فلز برنج – برنج (Brass) ترکیبی آلیاژی از مس و روی است. معمولاً ترکیب این آلیاژ با عناصر دیگر را برنز می گویند. گاهی اوقات نام عنصر آلیاژی به همراه برنز آورده می شود. برای مثال: برنز قلع دار یا برنز فسفردار. صدها نوع ترکیب گوناگون در هر یک از این گروه ها وجود دارد.

فلز برنج

با تغییر مقدار روی، خواص آلیاژهای مس – روی نیز تغییر می کند. برنج های مس – روی که عناصر اضافی مانند قلع، آلومینیوم، سیلیسیم، منگنز، نیکل و سرب دارند به عنوان برنج های آلیاژی نام دارند.

برنج از مدت ها پیش حتی قبل از تاریخ مورد شناخت 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 چکش خواری بیشتری نسبت به مس و روی دارد و دمای ذوب آن تقریباً بین 900 تا 940 درجه سانتی گراد است. البته سختی و نرم بودن آن می تواند با تغییر نسبت مخلوط مس و روی تغییر کند. مس داخل برنج (از طریق اولیگو دینامیک) خاصیت میکروبکشی به آن می دهد. به همین خاطر از برنج به عنوان دستگیره و دیگر فلزات رایج در بیمارستان استفاده می کنند.

امروز تقریباً 90% 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 برنجی که می گردد را دوباره بازیافت می کنند. چگالی برنج ریختگی در حدود 8400 تا 8700 کیلوگرم بر مترمکعب می باشد.

خواص فیزیکی

اکثر آلیاژهای برنج دارای دامنه انجماد بسیار کم هستند. 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.

برنج از نقطه نظر شبکه محلول های جامد مس و روی دارای خواص زیر می باشند:

• محلول جامد α : این شبکه در سرما چکش خوار است. ولی چکش خواری آن در گرما منوط به نداشتن سرب در آلیاژ است (به دلیل تشکیل سرب مایع در گرما)
• محلول جامد β: در این شبکه وجود سرب کمتر مزاحم بوده و شبکه خاصیت چکش خواری خود را در گرما حفظ می کند.
• محلول جامد γ: این شبکه سخت و شکننده است و خواص عمومی شبکه γ را دارد.

دسته بندی آلیاژی مس

آلیاژهای مس مانند آلومینیوم به دو دسته آلیاژهای کارپذیر (نوردی) و ریختگی تقسیم می گردند. هر دسته از این آلیاژها نیز بر حسب شرایط ترکیبی عناصر آلیاژی می توانند عملیات حرارتی پذیر یا عملیات حرارتی ناپذیر باشند.

انواع برنج های کارپذیر (نوردی) فقط حاوی مس و روی می باشند و عناصر دیگر در حد ناخالصی در آنها وجود دارد و برنج های آلیاژی علاوه بر مس و روی حاوی عناصر دیگری نظیر سیلیسیم، آهن ، قلع و سرب و … هستند و بیشتر از طریق ریخته گری شکل می گیرند.

برنج با 5 تا 15 درصد روی

کار بر روی قطعه در حالت سرد (Cold working). این نوع برنج ها به ویژه هنگامی که میزان روی آنها نزدیک به 15 درصد باشد به راحتی قابل انجام است. این برنج ها از قابلیت شکل پذیری خوب و مقاومت خوردگی بالایی برخوردارند، اما به سختی ماشینکاری می شوند. آلیاژهایی که در این گروه قرار می گیرند. عبارتند از: برنج طلاکاری (به 5 درصد روی). برنز صنعتی (با 10 درصد روی)، و برنج قرمز (با 15 درصد روی).

برنج طلاکاری بیشترین کاربرد را در صنعت طلا و جواهرسازی برای ساخت روکش های طلایی رنگ دارد. شکل پذیری این برنج مانند مس است اما استحکام آن بیشتر است. در ضمن قابلیت ماشینکاری ضعیفی دارد. برنز صنعتی به علت قابلیت شکل پذیری آن در جواهرسازی، آهنگری و پرسکاری بکار می رود. قابلیت ماشینکاری آن ضعیت است، اما دارای خواص کار در حالت سرد بسیار خوبی است. به همین علت از آن برای ساخت لوله های کویل رادیاتورها و کندانسورها استفاده می شود.

آلیاژ برنج با 20 تا 36 درصد روی

آلیاژهایی که در این گروه قرار می گیرند. عبارتند از: برنج کم روی (با 20 درصد روی). برنج فشنگ (با 30 درصد روی)، برنج معمولی (با 35 درصد روی).

