معرفی آلیاژهای برنج

از این فلز به خاطر کاربردهای خاص و شکل و رنگ آن در جاهای مختلفی استفاده می‌کنند: مثلاً در دکوراسیون به خاطر رنگ تقریباً طلایی رنگش, برنج رنگی تقریباً زرد دارد که شبیه به رنگ طلا است. برنج در برابر کدر شدن و لکه‌دار شدن هم مقاومت دارد، یعنی دیرتر اکسایش می‌یابد.

برنج از مدتها پیش حتی قبل از تاریخ شناخته شده بود, در آن زمان که انسان هنوز فلز روی را نمی‌شناخت با ذوب کردن مس همراه با کالامین (سنگ معدن فلز روی) برنج تولید می‌کرد.

برنج معمولاً قابلیت چکش‌خواری بیشتری نسبت به مس و روی دارد و تقریباً دمای ذوب آن بین ۹۰۰ تا ۹۴۰ درجه سانتی‌گراد است . البته سختی و نرم بودن آن می‌تواند با تغییر نسبت مخلوط مس و روی تغیر کند.

مس داخل برنج (از طریق اثر اولیگودینامیک) خاصیت میکروب‌کشی به آن می‌دهد. به‌همین خاطر از برنج به عنوان دستگیره و دیگر فلزات رایج در بیمارستان‌ها استفاده می‌کنند.

امروزه تقریباً ۹۰٪ از فلزات برنج بازیافت می‌شوند، چون فلز برنج خاصیت مغناطیسی کمی دارد و به راحتی می‌توان آن را از فلزاتی که معمولاً با آنها مخلوط می‌شود جدا کرد. بدین ترتیب برنج جدا شده را دوباره بازیافت می‌کنند.

چگالی متوسط برنج ۸٫۴ گرم بر سانتی‌متر مربع است .

انواع برنج

برنج دریاسالار: شامل ۳۰٪ روی همراه با ۱٪ قلع (در فارسی مِفرَغ نیز خوانده می‌شود)

برنج آلفا: شامل کمتر از ۳۵٪ روی، که از آن می‌توان برای کارهایی با فشار بالا، ضربه و سرد استفاده کرد. ساختار کریستالی این نوع برنج FCC است .

برنج بتا: شامل ۴۵٪ تا ۵۰٪ روی که سختی و مقاومت بیشتری نسبت به گرما و فشار و ضربه دارد.

برنج آلفاـبتا: شامل ۳۵٪ تا ۴۵٪ روی مناسب برای گرما

برنج آلومینیومی: که شامل آلومینیوم است و مقاومت زیادی در برابر خوردگی دارد که از آن در ساخت سکه‌های اروپایی استفاده می‌کنند .

برنج آرسنیکی: شامل آرسنیک. آلومینیوم است که در ساخت دیگ‌های بخار کاربرد دارد .

برنج فشنگی: شامل ۳۰٪ روی

برنج معمولی: شامل ۳۷٪ روی، ارزان و مناسب برای کارهای بدون گرما (سرد)

برنج عالی: شامل ۳۵٪ روی و ۶۵٪ مس، با قابلیت انعطاف پذیری بالا، استفاده شده در ساخت فنر و پیچ ها.

برنج سربی: همان برنج آلفاـبتا همراه با مقداری سرب است.

برنج پست: شامل ۲۰٪ روی است، با رنگ زرد نزدیک به طلا

برنج دریایی: شبیه به برنج دربا سالار با ۴۰٪ روی و ۱٪ قلع (در فارسی مِفرَغ نیز خوانده می‌شود)

برنج سفید: شامل بیش از ۵۰٪ روی ، بسیار شکننده

برنج طلایی: که نرم ترین فلز برنج است با ۹۵٪ مس و ۵٪ روی که در ساخت مهمات جنگی کاربرد دارد.

برنجها آلیاژهای مس و روی می باشند که براساس تغییرات ترکیبی ورنگ

ظاهری به برنج زرد وبرنج قرمز وبرنج سرب،برنج سیلیسیم،برنج قلع،برنج

های نیکلی(ور شو)تقسیم می شوند.

خواص فیزیکی:

حد حلالیت روی در مس برابر5/32% در درجه حرارت انجماد و در حدود

35% در درجه حرارت محیط می باشد از این رو فاز محلول جامد α مهم

ترین شبکه میکروسکوپی موجود در آلیاژ برنج است.

