فرآورده‌هاي عايق‌كاري حرارتي جديد

هدف از عايق‌كاري حرارتي، كاهش گرماي انتقال يافته يا به حداقل رساندن اثرات شيوه‌هاي جداگانه انتقال حرارت است و فرآورده هاي جديد سعي در تحقق بهتر اين هدف دارد چندي پيش دوره‌هاي تخصصي آموزش آشنايي با مصالح ساختماني جديد در مركز تحقيقات ساختمان و مسكن براي گروهي از متخصصان و دست‌اندركاران امر ساختمان برگزار شد.بخشي از اين دوره آموزشي به فرآورده‌هاي عايق‌كاري حرارتي جديد در ساختمان اختصاص داشت كه سهراب ويسه و ناهيد خدابنده در اين دوره‌هاي آموزشي به ارايه اين مباحث و معرفي عايق هاي حرارتي جديد پرداختند. شرح اين مباحث در پي مي آيد. اگر عايق به درستي نصب شود، انتقال گرما كه از طريق جدارهاي ساختمان انجام مي‌شود كاهش مي‌يابد. هدف از عايق‌كاري حرارتي، كاهش گرماي انتقال يافته يا به حداقل رساندن اثرات شيوه‌هاي جداگانه انتقال حرارت است. براي مثال عايق پتويي پشم شيشه يا يك تخته صلب پلي استايرن كه فضاي خالي ديوار دو جداره را پر مي‌كند، انتقال حرارت را با تبديل فضاي خالي به تعداد زيادي فضاهاي هوايي بسيار كوچك كم مي‌كند. فضاهاي هوايي كوچك حركت هوا را كاهش داده و جريان همرفت را به حداقل مي‌رساند تا از توان عايق‌كاري هواي ساكن استفاده شود. به طور كلي اثربخشي يك فرآورده‌ عايق‌كاري حرارتي به نوع مصالح و در نتيجه ضريب هدايت حرارتي، چگالي و ضخامت آن بستگي دارد. اين موارد بايد همراه با ساير مشخصات لازم از جمله شماره استاندارد ويژگي فرآورده‌ مربوط، مقاومت‌هاي مكانيكي و خواص انتقال بخار آب روي برچسب فرآورده‌ عايق‌كاري حرارتي ثبت شود. چند نوع عايق حرارتي تجاري براي دستيابي به مقاومت حرارتي مورد نياز در دسترس است. انواع اصلي عايق‌هاي موجود در كشور پشم شيشه، پشم سنگ، پشم سرباره، پلي استايرن منبسط، فوم پلي يورتان صلب و فرآورده‌هاي پرليت منبسط است. ساير عايق‌هاي رايج در كشورهاي صنعتي عبارتند از: فرآورده‌هاي فوم فنوليك، فرآورده‌هاي پشم و الياف چوب، فرآورده‌هاي پشم و پنبه و فرآورده‌هاي شيشه سلولي. در استاندارد اروپا (EN) براي فرآورده‌هاي عايقكاري زير استاندارد ويژگي جداگانه وجود دارد: فرآورده‌هاي پشم معدني مصنوعي، فرآورده‌هاي پلي استايرن منبسط ساخته شده در كارخانه فرآورده‌هاي فوم پلي استايرن اكسترود شده ساخته شده در كارخانه فرآورده‌هاي فوم پلي يورتان صلب ساخته شده در كارخانه فرآورده‌هاي فوم فنوليك ساخته شده در كارخانه فرآورده‌هاي پشم چوب ساخته شده در كارخانه فرآورده‌هاي پرليت منبسط ساخته شده در كارخانه فرآورده‌هاي الياف چوب ساخته شده در كارخانه فرآورده‌هاي پشم پنبه ساخته شده در كارخانه فرآورده‌هاي شيشه سلولي ساخته شده در كارخانه انواع مصالح و فرآورده‌ عايق حرارتي شرح داده شده در زير به عنوان جايگزين براي انواع متداول آنها مطرح شده است: پشم شيشه جديد بعضي از توليدكنندگان اخيرا فرآورده‌هاي عايقكاري نوار پشم شيشه با چگالي متوسط و زياد توليد مي‌كنند كه مقاومت حرارتي آنها قدري بيشتر از انواع قديمي است. فرآورده‌هاي سنگين‌تر براي قسمت‌هاي عايقكاري با فضاي خالي محدود مورد نظرند. يكي از توليدكنندگان، يك محصول عايق اليافي غيرسنتي را بازاريابي مي‌كند. اين محصول تركيبي از دو نوع شيشه است كه با هم ذوب مي‌شوند. همان طور كه دو ماده در طي توليد سرد مي‌شوند پيچ و تاب‌هاي اتفاقي مواد را به وجود مي‌آورند. اين باعث مي‌شود كه مواد، تحريك پوستي كمتري ايجاد كند. اين محصول نيازي به چسباننده شيميايي براي چسباندن الياف به هم ندارد. همچنين در يك روكش استوانه‌اي پلاستيكي سوراخ‌دار عرضه مي‌شود كه حمل و نقل را آسان مي‌سازد. انواع مختلفي از پشم شيشه فله‌اي نيز وجود دارد كه براي استفاده با دستگاه‌هاي دمنده عايق در نظر گرفته شده‌اند. بعضي توليدكنندگان ادعا مي‌كنند كه مواد بازيافتي بيشتري به كار مي‌برند تا بتوانند در رقابت با توليد‌كنندگان ديگر پيشي گيرند. با اين وجود، همه آنها عملكرد حرارتي مشابهي دارند. يكي از انواع اصلي «در پتو دميده» نام دارد. اين شبيه به نوع سلولزي «اسپري _ تر» است كه در آن ماده با يك چسبنده لاتكس مخلوط مي‌شود، با آب كمي‌ تر مي‌شود تا چسب فعال شود. سپس آن را به داخل فضاي خالي مي‌دمند، آزمايش‌ها نشان داده‌اند كه ديوارهاي عايقكاري شده با سيستم BIB بسيار بهتر از انواع عايق پشم شيشه (مانند عايق‌نواري) پر مي‌شوند. پشم معدني واژه پشم معدني به سه نوع عايق كه از اساس يكسان‌اند، گفته مي‌شود: پشم شيشه يا فايبرگلاس كه از شيشه بازيافتي ساخته مي‌شود پشم سنگ كه از بازالت كه نوعي سنگ آذرين است به دست مي‌آيد و پشم سرباره كه از سرباره ذوب آهن ساخته مي‌شود. بيشتر پشم معدني توليد شده در ايالات متحده پشم سرباره است. اكثر پشم‌هاي معدني شكننده و سست هستند. پشم معدني نيازي به استفاده از مواد شيميايي اضافي براي آن كه در برابر آتش مقاوم شود، ندارد. اخيرا يك شركت كانادايي شروع به توليد يك محصول معدني نوع نواري نرم‌تر كرده است. اين محصول سنگين‌تر است و با استاندارد ديوار دو جداره مطابقت بيشتري دارد. اتلاف حرارتي همرفت هوا در آن تا حدي كمتر از فرآورده‌هاي نواري پشم شيشه متداول است. مقاومت حرارتي آن با عايق سلولزي اسپري شده يا نوارهاي پشم شيشه با چگالي زياد قابل مقايسه است. فوم سيماني ايركرته يك عايق سيماني (بر پايه سيماني) سيليكات منيزيم است كه به صورت فوم در مي‌آيد و به داخل فضاهاي خالي بسته پمپ مي‌شود. غلظت اوليه فوم مشابه كرم ريش تراشي و پس از عمل‌آوري شبيه به پودينگ پرمايه است. به آساني توسط آب آسيب مي‌بيند چون از مواد استخراج شده از آب دريا ساخته شده است. غيرسمي است و نمي‌سوزد. قيمت آن نزديك به فوم پلي يورتان است. الياف پلاستيكي عايق الياف پلاستيكي عمدتا از بطري‌هاي پلاستيكي شير بازيافت شده (پلي اتيلن تترافتالات يا PET) ساخته مي‌شود. سپس الياف به صورت عايق نواري شبيه به پشم شيشه با چگالي زياد شكل داده و بعد طي عملياتي كندسوز مي‌شوند. عايق الياف پلاستيكي نسبتا غيرمحرك است و به سادگي نمي‌سوزد. با اين وجود وقتي در معرض آتش قرار مي‌گيرد، ذوب مي‌شود. همچنين بنا بر گزارش‌ها با ابزار متداول كارگاهي، كار كردن و برش اين نوع نوارها مشكل است. عايق فوم شونده در محل اين محصولات داراي چسباننده فوم بر پايه لاتكس هستند كه يك ماده عايق (مانند پشم شيشه)‌ را به داخل يك فضاي خالي منتقل مي‌كند. پس از آن كه حباب‌هاي فوم از بني رفت، به جاي خود فضاهاي خالي محبوس با توزيع يكنواخت باقي مي‌گذارد كه خاصيت عايق حرارتي مجموعه بدون تغيير مي‌ماند. آن را براي فضاهاي خالي بسته در ساختمان‌ها استفاده مي‌كنند. پشم شيشه، پشم سنگ، پشم سرباره و سلولز براي اين كار، مصرف مي‌شود. پنل‌هاي عايقكاري سازه‌اي (SIP) پنل‌هاي عايقكاري سازه‌اي اغلب شامل يك هسته تخته فوم است كه از يك يا دو طرف با تخته چندلا، تخته سيم بافته يا تخته گچي (دراي وال) پوشانده مي‌شود. عايق معمولا پلي استايرن يا ايزوسيانورات است اما گاهي كامپوزيت‌هاي فوم _ كاه نيز استفاده مي‌شود. محدوده اندازه پنل‌ها معمولا 2/1×4/2 متر تا 2/1×3 متر است. به دليل مقاومت سازه‌اي، استفاده از SIP‌ نياز به الوار ساختماني را كم مي‌كند و امكان نشت هوا و پل‌هاي حرارتي را به دليل ساختمان قاب استاد كاهش مي‌دهد. همچنين سوار كردن ديوار SIP نسبت به ساير روش‌هاي ساختماني سريع‌تر است. اكثر بررسي‌هاي مقايسه‌اي بين ديوار بنايي و SIP نشان مي‌دهد كه SIP صرفه‌جويي قابل ملاحظه‌اي در مصرف انرژي به همراه دارد. چون اين پنل‌ها انتقال صوت را نيز كاهش مي دهند، بعضي طراحان از آنها براي جداكننده‌هاي داخلي نيز استفاده مي‌كنند. پنل‌هاي SIP‌ در بام نيز استفاده مي‌شود. انواعي از اين پنل‌هاي بام وجود دارد كه داراي كانال‌هاي هوا درست در زير پوشش خارجي براي تهويه بام است. قالب‌هاي بتن عايق (ICF) يك سيستم ICF از تخته‌هاي فوم درهم قفل شونده و گاهي از بلوك‌هاي فوم توخالي تشكيل مي‌شود. قالب‌هاي تخته فوم توسط كلاف‌ها و ميله‌هاي فولادي به صورت قائم و موازي با يكديگر قرار داده مي‌شود. پس از افزودن ميله‌هاي فولادي مسلح كننده مناسب و ريختن بتن، نتيجه، ديوار بتني عايقكاري شده و بسيار مستحكمي است. اين نوع ساخت را مي‌توان از پي تا بام انجام داد. بعضي سازندگان مبتكر بام را نيز با ICF مي‌سازند. به دليل قابليت اشتغال، هر ICF در معرض فضاي داخلي ساختمان بايد با يك ماده مناسب مقاوم در برابر آتش پوشانده شود. اكثر آيين‌نامه‌ها يك تخته گچي نيم اينچي (7/12 ميلي‌متر) را قابل قبول مي‌دانند. نماي خارجي ساختمان را مي‌توان با هر چه كه طراح مطلوب تشخيص دهد، پوشش داد. در ساير سيستم‌ها از تخته عايق صلب در مركز ديوار بتني استفاده مي‌شود. ديوارها در داخل يك قالب روي يك كف تخت ريخته مي‌شوند و پس از عمل آوري آن را با يك جرثقيل بر پا داشته و به محل خود مي‌برند. چون تخته عايق در داخل ديوار قرار دارد، مشكلات ناشي از آتش و هجوم حشرات كاهش مي‌يابد. سيستم‌هاي بلوك عايق معمولا بلوك‌هاي پلي‌استايرن توخالي هستند كه در هم قفل مي شوند تا سيستم ديوار ICF را تشكيل دهند. ميله‌هاي فولادي مسلح كننده اغلب در داخل فضاهاي خالي بلوك استفاده مي‌شوند تا ديوار تقويت شود. يكي از معايب ICF‌ آن است كه فاصله بين فوم و بتن، دسترسي آسان براي حشرات و آب زيرزميني براي ورود به ساختمان ايجاد مي‌كنند براي به حداقل رساندن اين مشكلات، بعضي توليدكنندگان قالب‌هاي بهسازي شده با حشره‌كش‌ها را مي‌سازند و اغلب روشي براي آب‌بندي بلوك‌هاي فوم اجرا مي‌كنند. بلوك‌هاي بتني عايق بلوك‌هاي بتني عايق با اشكال و تركيب‌هاي متفاوتي ساخته مي شوند. واحدهاي بنايي بتني بهتر، سطح