โลหะผสม

บรอนซ์เหลว ถูกเทลงในแม่พิมพ์ระหว่างการหล่อ

ทองเหลืองโคมไฟ

โลหะผสมเป็นส่วนผสมขององค์ประกอบทางเคมีซึ่งเป็นสารที่ไม่บริสุทธิ์ (ผสม) ที่ยังคงรักษาลักษณะของการเป็นโลหะ โลหะผสมมีความแตกต่างจากโลหะที่ไม่บริสุทธิ์เนื่องจากโลหะผสมองค์ประกอบที่เพิ่มเข้ามาจะได้รับการควบคุมอย่างดีเพื่อให้เกิดคุณสมบัติที่ต้องการในขณะที่โลหะที่ไม่บริสุทธิ์เช่นเหล็กดัดมีการควบคุมน้อยกว่า แต่มักถือว่ามีประโยชน์ โลหะผสมทำโดยการผสมสององค์ประกอบขึ้นไปโดยอย่างน้อยหนึ่งในนั้นเป็นโลหะ โดยปกติจะเรียกว่าโลหะหลักหรือโลหะฐานและชื่อของโลหะนี้อาจเป็นชื่อของโลหะผสมด้วย ส่วนประกอบอื่น ๆ อาจเป็นหรือไม่เป็นโลหะก็ได้ แต่เมื่อผสมกับฐานที่หลอมเหลวพวกมันจะละลายน้ำและละลายลงในส่วนผสมได้ สมบัติเชิงกลของโลหะผสมมักจะค่อนข้างแตกต่างจากองค์ประกอบแต่ละส่วน โลหะที่เป็นปกติมากนุ่ม ( อ่อน ) เช่นอลูมิเนียมสามารถเปลี่ยนแปลงโดยผสมกับโลหะอ่อนอื่นเช่นทองแดง แม้ว่าโลหะทั้งสองมีความนุ่มและเหนียว , ผลอลูมิเนียมจะมีมากขึ้นความแข็งแรง การเพิ่มจำนวนเล็ก ๆ ของที่ไม่ใช่โลหะคาร์บอนเพื่อเหล็กธุรกิจการค้าความเหนียวที่ดีสำหรับความแข็งแรงมากขึ้นของโลหะผสมที่เรียกว่าเหล็ก เนื่องจากมีความแข็งแรงสูงมาก แต่ยังคงมีความเหนียวอยู่มากและความสามารถในการเปลี่ยนแปลงอย่างมากโดยการอบชุบด้วยความร้อนเหล็กจึงเป็นโลหะผสมที่มีประโยชน์มากที่สุดชนิดหนึ่งในการใช้งานสมัยใหม่ โดยการเพิ่มโครเมียมเหล็ก, ความต้านทานต่อการกัดกร่อนสามารถเพิ่มการสร้างสแตนเลสขณะที่การเพิ่มซิลิกอนจะเปลี่ยนลักษณะไฟฟ้าของการผลิตเหล็กซิลิคอน

เช่นเดียวกับน้ำมันและน้ำโลหะที่หลอมเหลวอาจไม่ได้ผสมกับองค์ประกอบอื่นเสมอไป ตัวอย่างเช่นเหล็กบริสุทธิ์แทบจะไม่ละลายกับทองแดง แม้ว่าองค์ประกอบต่างๆจะละลายน้ำได้ แต่แต่ละองค์ประกอบก็จะมีจุดอิ่มตัวซึ่งเกินกว่าที่จะไม่สามารถเพิ่มองค์ประกอบได้อีก ตัวอย่างเช่นเหล็กสามารถกักเก็บคาร์บอนได้สูงสุด 6.67% แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วองค์ประกอบของโลหะผสมจะต้องละลายได้ในสถานะของเหลวแต่ก็อาจไม่สามารถละลายได้ในสถานะของแข็งเสมอไป ถ้าโลหะยังคงละลายเมื่อของแข็งโลหะผสมรูปแบบสารละลายของแข็งกลายเป็นโครงสร้างที่เป็นเนื้อเดียวกันประกอบด้วยผลึกเหมือนกันเรียกว่าเฟส หากส่วนผสมเย็นตัวลงองค์ประกอบต่างๆจะไม่ละลายน้ำพวกมันอาจแยกออกเป็นผลึกสองชนิดหรือมากกว่านั้นสร้างโครงสร้างจุลภาคที่แตกต่างกันของเฟสที่แตกต่างกันบางส่วนมีองค์ประกอบมากกว่าหนึ่งชนิด อย่างไรก็ตามในโลหะผสมอื่น ๆ องค์ประกอบที่ไม่ละลายน้ำอาจไม่แยกตัวจนกว่าจะเกิดการตกผลึก ถ้าเย็นตัวเร็วมากพวกมันจะตกผลึกเป็นเฟสที่เป็นเนื้อเดียวกันก่อน แต่จะอิ่มตัวด้วยองค์ประกอบรอง เมื่อเวลาผ่านไปอะตอมของโลหะผสมที่ไม่อิ่มตัวเหล่านี้สามารถแยกตัวออกจากโครงตาข่ายคริสตัลมีเสถียรภาพมากขึ้นและก่อตัวเป็นเฟสที่สองเพื่อเสริมสร้างผลึกภายใน

โลหะผสมบางชนิดเช่นอิเล็กทรัมซึ่งเป็นโลหะผสมของเงินและทอง -เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ บางครั้งอุกกาบาตทำจากโลหะผสมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติของเหล็กและนิกเกิลแต่ไม่ได้มีถิ่นกำเนิดในโลก หนึ่งในโลหะผสมครั้งแรกที่ทำโดยมนุษย์เป็นสีบรอนซ์ซึ่งเป็นส่วนผสมของโลหะดีบุกและทองแดง บรอนซ์เป็นโลหะผสมที่มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับคนสมัยก่อนเนื่องจากมีความแข็งแรงและแข็งกว่าส่วนประกอบอย่างใดอย่างหนึ่ง เหล็กกล้าเป็นโลหะผสมทั่วไปอีกชนิดหนึ่ง อย่างไรก็ตามในสมัยโบราณมันสามารถถูกสร้างขึ้นเป็นผลพลอยได้โดยบังเอิญจากการให้ความร้อนของแร่เหล็กในการเผา ( การหลอม ) ในระหว่างการผลิตเหล็ก โลหะผสมโบราณอื่น ๆ ได้แก่ดีบุกผสมตะกั่ว , ทองเหลืองและเหล็กหมู ในยุคใหม่สามารถสร้างเหล็กได้หลายรูปแบบ เหล็กกล้าคาร์บอนสามารถทำได้โดยการที่แตกต่างกันเฉพาะเนื้อหาคาร์บอน, การผลิตโลหะผสมที่อ่อนนุ่มเช่นเหล็กหรือโลหะผสมหนักเช่นเหล็กสปริง เหล็กล้อแม็กสามารถทำได้โดยการเพิ่มองค์ประกอบอื่น ๆ เช่นโครเมียม , โมลิบดีนัม , วานาเดียมหรือนิกเกิลผลในการผสมเช่นเหล็กความเร็วสูงหรือเครื่องมือเหล็ก จำนวนน้อยแมงกานีสมักจะผสมกับเหล็กที่ทันสมัยที่สุดเพราะความสามารถในการเอาสิ่งสกปรกที่ไม่พึงประสงค์เช่นฟอสฟอรัส , กำมะถันและออกซิเจนซึ่งอาจมีผลกระทบต่อโลหะผสม อย่างไรก็ตามโลหะผสมส่วนใหญ่ไม่ได้สร้างจนถึงปี 1900 เช่นอลูมิเนียมต่างๆไทเทเนียม , นิกเกิลและโลหะผสมแมกนีเซียม บางทันสมัยsuperalloysเช่นIncoloy , InconelและHastelloyอาจประกอบด้วยความหลากหลายขององค์ประกอบที่แตกต่างกัน