و همانطور که در دیاگرم مس وروی نشان داده شده است

اکثر آلیاژهای برنج دارای دامنه انجماد بسیار کم بوده ووجود فلزات دیگر

در مس عملاً باعث پائین آمدن نقطه ذوب می شود و هر قدر دامنه انجماد

کمتر باشد،سیالیت آلیاژ بهتر خواهد بود ولی این امر معمولاً با زیاد شدن

حجم انقباض متمرکز

همراه است و کاملاً برای ریخته گری مناسب می باشند واز نقطه نظر شبکه محلولهای جامد مس و روی دارای خواص زیر می باشند:

الف)محلول جامد α : این شبکه در سرما چکش خوار می باشد ولی چکش خواری آن در گرما منوط به نداشتن سرب در آلیاژ است(به دلیل تشکیل سرب مایع در گرما)

ب)محلول جامد β :در این شبکه وجود سرب کمتر مزاحم می باشد وشبکه خاصیت چکش خواری خود ار در گرما حفظ می کند.

ج)محلول جامدγ:این شبکه سخت و شکننده است و خواص عمومی شبکه γ را دارد

اگر مقدار فلز روی از 50%کمتر ابشد آلیاژ در ناحیه βبوده وبرای به وجود آمدن شبکه γباید مقدار فلز روی از 50%تجاوز کند.به همین دلیل مقدار فلز روی در برنج ها مواره کمتر از 47%است ورنگ برنج به مقدار روی بستگی دارد.

اگر برنج تنها از محلول جامدα تشکیل شده باشد در این صورت خواص مکانیکی با افزایش فلزروی بالا می رود سپس با افزایش بیش از حد روی دوباره کاهش می یابد.اگر برنج از شبکه α و β تشکیل شده باشد مقدار درصد تغییر شکل به کم شدن ادامه می دهد در حالیکه سختی پیوسته زیاد می شود.

تاثیر روی در محلول جامد α در جدول زیر آورده شده است:

دسته بندی آلیاژهای مس:

آلیاژهای مس مانند آلومینیم به دو دسته آلیاژهای کارپذیر(نوردی)وریختگی تقسیم می گردند.هر دسته از این آلیاژها نیزبر حسب شرایط ترکیبی وعناصر آلیاژی می توانند عملیات حرارتی پذیر یا عملیات حرارتی ناپذیر باشند.

انواع برنجهای کارپذیر(نوردی)فقط حاوی مس وروی می باشند وعناصردیگردرحد ناخالصی در آنها وجود دارد وبرنجهای آلیاژی علاوه بر مس و روی حاوی عناصر دیگری نظیر سیلیسم،آهن،

قلع،و سرب و... نیز هستند وبیشتر از طریق ریخته گری شکل می گیرند.

برنجهای مخصوص:

اگر به آلیاژ مس وروی سایر عناصر اضافه شوند به طورکلی خواص مکانیکی برنج بالا می رود واین نوع آلیاژها را برنج مخصوص می نامند.و بالطبع نمی توان فقط ساختمانهای ساده محلول جامد α ویا β+α را انتظار داشت.

عناصری مانند سرب،قلع،آهن،منگنز،نیکل وغیره دربرنج همواره به عنوان عنصر آلیاژی یا عنصر ناخالصی حضور دارند.ومقدار این عناصر هیچگاه از حدود 2-1% تجاوز نمی کند.

آلیاژ مس و روی را برنج می گویند. بر حسب درصد روی در مس می توان برنجهای متفاوتی را به دست آورد. هر چه درصد روی در مس افزایش یابد سختی و استحکام این آلیاژ بیشتر می شود و رنگ برنج از قرمز به زرد کم رنگ متمایل می شود. روی با نقطه ذوب C] 419 و چگالی 14/7 گرم بر سانتی متر مکعب در مذاب مس با نقطه ذوب C]1083 و وزن مخصوص 9/8 گرم بر سانتی متر مکعب معمولاً به صورت غیر همگن یا غیر یکنواخت قرار می گیرند که مشکل اساسی جدایش را به وجود می آورد . چون روی تا 32% می تواند در دمای محیط به صورت تک فازیα در مس وجود داشته باشد به آن برنج α میگویند که شامل یک ساختمان تک فازی کریستالهای محلول جامد روی و مس می باشد. معمولاً برنجهای α تجارتی تا 36% روی دارند و به دو گروه تقسیم می شوند :

برنج α زرد که شامل 20 الی 36% روی می باشدو برنج α قرمز که شامل 5 الی 20% روی می باشد.

در تهیه آلیاژهای برنج می توان دو روش را مورد استفاده قرار داد:

1-از هاردنر مس و روی استفاده نمود. لازم است در این روش مس را تحت فلاکس پوششی ذوب کرده و بعد هاردنر را در چند مرحله به مذاب وارد نمود.

