ریخته گری آلیاژهای برنج

[Peyman 16,150]

مقدمه

 

برنجها آلیاژهای مس و روی می باشند که براساس تغییرات ترکیبی و رنگ ظاهری به برنج زرد و برنج قرمز و برنج سرب، برنج سیلیسیم، برنج قلع، برنج های نیکلی (ورشو) تقسیم می شوند.

 

 

خواص فیزیکی

 

حد حلالیت روی در مس برابر 32.5 % 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. اکثر آلیاژهای برنج دارای دامنه انجماد بسیار کم بوده و وجود 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 و از 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 باشد، آلیاژ در ناحیه β بوده و برای به وجود آمدن شبکه γ باید مقدار فلز روی از 50% تجاوز کند. به همین دلیل مقدار فلز روی در برنج ها مواره کمتر از 47% است و رنگ برنج به مقدار روی بستگی دارد. اگر برنج تنها از محلول جامد α 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.

 

 

 

 

دسته بندی آلیاژهای مس

 

آلیاژهای مس مانند آلومینیم به دو دسته آلیاژهای کارپذیر (نوردی) و ریختگی 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 و عناصر دیگر در حد ناخالصی در آنها وجود دارد و برنجهای 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 7.14 گرم بر سانتی متر مکعب در مذاب مس با نقطه ذوب C 1083 و وزن مخصوص 8.9 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 فازی α 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 7.9 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و روی با نقطه ذوبC419 و وزن مخصوص 7.14 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.

 

 

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

 

 

 

[پیرهاید 10,193]

بررسی قابلیت آلیاژسازی در مس:

 

به طور كلي وارد شدن هر اتم بيگانه در شبكه مس باعث بهبود (بالا رفتن) خواص مكانيكي و كاسته شدن از هدايت الكتريكي مي شود. اين تغيير خواص به حجم و تعداد اتم بيگانه بستگي دارد. هر قدر اختلاف حجم يا تعداد بيشتر باشد اثر اتم بيگانه بيشتر نمودار خواهد شد.

مس داراي خاصيت حلاليت زياد بوده و بسياري از فلزات را در خود حل مي كند. ساختار بلوري مس مكعب با اتم در مركز و F.C.C است. اگر ورود اتم هاي بيگانه شبكه مس و مشخصات آن را تغيير ندهد آلياژهاي حاصل شبكه ناميده مي شود. به عبارت ديگر محلول جامد مس با ساير فلزات وقتي به صورت است كه ساختار مس تغيير نكند و اتم هاي بيگانه در داخل شبكه يا جانشين اتم هاي مس شده و يا آنكه بصورت ين نشين در داخل شبكه وارد شوند. اين نوع شبكه داراي خاصيت چكش خواري وده و سختي آن متناسب با تعداد اتم هاي بيگانه خواهد بود وجود اين اتم ها بطور منظم بر سختي آلياژ مي‌افزايد. اگر مقدار اتم هاي بيگانه به تدريج زياد شود شبكه جديدي بوجود مي‌آيد كه باز هم بصورت مكعب با يك اتم در مركز هر صفحه بوده ولي ابعاد و مشخصات اين شبكه با شبكه مس متفاوت بوده و آنرا شبكه مي نامند. اين شبكه سخت تر از شبكه بوده و خاصيت چكش خواري آن نيز كمتر است. اگر تعداد اتم هاي بيگانه به مدار پيوسته زياد شود شبكه نيز به تدريج به حالت درآمده و آلياژ مخلوطي از شبكه و خواهد بود و خواص مكانيكي آلياژ تابع آماري غلظت هر يك از شبكه ها خواهد بود. بالاخره به ازاي بيشتر شدن اتم هاي بيگانه شبكه يك بار ديگر تغيير شكل داده و به صورت جديدي كه آنرا شبكه مي نامند در مي آيد. اين شبكه ها معمولاً بسيار بزرگ است و هر واحد ساختاري آن داراي تعداد زيادي اتم است. در اين شبكه اتم هاي مس و فلز بيگانه رئوس را اشغال نموده و در داخل ساختار بلوري نيز بطور نامنظم بصورت بين نشين وجود دارند. شبكه داراي مقاومت الكتريكي بسيار زياد بوده و به شدت سخت و شكننده است. به طوريكه آلياژهاي مس هرگز به صورت شبكه خالص مصرف ندارند و حداكثر يك آلياژ صنعتي به صورت و است كه در آن مقدار بايد بر حسب نوع مصرف آلياژ به دقت تعيين شود.

