مس و آلیاژهای آن-تاثیر عناصر آلیاژی

آلومینیوم

آلیاژهای مس-آلومینیوم ممکن است تا %18 وزنی آلومینیوم داشته باشند، همچنین آهن، نیکل، قلع و منگنز نیز به آن اضافه می-شود. انحلالپذیری آلومینیوم در مس %8/7 وزنی است، اگرچه این مقدار با اضافه کردن آهن به آرامی زیاد می شود. با یا بدون اضافه کردن آهن، آلیاژهای با کمتر از %8 وزنی آلومینیوم تک فاز هستند. هنگامی که آلومینیوم بین 9 و %15 وزنی باشد، سیستم دو فازی است و توانایی تشکیل مارتنزیت یا استحاله از نوع یوتکتوئید را دارد. افزایش مقدار آلومینیوم موجب افزایش استحکام تسلیم و سختی و کاهش افزایش طول آلیاژ می شود. آلومینیوم یک اکسید دیرگداز بر سطح آلیاژ تشکیل می دهد که باید حین جوشکاری، لحیم کاری سخت یا لحیم کاری نرم حذف شود.

آرسنیک

آرسنیک به آلیاژهای مس اضافه می شود تا از خوردگی و روی زدایی آلیاژهای مس-روی در آب جلوگیری شود. آرسنیک به آلیاژهای مس اضافه شده و باعث مشکلاتی در جوشکاری نمی شود، مگر این که آلیاژ حاوی نیکل باشد. آرسنیک برای جوشکاری آلیاژهای مس-نیکل مضر است.

برلیوم انحلال پذیری برلیوم در مس در دمای °C 871 تقریبا %2 و در دمای اتاق %3/0 وزنی است. بنابراین، برلیوم به راحتی با مس محلول فوق اشباع می سازد که در عملیات رسوب سختی موثر است. با افزایش مقدار برلیوم هدایت حرارتی و نقطه ذوب کم می شود و جوشکاری راحت تر می شود. برلیوم یک اکسید دیرگداز می سازد که باید برای جوشکاری، لحیم کاری سخت و لحیم کاری نرم حذف شود.

کادمیوم

انحلال پذیری کادمیوم در مس تقریبا %5/0 وزنی در دمای اتاق است. حضور کادمیوم در مس تا %25/1 موجب مشکلاتی در جوشکاری ذوبی نمی شود، زیرا از مذاب مس به راحتی در دمای جوشکاری بخار می شود. مقدار کم از اکسید کادمیوم ممکن است در فلز مذاب تشکیل شود، اما می توان بدون مشکل جوشکاری کرد. از میله کادمیوم-مس در جوشکاری مقاومتی استفاده می شود (آلیاژ گروه 1). مقادیر کم از کادمیوم، مس خالص را استحکام دهی می کند، در حالی که هدایت حرارتی زیاد آن را حفط می کند. این ترکیب خواص باعث می شود تا این ماده برای الکترودهای جوشکاری مقاومتی (مثل آلومینیوم) ایده آل باشد. مس آلیاژسازی شده با کادمیوم با آلیاژهای کروم-مس بیش از حد پیرسازی شده جایگزین شده است، به دلیل محدودیت های عمومی در رابطه با استفاده از فلزات سنگین در تولید است.

کروم

کروم انحلال پذیری کروم در مس در حدود %55/0 وزنی در دمای °C 2038 و کمتر از %05/0 وزنی در دمای اتاق است. فازی که حین پیرسازی تشکیل می شود تقریبا کروم خالص است. آلیاژهای مس-کروم ترکیبی از استحکام بالاو هدایت الکتریکی و حرارتی خوب هستند. شبیه به آلومینیوم و برلیوم، کروم می تواند تشکیل یک اکسید دیرگداز بر حوضچه جوش مذاب بدهد و در جوشکاری گازی اکسیژن-سوخت مشکلاتی ایجاد کند، مگر این که از فلاکس های خاص استفاده شود. در جوشکاری قوسی باید از اتمسفر محافظ بر سطح حوضچه جوش مذاب استفاده شود.

آهن انحلال پذیری آهن در مس تقریبا %3 وزنی در دمای °C 1083 و کمتر از %1/0 وزنی در دمای اتاق است. آهن به برنز-آلومینیوم، برنز-منگنز و آلیاژهای مس-نیکل اضافه می شود تا استحکام آن ها با تشکیل محلول جامد و رسوب سختی افزایش یابد. آهن مقاومت به خوردگی آلیاژهای مس-نیکل را افزایش می دهد. آهن باید در محلول جامد یا در شکل یک ترکیب بین فلزی باشد تا مقاومت به خوردگی مطلوب ایجاد کند، مخصوصا در آلیاژهای مس-نیکل-آهن به عنوان اصلاح کننده دانه عمل می کند. هنگامی که آهن در محدوده خاص به مس اضافه می شود، تاثیری بر جوش پذیری ندارد.

