Liga - Alloy


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De metal de Wood , um eutético , baixo ponto de fusão de liga de ponto de bismuto , chumbo , estanho , e cádmio

Uma liga é uma combinação de metais ou de um metal e um outro elemento . Ligas são definidas por uma ligação metálica personagem. Uma liga pode ser uma solução sólida de elementos de metal (uma fase única) ou uma mistura de fases metálicas (duas ou mais soluções). Intermetálicos compostos são ligas com um definido estequiometria estrutura e cristal. Zintl fases são também ligas por vezes considerados de acordo com tipos de ligação (ver também: Van Arkel-Ketelaar triângulo para obter informações sobre a classificação de ligação em compostos binários).

As ligas são usados em uma ampla variedade de aplicações. Em alguns casos, uma combinação de metais pode reduzir o custo global do material, preservando propriedades importantes. Em outros casos, a combinação de metais confere propriedades sinérgicas para os elementos metálicos constitutivos, tais como a resistência à corrosão ou força mecânica. Exemplos de ligas são de aço , solda , latão , estanho , duralumínio , bronze e amálgamas .

Os constituintes da liga são geralmente medida em percentagem de massa para aplicações práticas, e na fracção atómica para estudos científicos básicos. As ligas são geralmente classificados como substituio ou ligas intersticiais , dependendo do arranjo atómico que forma a liga. Eles podem ainda ser classificados como homogéneas (que consiste de uma única fase), ou heterogénea (que consiste de duas ou mais fases) ou intermetálica .

Introdução

Líquido de bronze , sendo vertida em moldes durante a moldagem.
Um bronze lâmpada.

Uma liga é uma mistura de elementos químicos , que forma uma substância impura (mistura) que retém as características de um metal de . Uma liga é distinto de um metal impuro em que, com uma liga, os elementos adicionados são bem controladas para produzir as propriedades desejadas, enquanto os metais impuros, tal como ferro forjado são menos controlada, mas são muitas vezes consideradas úteis. As ligas são feitos através da mistura de dois ou mais elementos, pelo menos um dos quais é um metal. Isto é geralmente chamado de metal primário ou o metal de base, e o nome deste metal também pode ser o nome de liga. Os outros constituintes podem ou não podem ser metais mas, quando misturado com a base fundida, eles vão ser solúveis e dissolver na mistura. As propriedades mecânicas de ligas, muitas vezes, ser bastante diferentes daqueles dos seus constituintes individuais. Um metal que é normalmente muito macio ( maleável ), tal como de alumínio , pode ser alterada por liga-lo com outro metal macio, tal como o cobre . Embora ambos os metais são muito macia e dúctil , a resultante liga de alumínio terá muito maior força . Adicionando uma pequena quantidade de não-metálico de carbono ao ferro comercializa sua grande ductilidade para a maior força de uma liga chamado aço . Devido à sua muito alta resistência, mas ainda substancial tenacidade , e a sua capacidade para ser grandemente alterada por tratamento térmico , o aço é uma das ligas mais úteis e comuns em utilização moderna. Pela adição de crómio de aço, a sua resistência à corrosão pode ser melhorada, a criação de aço inoxidável , enquanto a adição de silício irá alterar as suas características eléctricas, a produção de aço de silício .

Como o óleo e água, um metal fundido nem sempre pode misturar com um outro elemento. Por exemplo, ferro puro é quase completamente insolúvel com cobre. Mesmo quando os componentes são solúveis, cada uma terá geralmente um ponto de saturação , para além do qual pode ser adicionado não mais do constituinte. O ferro, por exemplo, pode conter um máximo de 6,67% de carbono. Embora os elementos de uma liga geralmente devem ser solúveis no líquido de estado, que pode não ser sempre solúveis no sólido estado. Se os metais permaneçam solúveis quando sólido, a liga forma uma solução sólida , tornando-se uma estrutura homogénea que consiste em cristais idênticos, chamado de fase . Se, como a mistura arrefece os componentes se tornem insolúveis, eles podem separar-se para formar dois ou mais tipos diferentes de cristais, criando uma heterogénea microestrutura de diferentes fases, alguns com mais de um constituinte do que a outra fase tenha. No entanto, em outras ligas, os elementos insolúveis podem não separar até após cristalização ocorre. Se arrefecida muito rapidamente, eles primeiro cristalizar como uma fase homogénea, mas eles são supersaturada com os constituintes secundrios. Com o passar do tempo, os átomos de estas ligas supersaturadas pode separar-se da estrutura de cristal, tornando-se mais estável, e formar uma segunda fase que servem para reforçar os cristais internamente.

