ریخته گری فسفر برنز | یک فرایند پرکاربرد برای تولید قطعات صنعتی بادوام

قطعات ریخته گری فسفر برنز دارای خواص فیزیکی بهبودیافته هستند

صنایع مختلف معمولا از آلیاژها و ترکیبات فلزی مختلف برای ساخت قطعات استفاده می‌کنند. یکی از این آلیاژهای پرکاربرد فسفر برنز نام دارد. این آلیاژ ویژگی‌های فیزیکی بسیار عالی دارد و از آن برای تولید بسیاری از محصولات استفاده می‌شود. ریخته گری فسفر برنز را می‌توان به چندین روش و تکنیک انجام داد. از ریخته گری سرد گرفته تا ریخته گری در شن و ریخته گری با قالب دائمی برخی از تکنیک‌های قابل استفاده در این فرایند هستند. برای ترکیب بهتر مواد با یکدیگر می‌توان از مقادیر مشخص از مس، فسفر و قلع استفاده کرد. نسبت مواد در ترکیب نهایی به نوع فرایند مورد استفاده و نیازهای فنی پروژه بستگی دارد. در این مطلب با ریخته گری فسفر برنز و ویژگی‌های مختلف آن آشنا می‌شویم.

آلیاژ فسفر برنز چیست

ترکیب فسفر برنز یا قلع برنز به دسته‌ای از آلیاژهای حاوی مس، قلع و فسفر گفته می‌شوند. آلیاژ فسفر برنز حاوی ۰.۵ تا ۱۱ درصد قلع و ۰.۰۱ تا ۰.۳۵ درصد فسفر است. افزودن قلع به این ترکیب مقاومت آلیاژ در برابر خوردگی را بیشتر می‌کند و مقاومت آن را افزایش خواهد داد. فسفر نیز موجب مقاومت بیشتر آلیاژ در برابر سایش و سفت‌تر شدن آن می‌شود. آلیاژ فسفر برنز دارای ویژگی‌های فنری عالی، مقاومت بسیار بالا در برابر خستگی، شکل‌پذیری خیلی خوب، لحیم‌کاری مناسب و همچنین مقاومت بالا در برابر خوردگی دارد.

محصولات تولید شده با استفاده از این آلیاژ بیشتر برای تولید محصولات الکترونیکی و نصب در محیط‌های  بسیار خورنده به کار می‌روند. آلیاژهای فسفر برنز با کد UNS C50100 تا C54200 شناسایی می‌شوند. با افزودن سرب به این نوع آلیاژ نیز میزان مقاومت و استحکام آن در برابر خستگی افزایش پیدا می‌کند و ماشین‌کاری آن نیز آسان‌تر خواهد شد. علاوه بر این آلیاژ جدید در برابر سایش و خوردگی نیز مقاومت بیشتری از خود نشان می‌دهد. این ترکیب بهبود یافته برای ساخت یاتاقان‌ها، واشرها و بادامک‌ها استفاده می‌شود و با کد UNS C53400 تا C54400 قابل شناسایی است.

ویژگی‌ها و مشخصات فیزیکی آلیاژ فسفر برنز

آلیاژ فسفر برنز به دلیل داشتن مقاومت بسیار بالا به عنوان یک ماده و آلیاژ صنعتی برتر شناخته می‌شود. این ماده با دوام برای ساخت قطعات دستگاه‌های صنعتی به کار می‌رود. برخی از مهمترین ویژگی‌های فیزیکی آلیاژ فسفر برنز عبارتند از:

• مقاومت بسیار بالا در برابر خستگی و شکست؛ این ویژگی آن را برای تولید قطعات صنعتی کاملا ایده‌آل می‌کند
• مقاومت در برابر رطوبت و زنگ‌زدگی
• رسانایی الکتریکی بسیار بالا
• خاصیت ارتجاعی عالی آلیاژ و ساختار دانه ریز قطعات تولیدی
• ضریب اصطکاک بسیار پایین

آلیاژ فسفر برنز به دلیل داشتن این خاصیت‌های فیزیکی بی‌نظیر در ساخت انواع قطعات صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی دیگر از ویژگی‌های برتر آلیاژ فسفر برنز سیالیت بالای آن در حالت مذاب است. همین موضوع باعث می‌شود تا ریخته‌گری آن بسیار آسان باشد و بتوان قطعات پیچیده و بسیار ظریف را با پایین تولید کرد.