วาล์วประตูที่ทำจาก Inconel

ในฐานะที่เป็นคำนามคำว่าโลหะผสมถูกใช้เพื่ออธิบายส่วนผสมของอะตอมซึ่งองค์ประกอบหลักคือโลหะ เมื่อใช้เป็นคำกริยาคำนี้หมายถึงการผสมโลหะกับองค์ประกอบอื่น ๆ โลหะหลักที่เรียกว่าฐานที่เมทริกซ์หรือตัวทำละลาย องค์ประกอบรองมักจะเรียกว่าตัวถูกละลาย หากมีส่วนผสมของอะตอมเพียงสองชนิด (ไม่นับสิ่งเจือปน) เช่นโลหะผสมทองแดง - นิกเกิลจะเรียกว่าโลหะผสมไบนารี หากมีอะตอมสามประเภทเป็นส่วนผสมเช่นเหล็กนิกเกิลและโครเมียมจะเรียกว่าโลหะผสมเทอร์นารี โลหะผสมที่มีสี่องค์ประกอบคือโลหะผสมควอเทอร์นารีในขณะที่โลหะผสมห้าส่วนเรียกว่าโลหะผสมควานารี่ เพราะร้อยละของแต่ละส่วนประกอบที่สามารถแตกต่างกันที่มีส่วนผสมใด ๆ ทั้งช่วงของการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้จะเรียกว่าเป็นระบบ ในแง่นี้โลหะผสมในรูปแบบต่างๆทั้งหมดที่มีเพียงสององค์ประกอบเช่นเหล็กและคาร์บอนเรียกว่าระบบไบนารีในขณะที่การผสมโลหะผสมทั้งหมดเป็นไปได้กับโลหะผสมด้านนอกเช่นโลหะผสมของเหล็กคาร์บอนและโครเมียม จะเรียกว่าเป็นระบบที่ประกอบไปด้วย ^[2]

โลหะผสมเป็นโลหะที่ไม่บริสุทธิ์ในทางเทคนิค แต่เมื่อกล่าวถึงโลหะผสมคำว่าสิ่งสกปรกมักจะหมายถึงองค์ประกอบที่ไม่พึงปรารถนา สิ่งสกปรกดังกล่าวถูกนำมาจากโลหะพื้นฐานและองค์ประกอบโลหะผสม แต่จะถูกกำจัดออกในระหว่างการแปรรูป ตัวอย่างเช่นกำมะถันเป็นสิ่งเจือปนทั่วไปในเหล็ก กำมะถันรวมกับเหล็กได้อย่างง่ายดายเพื่อสร้างเหล็กซัลไฟด์ซึ่งเปราะมากทำให้เกิดจุดอ่อนในเหล็ก ^[3] ลิเธียม , โซเดียมและแคลเซียมมีสิ่งสกปรกที่พบบ่อยในอลูมิเนียมซึ่งอาจมีผลกระทบต่อความสมบูรณ์ของโครงสร้างของการหล่อ ในทางกลับกันมิฉะนั้นโลหะบริสุทธิ์ที่มีสิ่งเจือปนที่ไม่พึงประสงค์มักเรียกว่า "โลหะไม่บริสุทธิ์" และโดยปกติจะไม่เรียกว่าโลหะผสม ออกซิเจนอยู่ในอากาศได้อย่างง่ายดายรวมกับโลหะมากที่สุดในการรูปแบบออกไซด์ของโลหะ ; โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุณหภูมิสูงขึ้นระหว่างการผสม การดูแลที่ดีมักจะถูกนำมาผสมในระหว่างกระบวนการที่จะเอาสิ่งสกปรกส่วนเกินโดยใช้ฟลักซ์ , สารเคมีหรือวิธีการอื่น ๆ ของโลหะสาร ^[4]

ในทางปฏิบัติโลหะผสมบางชนิดถูกนำมาใช้อย่างเด่นชัดเมื่อเทียบกับโลหะฐานของพวกเขาดังนั้นจึงใช้ชื่อขององค์ประกอบหลักเป็นชื่อของโลหะผสมด้วย ยกตัวอย่างเช่น 14 กะรัต ทองเป็นโลหะผสมทองกับองค์ประกอบอื่น ๆ ในทำนองเดียวกันเงินที่ใช้ในเครื่องประดับและอลูมิเนียมที่ใช้เป็นวัสดุก่อสร้างโครงสร้างก็เป็นโลหะผสมเช่นกัน

คำว่า "โลหะผสม" บางครั้งใช้ในการพูดในชีวิตประจำวันเป็นคำพ้องความหมายของโลหะผสมเฉพาะ ตัวอย่างเช่นล้อรถยนต์ที่ทำจากโลหะผสมอลูมิเนียมมักเรียกกันสั้น ๆ ว่า " ล้ออัลลอยด์ " แม้ว่าในความเป็นจริงแล้วเหล็กและโลหะอื่น ๆ ส่วนใหญ่ที่ใช้งานจริงก็เป็นโลหะผสมเช่นกัน เหล็กเป็นเช่นโลหะผสมทั่วไปที่หลายรายการที่ทำจากมันเช่นล้อ , บาร์เรลหรือคานเป็นเพียงการเรียกตามชื่อของรายการที่สมมติว่ามันจะทำจากเหล็ก เมื่อทำจากวัสดุอื่นมักจะระบุไว้เช่นนี้ (เช่น "ล้อทองสัมฤทธิ์" "ถังพลาสติก" หรือ "คานไม้")

