4-2-2)هدایت الکتریکی

مهمترین ویژگیهای الکترود گرافیتی مقاومت الکتریکی پائین وهدایت حرارتی بالا می باشد .این دو ویژگی مخصوصاًبرای الکترود هاومغزی ها ی باشدت جریان بالا در کوره های قوسی امروزی ضروری هستند.

 

5-2-2)درجه خلوص بالا

الکترود های گرافیتی حدود درجه حرارت 2800درجه سانتی گراد گرافیت زدایی می شود خلوص بالای الکترود گرافیتی ....برای ساخت فولادهای ویژه بابیشترین دقت مناسب هستند.وهمچنین برای ذوب مس ،تصفیه آلومینیوم وفرآیند های مشابه باتعداد ناخالصی بسیار کم ،مناسب هستند.

 

6-2-2)ظرفیت عبور جریان الکترود

نمودار های زیر پیشنهاد شده جریان الکتریسته ودانسیته جریان قطرها وکلاسهای مختلف الکترودهای گرافیتی رانشان می دهد.

در شرایط عملیاتی بستگی به ویژگی خاص هر کوره اگر مقادیر سفارش شده از حدودش تجاوز پیدا کند باعث افزایش مصرف الکترود می شود.

صرفنظر از شکستن جزئی که بخاطر ماشینکاری پیش می آید ،مقدار مصرف الکترود بستگی به شدت الکتریسته اولیه وشدت حرارت که ازپارامترهامهم هستند، دارد.

مصرف نوک الکترود بخاطر عبوربار الکتریکی درنتیجه ایجاد قوس می باشد،درحالی که مصرف بدنه الکترود (اکسید شدن)درنتیجه شدت حرارت ایجاد شده می باشد.

صرفنظر از تاثیرات ناشی از طراحی کوره افزایش درجه حرارت الکترود می تواند بخاطر دلایل مختلفی باشد،

برای مثال :

 ندرتاً باگذشت زیاد زمان ،کافی نبودن سیستم سرد کننده رینگها یا گیره های الکترود ،غلظت اکسیژن درکوره .

معمولاً افزایش درجه حرارت مابین پوشش الکترود وگیره های الکترود موجب مصرف بیشتر بدنه الکترود (اکسیدن شدن )می شود ودرنتیجه موجب کاهش سطح مقطع عرضی الکترود می شود که این با نشان دادن یک ناحیه تابشی مشخص روی الکترود مشخص می شود.

عملاًاگر درجه حرارت خیلی بالا باشد باند مرکزی (شکل 3-الف)رابرای شدت جریان الکتریسته الکترودها پیشنهاد می کنیم .

 

 

 

3-2) انواع الكترود

وظیفه الكترودها در كوره قوسی انتقال جریان برق به داخل كوره وتبدیل این انرژی الكتریكی به حرارات می باشند

بطور كلی دو نوع الكترود وجود دارد:

1-    الكترود كربنی

2-    الكترود گرافیتی

كه از مهمترین مواد مصرفی در كوره های قوس محسوب می شوند وتاثیر زیادی بر كیفیت مذاب وتولید محصول داشته واز نظر اقتصادی نیز سهم قابل توجهی از هزینه ها را به خود اختصاص داده ، لذا یك  الكترود خوب باید خواصی بشرح ذیل داشته باشد (3):

 

-        مقاومت الكتریكی خوب

-         مقاومت مكانیكی بالا

-         مقاومت در مقابل اكسایش بویژه در درجه حرارات ذوب

-         حاوی حداقل عناصر مضر مانند گوگرد وفسفر باشد

-         تهیه ارزان قیمت آنها

الكترودهای دیگری كه در صنعت استفاده می شوند عبارتند از :

-        الكترودهازینتر شده (3)

-         الكترود آندی (10)

-         بلوكهای كاتد وآند (10)

فصل دوم

الکترود

 

1-2)الکترود در کوره قوسی

پیشرفت کوره های قوسی از روزهای نخستین تابه امروز،طراحی های مدرن کوره قوسی با افزایش ظرفیت وبیشترین تناژ ، تنها به وسیله پیشرفت همزمان در تولید الکترود گرافیتی امکان پذیر می باشد ،

باتوجه به خصوصیات ویژه الکترودها رشد سریع برای بهبود بخشیدن به خصوصیات الکتریکی ومکانیکی نیاز می باشد .

علاقه زیاد سراسر جهان به تولید فولاد به طریق الکتریکی ، که به خصوص دردهه گذشته ثابت شده است توجه وتحقق زیاد در پروسه های عمومی ذوب را بالا برده وباعث ساخت وکاربرد کوره های قوس الکتریکی با بیشترین ظرفیت حجمی شده است ودرنتیجه باعث تولید بالا واقتصادی شده است .

باتوجه به تکامل کیفی در الکترودهای گرافیتی که مناسب چنین شرایطی می باشد بهرحال باید به یاد داشت هر تغییری در شرایط عملی :متالوژی ، الکتریکی ومکانیکی به طور قطع بر رفتار الکترود تاثیر خواهد داشت.

تکنیک های جدید ذوب در حجم های زیاد امروزی منجر به انتقال سریع حرارت از الکترودها در کوره های باتوان بالا نسبت به کوره های کوچکتر شده است ولازم است قطعاًمقاومت الکترودها را در برابر شوکهای حرارتی ومکانیکی بهبود داد .