 

بررسی برنجها:

تعريف آلياژهاي مس و روي مي باشند كه بر اساس تغييرات تركيبي و رنگ ظاهري به برنج زرد، برنج قرمز، برنجهاي سرب ، برنج سيليسيم، برنج قلع و برنج هاي نيكلي (ورشوها) تقسيم مي شوند.

- تشريح پديده آلياژسازي : از دياگرام بالا استنباط مي شود كه حد حلاليت روي در مس برابر 5/32% در درجه حرارت انجماد و حدود 35% در درجه حرارت محيط مي باشد و از اين رو فاز محلول جامد مهمترين شبكه ميكروسكوپي موجود در آلياژ برنج است . اين شبكه در سرما چكش خوار مي باشد ولي چكش خواري آن در گرما منوط به نداشتن سرب در آلياژ است زيرا سرب خاصيت چكش خواري اين شبكه را درگرما به علت حضور سرب مايع از بين مي برد.

 

برنج هاي آلياژي و غني از روي داراي شبكه ساختماني و يا مي‌باشند كه فاز اخير بر اساس تركيب نامنظم CuZn در شبكه ساختماني B.C.C متبلور شده و جزء فازهاي مياني محسوب مي گردد و از فاز سخت تر و از مقاومت بيشتر برخوردار است. از اين رو برنج هايي كه داراي قسمتي فاز و يا فاز هستند قابليت شكل پذيري بسيار كمي دارند. وجود عناصر ناخالص و همچنين جدايش روي در فاصله انجماد كه باعث تشكيل فازهايو در درجه حرارت محيط مي شوند، در ريخته گري برنج حائز اهميت مي باشد . مي توان افزايش شكنندگي برنج را در اثر تقليل فاز از آن استنباط نمود. بنابر دلايل فوق برنج ها معمولاً كمتر از 35% روي دارند ولي پديده جدايش و تمركز غلظت اغلب باعث ايجاد تركيبات شيميايي متفاوت مي گردد به طوريكه فاز و در تركيبات بسيار كم روي تشكيل مي شوند. علاوه بر فاز فاز (مكعبي موسوم به برنج )بر اساس تركيب Cu5Zn8 به صورت نامنظم و فاز مياني از 27 واحد مكعبي B.C.C تشكيل مي شد كه جمعاً داراي 52 اتم (به جاي 54 اتم) مي باشد و بسيار شكننده است و در اثر ازدياد ناخالصي ها و يا انجماد غيرتعادلي پديد مي آيند و باعث ترك خوردگي آلياژ در عمليات مختلف حرارتي يا مكانيكي مي‌گردد.

 

همچنين به دليل عدم خلوص برنج ها فازهاي مياني و رسوبي متعدد و مختلفي بر اساس تركيب پديد مي آيند كه بعضي از آنها ZnAl ، Zn و ZnMg تركيب فلزي بوده و خواص مكانيكي آلياژ و مقاومت به شكنندگي آنرا شديداً كاهش مي دهند.

- تأثير عناصر بر آلياژ برنج: قلع: افزايش مقاومت مكانيكي سرب: افزايش سياليت و قابليت تراشكاري آهن: ريز كننده شبكه (به صورت FeSn) آلومينيم: به دليل تسهيل شرايط تشكيل فازهاي و مقاومت آلياژ را شديداً افزايش مي دهند و فقط در مورد برنج هاي مقاومت به كار مي روند.

منبع: آلیاژسازی مس / جامعه آماری صنایع ریخته گری ایران - حامد سرلکی (نهمین دوره جشنواره خوارزمی)