طبقه بندی آلیاژهای مس و نقش عناصر آلیاژی

طبقه بندی آلیاژهای مس و نقش عناصر آلیاژی

آلیاژ مس به آلیاژی اطلاق می شود که با افزودن یک یا چند عنصر دیگر به مس خالص ایجاد می شود. طبقه بندی آلیاژهای مس کاملاً آسان است. آلیاژهای مس رنگ های زیادی دارند. انواع غیر مسی آلیاژهای مس رنگهای متفاوتی دارند. آلیاژهای مس عمدتاً دارای رنگ های بنفش، زرد، فیروزه ای و سایر رنگ ها هستند.

1. طبقه بندی

طبقه بندی آلیاژ مس: بر اساس رنگ

1. برنج: به آلیاژی بر پایه مس و روی اطلاق می شود که می توان آن را به برنج ساده و برنج پیچیده تقسیم کرد. سومین جزء برنج پیچیده به نام برنج نیکل، برنج سیلیکون و غیره است.

2. برنز: به آلیاژهای مس-به غیر از مس-نیکل و مس{3}}آلیاژهای روی اشاره دارد. انواع اصلی عبارتند از: برنز قلع، برنز آلومینیوم، و برنز خاص (همچنین به عنوان آلیاژ مس بالا شناخته می شود).

3. مس سفید: به آلیاژ مس-نیکل اشاره دارد.

4. مس سرخ: اشاره به مس خالص است. انواع اصلی شامل مس بدون اکسیژن، مس قرمز، مس بدون اکسید فسفر و مس نقره است.

طبقه بندی آلیاژ مس: تقسیم بر عملکرد

1. آلیاژهای مس برای هدایت الکتریکی و حرارتی: عمدتاً مس غیر آلیاژی-و مس آلیاژی میکرو{2}}.

2. آلیاژهای مس ساختاری: تقریباً همه آلیاژهای مس را شامل می شود.

3. آلیاژهای مس مقاوم در برابر خوردگی{1}: عمدتاً شامل برنج قلع، برنج آلومینیوم، مس غیر{2}}سفید، آلومینیوم برنز، آبی تیتانیوم و غیره است.

4. آلیاژهای مس مقاوم در برابر سایش: عمدتاً شامل برنج پیچیده، آلومینیوم برنز و غیره که حاوی سرب، قلع، آلومینیوم، منگنز و سایر عناصر هستند.

5. آلیاژهای مس{1}}برش آسان: مس-سرب، مس-تلوریم، مس{4}}آنتیموان و سایر آلیاژها.

6. آلیاژ مس الاستیک: عمدتا برنز آنتیموان، برنز آلومینیوم، برنز بریلیم، برنز تیتانیوم و غیره.

7. آلیاژ مس میرایی: آلیاژ مس با منگنز بالا و غیره.

8. آلیاژ مس هنری: مس خالص، برنج، برنز قلع، برنز آلومینیوم، مس سفید و غیره.

طبقه بندی آلیاژ مس: تقسیم بر روش تشکیل مواد

1. آلیاژ مس ریخته گری: ریخته گری همچنین می تواند برای پردازش تغییر شکل استفاده شود.

2. آلیاژ مس تغییر شکل یافته: آلیاژ مس تغییر شکل یافته را می توان برای ریخته گری استفاده کرد.

3. آلیاژهای مس ریخته گری و آلیاژهای مس تغییر شکل یافته را می توان به مس ریخته گری، برنج، برنز و مس سفید تقسیم کرد.

2. نقش عناصر آلیاژی

ورود عناصر کمیاب به مس اجتناب ناپذیر است. به دلیل ویژگی های متفاوت عناصر، ممکن است در مس حل نشوند، مقدار کمی محلول جامد، مقدار زیادی محلول جامد یا حلالیت متقابل نامحدودی داشته باشند. حلالیت جامد با کاهش دما به شدت کاهش می یابد و تغییرات فاز پیچیده در فاز جامد وجود دارد. و غیره، بنابراین تأثیر بر خواص مس بسیار متفاوت است.

