البرونز

برونز

Bronze -

البرونز

غسان موسى

أنواع خلائط البرونز وتركيبه

خصائص خلائط البرونز

تطبيقات البرونز

البرونز bronze خليطة معدنية مرتفعة القساوة والمتانة تتكون أساساً من النحاس، وغالباً ما يكون القصدير tin الإضافة الرئيسية لها. وكان اكتشافه مقدمة لما يسمى عصر البرونز. وقد استخدم النحاس الأصفر (الشبه) - وهو خليطة من النحاس والزنك - إلى جانب البرونز في أوقات متقاربة، ولذلك أصبح مصطلح «خلائط النحاس» هو المستخدم بدلاً من ذلك، وتعرف كذلك باسم لاتن latten.

ظهرت كلمـة برونز في اللغة الإنكليزيـة أول مرّة في العام 1730 نقلاً عن الفرنسية، وهذه ظهرت في العام 1511؛ مأخوذة بدورها من اللغة الإيطالية المنقولة عن الإغريقية أو الفارسية.

كان البرونز يصنَّع في البداية من خليطة النحاس مع الزرنيخ، ثم بعد ذلك من خليطة النحاس مع القصدير التي أصبحت النوع الرئيسي في نهاية الألفية الثالثة قبل الميلاد. يتفوق البرونز القصديري على البرونز الزرنيخي؛ لأن التحكم في تركيب الخليطة وسكبها أكثر سهولة، كما أن البرونز القصديري أشد قساوة، والقصدير غير سام على النقيض من الزرنيخ.

صُنّع البرونز أول مرّة في أواخر الألفية الرابعة قبل الميلاد وفي عدة مواقع من بلاد العجم والعراق، وظهر بعد ذلك بألف عام في الشرق الأقصى (في الصين وتايلند). نادراً ما يعثر على خامات النحاس والقصدير معاً (باستثنا موقعين في تايلند وإيران)، لذلك فإن إنتاج البرونز يحتاج إلى نشاط تجاري للحصول على القصدير، و كان المصدر الرئيسي للقصدير في أوربا في كورنوول Cornwall في إنكلترا.

ومع أن قساوة البرونز أعلى من قساوة الحديد المطرَّق (قساوة البرونز بين 258-60 فيكرز، وقساوة الحديد بين 80-30 فيكرز)؛ فإن عصر البرونز انحسر ليفسح في المجال لعصر الحديد؛ لأن الحصول على الحديد ومعالجته أسهل. ومع ذلك فقد استمر استخدام البرونز خلال عصر الحديد. فعلى سبيل المثال كان ضباط الجيش الروماني يستخدمون سيوفاً من البرونز، في حين يسلح جنود المشاة بسيوف من الحديد. وبتطور صناعة الحديد وإضافة الكربون للحصول على الفولاذ انخفضت تكلفة الفولاذ؛ علماً أن متانته أعلى من البرونز، ويحافظ على حده القاطع مدة أطول.

أنواع خلائط البرونز وتركيبه

هنالك العديد من خلائط البرونز متوفر للتطبيقات المختلفة، والبرونز الحديث المثالي والأكثر شيوعاً يحتوي على 88 % من النحاس و%12 من القصدير. يتكون برونز ألفا من محلول صلب لقصدير من الطور ألفا في النحاس، ويستخدم برونز ألفا الذي يحوي 5-4 % من القصدير لتصنيع العملة والنوابض والعنفات. ويحتوي برونز البزموت على 52 % من النحاس و%30 من النيكل و%12 من التوتيا (الزنك) و%5 من الرصاص و%1 من البزموت. تمتاز هذه الخليطة بأنها تحافظ على لمعانها، لذا تستخدم أحياناً في عواكس الضو والمرايا.

يدخل في تركيب خلائط البرونز المختلفة عدد كبير من العناصر المضافة إلى النحاس، ويجري اختيارها بحسب الخليطة المطلوبة والمواصفات المرغوب فيها. والقيمة الوسطية للنحاس في خلائط البرونز بحدود 88%، والعنصر المضاف الأكثر استخداماً في البرونز هو القصدير، وتراوح نسبته في أنواعه المختلفة بين 0,0200 و13,0 %، وقيمته الوسطية 5,21 %. وهناك النيكل، وتراوح نسبته في بعض الخلائط بين 0,0007 و30%، والتوتيا الذي يدخل في خلائط النحاس بنسب عالية تصل إلى 43% وقيمته الوسطية 5,25%، وعندما يكون التوتيا هو العنصر الخلائطي الرئيسي تُعدّ الخليطة نحاساً أصفر (شبه)، كذلك قد تدخل العناصر التالية بنسب مختلفة في خلائط البرونز: الأنتيموان والبريليوم والكوبالت والحديد والرصاص والمنغنيز والفسفور والسليكون والكبريت والألمنيوم.

تصنف خلائط البرونز في منظومة الترقيم الأمريكي الموحدة Unified Numbering System (UNS) ضمن مجموعتين رئيسيتين: خلائط السكب وخلائط التشكيل (المطاوعة).