Algumas ligas, tais como a electro que é uma liga que consiste em prata e ouro , ocorrer naturalmente. Meteoritos são feitas às vezes de ocorrência natural de ligas de ferro e níquel , mas não são nativas da Terra. Uma das primeiras ligas feitas por seres humanos era de bronze , o qual é uma mistura de metais o estanho e cobre . Bronze era uma liga extremamente útil para os antigos, porque é muito mais forte e mais difícil do que qualquer um de seus componentes. Aço foi outra liga comum. No entanto, nos tempos antigos, que apenas podia ser criado como um subproduto acidental a partir do aquecimento de minério de ferro em incêndios ( fusão ) durante o fabrico de ferro. Outras ligas antigos incluem estanho , latão e ferro-gusa . Na idade moderna, em aço podem ser criados em muitas formas. Aço carbono pode ser feito variando apenas o conteúdo de carbono, produzindo ligas macios como aço carbono ou ligas duras como mola de aço . As ligas de aço pode ser feita por adição de outros elementos, tais como crómio , molibdénio , vanádio ou níquel , resultando em ligas, tais como aço de alta velocidade ou de aço de ferramenta . Pequenas quantidades de manganês são geralmente ligado com a maioria dos aços modernos devido à sua capacidade para remover as impurezas indesejadas, como fósforo , enxofre e oxigênio , que podem ter efeitos prejudiciais sobre a liga. No entanto, a maioria das ligas não foram criadas até 1900, tal como vários alumínio, titânio , níquel , e ligas de magnésio . Alguns modernos superligas , como incoloy , inconel , e hastelloy , pode consistir de uma multiplicidade de diferentes elementos.

Terminologia

Uma válvula de porta, feito de Inconel .

Como um substantivo, a liga termo é usado para descrever uma mistura de átomos em que o principal constituinte é um metal. Quando usado como um verbo, o termo refere-se ao acto de misturar um metal com outros elementos. O metal primário é chamada a base de , a matriz , ou o solvente . Os componentes secundários são frequentemente chamados de solutos . Se houver uma mistura de apenas dois tipos de átomos (excluindo impurezas) como um cobre-níquel liga, então é chamado uma liga binária. Se existem três tipos de átomos que formam a mistura, tais como ferro, níquel e crómio, então é chamado uma liga ternária. Uma liga com quatro componentes é uma liga quaternia, enquanto que uma liga de cinco parte é denominada uma liga quinário. Uma vez que a percentagem de cada componente pode ser variada, com qualquer mistura de toda a gama de possíveis variações é chamado um sistema . A este respeito, todas as diferentes formas de uma liga contendo apenas dois constituintes, como ferro e carbono, é chamado um sistema binário, enquanto que todas as combinações de liga possível com uma liga ternária, tais como ligas de ferro, carbono e crómio, é chamado de um sistema ternário .