3. عناصر آلیاژی

تاثیر بر رسانایی آلیاژهای مس

1. هیدروژن

هیدروژن و مس هیدرید تشکیل نمی دهند. حلالیت هیدروژن در مس مایع و جامد با افزایش دما افزایش می یابد، به ویژه در مس مایع که حلالیت زیادی دارد. هنگامی که مس جامد می شود، هیدروژن منافذی را در مس ایجاد می کند که باعث می شود محصولات مسی شکننده شوند. در مس جامد، هیدروژن در حالت پروتون وجود دارد و الکترون‌های هیدروژن اوربیتال‌های لایه S اتم‌های مس را پر می‌کنند تا محلول جامد پروتون را تشکیل دهند. اگرچه هیدروژن خالص تأثیر کمی بر عملکرد مس دارد، هیدروژن برای مس و آلیاژهای مس مضر است. اکسیژن حاوی مس در هنگام بازپخت شدن در هیدروژن باعث ایجاد ترک می شود. عناصر مختلف اثرات متفاوتی بر حلالیت هیدروژن در مس دارند. در این میان عناصری مانند Ni و منگنز حلالیت را افزایش می دهند در حالی که عناصری مانند P و Si حلالیت را کاهش می دهند. محتوای هیدروژن در شارژ را می توان با کاهش زمان ذوب، تنظیم ترکیب، و استفاده از پوشش زغال چوب سطح مذاب و سایر روش ها برای کاهش محتوای هیدروژن در مس کنترل کرد.

2. اکسیژن

اکسیژن در فرآیند تولید مس اجتناب ناپذیر است و تاثیر آن نیز بسیار مهم است. به جز مقدار بسیار کمی محلول جامد در مس، به شکل Cu2O وجود دارد. اکسید مس جامد-محلول در مس نیست و ساختار یوتکتیک Cu+Cu2O را تشکیل می‌دهد که در مرز دانه‌ها توزیع می‌شود. واکنش یوتکتیک عبارت است از: L حاوی اکسیژن 0.39٪ ---- حاوی اکسیژن 0.01٪ + Cu2O، در مس هیپوئوتکتیک محتوای اکسیژن مس با مقدار یوتکتیک نسبت مستقیم دارد و میزان اکسیژن در مس را می توان با مقایسه آن با تصاویر استاندارد زیر میکروسکوپ به دقت اندازه گیری کرد.

تأثیر اکسیژن بر خواص مس و آلیاژها پیچیده است. مقادیر کمی از اکسیژن تأثیر کمی بر هدایت الکتریکی و خواص مکانیکی مس دارد. مس صنعتی رسانایی الکتریکی بالایی دارد. دلیل آن این است که اکسیژن به عنوان یک ماده شوینده می تواند بسیاری از عناصر را از مس پاک کند. ناخالصی های مضر به صورت اکسید وارد سرباره می شود، به ویژه عناصری مانند آرسنیک، آنتیموان و بیسموت. رسانایی الکتریکی مس حاوی مقدار کمی اکسیژن می تواند به 100٪ تا 103٪ IACS برسد. مس با خلوص بالا مانند مس 6N می تواند در شرایط برودتی زنده بماند. مقدار مقاومت بسیار پایین است.

محتوای اکسیژن مس مورد استفاده در اجزای خلاء الکتریکی باید به شدت کنترل شود. دلیل آن این است که دستگاه های خلاء الکتریکی باید در هیدروژن کپسوله شوند. وجود هیدروژن در مس باعث بیماری هیدروژنی می شود و در محیط خلاء زیاد دستگاه آسیب می بیند.

هنگامی که مس و آلیاژهای مس ذوب می شوند، به طور کلی باید اکسید زدایی انجام شود. اکسید زداها شامل فسفر، بور، منیزیم و غیره است که به صورت آلیاژهای میانی اضافه می شوند. فسفر موثرترین اکسید زدا است، اما مقدار باقیمانده فسفر باید به شدت کنترل شود زیرا می تواند هدایت الکتریکی مس و آلیاژها را به شدت کاهش دهد.

