بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
مس و آلیاژهای آن
اسلاید 2 :
آلیاژهای مس:
در سیستم CDA از اعدادC100 الی C799 برای آلیاژ های کارشده و از اعداد C800 الی C999برای آلیاژهای ریختگی است.
مس و آلیاژ های با مس بالا C1XX
آلیاژهای مس، روی (برنج) C2XX
آلیاژهای مس، روی، سرب (برنجهای سربدار) C3XX
آلیاژهای مس، روی، قلع (برنج قلع) C4XX
آلیاژهای مس، قلع (فسفربرنز) C5XX
آلیاژهای مس، روی و مس، سیلیسیم (سیلیسیم برنز) و مس، آلومینیوم (آلومینیوم برنز)C6XX
آلیاژهای مس، نیکل و مس، نیکل، روی (نیکل نقره)C7XX
آلیاژهای ریختگی برنز منگنز وا نواع مختلف برنج ریختگی والیاژهای ریختگی وCu,Zn,Si و C8XX
C9XX Cu,Ni,Zn Cu,Ni,Fe Cu,Sn,Ni Cu,Al,Fe Cu-Sn-Pb,Cu-sn
اسلاید 3 :
مس کارشده:
مس آلیاژ نشده یک فلزمهندسی مهم می باشد به علت هدایت الکتریکی بالا به مقدار زیاد در صنعت استفاده می شود، خواص دیگر مقاومت به خوردگی بالا، سهولت ساخت، استحکام کششی، خواص آنیلینگ و ویژگی های لحیم کاری خوب و اتصال می باشد.
مس های کار شده بر اساس مقادیر ناخالص و اکسید خود طبقه بندی می گردد. مس 99.9% انحصارا برای تولید سیم، میله، صفحه و تسمه استفاده می شود اکسیژن بعضی از عناصر ناخالصی را به اکسید آن فلز تبدیل می کند. در ریختگی اکسیژن توزیعی از حفرات رخ می دهد در کارگرم این حفرات به هم جوش میخورد، کارگرم شبکه بین دندریتی Cu2O را شکسته و موجب ایجاد ذراتی در جهت کار میگردد. از آنجا که باعث حذف ناخالصی ها که موجب افت هدایت هستند میشوند.
مس بلیستر شامل حدود 2% ناخالصی میباشد که در یک کوره ریختگری تصفیه میشود در این واکنش بیشتر ناخالصی ها در مس اکسید شده و به صورت سرباره کنار زده میشوند همزمان مس هم اکسید میشود.
اسلاید 4 :
مس اکسید شده توسط ذغال کک یا تنه درخت احیا میشودو عمل کربن احیای Cu2O به مس میباشد وقتی مقدار Cu2O به مقدار 5/0% میرسد متوقف میگردد مس تاف - پیچ میگویند این نوع مس که 99/5% مس دارد پس از پالایش و تصفیه الکترولیتی9 /99% مس میشود، که میتواند برای بعضی کاربردها استفاده شود اما بیشترین مقدار پس از تصفیه یا پالایش الکترولیتی شده تا مس ETP ، 9%/99 را تولید کند.
آلیاژهای مس-روی (برنج):
برنج های مس-روی از یک سری از آلیاژهای مس با حدود 40% روی تشکیل شده است با تغییر درصد روی خواص آلیاژ تغییر میکند برنج های مس-روی شامل عناصر اضافی مثل Sn,Al,Si,Mn,Ni,Pb میباشد که اشاره به برنج آلیاژی دارد. اضافات آلیاژِ که به ندرت از 4% تجاوز مینمایند بعضی از خواص برنج های مس-روی را اصلاح مینمایند. استفاده از برنج های محلول جامد a به جهت خاصیت داکتیلیته بالا همرا با استحکام کافی، مقاومت به خوردگی خوب، رنگ های شاد و قابلیت لحیم میباشد برنجها هدایت حرارت کافی برای استفاده در انتقال حرارت مناسب دارند مهمترین ترکیب از داکتیلیته و استحکام در 70% مس و 30% روی رخ میدهد از این رو این آلیاژ میتواند در جایی که قابلیت کشش عمیق عالی مورد نیاز است استفاده شود. آلیاژ 70% مس و 30% روی برنج کاتریج (فشنگ) نامیده میشود.