Apesar de uma liga é tecnicamente um metal impuro, quando se refere às ligas, o termo "impurezas" geralmente indica os elementos que não são desejados. Tais impurezas são introduzidas a partir dos metais de base e elementos de liga, mas são removidos durante o processamento. Por exemplo, o enxofre é uma impureza comum em aço. Enxofre combina prontamente com ferro para formar sulfureto de ferro , que é muito frágil, a criação de pontos fracos no aço. Lítio , de sódio e de cálcio são impurezas comuns em ligas de alumínio, que podem ter efeitos adversos sobre a integridade estrutural das peças vazadas. Por outro lado, caso contrário, puros-metais que simplesmente contêm impurezas indesejados são frequentemente chamados "metais impuros" e não são geralmente referidos como ligas. Oxigénio presente no ar, facilmente combina com a maioria dos metais para formar óxidos de metal ; especialmente a temperaturas mais elevadas encontradas durante liga. Grande cuidado é muitas vezes feita de liga durante o processo para remover impurezas em excesso, utilizando fluxos , aditivos químicos, ou outros métodos de metalurgia extractiva .

Na prática, algumas ligas são usados de modo predominantemente no que respeita aos seus metais de base que o nome do componente primário é também utilizado como o nome da liga. Por exemplo, 14 quilates ouro é uma liga de ouro com outros elementos. Do mesmo modo, a prata usados em jóias e o alumínio usado como um material de construção estrutural, também são ligas.

O termo "liga" às vezes é usado no discurso diário como sinônimo de uma liga particular. Por exemplo, as rodas de automóvel feitas de uma liga de alumínio são geralmente referidas simplesmente como " jantes de liga leve ", embora no ponto de aços fato e a maioria dos outros metais na utilização prática são também ligas. O aço é uma liga tão comum que muitos itens feitos a partir dele, como rodas , barris , ou vigas , estão simplesmente a que se refere o nome do item, supondo que ele é feito de aço. Quando feita a partir de outros materiais, que são normalmente especificado como tal, (ou seja: "roda de bronze", "barril de plástico", ou "viga de madeira").

Teoria

De liga um metal é feito através da combinação com um ou mais outros elementos. O processo de liga mais comum e mais antiga é realizada por aquecimento do metal de base para além do seu ponto de fusão e, em seguida, dissolvendo os solutos dentro do líquido derretido, o que pode ser possível mesmo que o ponto de fusão do soluto é muito maior do que a da base. No entanto, alguns metais e solutos, tais como ferro e carbono, têm muito elevados de fusão pontos e foram impossível para os povos antigos para derreter. Assim, liga pode também ser realizada com um ou mais constituintes no estado gasoso, tais como os encontrados em um alto-forno para fazer ferro gusa, a nitretação , carbonitretação ou outras formas de cementação , ou o processo de cementação usado para fazer aço blister . Ele também pode ser feito com um, mais, ou todos os constituintes no estado sólido, tal como encontrado nos métodos antigos de soldadura padrão , aço de corte , ou de aço cadinho produção, misturando os elementos de estado sólido via difusão .

Pela adição de um outro elemento a um metal, diferenças no tamanho dos átomos de criar tensões internas na estrutura dos cristais metálicos; salienta que muitas vezes aumentar as suas propriedades. Por exemplo, a combinação de carbono com ferro produz aço , que é mais forte do que o ferro , o seu elemento primário. O eléctrica e a condutividade térmica de ligas é geralmente menor do que a dos metais puros. As propriedades físicas, tais como a densidade , a reactividade , o módulo de Young de uma liga pode não diferem grandemente das do elemento de base, mas as propriedades de engenharia, tais como resistência à tracção , a ductilidade e a força de cisalhamento podem ser substancialmente diferentes das dos materiais constituintes. Este é, por vezes, um resultado dos tamanhos dos átomos da liga, porque os átomos maiores exercer uma força de compressão sobre átomos vizinhos, e átomos menores exercer uma força de tracção sobre os seus vizinhos, ajudando a liga resistir à deformação. Por vezes, as ligas podem apresentar diferenças significativas no comportamento mesmo quando pequenas quantidades de um elemento estão presentes. Por exemplo, impurezas em semicondutor ferromagnéticos ligas de chumbo com propriedades diferentes, como primeiro preditos por White, Hogan, Suhl, Tian Abrie e Nakamura. Algumas ligas são feitas por fusão e mistura de dois ou mais metais. Bronze , uma liga de cobre e estanho , foi a primeira liga descobriu, durante o pré período agora conhecida como a idade de bronze . Foi mais difícil do que o cobre puro e originalmente usado para fazer ferramentas e armas, mas mais tarde foi substituído por metais e ligas com melhores propriedades. Em tempos posteriores bronze foi usado para enfeites , sinos , estátuas e rolamentos . Latão é uma liga de cobre e zinco .