احتیاج به دقت بیشتر نسبت به خواص الکترود، نیازمند کوشش علمی زیاد همراه با شناخت وکاربرد موادخام با کیفیت بالا وتکنولوژی ساخت جدید می باشد.

دراین پروژه درباره الکترود گرافیتی.....که در یکی از شرکت های آلمانی تولید می شود توضیح داده می شود وبا شرایط عملی کوره های قوسی مدرن امروزی ؛با استحکام مکانیکی بالا، هدایت حرارتی عالی ، مقاومت الکتریکی پایین که اینها فاکتورهایی هستند که به طور قطع برای بدست آمدن مقدارمصرف اقتصادی اهمیت دارند سازگارند.

الکترود در حین کارکوره سائیده می شود،

درهنگام برقراری قوس الکتریکی نوک الکترود اکسیده شده وتبخیر می شودوهمچنین تمام بدنه الکترود واقع در کوره نیز دراثراکسیداسیون سائیده می شود.

الکترودها معمولا با ابعاد5/1تا5/2متر طول در قطرهای مختلف ساخته می شوند .دوانتهای الکترودها قلاویز شده وتوسط مغزی ها ئی ........می توان دوالکترود را به یکدیگر متصل نمود تابطول دلخواه برسند .

معمولا هرستون الکترودکوره قوسی از دویا سه تکه الکترودبه هم متصل شده تشکیل می شوند .

معمولا درهرذوب 300-450میلیمتر ازنوک الکترود مصرف می شوند وبنابراین پس از هر ذوب بایستی طول قسمتی از الکترود راکه وارد کوره می شود تنظیم نمود .

پس از آنکه الکترود به اندازه ای مصرف شد که دیگر توسط گیره های الکترود قابل گرفتن نباشد تکه دیگری الکترود به انتهای ستون الکترودهااضافه می شود.

معمولاًالکترودهای نازک راازکربن با دانه بندی ریز می سازندکه مقاومت بیشتری دارد وبر عکس الکترودهای ضخیم را از کربن با دانه بندی درشت تر می سازند.

الکترودهای قطور بادانه بندی درشت عموماًبرای پایداری در مقابل تغییرات شدید درجه حرارت ضروری می باشد، زیرا الکترودها یی با قطر 600-400میلیمتر در معرض تغییرات شدید درجه حرارت می باشند که این  تغییرات تنش را الکترود ها با دانه بندی درشت بهترمی توانندتحمل کنند ولی در عوض مقاومت مکانیکی این قبیل الکترودها (در مقایسه با الکترود ریز دانه)کاهش خواهد یافت .

 

2-2)مشخصات فیزیکی ،الکتریکی وشیمیایی الکترودهای گرافیکی

درجدول 1صفحه 17لیست مشخصات تکنیکی الکترودها آورده شده است .اعداد براساس درجه حرارت اتاق تنظیم شده اند بجزء آنهایی که خارج از این محدوده هستند.به علت پروسه های مختلف ساخت سرامیک  خواص فیریکی وشیمیایی تابع صعود ونزول تولیدات عمومی سرامیک ها هستند.مقادیر متوسط براساس قطر الکترود تغییر می کنند.

 

 

 

جدول 1 :

 

 

1-2-2)مشخصات الکتریکی

مقاومت الکتریکی الکترود گرافیکی بین 600تا 1200میکرو اهم در سانتیمتر طول می باشد (بستگی به قطر الکترود دارد)امروز ساخت الکترود گرافیتی به ضخامت 600میلیمتر وبا مقاومت الکتریکی 750تا 1000میکرواهم در سانتی متر معمول می باشد.

به علت آنکه الکترودهای گرافیتی دارای قابلیت هدایت خوبی می باشد .بنابراین قادرند شدت جریان های نسبتاًبالایی راتحمل کنند، اگر چه مقدار دانسیته شدت جریان برای الکترود 225میلیمتری 22آمپر برسانتیمتر مربع وبرای الکترود 6000میلیمتری 14آمپر برسانتیمتر مربع می باشد .

امروز دونوع الکترود در بازار موجود می باشد که یکی تحت عنوان درجه معمولی که با علامت ......مشخص می شود ودیگری بنام درجه ممتاز که با علامت ......مشخص می شود الکترود نوع ......الکترودی است که مقاومت کششی وهدایت الکتریکی آن بالا بوده واز بهترین مواد اولیه ساخته شده اند.مصرف این نوع الکترود در کوره هائی که شدت جریان بالا می باشد مقرون بصرفه است .

 

2-2-2)استحکام مکانیکی

در حین عملیات ذوب کوره ، الکترود ها در معرض تنش های مکانیکی بالایی بویژه موارد زیر قرار می گیرند .

الف)خم شدن کوره

ب)ارتعاش بخاطر حرکت زیاد نگهدارنده های الکترود ها

ج)ریزش غیر قابل کنترل قراضه ها در اثر پائین آمدن سطح مذاب

د)وجود مواد عایق در قراضه

ه)تنظیم نبودن فاصله الکترود

به جزء حالات فوق الکترودهای گرافیکی توانایی مقاومت کردن در برابر چنین تنش هایی را دارند .

.به این ترتیب مزیتی که وجود دارد این است که استحکام مکانیکی الکترود –گرافیت با افزایش درجه حرارت افزایش می یابد .بنابراین بالاترین درجه حرارت می رسد ، بیشترین تنش های مکانیکی در آن به وجود می آید .

