انواع آلیاژ مس و روی + ویژگی و مشخصات

آلیاژ مس و روی که به برنج نیز معروف است، یکی از پرکاربردترین آلیاژهای فلزی به شمار می رود. استحکام مناسب، شکل پذیری، قابلیت ماشین کاری، مقاومت نسبی در برابر خوردگی و ظاهر زیبا باعث شده است این آلیاژ در صنایع سنگین، تجهیزات تأسیساتی، قطعات الکتریکی و محصولات تزئینی کاربرد گسترده ای داشته باشد. از آنجا که مس و روی مواد اولیه اصلی آن هستند، تغییرات قیمت فلزات غیر آهنی می تواند هزینه تولید و قیمت نهایی محصولات برنجی را تحت تأثیر قرار دهد.

درصد مس و روی در تمام گریدهای برنج یکسان نیست. تغییر نسبت این دو عنصر می تواند رنگ، سختی، استحکام، رسانایی، شکل پذیری و رفتار خوردگی آلیاژ را تغییر دهد. به همین دلیل، برای انتخاب محصول مناسب باید علاوه بر نام آلیاژ، ترکیب شیمیایی، شماره گرید، روش تولید و شرایط کاربرد آن نیز بررسی شود.

ترکیب آلیاژ مس و روی چه نام دارد؟

ترکیب مس و روی، آلیاژی به نام برنج را تشکیل می دهد. برنج یک ماده با فرمول شیمیایی و درصد عناصر ثابت نیست، بلکه خانواده ای از آلیاژهاست که در آن مقدار مس و روی بر اساس ویژگی های موردنیاز تغییر می کند.

در بعضی گریدها، مقدار مس به حدود ۹۵ درصد می رسد؛ درحالی که برخی ترکیب های صنعتی تقریباً ۶۰ درصد مس دارند و بخش عمده باقی مانده آن ها از روی تشکیل شده است. این تفاوت ترکیب باعث می شود آلیاژهای مس و روی از نظر خواص، رنگ، روش شکل دهی و کاربرد نهایی یکسان نباشند.

علاوه بر مس و روی، ممکن است عناصری مانند قلع، سرب، آلومینیوم، سیلیسیم، منگنز، آهن یا نیکل نیز در مقادیر کنترل شده به ترکیب اضافه شوند. هدف از افزودن این عناصر، بهبود ویژگی هایی مانند قابلیت ماشین کاری، استحکام، مقاومت سایشی یا عملکرد آلیاژ در محیط های خورنده است.

ترکیب و خواص آلیاژ مس و روی

شناخت دقیق اینکه برنج چیست، به بررسی نسبت مس به روی و نقش عناصر افزودنی در ساختار این آلیاژ وابسته است. به طور معمول، برنج های دارای درصد مس بیشتر، رنگی متمایل به قرمز دارند و از شکل پذیری و رسانایی بیشتری برخوردارند. با افزایش مقدار روی، رنگ آلیاژ به زرد نزدیک می شود و استحکام و سختی آن تا محدوده مشخصی افزایش پیدا می کند.

مقدار عناصر تنها عامل تعیین کننده خواص نیست. روش ریخته گری، میزان کار سرد، عملیات حرارتی، شکل محصول و ضخامت قطعه نیز می توانند ویژگی های مکانیکی و فیزیکی برنج را تغییر دهند. به همین دلیل، ممکن است دو محصول با ترکیب شیمیایی مشابه، به علت تفاوت در شرایط تولید، رفتار متفاوتی داشته باشند.

برخی از مهم ترین ویژگی های آلیاژ مس و روی عبارت اند از:

• استحکام و سختی مناسب نسبت به مس خالص
• شکل پذیری مطلوب در بسیاری از گریدها
• قابلیت ماشین کاری مناسب
• مقاومت نسبی در برابر خوردگی
• رسانایی الکتریکی و حرارتی قابل قبول
• قابلیت پرداخت کاری و ایجاد سطح براق
• امکان بازیافت و استفاده مجدد

فرمول آلیاژ مس و روی چیست؟

آلیاژ مس و روی برخلاف ترکیبات شیمیایی خالص، فرمول مولکولی ثابتی ندارد و معمولاً با نماد عمومی Cu-Zn یا CuZn نمایش داده می شود.