Ao contrário de metais puros, a maioria das ligas não têm um único ponto de fusão , mas uma gama de fusão durante o qual o material é uma mistura de sólidos e líquidos fases (uma lama). A temperatura na qual fusão começa é chamado de solidus , ea temperatura quando a fusão é apenas completa é chamada de liquidus . Para muitas ligas há uma proporção específica de liga (em alguns casos, mais do que um), chamado quer um eutético mistura ou uma composição peritéctica, que dá a liga um ponto de fusão único e de baixo, e não / lama transição sólido líquido.

ligas tratáveis ​​termicamente

Allotropes de ferro , ( ferro alfa e ferro gama ) que mostra as diferenças no arranjo atómico.
Fotomicrografias de aço . Foto superior: recozido aço (lentamente arrefecida) forma uma microestrutura heterogea, lamelar chamado perlite , que consiste das fases cementite (luz) e de ferrite (escuro). Foto inferior: apagaram aço (rapidamente arrefecida) forma uma única fase chamada martensita , na qual o carbono permanece preso dentro dos cristais, a criação de tensões internas.

Os elementos de liga são adicionados a um metal de base, para induzir a dureza , resistência , ductilidade , ou outras propriedades desejadas. A maioria dos metais e ligas podem ser endurecidas através da criação de defeitos na sua estrutura cristalina. Estes defeitos são criados durante a deformação plástica por martelagem, flexão, extrusão, etc, e são permanentes, a menos que o metal é recristalizado . Caso contrário, algumas ligas pode também ter as suas propriedades alteradas pelo tratamento térmico . Quase todos os metais pode ser amolecida por recozimento , que recristaliza a liga e repara os defeitos, mas não tanto como pode ser endurecido por meio de aquecimento e de arrefecimento controlado. Muitas ligas de alumínio , cobre , magnésio , titânio e níquel pode ser reforçado até certo ponto através de algum método de tratamento térmico, mas poucos responder a este para o mesmo grau que o faz aço .

O ferro de base de metal de liga de ferro-carbono conhecida como aço, sofre uma alteração no arranjo ( allotropy ) dos átomos de sua matriz cristalina a uma determinada temperatura (geralmente entre 1500 ° F (820 ° C) e 1600 ° F ( 870 ° C), dependendo do conteúdo de carbono). Isto permite que os átomos de carbono mais pequenas para entrar nos interstícios do cristal de ferro. Quando esta difusão acontece, os átomos de carbono estão a ser dito em solução no ferro, a formação de uma fase particular única, homogénea, cristalina chamada de austenita . Se o aço é arrefecida lentamente, o carbono pode difundir para fora do ferro e que vai gradualmente reverter ao seu baixo alótropo temperatura. Durante o arrefecimento lento, os átomos de carbono já não será tão solúvel com o ferro, e vai ser obrigado a precipitar para fora da solução, de nucleação em uma forma mais concentrada de carboneto de ferro (Fe 3 C) nos espaços entre os cristais de ferro puro. O aço, em seguida, torna-se heterogéneo, como ela é formada de duas fases, a fase ferro-carbono chamado cementite (ou carboneto ), e ferro puro de ferrite . Tal tratamento térmico produz um aço que é bastante macia. Se o aço é arrefecido rapidamente, no entanto, os átomos de carbono não terá tempo para se difundir para fora e precipitar como carboneto, mas vai ser preso dentro dos cristais de ferro. Quando arrefecida rapidamente, uma diffusionless (martensita) transformação ocorre, em que os átomos de carbono ficar presa em solução. Isto faz com que os cristais de ferro para deformar a estrutura de cristal como tenta mudar para o seu estado de baixa temperatura, deixando esses cristais muito difícil, mas muito menos dúctil (mais quebradiço).

