آلیاژهای غیر آهنی،برنج،برنز،آلومینیوم،مونل،بابیت،جزوه غیر آهنی استاد صداقتی

آلیاژهای غیرآهنی
آلیاژ غیرآهنی آمیزه‏ای از دو یا چند فلز غیر از آهن است. نتیجه چنین آمیزه‏ای معمولاً مخلوطی مکانیکی است ولی ممکن است به روش شیمیایی آمیخته شده باشند. از نظر خواص مخلوط حاصل ممکن است فلزی جدید تلقی شود. تعداد آلیاژهای ممکن نامحدود است. در این جا بعضی از آلیاژهای مهم تر معرفی می‏شوند.

مس :
مس خالص از کانه‌هایش مثل گلانس Cu2s ، پریت‌های مس (CuFes2)، مالاشیت و آزوریت بدست می‌آید. از آن به طور گسترده برای ساخت رساناهای الکتریکی، میله‌های اتوبوس، رادیاتورهای اتومبیل، سقف سازی، مجاری تحت فشار، کتری‌ها و ظروف آشپزخانه به کار می‌رود. برخی از خواص آن عبارتند از :
• رنگ قهوه‌ای مایل به قرمز    
• غیر مغناطیس است  
• بسیار نرم و چکش خوار است   
• داشتن ضریب هدایت الکتریکی و گرمایی بالا   
• مقاوم به خوردگی است.
 عناصر آلیاژ ساز مس، روی (Zn)، آلومینیوم (Al)، قلع (Sn)، بریلیوم (Be)، فسفر (P)، نیکل (Ni)، منگنز(Mn)، منیزیم (Mg)، و سیلیسیم (Si) هستند بعضی از آلیاژهای مهم مس عبارتند از :
 
آلیاژ مس- روی :
این آلیاژ حالتی از برنج است. اگر درصد روی کمتر از 36 درصد باشد، نتیجه برنج بسیار داکتیل و شکل پذیر خواهد شد. بنابراین، در ابتدا برای عملکرد شکل دادن ورق به کار می‌رود. یک آلیاژ مس- روی با محتوای بالاتر از 36 درصد منجر به خصوصیتی از برنج می‌شود که ترد است و داکتیلیتی پایین دارد. خصوصیات متفاوت برنج می‌تواند بوسیله‌ی تغییر درصد روی در آلیاژ، رو به تکامل گذارده شود. جدول زیر ترکیبات متفاوت مس و روی را با کاربردهایش نشان می‌دهد.
انواع آلیاژهای روی، مس و کاربردهایشان
نام تجاری       درصد روی     کاربردها
برنج پایین          20      شکل دادن ورق، کار مربوط به فن معماری
برنج کارتریج      30      ابزار موسیقی، لوله سازی
برنج               35.3   اجزاء ماشین پیچشی
برنج                40      لوله‌های متراکم کننده

آلیاژ برنج در گونه‏های متنوع آلیاژ زردرنگی است که از آمیختن مس و روی در نسبت های مختلف تشکیل می‏شود. در بعضی از انواع برنج درصد کمی قلع، سرب و دیگر فلزات نیز موجود است. به‏طورکلی ساختار ترکیبی برنج با رنگ دلخواه آن تعیین می‏شود. درصد روی در انواع مختلف برنج به شرح زیر است:
قرمز                              5%
برنزی                          10%
پرتقالی روشن                 15%
زرد مایل به سبز             20%
زرد                             30%
سفید مایل به زرد            60%

برنج ممکن است به دو دسته پربرنج و کم‏برنج طبقه‏بندی شود؛ به این معنی که آلیاژ نوع اول دارای درصد زیاد و آلیاژ نوع دوم دارای درصد کمی مس است. برنج های نامبرده با 30 تا 40 درصد روی برای نوردکاری سرد و آلیاژهای کم‏برنج با 37 تا 45 درصد روی برای نوردکاری گرم مناسب هستند.
برنج های تجارتی با نوردکاری سرد به درجات مختلفی از سختی می‏رسند و در سه دسته ربع- سخت و تمام- سخت طبقه ‏بندی می ‏شوند. مقاومت کششی برنج براساس ساختار ترکیبی و چگونگی آب دادن آن متغیر است.
 
