برنج (آلیاژ)

کلون برنجی
آلیاژ برنج (Brass Alloy) شامل یک سری از آلیاژهای مس با حداکثر ۴۰ Zn% می‌باشد. با تغییر مقدار روی، خواص آلیاژهای Cu-Zn نیز تغییر می‌کند. برنج‌های مس- روی که عناصر اضافی مانند قلع، آلومینیوم، سیلیسیوم، منگنز، نیکل و سرب دارند به عنوان برنج‌های آلیاژی نامیده می‌شوند. عناصر آلیاژی، که به ندرت از ۴٪ بیشتر می‌شوند، بعضی از خواص برنج خالص Cu-Zn را بهبود می‌بخشند، بنابراین می‌توانند در موارد دیگری نیز به کار روند. در جدول زیر ترکیب شیمیایی و کاربردهای خاص برخی برنج‌های منتخب Cu-Zn ارائه شده‌است.
خواص فیزیکی
نوع آلیاژ: دودویی
محتوا: مس و روی
تراکم: g / cm3 8.3-8.7 است
نقطه ذوب: ۱۶۵۲–۱۷۲۴ درجه فارنهایت (c°۹۰۰–۹۴۰)
حد حلالیت روی در مس برابر ۵/۳۲٪ در درجه حرارت انجماد و در حدود۳۵٪ در درجه حرارت محیط می‌باشد از این رو فاز محلول جامد  مهمترین شبکه میکروسکوپی موجود در آلیاژ برنج است. اکثر آلیاژهای برنج دارای دامنه انجماد بسیار کم بوده و وجود فلزات دیگر در مس عملا باعث پائین آمدن نقطه ذوب می‌شود و هر قدر دامنه انجمادکمتر باشد، سیالیت آلیاژ بهتر خواهد بود ولی این امر معمولا با زیاد شدن حجم انقباض متمرکز همراه است ….کاملا برای ریخته‌گری مناسب هستند.
برنج‌ها از نقطه نظر شبکه محلولهای جامد مس و روی دارای خواص زیر می‌باشند:
الف) محلول جامد : این شبکه در سرما چکش خوار می‌باشد ولی چکش خواری آن در گرما منوط به نداشتن سرب در آلیاژ است (به دلیل تشکیل سرب مایع در گرما)
ب) محلول جامد : در این شبکه وجود سرب کمتر مزاحم می‌باشد وشبکه خاصیت چکش خواری خود را در گرما حفظ می‌کند.
ج) محلول جامد : این شبکه سخت و شکننده است و خواص عمومی شبکه  را دارد.
دسته‌بندی آلیاژهای مس
آلیاژهای مس مانند آلومینیم به دو دسته آلیاژهای کارپذیر (نوردی) وریختگی تقسیم می‌گردند. هر دسته از این آلیاژها نیز بر حسب شرایط ترکیبی عناصر آلیاژی می‌توانند عملیات حرارتی پذیر یا عملیات حرارتی ناپذیر باشند.
انواع برنجهای کارپذیر (نوردی) فقط حاوی مس و روی می‌باشند و عناصر دیگر در حد ناخالصی در آن‌ها وجود دارد و برنجهای آلیاژی علاوه بر مس و روی حاوی عناصر دیگری نظیر سیلیسم، آهن، قلع، و سرب و… نیز هستند و بیشتر از طریق ریخته‌گری شکل می‌گیرند.
برنجهای مخصوص
اگر به آلیاژ مس و روی سایر عناصر اضافه شوند به‌طورکلی خواص مکانیکی برنج بالا می‌رود و این نوع آلیاژها را برنج مخصوص می‌نامند؛ و بالطبع نمی‌توان فقط ساختمان‌های ساده محلول جامد  یا + را انتظار داشت.
عناصری مانند سرب، قلع، آهن، منگنز، نیکل و غیره در برنج همواره به عنوان عنصر آلیاژی یا عنصر ناخالصی حضور دارند؛ و مقدار این عناصر هیچگاه از حدود ۲–۱٪ تجاوز نمی‌کند.
