پنج شنبه , ۷ اردیبهشت ۱۳۹۶

20 درصد تخفیف نرم افزار آنالیز تصویر MIP
آلیاژ برنج

برنجها

آلیاژ برنج (مس و روی)

تهیه و تنظیم : سارا الستی ، نیلوفر جمشیدی

آلیاژ برنج (Brass Alloy) شامل یک سری از آلیاژهای مس با حداکثر ۴۰ Zn% می‌باشد. با تغییر مقدار روی، خواص آلیاژهای Cu-Zn نیز تغییر می‌کند. برنج‌ های مس- روی که عناصر اضافی مانند قلع، آلومینیوم،سیلیسیوم، منگنز، نیکل و سرب دارند به‌ عنوان برنج‌ های آلیاژی نامیده می‌شوند. عناصر آلیاژی، که به ندرت از ۴% بیشتر می‌شوند، بعضی از خواص برنج خالص Cu-Zn را بهبود می‌بخشند، بنابراین می‌توانند در موارد دیگری نیز به‌ کار روند. در جدول زیر ترکیب شیمیایی و کاربردهای خاص برخی برنج‌های منتخب Cu-Zn ارائه شده است.

کاربردهای برنج α ( محلول جامد روی در مس ) اساساً به شکل‌ پذیری مطلوب همراه با استحکام کافی، مقاومت خوب به خوردگی، رنگ‌ های جذاب و قابلیت لحیم‌ کاری بستگی دارد. همچنین برنج را می‌توان با نیکل و کرومپوشش داد که در این صورت هدایت گرمایی کافی داشته و در محیط‌ های انتقال گرما به‌ کار می‌رود. بهترین ترکیب شکل‌ پذیری و استحکام در آلیاژ ۷۰Cu% و ۳۰Zn% رخ می‌دهد و بنابراین این آلیاژ را می‌توان برای قابلیت عالی کشش عمیق آن به‌کار برد. آلیاژ ۳۰Zn-%70Cu%  به‌طور مشخص برنج فشنگ نامیده می‌شود، ولی در کاربردهای دیگر مثل بدنه رادیاتور، مخازن و ثابت‌کننده‌های لامپ به‌کار می‌رود.

ترکیب شیمیایی و کاربردهای خاص آلیاژهای منتخب مس – روی (برنج)
نام و شماره درصد ترکیب اسمی مشخصات ساخت و کاربردهای خاص
۲۱۰

برنج طلایی ۹۵%

۹۵٫۰ Cu

۵٫۰ Zn

برنج‌ های غیر آلیاژی.

قابلیت کارسرد عالی، قابلیت کارگرم خوب برای پولک‌زنی، لوله‌کاری، کشش، سوراخ کردن،

پانچ کردن، برش، پیچ دادن، ریخته‌گری تحت فشار، استامپ کردن

کاربردها: لوله ها، مدل‌ها، لباس ضدگلوله، فیوز، چاشنی، پلاک، پایه جواهرسازی در آب‌طلا کاری

۲۲۰

برنج تجاری ۹۰%

۹۰٫۰ Cu

۱۰٫۰ Zn

مشخصات ساخت مثل آلیاژ مس ۲۱۰ به اضافه کله‌زنی و جا زدن، …، آهنگری و پرس گرم.

کاربردها: برنز حک‌کاری شونده، کارهای شبکه، پرده سینما، پرده‌های محافظ،

سخت‌افزار دریایی فشرده، میخ و پرچ.

۲۲۶

برنج جواهرسازی ۸۷%

۸۷٫۵ Cu

۱۲٫۵ Zn

مشخصات ساخت مثل آلیاژ مس ۲۱۰ به اضافه دنده‌ سازی غلتکی و درپوشی

کاربردها: گوشه‌ ها، کانال‌ها، زنجیر ها، زینت‌آلات لباس، …، پایه برای آب‌طلا کاری

۲۳۰

برنج قرمز ۸۵%

۸۵٫۰ Cu

۱۵٫۰ Zn

کارپذیری سرد عالی، کارپذیری گرم خوب.

کاربردها: محافظ‌ های باران، هادی‌ ها، حفره‌ های اتصال، بندها، خاموش‌کننده‌ های آتش،

مبرد ها و لوله‌ های مبدل حرارت، میله‌ های پلمب، بدنه رادیاتور.

۲۴۰

برنج کم‌عیار ۸۰%

۸۰٫۰ Cu

۳۰٫۰ Zn

کارپذیری سرد عالی، مشخصات ساخت مثل مس ۲۳۰٫

کاربردها: ظروف باتری، دم آهنگری و آلات موسیقی، عقربه ساعت،

خطوط پمپ، لوله‌ های خم‌شدنی.

۲۶۰

برنج فشنگ ۷۰%

۷۰٫۰ Cu

۳۰٫۰ Zn

کارپذیری سرد عالی، مشخصات ساخت مثل آلیاژ مس ۲۳۰ بجز برای سکه‌زنی.

کاربردها: بدنه رادیاتور، و مخازن چراغ قوه، ته لامپ، چفت و بست،

گیره‌ها، لوله و مفصل، مهمات، وسایل پلمب کردن، پین‌ ها و پرچ‌ ها.

