ساختار و خواص فلزات ، ساختار فلزات صنعتی پرکاربرد

خانه » مقالات آموزشی » ساختار و خواص فلزات ، ساختار فلزات صنعتی پرکاربرد

ساختار و خواص فلزات شما را بر این داشته از خود پرسيده باشيد که چرا مواد مختلف با هم متفاوتند ؟ چرا برخی از آنها محکم تر از سايرين هستند ؟ چرا برخی از مواد رسانا و برخی نارسانا می باشند؟ چرا نور می تواند ازبعضی از مواد عبور کند و از بعضی ديگر نه ؟

سؤال هايی از اين دست ذهن را متوجه تفاوت های مواد از نظر خواص می کند و ما را در رابطه با علت اين تفاوت ها، به تفکر بيشتر وادار می کند. با اطلاعاتی که ما از ساختمان عناصر و تفاوت های موجود در آنها داريم شايد گمان کنيم که تفاوت های موجود در مواد مختلف حاصل تفاوت های عناصرتشکيل دهنده آنها است.

با اين تفکر خواص مواد تنها متأثر از تنوع عناصر تشکيل دهنده آنها و ساختار و خواص فلزات خواهد بود و تمامی ويژگی های رفتاری مواد بايد با شناخت عناصر تشکيل دهنده آنها روشن شده و همه اسرارمربوط به خصوصيات مواد آشکار گردد. به راستی با دانستن ترکيب شيميايی، خواص مواد معلوم می شود؟

با کمی دقت و توجه به ترکيبات شيميايی مواد پيرامون خود درمی يابيم که بسياری از آنها با وجوداين که در رفتار و خواص با يکديگر تفاوت دارند ولی دارای عناصر تشکيل دهنده و ترکيب شيميايی يکسان می باشند و برخی ديگر از مواد با داشتن عناصر تشکيل دهنده متفاوت، دارای خواص و رفتارمشابهی هستند. پس چه چيزی به جز ترکيب شيميايی موجب تفاوت در رفتار و خواص مواد می شود؟

ساختار مواد

ساختار ماده چگونگی ارتباط بين اتم ها، يون ها و مولکول های تشکيل دهنده آن ماده را مشخص می کند . در اينجا برای روشن شدن تأثير ساختار روی خواص مواد مثال معروفی را ارائه می کنيم . همان طور که می دانيد گرافيت و الماس هر دو از اتم های کربن تشکيل شده اند. اما چرا خواص گرافيت و الماس خيلی با يکديگر متفاوت است؟

الماس به عنوان سخت ترين ماده طبيعی معرفی می گردد و گرافيت به دليل نرمی بسيار، به عنوان ماده (( روانساز)) به کار گرفته می شود! تفاوت خواص گرافيت و الماس مربوط به نحوه اتصال و آرايش فضايی اتم های کربن در ساختار آنها بستگی دارد .

در گرافيت اتم های کربن شش ضلعی های پيوسته ای تشکيل می دهند که در يک سطح گسترده است. لايه های شش ضلعی متشکل از اتم های کربن با قرار گرفتن روی هم، حجمی را تشکيل می دهند که به آن گرافيت می گوييم.

ريزساختار مواد

ممکن است گمان کنيد توده موادی که ما در اطراف خود می بينيم از نظم گسترده در ساختار اوليه خود به وجودآمده اند. به عبارت ديگرشکل گسترش يافته ساختار اوليه خود هستند و بنابراين تمامی خواص و رفتار ساختار اوليه خود را دارا خواهند بود. اين تصور با مشاهدات رفتار مواد متفاوت است.

عوامل تأثيرگذار در خواص توده مواد عبارت بودند از:
١ عناصر يا اتم های تشکيل دهنده
٢ ساختار
٣ ريزساختار

ساختار بلوری فلزات

در حالت کلی مواد جامد دو نوع ساختار اتمی دارند. يک دسته ساختار کريستالی دارند؛يعنی آرايش اتم ها در ساختمان داخلی آنها براساس يک نظم و الگوی تکرارشونده از واحدهايی به نام سلول واحد می باشد.

به عبارت ديگر ساختار مواد دارای شبکه کريستالی با کنار هم قرار گرفتن تعداد بسيارزيادی از سلولهای واحد تشکيل شده است. فلزات و آلياژهای آنها جزء مواد با ساختار کريستالی هستند.

