Τι είναι ένα κράμα; Ορισμός και Παραδείγματα

Ένα κράμα είναι μια ουσία που κατασκευάζεται από το συνδυασμό δύο ή περισσότερων στοιχείων όπου το κύριο στοιχείο είναι ένα μέταλλο. Τα περισσότερα κράματα σχηματίζονται με την τήξη των στοιχείων μαζί. Κατά την ψύξη, ένα κράμα κρυσταλλώνεται σε μια στερεή, διαμεταλλική ένωση ή μείγμα που δεν μπορεί να διαχωριστεί χρησιμοποιώντας μια φυσική μέθοδο. Αν και ένα κράμα μπορεί να περιέχει μεταλλοειδή ή αμέταλλα, εμφανίζει τις ιδιότητες ενός μετάλλου.

Το πρωτογενές μέταλλο σε ένα κράμα ονομάζεται βάση, διαλύτης ή μήτρα του. Τα δευτερεύοντα στοιχεία ονομάζονται διαλυμένες ουσίες. Τα ανεπιθύμητα στοιχεία ονομάζονται ακαθαρσίες. Εάν το κράμα αποτελείται από δύο μόνο στοιχεία, το αποτέλεσμα είναι ένα δυαδικό κράμα. Εάν τρία στοιχεία, το αποτέλεσμα είναι ένα τριμερές κράμα. Η μεταβολή του ποσοστού των στοιχείων δημιουργεί δυαδικά συστήματα, τριμερή συστήματα, τεταρτοταγή συστήματα και ούτω καθεξής.

Παραδείγματα κραμάτων

Γνωστά παραδείγματα κραμάτων περιλαμβάνουν ορείχαλκο, μπρούτζο, ανοξείδωτο χάλυβα, χρυσό 14 καρατίων, ασήμι στερλίνα και χυτοσίδηρο.

• Alnico :Το Alnico περιέχει τουλάχιστον 50% σίδηρο, με αλουμίνιο, νικέλιο, κοβάλτιο και άλλα μέταλλα. Χρησιμοποιείται σε pickup ηλεκτρικής κιθάρας και σε μαγνήτες ηχείων.
• Αμάλγαμα :Ένα αμάλγαμα είναι ένα κράμα υδραργύρου. Επειδή ο καθαρός υδράργυρος είναι ένα υγρό στοιχείο, τα αμαλγάματα τείνουν να είναι σαν πάστα. Ο υδράργυρος έχει επίσης υψηλή τάση ατμών, επομένως μερικές φορές ένα αμάλγαμα θερμαίνεται για να διώξει τον υδράργυρο, αφήνοντας τα άλλα συστατικά.
• Ορείχαλκος :Ο ορείχαλκος είναι ένα κράμα χαλκού με ψευδάργυρο και μερικές φορές άλλα στοιχεία. Επειδή είναι σκληρός και σκληρός, ο ορείχαλκος βρίσκει χρήση σε κατεργασμένα εξαρτήματα και υδραυλικά.
• Χάλκινο :Ο μπρούτζος είναι ένα κράμα χαλκού και κασσίτερου, μερικές φορές με άλλα στοιχεία. Ο μπρούντζος βρίσκει χρήση σε αγάλματα και ορισμένα μουσικά όργανα.
• Χυτοσίδηρος :Ο χυτοσίδηρος είναι ένα παράδειγμα κράματος που περιέχει ένα αμέταλλο. Είναι σίδηρος με τουλάχιστον 2% άνθρακα.
• Electrum :Το ήλεκτρο είναι ένα φυσικά κράμα ασημιού και χρυσού.
• χρυσός 14 καρατίων :Ο χρυσός 14 καρατίων είναι 58,5% χρυσός, συνήθως με ασήμι, χαλκό και ψευδάργυρο. Το κράμα χρυσού το κάνει πιο δύσκολο και πιο δυνατό.
• Χρυσός 18 καρατίων :Ο χρυσός 18 καρατίων είναι 75% χρυσός, συνήθως με χαλκό, νικέλιο ή ψευδάργυρο. Το κράμα διατηρεί το χρώμα και τη λάμψη του χρυσού, αλλά είναι σκληρότερο και ισχυρότερο από το καθαρό στοιχείο.
• Μετεωριτικός Σίδηρος :Οι μετεωρίτες έχουν ποικίλη σύσταση, αλλά ορισμένοι είναι φυσικά κράματα σιδήρου και νικελίου.
• Νιτινόλη :Nitinol είναι 50-55% νικέλιο με 45-50% τιτάνιο. Είναι ένα κράμα με μνήμη σχήματος που χρησιμοποιείται σε σκελετούς γυαλιών, ιατρικά είδη και διακόπτες θερμοκρασίας.
• Pewter :Το κασσίτερο είναι ένα κράμα κασσίτερου. Τα άλλα στοιχεία μπορεί να είναι χαλκός, αντιμόνιο ή μόλυβδος. Το κασσίτερο είναι ισχυρότερο από τον καθαρό κασσίτερο, εύπλαστο και ανθίσταται στο θρυμματισμό σε χαμηλές θερμοκρασίες.
• Ασημένιο στερλίνα :Το ασήμι είναι 92,5% ασήμι, συνήθως με χαλκό, αλλά μερικές φορές με άλλα στοιχεία. Το κράμα ασημιού το κάνει πιο σκληρό και πιο ανθεκτικό, αλλά και επιρρεπές σε αμαύρωση.

