تاریخچه پیدایش مس

1. مس یکی از مفیدترین و پر مصرف ترین عناصر فلزی است و گفته می شود که اولین فلز کشف شده توسط بشر بوده است ، چون جزء محدود فلزاتی است که به شکل خالص در طبیعت یافت می شود (مثل طلا و، نقره و ... )رنگ این فلز پرتقالی مایل به سرخ است که جاذبه خاصی به آن می دهد و از دیر باز مورد تقاضای بشر بوده است . مس

2. تاریخچه پیدایش مس • در حدود 6000 سال قبل از میلاد، بشر دریافت که می تواند مس را در کوره ذوب نموده آن را به شکل مورد نظر قالب گیری نماید . به این ترتیب رابطه مابینسنگ معدن محتوی مس و مس فلزی کشف گردید و مشخص شد که می توان با کمک آتش و زغال چوب ، سنگ معدن مس را احیا نمود و مس آنرا بدست آورد . این اکتشاف سر آغاز عصر فلزات و پیدایش و شکل گیری دانش متالورژی بود .

3. تاریخچه پیدایش مس • در طول قرون وسطی و در اوایل عصر جدید ، استخراج ، متالورژی و تولید فرآورده های نهایی مس در اروپا متمرکز گردید و به خصوص آلمان تکنولوژی جدیدی برای صنعت مس ابداع نمود و بکارگیری مس در تولید توپ برنجی و سایر تجهیزات و ادوات نظامی موجب افزایش مصرف مس گردید . • در قرن هجدهم مرکز صنعت جهانی مس به بریتانیا منتقل گشت و این کشور تا پایان این قرن بزرگترین تولید کننده مس گردید . به طوری که 4/3 کل مس تولید شده در جهان را عرضه می داشت .

4. تاریخچه پیدایش مس • از زمانی که بشر آموخت سلاحها و ابزار های خود را از آهن و فولاد تهیهنماید ، مس نقش های دیگری در زندگی او پیدا کرد . مس به عنوان یک فلز با دوام و زیبا به گونه ای همه جانبه در تولید وسایل خانگی ، لوله های آب ، دریانوردی و سایر مواردی که احتیاج به فلزی مقاوم در برابر خوردگی بود ، مورد استفاده قرارگرفت . خاصیت فوق العاده آن در هدایت جریان برق ( بعد از نقره ) سبب گردید که در قرن بیستم بیشترین کاربرد را در این زمینه داشته باشد.

5. خواص فیزیکی مس • وزن اتمی 63.57 • عدد اتمی 29 • شعاع اتمی A 1.277 • چگالی در 20درجه 8.93 g/cm^3 • نقطه ذوب C 1083ونقطه جوشC 2580 • گرمای ویژه 0.3845 J/gK • هدایت حرارتی 0.94 Cal/Cm.S.C

6. خواص مکانیکی مس • Crystal structure: FCC • • E= 130 GPa • • Mechanical Properties: • – UTS Annealed: 173 MPa • – Cold worked: 413 MPa • HB =45

7. سنگهای معدنی مس • سنگهای اکسیده • سنگهای سولفوره • مس طبیعی 99.92%

8. سنگهای اکسیده

9. سنگهای سولفوره

10. روشهای استخراج مس • روش احیا • روش تهیه مات • روش هیدرو متالورژی

11. روش احیا

12. روش تهیه مات

13. روش هیدرو متالورژی

14. انواع مس موجود در صنعت • مس کاتدیک تصفیه الکتریکی(KE-Cu)Cu_CATHو ISO/DR2311 • مس حاوی اکسیژن • مس عاری از اکسیژن

15. مس حاوی اکسیژن • مس کاتدیک تصفیه الکتریکی(E1-Cu58) Cu-ETp, ISO/R431 مصارف الکتریکی بدون خواص مناسب جوشکاری ولحیم کاری • مس تصفیه شده حرارتی (E2-Cu58)Cu-FRHC,ISO/R428 مصارف الکتریکی بدون خواص مناسب جوشکاری ولحیم کاری • مس تصفیه شده حرارتی (E-Cu57) مصارف الکتریکی محدود بدون خواص مناسب جوشکاری ولحیم کاری • مس تصفیه شده حرارتی (F-Cu) Cu-FRTp, ISO/R1429 مصارف صنعتی بدون خواص چندان مناسب الکتریکی