۲۷۰ یا ۲۶۸

برنج زرد

۶۵٫۰ Cu

۳۵٫۰ Zn

کارپذیری سرد عالی، مشخصات ساخت مثل آلیاژ مس ۲۳۰٫

کاربردها: مثل آلیاژ مس ۲۶۰ جز اینکه در مورد مهمات به‌کار نمی‌رود.

۲۸۰

برنج زرد

۶۰٫۰ Cu

۴۰٫۰ Zn

کارپذیری گرم و آهنگری عالی برای پولک‌زنی، شکل دادن و خم شدن،

آهنگری گرم و پرس، کله‌زنی و جا زدن گرم

کاربردها: معماری، پیچ و مهره‌ های بزرگ، میله لحیم‌کاری، صفحات مبرد،

لوله‌ های مبدل حرارت، آهنگری گرم

۴۴۳، ۴۴۴، ۴۴۵ ۷۱٫۰ Cu

۲۸٫۰ Zn

۱٫۰ Sn

کار سردپذیری عالی برای شکل دادن و خم شدن

کاربردها: مبرد، لوله‌ های مبدل حرارت صفحات مبرد، لوله‌ های تقطیر، حلقه و بست.

۶۶۷

برنج منگنز

۷۰٫۰ Cu

۲۸٫۸ Zn

۱٫۲ Mn

کارپذیری سرد عالی، ساخته شده با استفاده از پولک‌زنی، خم شدن،

شکل دادن، استامپ، جوشکاری.

کاربردها: محصولات برنج جوشکاری نقطه‌ای، جوشکاری لب به لب و جوشکاری درزی.

۴۶۴ تا ۴۶۷

برنج دریایی

۶۰٫۰ Cu

۳۹٫۲۵ Zn

۰٫۷۵ Sn

کارپذیری آهنگری گرم عالی، ساخته شده با استفاده از پولک‌زنی،

آهنگری گرم، پرس، کله‌زنی و جازدن

کاربردها: بست قورباغه‌ای هواپیما، گلوله‌ها، پیچ، سخت‌افزار دریایی، محورها،

پرچ، سوپاپ بخار، صفحات مبرد، میله‌ های جوشکاری.

۶۷۴ ۵۸٫۵ Cu

۳۶٫۵ Zn

۱٫۲ Al

۲٫۸ Mn

۱٫۰ Sn

قابلیت شکل‌پذیری گرم عالی، ساخته شده با روش آهنگری گرم و پرس، ماشینکاری.

کاربردها: بوش‌ها، دنده‌ها، میله‌های اتصال، محورها، صفحات سایشی

۶۷۵

برنج منگنز، A

۵۸٫۵ Cu

۱٫۴ Fe

۳۹٫۰ Zn

۱٫۰ Sn

۰٫۱ Mn

قابلیت کارگرم عالی، ساخته شده با روش آهنگری گرم و پرس، کله‌زنی و جا زدن گرم

کاربردها: دیسک‌های کلاچ، محور های پمپ، محور ها، گلوله‌ ها، دسته و بدنه شیرها

۶۸۷

برنج آلومینیم

دارای آرسنیک

۷۷٫۵ Cu

۲۰٫۵ Zn

۲٫۰ Al

۱٫۰ As

قابلیت کارسرد عالی برای شکل دادن و خم شدن

کابردها: مبرد، لوله‌های مبدل گرما و بخار، صفحات مبرد، لوله‌های تقطیر

۶۸۸ ۷۳٫۵ Cu

۲۲٫۷ Zn

۳٫۴ Al

۰٫۴۰ Co

قابلیت شکل‌پذیری سرد و گرم عالی، ساخته‌شده با استفاده از پولک‌زنی، کشش،

شکل دادن و خم شدن، برش و استامپ کردن.

کاربردها: فنرها، سوییچ‌ ها، اتصالات، رله‌ های قسمت‌ های کشیده شده.

۶۹۴

برنج قرمز سیلیسیومی

۸۱٫۵ Cu

۱۴٫۵ Zn

۴٫۰ Si

قابلیت شکل‌پذیری گرم عالی برای ساخت با روش آهنگری، عملیات ماشین‌پیچ.

کاربردها: دسته شیر ها وقتی که مقاومت به خوردگی و استحکام بالا بحرانی می‌باشد.

انواع برنج

برنج دریاسالار: شامل ۳۰٪ روی همراه با ۱٪ قلع

برنج آلفا: شامل کمتر از ۳۵٪ روی، که از آن می توان 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 سکه های اروپایی استفاده می کنند .

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

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.

