برنج آلیاژی از مس و فلز روی می‌باشد که نسبت آن‌دو در آلیاژ تعیین کننده نوع برنج با توجه به مورد استفاده آن است.
برخی از انواع برنجها برنز هم نامیده می‌شوند هرچند برنز آلیاژی از مس و قلع می‌باشد.
ويژگيهای مهم آلیاژ
از این فلز به خاطر کاربردهای خاص و شکل و رنگ آن در جاهای مختلفی استفاده می کنند:
در دکوراسیون به خاطر رنگ تقریباً طلایی رنگش
در مهمات جنگی
در جاهایی که به اصطکاک کم نیاز باشد (مثل مغزی قفل‌ها)
مخصوصاً بخاطر خاصیت آکوستیکی در سازهای موسیقی (مثل هورن)
برنج رنگی تقریباً زرد دارد که شبیه به رنگ طلا است. برنج در برابر کدر شدن و لکه‌دار شدن هم مقاومت دارد، یعنی دیرتر اکسایش می یابد. برنج از مدتها پیش حتی قبل از تاریخ شناخته شده 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 چکش‌خواری بیشتری نسبت به مس و روی دارد و تقریباً دمای ذوب آن بین ۹۰۰ تا ۹۴۰ درجه سانتی‌گراد است . البته سختی و نرم بودن آن می تواند با تغییر نسبت مخلوط مس و روی تغیر کند.
مس داخل برنج (از طریق اثر اولیگودینامیک) خاصیت میکروب‌کشی به آن می‌دهد. به‌همین خاطر از برنج به عنوان دستگیره و دیگر فلزات رایج در بیمارستان‌ها استفاده می‌کنند. امروزه تقریباً ۹۰٪ 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 برنج جدا شده را دوباره بازیافت می کنند.
چگالی متوسط برنج ۸٫۴ گرم بر سانتی‌متر مربع است .
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 ۵مهم 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 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 α اگر 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 α دمای 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 آلياژهای مس وروی می باشند که براساس تغييرات ترکيبی ورنگ ظاهری به برنج زرد وبرنج قرمز وبرنج سرب،برنج سيليسيم،برنج قلع،برنج های نيکلی(ور شو)تقسيم می شوند.
خواص فيزیکی:
٣٢ % در درجه حرارت انجماد و در حدود / حد حلاليت روی در مس برابر ۵ مهم α ٣۵ % در درجه حرارت محيط می باشد از این رو فاز محلول جامد ترین شبکه ميکروسکوپی موجود در آلياژ برنج است. و همانطور که در دیاگرم مس وروی نشان داده شده است اکثر آلياژهای برنج دارای دامنه انجماد بسيار کم بوده ووجود فلزات دیگر در مس عملاً باعث پائين آمدن نقطه ذوب می شود و هر قدر دامنه انجماد کمتر باشد،سياليت آلياژ 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 : α الف)محلول جامد منوط به نداشتن سرب در آلياژ است(به دليل تشکيل سرب مایع در گرما) در این شبکه وجود سرب کمتر مزاحم می باشد وشبکه خاصيت 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 آلياژ در ناحيه ۵٠ %تجاوز کند.به همين دليل مقدار فلز روی در برنج ها مواره کمتر از ۴٧ %است ورنگ برنج به مقدار روی بستگی دارد. تشکيل شده باشد در این صورت خواص مکانيکی با افزایش فلزروی بالا می α اگر برنج تنها از محلول جامد تشکيل شده باشد β و α رود سپس با افزایش بيش از حد روی دوباره کاهش می یابد.اگر برنج از شبکه مقدار درصد تغيير شکل به کم شدن ادامه می دهد در حاليکه سختی پيوسته زیاد می شود. در جدول زیر آورده شده است: α تاثير روی در محلول جامد
دسته بندی آلياژهای مس:
آلياژهای مس مانند آلومينيم به دو دسته آلياژهای کارپذیر(نوردی)وریختگی تقسيم می گردند.هر دسته از این آلياژها نيزبر حسب شرایط ترکيبی وعناصر آلياژی می توانند عمليات حرارتی پذیر یا عمليات حرارتی ناپذیر باشند.انواع برنجهای کارپذیر(نوردی)فقط حاوی مس وروی می باشند وعناصردیگردرحد ناخالصی در آنها وجود دارد وبرنجهای آلياژی علاوه بر مس و روی حاوی عناصر دیگری نظير سيليسم،آهن،