برای هزاران سال، انسان با فلزات مختلف آزمایش کرده و آلیاژهای پر استحکام بیشتری از آنها به دست آورده است. برای این کار از انواع عناصر شیمیایی استفاده شد. عصر برنز عصری است که در طی آن آلیاژی از قلع و مس (CuSn6) رایج شد. این ماده چیست و چرا اینقدر محبوب بود؟
تاریخ عصر برنز
به لطف پیشرفت در فرآوری فلزاتی مانند مس و قلع، در 3000 سال قبل از میلاد. عصر برنز آغاز شد. مشخصه آن تولید فعال آلیاژی مانند برنز است که برای ساخت ابزار و جواهرات استفاده می شد.
در صنعت متالورژی مدرن علاوه بر مس و قلع از موادی مانند آلومینیوم، فسفر، سرب و روی نیز استفاده می شود. نام خود از کلمه فارسی "برنج" گرفته شده است که به "مس" ترجمه می شود.
معروف است که اولین برنز از مس و آرسنیک ساخته شد و به آن آرسنیک می گفتند. با این حال، به دلیل سمی بودن آن، بسیار سریع استبه پیوتر تغییر یافت جای تعجب نیست که آهنگران اغلب زشت و مثله شده به تصویر کشیده می شدند. در واقع اینطور بود. تماس طولانی مدت با آرسنیک تأثیر بسیار بدی بر بدن آنها داشت. به همین دلیل، آلیاژ مس و قلع را برنز می نامند، زیرا این ترکیبات هستند که اغلب در آن وجود دارند.
ویژگی برنز
همه ما می دانیم که فلزی مانند مس بسیار نرم، انعطاف پذیر و کاملاً شکننده است. در عین حال رسانایی الکتریکی و حرارتی بسیار بالایی دارد. آلیاژ قلع و مس ماده ای است که به طور قابل توجهی از ویژگی های این عناصر شیمیایی به طور جداگانه فراتر می رود. به عبارت دیگر، برنز دارای سختی و استحکام بالایی است، اما در عین حال کاملاً گداز پذیر است.
کشف این آلیاژ نقش زیادی در صنعت متالورژی داشت. علیرغم اینکه بعداً بسیاری از مواد دیگر اختراع شدند، حتی امروزه نیز به دلیل خواص مکانیکی خوب آن بسیار محبوب است.
توانایی برنز در برابر خوردگی
یکی از مهمترین خواص آلیاژ مقاومت در برابر خوردگی آن است. این به ویژه برای آن دسته از ترکیباتی که در آنها محتوای قابل توجهی منگنز و سیلیکون (بیش از 2٪) وجود دارد صادق است.
مشخص شده است که برنز در تماس با آب (آب دریایی و شیرین)، قلیایی ها و اسیدهای غلیظ، سولفات ها و کلریدهای فلزات سبک و گازهای خشک (برنزهای بدون قلع) مقاومت به خوردگی بالایی از خود نشان می دهد.
البته به طور کلیخواص خوردگی آلیاژ به عناصر آلیاژی بستگی دارد. بنابراین، محتوای بالای سرب توانایی مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد، در حالی که نیکل این ویژگی را افزایش می دهد.
انواع برنز
عناصر آلیاژی که ممکن است در ترکیب این آلیاژ باشند می توانند خواص آن را به میزان قابل توجهی تغییر دهند و نوع برنز نیز به آنها بستگی دارد. علاوه بر این، قلع را می توان با عناصر دیگر جایگزین کرد. به عنوان مثال، BrAMTS-7-1 را می توان به صورت زیر رمزگشایی کرد: 92٪ مس، 7٪ آلومینیوم، 1٪ منگنز. این برند برنز حاوی قلع نیست و به همین دلیل در برابر بار متناوب مقاومت بالایی دارد. از آن برای ساخت پیچ، پیچ، مهره و قطعات تاسیسات هیدرولیک استفاده می شود.