3. آنتیموان، بیسموت، گوگرد، تلوریم، سلنیوم

حلالیت جامد این عناصر در مس بسیار کم است و اساساً در دمای اتاق در مس نامحلول هستند. آنها به شکل ترکیبات فلزی وجود دارند و در مرزهای دانه توزیع می شوند. آنها تأثیر کمی بر هدایت الکتریکی و حرارتی مس دارند، اما به طور جدی خاصیت شکل پذیری مس و آلیاژها را خراب می کنند. عملکرد پردازش، محتوای آن باید به شدت کنترل شود، و استانداردهای ملی تصریح می کنند که نباید از 0.005٪ تجاوز کند. از آنجایی که مس حاوی این عناصر دارای خواص برش خوبی است، در محافل مهندسی و فنی نیز استفاده می شود، مانند مس کروم که می تواند به عنوان کلید خلاء و قطع کننده مدار استفاده شود. کنتاکت های کلید از چسبیدن کنتاکت های سوئیچ در هنگام قطع شدن مدار جلوگیری می کند. محتوای بیسموت در مس بیسموت می تواند 0.5٪ تا 1.0٪ باشد. تلوریم{8}}آلیاژ مس حاوی 0.15٪ تا 0.5٪ تلوریم را می توان به عنوان یک فولاد ضد زنگ بسیار رسانا و آسان برای برش استفاده کرد. مس اکسیژن را می توان به اجزای الکترونیکی دقیق تبدیل کرد. به‌عنوان یک آلیاژ مس{14}منظور خاص، می‌توان این عناصر را اضافه کرد، اما فناوری پردازش آن خاص است و می‌توان از روش‌هایی مانند اکستروژن ژاکت، اکستروژن سرد، ریخته‌گری و متالورژی پودر استفاده کرد.

4. آرسنیک، بور

آرسنیک حلالیت جامد زیادی در مس دارد و محتوای محلول جامد می تواند به 6.8٪ تا 7.0٪ برسد. وجود آرسنیک در مس رسانایی الکتریکی و هدایت حرارتی آن را به شدت کاهش می دهد. به طور کلی به عنوان یک اصلاح کننده اضافه می شود، به خصوص برای برنج. آلیاژهای کندانسور ارزش بیشتری دارند. استفاده از لوله های کندانسور در نیروگاه های حرارتی و کشتی ها در 100 سال گذشته نشان داده است که برنج حاوی 0.1٪ تا 0.15٪ آرسنیک می تواند از خوردگی برنجی برنجی جلوگیری کند و مشکل لوله های کندانسور برنجی را حل کند. نشت اولیه یک مشکل کشنده است، بنابراین استانداردهای مواد مختلف تصریح می کند که آرسنیک باید اضافه شود. تجربه نشان می‌دهد که لوله‌های کندانسور بدون آرسنیک-HSn70-1 اغلب در 2 تا 3 سال اول استفاده نشت می‌کنند. پس از افزودن آرسنیک، عمر مفید آن را می توان به 15 تا 20 سال افزایش داد که به آن پیشرفت تکنولوژیکی بزرگ در تحقیقات آلیاژ مس می گویند. دلیل اینکه آرسنیک می تواند از خوردگی زینک زدایی برنج جلوگیری کند این است که بسیاری از مطالعات نشان داده اند که آرسنیک می تواند پتانسیل الکترود مس را کاهش دهد و در نتیجه تمایل به خوردگی الکتروشیمیایی را کاهش دهد. از آنجایی که اکسیدهای آرسنیک محیط را آلوده می کند و برای بدن انسان مضر است، کارخانه هایی که آلیاژها را ذوب می کنند باید اقدامات حفاظتی و حفاظتی ویژه ای از محیط زیست داشته باشند. آرسنیک باید به شکل آلیاژهای اصلی اضافه شود و میزان آرسنیک در آلیاژهای اصلی آرسنیک مس می تواند به 15٪ تا 30٪ برسد.

