تاريخچه صنعت  مس :

اينكه مس نخستين بار در كجا توليد شده است ، هنوز مشخص نيست . روميهاي قديم معتقد بودند كه مس از Cyprus ، كه نام مس نيز از همين نام مشتق شده ، بدست آمده است . بسياري از انسانهاي اوليه از مس استفاده ميكردند . كلدانيها ، حتي 4500 سال قبل از ميلاد مسيح نيز با هنر مس كاري آشنائي داشتند . مصريها ، مس معدنهاي Cyprous را استخراج ميكردند و مصرف مس از مصر به اروپا گسترش پيدا كرد . در امريكا ، مس بوسيله ، مردمان اتازوني سابق ( پيش از كريستف كلمب ) و بوسيله هنديها خيلي پيش از ورود اروپائيها مصرف ميشد . مس طبيعي روي قشر زمين به آساني پيدا ميشد كه بدون شك بوسيله يخچالهاي طبيعي بر روي زمين پخش شده بود . احتمال اينكه هنديها مس طبيعي را استخراج كرده باشند مشكوك بنظر ميرسد ، ولي باحتمال زياد كلمبيائيها اين كار را انجام داده اند .

مس در آغاز براي جواهر آلات زينتي مصرف ميشد كه بعداً براي ابزار و اسلحه ها نيز بكار رفت . كشف اثر سخت شوندگي قلع تركيب شده با مس براي تهيه برنز موجب توسعه وسايل جنگي شد . اين كه كجا ، كي ، و چگونه برنج كشف شد معلوم نيست ، ولي در روشهاي قديمي از احياء مستقيم مخلوط مس ، يا برخي از سنگ معدنهاي آن ، وكالامين يا سنگ توتيا ( كربنات روي ) بدست مي آوردند . تنها در سال 1781 بود كه امرسون روش ذوب مستقيم فلزات را كشف كرد و يك آلياژ مس -  روي بدست آورد كه به آن برنج مي گوئيم . در امريكا ، نخستين نورد ورقه برنجي در Connecticut Watcrbury ، انجام شد و تاكنون Connecticut مقام خود را بعنوان مركز ساخت برنج امريكائي حفظ كرده است . مس اغلب بعنوان يك عنصر آلياژ دهنده براي فلزات قيمتي مصرف ميشود . قسمت عمده طلا و نقره بازار با مس آلياژ ميشوند . همچنين براي بهبود مقاومت خوردگي مس نيز به بعضي فولادها اضافه ميشود . وقتي مس به آلومينيوم افزوده ميشود ، يك آلياژ قابل پيرسختي حاصل ميگردد . بابيت ها ( آلياژهاي پرقلع ، پر سرب ) غالباً مس دارند .

آلياژهاي نيكل محتوي مس از خود مقاومت خوردگي پايداري نشان ميدهند . مصرف وسيع ديگر مس در صنعت الكترو پليتينگ ( آبكاري الكتريكي ) است كه مس بعنوان زيرپوش براي آبكاري نيكل و كرم مصرف ميشود .

مس يكي از مهمترين عناصر مورد استفاده در صنايع غير آهني است كه قدمت آن به اعصار قبل از دوره آهن مي رسد و از 5 هزار سال پيش در صنايع مختلف جنگي ، هنري و خانگي بكار گرفته شده است . مس در صنايع امروز به دلائل هدايت ، قبول عمليات مكانيكي ، مقاومت در مقابل خورندگي و رنگهاي زيبا بعد از آهن بيشترين موارد استعمال را در صنايع دارد .

تذكر اين نكته لازم است كه استفاده روزافزون از آلومينيوم و گسترش انواع آلياژي آن ، موارد استفاده از مس را با كاهش فراوان روبرو كرده است .

مشخصات فيزيكي

مس با جرم اتمي 54/63 و قطر اتمي 5511/2 و قطر يوني 06/1 آنگسترم بدون هيچ گونه تغييرات آلوتروپيكي در C 1083 در ساختمان FCC از مذاب متبلور مي گردد .

ثابت كريستالي اين عنصر 6080/3 آنگسترم و به دليل احراز كلي شرايط حلاليت از جمله ظرفيت ، رديف الكتروشيمي و اندازه اتمي و قرار گرفتن در ميانه جدول اندازه اتمي و رديف الكتروشيمي به عنوان حلال ترين فلزات شناخته شده است . تقريباً كليه عناصر ( به استثناء چند عنصر صنعتي محدود مانند سرب ) تا حدودي در مس قابليت انحلال دارند و از اين رو آلياژهاي مختلف و متنوع مس و ساير عناصر مانند برنج ها ( مس و روي ) ، مس و قلع ، مس و آلومينيم و مس و سيليسيم تحت عنوان كلي برنزها و آلياژهاي مس و نيكل تحت عنوان نقره آلماني ( ورشو ) از اهميت فراوان برخوردارند .

