انواع آلیاژهای برنج

برنج یک اصطلاح عمومی است که به طیف گسترده ای از آلیاژهای مس و روی اشاره دارد. در حقیقت، بیش از ۶۰ نوع مختلف برنج وجود دارد که توسط استانداردهای EN ( استاندارد اروپا ) مشخص شده‌است. باتوجه به خواص مورد نیاز برای یک کاربرد خاص ، این آلیاژها می توانند طیف وسیعی از ترکیبات مختلف را داشته‌باشند. برنج ها را می توان به روش های مختلفی از جمله خواص مکانیکی ، ساختار بلوری ، محتوای روی و رنگ طبقه بندی کرد.

سازه های کریستالی برنجی

تمایز اساسی بین انواع مختلف برنج با ساختار بلوری آن ها تعیین می شود. این به این دلیل است که ترکیب مس و روی با انجماد محیطی مشخص می شود. روشی آکادمیک برای بیان اینکه این دو عنصر دارای ساختار اتمی متفاوت هستند و باعث می شود آن ها به نسبت محتوا و درجه حرارت خود به روش های منحصر به فرد ترکیب شوند.

سه نوع مختلف ساختار بلوری می تواند در نتیجه این عوامل ایجاد شود :

• برنج های آلفا

برنج های آلفا کمتر از ۳۷ درصد روی ذوب شده در مس دارند و به دلیل تشکیل یک ساختار بلوری همگن، آلفا نامگذاری شده اند. ساختار بلور آلفا هنگامی رخ می دهد که روی در مس حل می شود و یک محلول جامد با ترکیب یکنواخت ایجاد می کند. چنین برنج هایی نرم تر و شکل پذیرتر از نمونه های مشابه خود هستند و بنابراین، به راحتی با سرما کار می کنند، جوش داده می شوند، نورد می شوند، کشیده می شوند، خم می شوند یا لحیم کاری می شوند.

رایج ترین نوع برنج آلفا حاوی ۳۰٪ روی و ۷۰٪ مس است. این آلیاژ برنجی که به عنوان برنج ۷۰/۳۰ یا برنج کارتریج ( UNS Alloy C26000 ) نامیده می شود، ترکیبی مناسب و شکل پذیری را برای کشیدن سرد دارد. همچنین مقاومت بالاتری در برابر خوردگی دارد. بیشتر آلیاژهای آلفا معمولاً برای ساخت اتصال دهنده ها مانند پیچ ​​چوب و همچنین برای تماس با فنر در پریزهای برق استفاده می شود.

• برنج های آلفا بتا

برنج‌های آلفا بتا که به آن ها برنج دوطرفه یا برنج های داغ نیز می گویند، بین ۳۷ تا ۴۵ درصد روی دارند و از ساختار دانه آلفا و ساختار دانه بتا تشکیل شده اند. برنج فاز بتا از نظر اتمی شبیه روی خالص است. نسبت فاز آلفا به فاز بتا با محتوای روی تعیین می شود. اما گنجاندن عناصر آلیاژی مانند آلومینیوم، سیلیکون یا قلع نیز می تواند میزان برنج فاز بتا موجود در آلیاژ را افزایش دهد.

برنج آلفا-بتا که بیشتر از برنج آلفا رایج است، سخت تر و قوی تر است و شکل پذیری سرد کمتری نسبت به برنج آلفا دارد. برنج آلفا-بتا به دلیل محتوای بالای روی ارزان تر است، اما بیشتر مستعد خوردگی زدایی زدایی است.

در حالی که در دمای اتاق نسبت به برنج های آلفا کمتر کار می کنند، برنج های آلفا-بتا به طور قابل توجهی در دماهای بالا بیشتر کار می کنند. چنین برنج هایی در برابر ترک خوردگی مقاوم هستند. در نتیجه برنج آلفا-بتا معمولاً با اکستروژن، مهرزنی یا ریخته‌گری داغ کار می‌کند.

• برنج های بتا

اگرچه بسیار کمتر از برنج های آلفا یا آلفا-بتا استفاده می شود، اما برنج های بتا گروه سوم آلیاژ را تشکیل می دهند که بیش از ۴۵ درصد محتوای روی دارد. چنین برنجی یک کریستال ساختار بتا تشکیل می دهد و از برنج آلفا و آلفا-بتا سخت تر و قوی تر است. به این ترتیب آن ها فقط می توانند داغ کار شوند. بر خلاف طبقه بندی ساختار بلوری، شناسایی آلیاژهای برنج بر اساس خواص آن ها به ما این امکان را می دهد که تأثیر فلزات آلیاژی بر برنج را در نظر بگیریم.

