากกันจนกว่าจะเกิดการตกผลึก หากเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว พวกมันจะตกผลึกเป็นเฟสที่เป็นเนื้อเดียวกันก่อน แต่จะอิ่มตัวยิ่งยวดด้วยองค์ประกอบรอง เมื่อเวลาผ่านไป อะตอมของโลหะผสมที่อิ่มตัวยิ่งยวดเหล่านี้สามารถแยกออกจากโครงผลึก มีเสถียรภาพมากขึ้น และก่อตัวเป็นเฟสที่สองที่ทำหน้าที่เสริมผลึกภายใน

วาล์วประตูทำจากInconel

โลหะผสมบางชนิด เช่น อิ เล็กท รัม —โลหะผสมของเงินและทอง —เกิดขึ้นตามธรรมชาติ. อุกกาบาตบางครั้งทำจากโลหะผสมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติของเหล็กและนิกเกิลแต่ไม่ได้มีถิ่นกำเนิดในโลก โลหะผสมชนิดแรกที่มนุษย์สร้างขึ้นคือทองแดงซึ่งเป็นส่วนผสมของดีบุกและทองแดง ทองแดงเป็นโลหะผสมที่มีประโยชน์อย่างยิ่งในสมัยโบราณ เพราะมันแข็งแกร่งกว่าและแข็งกว่าส่วนประกอบทั้งสองอย่างมาก เหล็กเป็นโลหะผสมทั่วไปอีกชนิดหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ในสมัยโบราณ มันสามารถสร้างขึ้นเป็นผลพลอยได้โดยไม่ตั้งใจจากความร้อนของแร่เหล็กในไฟ ( การถลุง ) ในระหว่างการผลิตเหล็กเท่านั้น โลหะผสมโบราณอื่นๆ ได้แก่ดีบุกผสมตะกั่วทองเหลืองและเหล็กหมู ในยุคปัจจุบัน เหล็กสามารถสร้างได้หลายรูปแบบ เหล็กกล้าคาร์บอนสามารถผลิตได้โดยแปรผันเฉพาะปริมาณคาร์บอน โดยผลิตโลหะผสมอ่อน เช่น เหล็กอ่อนหรือโลหะผสมแข็ง เช่นเหล็กสปริง เหล็กโลหะผสมสามารถทำได้โดยการเพิ่มองค์ประกอบอื่นๆ เช่นโครเมียมโมลิบดีนัมวานาเดียมหรือนิกเกิลส่งผลให้เป็นโลหะผสม เช่นเหล็กกล้าความเร็วสูงหรือเหล็กกล้าเครื่องมือ แมงกานีสในปริมาณเล็กน้อยมักผสมกับเหล็กกล้าสมัยใหม่ส่วนใหญ่ เนื่องจากความสามารถในการขจัดสิ่งสกปรกที่ไม่ต้องการ เช่นฟอสฟอรัส กำมะถันและออกซิเจนซึ่งอาจส่งผลเสียต่อโลหะผสม อย่างไรก็ตาม โลหะผสมส่วนใหญ่ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นจนกระทั่งปี 1900 เช่น อะลูมิเนียม ไท ทาเนียมนิกเกิลและแมกนีเซียมอัลลอยด์ต่างๆ superalloysสมัยใหม่บางชนิดเช่นincoloy , inconelและhastelloyอาจประกอบด้วยองค์ประกอบต่างๆ มากมาย

โลหะผสมเป็นโลหะที่ไม่บริสุทธิ์ในทางเทคนิค แต่เมื่อพูดถึงโลหะผสม คำว่าเจือปนมักจะหมายถึงองค์ประกอบที่ไม่ต้องการ สิ่งเจือปนดังกล่าวมาจากโลหะพื้นฐานและองค์ประกอบการผสม แต่จะถูกลบออกระหว่างการประมวลผล ตัวอย่างเช่น กำมะถันเป็นสิ่งเจือปนทั่วไปในเหล็ก กำมะถันรวมกับเหล็กเพื่อสร้างเหล็กซัลไฟด์ซึ่งเปราะมากทำให้เกิดจุดอ่อนในเหล็ก [2] ลิเธียมโซเดียมและแคลเซียมเป็นสิ่งเจือปนทั่วไปในโลหะผสมอลูมิเนียม ซึ่งอาจส่งผลเสียต่อความสมบูรณ์ของโครงสร้างของการหล่อ ในทางกลับกัน โลหะบริสุทธิ์ที่มีสารเจือปนที่ไม่ต้องการมักถูกเรียกว่า "โลหะที่ไม่บริสุทธิ์" และมักไม่เรียกว่าโลหะผสม ออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศสามารถรวมตัวกับโลหะส่วนใหญ่เพื่อสร้างออกไซด์ของโลหะ ได้ อย่าง ง่ายดาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูงกว่าที่พบในระหว่างการผสม มักใช้ความระมัดระวังอย่างมากในระหว่างกระบวนการผสมเพื่อขจัดสิ่งสกปรกส่วนเกิน โดยใช้ฟลักซ์สารเคมี หรือวิธีการอื่นๆ ของการแยกโลหะวิทยา [3]

ทฤษฎี

การผสมโลหะทำได้โดยการรวมเข้ากับองค์ประกอบอื่นอย่างน้อยหนึ่งอย่าง กระบวนการผสมที่พบบ่อยที่สุดและเก่าแก่ที่สุดดำเนินการโดยให้ความร้อนแก่โลหะพื้นฐานเกินกว่าจุดหลอมเหลวจากนั้นละลายตัวถูกละลายลงในของเหลวหลอมเหลว ซึ่งอาจเป็นไปได้แม้ว่าจุดหลอมเหลวของตัวถูกละลายจะมากกว่าของฐานมาก ตัวอย่างเช่น ในสถานะของเหลวไททาเนียมเป็นตัวทำละลายที่แข็งแกร่งมากซึ่งสามารถละลายโลหะและองค์ประกอบส่วนใหญ่ได้ นอกจากนี้ยังดูดซับก๊าซเช่นออกซิเจนและเผาไหม้เมื่อมีไนโตรเจน สิ่งนี้จะเพิ่มโอกาสของการปนเปื้อนจากพื้นผิวสัมผัสใดๆ ดังนั้นจึงต้องหลอมด้วยการเหนี่ยวนำความร้อนด้วยสุญญากาศและถ้วยใส่ตัวอย่างทองแดงแบบพิเศษที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ [4]อย่างไรก็ตาม โลหะและตัวถูกละลายบางชนิด เช่น เหล็กและคาร์บอน มีจุดหลอมเหลวสูงมาก และเป็นไปไม่ได้ที่คนโบราณจะหลอมละลาย ดังนั้น การผสม (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การผสมแบบคั่นระหว่างหน้า) อาจทำได้ด้วยองค์ประกอบอย่างน้อยหนึ่งองค์ประกอบในสถานะก๊าซ เช่น พบในเตาหลอมเหล็กเพื่อทำเหล็กหมู (ก๊าซเหลว) ไนไตร ดิ้ งคาร์บอน ไนไตรด์ หรือรูปแบบอื่นๆ ของการชุบแข็งกรณี (โซลิดแก๊ส) หรือกระบวนการประสาน ที่ ใช้ทำเหล็กพุพอง (โซลิดแก๊ส) นอกจากนี้ยังอาจทำด้วยองค์ประกอบหนึ่งหรือมากกว่าหรือทั้งหมดในสถานะของแข็งเช่นที่พบในวิธีการเชื่อมแบบ โบราณ (ของแข็ง - ของแข็ง) เหล็กเฉือน(ของแข็ง-ของแข็ง) หรือ การผลิต เหล็กเบ้าหลอม (ของแข็ง-ของเหลว) การผสมองค์ประกอบผ่านการกระจาย สถานะ ของแข็ง