استحکام مکانیکی نیز همچنین در ارتباط با کاهش سطح مقطع عرضی نوک الکترود ها که موجب اکسیداسیون بدنه الکترود می شود اهمیت ویژه ای دارد .

 

3-2-2)مقاومت به شوک حرارتی

علاوه بر تنش مکانیکی ،الکترودهای گرافیتی شوک حرارتی زیادی را نیز تحمل می کنند.این بیشتر در مراحل ابتدایی ذوب بخاطر درجه حرارت خیلی زیاد نوک الکترودها اتفاق می افتد .

ثانیاً:ادامه مرحله ذوب شیب درجه حرارت مابین سطح ومغز الکترود گسترش پیدا می کند.درانتهای مرحله ذوب اختلاف این درجه حرارت می تواند به مقادیر بین 300تا 800درجه سانتیگراد برسد که بستگی به شدت بار الکتریکی وحرارتی دارد .

دقت در انتخاب مواد خام ،مخلوط کردن وعمل آوردن آنها اساساًباعث افزایش مقاومت شوک حرارتی می شود

.بنابراین استحکام الکترود ها به مقدار خیلی زیادی بهتر می شود وازتمایل زیاد به ترک الکترودهاتحت با ربالا درنتیجه موازنه کم درجه حرارت در شرایط عملیاتی گوناگون کاسته می شود

.مقاومت شوک مطلوب قطعاًتوسط موازنه خصوصیات ذاتی موادمانند انبساط حرارتی ، هدایت حرارتی وخاصیت ارتجاعی حاصل می شود.

كوره قوس

فصل اول

1-1)مقدمه

کوره قوسی یکی از بهترین انواع برای ذوب ،آلیاژسازی وتصفیه فولاد به حساب می آیند . این کوره از لحاظ روش ایجاد قوس به دو دسته غیر مستقیم ومستقیم تقسیم می شوند:

در روش قوس غیر مستقیم:

 قوس الکتریکی بین الکترود ها که ممکن است دوتایی یا سه تایی باشند برقرار می شوند وطراحی کوره به شکلی انجام می گیرد که شارژ بین آنه که در محدوده ، قوس قرار گرفته در اثر حرارت قوس ذوب بشوند .

ولی در کوره های امروزی عمدتاً از روش قوس مستقیم استفاده می شود که قوس بین الکترود یا الکترود ها که ممکن است تکی دوتایی یا سه تایی باشند با جداره وکف برقرار می شود وشارژی که در محدوده قرار گرفته می شود ذوب می شود.

 

از میان کوره های قوس الکتریکی مستقیم نوع 3 تایی آن هم در تناژهای کم وهم در تناژهای زیاد مورد مصرف صنعتی بیشتری دارد وهمین نوع کوره است که بیشتر برای ذوب وریخته گری فولاد استفاده می شود .

 

کوره قوس الکتریکی بر اساس سرباره شان ممکن است قلیایی یا اسیدی باشند.

یعنی اگر سرباره آن قلیایی باشد مواد نسوز نیز باید قلیایی باشد واگر سرباره آن اسیدی باشد مواد نسوز نیز باید اسیدی باشد .

سرباره قلیایی:

 در مجاورت نسوز اسیدی با آن ترکیب شده واشکالاتی بوجود می آورد.

تقریباً 95 درصد فولاغدها در جهان در کوره قلیایی تولید می شوند (زیرا با مواد قلیایی فسفرزدایی وگوگرد زدایی انجام می گیرد)

از کوره های اسیدی در موارد مخصوصی استفاده می شود.

در کوره قوس الکتریکی با جداره بازی این قابلیت وجود دارد که بتوان ازبدترین نوع قراضه بهترین و با کیفیت ترین نوع فولاد را تهیه بکنیم .

 

بطور کلی ساختمان کوره قوس الکتریکی 3 الکترودی شامل قسمتهای زیر می باشد .

1-الکترودها :

در سقف کوره قرار می گیرند وتوسط بازوهای نگهدارنده آن بالا پایین می روند.

2-سقف کوره:

:بصورت یک کلاهک است وسعی می شود سقف را بگونه ای طراحی بکنند که هم استحکام کافی داشته باشد وهم حتی الامکان از لحاظ وزنی سبک باشد

 در اکثر کوره ها قوس الکتریکی سقف همراه با الکترودها قابل حرکت است .مقداری سقف به طرف بالا حرکت می کند وبعد حرکت افقی می کند وکنار می رود وشارژ کوره از محل سقف آن وارد کوره می شود

3- دیواره ها:

 عموماً به صورت استوانه ای شکل اند وبسته به اینکه کوره اسیدی یا بازی باشد از جنس مختلفی تهیه می شوند .

4- کف کوره :

حالت قوسی شکل دارد برعکس سقف آن عمقش نسبتاًکم وسطح آن زیاد است تا فصل مشترک مذاب باسرباره بیشترین مقدار باشد.

5- درب کار :

در کوره های قوس الکتریک نیاز است که در حین ذوب موادی به ذوب اضافه شود مثل مواد فروآلیاژ یا مواد سرباره ساز یا مواد دیگر ،درنتیجه این مواد از درب کار بداخل کوره شارژ می شوند.