آلیاژ مس و روی را برنج می‌گویند. بر حسب درصد روی در مس می‌توان برنجهای متفاوتی را به دست آورد. هر چه درصد روی در مس افزایش یابد سختی و استحکام این آلیاژ بیشتر می‌شود و رنگ برنج از قرمز به زرد کم رنگ متمایل می‌شود. روی با نقطه ذوب C 419 و چگالی ۱۴/۷ گرم بر سانتی‌متر مکعب در مذاب مس با نقطه ذوب C 1083 و وزن مخصوص ۹/۸ گرم بر سانتی‌متر مکعب معمولا به صورت غیر همگن یا غیر یکنواخت قرار می‌گیرند که مشکل اساسی جدایش را به وجود می‌آورد. چون روی تا ۳۲٪ می‌تواند در دمای محیط به صورت تک فازی در مس وجود داشته باشد به آن برنج  می‌گویند که شامل یک ساختمان تک فازی کریستالهای محلول جامد روی و مس می‌باشد.
معمولا برنجهای  تجارتی تا ۳۶٪ روی دارند و به دو گروه تقسیم می‌شوند:
برنج  زرد که شامل ۲۰ الی ۳۶٪ روی می‌باشد و برنج  قرمز که شامل ۵ الی ۲۰٪ روی می‌باشد.
در تهیه آلیاژهای برنج می‌توان دو روش را مورد استفاده قرار داد.
ویژگی‌های مهم آلیاژ
از این فلز به خاطر کاربردهای خاص و شکل و رنگ آن در جاهای مختلفی استفاده می‌کنند:
در دکوراسیون به خاطر رنگ تقریبا طلایی رنگش
در جاهایی که به اصطکاک کم نیاز باشد مثل مغزی قفلها
در سازهای موسیقی مخصوصا بخاطر خاصیت آکوستیکی (مثل هورن)
برنج رنگی تقریبا زرد دارد که شبیه به رنگ طلا است.
برنج در برابر کدر شدن و لکه دار شدن هم مقاومت دارد، یعنی دیرتر اکسایش می‌یابد.
برنج از مدت‌ها پیش حتی قبل از تاریخ شناخته شده بود؛ در آن زمان که انسان هنوز فلز روی را نمی‌شناخت با ذوب کردن مس همراه با کالامین (سنگ معدن فلز روی) برنج تولید می‌کرد.
برنج معمولا قابلیت چکشخواری بیشتری نسبت به مس و روی دارد و تقریبا دمای ذوب آن بین ۹۰۰ تا ۹۴۰ درجه سانتیگراد است. البته سختی و نرم بودن آن می‌تواند با تغییر نسبت مخلوط مس و روی تغیر کند. مس داخل برنج (از طریق اثر اولیگو دینامیک) خاصیت میکروبکشی به آن می‌دهد. به همین خاطر از برنج به عنوان دستگیره و دیگر فلزات رایج در بیمارستانها استفاده می‌کنند. امروزه تقریبا ۹۰٪ از فلزات برنج بازیافت می‌شوند، چون فلز برنج خاصیت مغناطیسی کمی دارد و به راحتی می‌توان آن را از فلزاتی که معمولا با آن‌ها مخلوط می‌شود جدا کرد. بدین ترتیب برنج جدا شده را دوباره بازیافت می‌کنند. چگالی متوسط برنج ۸٫۴ گرم بر سانتیمتر مربع است
کاربرد این آلیاژ در پزشکی
لیاژ برنج یکی از آلیاژهای مورد تایید طب سنتی است که بیشتر به شکل قاشق، سماور، کتری و قوری از دیرباز مورد استفاده قرار می‌گرفته‌است.
برنج آلیاژی از مس و روی (Cu+Zn) می‌باشد 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 گرفته‌است و کمبود آن را عامل بیماری‌های پوستی و گوارشی می‌دانند و قرصهای مکمل همچون قرص زینک برای بیماران تجویز می‌گردد که همچون دیگر قرصهای شیمیایی دارای عوارض می‌باشند.
