علم تکنولوژی مواد

تعریف تکنولوژی مواد

علمی که درباره استخراج، تصفیه، آلیاژ کردن، شکل دادن، خصوصیات فیزیکی، مکانیکی، تکنولوژیکی، شیمیایی و عملیات حرارتی  بحث می‌کند، تکنولوژی مواد گفته می‌شود. این علم ساختمان داخلی مواد از نظر شبکه‌بندی، ترکیب و سایر خصوصیات آنها را بررسی می کند.

تعریف عنصر

موادی که در اثر تجزیه قابل تبدیل به مواد ساده‌تر نباشند، عنصر نامیده می‌شود. بیشترین عنصر در طبیعت، اکسیژن می باشد. حجم هوا را اکسیژن خالص اشتغال نموده و نصف  جرم پوسته‌ زمین از  ترکیبات اکسیژن دار تشکیل شده است.

خواص اکسیژن (o)

گازی است بی بو، بی رنگ و بی مزه، ترکیب آن با عناصر دیگر را اکسیداسیون گویند. برای ایجاد حرارت زیاد، اکسیژن را با گازهایی مانند گاز طبیعی، هیدروژن، استیلن محترق می‌کنند تا درجه حرارتی معادل 2000 تا 3200 درجه سانتی گراد بدست آید.

مراحل تولید اکسیژن

1. تراکم هوا تا فشار 200 بار
2. سرد کردن هوای متراکم تا دمای c ْ175
3. کاهش فشار به 3 /4  بار و مایع شدن هوا
4. کاهش دما تا cْ200
5. حرارت دادن و تبخیر هوای مایع در Cْ183- و تولید اکسیژن خالص
6. پر کردن کپسول با فشار 150 بار

هیدروژن (H)

سبک ترین عنصر- بدون رنگ، بو و مزه. قابل انتقال برای جوشکاری به همراه اکسیژن کاربرد : تولید مواد مصنوعی ، پلاستیک، جامد کردن روغن نباتی.

تولید: با الکترولیز آب، اکسیژن و هیدروژن را تولید می‌کنند و به صورت مایع به بازار می‌ دهند.

کربن (C)

عنصر اصلی مواد سوختی مانند چوب، زغال و نفت می‌باشد.

سیلیسم (Si)

غیر فلز و به صورت خالص در طبیعت  یافت نمی شود. در آلیاژ فولاد و چدن کاربرد دارد.

مهمترین ترکیب=  دی اکسید سیلیسم = سیلیس، که اگر به صورت کریستال متبلور شده باشد= کوارتز در ریخته گری از ماسه‌های سیلیس دار استفاده می‌شود.

گوگرد (S)

زرد، جامد، شکننده، خالص، در کنار آتش نشانها یا چشمه‌های آب معدنی

گوگرد+ اکسیژن  ¬ شعله‌ای به رنگ آبی= دی اکسید گوگرد  بوی زننده دارد برای ضد عفونی و تهیه‌اسید سولفوریک ترکیب گوگرد با فلزات (بدون اکسیژن) سولفید نامیده می‌شود، سولفید آهن  یا سولفید سرب (pbs)

از پودر گوگرد برای ولکانیزه کردن لاستیک ها استفاده می‌شود، باعث افزایش مقاومت در مقابل حرارت، عوامل جوی و مواد شیمیایی می‌شود.

خواص فیزیکی مواد

خواص فیزیکی باعث تغییر در ساختمان شیمیایی اجسام نمی‌شود قابلیت هدایت حرارت، الکتریسیته، جرم مخصوص و نقطه ذوب

• قابلیت هدایت حرارت: قدرت هدایت حرارت واحد طول جسم بر واحد سطح مقطع آن گفته می‌شود. فلزات هادی هستند، به ترتیب نقره، مس، آلومینیم.
• قابلیت هدایت الکتریسیته: قدرت هدایت الکتریسیته واحد طول جسم بر واحد سطح مقطع آن گفته می‌شود. نقره، مس ، آلومینیوم
• جرم مخصوص: جرم واحد حجم از هر جسم را جرم مخصوص آن جسم گویند. به نوع ماده و اندازه تراکم ذرات ماده بستگی دارد.
• نقطه ذوب: درجه حرارتی که یک ماده در شرایط متعارفی از جامد به مایع تبدیل می‌شود، نقطه ذوب گفته می‌شود، نقطه ذوب مواد خالص مشخص است.

خواص مکانیکی مواد

مقاومت فلزات در مقابل تاثیرات عوامل مکانیکی استحکام، سختی، الاستیسیته.