دسته ديگر مواد جامد آنهايی هستند که دارای نظم مشخصی در ساختار خود نيستند که دراصطلاح آمورف گفته می شوند. در اين مواد قرار گرفتن اتم ها در کنار يکديگر تقريباً بدون نظم و ترتيب خاصی است، مثل: شيشه، و بسياری از مواد سراميکی، پلاستيک و لاستيک به طور معمول دارای ساختار اتمی آمورف هستند.

فلزات و آلياژهای آنها در حالت جامد همان طور که پيشتر گفته شد به طور معمول دارای ساختارکريستالی هستند و در چهارده شکل مختلف متبلور می شوند ولی اکثر فلزات صنعتی متداول دارای سه نوع نظم اتمی يا شبکه کريستالی هستند .

خواص سلول واحد مکعبی مرکزدار (BCC)

در اين نوع شبکه بلوری، سلول واحد به صورت يک مکعب فرض می شود که در هر گوشه به اضافه مرکز مکعب يک اتم مستقر می باشد.

خواص سلول واحد مکعبی با وجود مرکز پر(FCC)

در اين نوع شبکه بلوری سلول واحدبه صورت يک مکعب در نظر گرفته می شود . در هر گوشه و مرکز وجوه آن يک اتم قرار دارد.

خواص سلول واحد منشور با قاعده شش ضلعی فشرده (HCP)

سلول واحد به صورت يک منشور شش وجهی است که دوازده اتم در گوشه ها و دو اتم در وسط وجوه بالا و پايين آن قرارگرفته اند . اضافه بر اين سه اتم در وسط صفحات ميانی مستقر می باشند . بدين ترتيب تعداد اتم های متعلق به يک سلول واحد HCP در مجموع معادل شش است .

خواص ساختار بلوری آهن

ساختاربلوری آهن در دمای پايين به صورت شبکه کريستالی مکعبی مرکز پر(BCC) است که به آن آهن آلفامی گويند.

با افزايش دمای آهن ساختار بلوری آن دچار تغيير می شود. در دمای ٧٢١ درجه سانتيگراد ساختار آهن دچار تغيير می شود و به شکل مکعبی باوجوه مرکز پر(FCC) در می آيد که به آن آهن گاما می گويند. با افزايش بيشتر دمای آهن مجدداً ساختارکريستالی آن متحول می شود و به حالت BCC تغييرشکل می دهد اين تحول بلوری در دمای ١٢٣٠درجه سانتيگراد رخ می دهد و در نهايت با افزايش دمای آهن و رسيدن به حد نقطه ذوب ( ١٥٣٢ درجه سانتيگراد) شبکه بلوری آهن درهم می ريزد و به حالت مذاب در می آيد.

هدايت الکتريسيته

اين خاصيت عبارت است از قدرت هدايت واحد طول جسم بر واحدسطح مقطع آن که نشان دهنده توانمندی ماده در انتقال بار الکتريکی از يک محل به محل ديگر می باشد .

مغناطيسی

فلزاتی را که جذب آهنربا می شوند فرومغناطيس می نامند. اين خاصيت مربوط به چگونگی حرکت الکترون ها و جهت گيری آنها در ميدان مغناطيسی ناشی می شود و فقط در بعضی فلزات ديده می شود .

هدايت حرارتی

اين خاصيت مشابه هدايت الکتريسيته به صورت قدرت هدايت حرارت واحد طول جسم بر واحد مساحت سطح مقطع آن تعريف می شود . به طور معمول فلزاتی که بيشترين قابليت هدايت الکتريسيته را دارند از نظر هدايت حرارتی نيز بهترين هستند .

انبساط حرارتی

اتم های يک ماده به خصوص فلزات و آلياژها با دريافت انرژی حرارتی شروع به ارتعاش و لرزش می کنند . فاصله بين اتم ها و در نتيجه ابعاد شبکه کريستالی ماده افزايش می يابد.

خواص مکانيکی

رفتار مواد در برابر نيروهای مکانيکی وارد شده را خواص مکانيکی مواد می گويند . برخی از اين خواص عبارتند از : سختی، استحکام، چقرمگی، خستگی، خزش و … که نشان دهنده رفتار مواد در برابر نيروهای خارجی وارده هستند.