آلیاژ برنج

برنج ها آلیاژهای مس وروی 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:
٣٢ % در درجه حرارت انجماد و در حدود / حد حلالیت روی در مس برابر ۵مهمα ٣۵ % در درجه حرارت محیط می باشد از این رو فاز محلول جامد 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 زیادشدن 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 را در گرما حفظ می کند.
ج)محلول جامد  : γاین شبکه سخت و شکننده است و خواص عمومی شبکه را دارد .
باید مقدار فلز روی از γ بوده وبرای به وجود آمدن شبکه β اگر مقدار فلز روی از ۵٠ %کمتر ابشد آلیاژ در ناحیه ۵٠ %تجاوز کند.به همین دلیل مقدار فلز روی در برنج ها مواره کمتر از ۴٧ %است ورنگ برنج به مقدار روی
بستگی دارد.
تشکیل شده باشد در این صورت خواص مکانیکی با افزایش فلزروی بالا می αاگر برنج تنها از محلول جامد تشکیل شده باشد β و α رود سپس با افزایش بیش از حد روی دوباره کاهش می یابد.اگر برنج از شبکه
مقدار درصد تغییر شکل به کم شدن ادامه می دهد در حالیکه سختی پیوسته زیاد می شود.
در جدول زیر آورده شده است: α تاثیر روی در محلول جامد
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 را α+β ویا α آلیاژها را برنج مخصوص می نامند.و بالطبع نمی توان فقط ساختمانهای ساده محلول جامد
انتظار داشت.
عناصری مانند سرب،قلع،آهن،منگنز،نیکل وغیره دربرنج همواره به عنوان عنصر آلیاژی یا عنصر ناخالصی ١% تجاوز نمی کند. – حضور دارند.ومقدار این عناصر هیچگاه از حدود ٢
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 ٧ گرم بر سانتی متر مکعب در مذاب / ۴١٩ و چگالی ١۴ C زرد کم رنگ متمایل می شود. روی با نقطه ذوب
٨ گرم بر سانتی متر مکعب معمولاً به صورت غیر همگن یا غیر / ١٠٨٣ و وزن مخصوص ٩ C مس با نقطه ذوب یکنواخت قرار می گیرند که مشکل اساسی جدایش را به وجود می آورد . چون روی تا ٣٢ % می تواند در
میگویند که شامل یک ساختمان α در مس وجود داشته باشد به آن برنج αدمای محیط به صورت تک فازی تجارتی تا ٣۶ % روی دارند و α تک فازی کریستالهای محلول جامد روی و مس می باشد. معمولاً برنجهای
به دو گروه تقسیم می شوند :
قرمز که شامل ۵ الی ٢٠ % روی می باشد. α زرد که شامل ٢٠ الی ٣۶ % روی می باشدو برنج α برنج در تهیه آلیاژهای برنج می توان دو روش را مورد استفاده قرار داد:
١-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.
٢-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 ٢٠ % 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 ٣ نوبت مناسب است ) به مذاب وارد کنیم. به دلیل نقطه ذوب و وزن ٧ گرم بر سانتی متر مکعب می باشد و / ١٠٨٣ و چگالی آن ٩ C مخصوص متفاوت این دو فلز که نقطه مس
٧ گرم بر سانتی متر مکعب باعث جدایش این دو فلز از یکدیگر / ۴١٩ و وزن مخصوص ١۴ C روی با نقطه ذوب 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.

برنجها آلیاژهای مس وروی 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:

٣٢ % در درجه حرارت انجماد و در حدود / حد حلالیت روی در مس برابر ۵ مهم α ٣۵ % در درجه حرارت محیط می باشد از این رو فاز محلول جامد 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:

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

باید مقدار فلز روی از γ بوده وبرای به وجود آمدن شبکه β اگر مقدار فلز روی از ۵٠ %کمتر ابشد آلیاژ در ناحیه ۵٠ %تجاوز کند.به همین دلیل مقدار فلز روی در برنج ها مواره کمتر از ۴٧ %است ورنگ برنج به مقدار روی بستگی دارد.تشکیل شده باشد در این صورت خواص مکانیکی با افزایش فلزروی بالا می αاگر برنج تنها از محلول جامد تشکیل شده باشد β و α رود سپس با افزایش بیش از حد روی دوباره کاهش می یابد.اگر برنج از شبکه مقدار درصد تغییر شکل به کم شدن ادامه می دهد در حالیکه سختی پیوسته زیاد می شود. در جدول زیر آورده شده است: α تاثیر روی در محلول جامد

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،

 

برنج قرمز:

در این جلســه روش تهیه آلیاژ برنج قرمز مورد بررســى قرار مىگیرد. برنج قرمز داراى حداقل ۸۰ درصد مس مىباشد و یکى از نرمترین و چکش خوارترین نوع برنجها اســت. این آلیاژ به دلیل داشــتن رنگ قرمز، قابلیت پرداخت عالى و مقاومت به خوردگى خوب داراى اهمیت است. این آلیاژ در جواهرســازى، ظروف ســاخته شــده به روش کشــش عمیق، پیچها، مدلهاى حرارتى، وســایل موسیقى و لوله هاى آب داغ مقاوم به خوردگى استفاده مىشود.

نکات ایمنى و بهداشتی:

رعایت نکات ایمنى و بهداشتى در کلیه مراحل تهیه آلیاژ و ریخته گرى از جمله شارژ کردن بوته، ذوب، بارریزى، خارج کردن قطعه و جابجائى و حملونقل آنها لازم است. همچنین استفاده از دستکش، ماسک مجهز به عینک و لباس نسوز هنگام کار با کوره الزامى است.

نکته: عمل اضافه نمودن روى به مذاب مس باید در مکانى صورت گیرد که مجهز به هواکش و هود باشد.

