تراشکاری برنج

تاریخچه

فلزکاران باستان در منطقه ای که امروزه به نام سوریه  یا ترکیه شرقی شناخته می شود، در اوایل ۳۰۰۰  قبل از میلاد می دانستند که چگونه مس را همراه قلع ذوب کرده تا فلزی به نام برنز تولید نمایند. گاهی مواقع حتی بدون اینکه آگاه باشند برنج هم تولید می کردند، چراکه خاکه های سنگ معدن  قلع و روی گاهی باهم یافت می شود و هر ۲ فلز رنگ و ساختار مشابهی دارند.حدود سال های ۲۰ قبل از میلاد تا ۲۰ بعد از میلاد، فلزکاران کناره دریای مدیترانه  توانستند سنگ معدن روی را از سنگ هایی که شامل قلع بودند تشخیص داده و شروع به آسیاب کردن روی همراه با مس به منظور ساخت سکه های برنجی و موارد دیگر کردند.  بخش اعظم روی از گرمادهی ماده معدنی به نام کالامین بدست می آید، که شامل ترکیبات مختلف از روی می باشد. از سال ۳۰۰ میلادی، صنعت فلزکاری برنج در آنچه امروزه آلمان و هلند نامدار هستند، پیشرفت کرد.

باوجودی که  فلزکاران اولیه می توانستند تفاوت بین سنگ معدن روی و سنگ معدن قلع را تشخیص دهند، ولی هنوز نمی دانستند که روی هم یک فلز است. تا اینکه در سال ۱۷۴۶  دانشمندی آلمانی به نام آندریاس سگیسموند مرگراف(۱۷۸۲-۱۷۰۹) هویت روی (زینک)، مشخصات و خصوصیات آن را تعیین کرد. فرآیند ترکیب فلز مس و روی به منظور ساخت برنج در سال ۱۷۸۱ در انگلستان به ثبت رسید.

اولین خشاب  فلزی که در سلاح های گرم استفاده می شد در سال ۱۸۵۲ مرسوم شد. باوجودیکه فلزات گوناگون متعددی مورد آزمایش قرار گرفتند، برنج از بقیه موفق تر بود. زیرا قابلیت انبساط  داشت بنابراین زمانیکه اولین گلوله از تفنگ شلیک می شد خشاب تولید شده از برنج توانایی تحمل فشار وارده را داشت. سپس فلز برنج به سرعت منقبض شده تا خشاب خالی امکان خروج از سلاح گرم را پیدا کند. این ویژگی به توسعه سلاح های تیربار اتوماتیک منجر گشت.

برنج رنگی تقریباً زرد دارد که شبیه به رنگ طلا است. برنج در برابر کدر شدن و لکه دار شدن هم مقاومت دارد, یعنی دیرتر اکسایش می یابد. برنج معمولاً قابلیت چکشخواری بیشتری نسبت به مس و روی دارد و تقریباً دمای ذوب آن بین ۹۰۰ تا ۹۴۰ درجه سانتیگراد است . البته سختی و نرم بودن آن می تواند با تغییر نسبت مخلوط مس و روی تغیر کند. مس داخل برنج (از طریق اثر اولیگودینامیک) خاصیت میکروبکشی به آن میدهد. به همین خاطر از برنج به عنوان دستگیره و دیگر فلزات رایج در بیمارستانها استفاده میکنند. امروزه تقریباً ۹۰٪ از فلزات برنج بازیافت می شوند, چون فلز برنج خاصیت مغناطیسی کمی دارد و به راحتی می توان آن را از فلزاتی که معمولاً با آنها مخلوط می شود جدا کرد. بدین ترتیب برنج جدا شده را دوباره بازیافت می کنند. چگالی متوسط برنج ۸.۴ گرم بر سانتیمتر مربع است.

کاربرد این آلیاژ در پزشکی

آلیاژ برنج یکی از آلیاژهای مورد تایید طب سنتی است که بیشتر به شکل قاشق, سماور, کتری و قوری از دیرباز مورد استفاده قرار می گرفته است.

برنج آلیاژی از مس و روی (Cu+Zn) می باشد و این فلز روی با آلیاژ روئی متفاوت است. فلز روی به زینک (zinc) مشهور است که در طب امروزه به عنوان یکی از نیازهای بدن مورد توجه قرار گرفته است و کمبود آن را عامل بیماریهای پوستی و گوارشی می دانند و قرصهای مکمل همچون قرص زینک برای بیماران تجویز می گردد که همچون دیگر قرصهای شیمیایی دارای عوارض می باشند.

در طب سنتی برای جذب فلز روی و رفع نیاز بدن با استفاده از آلیاژ برنج که به غیر از فلز روی حاوی فلز مس (که آن هم برای بدن بسیار مفید و لازم می باشد), سماور, کتری, قوری, قاشق و ظروف آشپزخانه تهیه می کردند تا با استفاده از آنها، نیاز بدن به این فلز مهم برطرف گردد و از عوارض کمبود آن در بدن پیشگیری گردد.