سرب

سرب به آلیاژهای مس اضافه می شود تا ماشین کاری یا خواص راوانکاری بهبود یابد و همچنین کاهش فشار برخی از آلیاژهای ریختگی را بهبود می دهد. سرب با مس محلول جامد نمی سازدو تقریبا به طور کامل (%06/0 وزنی) در مس در دمای اتاق غیرقابل حل است. سرب به صورت ذرات خالص (و مجزا) در دمای °C 327 مذاب است. آلیاژهای مس-سرب مستعد به ترک خوردن حین جوشکاری ذوبی هستند. سرب مضر ترین عنصر آلیاژی در جوش پذیری آلیاژهای مس است.

منگنز

منگنز انحلال پذیری بالایی در مس دارد. معمولا در محدوده %3-05/0 وزنی در برنز منگنزدار، مس اکسیژن زدایی شده و آلیاژهای مس-سیلسیم استفاده می شود. اضافه کردن منگنز تاثیر مخربی بر جوش پذیری آلیاژهای مس ندارد. منگنز موجب بهبود خصوصیات کارگرم آلیاژهای مس چند فازی می شود.

نیکل

مس و نیکل به طور کامل در همه نسبت ها در یکدیگر حل می شوند. با وجود این که آلیاژهای مس-نیکل به راحتی جوشکاری می شوند، عناصر باقی مانده ممکن است منجر به ترد شدن و ترک خوردن داغ شود. از این رو، باید عناصر اکسیدزدا یا گوگردزدا در فلز پُرکننده وجود داشته باشد. تا میزان عناصر مخرب در فلز جوش منجمد شده به حداقل برسد. از این رو، منگنز در فلزات پُرکننده برای جوشکاری آلیاژهای مس-نیکل حضور دارد.

فسفز

فسفر در برخی از آلیاژهای خاص مس و آلیاژهای آن فسفر به عنوان استحکام دهنده و اکسیژن ردا استفاده می شود. فسفر در مس تا %7/1 در دمای یوتکتیک °C 649 و تقریبا %4/0 وزنی در دمای اتاق حل می شود. هنگامی که به آلیاژهای مس-روی اضافه می-شود، فسفر مانع از روی زدایی می شود. میزان فسفر معمولا در آلیاژهای مس تاثیری بر جوش پذیری ندارد.

سلیسیم

سیلسیم انحلال پذیری سیلسیم در مس %3/5 در دمای °C 816 و %6/3 در دمای اتاق است. سیلسیم به عنوان اکسیژن زدا و عنصر آلیاژی موجب بهبود استحکام، چکش پذیری و انعطاف پذیری آلیاژهای مس می شود. آلیاژهای مس-سیلسیم جوش پذیری خوبی دارند، اما در دمای بالا سرخ شکنندگی داغ اتفاق می افتد. در جوشکاری، نرخ سرد کردن از محدوده دمایی سرخ شکنندگی داغ باید سریع باشد تا از ترک خوردن جلوگیری شود. اکسید سیلسیم بر آلیاژهای مس-سیلسیم در دمای °C204 تشکیل می شود. این اکسید در عملیات لحیم کاری سخت و لحیم-کاری نرم مزاحمت ایجاد می کند. از این رو، باید از یک فلاکس مناسب قبل از اعمال حرارت استفاده شود.

قلع

قلع انحلال پذیری قلع در مس با دما به سرعت زیاد می شود. انحلال پذیری قلع در مس %5/13 در دمای °C788 و در دمای اتاق تقریبا کمتر از %1 است. هنگامی که آلیاژهای حاوی کمتر از %2 قلع به سرعت سرد می شوند ساختار تک فاز دارند. آلیاژهای مس-قلع مستعد به شکنندگی گرم و ترک خوردن حین جوشکاری ذوبی هستند. قلع در مجاورت با اتمسفر اکسید می شود و حضور اکسید آن در حوضچه جوش موجب کاهش استحکام می شود.

روی

روی روی مهمترین عنصر آلیاژی است که به مس اضافه می شود. انحلال پذیری روی در مس در دمای °C927 تا %5/32 و در دمای اتاق %37 است. خصوصیت همه آلیاژهای مس-روی راحتی و سهولت تبخیر روی از فلز مذاب با حرارت دادن بیش از حد است. حضور عنصر روی به عنوان یک عنصر باقی مانده در آلیاژهای برنز-آلومینیوم و مس-نیکل باعث حفره یا ترک خوردن یا هر دو می شود.