هنگامی که درصد عناصر مشخص باشد، می توان نسبت تقریبی آن ها را در کنار نماد شیمیایی نوشت. برای مثال:

• Cu95Zn5: حدود ۹۵ درصد مس و ۵ درصد روی
• Cu85Zn15: حدود ۸۵ درصد مس و ۱۵ درصد روی
• Cu70Zn30: حدود ۷۰ درصد مس و ۳۰ درصد روی
• Cu65Zn35: حدود ۶۵ درصد مس و ۳۵ درصد روی
• Cu60Zn40: حدود ۶۰ درصد مس و ۴۰ درصد روی

این عبارت ها درصد اسمی عناصر را نشان می دهند و جایگزین شماره استاندارد یا برگه آنالیز شیمیایی محصول نیستند. برای شناسایی دقیق هر آلیاژ باید شماره گرید، محدوده مجاز عناصر و استاندارد تولید نیز مشخص باشد.

تأثیر درصد مس و روی بر مشخصات آلیاژ

نسبت مس به روی یکی از مهم ترین عوامل تعیین کننده مشخصات آلیاژ است. بااین حال، افزایش یا کاهش یک عنصر همیشه تمام خواص را به طور هم زمان بهبود نمی دهد.

تأثیر افزایش درصد مس

در آلیاژهایی که مس بیشتری دارند، معمولاً تغییرات زیر مشاهده می شود:

• رنگ آلیاژ به قرمز نزدیک تر می شود.
• رسانایی الکتریکی و حرارتی افزایش پیدا می کند.
• شکل پذیری سرد در بسیاری از گریدها بهتر می شود.
• قابلیت کشش، خم کاری و پرس کاری افزایش می یابد.
• سختی ممکن است نسبت به ترکیب های پرروی کمتر باشد.

این گریدها در تولید ورق های نازک، قطعات کششی، محصولات تزئینی و بعضی تجهیزات الکتریکی کاربرد دارند.

تأثیر افزایش درصد روی

افزایش مقدار روی تا محدوده ای مشخص می تواند:

• استحکام و سختی آلیاژ را افزایش دهد.
• رنگ محصول را زردتر کند.
• قابلیت شکل دهی گرم بعضی گریدها را بهبود دهد.
• رسانایی الکتریکی و حرارتی را کاهش دهد.
• شکل پذیری سرد را در مقادیر بالاتر محدود کند.

افزایش روی در تمام شرایط به معنای افزایش کیفیت نیست. برنج های دارای مقدار روی بیشتر ممکن است در بعضی محیط های خورنده، حساسیت بیشتری به پدیده روی زدایی داشته باشند.

ارتباط ترکیب مس و روی با ساختار آلیاژ

تغییر درصد روی می تواند ساختار متالورژیکی برنج را نیز تغییر دهد. آلیاژهایی که مقدار روی کمتری دارند، عمدتاً دارای ساختار آلفا هستند و شکل پذیری سرد مناسبی دارند.

با افزایش درصد روی، فاز بتا در کنار فاز آلفا تشکیل می شود. این ساختار دو فازی معمولاً استحکام و قابلیت شکل دهی گرم را افزایش می دهد، اما ممکن است انعطاف پذیری آلیاژ را در دمای محیط کاهش دهد.

مرز دقیق تشکیل فازها تنها به درصد روی وابسته نیست و دما، سرعت سردشدن و حضور عناصر افزودنی نیز بر آن اثر می گذارند. به همین دلیل، مشخصات ساختاری باید بر اساس گرید و استاندارد همان محصول ارزیابی شود.

نقش عناصر افزودنی در ترکیب آلیاژ مس و روی

در برخی گریدهای صنعتی، علاوه بر مس و روی از عناصر دیگری نیز استفاده می شود.

• سرب

افزودن مقدار کنترل شده سرب می تواند قابلیت ماشین کاری را افزایش دهد و باعث شکستن آسان تر براده شود. این گریدها برای تولید پیچ، مهره، بوش، نازل و قطعات دقیق تراش کاری شده مناسب هستند.

در تجهیزات مرتبط با آب آشامیدنی، مواد غذایی یا کاربردهای حساس، مقدار سرب باید مطابق استانداردهای مربوط کنترل شود.

• قلع

قلع در بعضی گریدها برای بهبود استحکام و رفتار خوردگی در محیط های آبی اضافه می شود. برنج های دریایی معمولاً دارای مقدار محدودی قلع هستند.

• آلومینیوم

آلومینیوم می تواند استحکام، سختی و مقاومت سطحی بعضی آلیاژهای مس و روی را افزایش دهد. این ترکیب ها در تجهیزات صنعتی و برخی مبدل های حرارتی استفاده می شوند.

