آشنایی با برنز
برنز آلیاژی جذاب است که هزاران سال است که توسط انسان استفاده می شود. این ماده عمدتاً از مس تشکیل شده است، اما خواص منحصر به فرد آن از افزودن عناصر دیگری مانند قلع، آلومینیوم، بریلیم، سیلیکون، منگنز، کادمیوم، زیرکونیوم، تیتانیوم، منیزیم و آهن به دست می‌آید.
این عناصر به برنز استحکام، خاصیت ارتجاعی و مقاومت در برابر سایش و خوردگی را افزایش می دهد و آن را به ماده ای ارزشمند برای کاربردهای مختلف تبدیل می کند. اما آیا می دانستید که انواع مختلفی از برنز وجود دارد که هر کدام خواص و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند؟
از برنز قلع گرفته تا برنز بریلیم، برنز آلومینیومی تا برنز منگنز و حتی برنز کادمیوم و زیرکونیوم، هر نوع ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارد. در این مقاله، انواع مختلف برنز را با جزئیات بررسی خواهیم کرد و ترکیب، خواص و کاربرد آنها را بررسی خواهیم کرد. چه یک دانشمند مواد باشید، چه مهندس یا فقط در مورد دنیای اطرافتان کنجکاو باشید، این مقاله نگاهی اجمالی به دنیای برنز ارائه می دهد.
برنز چیست
برنز نوعی آلیاژ است که عمدتاً از مس تشکیل شده است. مخلوطی از مس با عناصر دیگری مانند قلع، آلومینیوم، بریلیم، سیلیسیم، منگنز، کادمیوم، زیرکونیوم، تیتانیوم، منیزیم و آهن است.
تمام آلیاژهای مس به جز مس خالص و سری مس-روی (برنج) و سری مس-نیکل (مس سفید) را می توان به عنوان برنز طبقه بندی کرد. افزودن عناصر دیگر به مس در برنز استحکام آن را افزایش می دهد و خواص خاصی به آن می بخشد. برنز مقاومت بالایی در برابر فشار دارد و خاصیت ارتجاعی بالا، مقاومت در برابر نرم شدن و مقاومت در برابر خوردگی و سایش آن را به ماده ای مفید برای کاربردهای مختلف تبدیل کرده است. اگرچه پردازش آن می تواند دشوار باشد، اما این ویژگی ها منجر به طیف گسترده ای از کاربردها برای برنز شده است.
چند نوع برنز وجود دارد؟
برنز را می توان بر اساس عناصر اصلی آن به چند دسته طبقه بندی کرد.
برنز قلع
به نوعی از آلیاژ مسی که عنصر اصلی آن قلع است، برنز قلع گفته می شود. قلع برنز مورد استفاده در بخش صنعتی معمولاً بین 3 تا 14 درصد قلع دارد. قلع برنز با محتوای کمتر از 5 درصد قلع برای فرآیندهای سرد کاری ایده آل است. از طرف دیگر، برنز قلع با محتوای قلع از 5% تا 7% برای کار گرم مناسب است. برای کاربردهای ریخته گری، برنز قلع با بیش از 10 درصد قلع ترجیح داده می شود. قلع برنز به طور گسترده ای در صنایع مختلف از جمله کشتی سازی، شیمیایی، ماشین آلات و ابزار دقیق استفاده می شود.
عمدتاً برای ساخت قطعات مقاوم در برابر سایش مانند بلبرینگ ها، آستین های شفت و اجزای الاستیک مانند فنرها و همچنین قطعات ضد خوردگی و ضد مغناطیسی استفاده می شود.