ابزار، تجهیزات و مواد لازم:

کورهی بوته اى زمینى، ابزار حمل بوته و بارریزى، شمش مس، شمش روى، فسفر مس با ترکیب ۱۵ ٪فسفر، تجهیزات و لباس ایمنى، براکس، خرده شیشه، ذغال چوب

مراحل انجام کار: ـ براى تهیــه ۵۰ کیلوگرم آلیاژ برنج قرمز با ترکیب ۲۰ درصد روى، به روش مقابل میزان شارژ را با احتساب تلافات (مس ۱ ٪و روى ۴ (٪محاسبه کنید.

کوره را روشــن کنید. پس از گرم شدن آن را خاموش کنید. ـ براى تهیه ۵۰ کیلوگرم آلیاژ برنج قرمز بوتهی گرافیتى نمــره ۶۰ را انتخاب کنید و ۴/۴۰ کیلوگرم شــمش مس را وزن کرده داخل بوته قرار دهید

. ـ بوتــه را با انبر طوق حمل کنید و داخل کوره روى زیر بوته اى در مرکز کوره قرار دهید. ـ

کوره را روشــن کنید و پس از تنظیم شعله درب کوره را روى آن قرار دهید. (شکل ۱-۱۲( ـ مدلى مناسب را قالبگیرى نمائید

. ـ قالب شمشى را آماده کنید

ـ پس از اطمینان از ذوب مس و رســیدن دما به نقطه فوق ذوب حدود ۱۲۰۰ درجه ســانتیگراد کوره را خاموش کنید و درب کوره را بردارید.

ـ با استفاده از فسفر مس با توجه به محاسبات زیر مذاب را اکسیژن زدائى کنید.

نکته: مهمترین ماده اکســیژن زدا در ریخته گرى آلیاژهاى مس، فســفر است که توسط هاردنرها مختلف مس ـ فسفر و معمولاً حاوى ۱۵ ٪فسفر به آلیاژ اضافه مىشود

مثدار فسفر مورد نیاز معمولاً %۲تا ۰۵/۰ درصد مىباشــد که به جز آلیاژ آلومینیم برنز در ســایر آلیاژهاى مس کم و مقدار فســفر موردنیاز معمولا بیش مورد استفاده قرار مىگیرد.

ـ خرده شیشــه یا براکس بر روى مذاب اضافه کنید این مواد به عنوان فلاکس پوششــى میباشــند و از ورود اکسیژن و گاز به داخل مذاب جلوگیرى مىکنند

. ـ با انبر طوق بوته را از داخل کوره خارج کنید و روى کمچه در زیر هود قرار دهید

. ـ روى را که محــاســبه نمودهایـد وزن کــرده (۰۴/۱۰ کیلوگرم) پس از پیش گرم کردن به مذاب مس اضافه کنید.

توجه: هنگام اضافه کردن روى به علت نقطه ذوب پائین آن (حدود ۴۲۰ درجه سانتیگراد) و همچنین فشار بخار بالاى روى، این عمل باید به ســرعت انجام گیرد تا از اکســید شــدن روى تا حد امکان جلوگیرى شود. اکسید روى به صورت دود سفید رنگ در فضا مشاهده مىشود

– ـ پــس از ذوب روى و یکنواخت شــدن مذاب، مذاب را در قالبهاى آماده شــده و یا قالب شمش ریخته گرى کنید. (

.( ـ پس از انجماد و سرد شدن، قطعه یا شمش را از داخل قالب خارج کنید و آنرا با شــمش خالص مس از لحاظ رنگ، طنین صدا و جرم حجمى و …. مقایسه کنید. ـ نتیجــه بررســى خود را بــه صورت گــزارش کار ارائه دهید.

 

آلیاژ برنج زرد

آلیاژ برنج زرد نیز یکى از آلیاژهاى مس اســت که حاوى ۲۰ تا ۳۶ درصد روى میباشــد این آلیاژها علاوه بر اســتحکام خوب، قابلیت شــکل پذیرى مناســبى دارند مهمترین آلیاژ برنج زرد، آلیاژ ۷۰ درصد مس، ۳۰ درصد روى است. این آلیاژها در ساخت رادیاتورها، منبع مایعات، پرچها، اتصالات، لوله ها و در اسلحهسازى براى ساخت پوسته هاى پمپ کاربرد فراوان دارد. در این جلسه طرز تهیه آلیاژ برنج زرد با ۳۰ درصد روى مورد بررسى قرار مىگیرد. ۱ـ۱۳ـ نکات ایمنى و بهداشتی: رعایت نکات ایمنى و بهداشــتى در کلیه مراحل تهیه آلیاژ و ریخته گرى از جمله شارژ کردن بوته، ذوب، بارریزى، خارج کردن قطعه از قالب و جابجائى آنها لازم اســت همچنین اســتفاده از دستکش، ماسک مجهز به عینک و لباس نسوز هنگام کار با کوره الزامى است.

ـ ابزار، تجهیزات و مواد لازم:

کوره بوته اى زمینى، تجهیزات حمل بوته و بارریزى، شــمش مس، شــمش روى، مواد سرباره گیر و دگازر، فسفر مس با ترکیب ۱۵ ٪فسفر، تجهیزات و لباس ایمنى.

