برنز چیست و کاربردهای آن، تفاوت برنج و برنز چیست؟
برنز چیست؟ کابردهای آن، تفاوت برنز و برنج
برنز، یک آلیاژ فلزی است که با افزودن قلع به مس ساخته میشود، اگرچه در صورت لزوم ممکن است حاوی عناصر جانبی اضافی باشد. این فلز، یکی از اولین فلزاتی بود که در حدود ۳۵۰۰ سال قبل از میلاد و قبل از اینکه پارامترهای شیمیایی برای آلیاژسازی این فلز تعیین شود، کشف شد. برنز و برنج، هر دو متعلق به آلیاژهای مس هستند که قرنها مورد استفاده قرار گرفتهاند. اگرچه هر دو فلز ویژگیهای مشترکی دارند، اما حقیقت این است که این آلیاژهای فلزی از نظر کاربرد و ظاهر کاملاً متفاوت هستند. هر دو فلز حاوی مس، همراه با عناصر دیگری هستند که به آنها خواص متمایز میدهد. در این مقاله، قصد داریم این دو آلیاژ را با هم مقایسه کرده و تفاوتهای اصلی آنها را مورد بحث قرار دهیم، پس تا انتها همراه ما باشید.
برنز به چه آلیاژی گفته میشود؟
اولین نشانههای استفاده از برنز، از بقایای باستانشناسی سومریان باستان است که تصور میشود از این آلیاژ فلزی بادوام برای ساختن سلاح و ابزار استفاده میکردند. برای ایجاد برنز، سنگ مس و قلع را با هم ذوب میکردند تا آلیاژ قهوهای مایل به قرمز را به وجود آورد. اکنون، برنز یک آلیاژ فلزی است که هنوز عمدتاً از مس و قلع تشکیل شده است، اما با افزودن فلزات دیگری مانند آلومینیوم، آرسنیک، منگنز، فسفر و سیلیکون که خواص ساختاری و زیباییشناختی آن را افزایش میدهد. آلیاژهای رایج برنز عبارتاند از:
- آلومینیوم برنز
- فسفر برنز
- برنز سرب
- سیلیکون برنز
- برنز منگنز
خواص برنز
نقطه ذوب برنز خالص، ۹۵۰ درجه سانتیگراد است. بااینحال، بسته به مقدار قلع موجود در آن میتواند متفاوت باشد. برنز مقاومت خوبی در برابر خوردگی، به ویژه مقاومت در برابر خوردگی آب شور دریا دارد. برخلاف فلزات دیگر، برنز رسانای برق بهتری نسبت به فولاد است. برنز نیز سخت و شکننده است، هرچند کمتر از چدن. یکی دیگر از ویژگیهای ارزشمند آن، اصطکاک کم در برابر فلزات دیگر است، به این معنی که جرقه نمیزند.
کاربردهای برنز
از آنجایی که برنز در برابر خوردگی مقاوم است و آلیاژی قوی است، برای ساخت انواع وسایل استفاده میشود. برنز، مزیت کمی نسبت به برنج دارد، زیرا آلیاژی با اصطکاک کم است و رسانایی الکتریکی و حرارتی خوبی دارد. این فلز، به دلیل مقاومت در برابر خوردگی، برای ساخت سختافزار دریایی، اتصالات قایق و کشتی، اتصالات الکتریکی و یاتاقانهای پایلوت و موارد دیگر استفاده میشود. برنز همچنین میتواند از طریق تراشکاری CNC برای ایجاد هر قطعه دلخواه با دقت انجام شود.
از دیگر کاربردهای برنز، استفاده از آن در ساخت مجسمه است. بلندترین مجسمه جهان باستان، کلوسوس رودس، از برنز ساخته شده است. همچنین بلندترین مجسمه امروزی، تندیس اتحاد واقع در ایالت گجرات هند، که در ارتفاع ۱۸۲ متری (۵۹۷ فوتی) قرار دارد، از برنز پوشیده شده است. برنز با محتوای قلع بالا (بین ۲۰ تا ۲۵ درصد)، فلز زنگ نامیده میشود و منحصراً برای ساخت زنگ استفاده میشود. محتوای بالای قلع در فلز زنگوله باعث افزایش رزونانس زنگ میشود.