6-محفظه تخلیه مذاب :

قبل از شارژ کوره این قسمت توسط گل نسوز بسته می شود وبعد از انجام فرآیند ذوب وتصفیه این قسمت باز می شود کوره خم می شود ومذاب از آن تخلیه می شود.

7-دریچه سرباره گیری:

بعضی وقتها به طور مجزا وجود دارد که مشابه با محفظه تخلیه مذاب است (خود سیستم قابلیت این را دارد که تا 45 درجه کوره را برای تخلیه مذاب به جلو خم کند وتا 15 درجه برای تخلیه سرباره به عقب خم کند).

8- سیستم مکانیکی ومحرک :

که در کوره نقش دارند.

جهت ریخته گری فولاد در کوره معمولاًموارد زیر طی می شود که این مراحل تا حد زیادی بر مصرف الکترود تاثیر دارند

 

1- تعمیر وآماده سازی کوره :

معمولاً بک برنامه ذوب مشخص وجود دارد وطبق این برنامه کوره پس از هر ذوب بازدید می شود واگر احتیاج به تعمیر داشت تعمیر می شود پس از هر هفته نیز یک بازدید کلی می شود.

 

2- شارژ:

عموماً سقف کوره برداشته می شود وتوسط یکسری زنبیل ها شارژ به بالای کوره حمل می شود وپس از سوخته شدن که در کف زنبیل وجود دارند شارژ درون کوره ریخته می شود.صحیح چدن شارژ داخل زنبیل تا حد زیادی از شکستن الکترود جلوگیری می کند وباعث می شود مصرف الکترود کاهش یابد.

 

3- ذوب:

کوره روشن می شود وعمل ذوب انجام می گیرد .در این  مرحله مصرف الکترود کاهش یابد باید ولتاژ را مینیمم در نظر گرفت.

 

4- اکسیداسیون:

بعد از مرحله ذوب انجام می شود که همراه شارژ اصلی مقداری مواد اکسید کننده مثل سنگ آهن شارژ می کنند که عمل اکسیداسیون را انجام می دهد .

 علاوه بر آن از دمش اکسیژن نیز در کوره استفاده می شود تا عناصر اضافی مثل () حذف شود.

مصرف الکترود در این موقع خیلی زیاد است،زیرا عمده در صد الکترود را کربن با خلوص خیلی بالایی تشکیل می دهد در نتیجه در هنگام دمش اکسیژن به داخل کوره باید دقت زیادی شود ولنس اکسیژن به طرف الکترود ها گرفته نشود .

 

5-احیاء وآلیاژسازی :

تامرحله قبل محیط کوره اکسیدی بود وسپس محیط کوره را احیایی می کنند که در این مرحله عموماً گوگرد حذف می شود ودرصد عناصر دیگر مشخص می شود که این عمل با افزودن فروآلیاژها مثل فروسلیسیم ،فرومنگنز وسایر افزودنی ها انجام  می گیرد .

دراین مرحله اگردرصدکربن کمتر از حد موردنظر باشد با افزودن عناصری که درصد کربن آنها بالا است وعموماًآنها را به عنوان عناصر پر کربن می شناسند

مثل ، فروسلیسیم پرکربن ، فرو منگنز پرکربن با این روش می توان درصد کربن را تا حدودی بالا برد واز فروبردن الکترود در مواد مذاب به منظور بالا بردن درصد کربن جلوگیری کرد.

 

6-تخلیه مذاب :

مذاب از ناودانی داخل پاتیل تخلیه می شود .دراینجانیز با افزودن پودر گرافیت مرغوب تاحدودی می توان در صد کربن را درصورت نیاز بهبود بخشید.

 

 

مس بریلیوم

►     اضافه کردن مقداری بریلیوم به مس استحکام آلیاژآن را از بیشتر آلیاژهای پایه مس و بیشتر فولادهای سخت شده بیشتر می کند به علاوه عملیات مکانیکی کنترل شده می تواند محدوده ی خواص این آلیاژ را حتی بیشتر از نیاز ، افزایش دهد.

►     آلیاژهای مس-بریلیوم دو دسته اند . آلیاژهای High Strength که نسبت به هر آلیاژ دیگر مس استحکام بیشتری دارند و در اتصالات الکترونیکی ، سویچ ها و فنرها به طور وسیعی استفاده می شوند . این آلیاژ ها هدایت الکتریکی و گرمایی در حدود 20% مس خالص دارند . دسته دیگر آلیاژ های High Conductivity هستند . این آلیاژها رسانایی در حدود 50% رسانایی مس را دارا می باشند ولی در مرتبه پایین تری از نظر استحکام هستند . و در رابط های قدرت و رله ها استفاده می شوند .

►     اضافه کردن مقداری بریلیوم به مس استحکام آلیاژآن را از بیشتر آلیاژهای پایه مس و بیشتر فولادهای سخت شده بیشتر می کند به علاوه عملیات مکانیکی کنترل شده می تواند محدوده ی خواص این آلیاژ را حتی بیشتر از نیاز ، افزایش دهد.

►     آلیاژهای مس-بریلیوم دو دسته اند . آلیاژهای High Strength که نسبت به هر آلیاژ دیگر مس استحکام بیشتری دارند و در اتصالات الکترونیکی ، سویچ ها و فنرها به طور وسیعی استفاده می شوند . این آلیاژ ها هدایت الکتریکی و گرمایی در حدود 20% مس خالص دارند . دسته دیگر آلیاژ های High Conductivity هستند . این آلیاژها رسانایی در حدود 50% رسانایی مس را دارا می باشند ولی در مرتبه پایین تری از نظر استحکام هستند . و در رابط های قدرت و رله ها استفاده می شوند .