بور حلالیت جامد کمی در مس دارد و به طور کلی به عنوان یک اکسید کننده استفاده می شود. بور باقی مانده می تواند دانه ها را تصفیه کند. مردم دریافته اند که اثر زوال بسیار مهم است. افزودن 0.01٪ تا 0.04٪ بور به آلیاژهای آرسنیک{5}}افزوده شده برنج تأثیر محافظت بهتری در برابر زینک زدایی و خوردگی برنج دارد. اکسید بور یک عامل پوشش عالی در ذوب آلیاژ مس است و به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. بور همچنین معمولاً به مواد جوشکاری مس اضافه می شود تا از اکسید شدن فلز جوش جلوگیری شود.

5. فسفر

با کاهش دما، مقدار محلول جامد فسفر در مس به سرعت کاهش می یابد و در دمای 300 درجه به 0.6 درصد و در 200 درجه به 0.4 درصد می رسد. فسفر حل شده در مس رسانایی الکتریکی آن را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. رسانایی نوار نرم حاوی P0.014٪ 94٪ IACS است. رسانایی P0.14٪ تنها 45.2٪ است. فسفر مؤثرترین و کم‌هزینه‌ترین-اکسیدزدای است. وجود مقادیر کم می تواند سیالیت مذاب را بهبود بخشد، جوش پذیری و مقاومت در برابر خوردگی مس و آلیاژها را بهبود بخشد، و دمای ضد نرم شدن را افزایش دهد. بنابراین، فسفر نیز جزء اصلی مس است. و عناصر افزودنی ارزشمند در آلیاژها، آلیاژهای مس فسفر حاوی P0.015٪ تا 0.04٪ به طور گسترده در تولید لوله های آب ساختمان، لوله های حرارتی خنک کننده و تهویه مطبوع و لوله های آب دریا کشتی استفاده می شود. صفحات و نوارهای آلیاژ مس کم{19}}فسفر کم در استفاده می‌شود که به طور گسترده در صنایع الکترونیک و شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرد، نوارهای مسی با قاب مدار مجتمع سرب همچنین از تعداد زیادی آلیاژ مسی با کیفیت پایین-استفاده می‌کنند. آلیاژهای مس فسفر با ترکیب یوتکتیک مواد جوشکاری عالی هستند. آلیاژهای مس بالا در دمای 580 تا 620 درجه فوق‌العاده‌پذیری دارند و می‌توان آنها را گرم کرد.

6. سرب

سرب جامد نیست-محلول در مس، و حلالیت جامد آن در آلیاژهای مس نیز بسیار کم است. با مس یک ساختار یوتکتیک ذوبی را تشکیل می دهد. برای مس حاوی 0 تا 38 درصد سرب، سرب مایع با مس مایع اختلاط ناپذیر است و جامد می شود. یک ساختار تک کریستالی تشکیل می شود. در حالت جامد، سرب به صورت ساده در مس توزیع می شود و می تواند در داخل دانه و در مرز دانه توزیع شود. هنگامی که یک آلیاژ مس حاوی سرب دچار تغییر فاز یا تبلور مجدد می شود، سرب در مرز دانه می تواند به مرز دانه منتقل شود. داخل. سرب تأثیر قابل توجهی بر هدایت الکتریکی و حرارتی مس و آلیاژها ندارد، اما می تواند ماشین کاری را بهبود بخشد. ذرات سرب یک فاز جامد هستند که فاز نرم مورد نظر برای مواد یاتاقان است. بنابراین،{11}}حاوی مس و آلیاژهای سرب، مواد ارزشمندی هستند و برش{12}}{13}} آسان است. مواد بلبرینگ به دلیل قیمت پایین آنها در بازار محبوبیت بیشتری دارند. برنج حاوی سرب-به طور گسترده استفاده می شود. هرچه ذرات سرب کوچکتر باشد، توزیع یکنواخت تر و عملکرد بهتری دارد. مس و آلیاژهای سرب دار را می توان به عنوان ریخته گری یا فرآوری پرس استفاده کرد. برنج سرب یک فاز{20}در دماهای بالا (بالاتر از 500 درجه) است، کارایی گرم بسیار خوبی دارد و می‌تواند در برابر تغییر شکل حرارتی زیاد مقاومت کند. با این حال، این یک فاز و یک فاز + در دمای اتاق است. مقاومت در برابر تغییر شکل بالا و انعطاف پذیری ضعیف در هنگام تغییر شکل سرد دارد. ، سرعت پردازش بیش از حد باعث ایجاد ترک در مواد آلیاژی می شود.

