برنج های آلیاژی
برنج های آلیاژی (brass alloys) ، برنج های مس - روی هستند که عناصری مانند قلع، آلومینیوم، سیلیسیوم، منگنز، نیکل و سرب به آنها اضافه شده است. افزایش مقدار کمی از عناصر آلیاژی ، مانند 1% سرب بر خواص مکانیکی برنج ها چندان مؤثر نیست. اما با افزایش چند عنصر مثلاً منگنز ، آهن و قلع ، برنج زرد به برنز منگنز تبدیل می‌شود و استحکام برنج زرد به طور چشمگیری افزایش می‌یابد. به دلیل این که برنز منگنز استحکام زیادی دارد بهتر است در شرایط گرم کار شود. افزودن سرب تا حدود 3% برای بهبود قابلیت ماشین کاری برنج عملاً بر استحکام و سختی برنج های سرب دار تأثیری نمی‌گذارد. با وجود این ، شکل پذیری و در نتیجه قابلیت کارسرد برنج ها با افزایش سرب کاهش می‌یابد.
برنج کم عیار ( 20% - 5% روی ، 95% - 80% مس ) : با افزایش مقدار روی در این برنج ها ، استحکام ، سختی و شکل پذیری آنها افزایش می‌یابد. رنگ آن ها از قرمز ، طلایی تا سبز زرد تغییر می‌کند. خواص کارگرم آن ها با خواص کارگرم مس تجاری قابل مقایسه است و می‌توانند در گستره 730 تا 900 درجه سانتیگراد کارگرم شوند. با وجود این ، مقدار سرب آنها باید کمتر از 0.01% نگه داشته شود تا از مشکلات کارگرم جلوگیری شود. برنج کم عیار در شرایط تابکاری شده در دمای اتاق شدیداً شکل پذیر و چکش خوار است، ازدیاد طول آنها 45 تا 50% است و بنابراین می‌توانند با هر روش ساده ای کارسرد شوند.
برنج پر عیار ( 80% - 60% مس ، 40% - 20% روی ) : این برنج ها به دلیل داشتن مقدار زیادی روی استحکام بیشتری دارند. شکل پذیری آن ها نیز با افزایش مقدار روی افزایش می‌یابد و در حدود 30% روی به حداکثر می‌رسد. وقتی که مقدار روی از 36% بیشتر می‌شود به علت وجود فاز β شکل پذیری آن آلیاژها به سرعت کاهش می‌یابد ، ولی افزایش استحکام و سختی تا حدود 45% روی ، ادامه می‌یابد.
برنج های سرب دار
سرب در مس مذاب در دمای زیاد محلول می باشد همان طور که در نمودار فازی مس - سرب در شکل رو به رو آمده است. اما در دمای اتاق سرب و مس اساسا درهم نامحلول اند.
سرد شدن تدریجی آلیاژ 3Pb - %97Cu% را از حالت مذاب در حدود 1080 درجه سانتیگراد تا زیر دمای 326 درجه سانتیگراد در نظر بگیرید. از حدود 1080 تا 955 درجه سانتیگراد ، بلورهای مس خالص جوانه زده و رشد می‌کنند و در نتیجه باعث می شوند مذاب به طور افزاینده ای از سرب غنی شود. در دمای 955 درجه سانتیگراد ، مذاب باقیمانده دارای 36% سرب خواهد بود. سپس ، مذاب باقیمانده یک واکنش منوتکتیک به شرح زیر انجام می‌دهد :
به هنگام سرد شدن تدریجی از 955 تا 326 درجه سانتیگراد ، مقدار سرب در مذاب باقیمانده افزایش می‌یابد و در دمای 326 درجه سانتیگراد به 99.94Pb% می‌رسد. در این دما مذاب یک واکنش یوتکتیک به صورت زیر انجام خواهد داد :
سرب خالص ( 99.99Pb% ) که با واکنش یوتکتیک به وجود می‌آید به صورت ذرات کروی در بین دندریت های مس توزیع می‌شود. به هنگام تغییر شکل ، این ذرات کروی کشیده می‌شوند. برای بهبود قابلیت ماشین کاری مقدار کمی سرب ( 0.5 تا 3% ) به انواع برنج اضافه می‌شود و این برنج ها را « برنج های سرب دار » می‌نامند.
برنج های آلومینیم قلع دار
افزایش 1% قلع به برنج فشنگ ( 30Zn - %70Cu% ) مقاومت آن را به خوردگی در آب دریا افزایش می‌دهد. این آلیاژ را در سال 1920 ، نیروی دریایی انگلیس برگزید و در نتیجه به نام « برنج دریایی » مشهور شد. بعد ها کشف شد که افزایش مقدار کمی آرسنیک ( تقریبا 0.04% ) موجب می‌شود که از یک پدیده عمومی خوردگی به نام « روی زدگی » تقریباً جلوگیری شود و بنابراین برنج دریایی آرسنیک دار به مدت طولانی در دیگ های بخار دریایی به کار می‌رفت. پس از مدتی کشف شد که جایگزین کردن قلع با آلومینیوم ، برنجی را ایجاد می‌کند که یک لایه اکسیدی « خود جوش » محافظ در سطح آن به وجود می‌آید. لایه نازک اکسید سخت آلومینیوم دار ، آلیاژ را نسبت به برنج دریایی در برابر حملات آب با سرعت زیاد مقاوم تر می‌کند.
امروزه آلیاژ 2Al - %20.5Zn - %77.5Cu% ( برنج آلومینیم دار ) با افزایش آرسنیک برای جلوگیری از روی زدگی جایگزین برنج دریایی در دیگ بخار دریایی شده است. افزایش 1% قلع به « برنج زرد » ( 40Zn - %60Cu% ) مقاومت به خوردگی آن را بهتر می‌کند و آلیاژی به نام « برنج کشتی » تشکیل می‌شود.
منابع و پیوندها
گرد آوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن
ویلیام اسمیت ، ترجمه علی اکبر اکرامی و سید مرتضی سید ریحانی ، ساختار ، خواص و کاربرد آلیاژهای مهندسی ، انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف ، 1382
برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است