1- تُقسَّم خلائط النحاس المطاوع التي تشمل خلائط البرونز إلى المجموعات التالية:

C1 xxxx النحاس النقي والخلائط العالية النحاس.

C2 xxxx النحاس الأصفر الذي فيه التوتيا العنصر الخلائطي الرئيسي.

C3 xxxx النحاس الأصفر الذي فيه التوتيا والبلاديوم العنصران الخلائطيان الرئيسيان.

C4 xxxx النحاس الأصفر الذي فيه التوتيا والقصدير العنصران الخلائطيان الرئيسيان.

C5 xxxx خلائط البرونز القصديري.

C6 xxxx الخلائط التي يكون فيها الألمنيوم والمنغنيز والسليكون العناصر الخلائطية الرئيسية.

C7 xxxx الخلائط التي يكون فيها النيكل والتوتيا العنصرين الخلائطيين الرئيسيين.

2- تُرمَّز خلائط النحاس المسكوب والتي تشمل البرونز بحسب المنظومة الأمريكية بأرقام تراوح بين:
C 80000 وC 99999، وتُصنَّف خلائط النحاس المسكوب أحياناً بحسب مجال درجة حرارة تجمدها (وهو المجال بين الحالة السائلة والصلبة). تباع خلائط النحاس في الحالة المخمرة أو في الحالة المشكَّلة على البارد (قاسية)، و ترمَّز الحالة التي تحدد قساوة الخلائط المخمرة بأرقام بحسب درجات القساوة مثل ( 8/1 قاسٍ، 4/1 قاسٍ، 2/1 قاسٍ، 4/3 قاسٍ، عالي القساوة، قساوة النوابض، معالج حرارياً بحسب الطلب، محرر من الإجهادات) كما ترمَّز حالات المعالجة بالترسيب والتشكيل على البارد برموز TR, TL, TH, TF, TD)) يتبعها رقم.

يبين الجدول (1) أربعة أنواع من خلائط البرونز المطاوعة، وفيه مواصفاتها الميكانيكية وتركيبها الكيميائي وقابليتها للتشغيل والأشكال التجارية المتوفرة من كل نوع. ويبين الجدول (2) أربعة أنواع من خلائط السكب ومواصفاتها المختلفة.

خصائص خلائط البرونز

تتصف خلائط البرونز بمقاومتها العالية للتأكّل، فعندما تتشكل طبقة من أكسيد النحاس (لتصبح كربونات النحاس في النهاية) على سطح البرونز؛ فإنها تحمي المعدن من مزيد من التأكّل، أما عندما تتشكل طبقة كلوريد النحاس على السطح الخارجي؛ فيحدث ما يسمى مرض البرونز، ويؤدي إلى تأكّله بالكامل. وعلى العموم فإن مقاومة البرونز للتأكّل أعلى من الفولاذ باستثنا الفولاذ غير القابل للصدأ.

إن درجة انصهار خلائط البرونز أخفض من درجـة انصهار خلائط الفولاذ، وهي في المجـال مـن
1080- 832س، ولمعظم خلائط البرونز وزن واحدة حجم أعلى من خلائط الفولاذ بنحو 10% باستثنا الخلائط التي تحتوي على الألمنيوم والسليكون، والتي يكون وزن واحدة الحجم أقل من الفولاذ، وتقع وزن واحدة الحجوم في خلائط البرونز في المجال 9,25-6,4 غ/سم3.

وعلى العموم فإن متانة البرونز ومعامل مرونته أقل من الفولاذ، وتمتاز خلائط البرونز بمعدل التصلد الانفعالي المرتفع، كما أن التخفيض في مساحة المقطع يصل إلى %63 في بعض الخلائط. وإجهاد الشد الأعظمي لخلائط البرونز في المجال 1010-96 Mpa، وإجهاد الخضوع 373-69,0 Mpa، وتصل المطيلية elongation عند الكسر حتى %70، والقساوة في المجال RC 44-29. أما معامل حدّ المرونة لخلائط البرونز؛ فهو في المجال 137-41,0 Gpa، ومعامل القص في المجال
46-37 Gpa. ودرجة حرارة التخمير لخلائط البرونز في المجال 260-70ºس، ودرجة حرارة التشكيل في المجال°925-625س، ودرجة حرارة إعادة التبلور في المجال870-444 ºس.

البرونز غير مغنطيسي غالباً باستثنا الخلائط التي تحوي الحديد والنيكل، فيمكن أن تكون مغنطيسية. وكلفة صنع خلائط البرونز أعلى من كلفة خلائط الفولاذ عموماً باستثنا بعض خلائط الفولاذ الخاص والفولاذ غير القابل للصدأ.

