مقاله در مورد آلیاژهای مس – روی (برنج‌ها)

word قابل ویرایش
13 صفحه
4700 تومان

آلیاژهای مس – روی (برنج‌ها)
ترکیب شیمیایی و کاربردهای خاص
برنج‌های مس-روی شامل یک سری از آلیاژهای مس با حداکثر %۴۰Zn می‌باشند. با تغییر مقدار روی خواص آلیاژهای Cu-Zn نیز تغییر می‌کند. برنج‌های مس-روی که عناصر اضافی مانند قلع، آلومینیوم، سیلیسیم، منگنز، نیکل و سرب دارند به عنوان «برنج‌های 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. جدول ۶-۳ ترکیب شیمیایی و کاربردهای خاص برنج‌های منتخب Cu-Zn را نشان می‌دهد.

کاربردهای برنج (محلول جامد روی در مس) اساساً به شکلپذیری مطلوب همراه با استحکام کافی، مقاومت خوب به خوردگی، رنگ‌های جذاب و قابلیت لحیمکاری بستگی دارد. هم‌چنین برنج را می‌توان با نیکل و کرم پوشش داد که در این صورت هدایت گرمایی کافی داشته و در محیط‌های انتقال گرما به کار می‌رود. بهترین ترکیب شکلپذیری و استحکام در آلیاژ Cu 70% و Zn 30% رخ می‌دهد و بنابراین این آلیاژ را می‌توان برای قابلیت عالی کشش عمیق آن به کار برد. آلیاژ Zn 30%- Cu70% به طور مشخص «برنج فشنگ» نامیده می‌شود ولی در کاربردهای دیگر مثل بدنه رادیاتور، مخازن و ثابت‌کننده‌های لامپ به کار می‌رود.

ساختار
نمودار فازی سیستم مس-روی. شکل ۶-۱۰ نشان‌دهنده نمودار فازی سیستم مس- روی است. روی حلالیت زیادی در مس دارد و تشکیل محلول جامد تا ۳۹% Zn در ۴۵۶ می‌دهد. با افزایش مقدار روی محلول جامد دوم روی در مس تشکیل می‌شود که با فاز نشان داده می‌شود. محلول جامد ساختار FCC دارد. فاز ساختار BCC دارد و هنگام سرد شدن در گستره دمای ۴۶۸ تا ۴۵۶ از فاز نامنظم به فاز منظم تبدیل می‌شود. شکل ۶-۱۱ اختلاف بین سلول‌های منظم و نامنظم برنج در Zn 50%-Cu50% (درصد اتمی) را نشان می‌دهد با بیشتر از ۵۰% روی فاز محلول جامد تشکیل می‌شود که ساختاری پیچیده دارد و شدیداً شکننده است. آلیاژهای مس-روی که دارای فاز باشند در مهندسی کمتر به کار می‌روند. بر اساس نمودار فازی Zn-Cu، برنج تجارتی را می‌توان به دو گروه مهم تقسیم کرد:
۱- برنج با ساختار که حداکثر دارای ۳۵% روی می‌باشد.