برنج چیست؟
برنج، عمدتاً از مس و روی تشکیل شده است. در ۵۰۰ سال قبل از میلاد، کشف برنج هرگز امکانپذیر نبود، زیرا به دو فلز خالص مس و روی نیاز داشت. روی به ندرت در حالت طبیعی یافت میشود. بنابراین، در آن زمان، انجام این کشف تقریبا غیرممکن بود. بااینحال، مردم در نهایت سعی کردند مس را همراه با سنگ معدن روی ذوب کنند که منجر به آلیاژ رنگ طلایی مات شد که امروزه به نام برنج میشناسیم. سنگ معدن روی با حرارت دادن، روی خالص را آزاد میکند و پس از ترکیب شدن با مس، نتیجه مطلوبی حاصل میشود.
به دلیل نقطه ذوب پایین برنج، استفاده از آن نسبتاً آسان است و بنابراین در ابتدا برای تولید انواع اشیایی که امروزه دیگر کمتر یا اصلا از آنها استفاده نمیکنیم، استفاده میشد. اکنون، فلزات دیگری مانند آهن، آلومینیوم و منگنز را میتوان به منظور تغییر خواص و رنگ برنج اضافه کرد. درحالیکه محتوای بالای روی دوام و شکلپذیری برنج را افزایش میدهد، اما افزودن منگنز است که برنج را در برابر خوردگی مقاوم میکند. بر اساس ترکیب مس و روی، سه نوع برنج وجود دارد:
- آلفا برنج. این نوع حاوی حدود ۳۶ درصد روی است و مقاومت زیادی در برابر خوردگی دارد.
- برنج آلفا بتا. این برنج حدود ۳۷ تا ۴۵ درصد روی دارد. به دلیل فرآیندی به نام زینکزدایی میتواند رنگ و حتی قدرت خود را از دست بدهد.
- برنج بتا. حاوی حدود ۴۵ تا ۵۰ درصد روی، برنج بتا در مقایسه با انواع دیگر قویتر است.
خواص برنج
برنج ظاهری طلایی روشن با چکشخواری بهتر دارد. چکشخواری، توانایی یک ماده برای تغییر شکل در برابر فشار بدون پارگی است. این فلز، نقطه ذوب نسبتا پایینی دارد و رسانای خوبی برای گرما است. یکی دیگر از خواص برنج این است که در برابر خوردگی مقاوم است. گاهیاوقات، آلومینیوم (Al) برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی به برنج اضافه میشود. اگرچه برنج معمولاً به رنگ طلایی روشن است، اما رنگ آن ممکن است با توجه به مقدار فلزات دیگر اضافهشده تغییر کند. برنج بسته به نسبت روی به مس میتواند در طیف رنگی از جمله طلایی روشن، نقرهای و بسیاری دیگر وجود داشته باشد. افزایش مقادیر روی، باعث استحکام بهتر برنج میشود.
کاربرد برنج
از آنجایی که برنج دارای خواص ضد باکتریایی است (مخصوصاً با توجه به محتوای بالای منگنز آن)، معمولاً برای تولید اشیاء مورد استفاده روزانه مانند دستگیره درها، زیپها و قفلها استفاده میشود. مقاومت بالای آن در برابر خوردگی به آلیاژ فلز اجازه میدهد تا برای ساخت ابزار، چرخدنده و قطعات الکترونیکی نیز استفاده شود. برنج جامد، هنگامی که جلا داده میشود، رنگی غنی دارد که به این معنی است که مورد علاقه هنرمندان و مجسمهسازان خلاق در سراسر جهان است. این فلز همچنین به دلیل ماندگاری بالا و دارا بودن ویژگیهای آکوستیک، اغلب برای ساخت آلات موسیقی (مانند ترومپت، کرنت و ترومبون) و قطعات آنها (مانند سیمهای گیتار) استفاده میشود. از آنجایی که برنج اصطکاک کمی از خود نشان میدهد، بنابراین در کاربردهای کماصطکاک مانند قفل استفاده میشود.