การผสมโลหะทำได้โดยการรวมเข้ากับองค์ประกอบอื่น ๆ อย่างน้อยหนึ่งอย่าง กระบวนการโลหะผสมที่พบมากที่สุดและเก่าแก่ที่สุดดำเนินการโดยให้ความร้อนแก่โลหะฐานเกินกว่าจุดหลอมเหลวจากนั้นละลายตัวถูกละลายลงในของเหลวที่หลอมละลายซึ่งอาจเป็นไปได้แม้ว่าจุดหลอมเหลวของตัวถูกละลายจะสูงกว่าฐานมากก็ตาม ตัวอย่างเช่นในสถานะของเหลวไททาเนียมเป็นตัวทำละลายที่แข็งแกร่งมากซึ่งสามารถละลายโลหะและองค์ประกอบส่วนใหญ่ได้ นอกจากนี้ยังดูดซับก๊าซเช่นออกซิเจนและเผาไหม้เมื่อมีไนโตรเจน การเพิ่มขึ้นนี้โอกาสของการปนเปื้อนจากพื้นผิวสัมผัสใด ๆ และอื่น ๆ จะต้องละลายในสุญญากาศเหนี่ยวนำความร้อนและพิเศษน้ำระบายความร้อนด้วยทองแดงทดลอง ^[5]อย่างไรก็ตามโลหะและตัวถูกละลายบางชนิดเช่นเหล็กและคาร์บอนมีจุดหลอมเหลวสูงมากและเป็นไปไม่ได้ที่คนโบราณจะหลอมละลาย ดังนั้นผสม (โดยเฉพาะผสมคั่นระหว่างหน้า) นอกจากนี้ยังอาจจะดำเนินการกับหนึ่งหรือมากกว่าประชาชนในเขตเลือกตั้งในสถานะเป็นก๊าซเช่นที่พบในเตาหลอมเพื่อให้เหล็กหมู (ของเหลวก๊าซ), ไนไตรด์ , carbonitridingหรือรูปแบบอื่น ๆ ของกรณีการชุบแข็ง (solid-gas) หรือกระบวนการประสานที่ใช้ในการทำเหล็กตุ่ม (solid-gas) นอกจากนี้ยังอาจทำได้ด้วยองค์ประกอบหนึ่งมากกว่าหรือทั้งหมดในสถานะของแข็งเช่นพบในวิธีการเชื่อมแบบโบราณ(ของแข็ง - ของแข็ง) เหล็กเฉือน (ของแข็ง - ของแข็ง) หรือการผลิตเหล็กเบ้าหลอม (ของแข็ง - ของเหลว) ผสมองค์ประกอบผ่านการแพร่แบบโซลิดสเตต

ด้วยการเพิ่มองค์ประกอบอื่นให้กับโลหะความแตกต่างของขนาดของอะตอมทำให้เกิดความเค้นภายในโครงตาข่ายของผลึกโลหะ ความเครียดที่มักจะเพิ่มคุณสมบัติของมัน ตัวอย่างเช่นการรวมกันของคาร์บอนกับเหล็กทำให้เกิดเหล็กกล้าซึ่งแข็งแรงกว่าเหล็กซึ่งเป็นองค์ประกอบหลัก การนำไฟฟ้าและความร้อนของโลหะผสมมักจะต่ำกว่าโลหะบริสุทธิ์ คุณสมบัติทางกายภาพเช่นความหนาแน่น , การเกิดปฏิกิริยา , มอดุลัสของโลหะผสมอาจจะไม่แตกต่างกันอย่างมากจากบรรดาองค์ประกอบฐานของมัน แต่คุณสมบัติทางวิศวกรรมเช่นความต้านทานแรงดึง , ^[6]ความเหนียวและแรงเฉือนอาจจะมีนัยสำคัญที่แตกต่างจากพวก วัสดุที่เป็นส่วนประกอบ บางครั้งอาจเป็นผลมาจากขนาดของอะตอมในโลหะผสมเนื่องจากอะตอมที่มีขนาดใหญ่กว่าจะออกแรงบีบอัดกับอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงและอะตอมที่มีขนาดเล็กกว่าจะออกแรงดึงต่อเพื่อนบ้านซึ่งช่วยให้โลหะผสมต้านทานการเสียรูปได้ บางครั้งโลหะผสมอาจแสดงพฤติกรรมที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนแม้ว่าจะมีองค์ประกอบเพียงเล็กน้อยก็ตาม ตัวอย่างเช่นสิ่งเจือปนในโลหะผสมเหล็กเซมิคอนดักเตอร์นำไปสู่คุณสมบัติที่แตกต่างกันตามที่ White, Hogan, Suhl, Tian Abrie และ Nakamura ทำนายไว้เป็นครั้งแรก ^{[7] [8]}โลหะผสมบางชนิดเกิดจากการหลอมและผสมโลหะสองชนิดขึ้นไป สีบรอนซ์ , โลหะผสมของทองแดงและดีบุกเป็นโลหะผสมที่ค้นพบครั้งแรกในช่วงยุคก่อนประวัติศาสตร์ระยะเวลาที่รู้จักกันในยุคสำริด มันยากกว่าทองแดงบริสุทธิ์และเดิมใช้ทำเครื่องมือและอาวุธ แต่ต่อมาถูกแทนที่ด้วยโลหะและโลหะผสมที่มีคุณสมบัติดีกว่า ในเวลาต่อมาบรอนซ์มีการใช้เครื่องประดับ , ระฆัง , รูปปั้นและแบริ่ง ทองเหลืองเป็นโลหะผสมที่ทำจากทองแดงและสังกะสี

ซึ่งแตกต่างจากโลหะบริสุทธิ์โลหะผสมส่วนใหญ่ไม่มีจุดหลอมเหลวเดียวแต่มีช่วงการหลอมละลายระหว่างที่วัสดุเป็นส่วนผสมของเฟสของแข็งและของเหลว (โคลน) อุณหภูมิที่ละลายเริ่มต้นที่เรียกว่าโซลิดัสและอุณหภูมิเมื่อละลายเป็นเพียงที่สมบูรณ์ที่เรียกว่าLiquidus สำหรับโลหะผสมหลายชนิดจะมีสัดส่วนของโลหะผสมโดยเฉพาะ (ในบางกรณีมากกว่าหนึ่งตัว) เรียกว่าส่วนผสมยูเทคติกหรือส่วนประกอบเกี่ยวกับเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งทำให้โลหะผสมมีจุดหลอมเหลวต่ำและเป็นเอกลักษณ์และไม่มีการเปลี่ยนของเหลว / ของแข็ง

Allotropes ของเหล็ก ( เหล็กอัลฟาและ เหล็กแกมมา ) แสดงความแตกต่างในการจัดเรียงอะตอม

photomicrographs ของ เหล็ก ภาพด้านบน: เหล็กที่ผ่านการอบอ่อน (เย็นลงอย่างช้าๆ) สร้างโครงสร้างจุลภาคแบบลาเมลที่แตกต่างกันเรียกว่า เพิร์ลไลท์ซึ่งประกอบด้วยเฟส ซีเมนต์ (แสง) และ เฟอร์ไรต์ (มืด) ภาพด้านล่าง: เหล็กที่ผ่านการชุบแข็ง (ทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว) ก่อตัวเป็นเฟสเดียวเรียกว่า มาร์เทนไซต์ซึ่งคาร์บอนยังคงติดอยู่ภายในผลึกทำให้เกิดความเครียดภายใน