16. مس عاری از اکسیژن • اکسیژن زدائی در خلا(OF-Cu) مصارف الکتریکی با خواص مناسب جوشکاری ولحیم کاری • اکسیژن زدائی توسط فسفر(SE-Cu) مصارف الکتریکی با خواص مناسب جوشکاری ولحیم کاری • اکسیژن زدائی توسط فسفر(SW-Cu)Cu-DLp,ISO/R1430 مصارف الکتریکی محدود با خواص مناسب جوشکاری ولحیم کاری • اکسیژن زدائی توسط فسفر(SF-Cu)Cu-DHp,ISO/R1430 مصارف الکتریکی محدود با خواص مناسب جوشکاری ولحیم کاری

17. آلیاژهای مس • برنجها • برنزها • مس والومینیوم • مس ونیکل • مس و سیلیسیم(.4%) • مس و برلیم(2-2.5%) • مس و نقره

18. برنج Brass • برنج یکی از آلیاژهای مس محسوب می شود که حداکثر دارایZn 40% می باشد و معمولا با C2xxنمایش داده می شود.

19. بعضی مواقع عناصری مانند قلع، آلومینیوم، سیلیسیم، منگنز، نیکل و سرب نیز برای بهبود خواص برنج به آن افزوده می شود که مقدار آنها به ندرت از 4% بیشتر می شود و به این نوع برنج، برنج آلیاژی گفته می شود، که مثلا برنج های سرب دار با C3xx و برنج های دارای قلع با C4xx نمایش داده می شود.

20. Brass — An Alloy of Copper and Zinc The copper-zinc phase diagram.

21. دسته بندی • برنج تجارتی را می توان به دو گروه مهم تقسیم کرد: • 1) برنج α با ساختار α که حداکثر دارای 35% Zn می باشد. • 2) برنج β+ α با ساختار دو فازی که اساسا دارای 40%Zn می باشد.

22. برنج α: خواص و کاربرد • تشکیل محلول جامد α که ساختاریFCC دارد تا 39% Zn در 456°C است که در دماهای پایین تر حداکثر همان 35%Zn را دارا می باشد. • کاربردهای برنج α اساسا به شکل پذیری مطلوب همراه با استحکام کافی، مقاومت خوب به خوردگی، رنگ های جذاب و قابلیت لحیمکاری بستگی دارد. هم چنین می توان با پوشش دادن آن با نیکل و کرم، هدایت گرمایی آن را بهبود بخشید و در محیط های انتقال گرما به کار برد. • این نوع برنج دارای قابلیت کار سرد عالی است و قابلیت کار گرم آن نیز مناسب می باشد، به همین دلیل کاربردهای زیادی دارند.

23. مثلا برنج طلایی،210، (95%Cu-5%Zn) در ساخت لوله ها، مدال ها، لباس ضد گلوله، فیوز و ...استفاده می شود. • برنج تجاری،220، (90%Cu-10%Zn) در پرده سینما، پرده های محافظ، پوسته لوازم آرایشی(ماتیک)و...مورد استفاده قرار می گیرد. • برنج جواهرسازی،226، (87.5%Cu-12.5%Zn) درساخت زینت آلات • برنج قرمز،230،(85%Cu-15%Zn) در ساخت محافظ باران، هادی ها، بدنه رادیاتور، میله های پلمب و... • برنج کم عیار،240،(80%Cu-20%Zn) در ساخت ظروف باتری، آلات موسیقی، عقربه ساعت و...

24. بهترین ترتیب شکل پذیری و استحکام در آلیاژ70%Cu-30%Zn رخ می دهد و بنابراین این آلیاژ را می توان برای قابلیت عالی کشش عمیق آن به کار برد.این آلیاژ ”برنج فشنگ“ نامیده می شود و در کاربردهای دیگری مانند بدنه رادیاتور، مخازن چراغ قوه، ته لامپ، چفت و بست، گیره ها، لوله و مفصل، مهمات، وسایل پلمب کردن و...کاربرد دارد.