โดยการเพิ่มองค์ประกอบอื่นให้กับโลหะ ความแตกต่างในขนาดของอะตอมทำให้เกิดความเค้นภายในในโครงตาข่ายของผลึกโลหะ เน้นที่มักจะปรับปรุงคุณสมบัติของมัน ตัวอย่างเช่น การรวมกันของคาร์บอนกับเหล็กทำให้เกิดเหล็กซึ่งแข็งแรงกว่าเหล็กซึ่งเป็นองค์ประกอบหลัก ค่า การนำ ไฟฟ้าและความร้อนของโลหะผสมมักจะต่ำกว่าของโลหะบริสุทธิ์ คุณสมบัติทางกายภาพ เช่นความหนาแน่นการเกิดปฏิกิริยา โมดูลั สYoungของโลหะผสมอาจไม่แตกต่างจากองค์ประกอบพื้นฐานมากนัก แต่คุณสมบัติทางวิศวกรรม เช่นความต้านทานแรงดึง[5]ความเหนียว และแรงเฉือนอาจแตกต่างอย่างมากจากวัสดุที่เป็นส่วนประกอบ ซึ่งบางครั้งเป็นผลมาจากขนาดของอะตอมในโลหะผสม เนื่องจากอะตอมที่มีขนาดใหญ่กว่าออกแรงอัดกับอะตอมที่อยู่ใกล้เคียง และอะตอมที่มีขนาดเล็กกว่าจะออกแรงต้านแรงดึงกับเพื่อนบ้าน ช่วยให้โลหะผสมต้านทานการเสียรูป บางครั้งโลหะผสมอาจแสดงพฤติกรรมที่แตกต่างอย่างชัดเจนแม้ว่าจะมีองค์ประกอบเพียงเล็กน้อยก็ตาม ตัวอย่างเช่น สิ่งเจือปนในเซมิคอนดักเตอร์ อัลลอยด์เฟอร์โรแมก เนติกทำให้เกิดคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ตามที่ White, Hogan, Suhl, Tian Abrie และ Nakamura ทำนายไว้เป็นครั้งแรก [6] [7]

โลหะผสมส่วนใหญ่ไม่มีจุดหลอมเหลวเพียงจุด เดียว ต่างจากโลหะบริสุทธิ์ แต่มีช่วงการหลอมเหลวในระหว่างที่วัสดุเป็นส่วนผสมของ เฟส ของแข็งและของเหลว (โคลน) อุณหภูมิที่จุดหลอมเหลวเริ่มต้นเรียกว่าโซลิดดัส และอุณหภูมิเมื่อหลอมเหลวเสร็จสิ้นจะเรียกว่า ของเหลวัส สำหรับโลหะผสมหลายชนิด จะมีสัดส่วนของโลหะผสมเฉพาะ (ในบางกรณีมากกว่าหนึ่ง) เรียกว่า ส่วนผสม ยูเทคติกหรือองค์ประกอบเพอริเทกติก ซึ่งทำให้โลหะผสมมีจุดหลอมเหลวต่ำและมีเอกลักษณ์เฉพาะ และไม่มีการเปลี่ยนแปลงของของเหลว/ของแข็ง

การรักษาความร้อน

Allotropes ของเหล็ก ( alpha ironและgamma iron ) แสดงความแตกต่างในการจัดเรียงอะตอม
โฟ โตมิกโคกราฟของเหล็ก ภาพบนสุด: เหล็ก อบอ่อน (หล่อเย็นอย่างช้าๆ) ก่อรูปโครงสร้างจุลภาคแบบแผ่นลามิเนตที่เรียกว่าเพิร์ลไลต์ซึ่งประกอบด้วยเฟสซีเมนต์ (แสง) และเฟอร์ไรท์ (สีเข้ม) ภาพล่าง: เหล็ก ดับ (ทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว) ก่อตัวเป็นเฟสเดียวที่เรียกว่ามาร์เทนไซต์ซึ่งคาร์บอนยังคงติดอยู่ภายในผลึก ทำให้เกิดความเครียดภายใน

การเพิ่มองค์ประกอบการผสมลงในโลหะพื้นฐานเพื่อทำให้เกิดความแข็งความเหนียวความเหนียวหรือคุณสมบัติอื่นๆ ที่ต้องการ โลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่สามารถชุบแข็งได้โดยทำให้เกิดข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึก ข้อบกพร่องเหล่านี้เกิดขึ้นในระหว่างการเปลี่ยนรูปพลาสติกโดยการตอก การดัด การอัดรีด ฯลฯ และจะเกิดขึ้นถาวรเว้นแต่โลหะจะตกผลึกใหม่ มิฉะนั้น โลหะผสมบางชนิดยังสามารถมีคุณสมบัติที่เปลี่ยนแปลงไปจากการอบชุบด้วยความร้อน โลหะเกือบทั้งหมดสามารถทำให้อ่อนลงได้โดยการหลอมซึ่งจะทำให้โลหะผสมตกผลึกใหม่และซ่อมแซมข้อบกพร่อง แต่ไม่สามารถชุบแข็งได้มากเท่าที่ควรโดยการควบคุมความร้อนและความเย็น โลหะผสมหลายชนิดของอะลูมิเนียมทองแดงแมกนีเซียมไททาเนียมและนิกเกิล สามารถเสริมความแข็งแรงได้ในระดับหนึ่งด้วยวิธีการอบชุบ ด้วยความร้อนบางวิธี แต่มีเพียงไม่กี่คนที่ตอบสนองต่อสิ่งนี้ในระดับเดียวกับเหล็ก [8]