تفاوتهای بین برنز و برنج
این بخش بر روی مقایسه بین برنز و برنج با استفاده از ویژگیهای فردی مختلف تمرکز دارد که شامل موارد زیر است:
ترکیب عناصر تشکیلدهنده
برنز و برنج را میتوان با مقایسه ترکیبات عنصری هر یک، آنها را از هم متمایز کرد. در مقایسه عناصر تشکیلدهنده، برنز به عنوان آلیاژ مس حاوی مس (Cu) و قلع (sn) است، در حالی که اجزای اصلی آن بسته به شکل آلیاژ شامل آلومینیوم، سرب، آنتیموان، نیکل، فسفر، سیلیکون، گوگرد، کبالت، کروم و فلز روی است. اما، برنج به عنوان یک فلز آلیاژی از مس و روی است. در طبیعت، ترکیب عنصری اولیه آن شامل مس (مس) و روی (روی) است، در حالی که بسته به شکل آلیاژ ممکن است دارای اجزای زیر باشد:
- قلع
- گوگرد
- سیلیکون
- فسفر
- نیکل
- سرب
- آهن
- آنتیموان
- آلومینیوم
میزان مقاومت در برابر خوردگی
عامل دیگر برای مقایسه برنز و برنج، میزان مقاومت در برابر خوردگی آنهاست. برنز در اثر محتوای مس (Cu)، در برابر هوا اکسید شده و باعث ایجاد پتینههای خالدار مشخص میشود. این به جلوگیری از خوردگی آسان برنز کمک میکند، به خصوص زمانی که برنز در محیطی مانند آب شور یافت میشود. بااینحال، اگر برنز با ترکیبات کلردار تماس پیدا کند، آن را در برابر خوردگی مستعدتر میکند و به مرور زمان آلیاژ مس را به آرامی تجزیه میکند.
به دلیل مقاومت برنز در برابر خوردگی آب شور، اغلب برای اتصالات قایق و قطعات دریایی استفاده میشود. از سوی دیگر، برنج به ویژه در آب دریا، مقاوم در برابر خوردگی است. بااینحال، هنگامی که برنج تحت خوردگی قرار میگیرد، محتوای روی خود را از دست میدهد و در فرآیندی به نام زینکزدایی، تنها مس باقی میماند. در طی این فرآیند، تغییر زیبایی ایجاد میشود که در آن رنگ برنجی از زرد به صورتی تبدیل میشود. بااینحال میتوان از این فرآیند با پوشش لایه برنز جلوگیری کرد.
رسانایی حرارتی
این ویژگی در یک ماده، معیاری است برای دانستن اینکه آیا چنین مادهای میتواند برای کاربردهای حرارتی استفاده شود یا خیر. این به دانستن میزان انرژی قابل انتقال از طریق چنین موادی و سرعت انتقال آن کمک میکند. هنگامی که برنز با برنج مقایسه میشود، هدایت حرارتی برنج بسیار بالاتر از برنز است که آن را برای تولید رادیاتور ایدهآلتر میکند. بااینحال، برنز را میتوان در کاربردهای حرارتی استفاده کرد، اما همتای آن یعنی برنج، در مواقعی که کاربردهای حرارتی مورد نیاز است، بیش از برنز مورد استفاده قرار میگیرد.