يمكن زيادة متانة خلائط النحاس بالتشكيل على البارد أو بإضافة عناصر خلائطية تنحل في الحالة الصلبة، كما تتحسن خصائص التصلد الانفعالي، وأحياناً يستخدم طور ثانٍ لتنعيم الحبيبات من أجل زيادة المتانة والمطيلية أو للحصول على إنها سطح جيد بعد التشكيل. تجرى عمليات التطريق على معظم خلائط البرونز. ويحتاج برونز الألمنيوم مثلاً إلى القوة نفسها اللازمة لكبس الفولاذ المنخفض الكربون. وتجرى عمليات كبس البرونز المرتفع المتانة لتصنيع الأجزا الميكانيكية مثل المحامل (المضاجع) bearings والمضخات الهدروليكية. وتتم بعض هذه العمليات في قالب مغلق على عدة مراحل. أما عمليات الكبس في قالب مفتوح؛ فهي أقل استخداماً حيث تصنع الأجزا ذات المحاور الطويلة بسهولة في عملية البثق، كما تجرى عمليات الحني والسحب العميق والتشكيل بالمط والطبع والتدويم والخراطة الجريانية والتشكيل بالمطاط والتشكيل الهدروليكي ودرفلة الحلقات وغيرها من عمليات التشكيل على معظم خلائط البرونز.

تقسم خلائط النحاس إلى ثلاث مجموعات بالنسبة إلى قابليتها للتشغيل، وهي:

• خلائط التشغيل الحر التي تحتوي على نسبة عالية من الرصاص والكبريت أو التلوريوم لتحسين خصائص التشغيل.

• خلائط متوسطة قابلية التشغيل.

• خلائط صعبة التشغيل، وتشمل البرونز الفسفوري وبرونز الألمنيوم وبعض خلائط النحاس الأخرى.

  تحدد قابلية التشغيل لخلائط النحاس المختلفة بنسبة من قابلية التشغيل للخليطة C36000 كما هو مبين في الجدولين (1) و(2).

  تطبيقات البرونز

  كانت خلائط البرونز تستخدم على نطاق واسع في صنع أجزا القوارب والسفن نظراً لمتانتها ومقاومتها للتأكّل. وقد انحسر استخدامها على نحو كبير؛ ليحل محلها الفولاذ غير القابل للصدأ (الستينلس ستيل) لما يتمتع به من متانة عالية ومقاومة للتأكّل. ومايزال البرونز يستخدم حالياً لتصنيع دواسر (رفّاصات) propellers السفن والمحامل.

  في القرن العشرين أدخل السليكون عنصراً خلائطياً رئيسياً في خلائط البرونز، وكان لهذا النوع من الخلائط استخدام واسع في الصناعة عموماً وفي الأعمال الفنية، ويحبذه صانعو التماثيل لتوفر قضبان البرونز السليكوني وسهولة إجرا عمليات اللحام لمل الفراغات في التماثيل المسكوبة والحصول على اللون نفسه. تمتاز خلائط البرونز بملئها الجيد لفراغات القوالب؛ وهذا يعطي أدق التفاصيل، وتستخدم على نطاق واسع في الموصلات الكهربائية والنوابض. وتستخدم صفائح ورقية من خلائط البرونز لعمليات إحكام سد النوافذ والأبواب منذ مئات السنين.

  ونظراً لانخفاض معامل الاحتكاك في البرونز؛ فإنه يستخدم في تصنيع المضاجع في السيارات وفي المحركات الكهربائية الصغيرة. كما يستخدم البرونز الفسفوري لتصنيع المضاجع والنوابض الدقيقة والأوتار في الأدوات الموسيقية «كالغيتار والبيانو». وفي تصنيع أنواع مختلفة من الأدوات الموسيقية.

  يمتاز البرونز بعدم إصداره شرارة كهربائية عند اصطدامه بسطح صلب (وكذلك خلائط النحاس مع البريليوم)، لذا فإنه يستخدم لتصنيع المطارق والمفاتيح والعدد الأخرى التي تستعمل في وسط متفجر أو أبخرة قابلة للاشتعال.

  ويُعدّ البرونز الخليطة الرئيسية لتصنيع الميداليات بأنواعها التي تمنح للمتسابقين الحائزين المركز الثالث في الدورات الأولمبية وغيرها.

  لكل خليطة من خلائط البرونز استخدامات مناسبة، فتستخدم الخليطة C90200 للمضاجع والحشوات، وتستخدم الخليطة C90500 في إنتاج المضاجع والحشوات وشفرات المضخات وحلقات المكابس وأجزا الصمامات ووصلات البخار والمسننات، وتستخدم الخليطة C92200 في إنتاج الصمامات والوصلات والأجزا التي تتعرض لدرجات حرارة حتى 290 °س، والخليطة C93700 في المضاجع التي تعمل عند السرعات العالية والضغط العالي والمضخات والعنفات والتطبيقات المقاومة للتأكّل والمسكوبات التي تتعرض لضغط مرتفع.

التصنيف : الكيمياء والفيزياء

النوع : الكيمياء والفيزياء

المجلد: المجلد الخامس

رقم الصفحة ضمن المجلد : 0

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية