خواص و ویژگیهای عمومی فلزات

مقدمه: اطلاع از خواص فلزات،قبل از حکاکی روی آن، به ما کمک می‌کند تا بتوانیم بهترین روش را برای حکاکی روی فلز انتخاب نماییم.

به همین دلیل در این مطلب  با معرفی انواع فلزات، برخی از مهمترین ویژیگهای عمومی و اختصاصی آنها را جمع‌آوری کرده‌ایم.

خواص و ویژگیهای عمومی فلزات

فلزات از دوام و استحکام قابل ملاحظه‌ای برخوردارند.

فلزات قابلیت شکل‌پذیری داشته و از قدرت چکش‌خواری خوبی برخوردارند.

فلزات قابلیت ورقه شدن دارند.

فلزات قابلیت ذوب شدن دارند و به همین دلیل امکان استفاده‌ی مجدد از آنها وجود دارد.

فلزات دارای انواع گران‌قیمت چون طلا و نقره و انواع ارزان‌قیمت چون مس و قلع و حتی نوع مایع مانند جیوه هستند.

از اهمیت فلزات همین بس که دوره‌های مختلف تمدن بشری را با فلز خاصی که در هر دوره کشف شده و از اعتبار بیشتری برخوردار بوده است، نام‌گذاری کرده‌اند. نخستین عصر، “عصر مس” نام دارد. ضمن آنکه دوره‌های دیگر را مفرغ، آهن، فولاد و …نام نهاده‌اند.

از امتزاج فلزات با یکدیگر، آلیاژ بدست می‌آید. آلیاژهای مهم که به ویژه در فلزکاری کاربرد بیشتری دارند عبارتند از: “برنج” که از ترکیب مس و روی بدست می‌آید. ورشوکه از ترکیب نیکل،مس، قلع و …مفرغ(برنز) که از ترکیب مس و قلع بدست می‌آید.

اکثر فلزات در مجاورت هوا به تدریج دچار زنگ‌زدگی شده و همچنین با اکسیژن موجود در هوا ترکیب و اکسید می‌شوند. گفتنی است که مس، رایج‌ترین فلز مورد استفاده در هنرهای مرتبط با فلز و برنج عمده‌ترین آیاژ مصرفی در “هنر-صنعت” فلزکاری است.

خواص و ویژگیهای مس به عنوان رایج‌ترین فلز مورد مصرف در فلزکاری و برنج به عنوان عمده‌ترین آلیاژ مورد استفاده در این “هنر-صنعت” :

خواص و ویژگیهای مس:

خواص فیزیکی:

مس خالص در 1083 درجه‌ی سانتیگراد گداخته و در 2360 درجه سانتی‌گراد به غلیان می‌آید. خواص چکش‌خواری، تورق و مفتول شدن در مس خالص به فراوانی وجود دارد و ممکن است آن را به سهولت و تحت عملیات مکانیکی به شکل‌های مختلف درآورد. خواص فیزیکی مس را می‌توان به دو دسته تقسیم نمود که عبارتند از:

• خواص الکتریکی
• خواص مکانیکی

از انجا که خواص الکتریکی مس مورد بحث ما نیست لذا به خواص مکانیکی آن اشاره می‌شود.

خواص مکانیکی مس:

مقدار جرئی اکسید مس که در مس خالص حل می‌شود، برای خاصیت چکش‌خواری آن بسیار مفید است ولی اگر مقدار آن از 0.4% تجاوز کند، باعث شکنندگی آن شده، مس را بسیار ترد می‌سازد و قابلیت نورد کردن آن را از بین می‌برد و دیگر امکان ندارد آن را به شکل ورق یا صفحه درآورد.

مقاومت مس در برابر نیروی کشش با مقادیر جزئی از ارسنیک و آنتیموان بیشتر میشود ولی عناصری مانند بیزموت،تلوریم و گوگرد در اندازه‌های هر چند کم و ناچیز از این مقاومت می‌کاهد. در موقع ریختن مس مذاب، مقداری اکسیژن در مس گداخته محبوس می‌شود و پس از انجماد، قطعات ریخته شده را سوراخ‌دار و متخلخا می‌سازد و از میزان کاربرد آن می‌کاهد که به خصوص در تصاویر قلمزنی تاثیر سوء‌منفی دارد. ولی چنانچه در موقع ریختن مس در قالب شمش مقدار کمی عنصر بورون بیفزاییم، اشکالات فوق مرتفع می‌شود.

اثرات ناخالصی در مس:

ترکیب مس خالص بازرگانی و صنعتی به قرار زیر است:

بنابراین مشخص است که افزون بر اکسید مس، مس خالص محتوی یک سری از عناصر فلزی به شکل ناخالص است که هر چقدر هم مقادیر آنها کم و جزئی باشد، با این حال در مواردی در بعضی از خواص فیزیکی و مکانیکی مس تاثیر بسزایی دارد که به آن می‌پردازیم:

. اکسیژن در مس به صورت cu2o وجود دارد ولی غیرقابل حل است و این تنها اکسیدی است که تا درجه‌ی گداز مس پایدار و ثابت است. باید گفت چنانچه مقدار آن از 0.45% تجاوز کند، مس ا شکننده کرده و قابلیت قلمزنی مس را ساقط مینماید.