اسلاید 5 :
ساختمان :
دیاگرام فازی برای سیستم مس و روی (شکل 2-2) حلالیت جامد روی در مس گسترده بوده و محلول جامد آلفا یا بالایZn 39% در 456 درجه سانتیگراد تشکیل می شود. با افزایش مقدار روی یک محلول جامد دوم روی در مس تشکیل می شود که با فاز بتا مشخص می گردد. جامد آلفا دارای ساختمان Fcc و فاز بتا ساختمان کریستالی Bcc دارد در سرد کردن از دمای ۴۶۸ تا ۴۵۶ درجه سانتیگراد ساختمان فاز بتا نامنظم به یک ساختمان منظم بتا پرایم تغییر می کند. (شکل 3-۲) اختلاف بین سلهای واحد برنج بتا منظم و نا منظم %Zn۵۰ ، %Cu۵۰ را نشان می دهد. در بیشتر از ۵۰٪ روی محلول جامد فازگاما آنها تشکیل می شود که دارای ساختمان پیچیده بوده و بسیار ترد می باشد، آلیاژهای مس- روی شامل فاز گاما شکننده از کاربرد مهندسی کمی برخوردارند.
اسلاید 7 :
بر اساس دیاگرام فاز مس- روی، برنجهای تجارتی به دو گروه مهم تقسیم می شوند.
١- برنج آلفا با ساختمان آلفا و شامل تا حدود ۳۵٪ روی
۲- برنجهای آلفا + بتا با ساختمان دو فازی آلفا + بتا که اساساً بر پایه نسبت 40 به 60 ازمس و روی می باشد.
ریز ساختار برنجهای آلفا:
ریز ساختار برنجهای آلفا تک فاز از محلول جامد آلفا تشکیل شده است. این ساختمان بوسیله آلیاژ برنز تجارتی در شکل ۴-۲ تصویر شده است.
ساختمان نابجائیها در برنجهای آلفا برای یک مقدار کار سرد با افزایش مقدار روی تغییر می یابد. این تغییر در شکل ۵-۲ نشانداده شده است. مس خالص یک توزیع سلولی از انبوه نابجائی ها ویژه مس خالص دارد.
اسلاید 8 :
شکل a5-2 فاصله بین خطوط لغزش در مس خالص نسبتا کوچک است شکل ۶-۲ . زمانیکه مقدار روی به ۱۵٪ افزایش می یابد فضای بین خطوط الغزش افزایش می یابد و رديفهایی از نابجانبها تشکیل میشود. شکل b5-2 وقتی مقدار روی به ۳۷% افزایش می یابد فضای لغزش داخلی به مقدار زیادی افزایش یافته و نابجائیها به فرم
صفحه ای آرایش می یابند. شکل c5-۲ دلیل تغییر در ترتیب نابجائیها با افزایش مقدار روی در آلیاژهایCu-Zn به پائین آمدن انرژی نقص شبکه Stacking Falt Energy (SFE)مس با روی نسبت داده میشود. شکل ۶-۲ در مس خالص SFE نسبتا بالا بوده و نابجائيهامی توانند بسهولت لغزش عرضی نموده و بنابراین لغزش کوچکی در مدت تغيير بوجود آورند .با افزودن روی، SFE مس پائین آمده لغزش عرضی مشکل تر شده بطوریکه نابجائيها تمایل به باقی ماندن در صفحات لغزش بفرم انباشته یا بصورت روبان های نقص شبکه کوتاه دارند.
اسلاید 10 :
ریز ساختار برنجهای آلفا + بتا
وقتی مقدار روی آلیاژهای مس-روی حدود ۴۰٪ باشد. این آلیاژها دارای یک ساختمان دوپلکس شامل هر دو فاز آلفا+بتا هستند. عمومی ترین استفاده از برنج آلفا + بتا آلیاژ ۴۰% روی -۶۰% مس میباشد که Muntz Metal نامیده می شود(برنج زرد).