องค์ประกอบผสมจะมีการเพิ่มโลหะฐานที่จะทำให้เกิดความแข็ง , ความเหนียว , เหนียวหรือคุณสมบัติอื่น ๆ ที่ต้องการ โลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่สามารถชุบแข็งได้โดยการสร้างข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึก ข้อบกพร่องเหล่านี้จะถูกสร้างขึ้นในระหว่างการเปลี่ยนรูปพลาสติกโดยการตอก, ดัด, extruding ฯลฯ และเป็นสิ่งที่ถาวรเว้นแต่โลหะrecrystallized มิฉะนั้นโลหะผสมบางอย่างสามารถนอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติของพวกเขาเปลี่ยนแปลงโดยการรักษาความร้อน โลหะเกือบทุกชนิดสามารถอ่อนตัวได้โดยการอบอ่อนซึ่งจะทำให้โลหะผสมตกผลึกใหม่และซ่อมแซมข้อบกพร่อง แต่มีไม่มากเท่าที่สามารถแข็งตัวได้โดยการควบคุมความร้อนและความเย็น โลหะผสมหลายของอลูมิเนียม , ทองแดง , แมกนีเซียม , ไทเทเนียมและนิกเกิลสามารถจะมีความเข้มแข็งในระดับหนึ่งโดยวิธีการรักษาความร้อนบางส่วน แต่การตอบสนองไม่กี่นี้ในระดับเดียวเช่นเดียวกับเหล็ก ^[9]

เหล็กโลหะฐานของโลหะผสมเหล็ก - คาร์บอนที่เรียกว่าเหล็กกล้าได้รับการเปลี่ยนแปลงในการจัดเรียง ( allotropy ) ของอะตอมของเมทริกซ์คริสตัลที่อุณหภูมิหนึ่ง (โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 1,500 ° F (820 ° C) และ 1,600 ° F ( 870 ° C) ขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอน) สิ่งนี้ช่วยให้อะตอมของคาร์บอนที่มีขนาดเล็กกว่าสามารถเข้าไปในช่องว่างของผลึกเหล็กได้ เมื่อการแพร่กระจายเกิดขึ้นอะตอมของคาร์บอนจะถูกกล่าวว่าอยู่ในสารละลายในเหล็กก่อตัวเป็นผลึกเดี่ยวที่เป็นเนื้อเดียวกันเรียกว่าออสเทนไนต์ หากเหล็กถูกทำให้เย็นลงอย่างช้าๆคาร์บอนสามารถกระจายออกจากเหล็กและจะค่อยๆเปลี่ยนกลับไปเป็นแบบ allotrope ที่มีอุณหภูมิต่ำ ในระหว่างการทำให้เย็นลงอย่างช้าๆอะตอมของคาร์บอนจะไม่สามารถละลายได้กับเหล็กอีกต่อไปและจะถูกบังคับให้ตกตะกอนออกจากสารละลายทำให้นิวเคลียสกลายเป็นเหล็กคาร์ไบด์ที่มีความเข้มข้นมากขึ้น (Fe ₃ C) ในช่องว่างระหว่างผลึกเหล็กบริสุทธิ์ เหล็กแล้วจะกลายเป็นที่แตกต่างกันตามที่มันจะเกิดขึ้นในสองขั้นตอนขั้นตอนเหล็กคาร์บอนที่เรียกว่าซีเมน (หรือคาร์ไบด์ ) และเหล็กบริสุทธิ์เฟอร์ไรต์ การอบชุบด้วยความร้อนดังกล่าวทำให้ได้เหล็กที่ค่อนข้างอ่อน อย่างไรก็ตามหากเหล็กถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วอะตอมของคาร์บอนจะไม่มีเวลาในการแพร่กระจายและตกตะกอนออกมาเป็นคาร์ไบด์ แต่จะถูกกักไว้ภายในผลึกเหล็ก เมื่อเย็นลงอย่างรวดเร็วจะเกิดการเปลี่ยนแปลงแบบไม่แพร่กระจาย (มาร์เทนไซต์)ซึ่งอะตอมของคาร์บอนจะติดอยู่ในสารละลาย สิ่งนี้ทำให้ผลึกเหล็กเสียรูปทรงเนื่องจากโครงสร้างผลึกพยายามที่จะเปลี่ยนสถานะเป็นอุณหภูมิต่ำทำให้ผลึกเหล่านั้นแข็งมาก แต่มีความเหนียวน้อยกว่ามาก (เปราะมากขึ้น)

ในขณะที่ผลของเหล็กมีความแข็งแรงสูงเมื่อมีการป้องกันการแพร่กระจายและการตกตะกอน (การขึ้นรูปมาร์เทนไซต์) โลหะผสมที่สามารถรักษาความร้อนได้ส่วนใหญ่เป็นโลหะผสมชุบแข็งที่ตกตะกอนซึ่งขึ้นอยู่กับการแพร่กระจายขององค์ประกอบโลหะผสมเพื่อให้ได้ความแข็งแรง เมื่อได้รับความร้อนจนกลายเป็นสารละลายและเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วโลหะผสมเหล่านี้จะอ่อนตัวลงกว่าปกติมากในระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบไม่แพร่กระจาย แต่จะแข็งตัวเมื่ออายุมากขึ้น สารโลหะผสมเหล่านี้จะเกิดการตกตะกอนในช่วงเวลาการขึ้นรูปintermetallicขั้นตอนซึ่งเป็นเรื่องยากที่จะมองเห็นจากฐานโลหะ ต่างจากเหล็กตรงที่สารละลายของแข็งแยกออกเป็นคริสตัลเฟสต่าง ๆ กัน (คาร์ไบด์และเฟอร์ไรต์) โลหะผสมที่แข็งตัวของการตกตะกอนจะสร้างเฟสต่างๆกันภายในผลึกเดียวกัน โลหะผสมระหว่างโลหะเหล่านี้มีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกันในโครงสร้างผลึก แต่มีแนวโน้มที่จะทำงานไม่เหมือนกันกลายเป็นแข็งและค่อนข้างเปราะ ^[9]

กลไกอะตอมที่แตกต่างกันของการสร้างโลหะผสมแสดงโลหะบริสุทธิ์การทดแทนคั่นระหว่างหน้าและการรวมกันของทั้งสอง

เมื่อโลหะหลอมเหลวมีการผสมกับสารอื่นมีสองกลไกที่สามารถทำให้เกิดอัลลอยด์ไปที่รูปแบบที่เรียกว่าแลกเปลี่ยนอะตอมและกลไกคั่นระหว่าง ขนาดสัมพัทธ์ของแต่ละองค์ประกอบในส่วนผสมมีบทบาทหลักในการกำหนดกลไกที่จะเกิดขึ้น เมื่ออะตอมมีขนาดค่อนข้างใกล้เคียงกันวิธีการแลกเปลี่ยนอะตอมมักเกิดขึ้นโดยที่อะตอมบางส่วนที่ประกอบเป็นผลึกโลหะจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมขององค์ประกอบอื่น นี้เรียกว่าโลหะผสมทดแทน ตัวอย่างของโลหะผสมทดแทน ได้แก่ บรอนซ์และทองเหลืองซึ่งอะตอมของทองแดงบางส่วนถูกแทนที่ด้วยอะตอมของดีบุกหรือสังกะสีตามลำดับ

ในกรณีของกลไกคั่นระหว่างหน้าโดยปกติอะตอมหนึ่งจะมีขนาดเล็กกว่าอีกอะตอมมากและไม่สามารถแทนที่อะตอมประเภทอื่นในผลึกของโลหะฐานได้สำเร็จ แต่อะตอมขนาดเล็กกลายเป็นติดอยู่ในช่องว่างระหว่างอะตอมของเมทริกซ์คริสตัลที่เรียกว่าซอก นี้จะเรียกว่าเป็นโลหะผสมคั่นระหว่าง เหล็กเป็นตัวอย่างของโลหะผสมที่คั่นระหว่างหน้าเนื่องจากอะตอมของคาร์บอนที่มีขนาดเล็กมากจะสอดเข้าไปในช่องว่างของเมทริกซ์เหล็ก