►     یکی از خواص فیزیکی مس - بریلیوم که تفاوت قابل توجه ای با دیگر آلیاژهای هم خانواده دارد هدایت گرمایی آن است. هدایت گرمایی و الکتریکی مس - بریلیوم استفاده از آن را در کاربردهایی که نیاز به اتلاف گرما و انتقال جریان دارند توسعه داده است.

►     مس - بریلیوم همچنین مدول الاستیسیته ای 10تا20  درصد بزرگتر از دیگر آلیاژهای ویژه مس دارد. ضریب انبساط گرمایی مس - بریلیوم در خارج از محدوده حرارتی که این آلیاژها استفاده می شوند، مستقل از ترکیب شیمیایی آلیاژاست. انبساط گرمایی این آلیاژ تقریبا برابر با فولاد زنگ نزن است.

خواص مس بریلیوم

►     ضد جرقه :                                                      Nonsparking

       یکی از قدیمی ترین و بهترین موارد مصرفی این آلیاژ در دست ابزارهای است که جرقه زدن آنها خطرناک است. این آلیاژ در برابر جرقه مقاومت بالایی دارد .

►     مقاومت سایشی :                               Galling Resistance

      آلیاژ مس - بریلیوم به طور ذاتی مقاومت سایشی بالایی دارد و در تماس با سایر مواد کمترین اصطکاک و خرابی سطح را دارد.

►     رفتار  برودتی  :                               Cryogenic Behavior

     مس-بریلیوم در قالب های هیدروژن مایع و اکسیژن مایع به علت استحکام و تافنس خوب در شرایط برودتی مورد استفاده قرار می گیرد.مس-بریلیوم مانند بسیاری از فولادهای استحکام بالا ، دمای DBTT ندارد .

 

 

►     استحکام در دمای بالا :         Elevated Temperature Strength

      آلیاژهای مس-بریلیوم استحکام خوبی برای دمای  500Fدارد. این آلیاژدر دمای  500Fمی تواند سرعت کرنشی و خصوصیات کششی همانند دمای اتاق داشته باشد . البته آلیاژهای استحکام بالا می توانند تا 600F این استحکام را حفظ کنند . سختی این آلیاژ باعث استفاده آن ها در جوشکاری الکترودی و قالب های تزریق پلاستیک می شود.

►     بازتاب پذیری  :                                                         Reflectivity

     آلیاژمس-بریلیوم پولیش شده سطحی شبیه یک آیینه دارد. به خاطر این رنگ خاص سطح آن ، نور و مخصوصا نور در طیف مادون قرمز را به طور کامل بازتاب می کند .

      بازتاب پذیری ، قابلیت ماشین کاری و ثبات اندازه منجر به استفاده این آلیاژ در آیینه ها به خصوص درموارد وجود نیروی گریز از مرکز یا سایر تنش ها می شود.

►     مقاومت در برابر خوردگی  :                     Corrosion Resistance

      مس-بریلیوم به علت داشتن سرعت خوردگی پایین ومقاومت ذاتی در برابر رسوب   قابل استفاده در آب شیرین و آب دریا می باشد سرعت خوردگی آلیاژ در آب دریا بسیار کم و قابل مقایسه با   Cupronicles می باشد.

        کابل های انتقالی که در آب قرار دارند تا بیشتر از 30 سال بدون رسوب گرفتگی و خرابی ناشی از خوردگی عمر می کنند . این کابل ها  به علت استحکام بالا قابلیت ماشین کاری و مقاومت خوب در برابر خوردگی و رسوب گرفتگی از مس-بریلیوم  ساخته می شوند

►     شکل ظاهری                                                           Appearance

        جلای طلایی رنگ آلیاژهای high strength  ورنگ مرجانی طلایی آلیاژهای   high conductivity باعث دلربا شدن شکل آلیاژ می شود.

         با پولیش کردن ، واکس زنی و جلا دادن این آلیاژ می توان از آن برای موارد تزیینی  استفاده کرد.

 

مس نیكل C7XX

►     نیكل برای تشكیل یك سری آلیاژ محلول جامذ به مس اضافه می شود . كه تقریباً 10 ، 20 و 30 درصد نیكل دارد و مفرغ نیكلی نامیده می شود .

►     افزایش نیكل استحكام و مقاومت خوردگی و اكسایش را افزایش می دهد ، از این رو برای مبردهای دریایی و لوله های انتقال آب دریا به كار می روند . چون آلیاژهای مس- نیكل به سرعت كار سخت نمی شوند برای لوله ها و صفحات مبرد ، مبدل های حرارتی و طیف گسترده ای از تجهیزات فرایند های شیمیایی به كار می روند .

v      كاربرد :

     قابلیت كار گرم و سرد خوب ، ساخت به روش شكل دادن و خمش ، جوشكاری . و در لوله های تقطیر ، لوله های مبدل گرما و بخار ، لوله های آب شور ، لحیم كاری ، سكه زنی به كار برده می شود .

v       نتیجه گیری :

►     در مقادیر زیاد نیكل مقاومت به خوردگی مطرح است .

►     با كاهش درصد مس و افزایش عناصری نظیر آهن ، قلع و بریلیوم استحكام این آلیاژها افزایش می یابد .