مراحل انجام کار:

ـ شــارژ موردنیاز براى تهیه ۵۰ کیلوگرم آلیاژ برنج زرد با ترکیب ۳۰ ٪روى را با احتســاب اتلافات (مس ۱ ٪و روى ۴ (٪محاسبه کنید.

ـ کوره را روشــن کنید. پس از گرم شدن آن را خاموش کنید.

ـ بــراى تهیه ۵۰ کیلوگرم آلیاژ برنج زرد بوتهی گرافیتى نمره ۶۰ انتخاب کنید و شــمش مس را طبق محاسبه وزن کنید و داخل بوته قرار دهید

. ـ بوته را با انبر طوق حمل کنید و داخل کوره روى زیر بوته اى در مرکز کوره قرار دهید.

ـ کوره را روشن کنید و پس از تنظیم شعله، درب کوره را روى آن قرار دهید

. ـ مدلى مناسب را قالبگیرى نمائید

. ـ قالب شمشى را آماده کنید

ـ پس از اطمینان از ذوب مس و رســیدن دما به نقطه فوق ذوب حدود ۱۲۰۰ درجه ســانتیگراد کوره را خاموش کنید و درب کوره را بردارید

. ـ با استفاده از فسفر مس، مذاب را اکسیژن زدائى کنید.

ـ خرده شیشــه یا براکــس بر روى مــذاب اضافه کنید.

این مواد ســریع ذوب میشــوند و به عنوان فلاکس پوششى ســطح مذاب را میپوشانند و از ورود اکسیژن و گاز به داخل مذاب جلوگیرى میکنند. ـ با انبر طوق بوته را از داخل کوره خارج کنید و روى کمچه در زیر هود قرار دهید

. ـ شمش روى را طبق محاسبه وزن کنید و به سرعت به مذاب مس اضافه کنید

. توجه: هنگام اضافه کردن روى به علت نقطه ذوب پائین آن و همچنین فشار بخار بالاى روى، شمش روى را به سرعت داخل مذاب مس غوطه ور کنید تا از اکسید شدن روى جلوگیرى شود. ـ پس از ذوب روى و یکنواخت شدن مذاب، آن را در قالبهاى آماده شده و یا قالب شمش بریزید

. ـ پس از انجماد و ســرد شــدن، قطعه یا شــمش را از داخل قالب خارج کنید و آنرا با شمش خالص مس از لحاظ رنگ، طنین صدا، جرم حجمى و … مقایسه کنید.

 

آلیاژ برنز قلع

آلیاژ برنز قلع یکى از آلیاژهاى مس اســت که عنصر آلیاژى اصلى آن قلع مىباشــد. این آلیاژها در اصطلاح مفرغ نامیده مىشوند. آلیاژهاى برنز قلع داراى ۸۳ تا ۹۸ درصد مس و ۲ تا ۱۵ درصد قلع مىباشند. همچنین عناصر دیگر مانند روى، سرب، نیکل و … نیز در مقادیر کم به آلیاژ اضافه مىشوند. قلع، سختى آلیاژ و مقاومت به خوردگى آنرا افزایش مىدهد. برنــز معمولــى و تجارى حدود ۹ تا ۱۲ درصد قلع دارد این برنز در ســاخت انواع قطعات تزئینى، لوســتر، گلدان و انواع میله، لوله، بوش و یاتاقان بکار مىرود. در این جلســه طرز تهیه آلیاژ برنز قلع (Sn – Cu (با ۱۰ ٪قلع مورد بررســى قرار مىگیرد. توجه: اتلافات مس و قلع در هنگام ذوب در کوره بوته اى ۱ ٪مىباشد.

 

ابزار، تجهیزات و مواد لازم:

کورهی بوته اى زمینى، تجهیزات حمل بوته و بارریزى، شــمش مس، شــمش قلع، فســفر مس با ترکیب ۱۵ ٪فســفر، تجهیزات و لباس ایمنى

ـ مراحل انجام کار: ـ شــارژ مورد نیاز براى تهیه ۵۰ کیلوگرم آلیاژ برنز قلع با ترکیب ۱۰ ٪قلع را با احتســاب اتلافات (مس ۱ ٪و قلع ۱ (٪ محاسبه کنید.

ـ کوره را روشن کنید. پس از گرم شدن آن را خاموش کنید

ـ بــراى تهیه ۵۰ کیلوگرم آلیاژ برنز قلع بوتهی گرافیتى نمــره ۶۰ را انتخاب کنید و شــمش مس را طبق محاســبه وزن کنید و همراه با خرده شیشه یا براکس داخل بوته قرار دهید.

( نکتــه: دلیل اضافه نمودن خرده شیشــه یــا براکس این است که در هنگام حرارت دادن مس، این مواد سریعتر ذوب میشوند و با توجه به اینکه سبک میباشند روى سطح مذاب را به صورت فلاکس پوششى، پوشش داده و از ورود اکسیژن و گاز به داخل مذاب جلوگیرى مىکنند.

ـ بوته را با انبر طوق حمل کنید و داخل کوره، روى زیر بوته اى در مرکز کوره قرار دهید.

ـ کوره را روشــن کنید و پس از تنظیم شعله، درب کوره را روى آن قرار دهید

. ـ مدلى مناسب را قالبگیرى نمائید. ـ قالب شمشى را آماده کنید.

ـ پــس از اطمینان از ذوب مس و رســیدن دما به نقطه فــوق ذوب حدود ۱۲۰۰ درجه ســانتیگراد کوره را خاموش کنید و درب کوره را بردارید.

ـ با استفاده از فسفر مس، مذاب را اکسیژن زدائى کنید. ً

در تهیه برنز قلع جهت اکسیژن زدائى ۰۴/۰ درصد (معمولا فسفر استفاده میشود)

. ـ بــا انبر طوق بوتــه را از داخل کوره خارج کنید و روى کمچه در زیر هود قرار دهید.

ـ شــمش قلع را طبق محاسبه وزن کنید و به سرعت در داخــل مذاب مس غوطه ور کنید و خوب بهم بزنید تا مذاب همگن شود

ـ پــس از ذوب قلع و یکنواخت شــدن مــذاب، آن را -شالبهاى آماده شده و یا قالب شمش بریزید.

ـ پس از انجماد و سرد شدن، قطعه یا شمش را از داخل قالب خارج کنید. ـ پس از تمیز کردن، قطعه را از لحاظ رنگ، خواص مکانیکى، جرم حجمى و … مورد بررسى قرار دهید

آلیاژ برنز آلومینیم

آلیاژ برنز آلومینیم یکى از آلیاژهاى مس مىباشد که عنصر آلیاژى اصلى آن آلومینیم است. حداکثر مقدار آلومینیم در این آلیاژها، ۱۴ درصد اســت. آلومینیم در مس باعث افزایش خواص مکانیکى آلیاژ، حفظ اســتحکام در درجه حرارت بالا و افزایش مقاومت آلیاژ در برابر اکسید شدن و خوردگى مىشود. این آلیاژها از طریق نورد گرم و ریخته گرى شکل مىگیرند و عموماً عملیات حرارتى پذیر مىباشــند. از این آلیاژها در ساخت پمپ ها، سوپاپها، قالبهاى ریخته گرى و مفتولکشى، انواع اتصالات، یاتاقانها، چرخ دندهها، پره توربین، پروانه کشتى، لوله کندانسور و … استفاده مىشود. اضافــه کــردن آهن به آلیاژ برنز آلومینیم موجــب افزایش مقاومت آلیاژ در برابر حرارت و خوردگى مىشــود. همچنین افزودن حدود ۳/۰ تا ۶/۰ درصد کرم به آلیاژهاى مس ـ آلومینیم مشخصات مکانیکى و مقاومت این آلیاژها در برابر خوردگى را به مقدار زیادى بهتر مىکند. نیکل به میزان ۲ تا ۷ درصد مقاومت آلیاژ را در برابر خوردگى افزایش مىدهد و کاربرد آن را در مصارف شــیمیائى بالا مىبرد. منگنز و منیزیم باعث افزایش مقاومت آلیاژ به خوردگى مىشــود. گاهى اوقات سرب به منظور افزایش قابلیت تراشکارى به آلیاژ اضافه مىشود. در این جلســه طرز تهیه آلیاژ برنز آلومینیم (Al – Cu (با ۹۰ درصد آلومینیم مورد بررســى قرار میگیرد ذکر این نکته لازم است که در هنگام ذوب مس و آلومینیم در کوره بوته اى میزان اتلاف مس ۱ ٪و آلومینیم ۲/۱ ٪مىباشد.

 

مراحل انجام کار:

برای تهیه ۵۰ کیلوگرم آلیاژ برنز آلومینیم )Al – Cu ) با ترکیب ۱۰ درصد آلومینیم میزان شارژ را با احتساب اتالفات محاسبه کنید.

ـ کوره بوته ای را روشــن کنید. پس از گرم شدن آن را خاموش کنید

. ـ برای ذوب بوتهی گرافیتی نمره ۶۰ را انتخاب کنید و ۴۵/۴۵ کیلوگرم شــمش مس را وزن کرده و همراه با خرده شیشه یا براکس داخل بوته قرار دهید.

) نکتــه: دلیل اضافه نمودن خرده شیشــه یا براکس این اســت که در هنگام حرارت دادن مس، این مواد ســریعتر ذوب میشوند و با توجه به اینکه سبک میباشند روی سطح مــذاب قرار گرفته و از ورود اکســیژن و گاز به داخل مذاب ـ بوته را توســط انبر طوق حمل کنید و داخل کوره قرار ‌جلوگیری میکنند. دهیــد بهطوریکه بوته روی زیر بوتــهای در مرکز کوره قرار گیرد

. ـ کوره را روشــن کنید و پس از تنظیم شعله درب کوره را روی آن قرار دهید. ـ

پس از اطمینان از ذوب مس و رســیدن به نقطه فوق ذوب حدود ۱۲۰۰ درجه ســانتیگراد کوره را خاموش کنید و درب کوره را بردارید

ـ. ۵۳/۲ کیلوگــرم شــمش آلومینیم )نصــف آلومینیم موردنیــاز( را به مذب اضافــه نمائید و خــوب بهم بزنید

ـ کوره را روشــن نمائید. پس از تنظیم شعله درب کوره را روى آن قــرار دهید و درجه حرارت را به میزان ۲۰ درجه سانتیگراد افزایش دهید.

