Eine Legierung ist eine Mischung oder metallische feste aus zwei oder mehr Elementen zusammengesetzte Lösung. Abgeschlossene feste Lösungslegierung gibt einzelne feste Phase-Mikrostruktur, während teilweise Lösungen zwei oder mehr Phasen geben, die können oder im Vertrieb, je nachdem thermische (Wärmebehandlung) Geschichte nicht homogen sein können. Legierung hat gewöhnlich verschiedene Eigenschaften von denjenigen der Teilelemente.

Legierungsbestandteile werden gewöhnlich durch die Masse gemessen. Legierung wird gewöhnlich als stellvertretende oder zwischenräumliche Legierung abhängig von der Atomeinordnung klassifiziert, die die Legierung bildet. Sie können weiter als homogen klassifiziert werden, aus einer einzelnen Phase, heterogen bestehend, aus zwei oder mehr Phasen, oder intermetallisch bestehend, wo es keine verschiedene Grenze zwischen Phasen gibt.

Theorie

Legierung eines Metalls wird durch das Kombinieren davon mit einem oder mehr anderen Metallen oder Nichtmetallen getan, die häufig seine Eigenschaften erhöhen. Zum Beispiel ist Stahl stärker als Eisen, sein primäres Element. Die physikalischen Eigenschaften, wie Dichte, Reaktionsfähigkeit, Modul von Young und elektrisches und thermisches Leitvermögen, einer Legierung können sich außerordentlich von denjenigen seiner Elemente nicht unterscheiden, aber Technikeigenschaften wie Zugbelastung und Scherfestigkeit können von denjenigen der konstituierenden Materialien wesentlich verschieden sein. Das ist manchmal ein Ergebnis der Größen der Atome in der Legierung, weil größere Atome eine Druckkraft auf benachbarte Atome ausüben, und kleinere Atome eine dehnbare Kraft auf ihre Nachbarn ausüben, der Legierung helfend, Deformierung zu widerstehen. Manchmal kann Legierung gekennzeichnete Unterschiede im Verhalten ausstellen, selbst wenn kleine Beträge eines Elements vorkommen. Zum Beispiel führen Unreinheiten im Halbleiten eisenmagnetischer Legierung zu verschiedenen Eigenschaften, wie zuerst vorausgesagt, durch Weiß, Hogan, Suhl, Tian Abrie und Nakamura.

Eine Legierung wird durch das Schmelzen und das Mischen von zwei oder mehr Metallen gemacht. Bronze, eine Legierung von Kupfer und Dose, war die erste Legierung entdeckt während der vorgeschichtlichen als die Bronzezeit jetzt bekannten Periode; es war härter als reines Kupfer und hat ursprünglich gepflegt, Werkzeuge und Waffen zu machen, aber wurde später durch Metalle und Legierung mit besseren Eigenschaften ersetzt. In späteren Zeiten ist Bronze für Verzierungen, Glocken, Bildsäulen und Lager verwendet worden. Messing ist eine Legierung, die von Kupfer und Zink gemacht ist.

Verschieden von reinen Metallen hat der grösste Teil der Legierung keinen einzelnen Schmelzpunkt, aber eine schmelzende Reihe, in der das Material eine Mischung von festen und flüssigen Phasen ist. Die Temperatur, bei der das Schmelzen beginnt, wird den Schrägstrich genannt, und die Temperatur, wenn das Schmelzen gerade abgeschlossen ist, wird den liquidus genannt. Jedoch für den grössten Teil der Legierung gibt es ein besonderes Verhältnis von Bestandteilen (in seltenen Fällen zwei) — die eutektische Mischung — der der Legierung einen einzigartigen Schmelzpunkt gibt.