Πώς κατασκευάζονται τα κράματα

Δύο μέθοδοι οδηγούν στο σχηματισμό κράματος. Αυτές οι μέθοδοι μπορούν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν έναν τρίτο τύπο κράματος.

• Κράμα υποκατάστασης – Ένα κράμα υποκατάστασης σχηματίζεται όταν ένα άτομο ανταλλάσσεται με ένα άλλο άτομο συγκρίσιμου μεγέθους. Ο ορείχαλκος και ο μπρούτζος είναι παραδείγματα κραμάτων υποκατάστασης. Ο κασσίτερος ή ο ψευδάργυρος, αντίστοιχα, αντικαθιστούν μερικά από τα άτομα χαλκού στο κρυσταλλικό πλέγμα.
• Ενδιάμεσο κράμα – Ένα διάμεσο κράμα σχηματίζεται όταν μικρότερα άτομα παγιδεύονται μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα μεγαλύτερων ατόμων. Ο χάλυβας είναι ένα παράδειγμα ενδιάμεσου κράματος. Τα άτομα άνθρακα χωρούν στα διάκενα της μήτρας κρυστάλλων σιδήρου.

Ορισμένα κράματα σχηματίζονται από έναν συνδυασμό μηχανισμών ανταλλαγής ατόμων και ενδιάμεσων μηχανισμών. Για παράδειγμα, ο ανοξείδωτος χάλυβας έχει άτομα άνθρακα στα διάκενα του, συν τα άτομα νικελίου και χρωμίου αντικαθιστούν ορισμένα άτομα άνθρακα.

Χρήσεις κραμάτων

Από το σχεδιασμό, τα κράματα έχουν χημικές και φυσικές ιδιότητες που είναι ανώτερες για μια εφαρμογή από ένα καθαρό στοιχείο. Έτσι, πάνω από το 90% των μετάλλων σε εμπορική χρήση είναι κράματα. Τα κράματα βελτιώνονται σε σχέση με τα καθαρά στοιχεία όσον αφορά την αντοχή στη διάβρωση, τη θερμική αντίσταση, τη σκληρότητα, τη δυνατότητα επεξεργασίας, τη βελτιωμένη φθορά ή τις ειδικές ηλεκτρικές ή μαγνητικές ιδιότητες. Μερικές φορές η βελτίωση αντικατοπτρίζει απλώς τη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας, όπου ένα κράμα διατηρεί τις βασικές ιδιότητες ενός καθαρού μετάλλου αλλά είναι λιγότερο ακριβό.

Αναφορές

• Buchwald, Vagn Fabritius (2005). Σίδηρος και χάλυβας στην αρχαιότητα . Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. ISBN 978-87-7304-308-0.
• Callister, W.D. (2007) Materials Science and Engineering:An Introduction (7η έκδ.). John Wiley and Sons, Inc. ISBN 978-0-471-73696-7.
• Cretu, C.; Van Der Lingen, Ε. (1999). «Χρωματιστά κράματα χρυσού». Gold Bulletin . 32 (4):115. doi:10.1007/BF03214796
• Emsley, John (2003). Τα δομικά στοιχεία της φύσης:Οδηγός Α–Ζ για τα στοιχεία . Oxford University Press. ISBN 0198503407.