از آنجا که روی ارزانتر از مس است، آلیاژهایی که درصد روی آنها بیشتر است ارزانتر هستند. این آلیاژها قابلیت ماشینکاری بهتر و استحکام بالاتری دارند. اما مقاومت خوردگی آنها پایین است. و امکان ترک خوردگی فصلی (Season Cracking) در نقاط دارای تنش های پسماند در آنها وجود دارد.

برنج کم روی بسیار شبیه برنج قرمز است و برای قطعاتی که نیاز به عملیات کشش عمیق (Deep Drawing) دارند استفاده می شوند. در میان آلیاژهای مس – روی دارای بهترین ترکیب شکل پذیری و استحکام است. پوکه های فشنگ در ابتدا کاملاً به روش کار در حالت سرد تولید می شدند. فرآیند ساخت از چندین مرحله عملیات کشش عمیق تولید می شد. که پس از هر با کشش، قطعه بازپخت می شد تا برای مرحله بعد مهیا شود. گرچه قابلیت کار در حالت گرم برنج معمولی ضعیت است. اما عملاً می توان از آن در بسیاری از فرآیندهای ساخت استفاده نمود و تنوع محصولات این آلیاژ نیز به همین علت است.

فلز برنج

اگر مقادیر اندکی سرب به برنج افزوده شود، قابلیت ماشینکاری آن بسیار بالا می رود. و تا حدی نیز قابلیت کار در حالت گرم آن نیز بهتر می شود. افزودن سرب به برنج، خواص جوشکاری و انجام کار در حالت سرد را دچار مشکل می کند. از آلیاژهای این گروه می توان به برنج کم سرب (با 35.5 درصد روی، 0.5 درصد سرب). برنج پر سرب (با 34 درصد روی، 2 درصد سرب)، و برنج خوش تراش (با 35.5 درصد روی، 3 درصد سرب) اشاره کرد.

برنج کم سرب نه تنها دارای قابلیت ماشینکاری خوبی است. بلکه خواص کار در حالت سرد خوبی نیز دارد به گونه ای که مناسب ساخت قطعات مختلف ماشین تراش است. برنج پر سرب که گاهی اوقات ((برنج حکاکی)) نیز نامیده می شود. برای ساخت ابزارآلات، قفل و قطعات ساعت بکار می رود. آلیاژ برنج خوش تراش که برای ساخت قطعات ماشین های تراش به کار می رود دارای مقاومت خوردگی خوب و خواص مکانیکی مطلوبی است.

برنج مفرغ (Admiralty Metal) (با 28 درصد روی) دارای یک درصد قلع است. که مقاومت خوردگی خوبی به ویژه در مقابل آب دریا به آن می دهد. این آلیاژ دارای استحکام و شکل پذیری خوبی است ولی قابلیت ماشینکاری و نورد آن ضعیت است. به علت مقاومت بالا در مقابل خوردگی، از آن در ساخت تجهیزات نیروگاه و تجهیزات شیمیایی استفاده می شود. برنج آلومینیوم دار (با 22 درصد روی) دارای 2 درصد آلومینیوم است. و به علت نزدیک بودن خواص آن با برنج مفرغ، دارای کاربردهای مشابهی است. به علت مقاومت بالای برنج آلومینیوم دار در مقابل خوردگی ناشی از جریان های سریع آب. استفاده از آن برای ساخت لوله، در مقایسه با برنج مفرغ دار از ارجحیت بیشتری برخوردار است.

برنج با 36 تا 40 درصد روی

آلیاژهای برنج با بیش از 38 درصد روی دارای قابلیت شکل پذیری کمتری نسبت به برنج فشنگ هستند. و انجام کار سرد بر روی آنها نیز امکان پذیر نیست. از این آلیاژ اغلب برای کار در حالت گرم و حدیده کاری استفاده می کنند. فلز مونتز (Muntz Metal) (با 40 درصد روی) دارای قیمت ارزان و تا حدودی مقاوم در برابر خوردگی است. برنج دریایی (Nabal Brass) تقریباً دارای همان ترکیب فلز مونتز است با این تفاوت که حاوی 0.75 درصد قلع می باشد. وجود قلع در این آلیاژ سبب بالا رفتن مقاومت آن در برابر خوردگی می شود.

