آلیاژ برنج و 4 نکته کاربردی در مورد نحوه ساخت آن

ورق برنج یک آلیاژ دوجزئی متشکل از ورق مس و روی است که از دیرباز تولید شده است و به دلیل کارایی، سختی، مقاومت در برابر خوردگی و ظاهر آن ارزشمند است. خواص دقیق برنج‌های مختلف بستگی به ترکیب آلیاژ برنج یعنی نسبت مس-روی دارد. با این حال، همه برنج‌ها به دلیل ماشین کاری یا سهولت آن‌ها که می‌توانند به شکل مورد نظر درآیند ارزشمند هستند.

برنج فلزی است که عمدتاً از مس و روی تشکیل شده است. مس جزء اصلی است و برنج معمولاً به عنوان آلیاژ مس طبقه بندی می شود. رنگ برنج بسته به مقدار روی موجود، از قهوه ای مایل به قرمز تیره تا زرد نقره ای روشن متغیر است. هر چه مقدار روی بیشتر باشد، رنگ روشن تر است. برنج از مس قوی تر و سخت تر است، اما به اندازه فولاد قوی و سخت نیست. به راحتی به اشکال مختلف شکل می گیرد، رسانای خوبی برای گرما است و به طور کلی در برابر خوردگی ناشی از آب نمک مقاوم است. به دلیل این ویژگی‌ها، برنج برای ساخت لوله‌ها و لوله‌ها، آب‌زدایی و سایر قطعات تزئینی معماری، پیچ‌ها، رادیاتورها، آلات موسیقی و بدنه‌های فشنگ برای سلاح گرم استفاده می‌شود.

برای مشاهده قیمت روز ورق برنجی کلیک کنید

قیمت ورق برنجی

تاریخچه فلز برنج و آلیاژ برنج

اگر چه مقادیر کم و زیاد روی باعث ایجاد تفاوت بین برنج‌ها می‌شود، اما همه برنج‌ها چکش خوار و رسانا هستند. با توجه به نقطه ذوب پایین برنج، آلیاژ برنج به راحتی می تواند ریخته گری شود. با این حال، برای کاربردهای ریخته گری، مقدار بالای روی معمولاً ترجیح داده می‌شود.

شرح مختصری از تاریخچه کاربرد آلیاژ برنج

• فلزکاران باستانی در منطقه ای که اکنون به نام سوریه یا شرق ترکیه شناخته می شود، از 3000 سال قبل از میلاد مسیح می دانستند که چگونه مس را با قلع ذوب کرده و فلزی به نام برنز بسازند. گاه بی آنکه بدانند برنج نیز می ساختند، زیرا گاه ذخایر سنگ قلع و روی با هم یافت می شود و این دو ماده رنگ و خواص مشابهی دارند.

• در حدود 20 قبل از میلاد تا پس از میلاد در سال 20، فلزکاران اطراف دریای مدیترانه توانستند سنگ معدن روی را از سنگ های حاوی قلع تشخیص دهند و شروع به ترکیب روی با مس برای ساختن سکه های برنجی و موارد دیگر کردند. بیشتر روی از حرارت دادن ماده معدنی به نام کالامین که حاوی ترکیبات مختلف روی است به دست آمد. از حدود سال 300 پس از میلاد، صنعت فلزکاری برنج در آلمان و هلند کنونی شکوفا شد.

• اگرچه این فلزکاران اولیه می‌توانستند تفاوت بین سنگ روی و سنگ قلع را تشخیص دهند، اما هنوز نمی‌دانستند که روی یک فلز است. تا اینکه در سال 1746 دانشمند آلمانی به نام آندریاس زیگیزموند مارگگراف (1709-1782) روی را شناسایی و خواص آن را مشخص کرد. فرآیند ترکیب مس فلزی و روی برای ساخت برنج در انگلستان در سال 1781 به ثبت رسید.

• اولین روکش فلزی فشنگ برای اسلحه در سال 1852 معرفی شد. اگرچه چندین فلز مختلف آزمایش شد، برنج به دلیل توانایی آن برای انبساط و مهر و موم کردن دریچه تحت فشار در هنگام شلیک اولیه فشنگ، و سپس انقباض فوراً برای خالی شدن آن، موفق‌ترین آنها بود. بدنه فشنگ که باید از اسلحه خارج شود. این ویژگی منجر به توسعه سلاح های خودکار شلیک سریع شد.

انواع آلیاژهای برنج چیست؟

آلیاژ برنج نوعی آلیاژ است که با استفاده از ترکیب فلزات مس و روی ساخته می شود. در حالی که ترکیب مس و قلع با هم می تواند به عنوان برنج طبقه بندی شود، این آلیاژ خاص بیشتر به عنوان برنز شناخته می شود. برنج انواع مختلفی دارد که به صورت جداگانه دارای ترکیب شیمیایی، کیفیت و کاربردهای خود هستند که در زیر ذکر شده است:

• برنج آرسنیکال: از آرسنیک و اغلب آلومینیوم تشکیل شده است. از آن برای فایرباکس های دیگ بخار استفاده می شود.
• برنج قرمز: آلیاژ مس-روی-قلع که به عنوان فلز تفنگی نیز شناخته می شود. ترکیب آن 85 درصد مس، 5 درصد روی، 5 درصد قلع و 5 درصد سرب است.
• برنج دریایی: آلیاژ مس-روی از 40% روی و 1% قلع.
• برنج فشنگ: یک نوع محبوب از آلیاژ برنج، متشکل از 30 درصد برنج روی، به دلیل خواص سرد کار عالی برای موارد مهمات ایده آل است.
• برنج سرب دار: برنج سرب دار یک برنج آلفا-بتا با محتوای سرب اضافی است که به راحتی ماشینکاری می شود.
• برنج منگنز: از 70% مس، 29% روی و 1.3% منگنز ساخته شده و برای ساخت سکه های دلار طلایی در ایالات متحده استفاده می شود.
• برنج بدون سرب: آلیاژهای برنج بدون سرب از کمتر از 0.25 درصد مواد سرب تشکیل شده است.
• برنج زرد: حاوی 33 درصد روی.