• سیلیسیم

سیلیسیم می تواند خواص ریخته گری، استحکام و رفتار خوردگی بعضی گریدها را بهبود دهد. از این آلیاژها در تولید شیرها، اتصالات و قطعات صنعتی استفاده می شود.

• منگنز و آهن

این عناصر در بعضی ترکیب ها برای افزایش استحکام، سختی و مقاومت سایشی به کار می روند. آلیاژهای دارای منگنز یا آهن ممکن است در تولید بوش، محور، چرخ دنده و قطعات مکانیکی استفاده شوند.

خواص مکانیکی آلیاژ مس و روی

آلیاژ مس و روی به دلیل برخورداری از استحکام و سختی مناسب، در صنایعی که به دوام و پایداری قطعه نیاز دارند مورد استفاده قرار می گیرد. بااین حال، خواص مکانیکی تمام گریدهای برنج یکسان نیست.

میزان استحکام، سختی و ازدیاد طول به عوامل زیر وابسته است:

• درصد مس و روی
• عناصر افزودنی
• میزان کار سرد
• عملیات آنیل
• روش تولید
• شکل و ضخامت محصول
• وضعیت سختی یا تمپر

نورد یا کشش سرد معمولاً استحکام و سختی آلیاژ را افزایش می دهد، اما شکل پذیری آن را کاهش می دهد. عملیات آنیل نیز می تواند بخشی از انعطاف پذیری ازدست رفته را بازیابی کند.

به همین دلیل، برای انتخاب دقیق محصول باید خواص مکانیکی همان گرید و وضعیت تولید بررسی شود و نمی توان یک عدد ثابت را به تمام آلیاژهای مس و روی نسبت داد.

هدایت الکتریکی و حرارتی آلیاژ مس و روی

یکی از ویژگی های کاربردی آلیاژ مس و روی، قابلیت انتقال جریان الکتریکی و حرارت است. رسانایی برنج از مس خالص کمتر است؛ زیرا افزودن روی و دیگر عناصر آلیاژی، حرکت الکترون ها را محدود می کند.

با وجود این کاهش، تعادل میان رسانایی، استحکام، دوام و قابلیت شکل دهی باعث شده است این آلیاژ در تولید قطعات زیر کاربرد داشته باشد:

• ترمینال ها
• سوکت ها
• کانکتورها
• کنتاکت ها
• پایه های الکتریکی
• اجزای کلید و پریز

در کاربردهایی که بیشترین رسانایی الکتریکی اولویت اصلی است، مس خالص معمولاً انتخاب مناسب تری خواهد بود. برنج بیشتر در قطعاتی استفاده می شود که علاوه بر رسانایی، به استحکام و حفظ شکل نیز نیاز دارند.

مقاومت آلیاژ مس و روی در برابر خوردگی

مقاومت نسبی در برابر خوردگی یکی از ویژگی های مهم آلیاژ مس و روی است. این آلیاژ مانند فولاد کربنی زنگ آهن تشکیل نمی دهد و در بسیاری از محیط های معمولی، آب شیرین و رطوبت عملکرد مناسبی دارد.

بااین حال، برنج در برابر تمام محیط های خورنده مقاوم نیست و نوع گرید، درصد روی، دما، میزان تنش و ترکیب سیال می توانند رفتار خوردگی آن را تغییر دهند.

روی زدایی

روی زدایی یا دزینکیفیکیشن نوعی خوردگی انتخابی است که در آن روی از سطح یا ساختار آلیاژ خارج می شود و بافتی متخلخل و ضعیف تر باقی می ماند.

این پدیده ممکن است در برخی برنج های پرروی و در شرایطی مانند آب راکد، محیط های اسیدی، دمای بالا یا حضور یون های خورنده تشدید شود. در چنین کاربردهایی باید از گریدهای مقاوم به روی زدایی استفاده شود.

خوردگی تنشی

قرارگرفتن هم زمان آلیاژ تحت تنش کششی و تماس با بعضی ترکیبات شیمیایی، به ویژه محیط های حاوی آمونیاک، می تواند باعث ترک خوردگی خوردگی تنشی شود.

انجام عملیات تنش زدایی، کنترل فرایند شکل دهی و انتخاب گرید مناسب می تواند احتمال ایجاد این آسیب را کاهش دهد.

فرایند تولید و ترکیبات آلیاژ مس و روی

برای تولید آلیاژ مس و روی، ابتدا مواد اولیه بر اساس ترکیب شیمیایی موردنظر انتخاب می شوند. مس و روی در کوره و تحت شرایط کنترل شده ذوب و مخلوط می شوند.