►     مقاومت به خوردگی این گروه از تمامی آلیاژهای مسی بهتر است .

    

 

آلیاژهای مس – آلومینیوم C6XX

►     آلیاژ های مس – آلومینیوم ، برنز آلومینیوم نامیده می شوند . این آلیاژ ها كاملا سخت اند  ، استحكام كششی زیادی دارند و چقرمه هستند . آنها به سایش و خستگی مقاوم اند و به علت لایه سطحی – خود جوش – اكسید الومینیوم مقاومت عالی به خوردگی دارند .

►     به دو دسته برنز های آلومینیوم α(5<%AL<8) و β(AL%>8) تقسیم می شوند . برنز های α  محكم و چقرمه ، و خواص كار سرد و مقاومت به خوردگی  خوبی دارند . برنز های β كه قابلیت تبدیل به فاز’  β و γ را دارند كه فاز هایی با استحكام بالا و قابلیت شكل پذیری پایینی هستند .

►     كاربرد آلیاژهای α :

►     قابلیت كار سرد و گرم خوب .

►     در مبرد ها ، لوله های مبدل گرما و بخار ، لوله های تقطیر ، پیچ و مهره ها و اتصالات و روكش فولاد برای سطوح سایش .

►     كاربرد آلیاژهای β :

            به وسیله آهنگری و پرس گرم ساخته می شوند . و در بوش ها ، چرخ دنده ها و كاربردهایی كه مقاومت به خوردگی لازم است و الكترودهای جوشكاری به كار برده می شوند .          

 

 

 

نتیجه گیری

►     حداكثر استحكام كششی 150 KSI می باشد كه در اثر برخی از عملیات های حرارتی باعث افزایش استحكام آن می شوند .

►     قابلیت ماشین كاری با افزودن عناصری نظیر قلع ، آهن و بخصوص سیلیسیم تا درجه 60  افزایش خواهد یافت . و می توان به مقاومت خوردگی عالی و استحكام های بالا در قطعات مرتبط با سایش ، اتصالات  ، شیرآلات ، اعضای سازه ها به این ترتیب دست یافت .

 

برنج α

►     حد اكثر % 0.37 روی در این برنج ها دیده می شود و ریز ساختار برنج های α شامل محلول جامد α می باشد  .

►     در مس خالص مقدار انرژی نقص چیدن زیاد است و نابجاییها براحتی می توانند لغزش متقاطع داشته باشند ، افزایش روی درمس باعث كاهش انرژی نقص چیدن می شود و لغزش متقاطع كاهش می یابد .

►     برنج طلایی (95% Cu,5% Zn) :

            قابلیت كار سرد عالی ، قابلیت كار گرم خوب برای پولك زنی ، لوله كاری ، كشش ، پانچ كردن و ریخته گری تحت فشار . به این ترتیب در لوله ها ، مدالها ، لباس های ضد گلوله ، پایه جواهر سازی در آب طلا كاری كاربرد پیدا می كنند .

►     برنج تجاری (90% Cu,10% Zn) :

            قابلیت آهنگری و پرس گرم ،  كاربرد در پرده سینما ، پرده های محافظ ، پوسته ماتیك و میخ و پرچ می باشد .

►     برنج جواهر سازی (87.5% Cu,12.5% Zn) :

            در گوشه ها ، كانال ها ،زنجیرها ، زینت آلات لباس و همچنین به عنوان پایه برای آب طلا كاری به كار می روند .

►     برنج قرمز (85% Cu,15% Zn) :

            كار سرد و گرم پذیری عالی . و در محافظ های باران ، هادی ها ، حفره های اتصال ، خاموش كننده های آتش ، مبدل های حرارتی به كار می روند .

►     برنج فشنگ (70%Cu , 30%Zn) :

            كار پذیری سرد عالی . در بدنه رادیاتور و مخازن، چفت و بست ، گیره ها و لوله ها ، و پین ها و پرچ ها بكا رمی روند .

             

برنج های α+β

►     ایــن آلیــاژها دارای ساختـاردوفــازی مـی. كا رسرد برنج α+β مشكل است زیرا دارای فاز β است ، و بنابراین ، این آلیاژها اساساً یك آلیاژ گرم كار می باشد . وجود فاز β باعث قابلیت كار گرمی می شود ولی شكل پذیری ان را كاهش می دهد .

►     برنج زرد (65%Cu, 35%Zn) :

    كارسرد پذیری عالی و مانند برنج فشنگ كاربرد دارند اما در ساخت مهمات از آنها استفاده نمی شود .

►     برنج زرد (60%Cu, 40%Zn) :

    كار پذیری گرم و آهنگری عالی برای پولك زنی ، شكل دادن و خم شدن ، آهنگری گرم و پرس . و در معماری ، پیچ و مهره های بزرگ ، میله لحیم كاری و مبدل های حرارتی كاربرد دارند .

   

برنجهای قلع دار  C4XX

►     افزایش 1% قلع به برنج فشنگ مقاومت آن را به آب دریا افزایش می دهد ، و به برنج دریایی معروف هستند .

►     افزایش در حدود 0.04% آرسنیك از روی زدایی جلو گیری می كند .

►     برنج دریایی (60% Cu, 39.25% Zn, 0.75% Sn) :

    كارپذیری آهنگری گرم عالی ، پرس . و در بست قورباغه ای هواپیما ، گلوله ها ، پیچ ، سخت افزار دریایی ، صفحات مبرد و میله های جوشكاری كاربرد پیدا می كنند .