برنز آلومینیوم
آلیاژ مسی که عنصر اصلی آن آلومینیوم است به نام برنز آلومینیوم شناخته می شود. برنز آلومینیوم دارای خواص مکانیکی بالاتری نسبت به برنج و قلع برنز است. در عمل، آلومینیوم برنز حاوی 5٪ تا 12٪ آلومینیوم است، با محتوای آلومینیوم بین 5٪ تا 7٪ بهترین انعطاف پذیری را ارائه می دهد، که آن را برای کار سرد ایده آل می کند. با این حال، زمانی که محتوای آلومینیوم بیشتر از 7٪ تا 8٪ باشد، استحکام آلیاژ افزایش می یابد، اما انعطاف پذیری آن به طور قابل توجهی کاهش می یابد.
بنابراین بیشتر به صورت ریخته گری یا بعد از کار گرم استفاده می شود. از نظر مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی، برنز آلومینیوم از برنج و برنز قلع در اتمسفر، آب دریا، اسید کربنیک آب دریا و اکثر اسیدهای آلی بهتر است. برنز آلومینیومی را می توان برای ساخت قطعات مقاوم در برابر سایش با استحکام بالا مانند چرخ دنده ها، آستین های شفت و چرخ دنده های حلزونی و همچنین عناصر الاستیک با مقاومت در برابر خوردگی بالا استفاده کرد.
برنز بریلیم
به نوعی از آلیاژ مس که عامل اصلی آن بریلیم است بریلیم برنز گفته می شود. بریلیم در بریلیم معمولاً از 1.7٪ تا 2.5٪ متفاوت است. برنز بریلیم با حد الاستیک بالا و حد، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی عالی، رسانایی خوب و هدایت حرارتی، عدم مغناطیسی و عدم وجود جرقه در هنگام ضربه زدن به آن می شود. برای ساخت فنرهای حیاتی در ابزار دقیق، چرخ دنده های ساعت، یاتاقان ها و بوشینگ هایی که تحت فشار و فشار زیاد کار می کنند، و همچنین الکترودهای جوشکاری، ابزارهای ضد انفجار، قطب نمای ناوبری و سایر اجزای حیاتی استفاده می شوند.
برنز سیلیکون
نوع برنز که دارای سیلیکون به عنوان عنصر اصلی آن است ، به عنوان برنز سیلیکون شناخته می شود. علاوه بر سیلیکون ، برنز سیلیکون مورد استفاده در بخش صنایع نیز حاوی مقادیر اثری از منگنز ، نیکل ، روی یا سایر عناصر است. سیلیکون یک محلول جامد محدود در مس است که حداکثر حلالیت 5.3 ٪ در دمای 852 درجه سانتیگراد است که با کاهش دما کاهش می یابد. با این حال ، اثر سخت شدن پیری معنی دار نیست و به طور کلی ، هیچگونه عملیات حرارتی تقویت نمی شود.
میزان سیلیکون برنز سیلیکون تغییر شکل از 1 ٪ تا 4 ٪ است. با افزایش محتوای سیلیکون ، ممکن است یک مرحله شکننده ظاهر شود و انعطاف پذیری آلیاژ را کاهش می دهد. برنز سیلیکون دارای دامنه دمای باریک از تبلور ، سیالیت خوب و خاصیت مکانیکی بالاتر در مقایسه با برنز قلع است. از آن می توان به عنوان جایگزینی برای برنز قلع در صنعت تولید ماشین آلات استفاده کرد.
برنز منگنز
برنز منگنز نوعی آلیاژ است که عنصر پایه آن مس و عنصر آلیاژی اصلی آن منگنز است. گریدهای اصلی برنز منگنز در میان دیگران عبارتند از QMn1.5 و QMn5 (Cu-5Mn).
کروم برنز
کروم برنز نوعی آلیاژ مس است که حاوی 0.4٪ تا 1.1٪ کروم است. کروم برنز را می توان از طریق کوئنچینگ، پیری، یا رفع پیری و تغییر شکل سرد تقویت کرد. در دمای یوتکتیک 1072 درجه سانتی گراد، حداکثر حلالیت کروم در مس 0.65 درصد است. با کاهش دما، حلالیت جامد کروم به سرعت کاهش می یابد و ذرات کروم پس از محلول جامد و تیمارهای پیری رسوب می کنند. افزودن کروم به طور قابل توجهی دمای تبلور مجدد و استحکام حرارتی آلیاژ را بهبود می بخشد، اما رسانایی مس را اندکی کاهش می دهد.