เหล็กโลหะฐานของโลหะผสมเหล็ก-คาร์บอนที่เรียกว่าเหล็ก ผ่านการเปลี่ยนแปลงการจัดเรียง ( allotropy ) ของอะตอมของเมทริกซ์ผลึกที่อุณหภูมิหนึ่ง (โดยปกติระหว่าง 1,500 °F (820 °C) และ 1,600 °F ( 870 °C) ขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน) ซึ่งจะช่วยให้อะตอมของคาร์บอนที่มีขนาดเล็กลงสามารถเข้าสู่ช่องว่างของผลึกเหล็กได้ เมื่อการแพร่กระจาย นี้ เกิดขึ้น อะตอมของคาร์บอนจะอยู่ในสารละลายในเหล็ก ทำให้เกิดเฟสผลึกเดี่ยวที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งเรียกว่าออสเทนไนต์ หากเหล็กเย็นลงอย่างช้าๆ คาร์บอนสามารถกระจายออกจากเหล็กได้ และจะค่อยๆ เปลี่ยนกลับเป็นอัลโลโทรปที่มีอุณหภูมิต่ำ ในระหว่างการเย็นตัวช้า อะตอมของคาร์บอนจะไม่ละลาย อีกต่อไปกับเหล็กและจะถูกบังคับให้ตกตะกอนจากสารละลายเกิดนิวเคลียสให้เป็นเหล็กคาร์ไบด์ในรูปแบบที่มีความเข้มข้นมากขึ้น (Fe 3 C) ในช่องว่างระหว่างผลึกเหล็กบริสุทธิ์ เหล็กจะกลายเป็นเนื้อต่างกัน เนื่องจากประกอบด้วยสองเฟส ได้แก่ เฟสของเหล็ก-คาร์บอนที่เรียกว่าซีเมนต์ (หรือคาร์ไบด์ ) และเหล็กเฟอร์ไรท์บริสุทธิ์ การอบชุบด้วยความร้อนดังกล่าวจะทำให้เกิดเหล็กที่ค่อนข้างอ่อน อย่างไรก็ตาม หากเหล็กเย็นลงอย่างรวดเร็ว อะตอมของคาร์บอนจะไม่มีเวลากระจายตัวและตกตะกอนออกมาเป็นคาร์ไบด์ แต่จะติดอยู่ภายในผลึกของเหล็ก เมื่อเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว การเปลี่ยนแปลงแบบไม่มี การแพร่กระจาย (มาร์เทนไซต์)เกิดขึ้นซึ่งอะตอมของคาร์บอนจะติดอยู่ในสารละลาย สิ่งนี้ทำให้ผลึกเหล็กเปลี่ยนรูปเมื่อโครงสร้างผลึกพยายามเปลี่ยนเป็นสถานะอุณหภูมิต่ำ ทำให้ผลึกเหล่านั้นแข็งมากแต่มีความเหนียวน้อยกว่ามาก (เปราะมากขึ้น)

แม้ว่าเหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูงจะส่งผลให้เมื่อมีการป้องกันการแพร่และการตกตะกอน (การขึ้นรูปมาร์เทนไซต์) โลหะผสมที่บำบัดด้วยความร้อนส่วนใหญ่เป็นโลหะผสมที่ตกตะกอนซึ่งขึ้นอยู่กับการแพร่กระจายขององค์ประกอบโลหะผสมเพื่อให้ได้ความแข็งแรง เมื่อถูกความร้อนเพื่อสร้างสารละลายและทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว โลหะผสมเหล่านี้จะนิ่มกว่าปกติมาก ในระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบไม่กระจายตัว แต่จะแข็งตัวตามอายุ ตัวถูกละลายในโลหะผสมเหล่านี้จะตกตะกอนเมื่อเวลาผ่านไป ก่อตัวเป็นintermetallicเฟสซึ่งยากต่อการแยกแยะจากโลหะพื้นฐาน ซึ่งแตกต่างจากเหล็ก ซึ่งสารละลายที่เป็นของแข็งแยกออกเป็นเฟสคริสตัลต่างๆ (คาร์ไบด์และเฟอร์ไรท์) โลหะผสมที่ตกตะกอนจะทำให้เกิดเฟสที่แตกต่างกันภายในคริสตัลเดียวกัน โลหะผสมระหว่างโลหะเหล่านี้ปรากฏเป็นเนื้อเดียวกันในโครงสร้างผลึก แต่มีแนวโน้มที่จะทำงานต่างกัน กลายเป็นแข็งและค่อนข้างเปราะ [8]

ในปี ค.ศ. 1906 Alfred Wilmได้ค้นพบโลหะผสมที่แข็งตัวจากการตกตะกอน โลหะผสมที่ทำให้ตกตะกอน เช่น โลหะผสมอลูมิเนียม ไท ทาเนียมและทองแดงบางชนิด เป็นโลหะผสมที่บำบัดด้วยความร้อนได้ ซึ่งจะอ่อนตัวลงเมื่อดับ (ทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว) และแข็งตัวตามกาลเวลา วิล์มได้ค้นหาวิธีการชุบแข็งอลูมิเนียมอัลลอยด์เพื่อใช้ในตลับกระสุนปืนกล เมื่อรู้ว่าโลหะผสมอะลูมิเนียม-ทองแดงสามารถให้ความร้อนได้ในระดับหนึ่ง Wilm จึงพยายามดับโลหะผสมที่ประกอบด้วยอะลูมิเนียม ทองแดง และแมกนีเซียมแต่ตอนแรกผิดหวังกับผลลัพธ์ อย่างไรก็ตาม เมื่อวิลม์ทำการทดสอบซ้ำในวันรุ่งขึ้น เขาพบว่าโลหะผสมมีความแข็งเพิ่มขึ้นเมื่อปล่อยทิ้งไว้ที่อุณหภูมิห้อง และเกินความคาดหมายของเขามาก แม้ว่าจะไม่มีคำอธิบายสำหรับปรากฏการณ์นี้จนถึงปี 1919 ดูราลูมินเป็นหนึ่งในโลหะผสม "ชุบแข็งตามอายุ" แรกที่ใช้ กลายเป็นวัสดุก่อสร้างหลักสำหรับเรือเหาะลำ แรก และในไม่ช้าก็ตามมาด้วยอื่นๆ อีกมากมาย [9]เนื่องจากโลหะผสมเหล่านี้มักจะมีความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบา โลหะผสมเหล่านี้จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมหลายรูปแบบ รวมถึงการสร้างเครื่องบินสมัยใหม่ [10]

