سبيكة

السبيكة هي قطعة من مادة نقية نسبيًا، عادةً ما تكون معدنًا ، تُصب في شكل مناسب لمزيد من المعالجة. ^{[ 1 ]} في صناعة الصلب ، تُعدّ السبيكة الخطوة الأولى بين منتجات الصب شبه المصنعة . تتطلب السبائك عادةً عملية تشكيل ثانية، مثل التشكيل على البارد/الساخن، أو القطع، أو الطحن، لإنتاج منتج نهائي مفيد. قد يُشار أيضًا إلى المواد غير المعدنية وشبه الموصلة المُحضّرة بكميات كبيرة باسم السبائك، خاصةً عند صبها باستخدام طرق القوالب. ^{[ 2 ]} يمكن استخدام سبائك المعادن الثمينة كعملة (سواءً تمت معالجتها إلى أشكال أخرى أم لا)، أو كاحتياطي نقدي، كما هو الحال مع سبائك الذهب .

تُصنع السبائك بشكل عام من المعدن، سواء كان نقيًا أو سبيكة، يتم تسخينه إلى ما بعد نقطة انصهاره ويتم صبه في قالب أو كتلة باستخدام طريقة التبريد بالقالب.

وتُعد السبائك متعددة البلورات أو أحادية البلورة حالة خاصة، حيث يتم صنعها عن طريق سحبها من مصهور منصهر.

تُصنع السبائك عن طريق تبريد سائل منصهر (يُعرف باسم المصهور) في قالب. ولصناعة السبائك عدة أهداف.

أولاً، تم تصميم القالب ليتصلب تمامًا ويشكل بنية حبيبية مناسبة مطلوبة للمعالجة اللاحقة، حيث أن البنية التي تتشكل عن طريق تبريد المصهور تتحكم في الخصائص الفيزيائية للمادة.

ثانيًا، صُمم شكل وحجم القالب لتسهيل مناولة السبائك وعمليات المعالجة اللاحقة. وأخيرًا، صُمم القالب لتقليل هدر المعدن المنصهر وتسهيل إخراج السبيكة، حيث أن فقدان المعدن المنصهر أو السبيكة يزيد من تكاليف تصنيع المنتجات النهائية.

تتوفر تصاميم متنوعة للقوالب، يمكن اختيارها بما يتناسب مع الخصائص الفيزيائية للمصهور السائل وعملية التصلب. قد تكون القوالب من الأعلى، أو أفقية، أو من الأسفل إلى الأعلى، وقد تكون ذات جدران مخددة أو مسطحة. يزيد التصميم المخدد من انتقال الحرارة نظرًا لزيادة مساحة التلامس. قد تكون القوالب صلبة "ضخمة"، أو مصبوبة بالرمل (مثل الحديد الزهر)، أو ذات أغلفة مبردة بالماء، وذلك حسب متطلبات انتقال الحرارة. تُصمم قوالب السبائك بشكل مخروطي لمنع تشكل الشقوق نتيجة التبريد غير المتساوي. يحدث تشكل الشقوق أو الفراغات عندما يصاحب تحول المادة من الحالة السائلة إلى الصلبة تغير في الحجم مع ثبات كتلة المادة. قد يؤدي تشكل هذه العيوب في السبيكة إلى جعلها غير صالحة للاستخدام، وقد يتطلب الأمر إعادة صهرها أو إعادة تدويرها أو التخلص منها.

تتحدد البنية الفيزيائية للمادة البلورية إلى حد كبير بطريقة تبريد وترسيب المعدن المنصهر. أثناء عملية الصب، يبرد المعدن الملامس لجدران السبيكة بسرعة، مكونًا إما بنية عمودية أو ربما "منطقة تبريد" من التفرعات متساوية المحاور ، وذلك تبعًا لنوع السائل المبرد ومعدل تبريد القالب. ^{[ 8 ]}

في حالة السبائك المصبوبة من الأعلى، ومع تبريد السائل داخل القالب، تتسبب تأثيرات اختلاف الحجم في انحسار الجزء العلوي من السائل، تاركةً سطحًا منحنيًا في أعلى القالب، قد يتطلب تشكيله لاحقًا من السبيكة. يُنشئ تأثير تبريد القالب جبهة تصلب متقدمة، تتضمن عدة مناطق مرتبطة بها؛ فبالقرب من الجدار توجد منطقة صلبة تمتص الحرارة من المصهور المتصلب، وفي السبائك قد توجد منطقة "شبه سائلة"، وهي ناتجة عن مناطق التوازن بين الطورين الصلب والسائل في مخطط طور السبيكة ، بالإضافة إلى منطقة سائلة. يتحكم معدل تقدم الجبهة في الوقت المتاح لتكوّن التفرعات الشجرية أو النوى في منطقة التصلب. ويمكن التحكم في عرض المنطقة شبه السائلة في السبيكة عن طريق ضبط خصائص نقل الحرارة للقالب أو تعديل تركيبات سبيكة المصهور السائل.

توجد أيضًا طرق الصب المستمر لمعالجة السبائك، حيث يتم تشكيل جبهة تصلب ثابتة من خلال السحب المستمر للمادة الصلبة المبردة، وإضافة سائل منصهر إلى عملية الصب. ^{[ 9 ]}

يتم صب حوالي 70% من سبائك الألومنيوم في الولايات المتحدة باستخدام عملية الصب بالتبريد المباشر ، مما يقلل من التشققات. ويجب التخلص من 5% من السبائك بسبب التشققات الناتجة عن الإجهاد وتشوه الطرف. ^{[ 10 ]}

• 
  سبيكة نحاسية قديمة مصنوعة من جلد الثور من زاكروس، كريت . السبيكة مصممة على شكل جلد حيوان، وهو شكل نموذجي لسبائك النحاس في تلك الحقبة.
• 
  قوالب لعملة "السييس" الصينية ، وهي شكل من أشكال سبائك الفضة أو الذهب التي كانت تستخدم كعملة في ظل الإمبراطورية .
• 
  سبائك الرصاص من بريطانيا الرومانية معروضة في متحف ويلز ومنديب .
• 
  سبيكة حديد خام من نورهيتان، دالارنا ، السويد .

تُعد السبائك المستوية المحدبة من القطع الأثرية المنتشرة على نطاق واسع والتي يتم دراستها لتوفير معلومات عن تاريخ علم المعادن .

• قضبان خام (كتلة)
• السبائك
• سبيكة ذهبية
• سبيكة جلد الثور
• سيسي ، سبائك صينية تقليدية
• سبيكة قصدير
• حفر الرقاقات

• تشالمرز، بروس (1977). مبادئ التصلب . هنتنغتون، نيويورك: شركة روبرت إي. كريجر للنشر. ISBN 0-88275-446-7.
• شلينكر، بي آر (1974). مقدمة للمواد . مطبعة جاكاراندا.

• الوسائط المتعلقة بالسبائك على ويكيميديا ​​كومنز