شبكه اتصال دهنده را تا حد امكان كاهش مي‌دهند. هسته‌ها با عايق به صورت‌هاي در جا ريخته، دميده يا فوم شده در محل پر مي‌شوند، مگر براي آن سوراخ‌هايي كه لازم است در آنها فولاد مسلح‌كننده سازه‌اي و بتن پركننده قرار گيرد. اين امر ميانگين مقاومت حرارتي ديوار را بالا مي‌برد. بعضي از توليدكنندگان بلوك دانه‌هاي پلي‌استايرن را با لايه نازكي از بتن پوشش مي‌دهند. بتن كمك مي‌كند كه دانه‌هاي پلي‌استايرن به هم بچسبند در حالي كه يكپارچگي سازه‌اي محدودي به‌وجود مي‌آيد. دانه‌هاي پلي‌استايرن منبسط مخلوط شده با سيمان پرتلند، ماسه و افزودني‌هاي شيميايي، متداول‌ترين گروه تشكيل‌دهنده‌هاست. علاوه بر اين بلوك‌هاي توخالي با مخلوطي از تراشه‌هاي چوب و بتن نيز توليد مي‌شود. آنها را مي‌توان بدون استفاده از ملات روي هم چيد (خشكه چيني). پايداري سازه‌اي توسط بتن پركننده و آرماتور مناسب در سرتاسر ديوار سازه‌اي به دست مي‌آيد. يكي از معايب اين نوع بلوك‌ها آن است كه جز چوب در معرض اثر رطوبت و حشرات است. دو نوع بلوك بنايي بتني اتوكلاوي پيش‌ساخته توپر در ايالات متحده توليد مي‌شود: _ بتن هوادار اتوكلاوي (AAC) _ بتن سلولي اتوكلاوي (ACC) اين گروه از مصالح در ساختمان‌هاي اروپا از اواخر سال‌هاي 1940 متداول بوده است. هوا تا 80 درصد (حجم) مواد را تشكيل مي‌دهد. مقاومت حرارتي اين بلوك‌ها 10 برابر بلوك‌هاي معمولي است. آنها بزرگ، سبك و داراي سطح تختي هستند كه به نظر اسفنج ريزسوراخ سختي مي‌آيد. از ماستيك يا يك ملات نازك براي ساخت ديوار با اين بلوك‌ها استفاده مي‌شود. سپس اغلب يك لايه گچ به عنوان پرداخت به كار مي‌رود. بتن اتوكلاوي به راحتي اره مي‌شود. در آن ميخ فرو مي‌رود و با وسايل معمولي شكل مي‌گيرد. از آنجايي كه اين مصالح به آساني آب جذب مي‌كند، به محافظت در برابر رطوبت نياز دارد. در بتن سلولي اتوكلاوي پيش‌ساخته از خاكستر بادي به جاي ماسه سيليسي استفاده مي‌شود. خاكستر بادي، خاكستر باطله توليد شده ناشي از سوزاندن زغال سنگ در نيروگاه‌هاي برق است. خاكستر بادي ماده‌اي است كه ACC را از AAC متمايز مي‌كند. الياف طبيعي الياف طبيعي مختلفي از نظر خواص عايق‌كاري مورد بررسي قرار گرفته‌اند. انواع قابل توجه شامل پنبه، پشم، كنف و كاه است. عايق حرارتي پنبه‌اي ديگر در ايالات متحده توليد نمي‌شود اما در بعضي مناطق هنوز آن را مي‌توان يافت. عايق بر پايه پنبه شامل پنبه بازيافت شده و الياف پلاستيكي است كه با همان كندسوز كننده و دافع حشرات و جوندگان مورد استفاده در عايق سلولزي بهسازي مي‌شود. عايق پنبه خواص حرارتي مشابه پشم شيشه و عايق سلولزي دارد. بعضي مصرف‌كنندگان حساس به مواد شيميايي احساس مي‌كنند كه استفاده از اين نوع عايق از نظر سلامتي بر ساير انواع برتري دارد. با اين وجود، مطالعات ميداني نشان داده است كه معمولا اين مورد مهم نيست و ساير منابع آلاينده هواي داخل ساختمان اهميت بيشتري نسبت به نوع عايق‌كاري دارند. عايق پشم و كنف در كشورهاي صنعتي غرب مانند آمريكا نسبتا ناشناخته‌اند، اما در بعضي كشورهاي كمتر صنعتي مصرف مي‌شود. هر دو محصول مقاومت حرارتي ساير انواع عايق اليافي را ايجاد مي‌كند. ساخت ساختمان با مكعب‌هاي به هم فشرده كاه، كه در 150 سال پيش در دشت‌هاي بزرگ ايالات متحده رايج بود، اخيرا مورد توجه قرار گرفته است. پنل‌هاي كاه در سال 1930 ميلادي فرآيند به هم پيوند دادن كاه در داخل تخته‌ها بدون چسباننده توسعه يافت. پنل‌ها معمولا داراي ضخامتي بين 5 تا 10 سانتي‌متر هستند و با كاغذ كرافت سنگين روي هر طرف پوشش داده مي‌شود. همچنين پنل‌هاي عايق صوتي موثري براي جداكننده‌هاي داخلي توليد مي‌شود. بعضي توليدكنندگان SIP را با پنل‌هاي چند لايه، كاه فشرده توسعه داده‌اند. فوم‌هاي پليمري فوم جسمي است كه از دو فاز مختلف گاز و جامد تشكيل شده است. در مورد فوم‌هاي پليمري فاز جامد از پليمر ساخته شده است. در يك توده فومي دو نوع فضاي خالي در بخش پليمري مي‌تواند وجود داشته باشد كه آنها را سلول مي‌نامند. از اين‌رو دو نوع سلول شامل باز و بسته در فوم‌ها وجود دارند. در مورد فوم‌هاي سلول باز فاز گاز موجود نيز پيوسته است در حالي كه در فوم‌هاي سلول بسته فاز گاز ناپيوسته است. نوع سلول شديدا خواص مكانيكي و حرارتي فوم‌هاي پليمري را تغيير مي‌دهد. انواع فوم‌هاي پليمري به شرح زير است: فوم پلي‌استايرن فوم پلي‌يورتان فوم فنليك فوم اوره فرمالدئيد فوم پلي وينيل كلرايد ‌ فوم پلي وينيل الكل _ فرمالدئيد فوم اپوكسي فوم‌هاي ديگر از ميان اين فوم‌ها مورد يك تا پنج در عايق‌كاري ساختماني و پانل‌هاي ساندويچي به كار برده شده‌اند. شايان ذكر است كه در پانل‌هاي ساندويچي اغلب فوم‌هاي سخت كه سلول باز هستند به كار برده مي‌شوند. پليمرهايي كه در ساخت اين فوم‌ها استفاده مي‌شوند به دو دسته كلي گرمانرم و گرماساخت تقسيم مي‌شوند. فوم‌هاي پلي‌استايرن و PVC مثال‌هاي مورد اول و فوم‌هاي فنليك، اوره فرمالدئيد و پلي‌يورتال مثال‌هاي مورد دوم هستند. از اين رو بسته به نوع پليمر به كار رفته در فوم ساخته شده نحوه توليد آن متفاوت است. آنچه كه در مورد فوم‌هاي مختلف اهميت دارد نوع پليمر و نوع گازي است كه در سلول‌هاي آن قرار دارند. اين دو عامل ضريب هدايت حرارتي و يا توانايي يك فوم را در ايفاي نقش عايق حرارتي تعيين مي‌كند. پلي‌استايرن منبسط مصالح عايق‌كاري حرارتي فوم پلي‌استايرن صلب، مصالح پلاستيك سلولي صلبي با يك ساختار عمدتا سلول بسته است كه از پلي‌استايرن يا از كوپليمرهايي كه تشكيل‌دهنده اصلي آنها پلي‌استايرن است، ساخته مي‌شود. بنابر روش توليد، تمايزي بين فوم پلي‌استايرن توليد شده با انبساط دانه‌هاي پلي‌استايرن براي تشكيل حبه‌ها (به اختصار فوم منبسط شده EPS) كه پس از آن به هم متصل مي‌شود تا تخته‌ها را تشكيل دهند و فوم پلي‌استايرن فوم شده با اكسترود كردن، (به اختصار فوم اكسترود شده XPS) وجود دارد. فوم پلي‌استايرن به طور وسيعي در عايق حرارتي به كار برده شده است. قيمت آن پايين بوده، در دسترس بوده و به راحتي ساخته مي‌شود، محكم و پايدار بوده و در برابر تخريب مقاوم است. پلي‌استايرن اكسترود شده به صورت تخته در اندازه‌هاي مختلف جهت ساخت ديوار و عايق بام در دسترس است. دانه‌هاي قابل انبساط پلي‌استايرن را نيز مي‌توان به صورت صفحاتي براي نما در ساختمان‌سازي ساخته و به كار برد. در مواردي كه كاربرد عايق حرارتي موردنظر است مقاومت بالا لازم نبوده و پلي‌استايرن منبسط به اندازه كافي مقاومت دارد. فوم پلي‌استايرن را در جرم ويژه‌هاي بسيار پايين نيز مي‌توان توليد كرد ولي كاهش جرم ويژه به افزايش ضريب هدايت حرارتي با كاهش عايق حرارتي و افزايش انتقال بخار آب مي‌انجامد. از اين رو از اين نوع فوم‌هاي بسيار سبك در كاربردهاي بسيار حساس نمي‌توان استفاده كرد. فوم پلي‌يورتان فوم پلي‌يورتان صلب فرآورده يا مصالح عايق‌كاري پلاستيكي سلولي نيمه صلب يا صلب با يك ساختار سلولي اساسا بسته كه بر پايه پلي‌يورتان قرار دارد. مصالح عايق‌كاري فوم پلي‌يورتان صلب (PUR) در حضور كاتاليزورها و مواد دمنده با واكنش شيميايي پلي‌ايزوسيانات‌ها با تركيبات حاوي هيدروژن اسيدي و يا با تريمريزاسيون پلي ايزوسيانات‌ها ساخته مي‌شوند. مزيت‌هاي فوم پلي‌يورتان عبارتند از: هدايت حرارتي كم كه از تمامي مصالح عايق متداول ديگر كمتر است. وزن سبك و استحكام بالا قابليت بسيار زياد در پذيرش تغيير در فرمولاسيون جهت برآورده كردن انتظارات كاربردي چسبندگي قوي به بسياري از مواد نفوذپذيري كم در برابر بخار آب مقاومت حرارتي در دماي بيش از 100 درجه سلسيوس قابليت فوم شوندگي در محل براي پر كردن شكل‌هاي پيچيده فوم سخت پلي‌يورتان در گستره وسيعي از دما به عنوان عايق حرارتي به كار برده شده است. براي مثال، اين نوع فوم در عايق‌كاري ازت مايع در 196- درجه سلسيوس و بخار در 126+ درجه سلسيوس به كار برده شده است. به دلايل ذكر شده در بالا فوم پلي‌يورتان در ساخت عايق پانل ساندويچي سبك به كار برده شده است. فوم انعطاف‌پذير پلي‌يورتان نيز در عايق‌كاري لوله‌ها مي‌تواند به كار برده شود. فوم‌هاي پلي‌يورتان به صورت يك لايه نازك با كارآيي بالا در عايق‌كاري بدنه يخچال‌ها و فريزرها به كار برده مي‌شود. همه عايق‌هاي فوم پلي‌يورتان سلول بسته كه امروزه در كشورهاي صنعتي توليد مي‌شود، با گازي غير از CFC (كلروفلوئور كربن) به عنوان ماده دمنده ساخته مي‌شود. اگرچه اين گازها به خوبي گاز CFC عايق‌كاري را انجام نمي‌دهند، به لايه ازن سياره زمين آسيب كمتري وارد مي‌كنند. چگالي فوم‌هاي ساخته شده معمولا 32 كيلوگرم بر متر مكعب است. فوم‌هاي پلي‌يورتان سلول باز با چگالي كم (8 كيلوگرم بر مترمكعب) نيز وجود دارد. اينها شبيه فوم‌هاي پلي‌يورتان معمولي هستند اما قابليت انعطاف بيشتري دارند. بعضي انواع با چگالي كم از دي‌اكسيدكربن به عنوان ماده دمنده استفاده مي‌كنند. فوم‌هاي كم چگالي به داخل ديوارهاي دو جداره باز اسپري مي‌شوند و به سرعت منبسط مي‌شوند و فضاي خالي را پر از درزبندي مي‌كنند. حداقل يك توليدكننده وجود دارد كه فوم‌هاي آهسته منبسط شونده عرضه مي‌كند. اين نوع براي ساختمان‌هاي موجود كه عايق حرارتي ندارند در نظر گرفته شده است. اين فوم مايع بسيار آهسته منبسط مي‌شود و بنابراين احتمال آسيب رسيدن به ديوار ناشي از انبساط بيش از حد كاهش مي‌يابد. فوم در برابر بخار آب نفوذپذير است،‌ قابل انعطاف بوده و در برابر مكش آب (عمل كردن مانند فتيله) مقاوم است. اين عايق درزبندي هواي خوبي انجام مي‌دهد. هم‌چنين كندسوز است و بعد از برداشتن منبع آتش، شعله پايدار نخواهد بود. استاندارد بريتانيا الزاماتي براي تخته‌هاي لايه‌اي شامل