กลไก

กลไกอะตอมแบบต่างๆ ของการเกิดโลหะผสม โดยแสดงโลหะบริสุทธิ์ การแทนที่ คั่นระหว่างหน้า และการรวมกันของทั้งสอง

เมื่อโลหะหลอมเหลวผสมกับสารอื่น มีกลไกสองอย่างที่สามารถทำให้โลหะผสมก่อตัวขึ้นได้ เรียกว่าการแลกเปลี่ยนอะตอมและกลไกคั่นระหว่างหน้า ขนาดสัมพัทธ์ของแต่ละองค์ประกอบในการผสมมีบทบาทสำคัญในการกำหนดกลไกที่จะเกิดขึ้น เมื่ออะตอมมีขนาดใกล้เคียงกัน วิธีแลกเปลี่ยนอะตอมมักจะเกิดขึ้น โดยอะตอมบางส่วนที่ประกอบเป็นผลึกโลหะจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมขององค์ประกอบอื่นๆ นี้เรียกว่า โลหะ ผสมทดแทน ตัวอย่างของโลหะผสมทดแทน ได้แก่ บรอนซ์และทองเหลืองซึ่งอะตอมของทองแดงบางส่วนถูกแทนที่ด้วยอะตอมของดีบุกหรือสังกะสีตามลำดับ

ในกรณีของกลไกคั่นระหว่างหน้า อะตอมหนึ่งมักจะมีขนาดเล็กกว่าอีกอะตอมมากและไม่สามารถทดแทนอะตอมประเภทอื่นในผลึกของโลหะฐานได้สำเร็จ อะตอมที่มีขนาดเล็กกว่าจะติดอยู่ในช่องว่างระหว่างอะตอมของเมทริกซ์คริสตัลซึ่งเรียกว่าintersticesแทน สิ่งนี้เรียกว่าโลหะผสมคั่นระหว่างหน้า เหล็กกล้าเป็นตัวอย่างหนึ่งของโลหะผสมคั่นระหว่างหน้า เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนขนาดเล็กมากพอดีกับส่วนคั่นของเมทริกซ์เหล็ก

เหล็กกล้าไร้สนิมเป็นตัวอย่างของการผสมผสานระหว่างโลหะผสมคั่นระหว่างหน้าและโลหะผสมทดแทน เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนพอดีกับส่วนคั่น แต่อะตอมของเหล็กบางส่วนถูกแทนที่ด้วยอะตอมของนิกเกิลและโครเมียม [8]

ประวัติและตัวอย่าง

อุกกาบาตและขวานที่หลอมจากเหล็กอุกกาบาต

อุกกาบาตเหล็ก

การใช้โลหะผสมโดยมนุษย์เริ่มต้นด้วยการใช้เหล็กอุกกาบาตซึ่งเป็นโลหะผสมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติของนิกเกิลและเหล็ก เป็นองค์ประกอบหลักของอุกกาบาตเหล็ก เนื่องจากไม่มีการใช้กระบวนการทางโลหะวิทยาในการแยกเหล็กออกจากนิกเกิล โลหะผสมจึงถูกนำมาใช้เหมือนเดิม [11]เหล็กอุกกาบาตสามารถหลอมจากความร้อนสีแดงเพื่อสร้างวัตถุ เช่น เครื่องมือ อาวุธ และตะปู ในหลายวัฒนธรรม มันถูกขึ้นรูปด้วยการทุบเย็นให้เป็นมีดและหัวลูกศร มักใช้เป็นทั่ง เหล็กอุกกาบาตนั้นหายากและมีค่ามาก และยากสำหรับคนโบราณที่จะทำงาน (12)

สีบรอนซ์และทองเหลือง

ขวาน ทองแดง 1100 ปีก่อนคริสตกาล
ที่ เคาะประตูสีบรอนซ์

ธาตุเหล็กมักพบเป็นแร่เหล็กบนโลก ยกเว้น แร่ เหล็กพื้นเมือง หนึ่งแห่ง ในกรีนแลนด์ซึ่งชาวเอสกิโมใช้ [13]ทองแดงพื้นเมืองอย่างไร พบทั่วโลก พร้อมกับเงินทองและแพลตตินั่ม ซึ่งยังใช้ ทำเครื่องมือ เครื่องประดับ และวัตถุอื่น ๆ ตั้งแต่ยุคหินใหม่ ทองแดงเป็นโลหะที่แข็งที่สุดและมีการกระจายอย่างกว้างขวางที่สุด มันกลายเป็นหนึ่งในโลหะที่สำคัญที่สุดในสมัยก่อน ประมาณ 10,000 ปีที่แล้วในที่ราบสูงของอนาโตเลีย (ตุรกี) มนุษย์เรียนรู้การถลุงโลหะเช่นทองแดงและดีบุกจากแร่ . ประมาณ 2500 ปีก่อนคริสตกาล ผู้คนเริ่มผสมโลหะทั้งสองเพื่อสร้างเป็นทองแดงซึ่งแข็งกว่าส่วนผสมมาก ดีบุกเป็นของหายาก แต่ส่วนใหญ่พบในบริเตนใหญ่ ในตะวันออกกลาง ผู้คนเริ่มผสมทองแดงกับสังกะสีให้เป็นทองเหลือง อารยธรรมโบราณได้คำนึงถึงส่วนผสมและคุณสมบัติต่างๆ ที่เกิดขึ้น เช่นความแข็งความเหนียวและจุดหลอมเหลวภายใต้สภาวะต่างๆ ของอุณหภูมิและการแข็งตัวของงาน การพัฒนาข้อมูลส่วนใหญ่ที่มีอยู่ใน ไดอะแกรมเฟสโลหะผสมสมัยใหม่ [15]ตัวอย่างเช่น หัวลูกศรจากราชวงศ์ฉิน ของจีน (ประมาณ 200 ปีก่อนคริสตกาล) มักสร้างด้วยหัวทองสัมฤทธิ์แข็ง แต่มีลักษณะเป็นสีบรอนซ์อ่อนกว่า ผสมโลหะผสมเพื่อป้องกันทั้งการทื่อและแตกหักระหว่างการใช้งาน [16]