 

 

 

آلیاژهای مس – قلع C5XX

►     آلیاژ هایی كه اساسا از مس و قلع تشكیل شده اند برنز های قلع دار نامیده می شوند از آنجایی كه اغلب برای اكسیژن زدایی به آنها فسفر افزوده می شود ، برنز فسفر دار نیز نامیده می شوند . این آلیاژ ها خواص مطلوبی مثل استحكام زیاد ، مقاومت به سایش و مقاومت خوبی در آب دریا دارند .

►     برنز های كار شده مس – قلع

    این برنز ها كه در حدود 1.25 تا 10% قلع دارند برنز های فسفر دار نامیده می شوند زیرا معمولا تا حدود 0.1% فسفر دارند ، كه برای بهبود قابلیت ریخته گری و اكسیژن زدایی افزوده می شود . فسفر اضافی تشكیل تركیب cu3p می دهد كه استحكام و سختی برنز را افزایش می دهد . برنز های قلع دار دارای استحكام بیشتری به نسبت برنج ها می باشند ، مخصوصا در شرایط كار سرد شده . و مقاومت به خوردگی بیشتری به نسبت برنج ها دارند .

►     برخی از كاربرد های برنز های كار شده

   قابلیت كار سرد وگرم خوب ، خمش ، كشش عمیق . ودر اتصالا ت الكتریكی ، سخت افزار خطوط الكتریكی و د یسك های اتصال به كار می روند .

►     برنز های مس – قلع ریخته شده

   مقدار زیاد قلع ، بیشتر از حدود 10% ، این آلیاژ ها را غیر كار پذیر كرده است ولی تا 16% قلع قابلیت ریخته شدن را دارد . برای ساخت قطعات مستحكم       یا تا قان از روش ریخته گری گریز از مركز استفاده می شود .

 

نتیجه گیری

►     مقاومت خوب به خوردگی در آب دریا

►     قابلیت ماشینكاری یكسان (درجه 20)

►     بیشترین استحكام كششی در حـدود 147 KSI و بیشتـرین درصـد ازدیـاد طـول 70 می باشد .

►     و به طور كلی مقاومت به سایش و خستگی و خواص ارتجاعی با افزایش درصد قلع و كمی فسفر محسوس خواهد بود .

مقدمه

- مس از جمله مهمترین فلزات مهندسی است ، زیرا كه هم در حالت آلیاژی و هم در حالت خالص دارای كابرد وسیعی دارد .

- مس و آلیاژهای آن بر حسب سیستمهای مجازی كه جامعه توسعه مس (C.D.A) طراحی كرده است طبقه بندی می شوند . در این سیستم اعدادی از 100تا 799 مشخص كننده آلیاژهای كار شده و اعدادی از 800 تا 999 مشخص كننده آلیاژ های ریخته شده می باشد .

 

7

 

مس كار شده

   مس غیر آلیاژی(C1XX) :

►     از آن جایی كه هدایت الكتریكی آان بالا می باشد به مقدار زیادی در صنایع الكتریكی به كار می رود .

►     خواص دیگر مس غیر آلیاژی عبارتند از : مقاومت خوب به خوردگی ، استحكام كششی معقول و مشخصات خوب لحیم كاری .

►      مس كار شده بر حسب مقدار اكسیژن و ناخالصی های آن طبقه بندی می شودكه به سه دسته زیر تقسیم می شوند :

     1) الكترولیتی تصفیه شده

    2) بدون اكسیژن

    3) اكسیژن زدایی شده با فسفر

 

مس الكترولیتی تصفیه شده   C11X

►     دارای حد اقل 99.9% مس و0.04% اكسیژن اسمی است . این مس ارزانترین مس صنعتی است كه به طور وسیعی در ساخت سیم میله صفحه تسمه به كار می رود .

►     اكسیژن بعضی از ناخالصی ها را به اكسید آن تبدیل می كند به این ترتیب اگر درصد اكسیژن در مس در حدود 0.04% باشد هدایت الكتریكی را افزایش می دهد .

►     كاربرد : ناودان های عمودی ، آبروها ، مصالح سقف سازی ، واشر ها ، رادیاتورهای اتومبیل ، گل میخ ها ، پرچ ها و انتقال دهنده های قوی .

 

مس بدون اكسیژن  C10X

►     مس بدون اكسیژن را می توان با ذوب و ریخته گری مس كاتدی كه به طریق الكترولیتی تصفیه شده است در اتمسفر احیا كننده منو اكسید كربن و نیتروژن بدست آورد ، در این عمل از ورود اكسیژن به درون مس جلو گیری می شود .

►      اگر كاتد های منتخب از مس با خلوص زیاد ذوب شوند ، مس بدون اكسیژن 99.99% تولید میشود كه در اغلب كاربرد های الكترونیكی ارجحیت دارد

►      كابرد ها :

     كاربرد هایی در خطوط گاز و گرم كننده ها ، تهویه مطبوع ، میله ها و لوله های پلمب كردن ، مخازن و... اشاره كرد . 

 

مس اكسیژن زدایی شده  C14و C13X و   C12X

►     با افزایش فسفر به مقدار كافی ، تمام اكسیژن موجود در مس  به پنتا اكسید فسفر تبدیل می شود .