25. برنج زرد،270 یا268 ،(65%Cu-35%Zn) نیزکاربردی مانند برنج فشنگ دارد، ولی در مهمات استفاده نمی شود. • در کل در برنج α با افزایش درصد Zn،استحکام کششی، سختی و شکل پذیری افزایش می یابد. رنگ آنها نیز از قرمز، طلایی تا سبز زرد تغییر می کند.

26. برنج β+ α: خواص و کاربرد • وقتی مقدار Zn بیش از حد حلالیت در در فاز α شود، فاز β که دارای ساختار BCC است، تشکیل می شود. به دلیل وجود فاز β، کار سرد این آلیاژ مشکل است و در کل یک آلیاژ گرمکار است. وجود فاز β باعث شده که این آلیاژ عملیات گرمایی پذیر باشد، ولی شکل پذیری آن را کاهش داده است. ساختار دانه ای برنج β+ α به آسانی می تواند با کار گرم ریزتر شود.

27. پرکاربردترین برنج β+ α، آلیاژ60%Cu-40%Zn است که به ”برنج زرد“ معروف است. در معماری، پیچ و مهره های بزرگ، میله لحیمکاری، صفحات مبرد، لوله های مبدل حرارت و... کاربرد دارد. • البته بعد از β، یعنی با روی بیش از 50%، محلول جامد γ تشکیل می شود که ساختاری پیچیده و شدیدا شکننده دارد که در مهندسی کمتر به کار می روند.

28. برنج های آلیاژی و پیشرفت های اخیر • سرب دار: برای بهبود قابلیت ماشینکاری، 0.5-3% Pb به برنج اضافه می شود که به برنج ”خوش تراش“ معروف است. • آلومینیوم قلع دار: افزودن 1%Sn به برنج فشنگ (70%Cu-30%Zn)، مقاومت آن را به خوردگی در آب دریا افزایش می دهد(برنج دریایی). • افزودن 0.04% آرسنیک باعث جلوگیری از پدیده خوردگی روی زدگی می شود که در دیگ های بخار دریایی به کار می رود. • روی زدگی: ترجیحا روی خورده می شود و پسمانده متخلخل مس و محصولات خوردگی باقی می ماند. در مورد مکانیزم آن اعتقاد بر این است که روی به سطح برنج نفوذ می کند و ترجیحا در آنجا واکنش می دهد.

29. جایگزینی قلع با آلومینیوم، برنجی را ایجاد می کند که یک لایه اکسیدی ”خودجوش“ محافظ در سطح آن به وجود می آید.لایه نازک اکسید سخت آلومینیوم دار آلیاژ را نسبت به برنج دریایی در برابر حملات آب با سرعت زیاد مقاوم تر می کند. امروزه آلیاژ”77.5%Cu-20.5%Zn-2%Al“ (برنج آلومینیوم دار) با افزایش آرسنیک برای جلوگیری از روی زدگی در دیگ بخار دریایی استفاده می شود. • افزودن 1%Sn به برنج زرد(60%Cu-40%Zn) باعث بهبود مقاومت به خوردگی می شود که ”برنج کشتی“ نام دارد.

30. خواص فیزیکی و مکانیکی برنجهاطبق استاندارد DIN,VDM

31. خواص فیزیکی و مکانیکی برنجهاطبق استاندارد DIN,VDM

32. برنزچيست؟ اولینباربرایآلیاژهایمسوقلعبهکاررفتولیاکنونبرایتمامآلیاژهایمس،بجزمسورویبهکاررفتکهحاویحداکثر 12% عنصرآلياژیباشدبهکارمیرود. برنزهایتجاری:آلياژهایمسوقلع،آلومینیوم،سیلسیميابريليم

33. دسته بندی برنزها • برنزهای قلع • برنزهای سيلسيم • برنزهای آلومينيوم • برنزهای بريليم • منگنز برنزها(ASM)