อมัลกัม

ปรอทถูกถลุงจากชาดเป็นเวลาหลายพันปี ปรอทละลายโลหะหลายชนิด เช่น ทอง เงิน และดีบุก เพื่อสร้างอ มัล กั ม (โลหะผสมในรูปของเหลวหรือของเหลวที่อุณหภูมิห้อง) มีการใช้อมัลกัมตั้งแต่ 200 ปีก่อนคริสตกาลในประเทศจีนเพื่อปิดทองวัตถุ เช่นเกราะและกระจกด้วยโลหะมีค่า ชาวโรมันโบราณมักใช้ส่วนผสมของดีบุกปรอทเพื่อปิดทองชุดเกราะ นำส่วนผสมมาผสมกันเป็นแป้งเปียก จากนั้นให้ความร้อนจนปรอทระเหยกลายเป็นไอ โดยทิ้งทอง เงิน หรือดีบุกไว้เบื้องหลัง [17]ปรอทมักใช้ในการขุดเพื่อสกัดโลหะมีค่าเช่นทองคำและเงินออกจากแร่ [18]

โลหะมีค่า

Electrumโลหะผสมธรรมชาติของเงินและทอง มักใช้สำหรับทำเหรียญ

อารยธรรมโบราณจำนวนมากผสมโลหะเพื่อความสวยงามอย่างหมดจด ใน อียิปต์โบราณและไมซีนี ทองคำมักถูกผสมกับทองแดงเพื่อผลิตทองคำแดง หรือเหล็กเพื่อผลิตทองคำเบอร์กันดีที่สว่างสดใส ทองคำมักถูกนำไปผสมกับเงินหรือโลหะอื่นๆ เพื่อผลิตทองคำสีต่างๆ โลหะเหล่านี้ยังใช้เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กันและกันเพื่อวัตถุประสงค์ในการใช้งานจริงมากขึ้น ทองแดงมักถูกเติมลงในเงินเพื่อทำเงินสเตอร์ลิงเพื่อเพิ่มความแข็งแรงสำหรับใช้ในจาน เครื่องเงิน และสิ่งของอื่นๆ ที่ใช้งานได้จริง บ่อยครั้งที่โลหะมีค่าถูกนำไปผสมกับสารที่มีค่าน้อยกว่าเพื่อหลอกลวงผู้ซื้อ [19]ประมาณ 250 ปีก่อนคริสตกาล อาร์คิมิดีสได้รับมอบหมายจากกษัตริย์แห่งซีราคิวส์หาวิธีตรวจสอบความบริสุทธิ์ของทองคำในมงกุฎ นำไปสู่การตะโกนเรียกโรงอาบน้ำชื่อดังว่า "ยูเรก้า!" จากการค้นพบหลักการของอา ร์คิมิดี ส (20)

ดีบุกผสมตะกั่ว

คำว่าพิ ว เตอร์ ครอบคลุมโลหะผสมหลายชนิดที่ประกอบด้วยดีบุกเป็นหลัก ในฐานะที่เป็นโลหะบริสุทธิ์ ดีบุกจึงอ่อนเกินไปที่จะใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม ในช่วงยุคสำริดดีบุกเป็นโลหะหายากในหลายพื้นที่ของยุโรปและแถบเมดิเตอร์เรเนียน ดังนั้นจึงมักมีมูลค่าสูงกว่าทองคำ ในการทำเครื่องประดับ มีด หรือวัตถุอื่น ๆ จากดีบุก คนงานมักจะผสมมันกับโลหะอื่น ๆ เพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความแข็ง โลหะเหล่านี้มักเป็นตะกั่วพลวงบิสมัทหรือทองแดง ตัวทำละลายเหล่านี้บางครั้งถูกเพิ่มทีละตัวในปริมาณที่แตกต่างกัน หรือรวมกัน ทำให้เกิดวัตถุที่หลากหลาย ตั้งแต่ของใช้จริง เช่น จาน เครื่องมือผ่าตัด เชิงเทียนหรือกรวย ไปจนถึงของตกแต่ง เช่น ตุ้มหูและกิ๊บติดผม

ตัวอย่างดีบุกผสมตะกั่วที่เก่าแก่ที่สุดมาจากอียิปต์โบราณ ประมาณ 1450 ปีก่อนคริสตกาล การใช้ดีบุกผสมตะกั่วแพร่หลายไปทั่วยุโรป ตั้งแต่ฝรั่งเศสไปจนถึงนอร์เวย์และอังกฤษ (ซึ่งส่วนใหญ่ทำจากดีบุกโบราณ) ไปจนถึงตะวันออกใกล้ [21]โลหะผสมนี้ยังใช้ในประเทศจีนและตะวันออกไกล โดยมาถึงญี่ปุ่นประมาณคริสตศักราช 800 ซึ่งใช้สำหรับทำสิ่งของต่างๆ เช่น ภาชนะที่ใช้ในพิธี กระป๋องชา หรือถ้วยที่ใช้ในศาลเจ้าชินโต [22]

เหล็ก

พุดเดิ้ลในประเทศจีน ประมาณปี 1637 ตรงข้ามกับกระบวนการผสมส่วนใหญ่ เหล็กหมูเหลวถูกเทจากเตาหลอมเหลวลงในภาชนะแล้วคนเพื่อขจัดคาร์บอน ซึ่งกระจายไปในอากาศทำให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ เหลือเหล็กอ่อนเป็นเหล็กดัด

การหลอมเหล็กที่รู้จักกันครั้งแรกเริ่มขึ้นในอนาโตเลียประมาณ 1800 ปีก่อนคริสตกาล เรียกว่ากระบวนการบานสะพรั่งมันผลิตเหล็กดัด ที่อ่อนนุ่มแต่ เหนียว มาก เมื่อ 800 ปีก่อนคริสตกาล เทคโนโลยีการผลิตเหล็กได้แพร่กระจายไปยังยุโรป โดยมาถึงญี่ปุ่นเมื่อประมาณคริสตศักราช 700 เหล็กหมูซึ่งเป็นโลหะผสมที่แข็งแต่เปราะของเหล็กและคาร์บอนถูกผลิตขึ้นในประเทศจีนเมื่อ 1200 ปีก่อนคริสตกาล แต่ไม่ได้มาถึงยุโรปจนถึงยุคกลาง เหล็กหมูมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าเหล็ก และใช้สำหรับทำเหล็กหล่อ อย่างไรก็ตาม โลหะเหล่านี้พบว่ามีการใช้งานจริงเพียงเล็กน้อยจนกระทั่งมีการนำเหล็กเบ้าหลอม มาใช้ประมาณ 300 ปีก่อนคริสตกาล เหล็กเหล่านี้มีคุณภาพต่ำ และการแนะนำของการเชื่อมแบบ มีลวดลาย ราวๆ ศตวรรษที่ 1 โฆษณา ได้พยายามสร้างสมดุลระหว่างคุณสมบัติสุดขั้วของโลหะผสมด้วยการเคลือบมัน เพื่อสร้างโลหะที่แข็งแกร่งขึ้น ราว ๆ ค.ศ. 700 ชาวญี่ปุ่นเริ่มพับเหล็กบานสะพรั่งและเหล็กหล่อเป็นชั้นสลับกันเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของดาบ โดยใช้ดินเหนียวเพื่อขจัดตะกรันและสิ่งสกปรก วิธีการตีดาบของญี่ปุ่น นี้ ทำให้เกิดโลหะผสมที่บริสุทธิ์ที่สุดชนิดหนึ่งของโลกยุคโบราณ [15]