يك هسته فوم پلي‌يورتان صلب كه به دو روكش‌نماي انعطاف‌پذير متصل شده است، ارايه مي‌دهد. اين صفحات براي مصرف در فضاي خالي ديوارهاي توخالي ساختماني سنگين و به عنوان عايق حرارتي زير لايه‌اندود، مناسب است اما براي مصرف در عايق‌كاري سقف و بام توصيه نمي‌شود. به ويژه آنها را نبايد در جاهايي كه در موقع آتش‌سوزي امكان اينكه به طور مستقيم در معرض شعله قرار گيرند، به كار برد. مصرف‌كننده نهايي بايد خود از اينكه ساختمان پايان يافته الزامات كافي مقررات ساختماني مربوط به ويژه در رابطه با خواص آتش را برآورده مي‌سازد، رضايت داشته باشد. فوم اوره فرمالدئيد بر پايه نيتروژن فوم اوره فرمالدئيد (UF) در طي دهه 1970 در ساختمان‌هاي مسكوني استفاده مي‌شد. با اين وجود، پس از چندين شكايت در دادگاه مربوط به مسايل سلامتي به دليل اجراي نادرست از بازار ساختمان‌هاي مسكوني حذف شد و اكنون عمدتا براي ديوارهاي بنايي در ساختمان‌هاي تجاري يا صنعتي استفاده مي‌شود. در اين نوع عايق فومي از هواي فشرده به عنوان ماده منبسط كننده استفاده مي‌شود. فوم UF بر پايه نيتروژن ممكن است چند هفته طول بكشد تا كاملا عمل‌آوري شود. برخلاف عايق پلي‌يورتان، اين محصول در حين عمل‌آوري منبسط نمي‌شود و اجازه مي‌دهد كه بخار آب به راحتي از ميان آن عبور كند. فوم UF هم‌چنين در هنگام قرارگيري طولاني در دماهاي زياد بيش از 88 درجه سلسيوس فرو مي‌پاشد و حاوي هيچ ماده شيميايي كندسوز كننده‌اي نيست. قيمت اين عايق با عايق فله‌اي يا ريخته شده در محل قابل رقابت است. فوم فنوليك مصالح عايق‌كاري فوم فنليك (PF) صلب، مصالح پلاستيك سلولي صلبي است كه به طور عمده ساختار سلولي بسته دارد و از رزين فنليك در تركيب با يك ماده دمنده و يك كاتاليزور، با افزودن حرارت خارجي يا بدون آن ساخته مي‌شود. چند سال پيش اين نوع فوم به عنوان يك عايق تخته‌اي صلب تا حدي متداول بود. در حال حاضر تنها به صورت يك عايق فوم شده در محل در دسترس است. در توليد آن از هوا به عنوان ماده دمنده استفاده مي‌شود. عيب اصلي فوم فنوليك اين است كه مي‌تواند پس از عمل‌آوري تا 2 درصد جمع شود. اين مورد باعث شده است كه اين عايق امروزه كمتر متداول باشد، چون گزينه‌هايي وجود دارد كه اين عيب را ندارند. فوم فنليك يك كامپوزيت گرماسخت ارزان قيمت داراي استحكام مكانيكي بالا و مقاومت عالي در برابر دماهاي بالاست. براي مثال، حداكثر دماي پيوسته فوم‌هاي فنليك 149 درجه سلسيوس است در حالي كه فوم‌هاي پلي‌استايرن، پلي‌الفين و كوپليمراستايرن را نمي‌توان در بالاتر از 79-71 درجه سلسيوس به كار برد. فوم فنليك خود خاموشگر بوده و نسبت به فوم‌هاي پلاستيكي داراي دو مزيت است: اول آنكه در هنگام سوختن چكه نمي‌كند و دوم در هنگام سوختن زغال سختي توليد مي‌شود كه از توسعه شعله جلوگيري مي‌كند چرم ويژه فوم‌هاي فنليك به كار رفته بين 40 تا 64 كيلوگرم بر مترمكعب است و هدايت حرارتي آنها از فوم‌هاي پلي‌استايرن و پلي‌يورتان بيشتر است. دليل هدايت حرارتي بالاتر وجود سلول‌هاي باز و جذب آن نسبتا بالا و سرعت نفوذ بخار آب بالاست. از طريق ايجاد پوسته مي‌توان كارآيي عايق حرارتي اين نوع فوم‌ها را افزايش داد. يك نمونه اعمال قير روي سطح اين نوع فوم‌ها است. از نظر چسبندگي نيز اندود به خوبي به آنها مي‌چسبد ولي سطح آنها را نمي‌توان رنگ كرد. عايق حرارتي EPDM EPDM مخفف اتيلن - پروپيلن - داين - منومر است و در واقع اين ماده مخلوط اتيلن، پروپيلن و داين است. EPDM مصالح ساختماني مناسب براي مناطق سردسير است و حتي در دماهاي زير 30 درجه سانتي‌گراد خصوصيات عالي از خود نشان مي‌دهد. محدوده دمايي آن 45- تا 120 درجه سلسيوس است. مقاومت زيادي در برابر ازن دارد. زمان‌مند شدن، اكسيدشوندگي، پيرشدن ناشي از گرماي آن كم است. در برابر مواد شيميايي آلي و غيرآلي مقاوم است. ضعف آن مقاومت كم در برابر مايعات بر پايه نفت است. EPDM انتخاب معمول در بين فوم‌هاست چون مقاومت عالي در برابر ازن، هوازدگي و زمان‌مندي دارد. هم‌چنين مقاومت زيادي در برابر آب و بخار داشته و قابليت انعطاف را در دماهاي كم حفظ مي‌كند. مقاومت شيميايي آن در برابر فرآورده‌هاي بر پايه غيرمحلول كم است. فوم پلي وينيل كلرايد (PVC) محدوده وسيعي از تغيير شكل فشاري همراه با مزاياي عالي عايق رطوبت و بخار ارايه مي‌دهد. فوم PVC از طريق آميزه‌سازي انواع مختلف نرم‌كننده و كوپليمر به دو طريق فيزيكي و شيميايي با خواص مختلف به دست مي‌آيد. اين نوع فوم‌ها به صورت نرم، سلول باز، بخشي سلول باز، نيمه سخت و سخت سلول بسته مي‌توانند باشند. از نظر عايق حرارتي فوم PVC سخت دو برابر گران‌تر از فوم‌هاي پلي‌استايرن و پلي‌يورتان است. در مقايسه با ديگر پلاستيك‌هاي سول‌دار به كار رفته در عايق حرارتي PVC انبساطي مقاومت بالايي داشته و بسيار سخت است. فوم PVC سخت عايق حرارتي و صوتي بسيار خوبي بوده و نفوذ بخار و رطوبت در آن بسيار كم است. از آنجا كه مقاومت برشي فوم PVC بالاست سطح آن براي اعمال سيمان و گچ بسيار مناسب است. مزيت عمده فوم‌هاي PVC عملكرد بهتر آنها در برابر آتش نسبت به ساير فوم‌هاي پليمري است. از اين‌رو اين نوع پانل‌ها در كاربردهاي دريايي و ساختماني در اروپا پذيرفته شده‌اند. نيتريل فوم دماي كار آن 30- تا 110+ درجه سلسيوس (150 درجه سلسيوس به طور متناوب)‌ است. مقاومت عالي در برابر مايعات و روغن دارد. ضعف آن مقاومت كم در برابر ازن و عملكرد بد در دماهاي پايين است اما آن را مي‌توان با افزودن روان‌كننده‌ها بهبود بخشيد. نيتريل (اكريلونيتريل - بوتادين) مقاومت بسيار خوبي در برابر روغن و بنزين دارد. مقاومت سايشي به طور متوسط زياد است. مقاومت در برابر حلال آن بيش از نئوپيرن است اما در كاربردهايي كه در معرض شرايط جوي سختي قرار مي‌گيرد، توصيه نمي‌شود. اين ماده عاري از CFC، آزبست و كلر است و باعث حساسيت پوستي نمي‌شود. باعث رشد باكتري و قارچ نمي‌شود. يكي از انواع فوم‌هاي نيتريل، سلول بسته است. اين محصول براي عايقكاري حرارتي و صوتي طراحي شده است. علاوه بر اين زيباست و عمر درازي دارد. قابليت صدابندي بيشتر و صرفه اقتصادي بالاتري نسبت به انواع معمول مصالح عايق‌كاري صوتي سلول بسته يا سلول باز دارد. نيتريل فوم را معمولا در عايقكاري اتاقك‌هاي موتور كاميون‌ها، اتومبيل‌ها، هواپيماها، كشتي‌ها (رطوبت جذب نمي‌كند)، ژنراتورها و سيستم‌هاي تهويه هوا و كانال‌هاي مربوط استفاده مي‌كنند. شيشه سلولي عايق شيشه سلولي از شيشه خرد شده تشكيل مي‌شود كه با يك ماده سلول‌ساز تركيب مي‌شود. اين اجزا با يكديگر مخلوط مي‌شوند، در يك قالب ريخته و سپس در يك دماي حدود 510 درجه سلسيوس حرارت داده مي‌شود. در طي فرايند حرارت دادن،‌ شيشه خرد شده به يك مايع تبديل مي‌شود و تجزيه ماده سلول‌ساز باعث مي‌شود كه مخلوط منبسط شود و قالب را پر كند. همان‌طور كه مخلوط منبسط مي‌شود،‌ ميليون‌ها سلول بسته،‌ يكسان به وجود مي‌آيد كه ماده عايق حرارتي سختي تشكيل مي‌دهد. عايق بام شيشه سلولي از سال 1943 براي اولين بار در سيستم‌هاي بام تجارتي مورد استفاده قرار گرفت. عايق بام شيشه سلولي به صورت تخته‌هاي مسطح و داراي كام و زبانه و هم‌چنين بلوك‌هاي تخت و داراي كام و زبانه عرضه مي‌شوند. تخته‌هاي عايق شيشه سلولي با رويه‌هاي با كاغذ كرافت با لايه قيري توليد مي‌شوند در حالي كه بلوك‌هاي شيشه سلولي پوشش داده نمي‌شوند. شيشه سلولي داراي خواص مطلوبي است. بعضي از اين خواص عبارتند از: - اين فرآورده‌ها غيرقابل نفوذند، - زمان‌مند نمي‌شوند، - از نظر ابعادي پايدارند، - غيرقابل اشتعال هستند، - مستحكم‌‌اند و در برابر مواد شيميايي مقاوم‌اند. شيشه سلولي غيرقابل نفوذ است يعني رطوبت را به سادگي جذب نمي‌كند. بنابراين عايقي است كه حفظ ثمردهي عايقكاري آن بهتر از ساير انواع عايق است. ضريب انبساط حرارتي شيشه سلولي مشابه فولاد و بتن است. اين ضريب به قدري كوچك است كه در 38 درجه سلسيوس در يك متر تنها حدود 4/0 ميلي‌متر منبسط مي‌شود. اين انبساط كم يك كف پايدار براي سيستم پوشش بام ايجاد مي‌كند. از آنجا كه عايق شيشه سلولي غيرآلي است و 100 درصد از شيشه تشكيل مي‌شود، عايقي غيرقابل اشتعال است و كم‌ترين نرخ گسترش شعله را دارد. مقاومت فشاري اين عايق نسبت به ساير عايق‌ها زياد و در حدود 7 كيلوگرم بر سانتي‌مترمربع است. بنابراين براي عايقكاري در جايي كه بام بايد بارهاي متمركز ناشي از عمليات ساختماني و دستگاه‌ها و هم‌چنين بار رفت و آمد را تحمل كند، ايده‌آل است. شيشه سلولي با داشتن اين خواص دلخواه، معايبي نيز دارد. رويه‌هاي كاغذ كرافت روي تخته‌ها به رطوبت حساس است و بنابراين بايد از رويارويي محافظت شود تا از جذب رطوبت و تخريب آن جلوگيري به عمل آيد. به دليل مقاومت فشاري زياد، عايق ممكن است با ناهمواري‌هاي سطح كف بام مطابقت نيابد. اين به ويژه وقتي بحراني است كه عايق با قير داغ به كف بام متصل شود. از طرف ديگر بايد توجه داشت كه اين عايق‌ها ارزان نيستند. فرآيند توليد اين عايق شامل ايجاد سلول‌هاي شيشه‌اي بسيار ريز است كه از طريق واكنش شيميايي شيشه اكسيد شده بسيار ريز آسياب شده با كربن در دماي زياد تشكيل مي‌شود. همه مواد اوليه مورد استفاده مواد طبيعي هستند كه به فراواني در طبيعت يافت مي‌شوند. هيچ جزيي از آنها خطري براي انسان يا محيط‌زيست ايجاد نمي‌كند. در فرآيند توليد شيشه سلولي CO2 به وجود مي‌آيد كه به وسيله سلول‌هاي شيشه كوچكي احاطه مي‌شود. هيچ ماده فوم‌كننده ديگري مانند HCFC، چسباننده‌هاي آلي يا مواد زبان‌آور استفاده نمي‌شود و باعث آلودگي هوا نمي‌شود. در مرحله پرداخت، بلوك‌هاي ناصاف شيشه سلولي بريده مي‌شوند و به ابعاد موردنظر در مي‌آيند.