مطلب مفید: فلز برنج چیست؟ معرفی کاربردها و خواص آن

آلیاژ برنج و ویژگی های آن

ورق برنج دارای هدایت حرارتی و الکتریکی خوب است (هدایت الکتریکی آن می‌تواند به اندازه 23٪ تا 44٪ مس خالص باشد) و در برابر سایش و جرقه مقاوم است. خواص ضدباکتریایی آن باعث استفاده از برنج در وسایل حمام و امکانات بهداشتی می‌شود. برنج به عنوان یک آلیاژ کم اصطکاک و غیر مغناطیسی است، در حالی که خواص صوتی آن در بسیاری از سازهای موسیقی برنجی استفاده شده است. هنرمندان و معماران ارزش زیبایی برنج را می‌دانند، زیرا می‌توان از آن در طیف رنگی از قرمز تیره تا زرد طلایی استفاده کرد.

برنج یک اصطلاح عمومی است که به طیف وسیعی از آلیاژهای مس-روی اشاره دارد. در حقیقت، بیش از 60 نوع مختلف برنج وجود دارد که توسط استاندارد اروپا مشخص شده‌اند. به عنوان آلیاژ برنج می‌توانند طیف گسترده‌ای از ترکیبات مختلف را بسته به خواص مورد نیاز برای یک کاربرد خاص داشته باشند. برنج اغلب از ضایعات مس و روی ساخته می‌شود. مس قراضه براساس ناخالصی‌های آن انتخاب می‌شود، زیرا عناصر افزدونی خاصی برای تولید گرید دقیق برنج مورد نیاز است.

نحوه ساخت آلیاژ برنج و مراحل ساخت آن

از آنجایی که روی در دمای 907 درجه سانتیگراد شروع به جوشیدن و تبخیر می‌کند، که کمتر از نقطه ذوب مس ( 1083 درجه سانتیگراد) است، ابتدا باید مس ذوب شود. پس از ذوب شدن مس، روی در یک نسبت مناسب برای گرید مورد نظر برنج تولید می‌شود. همچنین آلیاژ برنج دارای ویژگیهای منحصر بفردی است.

در این مرحله، هر فلز افزودنی دیگر مانند سرب، آلومینیوم، سیلیکون یا آرسنیک به مخلوط اضافه می‌شود تا آلیاژ مورد نظر ایجاد شود.

هنگامی که آلیاژ مذاب آماده شد، آن را درون قالب‌ها می‌ریزند جایی که به ورق‌های بزرگ (اسلب) یا نازک (بیلت) منجمد می‌شود. بیلت که بیشتر برنج آلفا – بتا نامیده می‌شود می‌تواند به طور مستقیم از طریق اکستروژن گرم به سیم و لوله پردازش شود. اکستروژن گرم شامل فشار دادن فلز گرمادیده از یک دای (die) یا آهنگری داغ (hot forging) است.

اگر بیلت ها اکستروژن یا آهنگری نشوند، آنگاه مجدداً گرم می‌شوند و به درون غلتک‌های فولادی وارد می‌گردند (نورد گرم (hot rolling)). نتیجه این کار، اسلب هایی با ضخامت کمتر از نیم اینچ (<13 میلی متر) است. پس از سرمایش، برنج در معرض دستگاه فرز (milling machine) قرار می‌گیرد، یا اسکالپر (scalper) یک لایه نازک از فلز را به منظور حذف نقص‌های ریختگی و اکسید سطحی برمی دارد.

برای جلوگیری از اکسیداسیون، قبل از آن که آلیاژ دوباره خنک شود (نورد سرد) و اسلب هایی با ضخامت حدود 0.1 اینچ (2.5 میلی متر) تولید شوند، آلیاژ گرم و مجدداً نورد می‌شود که فرآیند آنیلینگ (annealing) نامیده می‌شود. نورد سرد ساختار داخلی برنج را تغییر می‌دهد و باعث می‌شود که فلز بسیار قوی‌تر و سخت‌تری ایجاد شود. این مرحله می‌تواند تا زمان حصول ضخامت یا سختی مورد نظر تکرار شود.

در نهایت، ورق‌ها برش (sawed) و قیچی (sheared) می‌شوند تا عرض و طول مورد نیاز بدست آید. سپس محصولات تولید شده با مواد شیمیایی (معمولاً هیدروکلریک اسید و سولفوریک اسید) حمام داده می‌شوند تا اکسید مس حذف شود.

مطلب مفید: انواع فلز برنج و 4 ویژگی آلیاژ های فلز برنج

خواص آلیاژهای برنج

از آنجایی که برنج از ترکیب های مختلفی از مس و روی تشکیل شده است، خواص آن ممکن است بسته به نسبت این دو فلز متفاوت باشد. در اینجا لیستی از خواص آلیاژهای برنج آورده شده است:

منبع

[1] https://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%A8%D8%B1%D9%86%D8%AC_(%D8%A2%D9%84%DB%8C%D8%A7%DA%98)