۲- برنج + با ساختار دو فازی + که اساساً نسبت مس به روی ۶۰:۴۰ است.
؟؟؟
شکل ۶-۱۰ نمودار فازی سیستم مس- روی
شکل ۶-۱۱ سلول‌های واحد منظم و نامنظم برنج (Zn50% و Cu50%)
ریزساختار برنج‌های
ریزساختار برنج‌های شامل محلول جامد است. این ساختار در شکل ۶-۱۲ (الف) برای برنز تابکاری شده تجارتی (Zn10%-Cu90%) و در شکل ۶-۱۲ (ب) برای برنج فشنگ (Zn30%-Cu70%) آمده است. در درصدهای زیاد روی، دوقلوهای گرمایی بیشتری در دانه‌های دیده می‌شوند.
؟؟؟
شکل ۶-۱۲ ریز ساختار (الف) برنز تجاری (Zn10%-Cu90%)، (ب) برنج فشنگ (Zn30%-Cu70%) در شرایط تابکاری شده
زیرساختار نابجایی در برنج‌های ، که در مقدار مشخصی کارسرد به دست می‌آید، با افزایش مقدار روی تغییر می‌کند. این تغییر در شکل ۶-۱۳ برای تغییر شکل بین ۵-۱۰% برای ۱٫ مس خالص، ۲٫ برنج قرمز (Zn 15%-Cu 85%) و ۳٫ برنج (Zn37%-Cu63%) آمده است. مس خالص توزیع سلولی از توده نابجایی‌ها را نشان می‌دهد که مشخصه یک فلز خالص تغییر شکل یافته است. (شکل ۶-۱۳(الف)). فاصله بین خطوط لغزش در مس خالص نسبتاً کوچک است (شکل ۶-۱۴). با افزایش مقدار روی تا ۱۵% فاصله بین خطوط لغزش افزایش می‌یابد و آرایش نابجایی‌ها شروع به تشکیل می‌کنند (شکل ۶-۱۳(ب)). وقتی مقدار روی به ۳۷% افزایش می‌یابد (در حدود حداکثر مقدار قابل حل در مس)، فاصله خطوط لغزش به شدت افزایش می‌یابد و نابجایی‌ها در یک آرایش کاملاً مشخص صفحه‌ای قرار می‌گیرند (شکل ۶-۱۳(ج)).
تغییر آرایش نابجایی با افزایش مقدار روی در آلیاژهای Zn-Cu را این طور توجیه کرده‌اند که افزایش روی موجب کاهش انرژی نقص چیدن (SEE) می‌شود (شکل ۶-۱۵). در مس خالص، مقدار SFE نسبتاً زیاد است و نابجایی‌ها به آسانی می‌توانند لغزش متقاطع داشته باشند و بنابراین به هنگام تغییر شکل، لغزش‌های ظریف به وجود می‌آورند. با افزایش روی، SFE مس کاهش می‌یابد و لغزش تقاطعی مشکل‌تر می‌شود و بنابراین نابجایی‌ها در سطوح لغزش خود یا به صورت
ریزساختار برنج‌های +
وقتی که مقدار روی در آلیاژهای مس-روی حدود ۴۰% باشد، این آلیاژها دارای ساختار دفازی می‌باشند که شامل فازهای و است. پرکاربردترین برنج + آلیاژ Zn40%-Cu60% است که «برنج زرد» نامیده می‌شود (جدول ۶-۳). کارسرد برنج زرد مشکل است زیرا دارای فاز ، و بنابراین این آلیاژ اساساً یک آلیاژ گرمکار می‌باشد که خواص گرمکاری عالی دارد. وجود فاز باعث می‌شود این آلیاژ عملیات گرمایی‌پذیر باشد، ولی شکلپذیری آن را کاهش می‌دهد. ساختار ریختگی آلیاژ Zn40%-Cu60% شاخه‌وارهای را در زمینه نشان می‌دهد (شکل ۶-۱۶). ساختار دانه‌ای برنج + به آسانی می‌تواند با کارگرم ریزتر شود همان‌طور که در ریزساختار آلیاژ Zn40%-Cu60% که نورد گرم شده در شکل ۶-۱۷ آمده است.

تجزیه در آلیاژهای Zn-Cu، + . اگر برنج‌های Zn-Cu که دارای ۴۰ تا Zn45% می‌باشند تا دمای ۸۳۰ گرم شده و بعد تا گستره دمای ۷۰۰ تا ۷۱۰ آبدهی گرم شوند فاز ناپایدار یا به صورت تکدما به فاز تبدیل می‌شود (شکل ۶-۱۸).
فلویت و تاونر (مرجع۳) تجزیه تکدمای را در آلیاژ Zn6/41%-Cu4/58% بررسی کرده و دو نوع مشخص فاز را پیدا کردند: نوع میله‌ای و نوع صفحه‌ای. رسوب‌های میله‌ای در دمای …
؟؟؟
شکل ۶-۱۳ اثر تغییر شکل مومسان به مقدار کم (۵ تا ۱۰%) بر توزیع نابجایی‌ها در مس خالص و برنج. (الف) مس خالص با ۵% تغییر شکل: ساختار توزیع سلولی توده‌های نابجایی را نشان می‌دهد. (ب) برنج سرخ (Zn15%-Cu85%) 10% تغییر شکل‌یافته: ساختار شامل آرایش صفحه‌ای نابجایی‌ها، (ج) برنج پرعیار (Zn37%-Cu63%) 10% تغییر شکل یافته: ساختار شامل آرایش صفحه‌ای کاملاً مشخص نابجایی‌هاست.