مثال دیگر برنز ریخته گری قلع با نام تجاری BrO10S10 است. حاوی 83 درصد مس، 9 درصد قلع، 8 درصد سرب و 0.1 درصد آهن، سیلیکون، فسفر و آلومینیوم است. این برای قطعاتی طراحی شده است که تحت فشارهای خاص بالا کار می کنند، مانند یاتاقان های ساده.
علی رغم اینکه برنز آلیاژی از قلع و مس است، در برخی موارد از عنصر شیمیایی مانند Sn استفاده نمی شود. نمونه دیگری از برنز قلع مقاوم در برابر حرارت است. برای ساخت آن فقط از مس 98-99% و کادمیوم 1-2% استفاده می شود. به عنوان مثال نام تجاری BrKd1 است. این یک برنز کادمیوم مقاوم در برابر حرارت با مقاومت حرارتی بالا و هدایت الکتریکی است. می توان از آن برای ساخت قطعات دستگاه های جوشکاری مقاومتی، کلکتور موتورهای الکتریکی و سایر قطعاتی که در دمای بالا کار می کنند و به خوبی نیاز دارند استفاده کرد.رسانایی.
نوع دیگری از آلیاژ مورد استفاده برای ساخت واشر در یاتاقان ها و بوشینگ های خودرو، برنز قلع ماشینکاری شده با فشار است. آلیاژ مس و قلع حاوی عناصر آلیاژی مانند سرب (4%)، روی (4%)، آلومینیوم (0.002%)، آهن (0.005%) است. گرید فولاد BrotsS4-4-4 نامیده می شود. به لطف درصد این عناصر شیمیایی است که این آلیاژ را می توان با فشار و برش پردازش کرد. رنگ برنز نیز به ناخالصی ها بستگی دارد. بنابراین، هرچه آلیاژ حاوی مس کمتری باشد، رنگ آن کمتر مشخص می شود: بیش از 90٪ - قرمز، تا 80٪ - زرد، کمتر از 35٪ - فولاد خاکستری.
برنز کاری
همانطور که قبلا ذکر شد، آلیاژ قلع و مس یک ماده نسبتاً بادوام است. تیز کردن، برش دادن و کار با فشار دشوار است. به طور کلی، این یک ماده ریخته گری با انقباض کم است - حدود یک درصد. و حتی با وجود سیالیت کم و تمایل به جداسازی، از برنز برای ساختن قطعات ریخته گری با پیکربندی های پیچیده استفاده می شود. بازیگری هنری نیز از این قاعده مستثنی نیست.
عناصر آلیاژی که به آلیاژ قلع و مس اضافه می شوند، خواص آن را بهبود بخشیده و قیمت را کاهش می دهند. به عنوان مثال، آلیاژسازی با سرب و فسفر، فرآوری برنز را بهبود می بخشد، در حالی که روی مقاومت به خوردگی آن را افزایش می دهد. برای اهداف خاصی، آلیاژهای تغییر شکل یافته ساخته می شوند. آنها به راحتی ظاهر خود را هنگام استفاده از آهنگری سرد تغییر می دهند.
دامنه کاربرد
البته استفاده از برنز در زمان ما محبوبیت خود را از دست نمی دهد. سوغاتمحصولات، اقلام تزئینی داخلی، تزئینات برای دروازه ها و دریچه ها … علاوه بر این، آلیاژ برای ساخت یراق آلات (دسته، لولا، قفل) و وسایل لوله کشی (شیرآلات، اتصالات، واشر، شیرآلات) استفاده می شود. در نواحی صنعتی، برنز نیز کاربردهای وسیعی دارد. بنابراین، آلیاژ ریخته گری برای ساخت بلبرینگ، حلقه های آب بندی، بوشینگ ها استفاده می شود.