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 می‌باشد), سماور، کتری، قوری، قاشق و ظروف آشپزخانه تهیه می‌کردند تا با استفاده از آنها، نیاز بدن به این فلز مهم برطرف گردد و از عوارض کمبود آن در بدن پیشگیری گردد.
ساختارهای بلوری برنج
بزرگترین وجه تمایز بین انواع مختلف برنج بر اساس ساختار بلوری آنهاست. دلیل این امر این است که ساختارهای اتمی دو عنصر مس و روی متفاوت است و آن‌ها را بسته به نسبت محتوا و درجه حرارت ترکیب می‌کنند.
ترکیب شیمیایی و کاربردهای خاص آلیاژهای منتخب مس – روی (برنج)
نام و شماره
درصد ترکیب اسمی
مشخصات ساخت و کاربردهای خاص
۲۱۰
برنج طلایی ۹۵٪
۹۵٫۰ Cu
5.0 Zn
برنج‌های غیر آلیاژی.
قابلیت کارسرد عالی، قابلیت کارگرم خوب برای پولک‌زنی، لوله‌کاری، کشش، سوراخ کردن،
پانچ کردن، برش، پیچ دادن، ریخته‌گری تحت فشار، استامپ کردن
کاربردها: لوله‌ها، مدل‌ها، لباس ضدگلوله، فیوز، چاشنی، پلاک، پایه جواهرسازی در آب‌طلا کاری
۲۲۰
برنج تجاری ۹۰٪
۹۰٫۰ Cu
10.0 Zn
مشخصات ساخت مثل آلیاژ مس ۲۱۰ به اضافه کله‌زنی و جا زدن، …، آهنگری و پرس گرم.
کاربردها: برنز حک‌کاری شونده، کارهای شبکه، پرده سینما، پرده‌های محافظ،
سخت‌افزار دریایی فشرده، میخ و پرچ.
۲۲۶
برنج جواهرسازی ۸۷٪
۸۷٫۵ Cu
12.5 Zn
مشخصات ساخت مثل آلیاژ مس ۲۱۰ به اضافه دنده‌سازی غلتکی و درپوشی
کاربردها: گوشه‌ها، کانال‌ها، زنجیرها، زینت‌آلات لباس، …، پایه برای آب‌طلا کاری
۲۳۰
برنج قرمز ۸۵٪
۸۵٫۰ Cu
15.0 Zn
کارپذیری سرد عالی، کارپذیری گرم خوب.
کاربردها: محافظ‌های باران، هادی‌ها، حفره‌های اتصال، بندها، خاموش‌کننده‌های آتش،
مبردها و لوله‌های مبدل حرارت، میله‌های پلمب، بدنه رادیاتور.
۲۴۰
برنج کم‌عیار ۸۰٪
۸۰٫۰ Cu
20.0 Zn
کارپذیری سرد عالی، مشخصات ساخت مثل مس ۲۳۰.
کاربردها: ظروف باتری، دم آهنگری و آلات موسیقی، عقربه ساعت،
خطوط پمپ، لوله‌های خم‌شدنی.
۲۶۰
برنج فشنگ ۷۰٪
۷۰٫۰ Cu
30.0 Zn
کارپذیری سرد عالی، مشخصات ساخت مثل آلیاژ مس ۲۳۰ بجز برای سکه‌زنی.
کاربردها: بدنه رادیاتور، و مخازن چراغ قوه، ته لامپ، چفت و بست،
گیره‌ها، لوله و مفصل، مهمات، وسایل پلمب کردن، پین‌ها و پرچ‌ها.
۲۷۰ یا ۲۶۸
برنج زرد
۶۵٫۰ Cu
35.0 Zn
کارپذیری سرد عالی، مشخصات ساخت مثل آلیاژ مس ۲۳۰.
کاربردها: مثل آلیاژ مس ۲۶۰ جز اینکه در مورد مهمات به‌کار نمی‌رود.