• استحکام: مقاومت در مقابل نیروی خارجی. به مقدار، نحوه تاثیر نیرو و نیروی جاذبه بین مولکولی بستگی دارد.
• سختی: مقاومت در مقابل نفوذ جسم خارجی
• الاستیسیته: برگشت پذیری مواد پس از تغییر شکل ناشی از اعمال نیروی خارجی گفته می‌شود.

خواص تکنولوژی مواد

• چکش خواری: قابلیت تغییر شکل مواد در اثر نیروی فشاری و ضربه. چدن قابلیت چکش خواری ندارد.
• ریخته‌گیری: شکل پذیری اجسام در حالت مذاب برای اجسام جدار نازک ، باید ماده دارای قابلیت ریخته‌گری خوبی باشد. چدن، آلیاژ آلومینیم، آلیاژ مس، مواد مصنوعی به راحتی ریخته‌گری می‌شود.
• جوشکاری: موادی که بوسیله حرارت یا حرارت توأم با فشار بتوان آنها را به صورت مذاب به یکدیگر وصل نموده فولادها، مواد مصنوعی و فلزات غیر آهنی.
• قابلیت براده‌برداری:  اگر با سرعت زیاد و نیروی کم براده برداری شود و سطح آن پس از براده‌برداری صاف باشد قابلیت براده برداری خوبی دارد.

خواص شیمیایی مواد

مقاومت در مقابل خوردگی- قابلیت احتراق – مقاومت در مقابل اکسید شدن، سمی بودن

مقاومت یک فلز در مقابل عوامل خارجی مانند زنگ زدن و خوردگی بوسیله اسیدها را می‌توان بوسیله آلیاژ کردن افزایش داد.

آهن (Fe)

حدود 5 درصد از قشر جامد زمین را تشکیل می دهد و بعد از آلومینیم می‌باشد.

آهن بیشتر به صورت اکسید در طبیعت می‌باشد ولی به صورت کربنات، سیلیکات و سولفید آهن نیز وجود دارد.

آهن خالص نرم است پس با غیر فلزات (کربن- گوگرد- فسفر- سیلیسم) و با فلزات  (کرم- نیکل- وانادیم و مولیبدن) به صورت آلیاژ استفاده می‌شود که فولاد و چدن نامیده می‌شود. 2-1-2- فولاد و چدن

تولید آهن خام با روش احیای مستقیم

در این روش از سوخت گازی یا کک استفاده می‌شود و آهن خام تولید دارای 92 تا 96 درصد آهن خالص می‌باشد و به آن آهن اسفنجی گونید و با استفاده از کوره الکتریکی آن را به فولاد تبدیل می‌کنند.

تولید چدن از آهن خام

بوسیله کوره‌ کوپل به دست می‌آید. بار ورودی این کوره‌ها ماسل+ چدن قراضه + آهن قراضه می‌باشد و مقدار کربن چدن 2 تا 67/6 درصد می‌باشد.

تولید فولاد از آهن خام

برای تهیه‌ فولاد از آهن خام باید میزان کربن را کاهش داد و دیگر عناصر موجود در آهن خام (گوگرد، فسفر، سیلیسیم و منگنز) را در حد مطلوب قرار داد.

روشهای تولید فولاد از آهن خام عبارتند از:

• روش توماس بسمر
• روش L-D
• روش زیمنس مارتین
• روش کوره‌قوس الکتریکی
• روش توماس بسمر: مبدل توماس بسمر به شکل گلابی می‌باشد و به آن کنورتر نیز گفته می‌شود.

فرم دادن چدنها

فرم دادن بوسیله ریخته‌گری در قالبهای ماسه‌ای انجام می‌شود. برای قطعات کوچک داخل درجه و برای قطعات بزرگ از زمین استفاده می‌شود . اندازه مدل بایستی در چدن خاکستری 1% بزرگتر از قطعه سرد شده باشد. برای ایجاد فضای خالی از ماهیچه استفاده می‌شود. اندازه مدل بایستی در چدن خاکستری 1% بزرگتر از قطعه سرد شده باشد. برای ایجاد فضای خالی از ماهیچه استفاده می‌شود که ماهیچه از ماسه ماهیچه‌ای ساخته می‌شود.

فرم دادن فولادها

اگر فولاد را ریخته‌گری کنند، فولاد ریخته گفته می‌شود، و اگر بوسیله نورد کاری فرم دهند نیمه ساخته نامیده می‌شود.

خوردگی و روشهای جلوگیری از آن

تخریبی که در سطح فلزات و غیر فلزات به وجود می آید و دلیل آن هم تاثیر عوامل شیمیایی و الکتروشیمیایی است را خوردگی می‌نامند این خوردگی به عواملی چون محیط ، درجه خلوص، ساختمان مولکولی  نوع تراش سطح بستگی دارد.

انواع خوردگی فلزات:

• خوردگی شیمیایی
• خوردگی های الکتروشیمیایی