در آلیاژهای Al-Cu  ، رسوبات غیر تعادلی زیادی در دماهای کمتر از دمای جامد تشکیل می شود.در این آلیاژها، با سرد کردن محلول جامد فوق اشباع ،رسوبات تشکیل می شود. این رسوبات با افزایش درجه حرارت و یا افزایش زمان بین دمای اتاق و دمای جامد گسترس می یابد. توالی تشکیل رسوبات بصورت زیر است:

SSSS→GP zones→Ө״→Ө′→Ө (Al₂Cu)

 دردماهای پیرسازی طبیعی (-20 .. 60 C) آرایش اتمهای مس از حالت تصادفی به حالت منظم دیسکی شکل تبدیل می شود.این صفحات در جهات کریستالوگرافیکی خاصی در زمینه تشکیل می شوند. که به مناطق GP  مشهورند. این مناطق حوزه های کرنشی کوهئرنتی تشکیل می دهند که افزایش مقاومت در برابر تغییر شکل را باعث می شوند. در واقع عامل اصلی افزایش استحکام تشکیل مناطق GP  می باشد.دردماهای بالا ، حالت گذرایی از Al₂Cu  تشکیل می شود که باز استحکام افزایش می یابد. در حالت بیشترین استحکام، هر دو فاز ״Ө و ′Ө  می توانند همزمان وجود داشته باشند.هر چه دما یا زمان افزایش یابد، نسبت فاز Ө ذر ریزساختار افزایش می یابد. خواص مکانیکی کاهش می یافته و آلیاژ نرم می شود یا به عبارتی فراپیری Overage  رخ می دهد.