کنترل دمای مذاب اهمیت زیادی دارد؛ زیرا روی نسبت به مس در دمای پایین تری تبخیر می شود و افزایش بیش از حد دما می تواند ترکیب نهایی آلیاژ را تغییر دهد.

پس از آماده شدن مذاب، آلیاژ به شکل شمش، بیلت یا تختال ریخته گری می شود و سپس بر اساس محصول نهایی تحت یک یا چند فرایند قرار می گیرد:

• نورد گرم یا سرد
• اکستروژن
• کشش
• فورج
• آنیل
• ماشین کاری
• پرداخت سطح

در تولید گریدهای ویژه، عناصر دیگری مانند سرب، قلع، آلومینیوم یا سیلیسیم نیز در مقدار کنترل شده به ترکیب اضافه می شوند.

کاربردهای صنعتی آلیاژ مس و روی

آلیاژ مس و روی به دلیل تنوع ترکیب و مشخصات، در صنایع مختلف به کار می رود.

صنایع ساختمانی و تأسیسات

مقاومت نسبی در برابر خوردگی، قابلیت ماشین کاری و استحکام مناسب باعث شده است این آلیاژ در تولید محصولات زیر استفاده شود:

• شیرآلات
• اتصالات رزوه ای
• مغزی و بوشن
• کوپلینگ
• دستگیره و قفل
• پیچ و مهره
• یراق آلات

در برخی سامانه های سرمایشی، گرمایشی و انتقال سیالات، اتصالات برنجی در کنار لوله مسی استفاده می شوند. انتخاب نوع اتصال به فشار، دما، نوع سیال و روش نصب بستگی دارد.

صنایع برق و الکترونیک

از آلیاژ مس و روی در ساخت پایانه ها، سوکت ها، کانکتورها و بعضی اتصالات الکتریکی استفاده می شود. گرید مناسب باید تعادل قابل قبولی میان هدایت، استحکام و قابلیت شکل دهی داشته باشد.

صنایع خودروسازی

این آلیاژ در ساخت بعضی اجزای رادیاتور، اتصالات سیستم سوخت رسانی، قطعات الکتریکی، بوش ها و تجهیزات انتقال سیال کاربرد دارد.

ماشین سازی

گریدهای دارای قابلیت ماشین کاری مناسب برای تولید پیچ، مهره، بوش، نازل، قطعات شیر و اجزای دقیق ماشین آلات استفاده می شوند.

صنایع دریایی

گریدهای حاوی قلع در تولید بعضی بست ها، پیچ ها، قطعات شیر و تجهیزات مبدل حرارتی کاربرد دارند. بااین حال، تمام انواع برنج برای تماس بلندمدت با آب شور مناسب نیستند.

محصولات تزئینی

رنگ زرد یا طلایی، قابلیت پولیش و امکان ایجاد سطح مات یا براق باعث شده است این آلیاژ در ساخت لوستر، دستگیره، تابلو، ساعت، زیورآلات و دکوراسیون داخلی استفاده شود.

مزایای اقتصادی آلیاژ مس و روی

آلیاژ مس و روی به دلیل دارا بودن خواصی مانند طول عمر بالا و مقاومت به خوردگی، از نظر اقتصادی گزینه ای مقرون به صرفه به شمار می رود. این آلیاژ به کاهش هزینه های نگهداری و تعویض قطعات کمک می کند، چرا که عمر طولانی دارد و نیازی به تعمیرات مکرر ندارد. به علاوه، هزینه تولید این آلیاژ نسبت به بسیاری از آلیاژهای دیگر پایین تر است و این امر به کاهش هزینه های تولید نیز منجر می شود.

تفاوت آلیاژ مس و روی با فلزات خالص

مس خالص معمولاً رسانایی بیشتری دارد، اما از بسیاری از گریدهای برنج نرم تر است. روی نیز علاوه بر آلیاژسازی، در پوشش دهی فولاد کاربرد گسترده ای دارد. ترکیب این دو فلز امکان تولید آلیاژهایی با خواص متنوع تر را فراهم می کند.

 انتخاب دقیق آلیاژ مس و روی

خواص آلیاژ مس و روی با تغییر درصد عناصر و نوع گرید تغییر می‌کند. به همین دلیل، انتخاب محصول باید بر اساس ترکیب شیمیایی، استاندارد و شرایط کاربرد انجام شود. برای انتخاب و خرید انواع فلزات غیرآهنی می‌توانید با کارشناسان فولاد حامیران تماس حاصل فرمایید.