►     از آنجایی كه درصد فسفر محلول در این نوع از مس ها بسیار اندك(كمتر از 0.009%) می باشد تاثیر آن چنانی روی هدایت الكتریكی مس ندارد . اگر این مقدار در حد (0.04%) باشد باعث كاهش شدید هدایت الكتریكی می شود .

►     از جمله معایب این گروه از مس ها تشكیل مكهای لوله ای به هنگام انجماد است .

►     كاربرد ها : قطعات آتشدان لوكوموتیو ، مبدل های گر مایی و لوله های تحت فشار ، خطوط آب ، بخار ، گازوییل و هیدرولیك ...

►      

 

 

 

نتیجه گیری

►     به طور كلی مس اكسیژن زدایی شده استفاده وسیع در صنایع الكترونیكی دارد .

►     حداكثر استحكام كششی این مس ها حدود (70 KSI) و حداكثر تغییر طول در حدود 60 می باشد .

►     قابلیت ماشین كاری آنها یكسان می باشند و در اكثر شكل های تجاری در می آیند .

 

برنج های C2XX

►     برنـج های مس _ روی شـامل یك سـری از آلیـاژهای مس بـا حد اكثر 40% روی می باشند . با تغییر در مقدار روی خواص آلیاژ های cu_zn نیز تغییر می كند .

►      دسته ای از این برنج ها كه عناصر آلیاژی نظیر قلع ، آلومینیوم ، سیلیسیم ، منگنز، نیكل و سرب دارند به برنج های آلیاژی معروفند .

►     عناصر آلیاژی  كه به ندرت از 4% تجاوز می كنند برخی از خواص آلیاژ را بهبود می بخشند .

►      

مشخصات منحنی :

n      Age hardening در  600°Fتا 625°Fبرای تمام تمپرها ماکزیمم استحکام را می دهد وافزایش دما باعث کاهش زمان رسیدن به ماکزیمم استحکام می شودو کاهش دما باعث کاهش سرعت استحکام دهی و طولانی شدن زمان رسیدن به ماکزیمم استحکام می شود .

n      افزایش استحکام باعث کاهش داکتیلیتی می شود.

 

Cold Work Response :

n      کار سرد به همراه پیرسختی آلیاژ دلالت بر تغییر فرم پلاستیک در زیر دمای آغاز رسوب می کند. همراه افزایش استحکام یک کاهش در داکتیلیتی که به وسیله elongatoin  اندازه گیری می شود  مشاهده می شود .

n      کار سرد مقدار رسوب ها را افزایش می دهد و به وسیله این عمل سرعت پیرسختی را افزایش می دهد.

 

 

    

          این نمونه به وسیله هیدروکسید پر سولفاید آلومینیوم یا  دی کرومیت پتاسیم اچ شده   است که باعث آشکار شدن مرزدانه ها و آثار کار سرد و Age hardening در تمام  تمپرها می شود. البته اچانت ثانویه باعث بالا بردن contrast بریلیدها درشرایط as-polish می شود.

 

ضد جرقه   Nonsparking :

 یکی از قدیمی ترین و بهترین موارد مصرفی این آلیاژ در دست ابزارهای است که جرقه زدن آنها خطرناک است. این آلیاژ در برابر جرقه مقاومت بالایی دارد .

مقاومت سایشی Galling Resistance:

آلیاژ مس - بریلیم به طور ذاتی مقاومت سایشی بالایی دارد و در تماس با سایر مواد کمترین اصطکاک و خرابی سطح را دارد.

رفتار  برودتی                            Cryogenic Behavior :

مس-بریلیم در قالب های هیدروژن مایع و اکسیژن مایع به علت استحکام و تافنس خوب در شرایط برودتی مورد استفاده قرار می گیرد.

 

  استحکام در دمای بالا  : Elevated Temperature Strength

آلیاژهای مس-بریلیم استحکام خوبی برای دمای500Fدارد.

سختی این آلیاژ باعث استفاده آن ها در جوشکاری الکترودی و قالب های تزریق پلاستیک می شود.

  بازتاب پذیری : Reflectivity

آلیاژمس-بریلیوم پولیش شده سطحی شبیه یک آیینه دارد.

بازتاب پذیری ، قابلیت ماشین کاری و ثبات اندازه منجر به استفاده این آلیاژ در آیینه ها به خصوص درموارد وجود نیروی گریز از مرکز یا سایر تنش ها می شود.

عملیات سطحی مخصوص   Special Surface Treatment:

      این آلیاژ می تواند تحت تاثیر لیزر و اشعه الکترونی و solution annealing  لعاب کاری شود. پوشش دهی سطح این آلیاژ باعث افزایش  سختی و خاصیت تابشی و همچنین بهبود شکل ظاهری آلیاژ می شود.

  مقاومت در برابر خوردگی Corrosion Resistance  :

     مس-بریلیم به علت داشتن سرعت خوردگی پایین ومقاومت ذاتی در برابر رسوب   قابل استفاده در آب شیرین و آب دریا می باشد

   شکل ظاهری Appearance :

       جلای طلایی رنگ آلیاژهای high strength  ورنگ مرجانی طلایی آلیاژهای high conductivity باعث جذاب شدن شکل آلیاژ می شود.

       با پولیش کردن ، واکس زنی و جلا دادن این آلیاژ می توان از آن برای موارد تزیینی  استفاده کرد.