آندسته از آلیاژهای کارشده که عملیات حرارتی باعث افزایش استحکام آنها می شودعبارتند از 7xxx,6xxx,2xxx (به غیر از 7072) و نیز آلیاژهای ریختگی 2xx.x,3xx.x و 7xx.x .برخی از این آلیاژها، علاوه بر عناصر اصلی آلیاژی، افزودنی های دیگری از جمله مس ، منگنز،منیزیم و روی نیز دارند.مقادیر کمی از منیزیم افزوده شده باعث بهتر شدن خاصیت رسوب سختی می شود.

در برخی از آلیاژها، دردمای اتاق و در مدت چند روز ، رسوبات کافی در ریزساختار تشکیل می شود تا محصولات پایدار و خواص معینی را سبب شود که برای کاربردهای مورد نظر مناسب باشد. این آلیاژهای را گاها رسوب سختی انجام می دهند تا استحکام و سختی آنها افزایش یابد.در کنار این آلیاژها ، آلیاژهایی وجود دارند که واکنش رسوب سازی آنها بسیار کند رخ میدهد فلذا بایستی قبل از استفاده رسوب سختی شوند.

رسوبسختی از فرآیندهایی هست که در دماهای کم و زمانهای طولانی انجام می گیرد. معمولا این فرآیند در دماهای 115-190 C  و بمدت 5- 48  ساعت می باشد.سیکلهای دما- زمان باید با دقت انتخاب شود.در دماهای بالا و زمانهای زیاد رسوبات درشت تشکیل می شود.که تعداد این ذرات کم ولی فاصله زیادی دارند.هدف، انتخاب سیکل مناسب برای دستیابی به اندازه و الگوی توزیع مناسب   بهینه است.متاسفانه سیکلی که برای افزایش یکی از خواص مثل استحکام نهایی استفاده می شود با سیکلی که برای افزایش خواص دیگر مثل استحکام تسلیم و مقاومت خوردگی بکار می رود، متفاوت است.

عملیات حرارتی که برای افزایش استحکام بکار میرود(در آلیاژهای الومینیوم) از سه مرحله بنیادی زیر تشکیل می شود:

·         عملیات حرارتی انحلالی: انحلال فازهای قابل حل

·         کوئنچ: گسترش محلول فوق اشباع

·         پیرسازی: رسوب اتمهای حل شده در دمای اتاق(پیرسازی طبیعی)یا در دماهای بالا(پیرسازی مصنوعی یا همان رسوب سختی)

عملیات حرارتی آلیاژهای آلومینوم-1

در آلیاژهای آلومینیوم ، عملیات حرارتی برای آلیاژهای معینی بکار می رود که که می توان با آن استحکام و سختی را افزایش داد.این آلیاژها را عملیات حرارتی پذیر Heattreatable  می گویند.در برابر این آلیاژهایی وجود دارند مه که با سیکل های حرارتی و سرد کردن نمی توان استحکام آنها را افزایش داد.برای مشخص کردن و تمییز قایل شدن با آلیاژهای قبلی ، این آلیاژهای را عملیات حرارتی ناپذیر None-heattreatable  می نامند.تنها روش استحکام این آلیاژها، انجام کار سرد است.حرارت دادن هر دو نوع آلیاژ تا دمای مشخص برای افزایش داکتیلیتی و کاهش استحکام (آنیل) متداول بوده و با توجه به درجه نرم شدن ، واکنش هاس متالورژیکی مختلفی در ریزساختار رخ می دهند

خاصیت بسیار مهم در سیستم های آلیاژی رسوب سختی شونده ، وابستگی قابلیت انحلالی تعادلی به دما است که با افزایش درجه حرارت ، قابلیت انحلالی نیز افزایش می یابد.این رفتار در اکثر سیستم های دوتایی Al  مشاهده می شود هرچند که در برخی از آلیاژهای آن رسوب سختی کمتری دیده می شوند که همان آلیاژهای عملیات حرارتی ناپذیر را تشکیل می دهند.به عنوان مثال، در آلیاژهای با سیستم دوتایی Al-Si,Al-Mn  ، خواص مکانیکی بعد از عملیات حرارتی افزایش نمی یابد با این وجود رسوبات قابل توجهی تشکیل می شود

رابطه دما – انحلال برای سیستمهای رسوب سختی Al-Cu  توضیح داده میشود. قابلیت انحلال مس در آلومینیوم با افزایش دما افزایش می یابد.(0.25 %  در دمای 250 C به حداکثر 5.65 % در 548 C  دمای یوتکیتیک) در آلیاژهای Al-Cu  که دارای 0.2-5.6 %  مس هستند،دو حالت تعادلی مجزا وجود دارند.در دماهای بالای منحنی solvus مس کاملا حل می شودو اگر در این دما نگه داشته شود و با فرض کافی بودن زمان ، مس کاملا وارد محلول جامد می شود.و در دماهای کمتر از solvus حالت تعادلی از دو فاز تشکیل می شود.محلول جامد α و فاز ترکیب بین فلزی Ө(Al₂Cu)  . اگر چنین آلیاژی که در دمای بالای solvus  کاملا بصورت محلول جامد است تا مای زیر این دما سرد شود محلول جامد فوق اشباعی تشکیل می شود که در این حالت آلیاژ شرایط تعادلی دو فازی را دنبال می کند و فاز دوم تمایل دارد که با رسوب در حالت جامد تشکیل شود.

اثر فسفر در فولادها و چدنها

فسفر عنصر ناخواسته اي است كه در تركيب هر عنصري وجود دارد.ساختمان مكعبي شكل و نقطه ذوب 45 C دارد. وزن اتمي آن 31 است. فسفر تمايل قوي به تركيب  با اكسيژن داشته و بايد از رطوبت و اكسيژن محافظت شود. براي افزودن به مذاب آهن ،از فروفسفاتهاي با 20% فسفر استفاده مي شود.

در حالت جامد ،آهن و فسفر تشكيل Fe₃P مي دهند. فسفر در دماي اتاق در حدود 0.1% حل مي شود و فسفر اضافي در زمينه باقي مي ماند. در كل فسفر فريت زاي ضعيفي است . لذا با توجه به دصد كم فسفر در فولاد ،تاثير اين عنصر بسيار ناچيز است.

در فولادسازي با روش شمش ريزي ، فسفر عنصر ناخواسته اي است.فسفر جدايش در ريزساختار را تشديد مي دهد. مناطق حاوي فسفر مناطقي هستند كه در آخرين مرحله انجماد ، منجمد مي شود و باعث مي شودكه كربن از اين مناطق پس زده شود.در نتيجه بعد از انجماد،اين مناطق سمنتيت كمتري داشته و در عوض فريت بيشتري خواهد داشت.به اين پديده Ghost bond اطلاق مي شود.هم چنين به خاطر ضريب ديفوزيون پايين اين عنصر،امكان يكنواخت كردن ريزساختار بسيار مشكل است.

در عمليات حرارتي فولادها ،فسفر چقرمگي را مي كاهد.بهمين خاطر درصد فسفر بايد از 0.04% فراتر نرود.فسفر سختي پذيري را مي افزايد فلذا كاهش چقرمگي و افزايش تردي را در پي خواهد داشت.فسفر با تشكيل محلول جامد جانشيني، تمايل بالقوه اي در افزايش استحكام فريت دارد.

اثر ترد كنندگي به ميزان كربن فولاد بستگي دارد. در گريدهاي پر كربن ،تاثير فسفر معكوس مي شود.در بسياري از فولادهاي كم كربن درصد فسفر مي تواند در محدوده 0.04-0.15 %  باشد. در فولادهاي HSLA كه كربن كمتري دارند، جهت افزايش استحكام و مقاومت خوردگي از فسفربا درصد بالا  استفاده مي كنند.فولادهاي بسمر به خاطر ماهيت توليد داراي فسفر زيادي هستند. تردي حاصل از فسفر با افزايش كربن ،دماي آبكاري ،اندازه دانه و كاهش درصد تغيير شكل در فورج افزايش مي يابد.اين تردي بصورت سردشكنندگي و حساس شدن در تنش هاي ضربه اي ظاهر مي شود.

فسفر اندازه دانه های آهن را افزایش داده و لذا باعث تشکیل ترکیبات حجیم و نامطلوب می شود. افزودن فسفر به فولادهای کم کربن ،ازدیاد استحکام و مقاومت خوردگی را در پی دارد. هم چنین قابلیت ماشینکاری فولادهای خوش تراش را بهبود می بخشد.تا 0.07 % به فولادهای کم کربن خاص با 0.3 % مس افزوده شده تا مقاومت اتمسفری آنها بسیار خوب شود. در چدن ، نقطه انجماد اولیه چدن را کاهش داده فلذا سیالیت و قابلیت ریخته گری آن را می افزاید.