با پیشرفت علم و فناوری، محتوای سرب برنج سرب معمولی از 0.8٪ به 2.5٪ به بیش از 5٪ افزایش یافته است و سرب جدید{3}} حاوی مس قرمز، برنج، برنز و مس سفید به طور مداوم در حال توسعه است. به طور خاص، باید اشاره کرد که آلیاژهای مس حاوی سرب بسیار سازگار با مواد خام هستند و می‌توانند مستقیماً با استفاده از مس بازیافتی تولید شوند، که برای شرکت‌های فرآوری مس بسیار مهم است.

7. آهن، زیرکونیوم، کروم، سیلیکون، نقره، بریلیم، کادمیوم

ویژگی مشترک این هفت عنصر فلزی این است که حلالیت جامد محدود در مس دارند و حلالیت جامد آنها با تغییرات دما به شدت تغییر می کند. هنگامی که پس از اتمام کریستالیزاسیون آلیاژ، دما شروع به کاهش می کند، حلالیت جامد آنها در مس نیز آغاز می شود. کاهش و رسوب از فاز جامد به شکل ترکیبات فلزی یا عناصر عنصری. هنگامی که این عناصر به صورت جامد در مس حل می شوند، می توانند به طور قابل توجهی استحکام آن را بهبود بخشند و اثر تقویت کننده محلول جامد داشته باشند. هنگامی که آنها از فاز جامد رسوب می کنند، تقویت پراکندگی رخ می دهد. در نتیجه، خواص هدایت الکتریکی و حرارتی بازسازی شده است. آنها آلیاژهای مسی معمولی هستند که{6}}عملیات حرارتی می‌شوند. از طریق کوئنچ (950 ~ 980 درجه، کوئنچ آب) و پیری (450 ~ 550 درجه، 2{15}} 4 ساعت)، استحکام بالا و خاصیت هدایت الکتریکی بالا را می توان به دست آورد. مقادیر کمی از نقره به طور قابل توجهی هدایت الکتریکی و هدایت حرارتی مس را کاهش نمی دهد، اما می تواند به طور قابل توجهی دمای تبلور مجدد، مقاومت در برابر تغییر شکل و مقاومت در برابر سایش را افزایش دهد. این به طور گسترده در کموتاتورهای موتور و اخیراً در ساخت سیم‌های تماسی برای قطارهای پرسرعت استفاده می‌شود. . مس دارای خاصیت عدم ایجاد جرقه در اثر ضربه است و یک ماده ابزار مهم هوانوردی است. از آنجا که کادمیوم سمی است و محیط زیست را آلوده می کند، استفاده از آن در حال کاهش است. مس بریلیم الاستیک ترین ماده است. بریلیم به طور قابل توجهی مس را تقویت می کند. استحکام مس بریلیوم پس از عملیات حرارتی می تواند به 4 تا 5 برابر مس خالص برسد.

آهن می تواند غلات را تصفیه کند و خواص مس و آلیاژها را بهبود بخشد. در محیط هایی که به خواص ضد مغناطیسی نیاز دارند، میزان آهن باید به شدت کنترل شود، معمولاً زیر 0.003٪.

آلیاژهای زیرکونیوم و کروم{0}}مس دارای رسانایی الکتریکی بالا، استحکام و مقاومت نرم شدن خوبی هستند. آنها بهترین آلیاژهای الکترود هستند و کاربردهای مهمی در موتورهای هوافضا دارند.

برنز سیلیکونی استحکام و مقاومت بالایی در برابر سایش دارد. آهن، زیرکونیوم و کروم برنز جدیدترین آلیاژهای مس با استحکام و رسانایی بالا هستند و کاربردهای مهمی در ساخت الکترود دارند.

