دنیای مواد صنعتی

مواد صنعتی موادی هستند که در فرآیندهای صنعتی برای ایجاد کالاها و مصنوعات به کار می روند.مواد ممکن است به روش های مختلفی طبقه بندی شوند: ماهیت مواد تشکیل دهنده، کاربرد و …

به طور کلی، آن ها به عنوان فلزات و غیر فلزات طبقه بندی می شوند. بیشتر فلزات در دمای اتاق جامد هستند و به صورت شبکه بلوری با اتم هایی که توسط پیوندهای فلزی قوی به هم چسبیده اند، وجود دارند. فلزات در مواد آهنی و غیر آهنی دسته بندی می شوند. بعدا می توان فلزات را به عنوان فلزات ساده یا آلیاژی طبقه بندی کرد. فلزات ساده به موادی گفته می شود که دارای ترکیب قابل توجهی از یک عنصر پایه هستند اما حاوی آثاری از عناصر دیگر به عنوان ناخالصی می باشند.

فلزات آلیاژی موادی هستند که دارای یک یا چند عنصر پایه هستند اما حاوی مقادیر قابل توجهی از عناصر دیگر نیز می باشند که برای تاثیر بر خصوصیات خاص استفاده می شوند.یعنی برای بعضی از فلزات، خواص مکانیکی، شیمیایی، الکتریکی و … با افزودن آلیاژها اصلاح می شوند. آلیاژ عنصری است که به ماده پایه اضافه می شود تا خصوصیات ماده پایه را تغییر دهد.

ماده آلیاژی مخلوطی یکنواخت از مواد پایه و مواد آلیاژی است.

فلزات معمولا دارای نقطه ذوب بالا، نسبتا قابل انعطاف و انعطاف پذیر بوده و با مقاومت کششی نسبتا زیاد سخت هستند. آن ها اغلب رساناهای خوب گرما و برق با تراکم بالا هستند. موارد استثنا شامل جیوه است که در دمای اتاق با دمای ذوب 39- درجه سانتی گراد، مایع است. سدیم و پتاسیم به ترتیب سبک و نرم هستند و به ترتیب دارای نقاط ذوب 97 و 63 درجه سانتی گراد می باشند. فلزات به دو شکل چدن و فلزات ساخته شده (فرفوژه) استفاده می شوند. چدن برای تولید شمش یا حفره ها استفاده می شود. حفره ها با فرآیندهای تولید ثانویه به فرم های نهایی تبدیل می شوند. شمش ها به عنوان مواد اولیه برای تولید فلزات ساخته (فرفوژه) استفاده می شوند که با برخی از فرآیندهای تولید ثانویه مانند کوبیدن، غلت و اکستروژن به دست می آیند. عملا تمام فلزات که به صورت چدن یا حفره استفاده نمی شوند، برای پردازش بعدی به برخی از اشکال استاندارد تقلیل می یابند.

شمش ها با ریختن فلزات مایع به مقاطع مستطیل و مربع به دست می آیند. این بخش ممکن است به شکل یک تخته (ورقه)، شمش یا بیرون آمدگی باشد. گاهی اوقات از روش های چدن ریزی مداوم برای چدن ریزی فلز مایع به تخته، ورقه یا شمش استفاده می شود. عرض تخته ها 1800-500 میلی متر و ضخامت آن ها 300-500 میلی متر است.

اندازه شمش ها 40*40 تا 150*150 متر مربع و شکوفه ها 150*150 تا 400*400 متر مربع است. این اشکال بیشتر از طریق نورد گرم، کوبیدن یا اکستروژن، برای تولید مواد به شکل استاندارد مانند صفحات، ورق ها، میله ها، لوله ها و مقاطع ساختاری پردازش می شوند.

غیر فلزات به عنوان مولکول های کوالانسی وجود دارند که در آن اتم ها توسط نیروهای ضعیف در کنار هم نگه داشته می شوند. غیر فلزات معمولا دارای نقطه ذوب پایین، نسبتا شکننده و نرم با مقاومت کششی نسبتا کم هستند. آن ها اغلب رساناهای بد گرما و برق با تراکم کم هستند. استثنائات شامل کربن وجود دارد که با دمای ذوب زیاد وقتی به شکل الماس است بسیار سخت است و در صورت گرافیت رسانای خوبی برای گرما و برق است.