کار سرد بر Muntz Metal به سختی صورت می گیرد زیرا شامل فاز بتا میباشد و ضرورتاً یک آلياژ کار گرم بوده و خواص کار گرم عالی دارد.
حضور فاز بتا این آلیاژ را عملیات حرارتی پذیر نموده اما داکتیلیته را کاهش می دهد.
ساختمان ریختگی این آلیاژ از دندریتهای فاز آلفا در زمینه بتا تشکیل شده است. شکل ۷-۲ ساختمان دانه در برنجهای آلفا+ بتا می تواند بسهولت در کار گرم تصفیه شود ریز ساختار ورق آلیاژ ۶۰٪ مس و ۴۰٪ روی نورد گرم شده در شکل ۸-۲ دیده می شود.
اسلاید 11 :
تجزیه بتا پرایم در آلیاژ Cu-Zn آلفا + بتا :
اگر برنجهای مس روی شامل ۴۰ تا ۴۵٪ روی تا حدود ۸۳۰ درجه سانتیگراد گرم و سپس تا دمای ۷۰۰ الي ۷۱۰ درجه سانتیگراد کوانچ گرم شوند، فاز بتا یا بتا پرایم ناپایدار بطور ایزوترم استحاله نموده و مقداری فاز آلفا بوجود می آورند.شکل ۹-۲ Flewitt و Tower تجزیه ایزوترمال فاز بتا برای آلیاژ Zn۶/41% و Cu4/58% را تحقیق نموده و دریافتند که در نوع مجزا از فاز آلفا تشکیل می شود / نوع اول میله ای و نوع دوم صفحه ای، رسوبات آلفا نوع میله ای در دماهای بالاتر (۷۰۰ تا ۵۰۰ ) تشکیل می شوند. بالای دمایی که با بتا اس (شروع بینیت) معرفی می شود و در یک مدل ويدمن اشتاین رسوب می کنند. کمتر از دمای بتا اس صفحات بینیت آلفا بطور یکنواخت در سراسر هر دانه بتا جوانه زده و بسرعت در جهت طولی رشد می یابند شکل ۱۰-۲ صفحات آلفا حاصل از استحاله ایزوترم فاز بتاپرایم به مدت ۲۰ ساعت در ۲۵۰ درجه سانتیگراد را نشان می دهد.
اسلاید 16 :
برنجهای Al و Sn:
افزودن ۱٪ قلع به برنج کاتریج مقاومت خوردگی در آب دریا را اصلاح می نماید و به برنج آدمیرالتی معروف است. افزودن 0.04 درصد آرسینک شرایط خوردگی را حذف نموده که (Dezincification) نامیده میشود. و از اینرو برنج آدميرالتي آرسنیکی برای یک زمان طولانی در کندانسرهای دریایی استفاده میشود. جایگزین قلع با Al تولید برنج Self-Healing (دارای یک اکسید خود محافظ بر سطح خود) مینماید. آلیاژ Zn5/20%Cu - 5/77% و Al۲% با یک مقدار آرسنیک مانع Dezincificationشده و جایگزین برنج آدمیرالتی می شود. افزودن ۱٪ قلع به Muntz Metal ( Zn40%Cu - 60% ) مقاومت به خوردگی را اصلاح نموده و تشكيل آلیازی می دهد که برنج ناوال(برنج کشتی) نامیده می شود.
اسلاید 17 :
برنجهای با روی کم (۸۰ تا ۹۵ درصد مس، ۵ تا ۲۰ درصد روی):
افزایش مقدار روی به این برنجها استحکام، سختی و داکتیلیته (شکل 12-2) را افزایش می دهد. رنگ آنها از قرمز به طلایی و سبز قهوه ای تغییر می کند. خواص کار گرم آنها قابل مقایسه با مس تجاری است و در دمای ۷3۰ تا 9۰۰ درجه سانتیگراد کار گرم می شوند. مقدار سرب آنها باید زیر 0.01 درصد باشد تا از مشکلات کار گرم خودداری شود. برنجهای با روی کم در شرایط آنیل شده در دمای اتاق داکتیل و مالیبل بوده و دارای ازدیاد طول حدود ۵۰ تا ۴۵ درصد میباشد جدول ۲-۲ و بنابراین می توانند بوسیله متد سنتی کارسرد شوند.