بر عنصرغير فلزي است كه وزن اتمي آن 11 و نقطه ذوب 2030 C است.بر در فولاد ، در تركيب بين نشين آهن قرار مي گيرد. انحلال بر در آهن fcc يا bcc محدود است. قابليت انحلال آن در حالت جامد كمتر از 0.1 % استو مقادير بر اضافي در ريزساختار بصورت بريد آهن Fe₂B در مي آيد. عناصرآلياژي ديگر مثل Alو Cr تاثيري در قابليت انحلال بر نداشته و فقط در ذرات بين فلزي بر وارد مي شوند.بر در مقادير بسيار كمي تا حد % 0.003 به فولادهاي آلياژي اضافه مي شود تا سختي پذيري را افزايش دهد.بر عنصر قدرتمندي در افزايش پیر سختی فولاد است ولي اين تاثير فقط در مقادير حدود % 0.010 بدست مي آيد بيشتر از اين مقدار تاثيري ندارد.

بر در فولادهاي پرآلياژي به عنوان عنصر آلياژي بوده ولي در برخي از فولادها تا حدمعيني افزوده مي شوند تا خواص كار گرم را زياد كند. مقادير زياد بر در محدوده 2.0-0.5 درصد در فولادهاي زنگ نزن آستنيتي 8-18 يافت مي شود كه راكتورهاي هسته اي استفاده مي شود.

در فولادهاي ساختماني ، اين عنصر باعث افزايش عمق سختي مي شود و در نتيجه باعث افزايش استحكام مغز فولاد هاي سخت شونده سطحي مي گردد و در فولادهاي بر دار قابليت جوشكاري پايين است.

در محدوده کم بر در سیستم آلیاژی آهن – بر – کربن ، یک یا چند نوع کاربید بر تشکیل می شوند.کربن تاثیر کمی بر پایداری و نرخ دیفوزیون بر در آستنیت دارد.

بر تمایل قوی به ترکیب با اکسیژن و نیتروژن دارد فلذا اگر بخواهیم که درصد مشخصی از بر فعال در ترکیب فولاد وجود داشته باشد، بایستی تمام اکسیژن و نیتروژن را با روشهای اکسیژن ردایی ونیتروژن زدایی حذف کنیم.

بر نرخ استحاله آستنیت به فریت و پرلیت را کند ساخته ولی با افزایش درصد کربن ، این روند مختل شده و اثر کربن بر سختی پذیری کاسته می شود.از اینرو اثر سختی پذیری بر در فولادهای هیپویوتکتوئید بیشتر است.

با وجود اینکه بر نرخ استحاله آستنیت را میکاهد ولی اثری بر نرخ رشد فریت و بینیت ندارد واثر سختی پذیری آن در فولادهای که بصورت سراسری سختی میشوند و معیار سختی پذیری در آنها درصد مارتنزیت تشکیل شده است، بیشتر خواهد شد.

در فولادها تجارتی درصد بسیار کمی از بر در ترکیب فولاد وجود دارد که بر دمای استحاله تاثیر چندانی ندارد و می توان دماهای استحاله برای این فولادها را مشابه دمای استحاله فولادهای بدون بر در نظر گرفت. علیرغم اینکه بر دمای تشکیل مارتنزیت را تغییر نمیدهد ، ولی سختی پذیری را می افزاید و ترک برداری د رکوئنچ را ارتقا نمی دهد.

برخلاف فولادهای آلیاژی ، اگر  فولادهای حاوی بر را دردماهای بالاتر از دمای آستنیته کردن معمولی ،آستنیته کنیم، سختی پذیری آن کم می شود فلذا با افزایش درجه حرارت آستینته کردن سختی پذیری این فولادها کاسته می شود.اختلاف دیگری که فولادهای بر دار با فولادهای پرآلیاژی با سختی یکسان دارند ، اینست که فولادهای بر دار مقاومتی در برابر تمپر از خود نشان نمی دهند.حرارت دهی آرام در محدوده دمایی 400-600 C چقرمگی فولادهای بر را می کاهد.

بر خواص مکانیکی فولادهای سخت شده یا فولادهای با سختی بالا را می افزاید ولی در فولادهای باسختی کم یا سخت نشده تاثیر کمی معکوسی دارد.استثناء در این مورد ، فولاد بسیار کم کربن با مولیبدن 0.5 % است.در شرایط نورد یا نرمال شده  و با بر 0.0015-0.0035 % استحکام تسلیم دو برابر داشته و کم بودن درصد کربن ، داکتیلیتی و مقاومت ضربه مناسبی را برای این فولاد فراهم آورده است.چنین فولادی قابلیت جوشکاری خوبی داتشه و در ورقهای تا ضخامت حداکثر 2 اینچ در شرایط نورد ونرمال شده استفاده میشود.این فولاد را می توان بدون ترس از ترک برداری با سرعت بالا سردکرد . بنابراین در ساختار های جوشکاری شده تحت تنش کاربرد خوبی پیدا کرده اند.

بر در قطعات کربوریزه شونده استفاده میشود و سختی پذیری سطحی را می افزاید. در طی فرآیند کربورایزینگ ، کربن سطح افزایش می یابد و متعاقب آن اثر سختی پذیری بر کاهش می یابد.برای بهبود اثر بر، مرسوم است که درصد کربن سطح تا 0.7 % محدود شود. بنابراین در بالاتر از 0.9 % C اثر بر قابل چشم پوشی است.از اینرو می توان این نوع  فولادها را بجای فولادهای پرآلیاژی کربوریزه شونده استفاده کرد.اگر  فولادهای بر تا دمای بالا حرارت داده شوند و یا دمای کربورایز بالا باشد، اثر بر کاهش خواهد یافت.بنابر این اگر قطعات کربورایز به آرامی سرد شوند و سپس دوباره تا دمای 840 C قبل از کوئنچ حرارت داده شوند، سختی پذیری و مقدار سختی اولیه مجددا بدست خواهد آمد.اغلب در قطعات کربورایز بر بجای نیکل می نشیند و زمان لازم برای ماشینکاری را می کاهد و درصد آستنیت باقیمانده را بعد از آبکاری خواهد کاست.

در مقادیری که بر در فولادهای مهندسی بکار می رود ، خواص کار گرم و سرد  فولاد را تحت تاثیر قرار نمی دهد. با این وجود ، سختی پذیری آنها را اصلاح می کند و در غیر اینصورت همانند فولادهای گربنی ساده عمل می کنند.اگر این فولادها بعد از آهنگری بطور صحیح عملیات حرارتی شوند، می توان با سرعت بالاتر از فولادهایی که درصد مشابهی از کربن را دارند، ماشینکاری شوند. علاوه بر آن، پوسته تشکیل شده  چندان چسبنده و محکم نبوده و عمر قالبهای آهنگری بهتر می شود.

ادعا بر اینست که افزودن بر به فولاد تند بر 18-4-1 سختی پذیری را می افزاید  و در نتیجه میزان سختی و راندمان برش اصلاح خواهند یافت.

آلیاژهای آهن –بر که نسبت بالایی از بر دارند، بی نهایت ترد بوده و در فولادهای مهندسی استفاده ای ندارند. فولاد با 4%B در تولید میله های کنترل پایلهای اتمی و تجهیزات محافظ نوترونی بکار می روند.شرط اصلی در اینگونه موارد اینست که ماده توانایی بالایی در جذب نوترون داشته باشد.بر مقدار سطح مقطع با جذب بالایی از نوترون دارد وارزان نیز است فلذا کاربرد خوبی پیدا کرده است.در حالیکه تحقیقات روی فولاد 4% B ادامه داشت، به این نکته پی بردند که فولاد 2% B در حضور مقداری آلومینوم قابل آهنگری است ولی اگر آلومینوم نباشد، فورج پذیر نخواهد بود.

در بیشتر از 2 % B ، منطقه بحرانی برای آلومینوم در مقدار مشخصی از بر وجود دارد که می توان فولاد را فورج کرد. در بیشتر از 4.75 % B فولاد دیگر فورج نمی شود و با ریخته گری می توان فولاد تا 6 % B ریخته گری کرد.

فولادهای بر دار دارای مقاومت خوردگی و اکسیداسیون کمتری بوده و لذا گام بعدی ، تولید فولادهای زنگ نزن با مقدار مشخصی از بر است.فولادهای فریتی و آستنیتی می توانند بدون اینکه خواص مکانیکی و فورج پذیری کاهش یابد، تا حدی بر داشته باشند.درصد بر بین 1.25 تا 1.5 درصد در فولادهای زنگ نزن 18/8 و 13 % Cr متغیر است.در این ممحدوده فولاد فورج پذیر بوده و در اینمقدار خواص مکانیکی ضعیف است.به عنوان مثال فولادی که 19 % Cr,14 % Ni,1.5 % Nb,1 % B دارد، استحکام کششی در حدود 43 ton/in² و ازدیاد طول 25 % دارد. اگر بر این فولاد از نوع ایزوتوپ B¹⁰  باشد( که قابلیت جذب نوترون بالایی دارد) فورج پذیر بوده و نیز قابلیت جذب نوترون بالایی خواهد داشت.

اگر بر به ترکیب فولاد زنگ نزن 8/18 اضافه شود و سپس از دمای 1200 C کوئنچ شود و بمدت طولانی در دمای 700 یا 800 C برگشت داده شود، رسوب سختی در آن اتفاق می افتد.در هنگام کوئنچ ، آستنیتی که از بر اشباع شده است، بدون استحاله باقی مانده و عملیات برگشت بعدی سبب رسوب ذرات ریز بر خواهد شد.ادعا شده است که چنین فولاد رسوب سختی شده ای دارای استحکام در دماهای بالای خوب و سختی بالا بوده ولی داکتیلیتی و مقاومت خوردگی پایینی دارند. برای بهبود کارپذیری فولادهای زنگ نزن فریتی و مقاومت حرارتی ،پیشنهاد شده است که تا 0.003%  بر به ترکیب فولاد اضافه شود.

