فلزات غیر آهنی
استفاده گسترده فلزات غیر آهنی در صنایع به دلیل ویژگیهای منحصر به فرد آنهاست. فلزات غیرآهنی به صورت خالص در کاربردهای خاص و یا به صورت آلیاژ با سایر عناصر به کار میروند. به طور کلی فلزات غیرآهنی در دو دسته اصلی فلزات غیرآهنی سنگین و فلزات غیرآهنی سبک قرار دارند.
فلزات غیر آهنی سنگین
فلزاتی که جرم مخصوص آنها بیشتر از ۵ کیلوگرم بر دسی مترمکعب باشد، فلزات سنگین نامیده میشوند. مس، روی، قلع، کروم، تنگستن، مولیبدن، کبالت، منگنز، آنتیموان، کادمیم، بیسموت، جیوه و فلزات قیمتی ماننده نقره، طلا و پلاتین از مهمترین فلزات غیر آهنی سنگین هستند.
مس
مس و آلیاژهای آن در مقایسه با سایر فلزات برای ساخت و ساز مهندسی کاربرد بیشتری دارد. انتخاب آلیاژهای مس به منظور مصارف گوناگون، اغلب به خواص مکانکیی یا فیزیکی ویژه آنها بستگی دارد. نیاز به ضریب هدایت الکتریکی و حرارتی بالا، برای برخی از قطعات در به کارگیری این فلز و آلیاژهای آن در ساخت قطعات بسیار مورد توجه است. خواص دیگری همچون مقاومت به خوردگی، شکلپذیری عالی، قابلیت ریختهگری و خواص مکانیکی مطلوب، از دیگر ویژگیهای مورد توجه مس و آلیاژهای آن است.
سنگ معدن مس، اغلب به صورت سولفید یافت میشود. مس به دو صورت اساسی تولید مات مس و روش هیدرومتالورژی تهیه میشود. در روش تهیه مات مس، سنگهای معدنی گوگرددار مس در کورههای ذوب به مخلوطی از مس و آهن (مات مس)، تبدیل میشوند. سپس این ماده توسط یک مبدل به مس خام تبدیل میشود که بعد از تصفیه فلز مس به دست میآید.
در روش دیگر که هیدرومتالورژی نام دارد، سنگهای اکسیدی و به ویژه سنگهای کربناتدار مس، مورد استفاده قرار میگیرد. پس از حذف گوگرد، سنگ معدن مس را در حلال مناسبی مثل اسید سولفور کی یا اسید هیدروکلریک حل کرده و مس را با روشهای جداسازی، تفکیک میکنند. این روش آلودگی کمتری دارد و از این جهت بر روش تولید مات مس برتری دارد.
خواص مس
از مهمترین خواص مس میتوان به ضریب هدایت الکتریکی بالای مس اشاره کرد. مس پس از نقره، بهترین ضریب هدایت الکتریکی را دارد و به همین دلیل بیشترین مصرف مس در صنایع برق و الکترونیکی است.
جالب است بدانید مس یکی از عناصر فلزی است که بیشتر به صورت خالص به کار میرود و آلیاژهای آن تولید و مصرف کمتری دارند. مس در حالت خالص ضریب هدایت الکتریکی بیشتری نسبت به حالت آلیاژی آن دارد، هر چند حالت آلیاژی مس خواص مکانیکی بهتری از خود نشان میدهد. در حال حاضر ۶۰ درصد تجهیزات الکتریکی، از مس برای انتقال جریان در کاربردهای مختلف استفاده میکنند.
رابطه تنگاتنگی میان ضریب هدایت الکتریکی و ضریب هدایت حرارتی برقرار است که ناشی از پیوند فلزی بین اتمهاست. از این رو انتظار داریم همانطور که ضریب هدایت الکتریکی مس زیاد است، ضریب هدایت حرارتی آن هم زیاد باشد. علاوه بر این مس مقاومت به خوردگی خوبی نیز دارد. این دو خاصیت باعث شده تا از آن در تولید تجهیزات سرمایشی و گرمایشی به وفور استفاده شود.
قابلیت جوشکاری مس و آلیاژهای آن بسیار مورد توجه است، زیرا برای جوشکاری آلیاژهای مس با روشهای مختلف، هیچ گونه محدودیتی وجود ندارد. از آلیاژهای مس برای جوشکاری مقاطع با ضخامت کم استفادههای وسیعی میشود. زیرا ضریب هدایت حرارتی خوب آنها، مانع از تمرکز حرارت در منطقه جوش و ذوب شدن فلز پایه در این ناحیه میشود.
خواص ماشینکاری، شکل پذیری و ریختهگری مس و آلیاژهای آن مزیتی است که اغلب در تولید انبوه و سریکاری از آلیاژهای مس استفاده میشود. قابلیت شکلپذیری و چکشخواری مس نیز بسیار مطلوب است، به طوری که قطعات تولید شده از این عنصر به روشهای آهنگری و کشش عمیق را با هیچ عنصر دیگری نمیتوان مقایسه کرد. به همین دلیل اغلب اتصالات و شیرها را با روشهای گوناگون شکلدهی از مس و آلیاژهای آن بالاخص برنج تولید میکنند.