استفاده گسترده از برنز به ویژه تحت تأثیر خواص خورندگی آن است. به همین دلیل برای ساخت قطعات مکانیزمی که در تماس دائمی با آب عمل می کنند استفاده می شود. خاصیت ارتجاعی بالای آلیاژ امکان ساخت فنرها و قطعات ابزار دقیق از آن را فراهم می کند.
ذوب برنز
البته، هر آلیاژی مزایا و معایب خود را دارد. برنز آلیاژی است که از مس و قلع تشکیل شده است و بنابراین هرگونه ذوب مجدد را کاملاً تحمل می کند. می توان آن را چندین بار برای اهداف کاملا متفاوت استفاده کرد. از طرف دیگر، اگر برنز حاوی مقدار زیادی ناخالصی مانند منیزیم، سیلیکون، آلومینیوم باشد، ممکن است خواص مکانیکی در طی ذوب مجدد کاهش یابد.
این به این دلیل است که عناصر آلیاژی که ویژگی‌های برنز را بهبود می‌بخشند در طول ذوب اکسید می‌شوند و اکسیدهای نسوز را تشکیل می‌دهند که در امتداد مرزهای شبکه کریستالی قرار دارند. آنها پیوند بین دانه‌ها را می‌شکنند و برنز را شکننده‌تر می‌کنند.
چگونه برنز را از برنج و مس تشخیص دهیم
یکی از رایج ترین سؤالات تفاوت استاین آلیاژ از سایر آلیاژهای مشابه در ظاهر. البته، در صنعت و با کمک معرف های خاص، این کار بسیار ساده است. اما اگر بخواهید مواد را در خانه تعیین کنید چه؟
بیایید با این واقعیت شروع کنیم که آلیاژ از قلع و مس تشکیل شده است. جرم این مواد در درصد می تواند متفاوت باشد. هرچه مس بیشتر باشد، رنگ روشن‌تر خواهد بود، اما به دلیل محتوای قلع در آلیاژ، وزن آن یک مرتبه سنگین‌تر از مثلاً مس خالص خواهد بود.
اگر برنز را با برنج مقایسه کنیم، دومی رنگ مایل به زرد بیشتری دارد. مس به خودی خود بسیار انعطاف پذیر است، اما آلیاژهای مبتنی بر آن کاملاً کشسان و سخت هستند. همچنین می توانید با حرارت دادن مشخص کنید که کدام ماده در مقابل شما قرار دارد. بنابراین، در برنج، تحت تأثیر دمای بالا، اکسید روی آزاد می شود و محصول یک "پلاک" خاکستری به دست می آورد. اما برنز وقتی گرم شود، خواص خود را تغییر نمی دهد.
آثار هنری
اغلب شما می توانید مجسمه ها و مجسمه های برنزی مختلفی پیدا کنید. بسیاری از آثار هنری در دوران باستان و در قرون وسطی خلق شدند.
آلیاژهای حاوی مس و قلع برای ساختن استفاده می شود:
- نرده ها و دروازه ها، که نه تنها فوق العاده زیبا، بلکه بادوام نیز هستند.
- عناصر سازه های پله.
- سوغات و ترکیبات مجسمه‌سازی.
- لوازم روشنایی تزئینی: دیوارکوب و لوستر.
- اقلام برای دکوراسیون داخلی.
به منظور شستن لازمترکیب، یک مدل خاص از چوب، گچ یا مواد پلیمری ایجاد کنید - به اصطلاح قالب گیری. حفره های این شکل با خاک رس پر شده و پس از ریخته گری برداشته می شود. پس از ساخت، سطح را می توان با طلا، نیکل، کروم یا نقره آبکاری کرد.
توجه به این نکته بسیار مهم است که معمولاً از آلیاژ قلع و مس بدون عناصر آلیاژی برای ساخت آثار هنری استفاده می شود. این امر به این دلیل است که هر چه تعداد این اجزا در برنز بیشتر باشد، انقباض آن بیشتر می شود که بر کیفیت و شکل محصول تأثیر منفی می گذارد.