2-استفاده از روی خالص که لازم است مس را تحت فلاکس پوششی ذوب نموده فوق گداز آن را پایین آورده و روی را در چند مرحله به مذاب وارد نموده و کاملاً آن را مخلوط نمود. از دیاگرام مس و روی می توان فهمید که دامنه انجماد برنجها کوتاه و سیالیت خوبی دارند.

برای ساخت برنج 20% روی لازم است مس مورد نیاز را همراه با فلاکس پوششی که شیشه می باشد ذوب نموده و چون از روی خالص استفاده می شود بایستی فوق گداز را پایین آورده و این مقدار روی را در چندین مرحله ( معمولاً در 3 نوبت مناسب است ) به مذاب وارد کنیم. به دلیل نقطه ذوب و وزن مخصوص متفاوت این دو فلز که نقطه مس C]1083 و چگالی آن 9/7 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و روی با نقطه ذوبC] 419 و وزن مخصوص 14/7 گرم بر سانتی متر مکعب باعث جدایش این دو فلز از یکدیگر شده و پدیده جدایش را به وجود می آورند و لذا بایستی حتماً این مذاب را توسط ابزار خوب مخلوط نموده و اقدام به ذوب ریزی نمود.

برُنز، آلیاژی از مس و قلع می‌باشد. برخی از انواع برنج، برنز هم نامیده می‌شوند. بطور کلی آلیاژ CU و Sn برنز قلع و در اصطلاح عامیانه برنز نامیده می‌شود این آلیاژ در زمانهای قدیم در ایران بنام مفرغ مشهور بوده‌است اما از لحاظ کلی برنز به آلیاژهای مس به علاوه یک عنصر غیر از روی اطلاق می‌شود. مانند آلیاژ مس و آلومینیوم که به آلومینیوم برنز مشهور است.یا مس و نیکل که به نیکل برنز مشهور است. بررسی نمودار تعادلی آلیاژ Cu و Sn‌ نشان می‌دهد که با افزایش عنصر قلع نقطه ذوب کاهش و فازهای گاما و ε در ساختار ظاهر می‌گردد لذا با افزایش عنصر قلع سختی و استحکام آلیاژ افزایش و انعطاف پذیری آن کاهش میابد، لذا برنزهای قلع ریختگی حداکثر ۲۵٪ قلع دارند علاوه برای به منظور بهبود نرمی از خواص آلیاژ برنز قلع به آن عناصر مختلفی اضافه می‌شود که مهمترین آنها عبارتند از Zn , Pb , P اضافه نمودن Zn به آلیاژ برنز قلع باعث افزایش سیالیت مذاب و سهولت ریختگری می‌گردد. وجرم حجمی آن تقریباً 8.5گرم بر سانتی متر مکعب است.

برنز

برُنز، آلیاژی از مس و قلع می‌باشد. برخی از انواع برنج‌ها برنز هم نامیده می‌شوند. بطور كلی آلیاژ CU و Sn برنز قلع و در اصطلاح عامیانه برنز نامیده می شود این آلیاژ در زمانهای قدیم در ایران بنام مفرغ مشهور بوده است اما از لحاظ كلی برنز به آلیاژهای مس به علاوه یك عنصر غیر از روی اطلاق می شود.

مانند آلیاژ مس و آلومینیوم كه به آلومینیوم برنز مشهور است یا مس و نیكل كه به نیكل برنز مشهور است. بررسی نمودار تعادلی آلیاژ Cu و Sn نشان می دهد كه با افزایش عنصر قلع نقطه ذوب كاهش می یابد لذا با افزایش عنصر قلع سختی و استحكام آلیاژ افزایش و انعطاف پذیری آن كاهش میابد ، لذا برنزهای قلع ریختگی حداكثر 25% قلع دارند علاوه برای به منظور بهبود نرمی از خواص آلیاژ برنز قلع به آن عناصر مختلفی اضافه می شود كه مهمترین آنها عبارتند از Zn , Pb , P اضافه نمودن Zn به آلیاژ برنز قلع باعث افزایش سیالیت مذاب و سهولت ریختگری می گردد.

برنج آلیاژی از مس و فلز روی می‌باشد که نسبت آن‌ دو در آلیاژ تعیین کننده نوع برنج با توجه به مورد استفاده آن است. برخی از انواع برنج‌ها برنز هم نامیده می‌شوند هرچند برنز آلیاژی از مس و قلع می‌باشد. از این فلز به خاطر کاربردهای خاص و شکل و رنگ آن در جاهای مختلفی استفاده می کنند: مثلاً در دکوراسیون به خاطر رنگ تقریباً طلایی رنگش، در مهمات جنگی، در جاهایی که به اصطکاک کم نیاز باشد (مثل مغزی قفل‌ها)، و مخصوصاً بخاطر خاصیت آکوستیکی در سازهای موسیقی (مثل هورن).