رسانایی الکتریکی
مس، استانداردی است که در آن بیشتر فلزات از نظر رسانایی الکتریکی درجهبندی میشوند. یکی از حقایق جالبی که در رابطه با این دو فلز وجود دارد این است که برنز و برنج از نظر رسانایی الکتریکی نسبی، رتبه پایینی دارند. شاید لازم باشد فکر کنیم که برنز و برنج هر دو عمدتاً از مس تشکیل شدهاند، پس باید تقریباً مانند مس رسانا باشند. بااینحال، این مورد به دلیل وجود سایر ترکیبات عنصری، امکانپذیر نیست. هر دو حاوی درصد کمی از عناصر دیگر مانند آلومینیوم، قلع، روی، نیکل، کبالت و موارد دیگر هستند که عملکرد رسانایی الکتریکی برنز و برنج را کاهش میدهند. در مقایسه با استفاده از مس به عنوان استاندارد، برنج دارای رسانایی الکتریکی بالاتر از ۲۸٪ است، در حالی که برنز کمترین رسانایی را یعنی حدود ۱۵٪ دارد.
نقطه ذوب
برنز، نقطه ذوب بالاتری (۱۰۸۰-۳۱۵ درجه سانتیگراد) نسبت به برنج (۱۰۳۰-۸۰۹ درجه سانتیگراد) دارد و هر دو به راحتی ریختهگری میشوند. نقطه ذوب برنج و برنز برای انتخاب آنها در یک پروژه بسیار مهم و حیاتی است. این به این دلیل است که ممکن است یک قطعه در نقطه ذوب خراب شود. هنگامی که ماده به سطح نقطه ذوب خود میرسد، انتقال از حالت جامد به حالت مایع وجود دارد. در این حالت میتوان این ماده را به راحتی به اشکال مختلف تبدیل کرد. در استفاده از برنج یا برنز برای به عنوان پوشش، باید خواص مکانیکی مورد نظر آن نیز در نظر گرفته شود. یک پروژه با کاربرد تزئینی، به احتمال زیاد از برنج استفاده میکند، در حالی که یک پروژه انعطافپذیرتر به احتمال زیاد از استفاده از برنز سود میبرد.
قابلیت ماشینکاری
به منظور انجام ماشینکاری، ماده انتخابی اهمیت زیادی دارد، زیرا نوع ماشینکاری را تعیین میکند که میتوان روی چنین موادی انجام داد. درصد ماشینکاری مواد در مقایسه با یک ماده مرجع انجام میشود که در آن ماده دارای امتیاز ۱۰۰٪ است. مادهای که ماشینکاری آن سختتر است، درصد کمتر از ۱۰۰ دارد که در مورد برنج و برنز است. اکثر آلیاژهای مس برای ماشینکاری بسیار انعطافپذیر هستند، اما برخی از آنها به طور خاص برای ماشینکاری مانند آلیاژ برنج C360 ساخته شدهاند.
شکلپذیری
از نظر شکلپذیری، برنج شکلپذیرتر از برنز است. گفته میشود برنج سخت است، اما از برنز که آلیاژی از مس و قلع است، نرمتر است. این نرمی نسبی برنج شکل دادن، برش و سوهان کشیدن آن را آسانتر میکند.
قابلیت جوشکاری
توجه به این نکته ضروری است که برنز و برنج هر دو قابل جوش هستند. بااینحال، یک استثنا برای آلیاژ برنج حاوی سرب وجود دارد که هر چه مقدار روی در برنج کمتر باشد، جوش دادن آن آسانتر است. برنجی که حاوی ۲۰ درصد روی است، دارای جوشپذیری خوبی است، در حالی که برنج با ۲۰ درصد و بالاتر، از جوشپذیری مناسبی برخوردار است. علاوهبراین، فلزات برنج ریختهگریشده فقط تا حدی قابل جوش هستند. از سوی دیگر، آلیاژهای برنز بدون سرب، جوشپذیری مناسبی از خود نشان میدهند و تحت شرایط تنش، مستعد ترک خوردن میشوند. بااینحال، برنز فسفر سرب را میتوان با دقت با استفاده از SMAW جوش داد.