مواد آهنی

مواد آهنی به عنوان پایه یا ماده اصلی تشکیل دهنده، آهن دارند. آن ها شامل آهن، فولاد و آلیاژهای آن ها می باشند. به عنوان مثال خرده آهن، 91 تا 99 درصد آهن و 3/5 تا 4/5 درصد کربن دارد. فولاد کربن 98/1 تا 99/5 درصد آهن و 0/07 تا 1/5 درصد کربن دارد. آهن ساخته دارای 99 تا 99/8 درصد آهن و 0/05 تا 0/25 درصد کربن است. این مواد معمولا مقدار ناچیز منگنز، سورفور، فسفر و سیلیکون دارند.

چدن

مواد آهنی شامل خرده آهن، چدن و آهن ساخته است. چدن را می توان به چدن سفید، چدن خاکستری، چدن سرد شده، چدن شکل پذیر و چدن قابل انعطاف دسته بندی کرد. خرده آهن(Pig iron)  ماده ای بسیار شکننده است و بیشتر بر ای ساخت مفید به عنوان یک ماده ساختاری تهیه می شود. به طور کلی مواد چدنی در شرایطی که اجزا تحت فشار هستند ، مناسب اند. آن ها در مقاومت در برابر بارهای پویا و کششی خوب نیستند. با این وجود چدن هادی در مقاومت در برابر بارهای پویا و کششی در مقایسه با انواع دیگر بهتر است. لازم به ذکر است که چدن قابل انعطاف به عنوان ماده ساختاری توسط چدن هادی که تولید آن آسان تر است، جایگزین می شود.

فولادها

فولاد ماده ای است که عمدتا از آهن (Fe) و کاربید آهن (Fe₃C) و سیمانتیت تشکیل شده است. مقدار کربن حداکثر 2 درصد است و می تواند شامل عناصر و آلیاژهای دیگر در مقادیر کنترل شده باشد. این ماده عمدتا از خرده آهن (حدود 90 درصد خرده آهن به فولاد تبدیل می شود) توسط اکسیداسیون تولید می شود که محتوای کربن را کاهش می دهد و ناخالصی های موجود در خرده آهن را از بین می برد. این ماده سخت و محکم است. خصوصیات فولاد به مقدار کربن، آلیاژها و عملیات حرارتی آن بستگی دارد. به طور کلی استحکام کششی فولاد با مقدار کربن بالاتر، افزایش می یابد، اما فولاد شکل پذیری را از دست می دهد و شکننده می شود. فولاد با مقدار کربن مناسب ممکن است سخت شده و بازپخت یا معتدل شود. سخت شدن، فرآیند خنک سازی فولاد در دمای بالا (داغ قرمز) به سرعت است تا سختی آن افزایش یابد.

بازپخت فرآیند گرم شدن مجدد فولاد سخت شده تا دمای بالا و اجازه دادن به سرد شدن آن است. سختی و مقاومت کششی فولاد به درجه حرارت و سرعت خنک سازی بستگی دارد.

مواد فولادی ممکن است به صورت گسترده، به فولادهای ساده و آلیاژی طبقه بندی شوند. فولاد ساده دارای کربن به عنوان آلیاژ اصلی در یک پایه آهن است. فولادهای ساده ممکن است در فولادهای چدن، فولادهای کربنی و فولادهای ابزار کربنی دسته بندی شوند.

فولاد آلیاژی عناصر دیگری در مقادیر قابل توجهی دارند و شامل کروم، نیکل، سورفور و … هستند. این عناصر به صورت عمده به فولاد اضافه می شوند تا بر خصوصیات خاص مورد نظر تاثیر بگذارند.

فلزات غیر آهنی ساده

فلزات غیر آهنی ساده عبارت اند از مس، روی، قلع، سرب و آلومینیوم. سایر مواد عبارت اند از: تنگستن، وانادیوم، کروم، منیزیم و منگنز.