کاربرد

از این آلیاژ به دلیل خواص ویژه و شکل و رنگ آن در جاهای مختلفی استفاده می کنند:

• دکوراسیون داخلی به خاطر رنگ تقریباً طلایی رنگش
• در جاهایی که به اصطکاک کم نیاز باشد مثل مغزی قفل ها
• در سازهای موسیقی مخطوصاً بخاطر خاصیت آکوستیک (مثل هورن).
• ساخت ابزار آلات و شیرآلات ساختمانی

ساختارهای بلوری برنج

بزرگترین وجه تمایز بین انواع مختلف برنج بر اساس ساختار بلوری آنهاست. دلیل این امر این است که ساختارهای اتمی دو عنصر مس و روی متفاوت است. و آنها را بسته به نسبت محتوا و درجه حرارت ترکیب می کنند.

برنج دریایی

برنج دریایی (Naval Brass) به گونه ای از آلیاژ مس اطلاق می شود. که به طور نقریبی از 59% مس، 40% روی و 1% قلع و نیز مقدار کمی سرب تشکیل شده باشد. این آلیاژی جزء خانوادۀ برنج های آلفا – بتا یا برنج های مضاعف (Duplex Brasses) دسته بندی می شود. این خانواده از برنج ها بطور معمول سختی بیشتری نسبت به دیگر برنج ها دارند.

همان گونه که از اسم برنج دریایی بر می آید. این آلیاژ به منظور استفاده در کابردهای دریایی گسترش دارد. قلع در اصل برای جلوگیری از خوردگی به این آلیاژ اضافه شده است. حضور سرب در این آلیاژ باعث بالا رفتن قابلیت ماشینکاری این فلز میشود. با این حال برای مثال قابلیت ماشین کاری میلۀ برنج دریایی 35% قابلیت ماشینکاری آلیاژ برنج معمولی است. اضافه کردن قلع علاوه بر مورد که بیان شد باعث می شود. تا برنج دریایی مقاومت بالایی در برابر خروج روی از آلیاژ می شود. خروج روی نوعی استحاله است که در آن روی به واسطه خوردگی از آلیاژ جدا می شود.

پدیده خروج فلز روی از آلیاژ برنج دریایی برای اولین بار در سال 1920 میلادی. در لوله های برنجی کندانسور (انتقال حرارت) کشتی ها نمایان شد. در آن زمان به این اتفاق پدیدۀ کندانسوری (Condenseritis) می گفتند. از آن زمان تلاش های بسیاری صورت گرفت تا این مشکل بسیار مخرب در کشتی ها حل شود. ابداع برنج دریایی یکی از تلاش هایی است که در این راستا بود. استفاده از این آلیاژ تنها محدود به صنایع دریانوردی نمی شود. از این آلیاژ به دلیل دارا بودن استحکام کششی و مقاومت برشی بیشتر نسبت به سایر آلیاژهای مس. در کاربردهای صنعتی مختلف همچون شیرهای صنعتی استفاده می شود.

پدیده روی زدایی برنج دریایی

زمانی که یکی از عناصر آلیاژی که دور تر از آرایش گاز نجیب نسبت به عناصر دیگر قرار دارد. از ساختار آلیاژ حذف می شود و در مورد برنج دریایی یک ساختار متخلخل از مس بدون مقاومت مکانیکی به جای می گذارد. بیان می شود که خروج عنصر آلیاژی واقع شد برخی آلیاژهای مس مانند برنج دریایی تمایل بسیار زیادی به از دست دادن عنصر آلیاژی خود. و در نتیجه ترک خوردگی براساس تنش را دارا هستند. این ترک خوردگی ها بسیار سریع رخ می دهند و آثارشان برای این فلز به شدت مخرب است.

این پدیده بیشتر در بین آلیاژهایی از مس که حاوی روی هستند رخ می دهد. اگرچه در ترکیبات مس – منگنز، و در واقع نادرتر در آلیاژ مس – نیکل نیز رخ می دهد. در خصوص برنج، این پدیده با نام خروج روی (dezincification) شناخته می شود و در مواقعی رخ می دهد. که آلیاژی دارای 15% یا بیشتر فلز روی باشد. در عنصر برنج های آلفا، پدیده خروج روی باعث ایجاد یک لایه یکنواخت از مس متخلخل می شود. در برنج های دوفازی (فاز آلفا و بتا)، عموماً فاز بتا مورد حمله قرار می گیرد و آلیاژ تکه تکه می شود.