آلیاژهای مس
مس به صورت خالص استحکام کمی دارد. در بهترین حالت، مس کار شده را میتوان تا استحکام ۳۵۷ MPa مستحکم کرد که این استحکام در اغلب کاربردهای مهندسی، استحکام کمی محسوب میشود. لازم است با آلیاژسازی استحکام این فلز را افزایش داد. آلیاژهای مس را به دلیل قیمت زیاد و کمیاب بودن میتوان با فلزات و آلیاژهای دیگر که ارزانتر هستند، جایگزین کرد. ولی همچنان مس و آلیاژهای آن در مهندسی، بالاخص در مهندسی برق و مکانیک کاربردهای وسیع و غیر قابل انکاری دارند.
برنجها
آلیاژهای مس و روی را با نام برنج میشناسند. برنج به آلیاژهایی از مس اطلاق میشود که حداکثر ۴% روی دارند با تغییر میزان روی، خواص آلیاژ مسس روی (برنج) هم تغییر میکند. برنجهایی که حاوی عناصر دیگری مثل قلع، آلومینیم، منگنز، سرب و دیگر عناصر آلیاژی پرکاربرد، میتوان به برنج قرمز، برنج زرد و برنجهای زرد ویژه اشاره کرد.
برنج قرمز در کاربردهایی که شکلپذیری زیاد و مقاومت به خوردگی نیاز باشد استفاده میشود. مثل لولهها، و شیرها و اتصالات. برنجهای زرد به خوبی شکل میپذیرند و اغلب از آ نها در تولید ورقها، میلهها، سیم و بالاخص در تولید پوکه فشنگ استفاده میکنند هر چه مقدار مس در آلیاژ برنج بیشتر باشد قابلیت تغییر فرم بدون براده برداری آن افزایش مییابد. با اضافه کردن سیر عناصر آلیاژی به برنج مثل قلع و آلومینیم میتوان گروه برنجهای ویژه را تولید کرد. مفرغ از جمله برنجهای زرد ویژه است که با اضافه شدن قلع به برنج تولید میشود قلع مقاومت به خوردگی را افزایش میدهد. مفرغ فلزی است باستانی و قدمتی دیرینه دارد.
برنزها
اصطلاح برنز در ابتدا برای تشریح آلیاژهای مس قلع به کار گرفته شده، ولی در حقیقت این اصطلاح برای هر آلیاژ مس (به استثنای مس – روی) که
دارای حداکثر ۲۵ درصد از عناصر آلیاژی اصلی باشد اطلاق میشود. برنزها از نقطه نظر استحکام، مستحکمتر از برنجها هستند. برنز قلع یکی از قدیم یترین آلیاژهایی است که توسط انسان به کار گرفته شده است. امروزه استفاده از آن محدود شده چرا که هم مس و هم قلع از قیمت زیادی برخوردار هستند و از این آلیاژها در کاربردهای خاصی استفاده میشود. آلیاژهای مس – قلع همان طور که بیان شد از آلیاژهای مس- روی گرانتر هستند ولی بسیار مستحکمتر و مقاومت به خوردگی بالاتری هم دارند. دو نوع از برنزهای مس – قلع که بسیار مورد توجه هستند، فسفر برنز و برنز سرب دار است این دو آلیاژ مصرف زیادی در یاتاقانها دارند و اغلب بوشها از این آلیاژها تهیه میشوند.
فسفر برنز برای یاتاقانهایی با بار کم بسیار کارآمد هستند و افزودن فسفر به این آلیاژ باعث سیالیت ریختهگری این آلیاژها خواهد شد، به علاوه این عنصر بر خواص ماشینکاری این آلیاژ هم اثرات مطلوبی دارد. برنزهای سرب عمدتاً برای یاتاقانها و بوشهایی که تحت بار سنگین هستند استفاده میشود.
روی
روی شکننده است و در بین فلزات بیشترین قابلیت انبساط حرارتی را دارد. در مقابل خوردگی و در مجاورت هوا به خوبی مقاوم است ولی در مقابل اسیدها و نمکها مقاومت کمی دارد.
از آلیاژهای روی برای تهیه انواع یاتاقان چرخ دندههای حلزونی، چرخدندههای قطعات موتورها، ترازوها، بدنه کاری،دستگیره و قفل، تیغه و دسته برف پاک کن استفاده میشود.
از روی در گالوانیزه کردن، آب کاری برنج و مفرغ و ریختهگری تحت فشار استفاده میشود. ورق روی در ساختن قوطی، باتریهای الکتریکی، پلاک نشانی به کار میرود. روی به عنوان پوشش در ورقهای آج دار و بدون آج، حصارکشیها، لولهها و پیچها و مخزنها به کار میرود. اکسید روی در ساختن سمنت دندانسازی، رنگ، کف سازی، کبریت، لوازم لاستیکی به کار میرود.
سرب
سرب در مقابل خوردگی و اسیدها مقاومت خوبی دارد. ترکیبات سرب بسیار سمی است. قابلیت چکش کاری و خم کاری خوبی دارد. به دلیل سمی بودن ترکیبات سربی، باید در هنگام کار دستورالعملهای بهداشتی را با نهایت دقت انجام داد.
سرب در فولادهای خوش تراش به عنوان مواد روانکار عمل میکند و اصطکاک میان لبه برنده ابزار بوش و براده را کاهش میدهد. سطح صافی را ایجاد میکند. از ورقههای سربی به عنوان سپر تشعشعی استفاده میشود.