آلیاژهای غیر آهنی

آلیاژهای غیر آهنی حاوی فلزات غیر آهنی به عنوان مواد پایه با عناصر آلیاژی هستند که ممکن است آهنی یا غیر آهنی باشند. آن ها به طور کلی خصوصیات مکانیکی بهتری نسبت به مواد ساده از خود نشان می دهند. آلیاژهای غیر آهنی محبوب شامل برنج، برنز، آلیاژهای منیزیم و لحیم ها هستند.

پلاستیک ها

پلاستیک ها مواد جامدی هستند که عمدتا هیدروکربن (هیدروژن و کربن) یا ترکیبات آلی هستند. آن ها از زنجیره های طولانی مولکول های ساده تشکیل شده اند که توسط فرآیندی به نام پلیمریزاسیون با هم ادغام می شوند. در طی پلیمریزاسیون، مولکول های هیدروکربن ساده تکثیر شده و به هم متصل می شوند و مولکول های هیدروکربن سنگین تر و پیچیده تری را تشکیل می دهند. از این رو به آن ها پلیمر نیز گفته می شود. به عنوان یک قاعده کلی یک پلیمر باید حداقل شامل 10 مولکول آلی ساده باشد. مولکول های پیچیده حاصل از پلیمریزاسیون خصوصیات فیزیکی ای دارند که معمولا با مولکول های اصلی متفاوت است. آن ها در شرایط عادی قادر به حفظ شکل و فرم خود هستند.

پلاستیک ها عمدتا از محصولات نفت خام و گاز طبیعی تولید می شوند. پلاستیک ها ممکن است در پلاستیک های ترموپلاستیک، ترموست ها و الاستومرها دسته بندی شوند.

ترموپلاستیک ها

ترموپلاستیک ها مجموعه ای پلاستیکی هستند که با اعمال گرما، نرم و ذوب می شوند. آن ها دارای زنجیره های مستقیم یا شاخه ای از مولکول ها هستند که توسط نیروهای ضعیف به هم پیوسته اند. هنگام خنک شدن سفت می شوند و قادر به چندین بار شکل دادن یا قالب گیری مجدد هستند. به عنوان مثال می توان به اکریلیک، ABS، نایلون، پلی اتیلن، PVC و … اشاره کرد.

پلاستیک های ترموست

پلاستیک های ترموست یا ترموست ها مجموعه ای از پلاستیک ها هستند که هنگام اعمال گرما، نرم و ذوب نمی شوند. آن ها دارای زنجیره های مولکولی در طرح 3 بعدی هستند که توسط نیروهای قوی به هم متصل شده اند. آن ها توسط گرما و فشار تشکیل می شوند. در صورت گرم شدن سفت می شوند و نمی توان چندین بار آن ها را تغییر شکل داد و دوباره قالب زد. به عنوان مثال می توان به پلی استر، فنولیک، پلی ایمید و … اشاره کرد.

الاستومرها

الاستومرها،پلاستیکی با کشش بالا هستند.آن ها تحت بار، کشیده می شوند و هنگام تخلیه به شکل و اندازه اصلی خود بر می گردند. مثال هایی از آن عبارت اند از: لاستیک، سیلیکون، پلی اورتان و ….

چوب

چوب از سلولز متصل شده توسط لیگنین تشکیل شده و سلولز در جهت طولی است. چوب شامل 60-50 درصد سلولز و 35-20 درصد لیگنین با سایر ترکیبات در مقادیر کم است. این ترکیبات شامل رزین، پنتوزان، کربوهیدرات، چسب و آب معدنی است. سلولز ماده ساختاری موجود در چوب است و با قطر بسیار کم توخالی است. چوب را می توان به چوب نرم و چوب سخت طبقه بندی کرد.

چوب نرم

چوب نرم از درختان سوزنی برگ که برگ های مانند سوزن دارند، گرفته می شود. ابعاد تخته های چوب نرم با اندازه های واقعی استاندارد شده اند و معمولا کمتر از اندازه اسمی است. محصولات چوب نرم عمدتا برای کارهای ساختمانی و تزیینی استفاده می شوند. نمونه هایی از منابع چوب نرم، کاج، سرو، صنوبر، شاه درخت و چوب قرمز است. چوب کاج در ساخت و ساز ساختمان، کار مبلمان، جعبه و قالب برای فرآیندهای تولید استفاده می شود. از چوب سرو در ساخت کمد، صندوقچه، تخته و کرکره برای پنجره ها استفاده می شود.