آلیاژ مس- قلع (Cu-Sn):
این آلیاژ به عنوان برنز قلع نیز منسوب است.
این آلیاژ به طور ایده‌آل حاوی کمتر از 12 درصد قلع است. افزودن قلع به آلیاژ استحکام آلیاژ را زیاد می‌کند. اما افزایش بیش از 20 درصد قلع موجب تردی آلیاژ می‌شود به علاوه ‌ی استحکام بالا، آلیاژهای مس- قلع حقرمه، مقاومت ساییدگی و مقاومت خوردگی دارند. در نتیجه‌ی این خواص این آلیاژ برای ساخت یاتاقانها، چرخدنده‌ها و اتصالاتی که باید توانایی تحمل بار فشاری بالایی داشته باشند به کار می‌رود.
 
آلیاژ مس- نیکل (Cu-Ni) ‌:
 وجود قلع در این آلیاژ هدایت گرمایی بالا، دما و مقاومت به خوردگی ایجاد می‌کند در نتیجه‌ی این خواص آلیاژهای مس، نیکل برای ساخت محصولاتی نظیر مبدل‌ها و سکه‌ها به کار می‌رود.
 
برنج:
برنج آلیاژی از مس و روی است. قابلیت انحلال تعادلی روی در مس حدود %38 است. و به شدت متأثر سرعت سرد کردن است. استحکام کششی برنج با افزایش مقدار روی افزایش می‌یابد. افزایش بیش از 30 درصد روی به برنج فاز   شکل می‌گیرد که استحکام کششی زیاد می‌شود ولی داکتیلیتی کاهش می‌یابد. برنج به دو نوع دسته بندی می‌شود : برنج  - برنج  ،   برنج   حاوی کمتر از 30 درصد، روی است. برنج   حاوی 30 درصد تا 44 درصد روی است. رنگ برنج به درصد روی موجود در آن بستگی دارد. برنج وقتی درصد روی کمتر از 20 درصد باشد قرمز به نظر می‌رسد. اما رنگ برنج اگر درصد روی در حدود 20 درصد باشد زرد خواهد بود. خواص برنج   عبارتند از :
نرم، داکتیل و چکش‌خوار است. مقاومت خوردگی در شرایط آنیل شده خوبی دارد.
برای نورد سرد، کشش سیم و پرس کردن مناسب است.
انواع مهم برنج‌های   عبارتند از: طلای بدلی (برنج طلایی) : درصد روی بین 5 تا 15 درصد است. برنج طلایی برای لوله‌های متراکم کننده‌ها ( کندانسور)، سکه‌ها و سوزن‌ها بکار می‌رود.
 
برنج فشنگ :
 مقدار روی در حدود 30 درصد است، بسیار داکتیل و چکش‌خوار است. برنج فشنگ بوسیله کشش عمیق، کشش، تیرکاری، شکل دادن چرخشی و بوسیله‌ی عملیات کارفشاری شکل داده می‌شود.

برنج دریایی :
 این برنج شبیه برنج فشنگ است. هر چند که 1 درصد قلع در آن وجود دارد که خواص مقاومت خوردگی برنج دریایی را بهبود می‌بخشد. این نوع برنج برای مبدل‌های حرارتی و لوله‌های متراکم کننده‌ها (کندانسورها) بکار می‌رود.

خواص برنج   عبارتند از :
مقدار روی بین 32 تا 40 درصد است، استحکام و سختی بالایی دارد، برای منظورهای ریخته‌گری مناسب است، مقاومت خوردگی کمتری در مقایسه با برنج   دارد.