جدول ترکیب‌های شیمیایی آلیاژ فسفر برنز C51000

P%	Ni%	Fe%	Zn%	Pb%	Cu%
۰.۰۳ – ۰.۳۵	N/A	۰.۱۰	۰.۳۰	۰.۰۵	باقی مقادیر

جدول ترکیب‌های شیمیایی آلیاژ فسفر برنز C54400

P%	Ni%	Fe%	Zn%	Pb%	Cu%
۰.۰۱ – ۰.۵۰	۰.۱۰	۱.۵۰ – ۴.۵۰	۳.۰۰ – ۴.۰۰	۳.۵۰ – ۴.۵۰	باقی مقادیر

جدول ترکیب‌های شیمیایی آلیاژ فسفر برنز با مقادیر بالای قلع

Si%	Mn%	Al%	S%	P%	Sb%	Ni%	Fe%	Zn%	Pb%	Sn%	Cu%
۰.۰۰۵	N/A	۰.۰۰۵	۰.۰۵	۱.۵۰	۰.۲۰	۱.۰۰	۰.۲۰	۳.۰۰ – ۵.۰۰	۰.۳۰	۷.۵۰ – ۹.۰۰	۸۶.۰۰ – ۸۹.۰۰

کاربردهای ریخته گری فسفر برنز

آلیاژ فسفر برنز را می‌توان برای مصارف صنعتی گوناگون و همچنین تولید محصولات مصرفی و تزیینی استفاده کرد. در بخش صنعت از این ترکیب برای تولید محصولات الکتریکی استفاده می‌کنند. آلیاژ فسفر برنز در تولید قطعاتی مانند اتصال رله و اتصال قطع‌کننده مدار به کار می‌رود. همچنین به دلیل استحکام بسیار بالای آلیاژ فسفر برنز از آن در تولید گیره‌های فیوز و اتصال PCB نیز استفاده می‌شود.

یکی دیگر از کاربردهای رایج ریخته گری فسفر برنز در تولید محصولات ساده مانند فنرها و سیم‌ها است. فنرهای تولید شده با استفاده از این آلیاژ می‌توانند فشارهای کم تا متوسط را به خوبی تحمل کنند. صنعت اتومبیل‌سازی، کارخانه‌های تولیدکننده محصولات دیجیتال و کنترلرهای دیجیتال ریخته گری فسفر برنز را برای تولید بسیاری از قطعات به کار می‌برند. به لطف مقاومت بالای این آلیاژ در برابر خستگی قطعات تولید شده با آن طول عمر بسیار بالایی دارند و برای سال‌ها کارایی خود را حفظ خواهند کرد.

علاوه بر موارد بالا از آلیاژ فسفر برنز برای تولید گیتارهای آکوستیک نیز استفاده می‌شود. سیم‌های این نوع گیتار از جنس این آلیاژ هستند و به همین دلیل دوام بسیار بالایی دارند. علاوه بر این ابزارهای موسیقی دیگر مانند ساکسیفون نیز با استفاده از ریخته گری فسفر برنز تولید می‌شوند. کیفیت بسیار بالای محصولات تولید شده با این نوع آلیاژ در کنار زیبایی نهایی قطعات موجب محبوبیت بسیار بالای آن شده است.

دیگر کاربردهای ریخته گری فسفر برنز

ویژگی‌های فیزیکی خاص آلیاژ فسفر برنز باعث شده است تا برای ساخت برخی از تجهیزات حساس و حیاتی از آن استفاده شود. یکی از انواع آلیاژ فسفر برنز با استفاده از مس عاری از اکسیژن به دست می‌آید. برای این منظور مس را در محیط بدون اکسیژن با فسفر ترکیب می‌کنند تا آلیاژ CuOFP حاصل شود. این نوع آلیاژ مقاومت بسیار بهتری در برابر اکسیداسیون دارد و می‌تواند در تماس با رطوبت مقاومت بسیار بالایی از خود نشان دهد. همین موضوع باعث شده است تا از آن برای ساخت سیلندرهای ویژه به منظور دپو و دفن پسماندهای اتمی در زیر زمین استفاده شود. کشورهای مختلف مانند فنلاند کپسول‌های ساخته شده با آلیاژ CuOFP که حاوی سوخت مصرف شده اتمی هستند را در صخره‌های بسیار مقاوم و کریستالی دفن می‌کنند.