از چوب صنوبر در ساخت جعبه، نردبان، صندوقچه و قطعات هواپیما استفاده می شود. از چوب شاه درخت در مبلمان، پنجره ها، درها و قاب های پنجره و درها استفاده می شود.

چوب سخت

چوب سخت از درختان برگریز است که در پایان هر فصل رشد برگ های خود را می ریزند. بیشتر مواد چوب سخت مقاوم و بادوام بوده و با افزایش سن حداقل انقباض و تاب خوردگی را تجربه می کنند. آن ها در درجه اول برای کارهای مبلمان و کابینت استفاده می شوند.

نمونه هایی از منابع چوب سخت عبارت اند از: بلوط، گردو، ماهاگونی، گیلاس، افرا و ساج

از بلوط برای میز، کف پوش و قاب قایق استفاده می شود. از گردو و چوب ماهاگونی، برای میز و کابینت استفاده می شود. گیلاس برای کابینت، دست گیره در و قایق استفاده می شود. افرا برای کف سازی و کوچه های بولینگ استفاده می شود. چوب ساج برای کف سازی، ساخت کشتی، قاب، پنجره و در استفاده می شود.

سرامیک ها

سرامیک ها ترکیبات غیر آلی هستند که حاوی فلزات و غیر فلزات اند. آن ها در برابر خوردگی مقاوم و بسیار سخت هستند با این حال شکننده اند و مقاومت ضربه ای کمی دارند. محصولات سرامیکی بر پایه خاک رس شامل آجر، کاشی، لوله های سفالی، ظروف چینی، ظروف سنگی و ظروف سفالی است. خاک رس آتشین یک ماده نسوز رایج، برای مقاومت در برابر دماهای بالا طراحی شده است. سرامیک ها ممکن است به عنوان اکسید، نیترید، کاربید و لیوان دسته بندی شوند.

کامپوزیت ها (ترکیبات)

کامپوزیت ها دارای دو یا چند ماده تشکیل دهنده هستند که با اتصال مکانیکی یا چسب، مخلوط شده و در کنار یکدیگر قرار می گیرند. مواد تشکیل دهنده از نظر خصوصیات شیمیایی متمایز هستند. از کامپوزیت ها به عنوان مواد مهندسی شده یاد می شود زیرا آن ها با کیفیت مطلوب کاربردی طراحی و تولید می شوند.

کامپوزیت ها می توانند ترکیبی از فلزات، پلاستیک ها، سرامیک ها، الیاف و … باشند. در کامپوزیت ها، یک ماده پرکننده یا مواد پرکننده در یک ماده پایه یا ماتریس پراکنده می شوند تا پرکننده ها ماتریس را تقویت کنند. معمولا مواد پرکننده از مواد محکم و سفت ساخته می شوند در حالی که ماتریس چگالی کمی دارد. خواص کامپوزیت بهتر از بهتر از خواص جزء اصلی منفرد است. به طور معمول پرکننده ها در حالی که توسط ماتریس در جای خود نگه داشته می شوند، بار را حمل می کنند. پر کننده ها یا تقویت کننده ها، ویژگی های مکانیکی یا فیزیکی ویژه و کاربردهای آن ها را افزایش می دهند. از مواد کامپوزیت برای ساخت محصولات مصرفی و تفریحی، اجزای سازنده دوچرخه، وسایل نقلیه و هواپیماها، محصولات الکتریکی و محصولات ساخت ساختمانی و صنعتی استفاده می شود.

کامپوزیت ها نسبت مقاومت به وزن بالایی دارند، می توانند در برابر آسیب خستگی، نسبت به فولاد یا آلومینیوم، مقاومت بیشتری داشته باشند. مقاومت در برابر سایش بالایی دارند و می توانند برای ایجاد مقاومت و تعدیل بالا فرموله شوند.

کامپوزیت ها را می توان بر اساس نوع پر کننده به عناصر تقویت شده یا فیبر، ذرات و ورقه ورقه طبقه بندی کرد. طبقه بندی دیگر از نوع ماده ماتریس استفاده می کند: کامپوزیت های پلیمر، فلز و ماتریس سرامیک.

ما را در اینستاگرام دنبال کنید.