ในขณะที่การใช้เหล็กเริ่มแพร่หลายมากขึ้นในราว 1200 ปีก่อนคริสตกาล สาเหตุหลักมาจากการหยุดชะงักของเส้นทางการค้าสำหรับดีบุก โลหะนั้นอ่อนกว่าทองแดงมาก อย่างไรก็ตาม เหล็กจำนวนเล็กน้อย(โลหะผสมของเหล็กและคาร์บอนประมาณ 1%) เป็นผลพลอยได้จากกระบวนการบานสะพรั่งเสมอ ความสามารถในการปรับเปลี่ยนความแข็งของเหล็กโดย การอบชุบด้วย ความร้อนเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วตั้งแต่ 1100 ปีก่อนคริสตกาล และวัสดุที่หายากนั้นมีค่าสำหรับการผลิตเครื่องมือและอาวุธ เนื่องจากสมัยก่อนไม่สามารถผลิตอุณหภูมิสูงพอที่จะหลอมเหล็กได้เต็มที่ การผลิตเหล็กในปริมาณที่เหมาะสมจึงไม่เกิดขึ้นจนกว่าจะมีการนำเหล็กพุพองในช่วงยุคกลาง วิธีนี้แนะนำคาร์บอนโดยการให้ความร้อนแก่เหล็กดัดในถ่านเป็นเวลานาน แต่การดูดซับคาร์บอนในลักษณะนี้ช้ามาก การเจาะจึงไม่ลึกมาก ดังนั้นโลหะผสมจึงไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ในปี ค.ศ. 1740 เบนจามิน ฮันต์สแมนเริ่มหลอมเหล็กกล้าพุพองในถ้วยใส่ตัวอย่างเพื่อให้มีปริมาณคาร์บอนเท่ากัน ทำให้เกิดกระบวนการแรกสำหรับการผลิตเหล็กกล้าเครื่องมือจำนวนมาก กระบวนการผลิตของ Huntsman ใช้สำหรับการผลิตเหล็กกล้าเครื่องมือจนถึงต้นทศวรรษ 1900 [23]

การนำเตาหลอมเหล็กมาสู่ยุโรปในยุคกลางหมายความว่าผู้คนสามารถผลิตเหล็กสุกรในปริมาณที่สูงกว่าเหล็กดัดมาก เนื่องจากเหล็กหมูสามารถหลอมได้ ผู้คนจึงเริ่มพัฒนากระบวนการลดคาร์บอนใน เหล็กหมู เหลวเพื่อสร้างเหล็ก มีการใช้ พุดดิ้งในประเทศจีนตั้งแต่ศตวรรษแรก และถูกนำมาใช้ในยุโรปในช่วงทศวรรษ 1700 โดยที่เหล็กหล่อหลอมเหลวถูกกวนในขณะที่สัมผัสกับอากาศ เพื่อขจัดคาร์บอนโดยออกซิเดชัน ในปีพ.ศ. 2401 Henry Bessemerได้พัฒนากระบวนการผลิตเหล็กโดยการเป่าลมร้อนผ่านเหล็กหมูเหลวเพื่อลดปริมาณคาร์บอน กระบวนการBessemerนำไปสู่การผลิตเหล็กขนาดใหญ่เป็นครั้งแรก [23]

เหล็กเป็นโลหะผสมของเหล็กและคาร์บอน แต่คำว่าโลหะผสมเหล็กมักจะหมายถึงเหล็กที่มีองค์ประกอบอื่นๆ เช่นวาเนเดียมโมลิบดีนัมหรือโคบอลต์ในปริมาณที่เพียงพอต่อการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของเหล็กพื้นฐาน ตั้งแต่สมัยโบราณ เมื่อเหล็กกล้าถูกใช้เป็นเครื่องมือและอาวุธเป็นหลัก วิธีการผลิตและการใช้โลหะมักถูกปกปิดเป็นความลับ แม้หลังจากยุคแห่งเหตุผล มานาน อุตสาหกรรมเหล็กก็มีการแข่งขันสูงมาก และผู้ผลิตก็พยายามอย่างยิ่งที่จะรักษากระบวนการของพวกเขาให้เป็นความลับ ต่อต้านความพยายามใดๆ ในการวิเคราะห์วัสดุทางวิทยาศาสตร์เพราะกลัวว่ามันจะเปิดเผยวิธีการของพวกเขา ตัวอย่างเช่น ชาวเชฟฟิลด์ซึ่งเป็นศูนย์กลางการผลิตเหล็กในอังกฤษ เป็นที่ทราบกันดีอยู่ แล้วว่าห้ามไม่ให้ผู้มาเยี่ยมและนักท่องเที่ยวเข้ามาในเมืองเพื่อยับยั้งการจารกรรมทางอุตสาหกรรม ดังนั้นจึงแทบไม่มีข้อมูลทางโลหะวิทยาเกี่ยวกับเหล็กจนถึงปี พ.ศ. 2403 เนื่องจากขาดความเข้าใจนี้ โดยทั่วไปเหล็กจึงไม่ถือว่าเป็นโลหะผสมจนกระทั่งหลายทศวรรษระหว่างปี พ.ศ. 2473 ถึง พ.ศ. 2513 (สาเหตุหลักมาจากผลงานของนักวิทยาศาสตร์อย่างWilliam Chandler Roberts-Austen , Adolf MartensและEdgar Bain ) ดังนั้น "โลหะผสมเหล็ก" จึงกลายเป็นคำที่นิยมสำหรับโลหะผสมเหล็กสามส่วนและสี่ส่วน [24] [25]

