فلزات نقشی حیاتی در زندگی انسان بازی می‌کند. مثلاً فلزاتی مانند مس، آهن و روی در عملکرد درست اجزای بدن نقش دارند و یا فلزاتی مانند آهن، نیکل، مس، سیلیکون و … در سیستم‌های الکترونیکی و صنعتی به کار رفته و از الزامات مهم برای ادامه حیات زندگی صنعتی ما می‌باشند و بدون آنها چرخ تمامی صنایع متوقف می‌شود. در ادامه این مقاله مهمترین و پرکاربردترین فلزات صنعتی معرفی و بررسی خواهد شد.
فلزات به کار رفته در تجهیزات صنعتی بسیار متنوع هستند، اما از مهمترین آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
مونل، استنلس استیل، برنج، چدن، آلومینیوم، فولاد، اینکونل، هستالوی
مونل
مونل از سری آلیاژهای نیکل بوده که ۵۲ تا ۶۷ درصد آن از عنصر نیکل ساخته شده است. از دیگر مواد به کار رفته در ساخت این آلیاژ عبارتند از: مس، منگنز، آهن، کربن، سیلیکون
از مزایای مهم مونل گرم و سرد شدن و ماشین کاری و جوشکاری آسان است. این ماده به علت مقاومت بسیار خوب در فرآیندهای شیمیایی و هیدروکربن‌دار، نمک، محلول‌های با دمای بالا و قابلیت جوش پذیری، معمولاً در ساخت مخازن گازوئیل، تجهیزات دریایی، پمپ‌ها ، شیرها و سیستم لوله کشی به کار برده می شود.
استنلس استیل
کلمه استنلس یا ضدزنگ اولین بار برای فولادهایی که در ساخت کارد و چنگال به کار رفتند، استفاده شد. اما امروزه از کلمه استنلس برای توصیف انواع فولاد و رده بندی‌های مقاوم در برابر خوردگی یا اکسیداسیون استفاده می‌شود.
فلز استنلس استیل از آلیاژ فولاد به همراه حداقل ۱1.5 درصد کروم تشکیل شده است. البته در هنگام ساخت استنلس استیل از مواد دیگری برای تقویت ساختار و ویژگی هایی مانند شکل پذیری آن استفاده می شود، از جمله: نیکل، مولیبدن، تیتانیوم، مس، کربن، نیتروژن
استنلس استیل انواع مختلفی دارد که با توجه به درصد به کار رفته از هر یک از عناصر آلیاژی فوق مشخص می‌شود. در هنگام انتخاب گرید استنلس استیل باید مقدار خوردگی سیال عبوری و شرایط محیطی فرآیند را مشخص نمود. از کاربردهای رایج استنلس استیل می توان به موارد زیر اشاره کرد:
صنایع شیمیایی و پتروشیمی، تجهیزات به کار رفته در سیستم‌های دریایی، تجهیزات داروسازی و صنایع غذایی، سیستم‌های ماشین سازی و بسیاری از موارد دیگر
از آلیاژهای شناخته شده‌تر استنلس استیل ۳۱۶، ۳۱۶ کم کربن و ۳۰۴ و 304 کم کربن را می‌توان نام برد.
آلیاژ برنج
برنج آلیاژی است که از روی و مس ساخته می شود. نسبت مس و روی به کار رفته در ساخت برنج متنوع است، اما معمولاً برنج از ۶۷ درصد مس و ۳۳ درصد روی تشکیل شده است. مقدار مس می‌تواند از ۵۵ تا ۹۵ درصد و مقدار روی از ۵ تا ۴۵ درصد متغیر باشد.
به آلیاژ برنج معمولاً فلز سرب با غلظت حدوداً ۲ درصد نیز افزوده می شود. سرب باعث افزایش قابلیت ماشین کاری برنج می‌شود. از کاربردهای رایج آلیاژ برنج می‌توان موارد زیر را نام برد:
سازهای موسیقی، رادیاتورها، تجهیزات ساختمانی، لوله و اتصالات، وسایل تزئینی، پیچ و …
از مزایای مهم برنج می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• قابلیت انعطاف پذیری بالا در مقایسه با برنز و یا روی
• آکوستیک مطلوب و مناسب برای استفاده در سازهای موسیقی
• اصطکاک کم
• نقطه ذوب نسبتا کم
• انتقال خوب گرما
• مقاوم در برابر خوردگی سیال‌هایی مانند آب نمک
• ریخته گری آسان
• فاقد خاصیت فرومغناطیسی
• قیمت ارزان تر نسبت به متریال‌هایی مانند استیل
چدن
چدن از سری آلیاژهای آهن و کربن بوده که مقدار کربن آن بیش از ۲ درصد است. مزیت فلز چدن دمای ذوب نسبتاً کم آن می باشد. آلیاژ چدن به ۴ دسته کلی تقسیم بندی می شود:
چدن سفید: این چدن سخت اما شکننده است. ذرات به کار رفته در ساختار چدن سفید بزرگ بوده که باعث افزایش سختی آن می‌شوند. این آلیاژ در برابر سایش مقاوم بوده و قیمت مقرون به صرفه‌ای دارد.
چدن خاکستری: متنوع‌ترین و پرمصرف‌ترین نوع چدن، چدن خاکستری است. کربن به کار رفته در این چدن باعث تشکیل تکه‌های گرافیتی در آن می شود که در صورت شکستن چدن مانع از خروج مایع می‌شوند. گرافیت باعث کاهش الاستیسیته و استحکام کششی می‌شود ولی در مقابل باعث ایجاد امکان ماشینکاری بسیار عالی، ویژگی‌های میرایی و موارد بسیار دیگری در کاربردهای صنعتی می‌شود.