دسته های رایج عبارتند از :

• برنز ماشینکاری ( ۳٪ سرب )
• برنجهای کششی بالا ( آلومینیوم ، منگنز و آهن )
• برنج دریایی ( قلع )
• برنجهای مقاوم در برابر یخ زدایی ( شامل آرسنیک )
• برنج برای کار سرد ( ۷۰/۳۰ برنج )
• ریخته گری برنج ( ۶۰/۴۰ برنج )

سایر انواع برنج ها

• دریاسالار : شامل ۳۰٪ روی همراه با ۱٪ قلع ( در فارسی مِفرَغ نیز خوانده می‌شود )
• آلفا : شامل کمتر از ۳۵٪ روی، که از آن می‌توان برای کارهایی با فشار بالا، ضربه و سرد استفاده کرد. ساختار کریستالی این نوع برنج FCC است.
• برنج آلومینیومی : که شامل آلومینیوم است و مقاومت زیادی در برابر خوردگی دارد که از آن در ساخت سکه‌های اروپایی استفاده می‌کنند.
• برنج آرسنیکی : شامل آرسنیک و آلومینیوم است. این برنج حاوی ۰۳/۰ درصد آرسنیک برای بهبود مقاومت خوردگی در برابر آب می‌باشد. مانند دیگر گونه‌های برنج، برنج آرسنیک، زرد روشن، مستحکم و شکل پذیر می‌باشد. این آلیاژ نیز یک فلز مناسب برای استفاده در لوله کشی است. موارد دیگر استفاده از آن عبارتند از : مبدل‌های حرارتی، ظروف تزئینی، مخزن‌ها، لوله‌ها و بدنه رادیاتور، پایانه‌های برق، اتصالات لامپ و پریز و قفل‌ها و پوشش کارتریج.
• فشنگی : شامل ۳۰٪ روی
• معمولی : شامل ۳۷٪ روی، ارزان و مناسب برای کارهای بدون گرما ( سرد )
• عالی : شامل ۳۵٪ روی و ۶۵٪ مس، با قابلیت انعطاف پذیری بالا، استفاده شده در ساخت فنر و پیچ ها.
• برنج سربی : همان برنج آلفا ـ بتا همراه با مقداری سرب است.
• برنج پست : شامل ۲۰٪ روی است، با رنگ زرد نزدیک به طلا
• دریایی : شبیه به برنج دریاسالار 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. این نوع برنج، که فلز طلاکاری محسوب می شود، می‌تواند چکش خور شود و یا به راحتی به شکل مورد نظر تبدیل شود. این مورد، فروش ورق برنج را راحت‌تر و آسان‌تر خواهد کرد.

نحوه ساخت آلیاژ برنج

برای ساخت آلیاژ برنج از ۶ مرحله استفاده می‌شود.

• مرحله اول ذوب مس

در مرحله اول، مس باید ذوب شود. نقاط ذوب مس و برنج متفاوت است. نقطه ذوب روی ۹۰۷ و مس دارای نقطه ذوب ۱۰۸۳ درجه سانتیگراد است. بنابراین، پس از ذوب مس، روی به نسبت مناسب به برنج اضافه می شود.

• مرحله دوم اضافه کردن افزودنی‌ها

در این مرحله برای رسیدن برنج به آلیاژ مورد نظر به آن آلومینیوم، سرب و سیلیکون در میزان مناسب اضافه می‌شود.

• مرحله سوم قالب بندی

اکنون که آلیاژ مذاب شده و با ترکیبات لازم مخلوط شده است، باید در قالب ریخته و برای قالب گیری سرد شود. اسلب یا شمش در اینجا ساخته می شود. در این قسمت از روش مستقیم برای پردازش برنج گوشتی شمش یا آلفا-بتا استفاده کرد. در این روش، شمش توسط اکستروژن داغ به سیم ها و لوله ها پردازش می شود. اکستروژن گرم به معنای همان جعل گرم است.

اگر از جعل گرم برای بیلت ها استفاده نشده است، باید آن ها را دوباره گرم و گرم نورد کرد تا به ضخامت مورد نظر برسند. در روش نورد گرم، بیلت درون غلطک های فولادی قرار می گیرد و تحت فشار به ضخامت مورد نظر می رسد. پس از خنک شدن، یک لایه نازک از سطح فلز برداشته می شود تا نقص آن برطرف شود و اکسید سطح از بین برود. برای این منظور می توان از دستگاه فرز استفاده کرد.

• مرحله چهارم نورد سرد

نورد سرد باعث افزایش مقاومت و دوام فلز می شود. این کار را می توان تکرار کرد تا زمانی که فلز به ضخامت مورد نظر برسد. صفحات با ضخامت ۲٫۵ میلی متر می توانند قبل از خنک شدن دوباره گرم شوند. این امر در جلوگیری از اکسیداسیون بسیار مثر است.

• مرحله پنجم برش ورق

در این مرحله ورق‌ها قیچی و برش داده می‌شوند تا در عرض و طول دلخواه دسته بندی شوند.

• مرحله ششم شست و شوی برنج

در آخرین مرحله محصول نهایی با مواد شیمیایی مخصوص شسته می‌شود تا اکسید مس از روی آن پاکسازی شود.