Fachsprache

Der Begriff Legierung wird gebraucht, um eine Mischung von Atomen zu beschreiben, in denen der primäre Bestandteil ein Metall ist. Das primäre Metall wird die Basis, die Matrix oder das Lösungsmittel genannt. Die sekundären Bestandteile werden häufig solutes genannt. Wenn es eine Mischung von nur zwei Typen von Atomen gibt, Unreinheiten wie eine Kupfernickel-Legierung nicht aufzählend, dann wird es eine binäre Legierung genannt. Wenn es drei Typen von Atomen gibt, die die Mischung, wie Eisen, Nickel und Chrom bilden, dann wird es eine dreifältige Legierung genannt. Eine Legierung mit vier Bestandteilen ist eine Vierergruppe-Legierung, während eine fünfteilige Legierung eine quinare Legierung genannt wird. Weil der Prozentsatz jedes Bestandteils mit jeder Mischung geändert werden kann, wird die komplette Reihe von möglichen Schwankungen ein System genannt. In dieser Beziehung werden alle verschiedenen Formen einer Legierung, die nur zwei Bestandteile, wie Eisen und Kohlenstoff enthält, ein binäres System genannt, während alle Legierungskombinationen, die mit einer dreifältigen Legierung, wie Legierung von Eisen, Kohlenstoff und Chrom möglich sind, ein dreifältiges System genannt werden.

Wenn ein geschmolzenes Metall mit einer anderen Substanz gemischt wird, gibt es zwei Mechanismen, die eine Legierung veranlassen können, sich, genannt Atom-Austausch und den zwischenräumlichen Mechanismus zu formen. Die Verhältnisgröße jedes Atoms in der Mischung spielt eine primäre Rolle in der Bestimmung, welcher Mechanismus vorkommen wird. Wenn die Atome in der Größe relativ ähnlich sind, geschieht die Atom-Austauschmethode gewöhnlich, wo einige der Atome, die die metallischen Kristalle zusammensetzen, mit Atomen des anderen Bestandteils eingesetzt werden. Das wird eine stellvertretende Legierung genannt. Beispiele der stellvertretenden Legierung schließen Bronze und Messing ein, in dem einige der Kupferatome entweder mit Zinn- oder mit Zinkatomen eingesetzt werden. Mit dem zwischenräumlichen Mechanismus ist ein Atom gewöhnlich viel kleiner als der andere, so kann kein Atom in den Kristallen von Grundmetall erfolgreich ersetzen. Die kleineren Atome werden gefangen in den Räumen zwischen den Atomen in der Kristallmatrix, genannt die Zwischenräume. Das wird eine zwischenräumliche Legierung genannt. Stahl ist ein Beispiel einer zwischenräumlichen Legierung, weil die sehr kleinen Kohlenstoff-Atome Zwischenräume der Eisenmatrix einbauen. Rostfreier Stahl ist ein Beispiel einer Kombination der zwischenräumlichen und stellvertretenden Legierung, weil die Kohlenstoff-Atome die Zwischenräume einbauen, aber einige der Eisenatome werden durch Nickel- und Chrom-Atome ersetzt.

Legierung wird häufig gemacht, die mechanischen Eigenschaften von Grundmetall zu verändern, Härte, Schwierigkeit, Dehnbarkeit oder andere gewünschte Eigenschaften zu veranlassen. Die meisten Metalle und Legierung können gehärtete Arbeit durch das Schaffen von Defekten in ihrer Kristallstruktur sein. Diese Defekte werden während der Plastikdeformierung, wie das Hämmern oder Verbiegen geschaffen und sind dauerhaft, wenn das Metall nicht wiederkristallisiert wird. Jedoch kann eine Legierung auch ihre Eigenschaften durch die Wärmebehandlung verändern lassen. Fast alle Metalle können durch das Ausglühen weich gemacht werden, der die Legierung wiederkristallisiert und die Defekte, aber nicht repariert, weil viele durch die kontrollierte Heizung und das Abkühlen gehärtet werden können. Viele Legierung von Aluminium, Kupfer, Magnesium, Titan und Nickel kann zu einem gewissen Grad durch eine Methode der Wärmebehandlung gestärkt werden, aber wenige antworten darauf zu demselben Grad, den Stahl tut.