چدن مالیبل (چکش خور): چدن مالیبل همان آهن سفید است که کاربید آن با تصفیه حرارتی به گرافیت تبدیل شده است. این چدن خواص متفاوتی با دو نوع قبلی دارد و خواصش مشابه با استیل کم کربن است.
چدن نشکن: در این نوع مقدار کمی منیزیم به ساختار مذاب چدن اضافه می‌شود که باعث تغییر ساختار گرافیتی آن می‌شود. مینزیم با اکسیژن و گوگرد موجود در آهن مذاب واکنش می دهد و گرافیت کره ای ایجاد می‌کند. این مدل چدن مانند چدن مالیبل انعطاف پذیر بوده و می‌توان آن را در اندازه و ضخامت‌های مختلف ریخته‌گری کرد.
آلومینیوم
آلومینیوم سومین عنصر فراوان روی زمین است و از آن در صنایع مختلفی استفاده می شود. از مزایای مهم این فلز می توان به موارد زیر اشاره کرد:
استحکام، وزن سبک، بادوام، مقاوم در برابر خوردگی، نشکن، چکش خور، بدون بو، رسانا، غیرقابل احتراق
آلومینیوم ۱۰۰ درصد قابل بازیافت است بدون اینکه خواص طبیعی خود را از دست بدهد. آلومینیوم از فلزات صنعتی بوده که به دلیل ویژگی های خاصش در صنایع مختلفی می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. از کاربردهای رایج فلز آلومینیوم می‌توان موارد زیر را نام برد:
کابل‌های برق، لپ تاپ و گوشی‌های هوشمند، انواع وسایل خانه، تجهیزات اداری، انواع شیرهای صنعتی و خانگی، انواع ماشین و سیستم حمل و نقل
فولاد
فولاد یا استیل، آلیاژی از آهن و کربن است که حاوی کمتر از ۲ درصد کربن و ۱ درصد منگنر، مقدار کمی سیلیسیم، فسفر، گوگرد و اکسیژن می باشد.
فولاد یکی از مهمترین فلزات صنعتی جهان بوده که در سیستم های مهندسی، صنایع و موارد بسیاری دیگر کاربرد دارد. در واقع فولاد در تمامی جنبه‌های زندگی ما کاربرد دارد.
فولاد بیش از ۳۵۰۰ گرید مختلف دارد که هر کدام از آنها خواص فیزیکی، شیمیایی و محیطی متفاوتی دارند. این فلز خواص مغناطیسی منحصر به فردی دارد که باعث می‌شود به راحتی بتوان آن را چندین و چندین مرتبه بدون تغییر در خصوصیات فیزیکی بازیافت نمود.
بر اساس ترکیبات شیمیایی فولاد به چهار دسته کلی تقسیم بندی می شود:
کربن استیل، استیل آلیاژی، استنلس استیل، فولاد ابزار
از فولاد در موارد زیر استفاده می شود:
ساختمان سازی و تجهیزات زیرساخت، تجهیزات مکانیکی، صنایع خودروسازی، محصولات فلزی، سیستم حمل و نقل، لوازم خانگی، تجهیزات برق و…
اینکونل
اینکونل نامی است که برای بیست مدل آلیاژ فلزی مختلف با مقاومت بالا در برابر خوردگی و حرارت بالا به کار می‌رود. تمامی آلیاژهای اینکونل شامل نیکل می باشند که مقاومت بالایی در برابر خوردگی، اکسیداسیون، ترک خوردگی، دمای بالا و… دارند. گاهی به جای اینکونل از کلمه Inco نیز ممکن است استفاده شود. از ویژگی های آلیاژهای اینکونل می‌توان موارد زیر را نام برد:
• مقاومت بالا در برابر اسیدهایی مانند اسید فسفوریک، نیتریک، هیدروکلریک و … و فاقد ترک خوردگی ناشی از کلرید
• خواص مکانیکی عالی در درجه حرارت‌های پایین و بالا
• مقاوم دربرابر اکسیداسیون در دماهای بالا
• مقاوم در برابر خوردگی
کاربردهای اینکونل: فرآیندهای شیمیایی و پتروشیمی، سیستم‌های در معرض تماس با آب دریا، سیستم‌های حفاری نفت، توربین‌های گازی، موتور موشک و هواپیماهای فضایی، تجهیزات کنترل آلودگی، راکتورهای هسته ای
هستالوی
هستالوی ساختاری تقریباً مشابه با اینکونل دارد. هستالوی و اینکونل مقاومت خوبی در دماهای بالا، خوردگی و اکسیداسیون دارند. هستالوی آلیاژی است که از نیکل، کروم، مولیبدن تشکیل شده است. مولیبدن باعث می‌شود تا آلیاژهای مختلف هستالوی در دمای بالا مقاوم و همچنین برای جوشکاری مناسب باشند.
از هستالوی معمولاً در لوله‌ها و شیرآلات به کار رفته در صنایع شیمیایی و پتروشیمی استفاده می‌شود. از دیگر موارد کاربرد هستالوی ساخت راکتورهای هسته‌ای و شیمیایی می باشد. هستالوی در برابر تمامی موارد زیر ساختاری مقاوم داد:
اسید سولفوریک، اسید کلریک، فسفوریک اسید، اسید فرمیک، هیپوکلریت (آب ژاول) ،گاز کلر مرطوب، استیک آنید