Enquanto a elevada resistência de aço resultados quando a difusão e a precipitação é prevenida (formando martinsite), a maioria das ligas tratáveis termicamente são endurecimento por precipitação ligas, que dependem da difusão de elementos de liga para alcançar a sua força. Quando aquecida para formar uma solução e em seguida arrefeceu-se rapidamente, estas ligas tornaram-se muito mais macio do que o normal, durante a transformação diffusionless, mas então endurecer à medida que envelhecem. Os solutos nestas ligas irá precipitar com o tempo, formando intermetálicos fases, que são difíceis de discernir a partir do metal de base. Ao contrário do aço, no qual a solução sólida separa-se em diferentes fases cristalinas (carboneto e ferrite), o endurecimento por precipitação ligas de formar fases diferentes dentro do mesmo cristal. Estas ligas intermetálicas aparecem homogênea na estrutura cristalina, mas tendem a se comportar de forma heterogênea, tornando-se difícil e um tanto frágil.

ligas de substituio e intersticiais

mecanismos atómicos diferentes de formação da liga, que mostram de metal puro, de substituição, intersticiais, e uma combinação dos dois.

Quando um metal fundido é misturado com uma outra substância, existem dois mecanismos que podem causar uma liga para formar, chamado troca átomo e o mecanismo intersticial . O tamanho relativo de cada elemento na mistura desempenha um papel fundamental na determinação de qual mecanismo irá ocorrer. Quando os átomos são relativamente semelhantes em tamanho, o método de troca átomo geralmente acontece, em que alguns dos átomos que constituem os cristais metálicos são substituídos com átomos de outro constituinte. Isso é chamado de liga de substituição . Exemplos de ligas de substituição incluem bronze e latão, em que alguns dos átomos de cobre estão substituídos com qualquer um de estanho ou de zinco átomos respectivamente. No caso do mecanismo intersticial, um átomo é normalmente muito mais pequena do que a outra e não pode substituir com sucesso para o outro tipo de átomo nos cristais do metal de base. Em vez disso, os átomos de pequenos ficam presos nos espaços entre os átomos da matriz cristalina, chamado os interstícios . Isto é referido como uma liga de intersticial . O aço é um exemplo de uma liga intersticial, porque as muito pequenas átomos de carbono se encaixam em interstícios da matriz de ferro. O aço inoxidável é um exemplo de uma combinação de ligas intersticiais e de substituio, porque os átomos de carbono se encaixam nos interstícios, mas alguns dos átomos de ferro são substituídos por níquel e crómio átomos.

História e exemplos

ferro meteórico

Um meteorito e um machado que foi forjada a partir de ferro meteórico .

A utilização de ligas por seres humanos começou com a utilização de ferro meteórico , uma liga de ocorrência natural de níquel e ferro . É o principal constituinte de meteoritos de ferro que ocasionalmente caem na Terra a partir do espaço exterior. Como não há processos metalúrgicos foram usadas para separar o ferro de níquel, a liga foi utilizada como era. Ferro meteórico poderia ser forjada a partir de um calor vermelho para fazer objetos, tais como ferramentas, armas e unhas. Em muitas culturas, que foi moldada por martelar frio para facas e pontas de flechas. Eles foram muitas vezes usado como bigornas. Ferro meteórico era muito raro e valioso, e difícil para os povos antigos para trabalhar .