انواع مهم برنج عبارتند از :

آلیاژ مونتز (برنج زرد) :
 محتوای روی در فلز مونتز در حدود 40 درصد است. که در محدوده‌ی دمایی بین 600 تا 800 درجه سانتی‌گراد کار    ، اکستروژن و نورد می‌شود.
به عنوان برنج 40-60 نیز شناخته می‌شود. استحکام بالای  40- 35 و سختی PN120- 100 دارد. برای ظروف آشپزخانه، کار گرم، پیچ و مهره‌ها، اجزاء پمپ‌ها و لوله‌های متراکم کننده‌ها استفاده می‌شود.

برنج کشتی :
 این نوع برنج بوسیله‌ی افزودن 1 درصد قلع به فلز مونتز شکل می‌گیرد. افزودن قلع مقاومت خوردگی برنج را افزایش می‌دهد. برنج کشتی حاوی 60 درصد مس، 39 درصد روی، و 1 درصد قلع است. برنج کشتی براس ساخت میل گاردان، و دسته پیستون و پیچ مهره‌ها بکار گرفته می‌شود. آن برنج کشتی، نام گرفته زیرا در ابتدا تنها برای کشتی جنگی بکار می‌رفته است.

برنج سرب دار :
 علاوه بر مس، روی برنج سربی حاوی 1 درصد سرب است. افزودن سرب خاصیت ماشین کاری برنج را افزایش می‌دهد. در هر دو حالت مایع و جامد نامحلول است. به علاوه، افزایش سرب داکتیلینی و استحکام ضربه را کاهش می‌دهد.
 
برنز :
برنز آلیاژی از مس و قلع است. اگر هر عنصر دیگری بجای قلع در مس وجود داشته باشد برنز آن عنصر نامیده می‌شود. اگر آلومینیوم به مس افزوده شود، برنز آلومینیوم نامیده می‌شود بعضی از انواع برنز عبارتند از :
برنز توپ (برنز قلع) : حاوی 20 درصد قلع، 2 درصد روی و 78 درصد مس است. حضور روی در آلیاژ توپ به عنوان اکسیژن زدا عمل می‌کند و خاصیت سیالیت فلز را نیز بهبود می‌بخشد. که آن بطور وسیع برای ساخت بدنه توپ ها استفاده می‌شود. برای ساخت چرخدنده‌ها، یاتاقانها و لوله‌ها نیز کاربرد دارد.

برنز فسفر :
 این برنز حاوی فسفر به عنوان مهمترین جزء آلیاژی آن است. فسفر یک اکسیژن زدای خوب است. به علاوه خواص مکانیکی برنز را بهبود می‌بخشد. برنز فسفر خاکستری بطور گسترده برای ساخت پل‌ها، درجه‌های سیمی و بُرس‌های سیمی به کار می‌رود برنز فسفردار ریخته گری شده برای ساخت چرخدنده‌ها، بوش‌ها و شیرهای کشویی به کار می‌رود.

برنز آلومینیوم :
 این آلیاژی از مس و آلومینیوم است. این نوع برنز محکم، داکتیل و چقرمه است. که تحمل و مقاومت به خودگی خوبی نشان می‌دهد. مقاومت خشکی بالایی دارد برنز با محتوای آلومینیوم کمتر بوسیله فرآیندهای کار سرد نظیر کشش، پرس و نورد ساخته می‌شود داکتیلیتی و چکش‌خواری خوبی دارد. استحکام کششی آن در حدود  35 است و سختی آن بین 80 تا 90 (VPN) است اینجا منظور از (VPN)‌ مقیاس تست سختی و یکرز است.
 
نیکل :
نیکل کاملاً داکتیل و چکش خوار است. سفید رنگ است، مقاوم به خوردگی و اکسیداسیون و هادی الکتریسیته خوبی است. آلیاژهای مهم نیکل عبارتند از :
آلیاژ هاست (هاستلوی) : حاوی 10 درصد سیلیس، 3 درصد مس و 87 درصد نیکل است. محکم، چقرمه و مقاوم به خوردگی است. هر چند که قابلیت ماشین‌کاری کمی دارد. برای سرد کن‌ها (یخچال‌ها)، لوله‌های رآکتورها، خط لوله‌ها و اتصالات در صنایع شیمیایی کاربرد دارد.