رسانایی میله برنز کروم با محلول 45% IACS است که پس از پیری به 80% IACS افزایش می یابد. دمای نرم شدن برنز کروم کهنه شده 400 درجه سانتیگراد است که دو برابر مس سرد کار شده است. این آلیاژ در هر دو حالت ریخته گری و تغییر شکل قابل استفاده است. هنگامی که آلومینیوم و منیزیم به عنوان عناصر آلیاژی کروم برنز اضافه می شوند، یک لایه اکسید نازک و متراکم بر روی سطح آلیاژ Cu-Cr تشکیل می شود که به طور محکم با فلز پایه متصل می شود و مقاومت اکسیداسیون در دمای بالا و مقاومت حرارتی را بهبود می بخشد. آلیاژ.
محتوای آلومینیوم و منیزیم در آلیاژ معمولاً بیش از 0.3٪ نیست.
برنز کادمیوم
برنز کادمیوم نوع خاصی از برنز است که عنصر آلیاژی اصلی آن کادمیوم است و گاهی 0.35 تا 0.65 درصد کروم به آن اضافه می شود. کادمیوم و مس در دماهای بالا یک محلول جامد تشکیل می دهند، اما با کاهش دما، حلالیت جامد به سرعت کاهش می یابد. محتوای کم کادمیوم منجر به اثر تقویت ذرات ضعیف فاز رسوب شده می شود و بنابراین، آلیاژ را نمی توان با عملیات حرارتی سخت کرد و تنها از طریق تغییر شکل سرد می توان آن را تقویت کرد.
برنز کادمیوم دارای رسانایی و هدایت حرارتی بالا، مقاومت در برابر سایش، عملکرد کاهش سایش و مقاومت در برابر خوردگی و همچنین عملکرد پردازش خوب است. به طور گسترده ای در ساخت قطعات رسانا، مقاوم در برابر حرارت و مقاوم در برابر سایش برای دستگاه های الکتریکی استفاده می شود. توجه به این نکته ضروری است که مواد فرار کادمیوم سمی است و این ماده باید از طریق روش های ذوب تهیه شود و در طول فرآیند ذوب به نکات ایمنی توجه شود. عیار داخلی برنز کادمیوم QCd1 است. این به شکل صفحات، نوارها، میله ها و سیم موجود است.
کاربردهای اصلی آن شامل کموتاتورهای موتور، عناصر سوئیچ، کنتاکت های فنر، حفره های موجبر، خطوط انتقال با استحکام بالا، اتصالات و الکترودهای جوشکاری تماسی، و غلتک ها و غیره است.
برنز زیرکونیوم
برنز زیرکونیوم نوع خاصی از برنز است که عنصر آلیاژی اصلی آن زیرکونیوم است و گاهی برای بهبود استحکام آن مقدار کمی زیرکونیوم به آن اضافه می شود. گریدهای رایج برنز زیرکونیوم QZr0.2 و QZr0.4 هستند. استحکام حرارتی و مقاومت در برابر خزش خوبی دارد و انعطاف پذیری و رسانایی خوبی را در دماهای بالا حفظ می کند. برنز زیرکونیوم از طریق روش ذوب تولید می شود. این ماده عمدتاً به عنوان قطعات جوشکاری مقاومت و مواد الکترود با مقاومت بالا استفاده می شود. استفاده از برنز زیرکونیوم به دلیل رسانایی بالا، هدایت حرارتی و سهولت پردازش در صنعت آهن و فولاد به طور فزاینده ای رواج یافته است.