Bronze e latão

Bronze machado 1100 aC
bronze doorknocker

O ferro é geralmente encontrado como minério de ferro na Terra, com exceção de um depósito de ferro nativa em Greenland , que foi usado pelos Inuit pessoas. Nativo de cobre , no entanto, foi encontrado em todo o mundo, juntamente com prata , ouro e platina , que também foram usados para fazer ferramentas, jóias e outros objetos desde os tempos neolíticos. O cobre foi o mais difícil destes metais, e mais amplamente distribuída. Tornou-se um dos metais mais importantes para os antigos. Eventualmente, os humanos aprenderam a fundir metais como cobre e estanho de minério , e, por volta de 2500 aC, começou liga os dois metais para formar bronze , que era muito mais difícil do que os seus ingredientes. Tin era raro, no entanto, sendo encontrada principalmente na Grã-Bretanha. No Oriente Médio, as pessoas começaram a liga de cobre com zinco para formar latão . Civilizações antigas teve em conta a mistura e as várias propriedades que produziu, tal como a dureza , a tenacidade e ponto de fusão , sob várias condições de temperatura e endurecimento de trabalho , o desenvolvimento de grande parte da informação contida nos modernos diagramas de fases liga . Por exemplo, pontas de seta do chinês dinastia Qin (cerca de 200 aC) foram muitas vezes construídos com um bronze-cabeça dura, mas uma mais suave de bronze-espiga, combinando as ligas para prevenir tanto a perda de cor e à fractura durante o uso.

amálgamas

Mercury foi fundido a partir de cinábrio por milhares de anos. Mercúrio dissolve muitos metais, tais como ouro, prata, estanho, e para formar amálgamas (uma liga em uma pasta mole ou líquida à temperatura ambiente). Amálgamas têm sido usados desde 200 aC, na China para dourar objetos como armadura e espelhos com metais preciosos. Os antigos romanos muitas vezes usado amálgamas de mercúrio, estanho para dourando sua armadura. A amálgama foi aplicada como uma pasta e, em seguida, aquecida até que o mercúrio vaporizado, deixando o ouro, prata, estanho ou por trás. Mercury foi muitas vezes utilizado na mineração, para extrair metais preciosos como ouro e prata de seus minérios.

ligas de metais preciosos

Electrum , uma liga natural de ouro e prata, foi muitas vezes usado para fazer moedas.

Muitas civilizações antigas ligado metais para fins puramente estéticos. No antigo Egito e Micenas , o ouro foi muitas vezes ligado com cobre para produzir vermelho-ouro, ou de ferro para produzir uma brilhante cor de vinho-ouro. Ouro foi encontrada frequentemente ligado com prata ou outros metais para produzir vários tipos de ouro colorido . Estes metais também foram usados para reforçar-se mutuamente, para fins mais práticos. O cobre foi frequentemente adicionado a prata para fazer prata esterlina , aumentando sua força para uso em pratos, talheres e outros itens práticos. Muitas vezes, os metais preciosos foram ligado com substâncias menos valiosas como um meio de enganar os compradores. Por volta de 250 aC, Arquimedes foi encomendado pelo rei de Siracusa para encontrar uma maneira de verificar a pureza do ouro em uma coroa, levando ao famoso grito bath-house de "Eureka!" após a descoberta do princípio de Arquimedes .

liga de estanho

O termo estanho abrange uma variedade de ligas que consistem principalmente de estanho. Como um metal puro, estanho é demasiado macio para ser usado para qualquer propósito prático. No entanto, durante a Idade do Bronze , estanho era um metal raro em muitas partes da Europa e do Mediterrâneo; Devido a isso, muitas vezes foi valorizado mais elevado do que o ouro. Para fazer joalharia, talheres, ou outros objectos de estanho, era geralmente misturado com outros metais para aumentar a sua resistência e dureza. Estes metais foram tipicamente levar , antimónio , bismuto ou de cobre. Estes solutos foram adicionados às vezes individualmente em quantidades variáveis, ou adicionados juntos, fazendo uma grande variedade de objetos, que vão desde itens práticos, tais como pratos, instrumentos cirúrgicos, castiçais ou funis, para itens decorativos como brincos e grampos de cabelo.