เหล็กกล้าไร้สนิมเป็นตัวอย่างของการผสมระหว่างโลหะผสมระหว่างหน้าและโลหะผสมทดแทนเนื่องจากอะตอมของคาร์บอนพอดีกับระหว่างชั้น แต่อะตอมของเหล็กบางส่วนจะถูกแทนที่ด้วยอะตอมของนิกเกิลและโครเมียม ^[9]

เหล็กอุกกาบาต

อุกกาบาตและขวานที่ถูกปลอมแปลงจาก เหล็กอุตุนิยมวิทยา

การใช้โลหะผสมโดยมนุษย์เริ่มต้นด้วยการใช้เหล็กอุตุนิยมวิทยา , โลหะผสมเกิดขึ้นตามธรรมชาติของนิกเกิลและเหล็ก มันเป็นส่วนประกอบหลักของอุกกาบาตเหล็ก เนื่องจากไม่มีการใช้กระบวนการทางโลหะในการแยกเหล็กออกจากนิกเกิลจึงใช้โลหะผสมเหมือนเดิม ^[10]เหล็กอุกกาบาตสามารถหลอมขึ้นจากความร้อนสีแดงเพื่อสร้างวัตถุต่างๆเช่นเครื่องมืออาวุธและตะปู ในหลายวัฒนธรรมมันถูกสร้างขึ้นโดยการตอกเย็นลงในมีดและหัวลูกศร มักใช้เป็นทั่ง เหล็กอุตุนิยมวิทยาเป็นอย่างมากที่หายากและมีคุณค่าและเป็นเรื่องยากสำหรับคนโบราณที่จะทำงาน ^[11]

บรอนซ์และทองเหลือง

ขวานสำริด 1100 ปีก่อนคริสตกาล

ลูกบิดประตู สีบรอนซ์

มักพบเหล็กเป็นแร่เหล็กบนโลกยกเว้นเหล็กพื้นเมืองในกรีนแลนด์ซึ่งชาวเอสกิโมใช้ ^[12]พื้นเมืองทองแดงแต่ก็พบว่าทั่วโลกพร้อมกับสีเงิน , ทองและแพลทินัมซึ่งยังถูกนำมาใช้เพื่อให้เครื่องมือเครื่องประดับและวัตถุอื่น ๆ มาตั้งแต่สมัยยุคหินใหม่ ทองแดงเป็นโลหะที่แข็งที่สุดในบรรดาโลหะเหล่านี้และกระจายอยู่ทั่วไปมากที่สุด กลายเป็นโลหะที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่งของคนสมัยก่อน ประมาณ 10,000 ปีที่ผ่านมาในที่ราบสูงของอนาโตเลีย (ตุรกี), มนุษย์เรียนรู้ที่จะหลอมเหลวโลหะเช่นทองแดงและดีบุกจากแร่ ประมาณ 2500 ปีก่อนคริสตกาลผู้คนเริ่มนำโลหะทั้งสองมาผสมกันเป็นทองสัมฤทธิ์ซึ่งแข็งกว่าส่วนผสมของมันมาก ดีบุกเป็นของหายาก แต่ส่วนใหญ่พบในบริเตนใหญ่ ในตะวันออกกลางคนเริ่มผสมทองแดงกับสังกะสีให้กับฟอร์มทองเหลือง ^[13]อารยธรรมโบราณเอาเข้าบัญชีส่วนผสมและคุณสมบัติต่างๆผลิตเช่นความแข็ง , ความเหนียวและจุดหลอมละลายภายใต้เงื่อนไขต่างๆของอุณหภูมิและแข็งทำงานพัฒนามากของข้อมูลที่มีอยู่ในปัจจุบันเฟสไดอะแกรมอัลลอย ^[14]ตัวอย่างเช่นหัวลูกศรจากราชวงศ์ฉินของจีน(ประมาณ 200 ปีก่อนคริสตกาล) มักจะสร้างด้วยหัวทองสัมฤทธิ์แข็ง แต่เป็นทองสัมฤทธิ์ที่อ่อนนุ่มกว่าการรวมโลหะผสมเข้าด้วยกันเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการหมองคล้ำและการแตกหักระหว่างการใช้งาน ^[15]

อมัลกัมส์

ปรอทถูกหลอมมาจากชาดเป็นเวลาหลายพันปี ปรอทละลายโลหะหลายชนิดเช่นทองเงินและดีบุกเพื่อสร้างอะมัลกัม (โลหะผสมในรูปแบบแป้งที่อ่อนนุ่มหรือของเหลวที่อุณหภูมิแวดล้อม) Amalgams ถูกนำมาใช้ตั้งแต่ 200 ปีก่อนคริสตกาลในประเทศจีนสำหรับการปิดทองวัตถุเช่นเกราะและกระจกด้วยโลหะมีค่า ชาวโรมันโบราณมักใช้อะมัลกัมปรอท - ดีบุกในการปิดทองเกราะ อมัลกัมถูกนำไปใช้เป็นส่วนผสมและจากนั้นให้ความร้อนจนปรอทกลายเป็นไอโดยทิ้งทองเงินหรือดีบุกไว้ข้างหลัง ^[16]มักใช้ปรอทในการขุดเพื่อสกัดโลหะมีค่าเช่นทองคำและเงินจากแร่ของมัน ^[17]

โลหะผสมมีค่า

Electrumซึ่งเป็นโลหะผสมจากเงินและทองตามธรรมชาติมักใช้ในการทำเหรียญ

อารยธรรมโบราณหลายแห่งผสมโลหะเพื่อความสวยงามอย่างแท้จริง ในอียิปต์โบราณและไมซีนีทองคำมักถูกผสมกับทองแดงเพื่อผลิตทองแดงหรือเหล็กเพื่อผลิตทองเบอร์กันดีที่สดใส ทองก็มักจะพบผสมกับเงินหรือโลหะอื่น ๆ ในการผลิตประเภทต่างๆของทองสี โลหะเหล่านี้ยังถูกนำมาใช้เพื่อเสริมสร้างซึ่งกันและกันเพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติมากขึ้น ทองแดงมักถูกเติมลงในเงินเพื่อทำเงินสเตอร์ลิงเพิ่มความแข็งแรงสำหรับใช้ในจานเครื่องเงินและสิ่งของอื่น ๆ ที่ใช้งานได้จริง บ่อยครั้งที่โลหะมีค่าถูกผสมด้วยสารที่มีคุณค่าน้อยเพื่อหลอกลวงผู้ซื้อ ^[18]ประมาณ 250 ปีก่อนคริสตกาลอาร์คิมีดีสได้รับมอบหมายจากกษัตริย์แห่งซีราคิวส์ให้หาวิธีตรวจสอบความบริสุทธิ์ของทองคำในมงกุฎ เมื่อค้นพบหลักการของอาร์คิมิดีส ^[19]