انوار:
 آلیاژ آهن- نیکل با 36 درصد نیکل است. برای طول‌های استاندارد، انواع اندازه‌گیری‌ کننده‌ها، بخش‌های سنجه ها، متراکم کننده‌های متغیر و پل‌های مخصوص به کار گرفته می‌شود.

اینکونل:
 آلیاژی با قابلیت رسوب سختی است. بوسیله‌ی افزودن 2.025 تا 2.75 درصد تیتانیوم و 0.4 تا 1 درصد آلومینیوم ساخته می‌شود. در دمای حدود 800 درجه مستحکم‌تر می‌شود. به طور خیلی زیاد برای ساخت پل‌ها و توربین‌های گازی استفاده می‌شود.

پرم الوی:
 آلیاژ آهن- نیکل است. نفوذپذیری مغناطیسی بالایی دارد. حلقه‌ی هیسترزیس کم و مقاومت ویژه‌ی پایینی دارد. برای بارگذاری کویل‌ها و در مدارهای ارتباط الکتریکی بکار می‌رود.

آلومینیوم:
گرچه هیچ محدودیتی برای تعداد آلیاژهای آلومینیومی قابل تولید وجود ندارد ولی ملاحظات تولید تجارتی ایجاب می‏کند که تعداد آلیاژها حتی‏الامکان کم باشد تا ترکیبات ضروری خاصیتها براساس نیاز صنعت تأمین شود.

عناصری که معمولاً در تولید آلیاژهای ریختگی آلومینیوم به کار می‏روند عبارتند از: مس، سیلیسیم، منیزیم، نیکل، آهن، روی و منگنز.
استحکام آلومینیوم با اضافه کردن مقدار مناسبی از این عناصر افزایش می‏یابد. برای مثال آلیاژهایی که حاوی نسبت مناسبی از منیزیم، به‏عنوان سخت‏کننده، باشند نسبت به آلیاژهای آلومینیوم- سیلیسیم از مقاومت بیشتری در برابر خوردگی برخوردارند.
قطعات ریختگی آلیاژ آلومینیوم در قالب های ماسه‏ای و نیز در قالب های همیشگی فلزی ریخته می‏شوند. به‏علاوه، بعضی از آلیاژها در ماشین های قالبریزی تحت فشار هم که در آن ها نیز از قالب های فلزی استفاده می‏شود ریخته‏گری می‏شوند.
در جاهایی که تعداد زیادی قطعات ریختگی مشابه مورد نیاز باشد قالب های دائمی یا ماتریس ها کاربرد بیشتری دارند. کمترین تعدادی که تولید قالب فلزی یا ماتریس را توجیه می‏کند سخت به طبیعت ریخته‏گری بستگی دارد.

برخی آلیاژهای مهم آلومینیوم عبارتند از :
آلیاژ (Al-Si)‌: وجود سیلسیم سیالیت و مشخصه‌های ریخته گری آلومینیوم را افزایش می‌دهد، افزایش محتوای سلیسیم، خواص مقاومت خوردگی و اکسیداسیون آن را بهبود می‌بخشد. در عین حال افزایش سلیسیم ضریب انبساط گرمایی را کاهش می‌دهد. این آلیاژ به خاطر مشخصه تحمل بالایش برای ساخت پیستون به کار می‌رود.
آلیاژ (Al- Cu)‌: وجود مس سختی و استحکام آلومینیوم را افزایش می‌دهد. به علاوه، افزایش آن مقاومت خوردگی را نیز افزایش می‌دهد. در نتیجه‌ی استحکام بالا و مقاومت شوک بالا، این آلیاژ برای ساخت اجزاء ریخته گری هواپیما استفاده می‌شود.
آلیاژ Y: این آلیاژ شامل 4 درصد مس، 2 درصد نیکل، 2.5 درصد منیزیم و 91.5 درصد آلومینیوم است. این ترکیب مواد آلومینیوم را برای داشتن استحکام بالا و مقاومت خوردگی در دمای بالا قادر می‌سازد. این آلیاژ برای ساخت پیستون‌ها و سرسیلندرها که در معرض دمای بالا قرار دارند به کار می‌رود.

فلز بابیت:
 بابیت آلیاژی است از قلع، آنتیموان و مس که در سال 1839 طلاسازی از بوستون به نام ایزاک بابیت آن را کشف کرد. دولت ایالات متحده آمریکا مبلغ 20000 دلار برای امتیاز حق استفاده از فرمول بابیت در کارهای دولتی و نیز انجمن خیریه مهندسان مکانیک ماساچوست در سال 1841 مدال طلایی به او اعطاء کردند.
فرمول بابیت بسیار خوب است ولی متأسفانه مسأله رقابت و گران بودن مواد، تولید تقلبی این فلز را رواج داده است و فرمول اصلی آن همیشه دنبال نمی‏شود مگراینکه قرار باشد آلیاژ در معرض آزمون و تجزیه شیمیایی قرار بگیرد.
 
دیگر آلیاژهای غیرآهنی، بعضی از این آلیاژها کاربردهای ویژه‏ای در صنعت دارند.
فلز مونل:
 آلیاژی است از مس و نیکل و درصد کمی آهن. نقطه ذوب آن 1360 درجه سانتی گراد است و در دماهای میان 74 تا 593 درجه سانتیگراد چکش کاری می‏شود. یکی از کاربردهای مهم فلز مونل در ساخت پروانه کشتی ‏هاست.
فلز مونتز:
 آلیاژی است دارای 60 درصد مس و 40 درصد قلع و در مواردی که ورق سخت برنجی مورد نیاز باشد از این فلز استفاده می‏شود.
برنز دریایی:
 آلیاژی است دارای 58 تا 60 درصد مس، در حدود 40 درصد روی و درصد کمی آهن، قلع و سرب. مقاومت کششی آن در حدود 42 کیلوگرم بر میلیمترمربع (60000 پوند بر اینچ‏مربع) است.
فلز دلتا:
 از نظر خواص و ساختار ترکیبی مانند برنز دریایی است.
فلز سفید:
 تعبیری است که به آلیاژهایی مختلفی که عمدتاً شامل روی و قلع یا روی، قلع و سرب باشند اطلاق می‏شود. از این فلز در ساخت یاتاقان ها استفاده می‏شود.
تانتانگ:
 نام تجارتی مجموعه آلیاژهایی است که از سختی، مقاومت و استحکام بالایی برخوردار و در برابر سایش، حرارت، ضربه، خوردگی حتی در دماهای بسیار بالا مقاوم هستند. این آلیاژها به‏طور عمده ترکیبی از کبالت، کرومیوم و تنگستن همراه با تانتالوم یا کُلُمبیوم کارباید و دیگرترکیبات اضافی هستند. تانتالوم کارباید یا کُلُمبیوم کارباید، آلیاژ را از ضریب اصطکاک پایین و از عمل روغن کاری خودکار که سایش را به حداقل می‏رساند، بهره‏مند می ‏سازد.
یکی از این آلیاژها تانتانگ G است که به‏طور گسترده در ساخت رنده‏های نوک تیز ماشین‏تراش و تیغه ‏فرزها و تیغچه‏های صلب به کار می‏رود. این آلیاژ به‏صورت میله و شمش موجود است که می‏توان از آن ها در ساخت تیغه‏های ابزار استفاده کرد یا آن ها را تبدیل به ابزار دستگاه های منگنه (سوراخ‏کن)، غلتک ها، مته‏ ها و دیگر ابزار مخصوص یا قطعات ضدسایش کرد.