درصد بر بندرت در آهن خام از 0.005 % فراتر می رود.در چدن ، بر از گرافیت زایی جلوگیری میکند و عمق چیل را می افزاید.اگر درصد بر از 0.01%  فراتر رود، پایدار کننده بسیار قوی کاربید بوده و بهمین دلیل مقاومت سایشی جدنهای سفید سخت را می افزاید.چدنهای سفید حاوی نیکل و بر به عنوان آلیاژ با سطح سخت که در معرض سایش شدید می باشند، استفاده می شوند.چدنی که در غلطک ها استفاده می شوند، ممکن است از 0.02 تا 0.1 درصد بر داشته باشند که به خاطر کنترل عمق چیل و افزایش سختی سطح می باشد.

در چدنهای مالیبل تا 0.001-0.005 % B جوانه زنی کره های گرافیت را می افزاید. بنابراین تعداد و توزیع آنها را یکنواخت تر می کند. این اثر آنیل پذیری چدن را می افزاید و مقادیر کم بر در چدن مالیبل اثر مضر کروم که به احتمال قوی در قراضه یافت می شود را از بین می برد

تاثیر آلومینوم

اين عنصر ،اكسيژن زداي بسيار قوي در فولاد سازي بوده ، پايدار كننده نيتروژن و اصلاح كننده اندازه دانه است.براي اين منظور درصد آلومينيوم كمتري نياز است. آلومينيوم باعث پايداري فاز فريت در ريزساختار مي شود. در درصدهاي حدود 1 درصد فاز فريت بطور كامل پايدار مي شود.

به دليل ماهيت فيزيكي و شيميايي اين عنصر در تركيب با اكسيژن ، فيلم سطحي بسيار محكم اكسيد آلومينيوم در سطح تشكيل مي دهد كه مقاومت خوردگي سطحي را افزايش مي دهد. اگر در نقطه اي اين فيلم آسيب بيند، دوباره آن سطح اكسيدشده و فيلم اكسيدي تازه برروي آن تشكيل مي شود.ضخامت اكسدي در حدود 10 nm و بالاتر استفاده مي شود. اين خاصيت را توانايي حفاظت از خود Self-protective capability  مي گويند.

البته براي بهبود مقاومت خوردگي بيشتر از كروم  بميزان 10 % و بالاتر استفاده مي كنندولي اين عنصر گران است و مقرون به صرفه نيست.افزودن آلومينيوم به تركيب فولاد تاثيرات نامطلوب ناخواسته  ديگري نيز در پي دارد.آنچه كه بايد در نظر گرفت اينست كه قبل از افزايش مقاومت خوردگي ،فريت زا است. قابليت انحلال آلومينيوم در فريت تقريبا 35 % است كه در درصدهاي بالا ، تمايل به تشكيل محلول جامد با درجه نظم بالا (Fe₃Al) زياد مي شود.اگر استحاله برگشت پذير آلفا به گاما وجود نداشته باشد، مشكل بزرگ شدن دانه ها وجود خواهد داشت فلذا محدوديت هايي در چقرمگي  و داكتيلي بوجود مي آيد.

آلومينيوم تاثير عالي بر روي مقاومت در برابر پيركرنشي داشته و به علت تشكيل ذرات سخت نيتريد آلومينيوم ، بيشتر به عنوان عنصر آلياژي در فولادهاي نيتروره شونده بكار مي رود. در فولادهاي رسوب سختي شونده ،با تشکيل تركيبات بين فلزي ،استحكام در شرايط پير شده را افزايش مي دهد.

قابلیت انحلال آلومینوم در گاما و آلفا به ترتیب 1.1 و 36  درصد است که با افزایش درصد کربن در فولاد ،درصد انحلال در گاما افزایش می یابد. آلومینوم با تشکیل محلول جامد ،استحکام فریت را زیاد کرده و اگر در گاما حل شود ، سختی پذیری را تا حد متوسطی افزایش می دهد. از طرفی تمایل چندانی به تشکیل کاربید ندارد ولی گرافیت زای عمل می کند.

در بین عناصر آلیاژی کنترل کننده اندازه دانه آستنیتی، آلومینوم بیشترین تاثیر را دارد.آخرین تئوری که اینگونه عملکرد آلومینوم را توضیح می دهد اینست که آلومینوم با تشکیل نیترید آلومینوم  مانعی در برابر حرکت مرزدانه های آستنیت  تشکیل می دهد.فولادهای کربنی ساده حاوی آلومینوم مقاومت پیرکرنشی بالایی داشته و استحکام ضربه شان بهبود می یابد. از طرفی بدلیل یکنواختی ساختار شان، قابلیت ماشینکاری آنها اصلاح می شود.

اکسیژن زدایی با آلومینوم تاثیر بسیار زیادی بر اندازه ، شکل و توزیع آخالهای سولفیدی دارد.در مطالعه تاثیرات آلومینوم ، این نکته حاصل شد که در صورت کافی نبودن درصد آلومینوم برای اکسیژن زدایی ، آخالهای سولفیدی بصورت اشکال کروی با اندازه های متفاوت و توزیع تصادفی در می آیند که تیپ یک را تشکیل می دهند.اگر فولادها  بطور کامل با آلومینوم اکسیژن زدایی شده باشند ولی درصد اضافی از این عنصر در ترکیب فولاد موجود نباشد، در این حالت شکل آخالها کره های بسیار ریز با شکل یوتکتیکی  بوده که در مرزدانه های اولیه قرار می گیرند.(تیپ دو) . تیپ سه در صورتی بدست می آید که اولا فولاد بطور کامل اکسیژن زدایی شده  و از طرف دیگر درصدی از این عنصر در ترکیب وجود داشته باشد.در این حالت، شکل آخالها کروه درشت و حجیم با توزیع تصادفی خواهد بود.

کمترین داکتیتلیتی در تیپ دو بدست می آید که بدترین حالت می باشد.در حالیکه بهترین حالت و بالاترین داکتیلیتی در تیپ یک بدست می آید.مقدار آلومینوم در تیپ یک در محدوده 0.015-0.025 % و درصد آن در تیپ سه برابر 0.010 درصد می باشد.

در نیتریداسیون فولادهای غیرآلیاژی ،نیتریدهای آهن (Fe₄N,Fe₂N) تشکیل می شود که بسیار نرم هستند و سختی آنها کمتر از 200 HB  خواهد بود.در فولادهای نیتروآلوی، نیتریدهای آلومینوم و کروم بسیار پایدار بوده و لایه سطحی سختی بالایی خواهند داشت ولی ضخامت این لایه چندان بالا نیست(0.004 in) در فولادهایی که دارای 1 % Al می باشند، نیتریدهای آهن بسیار ترد در سطح تشکیل می شوند . فلذا در این گونه موارد برای جلوگیری از پوسته شدن در حین کار، بهتر است سطح بمیزان 0.001 in سنگ زنی شود.

آلیاژهای مغناطیس نیکل- آلومینوم دارای 6-13 % آلومینوم می باشند.این در حالی است که استحاله مارتنزیتی با ایجاد تنش های داخلی ، خواص مغناطیسی به فولادهای مغناطیس معمولی می دهد.در این آلیاژها سخت گردانی مغناطیسی با مکانیسم رسوب ایجاد می شود.آلیاژ مغناطیس دایم Alni دارای 3.5% Cu,24% Ni,13% Al  است.آلیاژ با نرخ بحرانی از دمای انحلال سرد می شود و در طی سرد کردن در محدوده 1200-800 C غیرمغناطیس بوده و فازهای با توزیع ریز رسوب می کند.تنش های داخلی در طی سرد شدن اشاعه یافته و توزیع رسوب پراکنده شرایط خوبی را برای خواص مغناطیس دایمی فراهم می آورد.

آلیاژهای مغناطیس دایم که دارای آلومینوم هستند،بیشترین HB در مقایسه با مغناطیس های حاوی کبالت و تنگستن معمولی دارند از جمله Alnico,Alomax,Ticonal,Hycomax.

آلومینوم بهمراه تیتانیوم به ترکیب برخی از آلیاژهای پایه نیکلی که دردماهای بالا بکار می روند، اضافه می شود تا تشکیل رسوبات پراکنده در دماهای پایین را تسهیل دهد. این رسوبات ترکیبات نیکل- آلومینوم-تیتانیوم هستند.آلیاژ Nimonic با این مکانیسم سخت گردانی می شود و امکان دارد که در دمای 700 C رسوب سختی شود.در شرایط عملیات حرارتی شده ، این آلیاژ نسبت استحکام به وزن خوب، تنش شکست خوب در دماهای بالا و مقاومت خزشی قابل قبول داشته و در موتورهای هواپیماهای مدرن که در معرض دماهای بسیار بالا هستند ، کاربرد دارند.

در آلیاژ Nitralloy N آلومینوم بدو منظور گسترش رسوب سختی و نیز تاثیر آن در نیتریداسیون وجود دارد.بعد از نیتریداسیون، یک سطح سخت معمولی تشکیل می شود ولی در همان زمان مرکز قطعه به اندازه 15-20 ton/in² بدلیل فرآیند رسوب سختی استحکام گردانی می شود.

آلومینوم می تواند در مواد 18/8 تاثیر بسزایی در رسوب سختی آنها داشته باشد.در چنین مواردی 1% Al  اضافه می شود.با این درصد آلومینوم ، مقدار مشخصی از فریت دلتا در ریزساختار تشکیل می شود  که کارپذیری گرم را تا حد زیادی کاهش میدهد. آلیاژهای از این نوع می توان به 17/7 PH و 15/5 PH اشاره کرد.مواد PH  ( رسوب سختی شونده) این مزیت را در مقایسه با فولادهای سخت شونده عادی دارند که مکانیسم رسوب  تحت تاثیر اثرات اندازه دانه نبوده و در کل مقطع میتوان به سخت گردانی یکنواختی دست یافت.