พิวเตอร์

คำว่าดีบุกผสมตะกั่วครอบคลุมโลหะผสมหลายชนิดซึ่งประกอบด้วยดีบุกเป็นหลัก ในฐานะที่เป็นโลหะบริสุทธิ์ดีบุกจึงอ่อนเกินไปที่จะใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตามในช่วงยุคสำริดดีบุกเป็นโลหะที่หายากในหลายพื้นที่ของยุโรปและเมดิเตอร์เรเนียนดังนั้นจึงมักมีมูลค่าสูงกว่าทองคำ ในการทำเครื่องประดับมีดหรือวัตถุอื่น ๆ จากดีบุกคนงานมักจะผสมกับโลหะอื่นเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความแข็ง โลหะเหล่านี้ถูกมักจะนำไปสู่ , พลวง , บิสมัทหรือทองแดง บางครั้งตัวละลายเหล่านี้ถูกเพิ่มทีละรายการในปริมาณที่แตกต่างกันหรือเพิ่มเข้าด้วยกันทำให้เป็นวัตถุที่หลากหลายตั้งแต่ของที่ใช้งานได้จริงเช่นจานเครื่องมือผ่าตัดเชิงเทียนหรือช่องทางไปจนถึงของตกแต่งเช่นห่วงหูและกิ๊บติดผม

ตัวอย่างแรกสุดของดีบุกผสมตะกั่วมาจากอียิปต์โบราณประมาณ 1450 ปีก่อนคริสตกาล การใช้พิวเตอร์แพร่หลายไปทั่วยุโรปตั้งแต่ฝรั่งเศสจนถึงนอร์เวย์และอังกฤษ (ซึ่งส่วนใหญ่ขุดแร่ดีบุกโบราณ) ไปยังตะวันออกใกล้ ^[20]โลหะผสมนั้นยังใช้ในประเทศจีนและตะวันออกไกลถึงในญี่ปุ่นประมาณ 800 AD ที่มันถูกใช้สำหรับการทำวัตถุเช่นเรือพระราชพิธี, ถังน้ำชาหรือ chalices ใช้ในชินโตศาลเพียงตา ^[21]

เหล็กและเหล็กหมู

พุดดิ้งในประเทศจีนประมาณปี 1637 ตรงข้ามกับกระบวนการผสมส่วนใหญ่เหล็กหมูเหลวจะถูกเทจากเตาหลอมลงในภาชนะและกวนเพื่อขจัดคาร์บอนซึ่งฟุ้งกระจายไปในอากาศกลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทิ้ง เหล็กอ่อนไปยังเหล็กดัด

การถลุงเหล็กครั้งแรกที่เป็นที่รู้จักเริ่มขึ้นในอนาโตเลียประมาณ 1800 ปีก่อนคริสตกาล เรียกว่ากระบวนการ bloomeryมันผลิตนุ่มมาก แต่ดัด เหล็กดัด เมื่อ 800 ปีก่อนคริสตกาลเทคโนโลยีการทำเหล็กได้แพร่กระจายไปยังยุโรปโดยมาถึงญี่ปุ่นราว ๆ ค.ศ. 700 เหล็กหมูซึ่งเป็นโลหะผสมเหล็กและคาร์บอนที่แข็งมาก แต่เปราะถูกผลิตในประเทศจีนเมื่อประมาณ 1200 ปีก่อนคริสตกาล แต่ยังไม่มาถึงยุโรปจนถึงยุคกลาง เหล็กหมูมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าเหล็กและถูกนำมาใช้สำหรับการทำเหล็กหล่อ อย่างไรก็ตามโลหะเหล่านี้พบว่ามีการใช้งานจริงเพียงเล็กน้อยจนกระทั่งมีการนำเหล็กกล้าเบ้าหลอมมาใช้เมื่อประมาณ 300 ปีก่อนคริสตกาล เหล็กเหล่านี้มีคุณภาพไม่ดีและการเริ่มต้นของการเชื่อมรูปแบบในราวคริสต์ศตวรรษที่ 1 พยายามที่จะสร้างความสมดุลให้กับคุณสมบัติที่รุนแรงของโลหะผสมโดยการเคลือบเพื่อสร้างโลหะที่แข็งขึ้น ประมาณ ค.ศ. 700 ชาวญี่ปุ่นเริ่มพับเหล็กบลูเมอรี่และเหล็กหล่อเป็นชั้น ๆ เพื่อเพิ่มความแข็งแรงของดาบโดยใช้ดินเหนียวเพื่อขจัดตะกรันและสิ่งสกปรก วิธีการทำดาบของญี่ปุ่นนี้ได้ผลิตโลหะผสมเหล็กที่บริสุทธิ์ที่สุดชนิดหนึ่งในโลกยุคโบราณ ^[14]

ในขณะที่การใช้เหล็กเริ่มแพร่หลายมากขึ้นเมื่อประมาณ 1200 ปีก่อนคริสตกาลส่วนใหญ่เป็นเพราะการหยุดชะงักของเส้นทางการค้าสำหรับดีบุกโลหะนั้นอ่อนนุ่มกว่าทองสัมฤทธิ์มาก อย่างไรก็ตามเหล็กจำนวนน้อยมาก(โลหะผสมของเหล็กและคาร์บอนประมาณ 1%) เป็นผลพลอยได้จากกระบวนการบลูมเมอรี่เสมอ ความสามารถในการปรับเปลี่ยนความแข็งของเหล็กโดยการอบชุบเป็นที่ทราบกันดีตั้งแต่ 1100 ปีก่อนคริสตกาลและวัสดุหายากนั้นมีมูลค่าสำหรับการผลิตเครื่องมือและอาวุธ เนื่องจากคนสมัยก่อนไม่สามารถผลิตอุณหภูมิสูงพอที่จะหลอมเหล็กได้เต็มที่การผลิตเหล็กในปริมาณที่เหมาะสมจึงไม่เกิดขึ้นจนกว่าจะมีการนำเหล็กพุพองมาใช้ในช่วงยุคกลาง วิธีนี้นำคาร์บอนมาใช้โดยการให้ความร้อนกับเหล็กดัดในถ่านเป็นเวลานาน แต่การดูดซับคาร์บอนในลักษณะนี้จะช้ามากทำให้การซึมผ่านไม่ลึกมากดังนั้นโลหะผสมจึงไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ในปี 1740 เบนจามินฮันท์สแมนได้เริ่มหลอมเหล็กในเบ้าหลอมเพื่อให้ได้ปริมาณคาร์บอนออกมาโดยสร้างกระบวนการแรกสำหรับการผลิตเหล็กกล้าเครื่องมือจำนวนมาก กระบวนการของ Huntsman ใช้สำหรับการผลิตเหล็กกล้าเครื่องมือจนถึงต้นทศวรรษ 1900 ^[22]

