متالورژی مس

بسیاری از فلزات متداول با مس، اغلب در محدوده انلحلا­پذیر یمحلول جامد، آلیاژسازی می­شوند. عناصر آلیاژی اصلی در آلیاژهای مس شامل آلومینیوم، نیکل، سیلسیم، قلع و روی است. مقادیر کم از سایر عناصر آلیاژی برای بهبود خواص مکانیکی، مقامت به خوردگی یا ماشین­کاری اضافه می­شود تا عملیات حرارتی استحکام­دهی یا اکسیژن­زدایی آلیاژ بهتر انجام شود.

طبقه بندی آلیاژهای مس

مس و آلیاژهای آن در 9 گروه اصلی طبقه­بندی می­شود:

1-مس خالص-با حداقل خلوص %3/99 مس

2-آلیاژهای پُرمس-تا %5 عناصر آلیاژی

3-آلیاژهای مس-روی (برنج)

4-آلیاژهای مس-قلع (برنز-فسفر)

5-آلیاژهای مس-آلومینیوم (برنز-آلومینیوم)

6-آلیاژهای مس-سیلسیم (برنز-سیلسیم)

7-آلیاژهای مس-نیکل

8-آلیاژهای مس-نیکل-روی (نیکل-نقره)

9-آلیاژهای خاص

این آلیاژها به دو دسته کلی نورد شده و ریختگی تقسیم­بندی می­شوند (جدول 1). سیستم نام­گذاری یکپارچه (UNS) پنج عدد دارد. آلیاژهایC1xxxx تاC7xxxx آلیاژهای نورد شده وC8xxxx تاC9xxxx آلیاژهای ریختگی هستند. بنابراین، یک آلیاژ در هر دو حالت ریختگی و نورد شده تولید می­شود و هر کدام یک عدد خاص دارد که به روش تولید بستگی دارد. مس و آلیاژهای آن نام­های متداول دیگری مثل مس بدون اکسیژن، مس-برلیوم، فلز مانتز (Muntz)، برنز-فسفر و برنز با دود کم دارند. این نام­های متداول با اعدادUNS جایگزین شده است.

خواص فیزیکی آلیاژهای مس برای جوشکاری، لحیم­کاری سخت و لحیم­کاری نرم مهم است که شامل دمای ذوب، ضریب انبساط حرارتی و هدایت الکتریکی و حرارتی است. خواص فیزیکی برای برخی از مهمترین آلیاژهای مس در جدول 2 آورده شده است. اطلاعات جدول نشان می­دهد هنگامی که عناصر آلیاژی به مس اضافه می­شود، هدایت الکتریکی و حرارتی به شدت کاهش می­یابد. هدایت الکتریکی و حرارتی یک آلیاژ بر روش جوشکاری آن تاثیر می­گذارد.

مقادیر بسیار کم از برخی عناصر (مثل آهن، سیلسیم، آرسنیک و آنتی­موان) مقاومت به خوردگی و رُفتگی آلیاژهای مس را بهبود می­بخشند. سرب، سلنیوم و تلوریوم به آلیاژهای مس اضافه می­شود تا قابلیت ماشین­کاری آن­ها بهبود یابد. بیسموت جایگزین سر در آلیاژهای حاوی سرب شده است.

بور، فسفر، سیلسیوم و لیتیوم به مس به عنوان اکسیژن­زدا حین ذوب و پالایش اضافه می­شود. نقره و کادمیوم دمای نرم شدن مس را افزایش می­دهند. کادمیوم، کبالت، زیرکونیوم، کروم و برلیوم به مس برای ساخت آلیاژهای رسوب­سختی اضافه می­شود تا استحکام آن­ها افزایش یابد.

بسیاری از آلیاژهای تجاری محلول­­های جامد تک فاز هستند. برخی آلیاژهای مس دو یا چد فاز در ریزساختار خود دارند. این آلیاژها را می­توان با رسوب ترکیبات بین­فلزی یا با سریع سرد کردن از بالای دمای استحاله بحرانی سخت کرد که باعث تشکیل مارتنزیت می­شود.

آلیاژهای مس محلول جامد معمولا به راحتی کار سرد می­شوند، اگرچه نیروی کار سرد و نرخ کار سرد با مقدار عناصر آلیاژی زیاد می­شود. آلیاژهای دو فازی با سرعت بیشتری حین کار سرد سخت می­شوند، اما معولا خصوصیت کار سرد بهتری نسبت به محلول­های جامد در سیستم آلیاژی مشابه دارند. هنگامی که میزان فاز ثانویه افزایش می­یابد، انعطاف­پذیری کاهش یافته و استحکام تسلیم زیاد می­شود.