مقاومت اکسیداسیون آلیاژهای کروم-آهن در دماهای بالا با افزودن آلومینوم بهتر می شود.آلیاژ Fe-20%Cr-5%Al مقاومت (Resistivity) در حدود یک پنجم برابر بیشتر از مواد کروم-نیکل معمولی دارد.اگر مقدار آلومینوم این آلیاژ تا 10 %  بیشتر شود، مقاومت آن دو برابر مواد کروم – نیکل می شود.

گروه دیگری از مقاومت ها که از لحاظ ترکیب و خواص مشابهند، ولی کبالت در ترکیبشان وجود دارد، سری های Kanthal بوده که حاوی 3 %Co,5% Al,25 % Cr  هست. البته آلیاژ های با 37.5 % Cr,7.5% Al نیز تولید می شوند ولی فولادهای 13% Cr-5 % Al نیز در مقاومت های صنایع سنگین کاربرد دارند.

چدنها با آلومینوم تا 2 درصد می توانند بصورت افزودنی جامد آلیاژی شوند. ولی اگر بخواهیم درصد آلومینوم بیشتر از این مقدار باشد باید دو ذوب با هم مخلوط شوند.فیلم اکسیدی محکمی بر روی ذوب تشکیل می شود که اگر در ریخته گری دقت لازم نشود، افت خواص مکانیکی و ریخته گری را در پی خواهد داشت.

در چدنها ، آلومینوم تا 4 درصد گرافیت زایی را افزایش می دهد. از 4-10 %Al کاربید یوتکتیک پایدار می شود و بین 10-18 % Al کاربید ها دیگر غالب هستند.بین 18-24 % Al گرافیت زایی مجددا اتفاق افتاده و با افزایش درصد آن ، گرافیت زایی ارتقاء می یابد.و در 24 % Al کل کربن بصورت گرافیت در می آید.با ازدیاد درصد آلومینوم پایداری کاربید نیز بیشتر می شود و در 29 % Al هیچ گونه گرافیتی در ریزساختار دیده نمی شود.

چدنهای با آلومینوم بالا ، مقاومت خوبی در برابر رشد دانه و پوسته برداری Scalling دارند. در درصدهای بالای 3 ، پوسته برداری یک دفعه کاهش می یابد.در زیر این مقدار تاثیر چندانی بر رشد ندارد ولی در درصدهای بالاتر از آن، با افزایش درصد آلومینوم مقدار آن شدیدا کاهش می یابد و در محدوده 8-20 % به یک مقدار مینیمم می رسد که در آن گرافیتی وجود ندارد و یا اگر وجود داشته باشد خیلی کم است.آلیاژی بنام Crafler بهترین مقاومت در برابر رشد و پوسته برداری دردماهای بالاتر از 1000 C را دارد و در ترکیب آن 7-7.5 % Al و 0.75 % Cr می توان یافت.

آلومینوم در ترکیب فروسیلیس ها و یا سایر فروآلیاژهای حاوی سیلیس وجود دارد و اگر بخواهیم جوانه زنی بنحو احسن انجام شود ، بهتر است درصد آلومینوم در این آلیاژهای بیشتر از 1 درصد باشد.

افزودن 0.02 %Al به ترکیب چدن مالیبل ، جوانه زنی کروی را بیشتر کرده و بدلیل احتمال ترکیب آن با نیتروژن، مالیبلیزاسیون را تسهیل می سازد.

تاثیر درصد سیلیس

در تركيب تمام فولادها مي توان يافت.علت اينست كه كانه هاي آهن حاوي درصدهايي از سيليس است و نيز در حين فولادسازي ،از جداره هاي نسوز كوره وارد ذوب آهن مي شود.سيليس اكسيژن زداي قوي است و آخالهاي اكسيدي را نيز حذف مي كند.

وزن اتمي سيليس 28 و نقطه ذوبش 1427 C است.ساختار كريستالي آن مكعبي الماسي است. سيليس فلز نيست بلكه يك شبه فلز metalloid است . سيليس در آهن مذاب بهر نسبتي حل مي شود. ولي در آهن جامد حداكثر تا 15 % حل مي شود.سيليس دماي استحاله دلتا به آستنيت را كاسته و از طرفي دماي استحاله فريت به آستنيت را افزايش مي دهد و منطقه پايداري آستنيت را مي كاهد. در واقع فريت زاي قوي است.

سيليس به عنوان عنصر آلياژي در مقادير بيش از 0.3 % اثرات مفيدي دارد. استحكام فريت را افزايش مي دهد و سختي پذيري را زياد مي كند. وجود سيليس در فولادهاي الكتريكي كه جهت گيري دانه ها مطرح است بسيار مهم است. هم چنين سياليت ذوب را نيزافزايش مي دهد.

حضور سيليس ، راسب شدن گرافيت را تشويق ميكند و مقاومت سايشي را افزايش مي دهد. به علت افزايش استحكام تسليم ، عنصر اصلي در فولادهاي فنر است.به علت افزايش مقاومت در برابر اكسيداسيون و پوسته دار شدن در فولادهاي مقاوم در برابر حرارت استفاده مي شود.براي اينكه مقاومتشان در محيط هاي اسيدي نيز زياد شود، درصد سيليس تا 12% بايد باشد كه در اينصورت فقط باريخته گري قابل توليد بوده و براي رسيدن به ابعاد فقط سنگ زني قابل انجام است.

در مقادیر بالای سیلیس ، سختی پذیری و استحکام فولاد افزایش می یابد ولی این افزایش همراه با کاهش داکتیلیتی و انرژی ضربه است.از اینرو درصد سیلیس در اکثر فولادها به 0.35 % محدود می شود.در فولادهای کربن متوسط و پرکربن ، باافزودن سیلیس سختی پذیری زیاد می شود. درصد کربنی که یوتکتیک در آن رخ می دهد کاسته می شود.و دمای آستنیته را می افزاید.افزودن  سیلیس به فولادهای کوئنچ و تمپر با 0.5 %  کربن ، سختی حاصل از سخت کاری و فریت حاوی کاربید را افزایش می دهد.

در فولادهای فنر کربنی و سیلیس – منگنز دار ، میزان سیلیس بیش از حد طبیعی است و در محدوده1.5 -2 %  می باشد و درصد منگنز بین 0.6-1.0 %  است.با ازدیاد درصد سیلیس ، حساسیت به تردی تمپر افزایش می یابد. هرچند ، منگنز این حساسیت را بیشتر از سیلیس افزایش می دهد ولی در فولادهای سیلیس – منگنز دار حاوی 1%  منگنز، اگر درصد سیلیس بین 1.5-2  درصد باشد ، تردی تمپر بسیار جدی خواهد بود.اگر فولاد تنها0.6 %  منگنز داشته باشد سیلیس تا3 % می تواند در ترکیب فولاد حضور داشته باشد بدون اینکه بر افزایش تردی تمپر تاثیر جدی داشته باشد.

سیلیس در فولادهای مقاوم به حرارت ، نیکل-کروم ، کروم دار و کروم-تنگستن  برای افزایش مقامت به اکسیداسیون در دماهای بالا بکار می رود.فولادهای شیر کروم-سیلیس تا 3.75 % سیلیس و فولادهای پرنیکل –کروم-تنگستن در محدوده 1-2.5 %  سیلیس دارند. این چنین فولادهایی در شیرهای اگزوز موتورهای درون سوز استفاده می شود.

افزودن تقریبا 2 %  سیلیس به فولادهای زنگ نزن 18/8  مقاومت به پوسته برداری در دمای 980 C را افزوده و فولادهای تجارتی از این نوع در حدود 2-3 % سیلیس دارند.

سیلیس در فولاد با تشکیل محلول جامد جانشینی باعث می شود کربن بصورت گرافیت رسوب کند. فلذا چنین شکلی از کربن در حین نورد گرم بصورت لایه دکربوریزه شده حذف خواهد شد.بنابر این میزان کربن تا حد امکان کم نگهداشته می شود تا میزان اکسید و کربنی که خواص مغناطیسی فولاد را کاهش می دهد ، کمتر شود.از اینرو ورقهای فولاد سیلیس دار که 2.5-5 %  سیلیس دارند، افت جریان ادی و هیسترزیس کمتری در مقایسه با آهن دارند. فلذا در میدان جریان مستقیم، قابلیت نفوذ مغناطیس در آنها برای اکثر کاربردها مفید ومناسب بوده که باعث شده در صنایع الکتریکی کاربرد زیادی پیدا کرده است.

ورقهای الکتریکی از فولادهای سیلیس دار 4-4.75 %  سیلیس ساخته می شوند. چون در درصدهای سیلیس بالای 2.5 % آستنیتی وجود ندارد فلذا می توان آنها را عملیات حرارتی کرد.این عملیات تنها برای بازیابی و آزادسازی کرنش های مکانیکی و نفوذ ناخالصی ها و آخالها و رشد کریستالهای بزرگ اکوکسی بزرگ و به دنبال آن بهبود خواص مغناطیسی بکار می رود.یک روش برای آنیل ، عملیات حرارتی فولاد در دمای 800-1000 C در شرایط احیایی و سپس آهسنه سرد کردن است.در روش دیگر که برای تولید ورقهای با جهت گیری دانه ای استفاده می شود، شامل پوشش دادن اولیه ورقهای نورد گرم شده و سپس نورد سرد با پودرهای دیرگداز و به دنبال آن آنیل در دمای 1200 C بمدت60  ساعت در اتمسفر هیدروژن دار می باشد. با این عملیات درصد زیادی از دانه ها در راستای ترجیحی جهت دار می شود. ورق با چنین شبکه فریت جهت دار و یکنواخت باعث افزایش راندمان ترانسفورماتور و کاهش افت وات می شود.در عوض مقدار گرمای تولید شده در طی کار ترانسفورماتور را کاسته و هزینه اولیه را کم کرده و سیستم خنک کن دستگاه را ساده تر کرده است.

سیلیس در چدن ها همیشه وجود داشته و یک عنصر گرافیت زاست و پایداری کاربیدهای یوتکتیک و پرلیتی را کاهش می دهد.درصد سیلیس در چدنهای سفید بسیار کم بوده ولی در چدنهای خاکستری حداقل تا 1.5 درصد نیز وجود دارد.