برنجهای با روی بالا ( ۶۰ تا ۸۰ درصد مس و ۲۷ تا ۴۰ درصد روی):
این برنجها به علت مقادیر روی بالا استحکام بالا دارند و داکتیلیته آنها همچنین با مقدار روی افزایش می یابد و به یک ماکزیمم در حدود ۳۰٪ روی می رسد. وقتی مقدار روی بالغ بر ۳۶ ٪ می شود داکتیلبته آلیاژها به سرعت به لحاظ حضور فاز کاهش می یابد.
اسلاید 18 :
اما استحکام و سختی تا ۴۵٪ روی افزایش می یابد. برنجبای بتا با مقدار مس بین ۶۴ و ۸۰ درصد (۲۰ تا 1۳/۶ درصد روی) برای کار گرم نسبتاً فقير هستند و مقدار سرب آنها باید بسیار کم نگه داشته شود. برنجهای آلفا + بتا به لحاظ حضور برنج بتا می توانند با سهولت بیشتری از برنج با آلفا بالا كارگرم شوند (محدوده ۷۶۹ تا ۶۵۰ درجه)، گر چه برنجهای آلفا + بتا مشکل کار سرد می شوند و این مشکل با افزایش مقدار فاز بتا افزایش می یابد.
برنجهای آلیاژی :
مقادیر کم عناصر آلیاژی مثال ۱% قلع به برنج تاثیر زیادی روی خواص مکانیکی ندارد اگر چه افزودن چند تایی Sn, Fe , Mn برای مثال Muntz Metal را تبدیل به برنز منگنز دار نموده و به طور قابل ملاحظه ای استحکام Muntz Metal افزایش می یابد ، به علت افزایش استحکام برنز منگنز بهترین شرایط را در کار گرم دارد.
اسلاید 19 :
افزودن تا %3 سرب قابلیت ماشینکاری برنج را اصلاح می نماید و هیچ اثری روی استحکام کششی و سختی برنجهای سرب دار ندارد اگر چه داکتيلته و قابلیت کار سرد برنج با افزودن سرب کاهش می یابد.
خوردگی برنجها، ترک خوردگی توام با تنش :SCC
یک برنج در شرایط کار سرد و شامل بیشتر از ۱۵٪ روی مستعد به Scc است. (در تماس با کمی از آمونيا در حضور اکسیژن و رطوبت) Scc در امتداد دانه ها (ترک بین دانه ای) رخ می دهد. ترک بین دانه ای در حالتی است که آلیاژ بشدت تغییر فرم پلاستیکی یافته است شکل ۱۳-۲ترک بین دانه ای در برنج کارتریج که در معرض خوردگی اتمسفر قرار گرفته است را نشان میدهد. این نوع خوردگی ترک دار شدن دریائی نیز نامیده می شود. Scc در کار سرد بوسیله تنش زدائی در دمای کم کاهش می یابد. در عملیات بازیابی تنشهای داخلی و باقیمانده کاهش می یابد.
اسلاید 20 :
روی زدائی Dezincification :
نوع دیگری از حملات خوردگی که برنجها به آن مستعد هستند، روی زدائی نامیده میشود. روی ترجیحاً جدا شده و منافذی را باقی می گذارد، روی به سطح دیفوزیون نموده و یک رسوب آلیاژ غنی از مس باقی می گذارد.
آلیاژهای مس - قلع :
آلیاژهای شامل عمدتاً مس و قلع برنزهای قلع نامیده می شوند از آنجا که معمولاً فسفر به عنوان عامل اکسیژن زدا در مدت ریختگی به این آلیاژها افزوده می شود برنزهای قلع با نام تجاری فسفر برنز شناخته می شوند این آلیاژها دارای خواص مطلوبی مثل استحکام بالا، مقاومت به سایش و مقاومت خوب به خوردگی در مقابل آب دریا می باشند.