34. برنزهای قلع : • این دسته از برنزها عموما” به فسفر برنزها شهرت دارند. چرا؟ زیرا در ريخته گری آنها عموما” فسفر به عنوان اکسيد زدا افزوده می شود. ترکیب آلیاژ:فسفر% 0.5-0.01 قلع% 11-1

35. برنزهای قلع بعد از ذوب مس در دمای فوق ذوب (ºC 1150 تا 1170) عمل اکسیژن زدایی با فسفر به میزان 0.04% انجام می گیرد و سپس قلع ، سرب و روی مستقیما” به مذاب اضافه می شوند. در مورد ذوب برنزهای ثانویه وبرگشتیها ابتدا قسمتی از آلیاژ ذوب می شود و سپس با ذغال چوب آنرا پوشش می دهند و آنگاه مابقی شارژ را که تا ºC 200 حرارت داده شده است را در چند قسمت ویا یکجا به مذاب اضافه می کنند.

36. ویژگيها: • استحکام زياد • چقرمگی • مقاومت در برابر خوردگی • ضريب اصطکاک کم • عدم تمایل به ترک خوردن ناگهانی • مثالهای کاربردی: • ساخت ديافراگمها ، واشر قفلی ، ميخ پرچ، بوش ، دیسک کلاچ و فنرها • گاهی به جای مقداری از قلع ،روی افزوده می شود که نتیجه اين کار افزایش خواص ریختگی و چقرمگی و اثر کمی بر مقاومت در برابر سایش است. • اغلبسرب را برای افزایش قابلیت ماشینکاری و مقاومت در برابر سایش ، به برنز قلع اضافه می کنند . برنز قلع پر سرب حاوی حداکثر% 25 سرب است . ( آلیاژهای سرب دارر در بوش و یاتاقانهای تحت بار کم یا متوسط مصرف می شوند.)

39. ساختار قطعه ريختگی آلياژ فسفر برنز 10 الف: سريع سرد شده ، ذرات دلتا در زمينه شاخه ای آلفا ب: جزييات فاز دلتا

40. برنزهای سیلیسیم : • این آلیاژ مستحکمترین آلیاژ کار سختی پذیر مس است. به طوریکه خواص مکانیکی آن با فولاد ساده و مقاومت در برابر خوردگی آن با مس قابل مقایسه است. کاربرد در ساخت مخازن تحت فشار ، مخازن ، سازه های دریایی و خطوط هیدرولیک تحت فشار

42. برنزهای آلومینیوم : • برنز آلومينيوم تک فاز : دارای قابلیت سرد کاری ، استحکام خوب و مقاومت در برابر خوردگی در جو و آب است . • برنز آلومینیوم ( β+ α ): این دسته از برنزها به دلیل قابلیت عملیات حرارتی و داشتن ساختاری شبیه فولادها مورد توجه اند. از برنز آلومینیوم عملیات حرارتی شده برای ساخت چرخدنده ها ، توپی پره ها، تیغه ها ، اجزای پمپ ، یاتاقان ، بوش ، ابزارهای جرقه نزن ، قالبهای کشش و شکل دهی استفاده می شود.

46. برنزهای بريليم : • این برنزها در قطعاتی که به ترکیبی از خواص : شکل پذیری عالی در حالت نرم با استحکام تسلیم زیاد ، استحکام خستگی متوسط و مقاومت در برابر خزش در حالت سخت شده نیاز دارند ( همانند بعضی از فنرها ) و نیز در قطعاتی که به مقاومت در برابر خوردگی ، استحکام زیاد و رسانایی الکتریکی نسبتا” زیاد احتیاج دارند به کار می روند.( دیافراگمها، ابزارآلات جراحی و پیچها) و همچنین در قطعاتی که در تماس با فولادها هستند.( قالبها)

49. الف : آهسته سرد و پیر شده- فازγ در زمینه α • ب: حل نمودن رسوبها و پیر سازی – ذرات ریز γ در زمینه α • ج: ساختار فرا پیر شده • د: فاز β به صورت نوارهای متراکم α تیره