یکی دیگر از کاربردهای بسیار مهم آلیاژ فسفر به ساخت اولین کامپیوتر عمومی و الکترونیکی-دیجیتال تاریخ یعنی UNIVAC I باز می‌گردد. قطعه ذخیره‌کننده حافظه این کامپیوتر با ضخامت ۱۲.۷ میلی‌متر از آلیاژ فسفر برنز با روکش نیکل ساخته شده بود. ظرفیت ذخیره اطلاعات بر روی این صفحه فلزی ۱۲۸ کاراکتر در هر اینچ بود و هشت خط ذخیره‌سازی بر روی آن قرار داشت. نرخ انتقال داده با این حافظه ۷,۲۰۰ کاراکتر در ثانیه بود که امکان استفاده از کامپیوتر UNIVAC I را ممکن می‌ساخت.

فرایند ریخته گری فسفر برنز

ریخته گری فسفر برنز با توجه به نوع قطعه مورد نظر و نیاز صنعتی شما به شکل‌های مختلف انجام می‌شود. به طور کلی این آلیاژ پرکاربرد خاصیت سیالیت بسیار عالی دارد، به همین دلیل می‌توان آن را به راحتی قالب‌گیری و ریخته گری کرد. در ادامه با روش‌های رایج ریخته گری فسفر برنز آشنا می‌شویم.

ریخته گری با قالب شنی

ریخته گری فسفر برنز با استفاده از قالب شنی یک روش بسیار ارزان و مقرون به صرفه است که به صورت گسترده در صنعت استفاده می‌شود. به طور کلی حدود ۶۰ درصد محصولات تولید شده به روش ریخته گری با استفاده از قالب‌های شنی به تولید می‌رسند. برای تهیه این نوع قالب‌ها از ترکیب شن و خاک رس استفاده می‌شود تا مقاومت و خاصیت پلاستیکی لازم بدست آید. این نوع قالب معمولا درون جعبه‌هایی به نام فلاسک ساخته می‌شود و دارای حفره‌ها و دروازه‌های ویژه برای فشردن شن و ماسه در اطراف الگو است. الگوی اولیه معمولا با استفاده از تکنیک پرینت سه‌بعدی ساخته می‌شود و تمام جزئیات محصول نهایی را بر روی خود دارد.

پس از ساختن قالب شنی می‌توان ریخته گری فسفر برنز را انجام داد. برای این منظور آلیاژ مذاب از درون حفره مخصوص به درون قالب ریخته می‌شود. در ادامه بخارها و گازهای حاصل از آلیاژ از طریق منافذ ویژه خارج می‌شوند تا فرایند قالب‌گیری را دچار مشکل نکنند. در ادامه باید به قطعه اجازه داده شود تا به تدریج خنک شود تا پرداخت سطحی نهایی بهتر حاصل گردد. در پایان با استفاده از میله یا تجهیزات مخصوص قالب شنی شکسته می‌شود و قطعه ریخته گری فسفر برنز از آن خارج خواهد شد.

ریخته گری با قالب دائمی

در این شیوه از ریخته گری آلیاژ مذاب فسفر برنز درون قالب‌های دائمی و چندین بار مصرف ریخته می‌شود. معمولا برای پر کردن این نوع قالب‌ها از تکنیک گرانشی استفاده می‌کنند اما شیوه تحت فشار یا تحت خلاء نیز از دیگر روش‌های رایج برای این منظور هستند. از تکنیک ریخته گری فسفر برنز با قالب دائمی برای تولید قطعات صنعتی مختلف استفاده می‌شود. این قالب‌ها از دو نیمه و با استفاده از چدن خاکستری ساخته می‌شوند. چنین قالب‌هایی مقاومت بسیار بالا در برابر حرارت، خوردگی و خستگی از خود نشان می‌دهند.

تکنیک ریخته گری فسفر برنز با قالب دائمی امکان ساخت قطعات با کیفیت با پرداخت سطحی عالی و ابعاد دقیق را به شما می‌دهد. علاوه بر این تیراژ تولید با استفاده از این روش بسیار بالا است و می‌توان قطعات بسیار کوچک با جزئیات بالا را به این شکل تولید کرد.

ریخته گری سرد

از تکنیک ریخته گری سرد برای تسریع فرایند سرد شدن آلیاژ مذاب استفاده می‌شود. این روش جزو زیرشاخته‌های ریخته‌گری با قالب است و در زمانی از آن استفاده می‌شود که نرخ سرد شدن آلیاژ فسفر برنز به دلیل ضخامت بالای قطعه در تمام بخش‌ها یکسان نیست. این شرایط به دلیل هندسه خاص قطعه و یا قالب ایجاد می‌شود. در چنین شرایطی از این تکنیک برای تسریع عملیات خنک شدن و انجماد آلیاژ فسفر برنز استفاده می‌کنند. قطعه خنک‌کننده می‌تواند در داخل قالب قرار گیرد و در فرایند خنک کردن آلیاژ ذوب و به بخشی از قطعه تبدیل شود. این قطعه در خارج از قالب نیز جای می‌گیرد و در این حالت پس از ذوب به دیواره قطعه نهایی می‌چسبد.