Os primeiros exemplos de estanho vêm do antigo Egito, por volta de 1450 aC. O uso de estanho foi generalizada em toda a Europa, da França à Noruega e Grã-Bretanha (onde a maioria da lata antiga foi extraído) para o Oriente Médio. A liga também foi usado na China e no Extremo Oriente, chegando no Japão por volta de 800 dC, onde foi usado para fazer objetos como vasos cerimoniais, latas de chá, ou cálices usados na xintoísmo santuários.

ferro aço e porco

Pudlar na China, por volta de 1637. Em frente para a maioria dos processos de liga, líquido de ferro fundido é vertido a partir de um alto-forno dentro de um recipiente e agitou-se para remover o carbono, o qual se difunde para o dióxido de carbono para formar ar, deixando para trás um aço macio de ferro forjado.

A fundição primeiro conhecido de ferro começou em Anatolia , por volta de 1800 aC. Chamado de processo bloomery , produziu muito suave, mas dúctil ferro forjado . Em 800 aC, tecnologia de fabricação de ferro se espalhou para a Europa, chegando no Japão por volta de 700 dC. O ferro-gusa , uma liga muito difícil, mas frágil de ferro e carbono , estava sendo produzido na China tão cedo quanto 1200 aC, mas não chegou na Europa até a Idade Média. Ferro-gusa tem um ponto de fusão mais baixo do que o ferro, e foi utilizada para a tomada de ferro fundido . No entanto, estes metais encontrou pouco uso prático até a introdução do aço cadinho volta de 300 aC. Estes aços eram de má qualidade, ea introdução de solda padrão , em torno do século 1 dC, procurou equilibrar as propriedades extremas das ligas por laminação-los, para criar um metal mais resistente. Cerca de 700 DC, os japoneses começou dobrar bloomery de aço e de ferro fundido em camadas alternadas a aumentar a força das suas espadas, usando fluxos de argila para remover a escória e impurezas. Este método de swordsmithing japonesa produziu uma das mais puras de aço-liga do início da Idade Média.

Enquanto o uso de ferro começou a se tornar mais generalizada por volta de 1200 aC, principalmente por causa de interrupções nas rotas de comércio para o estanho, o metal era muito mais suave do que o bronze. No entanto, quantidades muito pequenas de aço , (uma liga de ferro e cerca de 1% de carbono), foi sempre um subproduto do processo de ferraria. A capacidade para modificar a dureza do aço por tratamento térmico tinha sido conhecida desde 1100 aC, e o material raro foi avaliado para o fabrico de ferramentas e armas. Porque os antigos não pode produzir temperaturas elevadas o suficiente para fundir ferro totalmente, a produção de aço em quantidades dignas não ocorrer até que a introdução de aço blister durante a Idade Média. Este método de carbono introduzido por meio de aquecimento do ferro forjado em carvão por longos períodos de tempo, mas a penetração de carbono não era muito profunda, de modo que a liga não foi homogénea. Em 1740, Benjamin Huntsman começou a derreter aço blister num cadinho para uniformizar o teor de carbono, criando o primeiro processo para a produção em massa de aço ferramenta . Processo de Huntsman foi usado para o aço ferramenta de fabricação até o início de 1900.

Com a introdução do alto-forno para a Europa na Idade Média, ferro-gusa foi capaz de ser produzido em volumes muito mais elevados do ferro forjado. Porque o ferro gusa poderia ser derretido, as pessoas começaram a desenvolver processos de redução do carbono no líquido de ferro-gusa para criar aço. Pudlagem tinha sido utilizada na China desde o primeiro século, e foi introduzida na Europa nos anos 1700, onde o ferro fundido em bruto foi agitada enquanto exposto ao ar, para remover o carbono por oxidação . Em 1858, Sir Henry Bessemer desenvolvido um processo de produção de aço por sopro de ar quente através de gusa líquido para reduzir o teor de carbono. O processo Thomas foi capaz de produzir o primeiro fabrico em grande escala de aço.