برخی از عناصر آلیاژی مانند آرسنیک، آنتیموان و فسفر می توانند. باعث جلوگیری از لایه لایه شدن آلیاژ برنج آلفا شوند. اما نمی توانند باعث جلوگیری از تکه تکه شدن برنج آلفا – بتا شوند. در آلیاژهایی با حدود 30% روی، این عناصر در حد 0.02 – 0.1% موجود می باشند. برخی از آلیاژهای مس از جمله برنج دریایی و مس – منگنز بسیار مستعد خوردگی تنشی هستند. این پدیده زمانی شدت پیدا می کند که میزان عناصر فعال در آلیاژ یا سطح تنش افزایش یابد. خوردگی تنشی معمولاً در حضور آمونیاک یا ترکیبات آن رخ می دهد. اگرچه مواردی از خوردگی تنشی برنج دریایی در مجاورت سیترات ها، تارترات و نیترات ها نیز گزارش شده است.

مقاومت در برابر خوردگی

مس به طور معمول مقاومت بالایی در محیطهای خورنده مانند آب و هوای دارای فلوراید از خود نشان می دهد. مس و برخی از آلیاژهایش بسیار مستعد خوردگی شیاری هستند. اما مکانیزم رخداد این پدیده با مکانیزمی که در فولاد زنگ نزن رخ می دهد بسیار مقاوم است. اگرچه بطور کلی برنج برای استفاده در محیط های مرطوب مناسب است. اما پدیدۀ روی زدایی یکی از بزرگترین مشکلات این نوع از آلیاژها است مخصوصاً در شرایطی که محیط اسیدی یا بازی است.

به این منظور برای به کاربردن این آلیاژها در محیط های مرطوب اسیدی یا بازی مقادیر کمی از قلع. آرسنیک و فسفر به این آلیاژ اضافه می شود. از برنج دریایی در مبدل های حرارتی کشتی های دریا نیز استفاده می شود. برنج دریایی علاوه بر مستعد آسیب بودن در برابر خوردگی تنشی نسبت به خوردگی حفره ای نیز بسیار آسیب پذیر هستند. این پدیده زمانی رخ می دهد که برنج دریایی در مجاورت سولفیدهایی قرار بگیرد. که در شرایط رکود سیستم در مجاورت آب دریا به وجود آمده است. برای به کاهش حداقلی این حساسیت در برابر حمله سولفیدها از سولفات های آهنی در ساختار آلیاژ استفاده می شود.

مکانیزم روی زدایی

مس تشکیل شده توسط روی زدایی برنج، در تصاویر میکروسکوپی، یک لایه متراکم در سطح، تقریباً متناسب با ضخامت عمق روی زدایی است. در مس زیرین غالباً حلقه های رشد لایه های مس متناوب، کم و بیش متراکم قابل مشاهده است. گاهی اوقات این لایه ها دارای نواردهایی از اکسید حجیم هستند و باند باریک از مس متراکم معمولاً در مجاورت جبهه خوردگی مشاهده می شود. این ویژگی ها بر اساس مشاهدات آزمایشگاهی توضیح داده شده اند که می توانند توضیح مناسبی برای مکانیزم روی زدایی باشند. اولین مرحله در روی زدایی و یا خوردگی حفره ای برنج انحلال مس و روی است.

فلز برنج

فلز برنج

از انحلال مس کلرید مس به وجود می آید. در خوردگی حفره ای، کلرید مس رسوب شده و متعاقباً هیدرولیز یا اکسیده می شود و به محصولات ثانویه تبدیل می شونند. در روی زدایی اما کلرید مس (I) به مس اولیه در نقطۀ شروع تبدیل می شود. برنج آلفا و برنج آلفای غیر آرسنیکی هر دو کلرید مس (I) را به مس کاهش می دهند. (بتا خیلی راحت تر)، اما آلفای دارای آرسنیک چنین نمی کند. این اختلافات بین سه نوع برنج در حساسیت نسبی آنها نسبت به روی زدایی منعکس می شود.

فولاد رسول دلاکان

با سالها تجربۀ ارزشمند و گرانبها در عرصه تأمین و توزیع انواع ورق آلیاژی و انواع فولاد آلیاژی. و با گواهینامه ها و آنالیزهای معتبری که ضمیمه محصولاتش به مشتریان خویش ارائه داده است. توانسته رضایتمندی مشتریان خویش را همواره فراهم آورد.

صنعتگر شریف و گرامی از اینکه ما را جهت خرید کالا (فولاد آلیاژی) مورد نیاز خویش. انتخاب می نمایید از شما سپاسگزاریم.

ارتباط با ما
02128423820 – 09122136675– 09922704358
واتس آپ: 09122136675 – فکس: 02128423820
اینستاگرام: fooladdalakan
ایمیل : fooladrasuldalakan@gmail.com