การเปิดตัวเตาหลอมเหล็กในยุโรปในยุคกลางหมายความว่าผู้คนสามารถผลิตเหล็กหมูได้ในปริมาณที่สูงกว่าเหล็กดัด เนื่องจากเหล็กหมูสามารถละลายได้ผู้คนจึงเริ่มพัฒนากระบวนการเพื่อลดคาร์บอนในเหล็กหมูเหลวเพื่อสร้างเหล็ก puddlingได้ถูกนำมาใช้ในประเทศจีนตั้งแต่ศตวรรษแรกและเป็นที่รู้จักในยุโรปในช่วงยุค 1700 ที่เหล็กหลอมเหลวถูกกวนในขณะที่สัมผัสกับอากาศที่จะเอาคาร์บอนโดยการเกิดออกซิเดชัน ในปีพ. ศ. 2401 Henry Bessemer ได้พัฒนากระบวนการผลิตเหล็กโดยเป่าลมร้อนผ่านเหล็กหมูเหลวเพื่อลดปริมาณคาร์บอน กระบวนการ Bessemerนำไปสู่การผลิตขนาดใหญ่ครั้งแรกของเหล็ก ^[22]

โลหะผสมเหล็ก

เหล็กเป็นโลหะผสมเหล็กและคาร์บอน แต่ระยะเหล็กโลหะผสมมักจะหมายถึงเหล็กที่มีองค์ประกอบอื่น ๆ เช่นวานาเดียม , โมลิบดีนัมหรือโคบอลต์ -in ปริมาณที่เพียงพอที่จะปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของเหล็กฐาน ตั้งแต่สมัยโบราณเมื่อเหล็กถูกใช้เป็นหลักสำหรับเครื่องมือและอาวุธวิธีการผลิตและการทำงานของโลหะมักจะได้รับการดูแลเป็นความลับอย่างใกล้ชิด แม้ไม่นานหลังจากยุคแห่งเหตุผลอุตสาหกรรมเหล็กมีการแข่งขันสูงและผู้ผลิตต้องใช้ความพยายามอย่างมากในการรักษากระบวนการของตนให้เป็นความลับต่อต้านความพยายามใด ๆ ในการวิเคราะห์วัสดุทางวิทยาศาสตร์เพราะกลัวว่าจะเปิดเผยวิธีการของพวกเขา ตัวอย่างเช่นคนของเชฟฟิลด์ซึ่งเป็นศูนย์กลางของการผลิตเหล็กในประเทศอังกฤษเป็นที่รู้จักกันเป็นประจำผู้เข้าชมบาร์และนักท่องเที่ยวที่เข้ามาในเมืองเพื่อยับยั้งการจารกรรมทางอุตสาหกรรม ดังนั้นจึงแทบไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับโลหะวิทยาเกี่ยวกับเหล็กเลยจนถึงปี 1860 เนื่องจากความไม่เข้าใจนี้โดยทั่วไปเหล็กจึงไม่ถือว่าเป็นโลหะผสมจนกระทั่งในช่วงหลายทศวรรษระหว่างปี 1930 ถึง 1970 (สาเหตุหลักมาจากผลงานของนักวิทยาศาสตร์เช่นWilliam Chandler Roberts-Austen , Adolf MartensและEdgar Bain ) ดังนั้น "โลหะผสมเหล็ก" จึงกลายเป็นคำที่ได้รับความนิยมสำหรับโลหะผสมเหล็กเทอร์นารีและควอเทอร์นารี ^{[23] [24]}

หลังจากที่เบนจามินฮันท์สแมนได้พัฒนาเบ้าหลอมเหล็กในปี 1740 เขาก็เริ่มทดลองเพิ่มธาตุเช่นแมงกานีส (ในรูปของเหล็กแมงกานีสสูงที่เรียกว่าสปีเกไลเซน ) ซึ่งช่วยกำจัดสิ่งเจือปนเช่นฟอสฟอรัสและออกซิเจน กระบวนการที่ Bessemer นำมาใช้และยังคงใช้ในเหล็กกล้าสมัยใหม่ (แม้ว่าจะมีความเข้มข้นต่ำพอที่จะถือว่าเป็นเหล็กกล้าคาร์บอน) ^[25]หลังจากนั้นหลายคนเริ่มทดลองใช้โลหะผสมเหล็กหลายชนิดโดยไม่ประสบความสำเร็จมากนัก อย่างไรก็ตามในปีพ. ศ. 2425 Robert Hadfieldซึ่งเป็นผู้บุกเบิกด้านโลหะวิทยาได้ให้ความสนใจและผลิตโลหะผสมเหล็กที่มีแมงกานีสประมาณ 12% เรียกว่าแมงกัลลอยมีความแข็งและความเหนียวมากจนกลายเป็นโลหะผสมเหล็กชนิดแรกที่สามารถใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์ ^[26]หลังจากนั้นเขาได้สร้างเหล็กซิลิกอนเริ่มค้นหาโลหะผสมอื่น ๆ ที่เป็นไปได้ของเหล็ก ^[27]

Robert Forester Mushetพบว่าการเพิ่มทังสเตนลงในเหล็กอาจทำให้เกิดขอบที่แข็งมากซึ่งจะต้านทานการสูญเสียความแข็งที่อุณหภูมิสูง “ เหล็กกล้าพิเศษของอาร์. มูเชต์” (RMS) กลายเป็นเหล็กกล้าความเร็วสูงชนิดแรก ^[28]เหล็กของ Mushet ถูกแทนที่อย่างรวดเร็วด้วยเหล็กทังสเตนคาร์ไบด์ซึ่งพัฒนาโดย Taylor and White ในปี 1900 ซึ่งพวกเขาเพิ่มปริมาณทังสเตนเป็นสองเท่าและเพิ่มโครเมียมและวาเนเดียมในปริมาณเล็กน้อยทำให้เป็นเหล็กที่เหนือกว่าสำหรับใช้ในเครื่องกลึงและเครื่องมือตัดเฉือน ในปี 1903 พี่น้องตระกูลไรท์ใช้เหล็กโครเมียม - นิกเกิลเพื่อทำเพลาข้อเหวี่ยงสำหรับเครื่องยนต์เครื่องบินของพวกเขาในขณะที่ในปี 1908 Henry Fordเริ่มใช้เหล็กวานาเดียมสำหรับชิ้นส่วนต่างๆเช่นเพลาข้อเหวี่ยงและวาล์วในModel T Fordของเขาเนื่องจากมีความแข็งแรงและความต้านทานสูง อุณหภูมิ. ^[29]ในปีพ. ศ. 2455 บริษัท Krupp Ironworks ในเยอรมนีได้พัฒนาเหล็กกล้าที่ทนต่อสนิมโดยการเพิ่มโครเมียม 21% และนิกเกิล 7% ซึ่งผลิตเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดแรก ^[30]

อลูมิเนียมและโลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็กอื่น ๆ

โลหะผสมที่ไม่ใช่เหล็กไม่มีธาตุเหล็กในปริมาณที่เห็นได้ชัด โลหะผสมทองแดงและทองเหลืองชนิดแรกถูกนำมาใช้เป็นเวลาหลายพันปีพร้อมกับโลหะผสมตะกั่วพิวเตอร์และอื่น ๆ แต่ทั้งหมดนี้ทำจากโลหะที่ค่อนข้างไม่ทำปฏิกิริยาและสามารถหลอมได้เมื่อใช้เปลวไฟ ในศตวรรษที่ 18 Antoine Lavoisier ได้ช่วยสร้างทฤษฎีการเผาไหม้ของออกซิเจนแทนที่ทฤษฎี phlogiston ที่เลิกใช้แล้วซึ่งปกครองมาตั้งแต่ปลายยุคกลาง ทฤษฎีออกซิเจนช่วยอธิบายปรากฏการณ์ของสิ่งต่างๆเช่นการเกิดออกซิเดชันของโลหะได้อย่างถูกต้อง(เช่นสนิม) และการที่แร่หินเปลี่ยนเป็นโลหะเมื่อถูกความร้อน Lavoisier ทำนายว่าดินเกลือและด่างจำนวนมากเช่นในสารส้มซึ่งเป็นเกลือที่ใช้มาตั้งแต่สมัยโบราณมีฐานโลหะที่มีปฏิกิริยากับออกซิเจนมากเกินกว่าที่จะหลอมด้วยวิธีการปกติ ในที่สุดผลงานของเขาก็นำไปสู่ตารางธาตุซึ่งช่วยยืนยันการมีอยู่ของ "โลหะที่หายไป" เหล่านี้

เนื่องจากมีความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาสูงโลหะส่วนใหญ่จึงไม่ถูกค้นพบจนกระทั่งศตวรรษที่ 19 วิธีการสำหรับการแยกอลูมิเนียมจากอะลูมิเนียมถูกเสนอโดยHumphry Davyใน 1807 โดยใช้อาร์คไฟฟ้า แม้ว่าความพยายามของเขาจะไม่ประสบความสำเร็จ แต่ในปีพ. ศ. 2398 ยอดขายอลูมิเนียมบริสุทธิ์เป็นครั้งแรกในตลาด อย่างไรก็ตามเนื่องจากโลหะวิทยาสกัดยังอยู่ในช่วงวัยเด็กกระบวนการสกัดอะลูมิเนียมส่วนใหญ่ผลิตโลหะผสมโดยไม่ได้ตั้งใจที่ปนเปื้อนกับองค์ประกอบอื่น ๆ ที่พบในแร่ ที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดคือทองแดง โลหะผสมอลูมิเนียม - ทองแดงเหล่านี้ (ในเวลานั้นเรียกว่า "อลูมิเนียมบรอนซ์") นำหน้าอลูมิเนียมบริสุทธิ์โดยให้ความแข็งแรงและความแข็งมากกว่าโลหะที่อ่อนนุ่มบริสุทธิ์และในระดับเล็กน้อยพบว่าสามารถรักษาความร้อนได้ ^[31]อย่างไรก็ตามเนื่องจากความนุ่มนวลและความสามารถในการชุบแข็งที่ จำกัด โลหะผสมเหล่านี้พบว่ามีการใช้งานจริงเพียงเล็กน้อยและมีความแปลกใหม่มากขึ้นจนกระทั่งพี่น้องตระกูลไรท์ใช้โลหะผสมอลูมิเนียมเพื่อสร้างเครื่องยนต์เครื่องบินลำแรกในปี พ.ศ. 2446 ^[32]ในช่วงเวลาระหว่าง 1865 และ 1910 กระบวนการสำหรับการสกัดโลหะอื่น ๆ อีกมากมายที่ถูกค้นพบเช่นโครเมียมวานาเดียมทังสเตนอิริเดียม , โคบอลต์และโมลิบดีนัมและโลหะผสมต่าง ๆ ได้รับการพัฒนา ^[33]

ก่อนปีพ. ศ. 2453 งานวิจัยส่วนใหญ่ประกอบด้วยเอกชนที่ทำการซ่อมแซมในห้องปฏิบัติการของตนเอง อย่างไรก็ตามในขณะที่อุตสาหกรรมเครื่องบินและยานยนต์เริ่มเติบโตขึ้นการวิจัยเกี่ยวกับโลหะผสมได้กลายเป็นความพยายามทางอุตสาหกรรมในช่วงหลายปีถัดจากปีพ. ศ. 2453 เนื่องจากโลหะผสมแมกนีเซียมใหม่ได้รับการพัฒนาสำหรับลูกสูบและล้อในรถยนต์และโลหะหม้อสำหรับคันโยกและลูกบิดและโลหะผสมอลูมิเนียมที่พัฒนาขึ้นสำหรับเฟรมเครื่องบินและสกินเครื่องบินถูกนำไปใช้ ^[34]

โลหะผสมที่แข็งตัวของหยาดน้ำฟ้า

ในปี 1906, การเร่งรัดแข็งผสมถูกค้นพบโดยอัลเฟรด Wilm ยุแข็งผสมเช่นบางโลหะผสมอลูมิเนียม , ไททาเนียมและทองแดงเป็นโลหะผสมความร้อนเยียวยาที่อ่อนตัวลงเมื่อดับ (ระบายความร้อนได้อย่างรวดเร็ว) แล้วแข็งเมื่อเวลาผ่านไป วิล์มได้ค้นหาวิธีการชุบแข็งโลหะผสมอะลูมิเนียมเพื่อใช้ในตลับกระสุนปืนกล เมื่อทราบว่าโลหะผสมอลูมิเนียม - ทองแดงสามารถรักษาความร้อนได้ในระดับหนึ่ง Wilm จึงพยายามดับโลหะผสมอลูมิเนียมทองแดงและการเติมแมกนีเซียมแต่ในตอนแรกรู้สึกผิดหวังกับผลลัพธ์ อย่างไรก็ตามเมื่อ Wilm ทำการทดสอบอีกครั้งในวันรุ่งขึ้นเขาพบว่าโลหะผสมมีความแข็งเพิ่มขึ้นเมื่อปล่อยให้อายุที่อุณหภูมิห้องและเกินความคาดหมายของเขามาก แม้ว่าจะเป็นคำอธิบายสำหรับปรากฏการณ์ที่ไม่ได้ระบุไว้จนกว่า 1919 duraluminเป็นหนึ่งในครั้งแรก "อายุแข็ง" ผสมใช้เป็นวัสดุก่อสร้างหลักสำหรับครั้งแรกที่เรือเหาะและตามมาเร็ว ๆ นี้โดยการอื่น ๆ อีกมากมาย ^[35]เพราะพวกเขามักจะแสดงการรวมกันของความแข็งแรงสูงและน้ำหนักต่ำ, โลหะผสมเหล่านี้กลายเป็นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายรูปแบบของอุตสาหกรรมรวมทั้งการก่อสร้างที่ทันสมัยเครื่องบิน ^[36]

• การขยายโลหะผสม
• CALPHAD
• ส่วนผสมที่เหมาะสม
• รายชื่อโลหะผสม

• Buchwald, Vagn Fabritius (2005). เหล็กและเหล็กกล้าในสมัยโบราณ Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab ISBN 978-87-7304-308-0.

• โรเบิร์ตส์ - ออสเตน, วิลเลียมแชนด์เลอร์ ; เนวิลล์ฟรานซิสเฮนรี (2454) "โลหะผสม"  . สารานุกรมบริแทนนิกา (ฉบับที่ 11).
• "โลหะผสม"  . อเมริกันสารานุกรม พ.ศ. 2422.