فرآیند ذوب فلزات یکی از مراحل بنیادی در صنایع ریختهگری و تولید قطعات فلزی است. برنج به عنوان یکی از مهمترین آلیاژهای پایهمس، سهم بالایی در تولید مقاطع مهندسی مانند تسمه، چهارپهلو، ششپهلو، میله و قطعات صنعتی دارد. در این مقاله، اصول ذوب فلزات، ویژگیهای ذوب برنج، کنترل ترکیب شیمیایی و روشهای تولید مقاطع برنجی بررسی میشود.
۱. مقدمه
با رشد تکنولوژی و افزایش نیاز صنایع به آلیاژهای سبک، مقاوم و شکلپذیر، تولید آلیاژهای پایهمس بهویژه برنج اهمیت ویژهای پیدا کرده است. در تولید مقاطع برنجی، کیفیت فلز مذاب، کنترل دقیق ترکیب شیمیایی، و انتخاب صحیح تکنولوژی شکلدهی (اکستروژن، نورد، کشش) تعیینکنندهٔ کیفیت نهایی محصول هستند.
۲. اصول کلی ذوب فلزات
۲.۱ منابع حرارتی
ذوب فلزات با استفاده از انواع کورهها انجام میشود:
کوره القایی فرکانس متوسط و بالا
کوره بوتهای گازی
کوره قوس الکتریکی (برای فولاد و آلیاژهای سنگین)
کورههای القایی دقیقترین و کمآلایندهترین گزینه برای فلزات غیرآهنی مثل برنج محسوب میشوند.
۲.۲ مواد اولیه در ذوب
فلزات پایه (مس، روی)
ضایعات صنعتی قابل بازیافت
افزودنیهای آلیاژی
فلاکسها و پوششهای محافظ
۲.۳ کنترل دما
کنترل دما در فرآیند ذوب جهت جلوگیری از اکسایش و تبخیر عناصر ضروری است.
برنج حساس به حرارت بوده و دمای زیاد باعث تبخیر روی و تغییر ترکیب میشود.
۳. فرآیند ذوب برنج
۳.۱ ویژگیهای آلیاژ برنج
برنج به طور عمده شامل:
مس (Cu)
روی (Zn)
و گاهی سرب، قلع، منگنز، سیلیسیم یا آلومینیوم برای خواص خاص.
این آلیاژ دارای:
مقاومت سایشی مناسب
شکلپذیری بالا
قابلیت ماشینکاری خوب (خصوصاً آلیاژهای سربدار)
است.
۳.۲ مراحل ذوب برنج
۱. شارژ مواد اولیه
ترکیبی از مس خالص
روی خالص یا شمش روی
ضایعات برنجی تمیز
افزودنیهای آلیاژی
۲. کنترل دما
دمای ذوب: 900 تا 1000 درجه
جلوگیری از تبخیر روی
کاهش زمان نگهداری مذاب
۳. کنترل ترکیب شیمیایی
نمونهبرداری از مذاب
انجام آنالیز اسپکترومتری
اصلاح ترکیب با افزودن عناصر مورد نیاز
۴. تصفیه مذاب
اکسیدزدایی (Deoxidation)
سربارهگیری
گاززدایی با نیتروژن یا آرگون
استفاده از فلاکسهای محافظ
۵. تخلیه و انتقال مذاب
انتقال به قالب یا واحد اکستروژن
در صورت تولید مقاطع: ریختهگری بیلت یا اسلب
۴. تولید مقاطع برنجی
مقاطع برنجی شامل:
ششپهلو
چهارپهلو
گرد و میلگرد
تسمه و ورق
مقاطع سفارشی صنعتی
روشهای مختلفی برای تولید مقاطع وجود دارد:
۴.۱ اکستروژن (Extrusion)
متداولترین روش تولید مقاطع برنجی است.
مراحل:
ذوب و ریختهگری بیلت
پیشگرم کردن بیلت
اعمال فشار توسط پرس اکستروژن
خروج مقطع با شکل دلخواه از دای (قالب)
سرد کردن، کشش و برش
مزایا:
تولید مقاطع پیچیده
سطح نهایی خوب
خواص مکانیکی یکنواخت
۴.۲ نورد (Rolling)
برای تولید تسمه و ورق برنجی استفاده میشود.
مراحل:
ریختهگری اسلب
نورد گرم → کاهش ضخامت
نورد سرد → بهبود کیفیت سطح و خواص مکانیکی
آنیلینگ برای کاهش سختی
۴.۳ ریختهگری پیوسته (Continuous Casting)
در برخی واحدها برای تولید مقاطع ساده و اقتصادی به کار میرود.
مزایا:
سرعت بالا
هزینه کمتر
ساختار دانهای مناسب
۵. کنترل کیفیت در تولید مقاطع برنجی
۵.۱ کنترل خواص مکانیکی
تست کشش
تست سختی
تست ضربه
۵.۲ تستهای متالورژیکی
بررسی میکروساختار
اندازه دانه
تشخیص ترک یا حفرات داخلی
۵.۳ تست ترکیب شیمیایی
اسپکتروفتومتری
کنترل استانداردهای آلیاژ مثل:
CuZn37
CuZn40
CuZn39Pb3 (برای ماشینکاری)
۶. کاربردهای مقاطع برنجی
مقاطع برنجی در صنایع زیر استفاده میشوند:
شیرآلات و اتصالات آب و گاز
صنایع برق و الکترونیک
ابزارسازی و ماشینکاری دقیق
خودروسازی و قطعات هیدرولیک
صنایع دکوراتیو
۷. چالشها و بهبودها در تولید مقاطع برنجی
چالشها
تبخیر روی
آلودگی ضایعات
ترک گرم در اکستروژن
کنترل دمای بیلت
پوستهپوسته شدن سطح محصول
راهکارها
استفاده از پوشش محافظ روی مذاب
انتخاب ضایعات با کیفیت
بهینهسازی دمای قالب و بیلت
خنککاری مناسب پس از اکستروژن
نتیجهگیری
ذوب برنج و تولید مقاطع برنجی نیازمند کنترل دقیق دما، ترکیب شیمیایی، تصفیه مذاب و تکنیکهای مناسب شکلدهی است. استفاده از کورههای مدرن، تجهیزات آزمایشگاهی و روشهای بهروز اکستروژن و نورد، نقش مهمی در افزایش کیفیت نهایی محصول دارند. به دلیل مقاومت مناسب، قابلیت ماشینکاری، هدایت حرارتی بالا و شکلپذیری خوب، مقاطع برنجی همواره جزو آلیاژهای پرکاربرد در صنایع مختلف باقی خواهند ماند.