หลังจากที่ Benjamin Huntsman พัฒนาเหล็กเบ้าหลอม ของเขา ในปี 1740 เขาเริ่มทดลองด้วยการเพิ่มองค์ประกอบเช่นแมงกานีส (ในรูปของเหล็กหมูแมงกานีสสูงที่เรียกว่าspiegeleisen ) ซึ่งช่วยขจัดสิ่งสกปรกเช่นฟอสฟอรัสและออกซิเจน กระบวนการที่เบสเซเมอร์นำมาใช้และยังคงใช้ในเหล็กกล้าสมัยใหม่ (แม้ว่าจะมีความเข้มข้นต่ำพอที่จะถือว่าเป็นเหล็กกล้าคาร์บอน) [26]หลังจากนั้น หลายคนเริ่มทดลองกับโลหะผสมต่างๆ ของเหล็กแต่ไม่ประสบความสำเร็จมากนัก อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2425 โรเบิร์ต แฮดฟิลด์ซึ่งเป็นผู้บุกเบิกด้านโลหะวิทยา ได้รับความสนใจและผลิตโลหะผสมเหล็กที่มีแมงกานีสประมาณ 12% เรียกว่ามังกะลอยด์มันแสดงความแข็งและความเหนียวขั้นสุด กลายเป็นเหล็กอัลลอยด์ที่ใช้งานได้เชิงพาณิชย์รายแรก [27]หลังจากนั้น เขาสร้างเหล็กซิลิกอนการค้นหาโลหะผสมอื่น ๆ ที่เป็นไปได้ของเหล็ก (28)

โรเบิร์ต ฟอเรสเตอร์ มูเชต์พบว่าการเพิ่มทังสเตนลงในเหล็กจะทำให้ได้ขอบที่แข็งมากซึ่งต้านทานการสูญเสียความแข็งที่อุณหภูมิสูงได้ "เหล็กกล้าพิเศษของ R. Mushet" (RMS) กลายเป็นเหล็กกล้าความเร็วสูงตัวแรก [29]เหล็กกล้าของ Mushet ถูกแทนที่อย่างรวดเร็วด้วย เหล็กกล้า ทังสเตนคาร์ไบด์พัฒนาโดยเทย์เลอร์และไวท์ในปี 1900 โดยเพิ่มปริมาณทังสเตนเป็นสองเท่าและเพิ่มโครเมียมและวานาเดียมในปริมาณเล็กน้อย ทำให้เกิดเหล็กกล้าชั้นเยี่ยมสำหรับใช้ในการกลึงและเครื่องมือตัดเฉือน ในปี ค.ศ. 1903 พี่น้องตระกูล Wrightใช้เหล็กกล้าโครเมียม-นิกเกิลทำเพลาข้อเหวี่ยงสำหรับเครื่องยนต์ของเครื่องบิน ขณะที่ในปี 1908 เฮนรี ฟอร์ดเริ่มใช้เหล็กวาเนเดียมสำหรับชิ้นส่วนต่างๆ เช่น เพลาข้อเหวี่ยงและวาล์วในรุ่น T Fordของเขา เนื่องจากมีความแข็งแรงสูงและทนต่ออุณหภูมิสูง [30]ในปี ค.ศ. 1912 โรงหลอมเหล็กของ Krupp ในเยอรมนีได้พัฒนาเหล็กป้องกันสนิมโดยการเพิ่มโครเมียม 21% และ นิกเกิล 7% ทำให้เกิดเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดแรก [31]

คนอื่น

เนื่องจากมีความไวต่อปฏิกิริยาสูง โลหะส่วนใหญ่จึงไม่ถูกค้นพบจนกระทั่งศตวรรษที่ 19 Humphry Davyเสนอวิธีการสกัดอะลูมิเนียมจากอะลูมิเนียมในปี พ.ศ. 2350 โดยใช้อาร์คไฟฟ้า แม้ว่าความพยายามของเขาจะไม่ประสบความสำเร็จ แต่ในปี 1855 การขายอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ครั้งแรกก็เข้าสู่ตลาด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโลหะวิทยาสกัดยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น กระบวนการสกัดอะลูมิเนียมส่วนใหญ่จึงผลิตโลหะผสมที่ไม่ได้ตั้งใจปนเปื้อนด้วยธาตุอื่นๆ ที่พบในแร่ ที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดคือทองแดง โลหะผสมอะลูมิเนียม-ทองแดงเหล่านี้ (ในขณะนั้นเรียกว่า "อะลูมิเนียมบรอนซ์") นำหน้าอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ ซึ่งมีความแข็งแรงและความแข็งมากกว่าโลหะที่อ่อนนุ่มบริสุทธิ์ และพบว่าสามารถอบชุบได้ในระดับเล็กน้อย (32)อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความนุ่มนวลและความสามารถในการชุบแข็งที่จำกัด โลหะผสมเหล่านี้จึงพบว่ามีการใช้งานเพียงเล็กน้อย และมีความแปลกใหม่มากกว่า จนกระทั่งพี่น้องตระกูล Wrightใช้โลหะผสมอะลูมิเนียมเพื่อสร้างเครื่องยนต์เครื่องบินลำแรกในปี 1903 [30]ระหว่างช่วงเวลาระหว่างปี 1865 ถึง 1910 ได้มีการค้นพบกระบวนการสกัดโลหะอื่นๆ เช่น โครเมียม วานาเดียม ทังสเตนอิริเดียมโคบอลต์และโมลิบดีนัมและพัฒนาโลหะผสมต่างๆ [33]

ก่อนปี พ.ศ. 2453 การวิจัยส่วนใหญ่ประกอบด้วยบุคคลส่วนตัวที่ซ่อมในห้องทดลองของตนเอง อย่างไรก็ตาม ในขณะที่อุตสาหกรรมเครื่องบินและยานยนต์เริ่มเติบโตขึ้น การวิจัยเกี่ยวกับโลหะผสมได้กลายเป็นความพยายามของอุตสาหกรรมในปีต่อๆ มาในปี 1910 เนื่องจากแมกนีเซียมอัลลอยด์ แบบใหม่ ได้รับการพัฒนาสำหรับลูกสูบและล้อในรถยนต์ และหม้อโลหะสำหรับคันโยกและลูกบิด และโลหะผสมอะลูมิเนียมที่พัฒนาขึ้นสำหรับเฟรมเครื่องบินและสกินเครื่องบินถูกนำมาใช้ [30]