آلیاژهای مس آهن، سیلیکون، زیرکونیوم و کروم{0}} اساس آلیاژهای مس برای قاب‌های سربی مدار مجتمع شده‌اند و تحقیقات در مورد ترکیب و خواص آلیاژ آنها بسیار فعال است.

8. روی، قلع، آلومینیوم، نیکل

ویژگی مشترک این چهار عنصر حلالیت جامد زیاد در مس است که به ترتیب 9/39، 8/15 و 4/9 درصد است. نیکل بی نهایت در یکدیگر حل می شوند. آنها یک محلول جامد پیوسته را با مس تشکیل می دهند و دارای یک ناحیه تک فاز وسیع- هستند. آنها می توانند به طور قابل توجهی خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی مس را بهبود بخشند، اما همچنین هدایت الکتریکی و حرارتی مس را کاهش می دهند. در مقایسه با سایر مواد فلزی، هنوز هم مواد رسانای الکتریکی و حرارتی عالی هستند. آنها آلیاژهای ارزشمندی را با مس تشکیل می دهند که می توانند به آلیاژهای برنج، برنز و مس سفید تقسیم شوند و اساس یک سیستم آلیاژی عظیم را تشکیل می دهند. این آلیاژها دارای خواص جامع عالی هستند. به عنوان مثال، برنج دارای استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر خوردگی، هدایت حرارتی بالا و هزینه کم است. برنز دارای استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش و مقاومت در برابر خوردگی است. مس سفید مقاومت بسیار خوبی در برابر کیفیت آب خشن و خوردگی آب دریا دارد. همه این مزایا مزیت های دیگری هستند. مواد فلزی قابل تعویض نیستند.

9. عناصر کمیاب خاکی

عناصر خاکی کمیاب به طور کلی تقریباً در مس نامحلول هستند، اما مقدار کمی از فلزات خاکی کمیاب، چه به تنهایی یا به صورت مخلوط اضافه شوند، برای خواص مکانیکی مس مفید هستند و تأثیر کمی بر هدایت الکتریکی مس دارند. این نوع عنصر می تواند ترکیباتی با نقطه ذوب بالا با ناخالصی هایی مانند سرب و بیسموت در مس ایجاد کند. ذرات کروی کوچک به طور مساوی در دانه ها توزیع می شوند و دانه ها را تصفیه می کنند و انعطاف پذیری{4}در دمای بالا فولاد را بهبود می بخشند. افزودن 0.008٪ خاک کمیاب مخلوط به مس می تواند به طور قابل توجهی خواص فرآیندی مس را بهبود بخشد. با اضافه کردن کمتر از 0.1٪ Y، خواص مکانیکی و خواص فرآیندی مس بهبود می یابد. خواص مکانیکی آلیاژهای مس حاوی 0.01٪ تا 0.15٪ La عملکرد، هدایت الکتریکی و دمای مقاومت نرم شدن آن بهتر از آلیاژ Cu-0.15Ag است و در صنعت استفاده شده است.

10. فلزات نسوز و سایر فلزات

عناصری مانند تنگستن، مولیبدن، نیوبیم، اورانیوم و پلوتونیوم تقریباً به طور جامد در مس محلول نیستند، در حالی که تیتانیوم، زیرکونیوم، کروم، کبالت و سایر عناصر به مقدار کم در مس به طور جامد محلول هستند، اما همه آنها دانه‌های مس را به درجات مختلف تصفیه می‌کنند و دمای آن را افزایش می‌دهند. ، خنثی کردن اثرات مضر برخی از ناخالصی های قابل ذوب، که برای بهبود انعطاف پذیری{1}در دمای بالا مفید است.

آلیاژهای مس حاوی مقادیر کمی زیرکونیوم (Cl5000، C15100، C18100)، کبالت (C17110، C17500) و کروم (C18400، C18200، C18500) در صنعت استفاده شده و به مواد الکتریکی خوبی تبدیل شده‌اند.