Legeringen zijn metalen verbindingen die uit één metaal en één of meer metalen of niet-metalen elementen bestaan.
Voorbeelden van veel voorkomende legeringen:
- Staal: A combinatie van ijzer (metaal) en koolstof (niet-metaal)
- Bronzen: Een combinatie van koper (metaal) en blik (metaal)
- Messing: Een mengsel van koper (metaal) en zink (metaal)
Eigendommen
Individuele zuivere metalen kunnen nuttige eigenschappen hebben, zoals goed elektrische geleiding, hoge sterkte en hardheid, of warmte en corrosie weerstand. Commerciële metaallegeringen proberen deze voordelige eigenschappen te combineren om metalen te maken die nuttiger zijn voor bepaalde toepassingen dan al hun componenten.
Staalvereist bijvoorbeeld de juiste combinatie van koolstof en ijzer (ongeveer 99% ijzer en 1% koolstof) om een metaal te produceren dat sterker, lichter en werkbaarder is dan puur ijzer.
Precieze eigenschappen van nieuwe legeringen zijn moeilijk te berekenen omdat elementen niet zomaar combineren om een som van de onderdelen te worden. Ze ontstaan door chemische interacties, die afhankelijk zijn van onderdelen en specifieke productiemethoden. Als gevolg hiervan is veel testen vereist bij de ontwikkeling van nieuwe metaallegeringen.
Smelttemperatuur is een sleutelfactor bij het legeren van metalen. Galinstan, een laagsmeltende legering die bevat gallium, tin en indium zijn vloeibaar bij temperaturen boven 2,2 ° F (-19 ° C), wat betekent dat het smeltpunt 50 ° C (122 ° F) lager is dan puur gallium en meer dan 100 ° C (212 ° F) indium en tin.
Galinstan® en Wood's Metal zijn voorbeelden van eutectische legeringen - legeringen met het laagste smeltpunt van elke legeringcombinatie met dezelfde elementen.
Samenstelling
Duizenden legeringssamenstellingen worden regelmatig geproduceerd en er worden elk jaar nieuwe samenstellingen ontwikkeld.
Geaccepteerde standaardsamenstellingen omvatten de zuiverheidsniveaus van samenstellende elementen (gebaseerd op gewichtsgehalte). De make-up, evenals de mechanische en fysieke eigenschappen van gewone legeringen, zijn gestandaardiseerd door internationaal organisaties zoals de International Organization for Standardization (ISO), SAE International en ASTM Internationale.
Productie
Sommige metaallegeringen komen van nature voor en vereisen weinig verwerking om te worden omgezet in materialen van industriële kwaliteit. Ferrolegeringen zoals ferrochroom en ferrosilicium worden bijvoorbeeld geproduceerd door gemengde ertsen te smelten en worden gebruikt bij de productie van verschillende staalsoorten. Toch zou je je vergissen als je denkt dat het legeren van metalen een eenvoudig proces is. Als men bijvoorbeeld gewoon gesmolten mengt aluminium met gesmolten lood, zouden ze ontdekken dat de twee in lagen zouden worden gescheiden, net als olie en water.
Commerciële en handelslegeringen vereisen in het algemeen een grotere verwerking en worden meestal gevormd door het mengen van gesmolten metalen in een gecontroleerde omgeving. De procedure voor het combineren van gesmolten metalen of het mengen van metalen met niet-metalen varieert sterk, afhankelijk van de eigenschappen van de elementen die worden gebruikt.
Omdat metalen elementen grote variaties vertonen in hun tolerantie voor warmte en gassen, factoren zoals smelttemperaturen van component metalen, onzuiverheidsniveaus, mengomgeving en legeringsprocedure zijn centrale overwegingen voor een succesvolle legering werkwijze.
Terwijl elementen zoals de vuurvaste metalen zijn stabiel bij hoge temperaturen, anderen beginnen te interageren met hun omgeving, wat de zuiverheidsniveaus en uiteindelijk de legeringskwaliteit kan beïnvloeden. Vaak moeten in dergelijke gevallen tussenlegeringen worden bereid om elementen te overtuigen om te combineren.
Als een voorbeeld wordt een legering van 95,5% aluminium en 4,5% koper gemaakt door eerst een 50% mengsel van de twee elementen te bereiden. Dit mengsel heeft een lager smeltpunt dan puur aluminium of puur koper en werkt als een "verharderlegering". Dit wordt vervolgens geïntroduceerd in gesmolten aluminium met een snelheid die de juiste legeringmix creëert.
Bronnen: Straat, Arthur. & Alexander, W. O. 1944. Metalen in dienst van de mens. 11e editie (1998).