برنج رنگی تقریباً زرد دارد که شبیه به رنگ طلا است. برنج در برابر کدر شدن و لکه‌دار شدن هم مقاومت دارد، یعنی دیرتر اکسایش می یابد. برنج از مدتها پیش حتی قبل از تاریخ شناخته شده بود؛ در آن زمان که انسان هنوز فلز روی را نمی شناخت با ذوب کردن مس همراه با کالامین (سنگ معدن فلز روی) برنج تولید می کرد. برنج معمولاً قابلیت چکش‌خواری بیشتری نسبت به مس و روی دارد و تقریباً دمای ذوب آن بین ۹۰۰ تا ۹۴۰ درجه سانتی‌گراد است . البته سختی و نرم بودن آن می تواند با تغییر نسبت مخلوط مس و روی تغیر کند.

مس داخل برنج (از طریق اثر اولیگودینامیک) خاصیت میکروب‌کشی به آن می‌دهد. به‌همین خاطر از برنج به عنوان دستگیره و دیگر فلزات رایج در بیمارستان‌ها استفاده می‌کنند. امروزه تقریباً ۹۰٪ از فلزات برنج بازیافت می شوند، چون فلز برنج خاصیت مغناطیسی کمی دارد و به راحتی می توان آن را از فلزاتی که معمولاً با آنها مخلوط می شود جدا کرد. بدین ترتیب برنج جدا شده را دوباره بازیافت می کنند. چگالی متوسط برنج ۸٫۴ گرم بر سانتی‌متر مربع است .

ورشو :

ورشو آلیاژی است از مس و نیکل و روی. ورق روشو جلایی مانند نقره دارد. در برابر زنگ‌زدگی مقاوم است . این آلیاژ در اروپا به «نقره نیکلی» یا «نقره آلمانی» معروف است . ظاهرا چون ورشو اولین بار از کشور لهستان به ایران آمد، در ایران بنام پایتخت لهستان ورشو نام گرفت . چینیان این آلیاژ را از قرن‌ها پیش می‌شناختند. در قرن نوزدهم در اروپا روش ساختن آن بدست آمد. در ایران سماور‌هایی که از ورشو ساخته می‌شد، به ویژه نوعی که در بروجرد ساخته می‌شد شهرت داشت و به «سماور ورشو» مشهور بود.

مفرغ :

مفرغ یک آلیاژ است . « آلیاژ » یعنی مخلوطی از چند فلز . فلز اصلی تشکیل دهنده ی مفرغ ، قلع است . قلع را معمولاً با سرب و با نسبت شش به یک یا چهار بر یک مخلوط می کنند . هزاران سال است که از مفرغ کالاهای گوناگون می سازند . مفرغ اگرچه فلزی بسیار سخت است و کارکردن با آن دشوار ، اما گفته می شود که چینی ها و مصری ها و یونانی های قدیم آن را می شناختند . رومی ها نیز آن را می ساختند . مفرغ را معمولاً در ارتباط با انگلیس می دانند و دلیل هم برای این گفته وجود دارد . در کورنوال معدنهای زیادی که دارای ذخیره های عظیم قلع بوده وجود داشته است . بنابراین ، انگلیسی ها در دوران های بسیار دور ظروف مفرغی می ساخته اند ، و قلعی از که از کورنوال به دست می آمده برای ساختن مفرغ در بخشهای دیگر اروپا استفاده می شده است .

مفرغ به سه صورت مورد استفاده قرار می گرفته است : برای ظرفهای کلیسا ، برای نیازهای روزمره ، و در کارهای مورد نیاز . استفاده از کاسه های مفرغی از قرون وسطی در کلیساهای انگلیس متداول شده است . در انگلیس ساختن بشقاب و فنجانهای مفرغی بسیار رایج بود . اما در همان زمان اشخاص ثروتمندتر از ظروف نقره ای استفاده می کردند و استفاده از ظروف مفرغی فقط مختص طبقه ی متوسط بود .

در فرانسه ، در قرن چهاردهم ، از مفرغ برای ساختن ظرفهای نوشابه ، بشقاب ، نمکدان ، و قابلمه های غذا استفاده می کردند . در قرن چهاردهم در آلمان کارخانه ای تأسیس شد که در آن محصولاتی از مفرغ می ساختند در همان زمان در بلژیک ، هلند ، سوئیس ، روسیه و اسکاندیناوی نیز ظروف مفرغی می ساختند .