2. سرب در مس‌های خالص تجارتی به میزانی نیست که تاثیری در خواص آن داشته باشد. مثلاً تا 0.15% سرب، اثرات خود را روی نیروی کشش و خواص چکش‌خواری نشان نمی‌دهد. ولی اگر مس حاوی اکسیژن به شکل cu2o نباشد، آن وقت اثرات سرب به مقدار کمتر از 0.05% نیز محسوس می‌شود.

3. بیزموت از خطرناکترین ناخالصی‌های موجود در مس به شمار می‌آید زیرا مقدار آن حتی اگر از 0.25% تجاوز کند، مس را به طور کلی شکننده و تُرد می‌سازد و دیگر نمیتوان آن را تحت عملیات نورد قرار داد. وجود ارسنیک و آنتیموان تا اندازه‌یی از اثرات سوء عنصر بیزموت می‌کاهد.

4. آهن  در مس تجارتی همیشه وجود دارد و با توجه به میزان ناچیز آن اثر سوئی بر مس ندارد، ولی اگر مقدار آن زیاد شود، مس را شکننده و سخت می‌سازد.

5. ارسنیک تا حد 0.4% اثرات سوئی روی خواص مکانیکی ندارد و تا اندازه‌ی 0.6% قابل قبول است.

6.آنتیموان که اثراتش شباهت زیادی به اثرات آرسنیک دارد و مقدار آن در مس خالص در حدود 0.5% است، از جمله عناصری است که در ترکیب مس خالص بازرگانی و صنعتی وجود دارد.

ناخالصی‌های دیگر از قبیل گوگرد،قلع و روی نباید در مس خالص وجود داشته باشد البته گاهی فسفر را عمداً به مس اضافه می‌کنند تا خاصیت ریختن مس گداخته را در قالب‌ها بهتر کند.

خواص و ویژگیهای آلیاژ مس و روی(برنج)

برنج یکی از آلیاژهای مهم مس بوده که در کارهای صنعتی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. زیرا ارزان قیمت است، ذوب کردن و ریختن آن ساده می‌باشد، شکل دادن (کشیدن، قالب زدن، پرس‌کاری، نورد کردن، چکش‌خواری و …) آن اشکالی بوجود نمی‌آورد و خواص مکانیکی مناسبی دارد. این ویژگی‌ها ساختن بسیاری از اشیاء و قطعات را امکان‌پذیر می‌سازد. به طور کلی برنج بر دو نوع است:

• برنج معمولی
• برنج مخصوص

برنج‌های مخصوص علاوه بر مس و روی حاوی برخی از فلزات دیگر نظیر نیکل Ni، آهن Fe، قلع، آلومینیوم، سرب و منیزیم میباشد. به همین دلیل ختی، استحکام کششی و مقاومت آنها از برنج‌های معمولی بیشتر است. البته مقدار این عناصر نباید زیاد باشد. در برنج‌های معمولی اکثراً نسبت وزنی روی به مس یک به دو می‌باشد زیرا خواص تورق، مفتول شدن و مقاومت کششی آنها زیاد می‌شود. از برنج‌های معمولی برای لحیم‌کاری، روکش‌کاری برنجی، ساختن پوکه‌ی فشنگ و قطعات ماشین‌های بافندگی استفاده می‌شود. از برنج‌های مخصوص در تهیه لوله‌های برنجی که در دستگاه تقطیر نفت به کار می‌رود، در ساخت ورق‌هایی که در بدنه‌های این دستگاه‌ها قرار می‌گیرند و همچنین در ساخت لوله‌های برنجی که در اسکلت کشتی به کار می‌رود، استفاده می‌شود. رنگ برنج معمولاً از سفید نقره‌ای تا زرد طلایی و بالاخره زرد تند متمایل به قرمز متغیر است. البته هر چه مقدار روی در این آلیاژ زیادتر باشد، رنگ برنج بازتر و زردتر خواهد شد.

به طور کلی از سته دسته برنج که بر حسب مقدار روی تقسیم شده‌اند، بیش از سایر برنج‌ها استفاده می‌شود که به آنها همان برنج تجارتی می‌گویند:

دسته اول برنج‌هایی هستند که حاوی 30% روی بوده و در تهیه لوله های دستگاه تقطیر نفت، پوکه فشنگ و ورق‌های برنجی ساختمان قسمت های مختلف کشتی به کار می‌روند.

دسته دوم برنج‌هایی است که مقدار روی موجود در آنها 33% بوده و برای کارهای ریخته‌گری برنجی به کار گرفته میشوند.

دسته سوم را برنج‌هایی تشکیل می دهند که مقدار روی موجود در آنها 40% می باشد و معمولاً در ساخت قطعات صنعتی مصرف می‌شوند.

منبع: کتاب فلز کاری/ نوشته حسین یاوری