مقاومت تسلیم
استحکام تسلیم فلز، به عنوان بالاترین تنشی در نظر گرفته میشود که در آن فلز شروع به تغییر شکل دائمی میکند. در مقایسه بین برنز و برنج، برنج دارای مقاومت تسلیم بالاتری نسبت به مس است. برای تایید این ادعا، برنز دارای بالاترین استحکام تسلیم ۶۹.۰ تا ۸۰۰ مگاپاسکال (۱۱۶۰۰-۱۰۰۰۰ psi) است، در حالی که برنج از ۳۴.۵ تا ۶۸۳ MPa (5000 – 99100 psi) برخوردار است.
استحکام کششی
بسیاری از تولیدکنندگان در صنایع تولیدی، استحکام مواد را بهعنوان یک عامل اصلی به ویژه زمانی که قرار است انتخاب مواد انجام شود، میدانند. برنز و برنج به دلیل افزایش استحکام کششی که هر دو هنگام سردکاری کردن یا در مورد برنج هنگامی که روی بیشتری اضافه میشود نشان میدهند، مورد توجه قرار میگیرند. در مقایسه استحکام کششی این دو باهم، برنز دارای استحکام کششی ۵۰ Ksi (350 مگاپاسکال) هنگام بازپخت و استحکام کششی ۹۲ Ksi (635 مگاپاسکال) هنگام نورد سرد است. از سوی دیگر، برنج دارای استحکام کششی ۵۳ Ksi (365 مگاپاسکال) در زمان آنیل و ۸۸ Ksi (607 مگاپاسکال) در هنگام نورد سرد است.
استحکام برشی
از این قابلیت، به عنوان مقاومت در برابر نوع تسلیم یا شکست ساختاری یاد می شود، به ویژه زمانی که فلز در برش، دچار شکستگی میشود. بار برشی، به معنای نیرویی است که باعث شکست لغزشی یک ماده یا جزء در امتداد صفحه موازی با جهت نیرو میشود. هنگامی که این بار اندازهگیری میشود، واضح است که برنج دارای بالاترین مقاومت برشی در محدوده ۳۵۰۰۰ psi تا ۴۸۰۰۰ psi است، در حالی که برنز دارای کمترین مقاومت برشی در محدوده ۳۵۰۰۰ psi تا ۴۷۰۰۰ psi است.
رنگ
یکی از سادهترین راهها برای تشخیص برنز و برنج، استفاده از رنگ آنهاست. برنز از نظر رنگ، قرمز مایل به قهوهای است، البته هنگامی که عناصر دیگر به برنز اضافه میشوند، این رنگ ممکن است کمی تغییر کند. صرف نظر از تغییر آن، هنوز هم به راحتی میتوان برنز را از برنج متمایز کرد. از سوی دیگر، برنج معمولا دارای سایه زرد و بسیار شبیه به طلای مات است. این ویژگی آن را به یک ماده ایدهآل برای مبلمان و دیگر وسایل تبدیل میکند.
سختی
عامل سختی در یک ماده، معیاری برای پاسخ آن به تنش سطحی موضعی و نحوه واکنش مواد به فرورفتگی، خراش و بسیاری موارد دیگر است. اندازهگیری سختی یک ماده، توسط مقیاس سختی برینل که یکی از از معیارهای سختی موجود است، بررسی میشود. این دستگاه، از میزان فرورفتگی خود درون ماده برای درجهبندی پاسخ ماده به یک نیروی استاندارد استفاده میکند. در این مقیاس، امتیاز برنز بین ۴۰ تا ۴۲۰ و برنج بین ۵۵ تا ۷۳ است. این نتیجه نشان میدهد که برنز به طور متوسط سختتر از برنج است. میتوان گفت که یک ماده سختتر، شکنندهتر است و برنز از این قانون پیروی میکند که در مقایسه با برنج بسیار مستعد شکستگی است. اگر مقاومت در برابر سایش و استحکام در یک پروژه نگرانکننده باشد، برنز ممکن است یک انتخاب عالی باشد. بااینحال، اگر کارایی به یک ضرورت تبدیل شود، برنج بسیار بیش از برنز در نظر گرفته میشود.
قیمت
قطعه برنز و مس ممکن است بسته به عوامل مختلفی مانند محتویات مس متفاوت باشد. محتوای مس در هر دو آلیاژ تعیین کننده قیمت آنها در بازار است. با این حال، برنز در مقایسه با برنج معمولاً گرانتر است. این را می توان به محتوای مس آن و فرآیند مورد نیاز برای ساخت برنز نسبت داد.
چگونه تفاوت بین برنز و برنج را تشخیص دهیم؟
بدون انجام آنالیز شیمیایی فلزات، بهترین راه برای تشخیص تفاوت برنج با برنز، رنگ آنهاست. برنج معمولاً رنگ طلایی مات خواهد داشت و برنز رنگ قرمز یا مسی بیشتری دارد. البته به دلیل درصد مسی که در هر یک استفاده میشود، رنگها نیز میتوانند در بین ریختهگریها کمی تغییر کنند. از آنجایی که برنج و برنز میتوانند از نظر درصد مس تنوع داشته باشند، میتوانید برنجهایی داشته باشید که رنگ طلایی کمتر یا رنگ مسی بیشتری دارند و همین امر در مورد برنز نیز صدق میکند.
یکی دیگر از راههای آزمایش برای اینکه ببینید با برنج سروکار دارید یا برنز، استفاده از آهنربا روی فلز است. نه برنج و نه برنز مغناطیسی نیستند، بنابراین اگر فلز به آهنربا پاسخ دهد، میدانید که فولاد یا آهن است و برنج یا برنز نیست. برنج نسبت به برنز که نسبتاً فلزی شکنندهتر است، انعطافپذیرتر و چکشخوارتر است. اگر فلز بدون شکستن خم شود، احتمال دارد که برنج داشته باشید. در حالی که هر دو فلز در برابر خوردگی مقاوم هستند، برنز محافظت بسیار بهتری را ارائه میدهد. روش دیگری برای تعیین تفاوت بین فلزات این است که هر دو فلز را در حمام آب نمک یا محلول پیرسازی خیس کنید، در این وضعیت برنز بسیار کندتر از برنج پیر میشود.
سخن پایانی
علیرغم اینکه آلیاژهای مس به طور گسترده در صنایع ساختوساز، ارتباطات و حملونقل استفاده میشوند، به آسانی فلزات فراوانی مانند آهن و آلومینیوم به دست نمیآیند. تنها تعداد بسیار کمی از تامینکنندگان برنز و برنج وجود دارند که میتوانند محصولات معتبر و باکیفیت را ارائه دهند. تشخیص اینکه آیا تامین کننده میتواند درجه مناسب فلز را برای پروژه شما ارائه دهد، آسان است. ابتدا، دریابید که آنها چه مدت در این تجارت بودهاند؛ هرچه شرکت قدیمیتر باشد، شبکه منابع آن گستردهتر است، بنابراین تولید محصولات برتر نیز بسیار زیاد است.
گروه آهن یک دو سه، فعالیت حرفهای خود را در زمینه خرید و فروش آهنآلات صنعتی و ساختمانی در سال ۱۳۶۹ آغاز کرده است و تا به امروز افتخار همکاری با بسیاری از ارگانها، شرکتهای ساختمانی و پیمانکاران را داشته است. اصلیترین دلیل تمایز آهن ۱۲۳ با دیگر سامانهها، سرویسدهی سریع به همراه بهترین کیفیت و نازلترین قیمت است. از دیگر مزایایی که با خرید از آهن یک دو سه، از آن بهرهمند خواهید شد این است که این سامانه با دارا بودن سرویس حمل و نقل اختصاصی قادر است تا با این سرویس، تمامی خدمات ارسال بار از تمام کارخانهها و بنادر به سراسر کشور به بهترین شکل ممکن به دست مشتری برساند.