ـ کوره را خاموش کنید و درب کوره را بردارید. ـ بقیه آلومینیم (۵۳/۲ کیلوگرم) را به مذاب اضافه کنید و خوب بهم بزنید.

ـ مذاب حاصل را با اســتفاده از گازهائى مانند ازت، گاز کربنیــک و یــا ترکیبات قابل تبخیر نظیر کلــرور آلومینیم گاززدائى کنید.

ًکم نکته: جذب گاز و اکسیداسیون آلومینیم برنزها نسبتا اســت ولى با توجه به نوع انجماد پوسته اى آنها و جلوگیرى از خطــرات ناشــى از انتقال گازها به نقاطى که دیرتر ســرد مىشوند بهتر است مذاب نهائى را گاززدائى نمایند

. ـ بوتــه مــذاب را از کــوره خــارج نموده و ســربارهگیر نمائید

. ـ مــذاب را داخل قالبهاى آماده یا قالبهاى شــمش ریخته گرى نمائید. (قطعه یا شمش را پس از تمیزکارى با قطعات برنز قلع مقایسه کنید.

 

جوشکاری همزنی اصطکاکی آلیاژ برنج و بررسی اثر پارامترهای فرایند بر روی خواص مکانیکی و سطحی

چکیده جوشکاری آلیاژهای برنجی به صورت ذوبی بسیار مشکل است. بزرگترین مشکل جوش ذوبی، تبخیر روی در طی جوشکاری میباشد، همچنین بعد از جوشکاری، قسمت جوش، متخلخل خواهد بود. جوشکاری همزنی اصطکاکی که امروزه به عنوان یک روش جدید گسترش یافته است به حل این مشکل کمک میکند. در این جوشکاری هیچگونه ذوبی در ناحیه اتصال دو فلز اتفاق نمیافتد. در تحقیق حاضر، جوش همزنی اصطکاکی بر روی ورق برنج با ضخامت پایین مورد بررسی قرار گرفته است. اثرات سرعت دورانی و سرعت خطی مورد بررسی قرار گرفتهاند. پس از انجام جوش، تستهای سختیسنجی و کشش بر روی آن انجام گرفته و با مقادیر حاصل از ماده پایه مقایسه شده است. سختی در منطقه جوش نسبت به فلز پایه بهبودی نسبی یافته و استحکام آلیاژ برنج به علت پدیده همزنی در اثر دوران ابزار جوشکاری در ناحیه جوش اندکی کاهش نشان میدهد.

روش تحقیق :

در جوشکاری همزنی اصطکاکی لب به لب دو ورق، ابتدا دو ورق باید در لبههای جوش شونده در کنار یکدیگر محکم شوند زیرا نیروی وارد شده به ورقها در حین جوشکاری از سوی ابزار همواره در جهت جدا کردن ورقها از یکدیگر میباشد و کار نگهداری ورقها توسط صفحه نگهدارنده (fixture (انجام میشود. صفحه نگهدارنده در واقع یک صفحه فلزی کاملا مسطح به همراه پیچها و یا نگهدارنده هایی بر روی آن است و از هر گونه حرکت ورقهای جوش شونده در حین جوشکاری، چه در جهت جوشکاری و چه در جهت عمود بر جوشکاری اعم از لغزش و یا بلند شدن ورقها، جلوگیری میکند. پس از بستن ورقها بر روی صفحه نگهدارنده و تنظیم لبه جوش شونده ورقها با خط جوشکاری(مسیر حرکت ابزار)، ابزار جوشکاری را که دارای سرعت چرخشی و زاویه نفوذ معین نسبت بر صفحات میباشد، پایین میآید تا پین ابزار با سطح فلز مماس شود. از این لحظه به بعد ابزار با حرکت چرخشی درجا در سطح محل درز جوش نفوذ می کند تا پین ابزار کاملا در ورقها فرو رفته و شانه ابزار بر سطوح ورقها را مماس شود. برای تولید شکل خاص جهت سطح نهایی جوش از مقدار فرور.وی شانه بر سطح مواد نرم شده خمیری ناحیه جوش می توان بهره برد بنابراین تقریبا حدود ۱٫۰ میلیمتر فروروی شانه در سطح تماس اعمال می گردد. فروروی پین در ورقها و همچنین سایش شانه ابزار به ورق ها منجر به ایجاد اصطکاک و تولید گرما می شود. پس از این مرحله و نرم شدن مواد موجود در ناحیه درز جوش- در اثر گرمای اصطکاکی و به مدت زمان لازم- ابزار علاوه بر حرکت چرخشی، در راستای خط جوش حرکت انتقالی نیز دارد. سرعت پیشروی بسته به نوع ورقهای جوشکاری شونده تنظیم میشود. حرکت چرخشی ابزار در طول خط جوش و حین جوشکاری دو ورق وجود خواهد داشت. با توجه به اینکه شانه ابزار عمل فرجینگ در پشت ابزار و نیز عمده گرمکاری ورقها را بر عهده دارد، عدم تنظیم مناسب عمق فروروفتگی میتواند سبب خرابی جوش شود. به عنوان نمونه فرورفتگی کم شانه میتواند سبب ایجاد ترکهایی در سطح جوش شود که این امر را می توان با فرجینگ نامناسب توسط ابزار به دلیل نیروی محوری کم مرتبط دانست. فروروفتگی بیش از حد نیز میتواند سبب کم شدن ضخامت قطعه در طول خط جوش، ترک خطی طولی در راستای درز جوش یا حتی برخورد پین ابزار با صفحه نگهدارنده گردد. در این مقاله از ابزاری که در شکل ۲ نشان داده شده است، استفاده گردید. این ابزار متشکل از یک شانه مقعر به قطر ۱۲ میلیمتر و یک پین مخروطی شکل به ارتفاع ۸٫۱ میلیمتر و قطر متوسط ۳ میلیمتر و از جنس فولاد گرمکار بود. هم شانه و هم پین در این ابزار بدون رزوه میباشند. ضخامت ورقهای جوشکاری شونده برابر ۲ میلی متر از جنس برنج می باشد. با توجه به اینکه ضریب رسانایی و پخشندگی گرمایی برنج نسبتا زیاد است بنابراین نیاز به تولید اصطکاک بیشتر توسط فرایند جوشکاری می باشد و بعلت اینکه ابزار فاقد رزوه یا شیار است از این رو لازم است که به کمک شانه اصطکاک اضافی را تولید کرد و این به معنی نیاز به نیروی بیشتر برای جوشکاری و افزایش سطح تماس ابزار و ورقهای جوشکاری میباشد. در نتیجه کار اصطکاکی بیشتر می گردد و این امر به ایجاد گرمای لازم برای جوشکاری کمک میکند.