ligas de aço

Embora o aço é uma liga de ferro e carbono, o termo " liga de aço " geralmente refere-se apenas a esses aços que contêm outros elementos tais como vanádio , molibdénio , ou cobalto , em quantidades suficientes para alterar as propriedades do aço de base. Desde os tempos antigos, quando aço foi usado principalmente para ferramentas e armas, os métodos de produção e trabalhar o metal foram segredos muitas vezes vigiado de perto. Mesmo muito tempo depois da idade da razão , a indústria do aço foi muito competitivo e os fabricantes passaram por grandes comprimentos para manter seus processos confidenciais, resistindo a qualquer tentativa de analisar cientificamente o material por medo de revelar seus métodos. Por exemplo, as pessoas de Sheffield , um centro de produção de aço na Inglaterra, eram conhecidos para barrar rotineiramente visitantes e turistas de entrar na cidade para impedir a espionagem industrial . Assim, quase nenhuma informação metalúrgica existia sobre o aço até 1860. Devido a esta falta de entendimento, o aço não foi considerado geralmente uma liga até as décadas entre 1930 e 1970 (principalmente devido ao trabalho de cientistas como William Chandler Roberts-Austen , Adolph Martens e Edgar Bain ), por isso "ligas de aço" tornou-se o termo popular para aço-ligas ternários e quaternários.

Após Benjamin Huntsman desenvolveu a sua aço cadinho em 1740, ele começou a experimentar com a adição de elementos tais como manganês (sob a forma de um alto teor de manganês-gusa chamado spiegel ), o que ajudou a remoção de impurezas, tais como fósforo e oxigénio; um processo adoptado por Bessemer e ainda usado em aços modernos (embora em concentrações suficientemente baixas para ainda ser considerado de aço carbono). Depois disso, muitas pessoas começaram a experimentar com várias ligas de aço, sem muito sucesso. No entanto, em 1882, Robert Hadfield , sendo um pioneiro na metalurgia de aço, teve interesse e produzida uma liga de aço contendo cerca de 12% de manganês. Chamado Aço Hadfield , que exibiram dureza e resistência extrema, tornando-se a primeira liga de aço comercialmente viável. Depois disso, ele criou aço ao silício , lançando a busca de outras ligas possíveis de aço.

Robert Forster Mushet descobriram que através da adição de tungsténio com o aço que poderia produzir uma aresta muito duro que resiste a perder a sua dureza a temperaturas elevadas. "Aço especial de R. Mushet" (RMS) se tornou o primeiro aço de alta velocidade . Em 1912, a Krupp Ironworks na Alemanha desenvolvido um aço resistente à ferrugem, adicionando 21% de crómio e 7% de níquel , produzindo o primeiro de aço inoxidável .

ligas de precipitação-endurecimento

Em 1906, endurecimento por precipitação ligas foram descobertos por Alfred Wilm . Ligas de endurecimento por precipitao, tais como certas ligas de alumínio , de titânio , e o cobre, são de ligas tratáveis termicamente que amolecem quando extinta (arrefecido rapidamente), e em seguida endurecer ao longo do tempo. Depois de desactivar uma liga ternária de alumínio, cobre e magnésio , Wilm descobriu que a liga de aumento em dureza quando deixada envelhecer à temperatura ambiente. Embora uma explicação para o fenômeno não foi fornecido até 1919, duralumínio foi uma das primeiras ligas "endurecimento idade" a serem utilizados, e logo foi seguido por muitos outros. Porque muitas vezes exibem uma combinação de alta resistência e baixo peso, estas ligas se tornou amplamente utilizado em muitas formas de indústria, incluindo a construção de modernas aeronaves .

Veja também

Referências

Bibliografia

  • Buchwald, Vagn Fabritius (2005). Ferro e aço, nos tempos antigos . Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. ISBN  87-7304-308-7 .

links externos