برنزهای مخصوص

آلیاژهایی با حداقل 78% مس و عناصری از قبیل Si , Fe , Mn , Ni , Pb , Al  و Be ، که در آنها این عناصر آلیاژی به تنهایی با همراه با هم با قلع به کار برده می شود ، برنزهای مخصوص نامیده می شوند  آنها اغلب به نام عنصر اصلی آلیاژی هم نام برده می شوند ، مانند برنزهای آلومینیم ، برنزهای سرب و غیره . از ویژگیهای خاص برنزهای مخصوص به طور عمده مقاومت بالا در مقابل خوردگی ، رفتار لغزشی خوب ، هدایت الکتریکی بالا و همچنین تا حدودی خواص مکانیکی خوب است . آلیاژهای مس -  برلیم ( با حدود 6/0 تا Be 5/2 ) و گاهی همراه با مقدار کمی کبالت ( حدود 2/0 تا 5/2% ) قابلیت سخت شدن رسوبی ( پیر سختی ) را دارد . این آلیاژ در دمای حدود C 800 کاملاً تبدیل به محلول جامد a می شود . سپس با حفظ این فاز ( با سرد کردن سریع ) و پس از تغییر شکل سرد فرآیند سخت کردن ( پیر سختی مصنوعی ) در دمای حدود C 315 ( برای مدت زمان حدود سه ساعت ) انجام می گیرد و بدین ترتیب با ایجاد فاز دوم y₂ ( یعنی ترکیب بین فلزی CuBe)) به صورت کوهرنت می توان به استحکام بالایی دست یافت ، شکل ( 9-11). این آلیاژها به دلیل داشتن مقاومت عالی در مقابل خوردگی ، استحکام خوب در مقابل ضربه و ضریب هدایت حرارتی و الکتریکی بالا در ساخت انواع فنرهای مقاوم در مقابل سایش و خوردگی ، چرخ دنده ها ، دیافراگمها و شیرها به ویژه در صنایع شیمیایی که در مقابل جرقه زدن حساسیت خاصی وجود دارد ، به کار برده می شود . 

خواص مکانیکی

خواص مکانیکی آلیاژهای منتخب مس -  بریلیم در جدول 6-10 آمده است . عملیات حل سازی این آلیاژها معمولاً در C 800 انجام می شود ، و پس از آبدهی در آب ، رسوب سختی بین 250 تا C 350 انجام می شود . کار سرد را این طور توضیح می دهند که کارسرد غلظت عیوب را می دهد ، ( طبق شکل 6-41) . اثر کار سرد را این طور توضیح م یدهند که کار سرد غلظت عیوب را برای تشکیل مناطق GP افزایش می دهد ، و در نتیجه چگالی زیادی از مناطق GP تشکیل می شود ( مرجع 19 صفحه 415 ) . با ترکیب کارسرد و رسوب سختی ، استحکام کششی به بیش از ksi 200 می رسد .

6-10  آلیاژهای مس -  برلیم

آلیاژ های این دسته که عموماً قابلیت پذیرش عملیات حرارتی را دارند اغلب با افزایش عناصر دیگری مانند کبالت و نیکل در مورد ساخت قطعات مقاوم و مستحکم بکار می روند . دیاگرام تعادل این دو عنصر در شکل 9-10 نشان دهنده میزان حلالیت تا 1/2% در درجه حرارت C 864 و کمتر از یک درصد در درجه حرارت محیط می باشد . همچنین وجود تحول اوتکتوئیدی  که در آن a محلول جامد و y فاز میانی سخت بر اساس فرمول ترکیبی CuBe است مبنی بر پذیرش عملیات حرارتی این آلیاژها می باشند.

برلیم به صورت آمیژان بعد از ذوب مس به آلیاژ افزوده می گردد و به دلیل قیمت برلیم ترجیح داده می شود که اکسیژن زدایی با فسفر قبل از تلقیح برلیم انجام پذیرد .

آلیاژهای برلیم با وجود افزایش شدید قیمت نسبت به سایر برنزها ، به دلیل خواص مقاومتی بسیار مطلوب و همچنین قابلیت استفاده در قطعات ریختگی و نوردی و عملیات حرارتی در موارد خاص کاربردهای زیاد دارند .

در خاتمه این مبحث بایستی به آلیاژهای مس و نیکل که همراه سایر عناصر تحت عنوان نقره آلمانی ( ورشو ) بکار می رونند و همچنین آلیاژهای فسفر برنز و منگنز برنز اشاره کرد . 

ترکیب شیمیایی و کاربرد

آلیاژهای تجاری مس -  بریلیم دارای 6/0 تا Be 2% همراه با 2/0 تا Co 5/2 % کبالت می باشند . این آلیاژها قابلیت رسوب سختی دارند و می توانند تا استحکام ksi 212 عملیات گرمایی شوند ، که این بیشترین استحکام در آلیاژهای مس تجاری است . جدول 6-10 ترکیب شیمیایی ، خواص مکانیکی و کابردهای خاص آلیاژهای منتخب مس -  بریلیم را نشان می دهد .

آلیاژهای مس -  بریلیم برای ابزارهایی که نیاز به سختی زیاد و خواص غیر جرقه زنی دارند به کار می روند مانند صنایع شیمیایی . مقاومت به خوردگی و خستگی همچنین استحکام این آلیاژها موجب شده که آنها برای ساخت قطعاتی مثل فنر ، چرخ دنده ، دیافراگمها و سوپاپها مناسب باشند . همچنین در اتصالات برقی  نیز به عنوان قالب برای شکلدهی پلاستیکها به کار می روند . اگر چه این آلیاژها تنها مقدار کمی بریلیم دارند ولی نسبتاً گران اند و بنابراین زمانی به کار می روند که آلیاژ ارزانتر دیگری برای آن منظور وجود نداشته باشد .

ساختار

نموادر فازی سیستم Be – Cu . حداکثر حلالیت جامد بریلیم در مس 7/2% است ، که در دمای C 866 رخ می دهد ، طبق نمودار فازی Be – Cu در شکل آلیاژهای Be – Cu با حدود Be 2% ، قابلیت رسوب سختی دارند زیرا حلالیت از 7/2% در C 866 تا کمتر از5/0 در دمای اتاق سریعاً کم می شود و نیز رسوب نیمه پایدار همدوسی به هنگام پیری در دمای کم تشکیل می شود .

ترتیب رسوب گذاری و ریز ساختار .  ترتیب کلی رسوب گذاری در آلیاژ Be 2% -  Cu که با اشعه X و میکروسکوپ الکترونی مطالعه شده است ، بدین صورت می باشد :

مناطق GP در آلیاژ Be 2% -  Cu صفحات تک لایه ای می باشند که به طور همدوس در صفحات }100{ زمینه تشکیل می شوند . اندازة این مناطق بر حسب مدت و دمای پیر شدن تغییر می کند مناطق 10 تا A 30 قطر و 2 تا A 3 ضخامت پس از 100 ساعت پیر شدن در C 100 به دست آمده است ، و بعد از یک ساعت در C 198 ، تا قطر A 70 و ضخامت 1 تا 3

ساخت بریلیم

ساختمان بریلیم ( مانند منیزیم ، تیتانیوم وزیرکونیم ) ساختمان شبکه ای هگزاگونال دارد . و در درجه حرارت اتاق ، بریلیم بالغزش روی صفحه قاعده یا ( 0001 ) تغییر شکل پلاستیکی میدهد . در درجه حرارتهای بالا عمل لغزش ممکن است روی تعدادی از صفحات هرمی 1010 رخ دهد . دوقلوشدن مکانیکی روی صفحات 1012 ، رخ میدهد . سیستم تغییر فرم پلاستیکی بکار رفته به جهت تغییر بعد نسبی بستگی دارد . ازدیاد طول بسیار زیاد بریلیم تصفیه منطقه ای شده وقتی که تحت زاویه 45 نسبت به صفحه قاعده تحت تنش قرار میگیزدازدیاد طول بسیار زیادی ( 140 درصد ) ثبت شده است . با این وجود یک تنش کششی تحت زاویه 90 درجه نسبت به صفحه قاعده موجب شکست صفحه قاعده میشود . سه نمونه از مضرات بریلیم قیمت زیاد آن ، خطرات مسمومیت ناشی از استنشاق گرد و غبار بریلیم حاصل از تراشکاری ، و تمایل آن به شکنندگی در درجه حرارت اتاق است . بریلیم بسیار خالصی که از تصفیه منطقه ای با اشعه الکترونی بدست آمده بنحو قابل ملاحظه ای انعطاف

پذیرتر از بریلیم ذوب شده قوسی است . بریلیم کار شده ایزوتروپ است و ممکن است در یک جهت انعطاف عالی ولی در جهت دیگر رفتار شکنندگی از خود نشان دهد ، عملیات تراشکاری می توانند موجب دوقلو شدن سطحی و ترک خوردگی میکروسکوپی شوند . اچ کردن شیمیایی حدود 001/0 اینچ از یک سطح تراشکاری شده خراشهای اولیه و ترکهای ریز را برطرف می کند . 

بریلیم

بریلیم از آلومینیم سبکتر بوده و دارای چگالیkg.cm^-3  848/1 و مدول الاسیتیکی MN.m^{-3  4} 10* 29 است . آلیاژهای بریلیم استحکام حدود 200 تا (^-2 MN.m 350 و استحکام ویژة بالایی دارند و استحکام خود را در دماهای نسبتاً بالا تاحدودی حفظ خواهند کرد ، شکل ( 9-3) . آلیاژهای بریلیم عمدتاً در صنایع هوا -  فضا و راکتورهای هیته ای کاربرد دارد . متأسفانه بریلیم گران قیمت ، ترد ، واکنش پذیر و سمی است . بریلیم سریع با اکسیژن هوا به B_eO تبدیل می شود . بدین دلیل فرآیند تولید و عملیات شکل دهی آن ( ریخته گری ، فورجینگ و متالورژی پودر ) باید در محیط خلاء انجام گیرد . B_eO نیز ماده سرطان زا برای بعضی از افراد است ، به همین جهت باید دقت زیادی در مواقع کاربرد به عمل آید و تا حد امکان در فرآیند ها از تجهیزات اتوماتیکی و رباطها استفاده کرد .

خواص بریلیم

بریلیم فلزی است پر استقامت و سبک وزن که به عنوان مادة ساختمانی در وسایل نقلیة فضائی مصرف زیادی پیدا کرده است . جرم مخصوص آن فقط اینچ مکعب / پوند0660/0 است که به چگالی منیزیم بسیار نزدیک میباشد در شکل ( 16-12) جرم مخصوص بریلیم با سایر آلیاژهای فضائی مقایسه شده است . با روشهای پرسکاری گرم ، قطعاتی با حد اقل استقامت 70000 پوند بر اینچ مربع تولید میشوند در صورتیکه سیم بریلیمی مقاومت را تا بیش از 000/200 پوند بر اینچ مربع توسعه می دهد . مقاومت زیاد بریلیم همراه با سبکی وزن آن ، نسبتهای مقاومت به وزن برجسته ای را میدهد . شکل ( 17-12) نشان میدهد که یک آلیاژ بریلیم آهنگری شده مقاومتی برابر 128000 پوند بر اینچ مربع دارد که بر اساس وزنی معادل با 555000 پوند بر اینچ مربع در فولاد است . بریلیم تا درجه حرارتهای حدود 1100 درجة فارنهایت استحکام خود را حفظ میکند ، ضریب الاستیک زیاد بریلیم ( ⁶ 10*44) ، طرح قطعات سبک وزن ، اجزاء نازک با سفتی بالا را امکان پذیر میسازد . ستون بریلیمی در موارد استعمال کمانش خالص ظرفیت تحمل نیروی بیشتری خواهد داشت و سبک وزن تر از هر فلز دیگر با اندازه و طول مساوی خواهد بود . مدول الاستیک مواد فضائی معروف در شکل ( 18-12) نشان داد شده است . . بایستی توجه کرد که مدول الاستیک بریلیم ، تقریباً سه برابر تیتانیوم ،