Bei einer bestimmten Temperatur erlebt das Grundmetall von Stahl, Eisen, eine Änderung in der Einordnung der Atome in seiner Kristallmatrix, genannt allotropy. Das erlaubt den kleinen Kohlenstoff-Atomen, in die Zwischenräume des Kristalls einzugehen. Wenn das geschieht, wie man gesagt wird, sind die Kohlenstoff-Atome in der Lösung, oder mit dem Eisen gemischt. Wenn das Eisen langsam abgekühlt wird, werden die Kohlenstoff-Atome mit dem Eisen nicht mehr auflösbar sein, und werden aus der Lösung gezwungen; in die Räume zwischen den Kristallen. Wenn der Stahl schnell abgekühlt wird, kommt ein diffusionless (martensite) Transformation vor, in dem die Kohlenstoff-Atome gefangen in der Lösung werden. Das veranlasst die Eisenkristalle, wirklich zu deformieren, wenn die Kristallstruktur versucht, sich zu seinem niedrigen Temperaturstaat zu ändern, große Härte veranlassend. Jedoch ist der grösste Teil der Hitze-Treatable Legierung Niederschlag-Härtelegierung, die die entgegengesetzten Effekten erzeugt, die Stahl tut. Wenn geheizt, um eine Lösung und dann abgekühlt schnell zu bilden, wird diese Legierung viel weicher als normal und wird dann hart, weil sie alt werden. Der solutes in dieser Legierung wird sich mit der Zeit niederschlagen, intermetallische Phasen bildend, die schwierig sind, vom Grundmetall wahrzunehmen. Diese intermetallische Legierung scheint homogen in der Kristallstruktur, aber neigt dazu, sich heterogen zu benehmen, hart und etwas spröde werdend.

In der Praxis wird eine Legierung so vorherrschend in Bezug auf ihre Grundmetalle verwendet, dass der Name des primären Bestandteils auch als der Name der Legierung verwendet wird. Zum Beispiel ist 14-Karat-Gold eine Legierung von Gold mit anderen Elementen. Ähnlich ist das Silber, das in Schmucksachen und dem als ein Strukturbaumaterial verwendeten Aluminium verwendet ist, auch Legierung.

Der Begriff "Legierung" wird manchmal in der Alltagssprache als ein Synonym für eine besondere Legierung gebraucht. Zum Beispiel werden aus einer Aluminiumlegierung gemachte Kraftfahrzeugräder allgemein einfach "Legierungsräder" genannt, obwohl tatsächlich Stahle und die meisten anderen Metalle im praktischen Gebrauch auch Legierung sind.

Geschichte

Der Gebrauch der Legierung durch Menschen hat mit dem Gebrauch von meteorischem Eisen, einer natürlich vorkommenden Legierung von Nickel und Eisen angefangen. Da keine metallurgischen Prozesse verwendet wurden, um Eisen von Nickel zu trennen, wurde die Legierung verwendet, wie es war. Meteorisches Eisen konnte von einer roten Hitze geschmiedet werden, um Gegenstände wie Werkzeuge, Waffen und Nägel zu machen. In vielen Kulturen wurde es durch das kalte Hämmern in Messer und Pfeilspitzen gestaltet. Sie wurden häufig als Ambosse verwendet. Meteorisches Eisen war sehr selten und wertvoll, und für alte Leute schwierig zu arbeiten.