فاكتور اندازه اتمي مس با بسياري از عناصر از حدود 15/0  1 تجاوز نمي كند كه به طور مثال اين فاكتور در مورد بعضي از عناصر به شرح زير است .

حلاليت جانشيني عناصر در مس به مقدار زيادي به نسبت الكتروني آنها در منطقه برليون بستگي دارد كه در مباحث متالورژي فيزيكي مطرح شده است . به طور اختصار در صفحه اول برليون مس در ساختمان FCC حداكثر تا 4/1 الكترون بر اتم شرايط توزيع محلولي برقرار مي باشد . بديهي است اندازه اتمي و رديف الكترو شيمي  و ساختمان كريستالي از اهميت نهايي برخوردار است . از اين رو حداكثر حلاليت روي ( دو ظرفيتي ) 40% اتمي و آلومينيم ( 3 ظرفيتي ) 20% و قلع ( 4 ظرفيتي ) 3/13% بر اساس تئوري برليون محاسبه مي گردد .شرايط انرژي آزاد براي تشكيل فازهاي مياني و تركيبتات بين فلزي مس و ساير عناصر باعث آن مي شود كه دياگرام تعادل آلياژهاي دوگانه و سه گانه مس از پيچيدگي بيشتر و فازهاي متنوع تري تشكيل گردد .

به اين دليل كه قطر دهانه نفوذ ساختمان مس نسبت به آلومينيوم كوچك است لذا ضريب حلاليت نفوذي عناصر ديگر و شرايط چنين نفوذي كمتر از آلومينيوم يا ساير عناصر با قطر اتمي بزرگتر مي باشد .

و به جز هيدروژن و مقدار كمي اكسيژن كه در مس محلول مي شوند ، بقيه عناصر تركيبات شيميايي مختلف توليد مي كنند . بديهي است تأثير درجه حرارت در ضريب نفوذ در مورد مس نيز صادق مي باشد و افزايش درجه حرارت باعث افزايش انواع مختلف حلاليت مي گردد .نقطه ذوب مس 1083 و نقطه جوش آن 2570 گزارش شده اند . گرماي نهان گداز اين عنصر برابر 3230 كالري بر اتم گرم و بر طبق روابط فيزيكي ، انتروپي گذار آن 30/2 = S كالري بر اتم گرم درجه كلوين مي باشد . مشخصات فيزيكي مس در جدول درج گرديده است . مس در حالت مذاب وزن مخصوصي معادل 8 گرم بر سانتيمتر مكعب دارد و از روبا توجه به وزن مخصوص اين عنصر در درجه حرارت محيط ( 93/8) ( در صورت نورد ) و وزن مخصوص آن در نزديكي نقطه ذوب كه 4/8 گزارش گرديده است ، ميزان انقباض حجمي آن از حالت مذاب به جامد ، نزديك به 5% مي باشد كه از انقباض آلومينيم به مراتب كمتر است .

مشخصات ريخته گري و ذوب

آلياژهاي مس در تنوع تركيبات مختلف ، فاصله هاي انجماد متفاوتي دارند كه پديده انجمادهاي پوسته اي ( فاصله انجماد كم ) ، انجمادهاي خميري ( فاصله انجماد زياد ) و همچنين انجمادهاي اوتكتيكي و پريتكتيكي مختلف را شامل مي گردند و از اين رو يك تعريف كلي و عمومي براي آنها تقريباً مشكل و غير ممكن مي باشد . حدود 4/3 آلياژهاي مس ( به جز چند مورد استثانايي مانند آلياژهاي برليم و 1% كرم ) اغلب داراي عناصر آلياژي بيش از 10% و گاه تا 40% مي باشند و از اين رو فاصله انجماد آنها بر حسب تركيب از نوسانات زيادي برخوردار است . همچنين درجه حرارت ريختن آنها حدود 100 تا C 150 بالاتر از نقطه مايع مي باشد .

در جدول درجه حرارت آغاز و پايان و همچنين درجه حرارت ريختن 8 نوع آلياژهاي اصلي مس درج شده است .

آلياژهاي مس با نقطه ذوبي معمولاً بالاتر از 850 و درجه ريخته گري بالاتر از C 1000 و وزن مخصوصي معادل 8 گرم بر سانتيمتر مكعب بيشتر در شرايط ريخته گري آلياژهاي آهني و چدن ها قرار مي گيرند و از اين رو ريخته گري آنها به مراتب مشكل تر از آلياژهاي آلومينيم مي باشد .

سياليت آلياژهاي مس از آلياژهاي آلومينيم كمتر است و به همين دليل در انتخاب و ايجاد سيستم راهگاهي همواره سياليت كمتر اين آلياژ مورد نظر قرار مي گيرد .