۲۸۰
برنج زرد
۶۰٫۰ Cu
40.0 Zn
کارپذیری گرم و آهنگری عالی برای پولک‌زنی، شکل‌دادن و خم شدن،
آهنگری گرم و پرس، کله‌زنی و جا زدن گرم
کاربردها: معماری، پیچ و مهره‌های بزرگ، میله لحیم‌کاری، صفحات مبرد،
لوله‌های مبدل حرارت، آهنگری گرم
۴۴۳، ۴۴۴، ۴۴۵
۷۱٫۰ Cu
28.0 Zn
1.0 Sn
کار سردپذیری عالی برای شکل‌دادن و خم شدن
کاربردها: مبرد، لوله‌های مبدل حرارت صفحات مبرد، لوله‌های تقطیر، حلقه و بست.
۶۶۷
برنج منگنز
۷۰٫۰ Cu
28.8 Zn
1.2 Mn
کارپذیری سرد عالی، ساخته شده با استفاده از پولک‌زنی، خم شدن،
شکل‌دادن، استامپ، جوشکاری.
کاربردها: محصولات برنج جوشکاری نقطه‌ای، جوشکاری لب به لب و جوشکاری درزی.
۴۶۴ تا ۴۶۷
برنج دریایی
۶۰٫۰ Cu
39.25 Zn
0.75 Sn
کارپذیری آهنگری گرم عالی، ساخته شده با استفاده از پولک‌زنی،
آهنگری گرم، پرس، کله‌زنی و جازدن
کاربردها: بست قورباغه‌ای هواپیما، گلوله‌ها، پیچ، سخت‌افزار دریایی، محورها،
پرچ، سوپاپ بخار، صفحات مبرد، میله‌های جوشکاری.
۶۷۴
۵۸٫۵ Cu
36.5 Zn
1.2 Al
2.8 Mn
1.0 Sn
قابلیت شکل‌پذیری گرم عالی، ساخته شده با روش آهنگری گرم و پرس، ماشینکاری.
کاربردها: بوش‌ها، دنده‌ها، میله‌های اتصال، محورها، صفحات سایشی
۶۷۵
برنج منگنز، A
۵۸٫۵ Cu
1.4 Fe
39.0 Zn
1.0 Sn
0.1 Mn
قابلیت کارگرم عالی، ساخته شده با روش آهنگری گرم و پرس، کله‌زنی و جا زدن گرم
کاربردها: دیسک‌های کلاچ، محورهای پمپ، محورها، گلوله‌ها، دسته و بدنه شیرها
۶۸۷
برنج آلومینیم
دارای آرسنیک
۷۷٫۵ Cu
20.5 Zn
2.0 Al
1.0 As
قابلیت کارسرد عالی برای شکل‌دادن و خم شدن
کاربردها: مبرد، لوله‌های مبدل گرما و بخار، صفحات مبرد، لوله‌های تقطیر
۶۸۸
۷۳٫۵ Cu
22.7 Zn
3.4 Al
0.40 Co
قابلیت شکل‌پذیری سرد و گرم عالی، ساخته‌شده با استفاده از پولک‌زنی، کشش،
شکل‌دادن و خم شدن، برش و استامپ کردن.
کاربردها: فنرها، سوییچ‌ها، اتصالات، رله‌های قسمت‌های کشیده شده.
۶۹۴
برنج قرمز سیلیسیومی
۸۱٫۵ Cu
14.5 Zn
4.0 Si
قابلیت شکل‌پذیری گرم عالی برای ساخت با روش آهنگری، عملیات ماشین‌پیچ.
کاربردها: دسته شیرها وقتی که مقاومت به خوردگی و استحکام بالا بحرانی می‌باشد.
برنج آلیاژی از مس و فلز روی می‌باشد که نسبت آن‌دو در آلیاژ تعیین‌کننده نوع برنج با توجه به مورد استفاده آن است. برخی از انواع برنج‌هابرنز هم نامیده می‌شوند هرچند برنز آلیاژی از مس و قلع می‌باشد.