Eisen wird gewöhnlich als Eisenerz auf der Erde abgesehen von einer Ablagerung von heimischem Eisen in Grönland gefunden, das von den Eskimoleuten verwendet wurde. Heimisches Kupfer wurde jedoch weltweit, zusammen mit Silber, Gold und Platin gefunden, die auch verwendet wurden, um Werkzeuge, Schmucksachen und andere Gegenstände seit Neolithischen Zeiten zu machen. Kupfer war von diesen Metallen, und am weitesten verteilt am härtesten. Es ist eines der wichtigsten Metalle den Menschen der Antike geworden. Schließlich haben Menschen zu gerochenen Metallen wie Kupfer erfahren, und die Dose von Erz, und, ungefähr 2500 v. Chr., hat begonnen, die zwei Metalle zu beeinträchtigen, um Bronze zu bilden, die viel härter ist als seine Zutaten. Dose war jedoch selten, größtenteils in Großbritannien gefunden. Im Nahen Osten haben Leute begonnen, Kupfer mit Zink zu beeinträchtigen, um Messing zu bilden. Alte Zivilisationen haben die Mischung und die verschiedenen Eigenschaften in Betracht gezogen, die sie, wie Härte, Schwierigkeit und Schmelzpunkt, unter verschiedenen Bedingungen der Temperatur und des Arbeitshärtens erzeugt hat, viel von der in modernen Legierungsverfassungsdiagrammen enthaltenen Information entwickelnd.

Die erste bekannte Verhüttung von Eisen hat in Anatolia 1800 v. Chr. begonnen. Genannt den Bloomery-Prozess, es hat sehr weiches, aber hämmerbares Schmiedeeisen und, durch 800 v. Chr. erzeugt, die Technologie hatte sich nach Europa ausgebreitet. Roheisen, eine sehr harte, aber spröde Legierung von Eisen und Kohlenstoff, wurde in China schon in 1200 v. Chr. erzeugt, aber ist in Europa bis zum Mittleren Alter nicht angekommen. Diese Metalle haben wenig praktischen Gebrauch bis zur Einführung von Schmelztiegel-Stahl ungefähr 300 v. Chr. gefunden. Diese Stahle sind von schlechter Qualität gewesen, und die Einführung des Muster-Schweißens, um das 1. Jahrhundert n.Chr., hat sich bemüht, die äußersten Eigenschaften der Legierung durch das Lamellieren von ihnen zu erwägen, ein zäheres Metall zu schaffen.

Quecksilber war smelted vom Zinnober seit Tausenden von Jahren gewesen. Quecksilber löst viele Metalle, wie Gold, Silber, und Dose auf, um Amalgame (eine Legierung in einem weichen Teig oder flüssige Form an der Umgebungstemperatur) zu bilden. Amalgame sind seitdem 200 v. Chr. in China verwendet worden, um Gegenstände mit Edelmetallen, genannt Vergoldung, wie Rüstung und Spiegel zu panzern. Die alten Römer haben häufig Quecksilberdose-Amalgame verwendet, um ihre Rüstung zu vergolden. Das Amalgam wurde als ein Teig angewandt und dann geheizt, bis das Quecksilber verdampft hat, das Gold, das Silber oder die Dose hinten verlassend. Quecksilber wurde häufig im Bergwerk, zu Extrakt-Edelmetallen wie Gold und Silber von ihren Erzen verwendet.

Viele alte Zivilisationen haben Metalle zu rein ästhetischen Zwecken beeinträchtigt. Im alten Ägypten und Mycenae wurde Gold häufig mit Kupfer beeinträchtigt, um rotes Gold oder Eisen zu erzeugen, um ein helles Burgunder Gold zu erzeugen. Silber wurde häufig beeinträchtigt mit Gold gefunden. Diese Metalle wurden auch verwendet, um einander zu praktischeren Zwecken zu stärken. Ganz häufig wurden Edelmetalle mit weniger wertvollen Substanzen als ein Mittel beeinträchtigt, Käufer zu täuschen. Ungefähr 250 v. Chr. wurde Archimedes vom König beauftragt, eine Weise zu finden, die Reinheit des Goldes in einer Krone zu überprüfen, zum berühmten Badeanstalt-Geschrei von "Eureka führend!" auf die Entdeckung des Grundsatzes von Archimedes.