ดูสิ่งนี้ด้วย

อ้างอิง

  1. ^ Callister, WD "Materials Science and Engineering: An Introduction" 2007, 7th edition, John Wiley and Sons, Inc. New York, มาตรา 4.3 และบทที่ 9
  2. เวอร์โฮเวน, จอห์น ดี. (2007). โลหะผสมเหล็กสำหรับอโลหะ เอเอสเอ็ม อินเตอร์เนชั่นแนล หน้า 56. ISBN 978-1-61503-056-9. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2016-05-05
  3. ^ Davis, Joseph R. (1993) ASM Specialty Handbook: อลูมิเนียมและโลหะผสมอลูมิเนียม . เอเอสเอ็ม อินเตอร์เนชั่นแนล หน้า 211.ไอ978-0-87170-496-2 . 
  4. ^ Metals Handbook: Properties and Selection By ASM International – ASM International 1978 หน้า 407
  5. ↑ Mills, Adelbert Phillo (1922) Materials of Construction: their Manufacturing and Properties , John Wiley & sons, inc จัดพิมพ์ครั้งแรกโดย University of Wisconsin, Madison
  6. ^ โฮแกน, ค. (1969). "ความหนาแน่นของสถานะของโลหะผสมเฟอร์โรแมกเนติกที่เป็นฉนวน". การตรวจร่างกาย . 188 (2): 870–874. Bibcode : 1969PhRv..188..870H . ดอย : 10.1103/PhysRev.188.870 .
  7. ^ จาง X.; ซัล, เอช. (1985). "ช่วงเวลาที่เกี่ยวข้องกับคลื่นหมุนเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าและความโกลาหลภายใต้การสูบน้ำตามขวาง" การตรวจร่างกาย 32 (4): 2530–2533. Bibcode : 1985PhRvA..32.2530Z . ดอย : 10.1103/PhysRevA.32.2530 . PMID 9896377 . 
  8. a b c Dossett, Jon L. and Boyer, Howard E. (2006) การรักษาความร้อน เชิงปฏิบัติ เอเอสเอ็ม อินเตอร์เนชั่นแนล หน้า 1–14. ไอ1-61503-110-3 . 
  9. โลหวิทยาสำหรับอโลหะโดย Harry Chandler – ASM International 1998 หน้า 1—3
  10. ^ Jacobs, MH Precipitation Hardnening Archived 2012-12-02 ที่Wayback Machine มหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮม. TALAT บรรยาย 1204. slideshare.net
  11. ริกการ์ด, TA (1941). "การใช้เหล็กอุตุนิยมวิทยา". วารสาร สถาบัน มานุษยวิทยา . 71 (1/2): 55–66. ดอย : 10.2307/2844401 . JSTOR 2844401 . 
  12. ^ บุ ควัลด์ , pp. 13–22
  13. ^ บุ ควัลด์ , pp. 35–37
  14. ^ Buchwald , pp. 39–41
  15. อรรถเป็น สมิธ ไซริล (1960) ประวัติของโลหะวิทยา สำนักพิมพ์เอ็มไอที หน้า 2–4. ISBN 0-262-69120-5 . 
  16. ^ Emperor's Ghost Army ถูก เก็บถาวร 2017-11-01 ที่Wayback Machine pbs.org. พฤศจิกายน 2014
  17. Rapp, George (2009)โบราณคดี ที่ เก็บถาวร 2016-04-28 ที่เครื่อง Wayback สปริงเกอร์. หน้า 180. ISBN 3-540-78593-0 
  18. ↑ Miskimin , Harry A. (1977)เศรษฐกิจของยุคหลังยุคฟื้นฟูศิลปวิทยายุโรป 1460–1600 Archived 2016-05-05 ที่Wayback Machine สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์. หน้า 31. ISBN 0-521-29208-5 . 
  19. Nicholson, Paul T. and Shaw, Ian (2000)วัสดุและเทคโนโลยีอียิปต์โบราณ Archived 2016-05-02 ที่Wayback Machine สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์. หน้า 164–167. ไอเอสบีเอ็น0-521-45257-0 . 
  20. ^ Kay, Melvyn (2008)ระบบไฮดรอลิกส์เชิงปฏิบัติ ที่ เก็บถาวร 2016-06-03 ที่เครื่อง Wayback เทย์เลอร์และฟรานซิส. หน้า 45. ISBN 0-415-35115-4 . 
  21. ฮัลล์, ชาร์ลส์ (1992)พิวเตอร์ . ไชร์สิ่งพิมพ์ หน้า 3-4; ไอเอสบีเอ็น0-7478-0152-5 
  22. Brinkley, Frank (1904)ญี่ปุ่นและจีน: ญี่ปุ่น ประวัติศาสตร์ ศิลปะ และวรรณคดี . มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด. หน้า 317
  23. อรรถเป็น โรเบิร์ตส์ จอร์จ อดัม; เคราส์, จอร์จ; Kennedy, Richard and Kennedy, Richard L. (1998) เหล็กกล้าเครื่องมือ Archived 2016-04-24 ที่Wayback Machine เอเอสเอ็ม อินเตอร์เนชั่นแนล หน้า 2–3. ไอเอสบีเอ็น0-87170-599-0 . 
  24. Sheffield Steel and America: A Century of Commercial and Technological Independenceโดย Geoffrey Twedale – Cambridge University Press 1987 หน้า 57—62
  25. เทคนิคการทดลองด้านวัสดุและกลศาสตร์โดย C. Suryanarayana – CRC Press 2011 p. 202
  26. Tool Steels, 5th Editionโดย George Adam Roberts, Richard Kennedy, G. Krauss – ASM International 1998 p. 4
  27. ^ Bramfitt, BL (2001). คู่มือช่างโลหะ: การปฏิบัติและขั้นตอนสำหรับเหล็กและเหล็กกล้า เอเอสเอ็ม อินเตอร์เนชั่นแนล หน้า 13–. ISBN 978-1-61503-146-7. เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 2016-05-02
  28. Sheffield Steel and America: A Century of Commercial and Technological Independenceโดย Geoffrey Twedale – Cambridge University Press 1987 pp. 57—62
  29. Sheffield Steel and America: A Century of Commercial and Technological Independenceโดย Geoffrey Twedale – Cambridge University Press 1987 pp. 66—68
  30. a b c Metallurgy for the Non-Metallurgistโดย Harry Chandler – ASM International 1998 หน้า 3–5
  31. Sheffield Steel and America: A Century of Commercial and Technological Independenceโดย เจฟฟรีย์ ทวีเดล – สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ 1987 น. 75
  32. Aluminium: Its History, Occurrence, Properties, Metallurgy and Applicationsโดย โจเซฟ วิลเลียม ริชาร์ดส์ – Henry Cairy Baird & Co 1887 หน้า 25—42
  33. ↑ โลหะวิทยา: 1863–1963 โดย WH Dennis – Routledge 2017

บรรณานุกรม

  • บุควัลด์, วากน์ ฟาบริเชียส (2005). เหล็กและเหล็กกล้าใน สมัยโบราณ เดช คองเคลิเก ดันส์เก้ วีเดนสกาแบร์เนส เซลสกาบ ISBN 978-87-7304-308-0.

ลิงค์ภายนอก