از این فلز به خاطر کاربردهای خاص و شکل و رنگ آن در جاهای مختلفی استفاده می کنند

برنج های آلیاژی

برنج های آلیاژی (brass alloys) , برنج های مس – روی هستند که عناصری مانند قلع, آلومینیوم, سیلیسیوم, منگنز, نیکل و سرب به آنها اضافه شده است. افزایش مقدار کمی از عناصر آلیاژی, مانند ۱% سرب بر خواص مکانیکی برنج ها چندان مؤثر نیست. اما با افزایش چند عنصر مثلاً منگنز, آهن و قلع, برنج زرد به برنز منگنز تبدیل میشود و استحکام برنج زرد به طور چشمگیری افزایش مییابد. به دلیل این که برنز منگنز استحکام زیادی دارد بهتر است در شرایط گرم کار شود. افزودن سرب تا حدود ۳% برای بهبود قابلیت ماشین کاری برنج عملاً بر استحکام و سختی برنج های سرب دار تأثیری نمیگذارد. با وجود این, شکل پذیری و در نتیجه قابلیت کاربرد برنج ها با افزایش سرب کاهش مییابد.

برنج کم عیار ( ۲۰% – ۵% روی ، ۹۵% – ۸۰% مس ) : با افزایش مقدار روی در این برنج ها, استحکام, سختی و شکل پذیری آنها افزایش مییابد. رنگ آن ها از قرمز, طلایی تا سبز زرد تغییر میکند. خواص کارگرم آن ها با خواص کارگرم مس تجاری قابل مقایسه است و میتوانند در گستره ۷۳۰ تا ۹۰۰ درجه سانتیگراد کارگرم شوند. با وجود این, مقدار سرب آنها باید کمتر از ۰,۰۱% نگه داشته شود تا از مشکلات کارگرم جلوگیری شود. برنج کم عیار در شرایط تابکاری شده در دمای اتاق شدیداً شکل پذیر و چکش خوار است, ازدیاد طول آنها ۴۵ تا ۵۰% است و بنابراین میتوانند با هر روش ساده ای کارسرد شوند.
برنج پر عیار ( ۸۰% – ۶۰% مس ، ۴۰% – ۲۰% روی ) : این برنج ها به دلیل داشتن مقدار زیادی روی استحکام بیشتری دارند. شکل پذیری آن ها نیز با افزایش مقدار روی افزایش مییابد و در حدود ۳۰% روی به حداکثر میرسد. وقتی که مقدار روی از ۳۶% بیشتر میشود به علت وجود فاز β شکل پذیری آن آلیاژها به سرعت کاهش مییابد ، ولی افزایش استحکام و سختی تا حدود ۴۵% روی ، ادامه مییابد.

برنج های آلومینیم قلع دار

افزایش ۱% قلع به برنج فشنگ مقاومت آن را به خوردگی در آب دریا افزایش میدهد. این آلیاژ را در سال ۱۹۲۰, نیروی دریایی انگلیس برگزید و در نتیجه به نام « برنج دریایی » مشهور شد. بعد ها کشف شد که افزایش مقدار کمی آرسنیک ( تقریبا ۰,۰۴% ) موجب میشود که از یک پدیده عمومی خوردگی به نام « روی زدگی » تقریباً جلوگیری شود و بنابراین برنج دریایی آرسنیک دار به مدت طولانی در دیگ های بخار دریایی به کار میرفت. پس از مدتی کشف شد که جایگزین کردن قلع با آلومینیوم, برنجی را ایجاد میکند که یک لایه اکسیدی « خود جوش » 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 میکند.
امروزه آلیاژ برنج آلومینیم دار با افزایش آرسنیک برای جلوگیری از روی زدگی جایگزین برنج دریایی در دیگ بخار دریایی شده است. افزایش ۱% قلع به برنج زرد مقاومت به خوردگی آن را بهتر میکند و آلیاژی به نام « برنج کشتی » تشکیل میشود.

برنج سیلیسیم دار:

این آلیاژها عموما دارای ۱ تا ۳ درصد سیلیسیم می باشند. انواع برنج های معمولی و برنج های آلیاژی در ساخت شیرها, اتصالات, پرچ, مخزن رادیاتورها, فیوز, لوازم لوله کشی, مهره ها وپیچ ها مورد مصرف دارند, در حالی که نوع نوردی آنها نیز به صورت ورق, لوله و…در ساخت تانک و مخازن, سماور, رادیاتور و… به کار می روند.

برنج از مس محکم تر و سخت تر است، ولی به مقاومت و سختی استیل نمی رسد. شکل دادن برنج بسیار راحت بوده، در مقابل گرما و آب شور مقاوم است. به دلیل این خواص، برنج برای تولید لوله، لاستیک، ابزار آلات ساختمانی، پیچ، رادیاتورها، آلات موسیقی و خشاب اسلحه بسیار مفید است.