Während der Gebrauch von Eisen angefangen hat, weit verbreiteter 1200 v. Chr. hauptsächlich wegen Unterbrechungen in den Handelswegen für Dose zu werden, ist das Metall viel weicher als Bronze. Jedoch waren sehr kleine Beträge von Stahl, (eine Legierung von Eisen und ungefähr 1 % Kohlenstoff), immer ein Nebenprodukt des Bloomery-Prozesses. Die Fähigkeit, die Härte von Stahl durch die Wärmebehandlung zu modifizieren, war seit 1100 v. Chr. bekannt gewesen, und das seltene Material wurde wegen des Gebrauches im Werkzeug und Waffenbildens geschätzt. Weil die Menschen der Antike Temperaturen hoch genug nicht erzeugen konnten, um Eisen völlig zu schmelzen, ist die Produktion von Stahl in anständigen Mengen bis zur Einführung von Blase-Stahl während des Mittleren Alters nicht vorgekommen. Diese Methode hat Kohlenstoff durch die Heizung von Schmiedeeisen in Holzkohle seit langen Zeitspannen eingeführt, aber das Durchdringen von Kohlenstoff war nicht sehr tief, so war die Legierung nicht homogen. 1740 hat Benjamin Huntsman begonnen, Blase-Stahl in einem Schmelztiegel zu schmelzen, um den Kohlenstoff-Inhalt auszugleichen, den ersten Prozess für die Massenproduktion von Werkzeug-Stahl schaffend. Der Prozess von Huntsman wurde für Produktionswerkzeug-Stahl bis zum Anfang der 1900er Jahre verwendet.

Mit der Einführung des Hochofens nach Europa im Mittleren Alter ist Roheisen im Stande gewesen, in viel höheren Volumina erzeugt zu werden, als Schmiedeeisen. Weil Roheisen geschmolzen werden konnte, haben Leute begonnen, Prozesse zu entwickeln, den Kohlenstoff im flüssigen Roheisen zu reduzieren, um Stahl zu schaffen. Puddling wurde während der 1700er Jahre eingeführt, wo geschmolzenes Roheisen, während ausgestellt, zur Luft gerührt wurde, um den Kohlenstoff durch die Oxydation zu entfernen. 1858 hat Herr Henry Bessemer einen Prozess des Stahlbildens entwickelt, indem er heiße Luft durch flüssiges Roheisen geblasen hat, um den Kohlenstoff-Inhalt zu reduzieren. Der Prozess von Bessemer ist im Stande gewesen, die erste in großem Umfang Fertigung von Stahl zu erzeugen. Sobald der Prozess von Bessemer begonnen hat, weit verbreiteten Gebrauch zu gewinnen, hat andere Legierung von Stahl begonnen, wie mangalloy, eine Legierung von Stahl und Mangan zu folgen, das äußerste Härte und Schwierigkeit ausstellt.

1906 wurde Niederschlag-Härtelegierung von Alfred Wilm entdeckt. Niederschlag-Härtelegierung, wie bestimmte Legierung von Aluminium, Titan, und Kupfer, ist Hitze-Treatable Legierung, die, sich wenn gelöscht (abgekühlt schnell) erweicht, und dann mit der Zeit hart wird. Nach dem Löschen einer dreifältigen Legierung von Aluminium, Kupfer und Magnesium, hat Wilm entdeckt, dass die Legierung in der Härte, wenn verlassen, zugenommen hat, um bei der Raumtemperatur alt zu werden. Obwohl eine Erklärung für das Phänomen bis 1919 nicht zur Verfügung gestellt wurde, war duralumin eines des ersten "Alters, das" Legierung härtet, die zu verwenden ist, und wurde bald von vielen anderen gefolgt. Diese Legierung ist weit verwendet in vielen Formen der Industrie einschließlich des Aufbaus des modernen Flugzeuges geworden.

Siehe auch

• Liste der Legierung
• Intermetallics
• Wärmebehandlung
• CALPHAD (Methode)

Links

• Oberfläche beeinträchtigt