نتایج و بحث

با توجه به شرح داده شده زوش جوشکاری همزنی اصطکاکی دارای عوامل و پارامترهایی است که لازم است موزد بررسی و مطالعه قرار گیرند. در این تحقیق پارامترهای موثر پس از انجام آزمایشهای متعددی بررسی شده و در نهایت دو پارامتر اساسی برای بررسی اثر آنها بر خواص مکانیکی و سطحی مطابق جدول ۱ انتخاب و آزمونهای استاندارد بر روی نمونه های جوش داده شده انجام پذیرفت.

همچنین در ابتدا زاویه نفوذ ابزار به اندازه ۱ درجه و عمق فرورفتگی شانه در حدود ۱٫۰ میلیمتر مورد بررسی قرار گرفت. عدم تعیین سرعت مناسب ابزار منجر به تخریب قطعه کار، جوش یا از کار افتادن ابزار گردد [۴, ۵, ۶ .[مسئله دیگری که در این تحقیق وجود داشت، تولید براده از سطح قطعه کار توسط قسمت جانبی شانه ابزار بود (شکل ۳-الف) که با تعیین و تنظیم مقدار فروروی شانه در سطح قابل رفع و بهبود می باشد. عمق فرورفتگی کمتر، گرچه مشکل باربرداری از سطح قطعه کار را مرتفع کرد اما ترکهایی در ناحیه جوشکاری و در ناحیه پیشرو مشاهده میشد (شکل ۳-ب) که علت این امر را میتوان با کاهش نیروی محوری و در نتیجه عدم فرجینگ مناسب مواد خمیری توسط ابزار مرتبط دانست. افزایش زاویه نفوذ ابزار می توانست مشکل باربرداری توسط قسمت جلویی شانه ابزار را بر طرف کند و می توان عمق فروروی قسمت عقب شانه ابزار در قطعه کار را افزایش داد و در نتیجه فرجینگ بهتر در ناحیه جوش انجام گیرد. اما افزایش میزان فروروی شانه ابزار در قطعه کار، باعث تولید سطح نامناسب و خشن گرده جوش می گردد و در این حالت گرده مقعر با توجه به لاغر شدن موضعی صفحات جوش تولید میشود. از طرفی، عمق فرورفتگی زیاد میتواند سبب برخورد پین ابزار با صفحه نگهدارنده شود که این امر نیز جوشخوردگی قطعات به صفحه نگهدارنده و از کار افتادن ابزار را به دنبال دارد. بدین ترتیب زاویه نفوذ نهایی ابزار برای جوش ها برابر ۲ درجه و عمق فروروی ۱٫۰ میلی متر در نظر گرفته شد.

پس از تحقق جوش همزنی اصطکاکی بر روی صفحات برنج به ضخامت ۲ میلیمتر، آزمونهای استاندارد برای بررسی خواص مکانیکی نظیر تست کشش و آزمایش سختی سنجی بر روی نمونههایی از جوشکاریهای انجام شده، صورت گرفت که در ادامه اشاره میشود. ۳-۱ تست کشش پس از آمادهسازی نمونههای جوش شده براساس استاندارد E8 ASTM به صورت نشان داده شده در شکل ۴ ،تست کشش انجام گرفت و نتایج ارائه شده در نمودارهای شکل ۵ مشاهده میشود. شکل ۴ -نمونههای تست کشش جوش همزنی اصطکاکی برنج شکل ۵ -رفتار تنش- کرنش واقعی جوش همزنی اصطکاکی برنج

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 ، ۱۳۸۲

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 


درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

تشکیل فریت فوق ظریف (UFF) درفولاد فریتی – پرلیتی با کارسرد و آنیل

با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریتی – پرلیتی درکاربردهای صنعتی بهینه سازی خواص آنها …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.