کروم زیرکونیوم برنز
کروم زیرکونیوم برنز آلیاژی است که دارای استحکام، سختی، هدایت الکتریکی و هدایت حرارتی بالا و همچنین مقاومت در برابر سایش است. پس از عملیات پیری، سختی، استحکام، رسانایی الکتریکی و هدایت حرارتی آن به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد و جوشکاری آن را آسان می‌کند. این به طور گسترده ای در کاربردهایی مانند کموتاتورهای موتور، دستگاه های جوش نقطه ای، دستگاه های جوشکاری درز، الکترودهای دستگاه های جوش لب به لب و سایر اجزایی که به استحکام، سختی، رسانایی و رسانایی در دماهای بالا نیاز دارند، استفاده می شود.
به عنوان یک الکترود جرقه الکتریکی، کروم زیرکونیوم برنز می تواند یک سطح آینه ایده آل با عملکرد عمودی خوب ایجاد کند. این می تواند به اثراتی دست یابد که به سختی با مس قرمز خالص به دست می آیند، مانند پوسته پوسته شدن، و برای مواد سخت ماشین کاری مانند فولاد تنگستن مناسب است. گریدهای کروم زیرکونیوم برنز شامل C18150، C18200، C15000 و C15100 است.
برنز تیتانیوم
برنز تیتانیوم به آلیاژ مسی اطلاق می‌شود که عنصر اصلی آلیاژ آن تیتانیوم است. این یک نوع جدید از مواد الاستیک است که کارایی خوبی دارد، هم سرد و هم گرم. از طریق عملیات حرارتی می توان خواص برنز تیتانیوم را تا حد زیادی بهبود و تقویت کرد. به عنوان مثال، استحکام کششی آن را می توان از 686 مگاپاسکال به 1009 مگاپاسکال افزایش داد.
برنز تیتانیوم در ساخت عناصر الاستیک با مقاومت بالا، الاستیسیته بالا و مقاوم در برابر سایش، کلیدهای الکتریکی، عناصر الاستیک رله، جعبه های غشایی، دیافراگم ها، چرخ دنده ها، بلبرینگ ها، لنت های یاتاقان و آستین های بلبرینگ و سایر موارد استفاده می شود. برنامه های کاربردی.
برنز منیزیم
برنز منیزیم نوعی آلیاژ مس منیزیم است. درجه داخلی برنز منیزیم QMg0.8 است. این یک آلیاژ دوتایی از مس و منیزیم است و معمولاً به عنوان یک ماده رسانا مانند کابل استفاده می شود و می تواند جایگزین برنز کادمیوم در بسیاری از کاربردها شود. برنز منیزیم عمدتاً به صورت سیم عرضه می شود و عمدتاً برای ساخت قطعات رسانا مانند کابل ها و آنتن های هواپیما استفاده می شود.
برنز آهن
برنز آهن نوعی برنز است که عنصر اصلی آن آهن است. آلیاژهای مس-آهن که به عنوان برنز آهن نیز شناخته می شوند، با آلیاژ C19400 در آمریکا نشان داده می شوند. از طریق عملیات حرارتی، رسوب آهن در آلیاژ استحکام و مقاومت حرارتی آن را بهبود می بخشد. استحکام کششی در حالت سخت شده می تواند به 415-485 مگاپاسکال برسد و رسانایی آن می تواند به 60٪ IACS برسد. برنز آهنی به طور گسترده ای به عنوان مواد قاب سربی برای مدارهای مجتمع استفاده می شود و در استاندارد ASTM B465-85 در ایالات متحده گنجانده شده است.
این استاندارد همچنین شامل آلیاژهای C19200، C19500 و C19600 است که به ترتیب دارای آهن 0.8% تا 12%، 10% تا 20% و 9% تا 12% و محتوای فسفر 0.01% تا 0.04%، 0.01% می باشد. به ترتیب به 0.35% و 0.25% تا 0.35% رسید.