؟؟؟
شکل ۶-۱۴ اثر درصد روی بر فاصله بین خطوط لغزش برنج مس-روی تغییر شکل‌یافته.
؟؟؟
شکل ۶-۱۵ اثر درصد روی بر انرژی نقص چیدن برنج‌های مس-روی.
؟؟؟
شکل ۶-۱۶ ساختار ریخته شده برنج زرد (Zn40%، Cu60%، CDA آلیاژ۲۸۰) ساختار شامل شاخه‌وارهای آلفا در زمینه ست.
؟؟؟
شکل ۶-۱۷ ورق برنج زرد نورد گرم شده (Zn40%، Cu60%) ساختار شامل فاز (تیره) و فاز (روشن) است. به دوقلویی‌ها در بلورهای توجه کنید که نتیجه کرنش همراه با دگرگونی به است.
؟؟؟
شکل ۶-۱۸ مقطع نمودار فازی مس-روی، مسیر سرد شدن آلیاژ Cu60% و Zn40% را که منجر به دگرگونی به + می‌شود نشان می‌دهد.
؟؟؟

بالا ایجاد می‌شوند (۵۰۰ تا ۷۰۰). بالای دمای Bs (شروع فاز بینایت) و به شکل ساختار ویدمن اشتاتن رسوب می‌کنند. از دمای Bs صفحات بینایتی به صورت یکنواخت در داخل دانه‌های جوانه می‌زنند و به سرعت در جهت طولی رشد می‌کنند.
شکل ۶-۱۹ صفحات را پس از دگرگونی تکدمای فاز به مدت ۲۰ ساعت در ۲۵۰ نشان می‌دهد. شکل ۶-۲۰ نمودار IT را برای تجزیه آلیاژ Zn6/41%-Cu4/58% نشان می‌دهد. میله‌های فاز را که به شکل ساختار ویدمن اشتاتن ساخته می‌شوند می‌توان به سادگی در تصویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) شکل ۶-۲۱ دید که از مرزدانه شروع شده‌اند. هر دو محصولات تجزیه، میله‌ای شکل و صفحه‌ای شکل، همراه با کاهش تنش می‌باشند، شبیه به واکنش بینایتی در فولادهای ساده کربنی.
؟؟؟

شکل ۶-۱۹ آلیاژهای Cu-Zn 41% که تا دمای ۸۳۰ گرم و تا ۲۵۰ آب داده شده و به مدت ۲۰ ساعت نگه داشته شده است. ساختار شامل صفحات است که از زمینه به وجود آمده‌اند.
؟؟؟
شکل ۶-۲۰ نمودار فازی تکدما برای شروع رسوب‌گذاری قابل رویت از فاز نیمه پایدار آلیاژ Cu4/58% و Zn6/41%. R مشخص‌کننده رسوب‌های میله‌ای M برای مخلوط رسوب‌های میله‌ای و صفحه‌ای و P برای رسوب‌های صفحه‌ای می‌باشد. خط‌چین افقی دمای شروع بینایت را مشخص می‌کند، یعنی، در دماهای پایین این خط، واکنش بینایتی رخ می‌دهد.
؟؟؟
شکل ۶-۲۱ میله‌های فاز ویدمن اشتاین که از رسوب‌های مرزدانه بر اثر تجزیه تکدمای برنج ۹/۵۵% اتمی Cu و ۱/۴۴% اتمی Zn در ۴۰۰ به وجود آمده‌اند.
ریزساختار برنج‌های آلیاژی
برنج‌های سرب‌دار. سرب در مس مذاب در دمای زیاد محلول می‌باشد همان‌طور که در نمودار فازی مس-سرب در شکل ۶-۲۲ آمده است. اما در دمای اتاق سرب و مس اساساً در هم نامحلول‌اند.
سرد شدن تدریجی آلیاژ Pb3%-Cu97% را از حالت مذاب در حدود ۱۰۸۰ تا زیر دمای ۳۲۶ در نظر بگیرید. از حدود ۱۰۸۰ تا ۹۵۵ بلورهای مس خالص جوانه زده و رشد می‌کنند و در نتیجه باعث می‌شوند مذاب به طور افزاینده‌ای از سرب غنی شود، در دمای ۹۵۵، مذاب باقیمانده دارای ۳۶% سرب است. سپس، مذاب باقیمانده یک واکنش مونوتکنیک به شرح زیر انجام می‌دهد.