بسياري از عناصر كه در تهيه آلياژهاي مس به كار مي روند مانند روي ، آلومينيم ، سليسيم به شدت قابل اكسيده شدن هستند و بخصوص شرايط اكسيدي مس كه بعداً تشريح مي گردد باعث آن مي شود كه آلياژهاي مسي به سرعت با اكسيژن محيط و همچنين مواد نسوز تركيب شده و انواع مواد ناخواسته و آخال ها را در مذاب القاء نمايند.

تقسيم بندي آلياژها

آلياژهاي مس نيز به دو نوع آلياژهاي نوردي و ريخته گري تقسيم مي گردند كه بر حسب شرايط تركيبي ، قبول و يا عدم پذيرش عمليات حرارتي از مشخصه ديگر آنها است .

آلياژهاي ريختگي مس نيز مانند آلياژهاي آلومينيم از طرق مختلف ريخته گري ماسه ، قالب فلزي و اخيراً سيستم هاي تحت فشار شكل مي گيرند كه مشخصه كلي آلياژهاي نوردي و ريختگي مس در جداول درج گرديده است .

مواد شارژ و آماده كردن آنها

موادي كه براي ذوب آلياژهاي مس به كار مي روند شامل شمش هاي اوليه ، شمش هاي ثانويه ، برگشتي هاي كارگاه ، قراضه هاي خريداري شده و آميژان ها مي باشند كه بر اساس نياز و تركيب شيميايي و با توجه به هزينه هاي اقتصادي انتخاب و مورد استفاده قرار مي گيرند .

شمش هاي اوليه

بسياري از عناصر به صورت شمش هاي تقريباً خالص در ريخته گري مس مورد استفاده اند كه بنا به دلايل شرايط مطلوب ذوب بكار مي روند .

مس : مس كه عنصر اصلي در اين آلياژها مي باشد با نقطه ذوب C 1083 و وزن مخصوص 5/8 تا 9/8 گرم بر سانتيمتر مكعب در ورقها و مفتول هاي مختلف مسي تهيه مي شود و درجه خلوص آن 5/99 تا 9/99 مي باشد و همواره حاوي ناخالصي هاي/ي مانند قلع يا نيكل ، آهن ، آنتيموان ، بيسموت و سرب است .

قلع : عنصر دوم در برنزهاي قلع است و در اغلب آلياژهاي مس نيز تا حدودي يافت مي شود و با نقطه ذوب C 232 و وزن مخصوص gr/Cm³ در شمش هاي 25 كيلوگرمي و مفتولهاي مختلف تهيه و مورد استفاده قرار مي گيرند . درجه خلوص آن از 5/99 تا 9/99 متغير و حاوي ناخالصي هايي مانند مس ، آهن ، سرب ، آلومينيم ، بيسموت و آنتيموان مي باشد .

سليسيم : سيليسيم كه در انواع مختلف برنجها و برنزها مورد استفاده است دقيقاً در تركيب و اندازه هايي كه در آلومينيم ذكر شد در ريخته گري مس نيز به كار مي رود .

روي : تركيبات مختلف برنجها حاوي روي به عنوان عنصر دوم هستند كه باوزن مخصوص gr/Cm³ 1/7 در قطعات مختلف تهيه و ناخالصي هاي آن با آنچه در مبحث آلومينيم ذكر شد ، مطابقت دارد .

سرب : سرب در تهيه برنزهاي سرب دار و همچنين انواع برنجها بكار مي رود . سرب با نقطه ذوب C 327 و وزن مخصوص gr/Cm³ 3/11 در قطعات 30 تا 40 كيلوگرمي تهيه مي شود به طوريكه از نظر بريدن ، سهولت برش حاصل آيد .

درجه خلوص سرب مورد استفاده در ريخته گري 5/99 تا 8/99 مي باشد و حاوي ناخالصي هاي معمولي از قبيل قلع ، روي ، مينزيم ، آهن ، آلومينيم ، كلسيم ، بيسموت ، آرسنيك و آنتيموان مي باشد .

نيكل : نيكل در برنجهاي مخصوص ( ورشو ) و همچنين در برنزها بكار مي رود و با وزن مخصوص 9/8 و نقطه ذوب C 145 شرايط حلاليت ايده آل را در مس دارد . انواع مختلف شمش هاي كاتدي آن مورد استفاده قرار مي گيرد .

شمش هاي ثانويه

اين آلياژها و شمش ها كه از ذوب و تصفيه مجدد قراضه ها تهيه مي شوند از نظر كنترل تركيبي مطلوب تر و همچنين از نظر درصد عناصر آلياژي غني تر مي باشند و در مراحل خاص ذوب به كار مي روند . تركيب شيميايي شمش هاي ثانويه معمولاً حاوي 2 تا 7 درصد قلع ، 4 تا 10 درصد روي و 2 تا 6 درصد سرب مي باشد كه تركيب شيميايي بعضي از آلياژهاي ثانويه در جدول درج شده است .

3-3-8 آلياژسازها ( آميژان ها ) (Hardeners )

مشخصات عمومي آميژان ها كه در قسمت هاي قبلي مورد بحث قرار گرفته اند در مورد ذوب آلياژهاي مس نيز صادق مي باشند . نكته حائز اهميت در مورد آميژان هاي مربوط به مس فقط تقليل نقطه ذوب نيست بلكه چگونگي ساخت آلياژ و همچنين جلوگيري از تصعيد بعضي عناصر باعث آن مي گردد كه از آميژان هاي مس استفاده گردد . تركيب شيميايي و نقطه ذوب بعضي از اين آلياژها در جدول 5-8 درج شده است كه بهترين روش تهيه آنها در كوره هاي القايي گزارش شده است .

روش تهيه آلياژسازي مس كه اغلب در مورد ساير ريخته گري غير آهني نيز به كار مي رود از پيچيدگي زيادي برخوردار نيست و در زير به مختصري از چگونگي تهيه آنها اشاره مي گردد :

الف ) مس و آلومينيم -  معمولاً 10 تا 15% آلومينيم مورد نياز را به همراه مس ذوب مي كنند و بقيه آلومينيم مورد نياز را بعد از حرارت دادن تا C 200-150 به مذاب محلول اضافه مي كنند و سپس درجه حرارت مذاب را تا 700 تقليل داده و بعد از گاززدايي با كلرور روي و يا كلرور منيزيم در درجه حرارت حدود C 670 در قالب شمش هاي تهيه شده مي ريزند .

البته چنانچه دوكوره آماده بهره برداري باشد ، مي توان مس و آلومينيم را جداگانه ذوب نمود و سپس با برقراري يك جريان باريك ، مس مذاب را به آلومينيم افزوده و سپس باقي مانده آلومينيم را به آنها اضافه كرد ( مس سنگين مي باشد و در مذاب آلومينيم غوطه ور مي گردد ) .

عناصر و تأثير ناخالصي ها و شرايط تهيه و توليد هر يك مورد مطالعه واقع مي شوند و استنباط نهايي در مورد آلياژهاي صنعتي چندگانه از خلال مطالب ، به عهده علاقمندان واگذار مي گردد .

1-10  مس

مس هاي ريخته گري عموماً هادي الكتريسيته مي باشند و در ساخت كابل ها ، اتصالات تقسيم كننده ها و سوئيچ مورد استفاده قرار مي گيرند . عناصر ناخالصي تأثير بسيار شديد در تقليل هدايت الكتريكي داشته و از اين رو در اغلب موارد سعي بر تصفيه و حذف ناخالصي ها مي گردد . شكل تأثير ناخالصي ها را در تقليل خواص الكتريكي مشخص مي نمايد كه در اين مورد كاهش شديد هدايت توسط فسفر كه به عنوان عنصر اكسيژن زدا در اغلب آلياژهاي مس بكار مي رود حائز اهميت مي باشد . از طرف ديگر مس خالص به دلائل نرمي و مقاومت كششي بسيار كم و خواص ريختگي نامطلوب ( انقباض زياد و سياليت كم ) نمي تواند در ريخته گري مورد توجه قرار گيرد و ناخالصي هايي به دليل ايجاد استحكام و بهبود شرايط ريختگي همواره در مس وجود دارند .

آلياژهاي مس كه ضريب هدايتي نامطلوبي ندارند و ازمقاومت مكانيكي مطلوب بهره مند هستند در ساخت كابل هاي بزرگ بكار مي روند ( كه معمولاً آلومينيوم برنز با تركيبات 10 تا 11% آلومينيم و ناخالصي هايي مانند آهن و سيليسيم در چنين مواردي بكار مي رود ) كه داراي ضريب هدايتي حدود 40% مس خالص مي باشد .

ريخته گري آلياژهاي هادي ، همواره به دليل هدايت حرارتي زياد و همچنين وجود تركيبات اكسيدي كه سياليت آلياژ را شديداص كاهش مي دهد . با اشكالات متعدد همراه مي باشد . عمليات كيفي در مذاب توسط فسفر به ميزان 1/0 درصد و سپس افزايش برور كلسيم Ca₃B₂ و يا ليتيم جهت حذف و تقليل اكسيدها توصيه شده است . درجه حرارت ريخته گري بر اساس ضخامت قطعه ريختگي از C 1250 براي قطعات كمتر از يك سانتيمتر تا C 1150 براي قطعات به صخامت 4 سانتيمتر و بيشتر ، تعيين شده است.  

9-5  بريليم

بريليم از آلومينيم سبكتر بوده و داراي چگاليkg.cm^-3  848/1 و مدول الاسيتيكي MN.m^{-3  4} 10* 29 است . آلياژهاي بريليم استحكام حدود 200 تا (^-2MN.m 350 و استحكام ويژة بالايي دارند و استحكام خود را در دماهاي نسبتاً بالا تاحدودي حفظ خواهند كرد ، شكل ( 9-3) . آلياژهاي بريليم عمدتاً در صنايع هوا -  فضا و راكتورهاي هيته اي كاربرد دارد . متأسفانه بريليم گران قيمت ، ترد ، واكنش پذير و سمي است . بريليم سريع با اكسيژن هوا به B_eO تبديل مي شود . بدين دليل فرآيند توليد و عمليات شكل دهي آن ( ريخته گري ، فورجينگ و متالورژي پودر ) بايد در محيط خلاء انجام گيرد . B_eO نيز ماده سرطان زا براي بعضي از افراد است ، به همين جهت بايد دقت زيادي در مواقع كاربرد به عمل آيد و تا حد امكان در فرآيند ها از تجهيزات اتوماتيكي و رباطها استفاده كرد .

خواص بريليم

بريليم فلزي است پر استقامت و سبك وزن كه به عنوان مادة ساختماني در وسايل نقلية فضائي مصرف زيادي پيدا كرده است . جرم مخصوص آن فقط اينچ مكعب / پوند0660/0 است كه به چگالي منيزيم بسيار نزديك ميباشد در شكل ( 16-12) جرم مخصوص بريليم با ساير آلياژهاي فضائي مقايسه شده است . با روشهاي پرسكاري گرم ، قطعاتي با حد اقل استقامت 70000 پوند بر اينچ مربع توليد ميشوند در صورتيكه سيم بريليمي مقاومت را تا بيش از 000/200 پوند بر اينچ مربع توسعه مي دهد . مقاومت زياد بريليم همراه با سبكي وزن آن ، نسبتهاي مقاومت به وزن برجسته اي را ميدهد . شكل ( 17-12) نشان ميدهد كه يك آلياژ بريليم آهنگري شده مقاومتي برابر 128000 پوند بر اينچ مربع دارد كه بر اساس وزني معادل با 555000 پوند بر اينچ مربع در فولاد است . بريليم تا درجه حرارتهاي حدود 1100 درجة فارنهايت استحكام خود را حفظ ميكند ، ضريب الاستيك زياد بريليم ( ⁶ 10*44) ، طرح قطعات سبك وزن ، اجزاء نازك با سفتي بالا را امكان پذير ميسازد . ستون بريليمي در موارد استعمال كمانش خالص ظرفيت تحمل نيروي بيشتري خواهد داشت و سبك وزن تر از هر فلز ديگر با اندازه و طول مساوي خواهد بود . مدول الاستيك مواد فضائي معروف در شكل ( 18-12) نشان داد شده است . . بايستي توجه كرد كه مدول الاستيك بريليم ، تقريباً سه برابر تيتانيوم ، چهار برابر آلومينيوم و بيش از 6 برابر منيزيم ميباشد ، از ديگر خواص بسيار جالب بريليم ميتوان گرماي  ويژة زياد ( درجه فارنهايت /  پوند /  بي . تي . يو 445/0 را نام برد . بموجب اين خواص بريليم در صفحات دريافت كننده گرمائي سپرهاي گرمائي مقعر كاربرد قابل توجهي پيدا

با تغيير يك درجه حرارت ، يك پوند بريليم باندازة 2 پوند آلومينيم يا 5 پوند مس گرما جذب خواهد كرد . قشر اكسيدي محافظي كه بر روي سطح بريليم تشكيل ميشود ، مقاومت خوردگي عالي را نسبت به اتمسفر ايجاد ميكنند . اين عنصر نسبت به هالوژنها ، آب خالص و فلزات مذاب بدون اكسيژن مقاوم است بريليم سبكترين فلز موجود است كه در تخليه فضا بنحو قابل ملاحظه اي تبخير نخواهد شد .

ورقه بريليم از بسياري مواد ساختماني حساسيت به شكاف بالاتري دارد ولي بالاي 300 حساسيت به ايجاد شكاف ها اكثراً كاهش مي يابد . ضريب انبساط گرمائي بريليم به ضريب انبساط فولاد ضد زنگ ، آلياژهاي نيكل و كبالت بسيار نزديك است و در نتيجه مشكل طرح قطعه كمتر پيش ميآيد .

24-12 . ساخت بريليم

ساختمان بريليم ( مانند منيزيم ، تيتانيوم وزيركونيم ) ساختمان شبكه اي هگزاگونال دارد . و در درجه حرارت اتاق ، بريليم بالغزش روي صفحه قاعده يا ( 0001 ) تغيير شكل پلاستيكي ميدهد . در درجه حرارتهاي بالا عمل لغزش ممكن است روي تعدادي از صفحات هرمي 1010 رخ دهد . دوقلوشدن مكانيكي روي صفحات 1012 ، رخ ميدهد . سيستم تغيير فرم پلاستيكي بكار رفته به جهت تغيير بعد نسبي بستگي دارد . ازدياد طول بسيار زياد بريليم تصفيه منطقه اي شده وقتي كه تحت زاويه 45 نسبت به صفحه قاعده تحت تنش قرار ميگيزدازدياد طول بسيار زيادي ( 140 درصد ) ثبت شده است . با اين وجود يك تنش كششي تحت زاويه 90 درجه نسبت به صفحه قاعده موجب شكست صفحه قاعده ميشود . سه نمونه از مضرات بريليم قيمت زياد آن ، خطرات مسموميت ناشي از استنشاق گرد و غبار بريليم حاصل از تراشكاري ، و تمايل آن به شكنندگي در درجه حرارت اتاق است . بريليم بسيار خالصي كه از تصفيه منطقه اي با اشعه الكتروني بدست آمده بنحو قابل ملاحظه اي انعطاف

پذيرتر از بريليم ذوب شده قوسي است . بريليم كار شده ايزوتروپ است و ممكن است در يك جهت انعطاف عالي ولي در جهت ديگر رفتار شكنندگي از خود نشان دهد ، عمليات تراشكاري مي توانند موجب دوقلو شدن سطحي و ترك خوردگي ميكروسكوپي شوند . اچ كردن شيميايي حدود 001/0 اينچ از يك سطح تراشكاري شده خراشهاي اوليه و تركهاي ريز را برطرف مي كند .

عمليات تراشكاري مانند تراشكاري چدن تراشنه ناپيوسته اي ايجاد ميكنند . اگر در محل كارگاه تهويه مناسب صورت نگيرد اين عمل ممكن است براي سلامتي كارگرها خطرات جدي در برداشته باشد . بريليم جامد كاملاً بي خطر است هر چند گرد و غبار حاصل از تراشكاري يا گرد و غبارها ، دودها يا بخارهاي حاصل از هر دو عمل كه قابل استنشاق مي باشند ، سمي هستند .

بريليم را مي توان آهنگري واكسترود كرد، از فلزات پودر شده متراكم نمود و يا اينكه مانند سيم كشيد و يا نورد نمود . شكل دادن و آهنگري معمولاً در فاصله 1200 تا  F 1450 انجام ميشود . قطعات آهنگري شده در 1300 تا 1450 درجه فارنهايت رفع تنش ميشود . قطعات بريليم ممكن است بنحو رضايتبخشي بوسيله روشهاي جوشكاري Tig و Mig درهم جوش شوند .

نمونه اي از محصولات بريليم همراه با تركيب و خواصشان در جدول (13-12) نشان داده شده اند .

6-8 آلياژهاي مس -  بريليم

تركيب شيميايي و كاربرد

آلياژهاي تجاري مس -  بريليم داراي 6/0 تا Be 2% همراه با 2/0 تا Co 5/2 % كبالت مي باشند . اين آلياژها قابليت رسوب سختي دارند و مي توانند تا استحكام ksi 212 عمليات گرمايي شوند ، كه اين بيشترين استحكام در آلياژهاي مس تجاري است . جدول 6-10 تركيب شيميايي ، خواص مكانيكي و كابردهاي خاص آلياژهاي منتخب مس -  بريليم را نشان مي دهد .

آلياژهاي مس -  بريليم براي ابزارهايي كه نياز به سختي زياد و خواص غير جرقه زني دارند به كار مي روند مانند صنايع شيميايي . مقاومت به خوردگي و خستگي همچنين استحكام اين آلياژها موجب شده كه آنها براي ساخت قطعاتي مثل فنر ، چرخ دنده ، ديافراگمها و سوپاپها مناسب باشند . همچنين در اتصالات برقي  نيز به عنوان قالب براي شكلدهي پلاستيكها به كار مي روند . اگر چه اين آلياژها تنها مقدار كمي بريليم دارند ولي نسبتاً گران اند و بنابراين زماني به كار مي روند كه آلياژ ارزانتر ديگري براي آن منظور وجود نداشته باشد .

ساختار

نموادر فازي سيستم Be–Cu . حداكثر حلاليت جامد بريليم در مس 7/2% است ، كه در دماي C 866 رخ مي دهد ، طبق نمودار فازي Be–Cu در شكل آلياژهاي Be–Cu با حدود Be 2% ، قابليت رسوب سختي دارند زيرا حلاليت از 7/2% در C 866 تا كمتر از5/0 در دماي اتاق سريعاً كم مي شود و نيز رسوب نيمه پايدار همدوسي به هنگام پيري در دماي كم تشكيل مي شود .

ترتيب رسوب گذاري و ريز ساختار .  ترتيب كلي رسوب گذاري در آلياژ Be 2% -  Cu كه با اشعه X و ميكروسكوپ الكتروني مطالعه شده است ، بدين صورت مي باشد :

مناطق GP در آلياژ Be 2% -  Cu صفحات تك لايه اي مي باشند كه به طور همدوس در صفحات }100{ زمينه تشكيل مي شوند . اندازة اين مناطق بر حسب مدت و دماي پير شدن تغيير مي كند مناطق 10 تا A 30 قطر و 2 تا A 3 ضخامت پس از 100 ساعت پير شدن در C 100 به دست آمده است ، و بعد از يك ساعت در C 198 ، تا قطر A 70 و ضخامت 1 تا 3

صفحة اتمي . شكل نشان دهندة مناطق GP است كه در آلياژ Be 2% -  Cu بعد از پير شدن به مدت يك ساعت در C 198 تشكيل شده اند .

پير شدن بيشتر ، فاز مياني y را به وجود مي آورد كه نيمه همدوس است ، اين فاز وقتي مناطق GP حضور دارند روي آنها جوانه مي زند . بالاي خط حلاليت مناطق GP ، كه حدوداً C 320 است ، y به صورت ناهمگن جوانه مي زند . فاز y ، كه  ( a = b 2/79 Aو c = 2/54 A) است ، در شكل 6-39 آمده است . وقتي كه y اول تشكيل مي شود y و مناطق GP هر دو وجود دارند . تشكيل y همراه با نرم شدن آلياژ به هنگام پير شدن است .

با افزايش دماي پير شدن تا C 380 فاز BCC منظم CuBe به وجود مي آيد ، كه براي ايجاد ساختار اوتكتوييدي با دگرگوني فازي ناپيوسته رشد مي كند . رسوبهاي ناپيوسته y در دانه ها جوانه مي زند و به تدريج به داخل دانه ها گسترش مي يابد به نحوي كه ، پس از 16 ساعت در C 400 ، ساختار كلي از نوع اوتكتوييد مي باشد . با افزايش مقدار فاز y با فراپيري و كاهش سختي بيشتر است .

شكل 6-38 مناطق GP موازي سطوح (OTO) و (100) زمينه در آلياژ Cu- %2 Be  كه عمليات حل كردن رسوب در C 800 انجام شده ، آبداده شده و به مدت 1 ساعت در C 198 پير شده است .

شكل 6-39 آلياژ Be 97/1% -  Cu عمليات حل كردن رسوب در C 800 انجام شده ، آب داده شده و به مدت 4 ساعت در C 350 پير شده است . ساختار فاز مياني منظم CuBe(y) را نشان مي دهد .

شكل 6-40 آلياژ Be 87/1% -  Cu عمليات حل كردن رسوب در C 800 انجام شده ، آب داده شده و به مدت 16 ساعت در C 400 پير شده است . ساختار رسوب اوتكتيكي منظم CuBe ( فاز y ) در زمينة نامنظم a را نشان مي دهد .

خواص مكانيكي

خواص مكانيكي آلياژهاي منتخب مس -  بريليم در جدول 6-10 آمده است . عمليات حل سازي اين آلياژها معمولاً در C 800 انجام مي شود ، و پس از آبدهي در آب ، رسوب سختي بين 250 تا C 350 انجام مي شود . كار سرد را اين طور توضيح مي دهند كه كارسرد غلظت عيوب را مي دهد ، ( طبق شكل 6-41) . اثر كار سرد را اين طور توضيح م يدهند كه كار سرد غلظت عيوب را براي تشكيل مناطق GP افزايش مي دهد ، و در نتيجه چگالي زيادي از مناطق GP تشكيل مي شود ( مرجع 19 صفحه 415 ) . با تركيب كارسرد و رسوب سختي ، استحكام كششي به بيش از ksi 200 مي رسد .

6-10  آلياژهاي مس -  برليم

آلياژ هاي اين دسته كه عموماً قابليت پذيرش عمليات حرارتي را دارند اغلب با افزايش عناصر ديگري مانند كبالت و نيكل در مورد ساخت قطعات مقاوم و مستحكم بكار مي روند . دياگرام تعادل اين دو عنصر در شكل 9-10 نشان دهنده ميزان حلاليت تا 1/2% در درجه حرارت C 864 و كمتر از يك درصد در درجه حرارت محيط مي باشد . همچنين وجود تحول اوتكتوئيدي  كه در آن a محلول جامد و y فاز مياني سخت بر اساس فرمول تركيبي CuBe است مبني بر پذيرش عمليات حرارتي اين آلياژها مي باشند.

برليم به صورت آميژان بعد از ذوب مس به آلياژ افزوده مي گردد و به دليل قيمت برليم ترجيح داده مي شود كه اكسيژن زدايي با فسفر قبل از تلقيح برليم انجام پذيرد .

آلياژهاي برليم با وجود افزايش شديد قيمت نسبت به ساير برنزها ، به دليل خواص مقاومتي بسيار مطلوب و همچنين قابليت استفاده در قطعات ريختگي و نوردي و عمليات حرارتي در موارد خاص كاربردهاي زياد دارند .

در خاتمه اين مبحث بايستي به آلياژهاي مس و نيكل كه همراه ساير عناصر تحت عنوان نقره آلماني ( ورشو ) بكار مي رونند و همچنين آلياژهاي فسفر برنز و منگنز برنز اشاره كرد .

موتل متال كه به عنوان آلياژ طبيعي نيز ناميده مي شود از ذوب مستقيم سنگ هاي معدني نيكل و مس حاصل مي شودو داراي حدود 65% نيكل و 28% مس و مقداري آهن ، منگنز ، كبالت مي باشد و گاه به عنوان آميژان و گاه در ساخت قطعات مقاوم بكار مي رود .

مهمترين تأثير فسفر در حذف اكسيدها و افزايش شديد سياليت آلياژ و مهمترين تأثير نيكل علاوه بر ايجاد رنگ سفيد ، افزايش مقاومت به خورندگي و استحكام آلياژ گزارش گرديده است.

نيكل اغلب همراه با مس ذوب مي گردد و گاه به صورت آميژان به مذاب اضافه مي شود و به دليل حلاليت كامل دو عنصر درهم اشكالات جدايش و رسوب عناصر اصولاً وجود ندارد ولي اكسيژن زدايي آن همراه با فسفر ، منيزيم ، كادميم و بر توصيه شده است . در ريخته گري مختلف برنزي و برنج ها و بخصوص در مورد قطعات نوردي ، مهمترين پديده ، شكستگي فصلي آلياژها مي باشد كه در اثر وجود جدايش مركزي حاصل مي گردد ، به طوريكه در مورد تمام آلياژهاي مس عمليات آنيل ( تابكاري ) و همگن سازي توصيه شده است .

آلياژهايي كه در اين مبحث مورد مطالعه قرار گرفته اند مانند آلياژهاي مندرج در جدول 2-8 عموماً قابليت ريخته گري در ماسه را دارا مي باشند .

9-6-3  برنزهاي مخصوص

آلياژهايي با حداقل 78% مس و عناصري از قبيل Si , Fe , Mn , Ni , Pb , Al  و Be ، كه در آنها اين عناصر آلياژي به تنهايي با همراه با هم با قلع به كار برده مي شود ، برنزهاي مخصوص ناميده مي شوند  آنها اغلب به نام عنصر اصلي آلياژي هم نام برده مي شوند ، مانند برنزهاي آلومينيم ، برنزهاي سرب و غيره . از ويژگيهاي خاص برنزهاي مخصوص به طور عمده مقاومت بالا در مقابل خوردگي ، رفتار لغزشي خوب ، هدايت الكتريكي بالا و همچنين تا حدودي خواص مكانيكي خوب است . آلياژهاي مس -  برليم ( با حدود 6/0 تا Be 5/2 ) و گاهي همراه با مقدار كمي كبالت ( حدود 2/0 تا 5/2% ) قابليت سخت شدن رسوبي ( پير سختي ) را دارد . اين آلياژ در دماي حدود C 800 كاملاً تبديل به محلول جامد a مي شود . سپس با حفظ اين فاز ( با سرد كردن سريع ) و پس از تغيير شكل سرد فرآيند سخت كردن ( پير سختي مصنوعي ) در دماي حدود C 315 ( براي مدت زمان حدود سه ساعت ) انجام مي گيرد و بدين ترتيب با ايجاد فاز دوم y₂ ( يعني تركيب بين فلزي CuBe)) به صورت كوهرنت مي توان به استحكام بالايي دست يافت ، شكل ( 9-11). اين آلياژها به دليل داشتن مقاومت عالي در مقابل خوردگي ، استحكام خوب در مقابل ضربه و ضريب هدايت حرارتي و الكتريكي بالا در ساخت انواع فنرهاي مقاوم در مقابل سايش و خوردگي ، چرخ دنده ها ، ديافراگمها و شيرها به ويژه در صنايع شيميايي كه در مقابل جرقه زدن حساسيت خاصي وجود دارد ، به كار برده مي شود .