تفاوت آلیاژ برنز با آلیاژ فسفر برنز

آلیاژ برنز با ترکیب فلز مس و قلع به دست می‌آید و ویژگی‌های فیزیکی خاص خود را دارد. اما ترکیب آن با فسفر موجب بهبود کلی خواص فیزیکی و مقاومت بیشتر آن می‌شود. به طور کلی مس رسانای عالی جریان الکتریکی و حرارتی است و خاصیت چکش‌خوری بسیار خوبی دارد و آلیاژهای آن نیز این ویژگی را تا حدودی دارند.

آلیاژ برنز از ۹۲ درصد مس و ۸ درصد قلع تشکیل می‌شود. اما با اضافه کردن مقادیر اندکی فسفر می‌توانید مقاومت آن در برابر خوردگی را تا حد زیادی بهتر کنید. بنابراین مهمترین تفاوت میان این دو آلیاژ در مقادیر فسفر موجود در آن‌ها است. علاوه بر این برخی ویژگی‌های این دو نوع آلیاژ نیز با یکدیگر تفاوت دارند. برای مثال از خواص رایج برنج می‌توان به قابلیت شکل‌پذیری بسیار بالا، مقاومت در برابر شکنندگی، مقاومت در برابر خوردگی، رسانایی گرمایی عالی و انتقال حرارت خوب آن اشاره کرد. اما شما می‌توانید با افزودن فسفر به این آلیاژ مقاومت آن را در برابر خوردگی و اصطکاک بالا ببرید و یک متریال بادوام‌تر و سخت‌تر داشته باشید.

یکی دیگر از تفاوت‌های مهم آلیاژ برنز و فسفر برنز در شکل ظاهری آن‌ها است. معمولا برنز دارای رگه‌هایی از رنگ طلایی است اما آلیاژ فسفر برنز به رنگ قرمز مایل به قهوه‌ای نزدیک‌تر است. علاوه بر این آلیاژ فسفر برنز به دلیل داشتن مقاومت و دوام بالاتر به صورت گسترده‌تر برای ساخت قطعات صنعتی به کار می‌رود.

انواع قطعات صنعتی را می‌توانید با ریخته گری فسفر برنز بسازید

فرایند ریخته گری فسفر برنز با استفاده از این آلیاژ بی‌نظیر برای تولید قطعات صنعتی مقاوم و باکیفیت انجام می‌شود. این آلیاژ با ترکیب مس، قلع و فسفر به دست می‌آید و دارای خواص فیزیکی بسیار خاص و برتر است. مقاومت این آلیاژ در برابر خوردگی، ساییدگی، شکست و همچنین اصطکاک باعث می‌شود بسیاری از قطعات مورد استفاده در دستگاه‌های صنعتی با استفاده از آن ساخته شوند. سیالیت بسیار بالای آلیاژ فسفر برنز در حالت مذاب و شکل‌پذیری و پرداخت عالی آن نیز تولید قطعات را آسان‌تر می‌کند. متالکست سامانه پذیرش آنلاین سفارشات ریخته گری است و به شما این امکان را می‌دهد تا قطعات مختلف را به راحت‌ترین شکل ممکن بسازید. برای ثبت سفارش ریخته گری می‌توانید به وبسایت ما مراجعه کنید.

 

سوالات متداول

چرا عنصر فسفر به آلیاژهای برنز اضافه می‌شود؟

فسفر با هدف افزایش مقاومت آلیاژهای برنز در برابر ساییدگی و افزایش مقاومت آن‌ها اضافه می‌شود. علاوه بر این آلیاژهای فسفر برنز خواص فنری بسیار خوب دارند و در برابر خستگی مقاومت بسیار خوبی از خود نشان می‌دهند. قطعات تولیدی نیز در برابر اکسیداسیون و زنگ‌زدگی مقاوم هستند.

آلیاژهای فسفر برنز چگونه ساخته می‌شوند؟

آلیاژهای فسفر برنز از ترکیب ۰.۵ تا ۱۱ درصد قلع، ۰.۰۱ تا ۰.۳۵ درصد فسفر  و فلز مس ساخته می‌شوند.

چگونه می‌توان درجه سختی قطعات ریخته گری فسفر برنز را بالا برد؟

شما می‌توانید با افزودن مقادیر بیشتر فسفر به آلیاژ فسفر برنز درجه سختی آن را افزایش دهید.