به هنگام سرد شدن تدریجی از ۹۵۵ تا C326 مقدار سرب در مذاب باقیمانده افزایش می‌یابد و در دمای ۳۲۶ به Pb94/99% می‌رسد. در این دما مذاب یک واکنش اوتکتیک به صورت زیر انجام خواهد داد.

؟؟؟
شکل ۶-۲۲ نمودار فازی مس- سرب.

سرب خالص (%۹۹/۹۹Pb) که با واکنش اوتکتیک به وجود می‌آید به صورت ذرات کروی در بین شاخه‌وارهای مس توزیع می‌شود. به هنگام تغییرشکل، این ذرات کروی کشیده می‌شوند. همان‌طور که در تصویر میکروسکوپ الکترونی مربوط به میله کشش سرد از جنس برنج خوش‌تراش شکل ۶-۲۳ آمده است. برای بهبود قابلیت ماشین‌کاری مقدار کمی سرب (۵/۰ تا ۳/۵) به انواع برنج اضافه می‌شود و این برنج‌ها را «برنج‌های سرب‌دار» می‌نامند.

برنج‌های آلومینیوم قلع‌دار. افزایش ۱% قلع به برنج فشنگ Zn30%-Cu70% مقاومت آن را به خوردگی در آب دریا افزایش می‌دهد. این آلیاژها را در سال‌های ۱۹۲۰، نیروی دریایی انگلیس برگزید و در نتیجه به نام «برنج دریایی» مشهور شد. بعدها کشف شد که افزایش مقدار کمی آرسنیک (۰۴/۰% ) موجب می‌شود که از یک پدیده عمومی خوردگی به نام «روی‌زدگی» تقریباً جلوگیری شود (در این باره در ادامه همین فصل بحث خواهد شد) و بنابراین برنج دریایی آرسنیک‌دار به مدت طولانی در دیگ‌های بخار دریایی به کار می‌رفت. بعدها کشف شد که …

؟؟؟
شکل ۶-۲۳ میله‌های آهنگری شده برنج خوش‌تراش که نشان‌دهنده دانه‌های کشیده شده سرب می‌باشد بقیه ساختار فاز است NH4OH+H2O2)،۷۵×)
جایگزین کردن قلع با آلومینیوم، برنجی را ایجاد می‌کند که یک لایه اکسیدی «خودجوش» محافظ در سطح آن به وجود می‌آید. لایه نازک اکسید سخت آلومینیوم‌دار آلیاژ را نسبت به برنج دریایی در برابر حملات آب با سرعت زیاد مقاوم‌تر می‌کند. امروزه، آلیاژ Al2%-Zn5/20%-Cu5/77% (برنج آلومینیوم‌دار) با افزایش آرسنیک برای جلوگیری از روی‌زدگی جایگزین برنج دریایی در دیگ بخار دریایی شده است.
افزایش ۱% قلع به «برنج زرد» (Zn40%-Cu60%) مقاومت به خوردگی آن را بهتر می‌کند و آلیاژی به نام «برنج کشتی» تشکیل می‌شود. شکل ۶-۲۴ ریزساختار میله اکسترود شده‌ای از جنس برنج کشتی را نشان می‌دهد.
خواص مکانیکی
خواص کششی برنج‌های مس-روی منتخب در جدول ۶-۴ آمده است. در حالت کلی، خواص مکانیکی آلیاژهای Zn-Cu شدیداً به فازهای موجود در آلیاژ بستگی دارد.
برنج کم‌عیار (Zn5%-20-Cu95%-80). با افزایش مقدار روی در این برنج‌ها، استحکام، سختی و شکلپذیری آن‌ها افزایش می‌یابد (شکل ۶-۲۵). رنگ آن‌ها از قرمز، طلایی تا سبز زرد
؟؟؟
شکل ۶-۲۴ ریزساختار میله‌ای از جنس برنج دریایی آهنگری شده (Sn75/0%-Zn25/39%-Cu60%) ساختار شامل فاز در زمینه (تیره) است.
؟؟؟

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 4700 تومان در 13 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد