اقرأ في هذا المقال
النحاس هو أحد أكثر المعادن انتشارًا، إنه المعدن الوحيد الملون باللون الأحمر ويحتل المرتبة الثانية بعد الفضة في التوصيل الكهربائي، حيث أن استخدامه كمادة هيكلية محدود بسبب وزنه الكبير ومع ذلك، فإن بعض خصائصه البارزة، مثل الموصلية الكهربائية والحرارة العالية، تؤدي في كثير من الحالات إلى إفراط في عامل الوزن.
خصائص النحاس
نظرًا لكونه مرنًا للغاية، فإن النحاس مثالي لصنع الأسلاك، حيث تتآكل بفعل المياه المالحة ولكنها لا تتأثر بالمياه العذبة تختلف قوة الشد النهائية للنحاس اختلافًا كبيرًا، بالنسبة للنحاس المصبوب، حيث تبلغ قوة الشد حوالي (25000 رطل/بوصة مربعة) وعندما يتم سحبها على البارد أو المدرفلة على البارد، تزداد قوة الشد إلى نطاق من 40.000 إلى 67.000 رطل لكل بوصة مربعة، في الطائرات يستخدم النحاس بشكل أساسي في النظام الكهربائي لقضبان التوصيل والترابط وكأسلاك مقفلة.
يعتبر نحاس البريليوم أحد أنجح سبائك النحاس الأساسية، إنها سبيكة مطورة حديثًا تحتوي على حوالي 97 في المائة من النحاس و 2 في المائة من البريليوم ونيكل كافٍ لزيادة نسبة الاستطالة، تعتبر الميزة الأكثر قيمة لهذا المعدن هي أنه يمكن زيادة الخصائص الفيزيائية بشكل كبير عن طريق المعالجة الحرارية، حيث ترتفع قوة الشد من (70.000 رطل/بوصة مربعة) في الحالة الصلبة إلى (200000 رطل/بوصة مربعة) في الحالة المعالجة بالحرارة وتكون مقاومة نحاس البريليوم للتعب والتآكل تجعله مناسبًا للأغشية والمحامل والبطانات الدقيقة وأقفاص الكرات والزنبرك.
معادن يكونها النحاس
سبيكة النحاس عبارة عن سبيكة نحاسية تحتوي على الزنك وكميات صغيرة من الألومنيوم والحديد والرصاص والمنغنيز والمغنيسيوم والنيكل والفوسفور والقصدير، ويعتبر النحاس الأصفر الذي يحتوي على نسبة من الزنك من 30 إلى 35 في المائة مطيلًا للغاية، ولكن الذي يحتوي على 45 في المائة له قوة عالية نسبيًا.
معدن مونتز عبارة عن نحاس مكون من 60 في المائة من النحاس و 40 في المائة من الزنك، له خصائص مقاومة ممتازة للتآكل في المياه المالحة، حيث يمكن زيادة قوته عن طريق المعالجة الحرارية، كما أن هذا المعدن يتمتع بقوة شد قصوى تبلغ 50000 رطل لكل بوصة مربعة ويمكن إطالة 18 بالمائة، كما يتم استخدامه في صنع البراغي والصواميل وكذلك الأجزاء التي تتلامس مع الماء المالح.
أما النحاس الأحمر، الذي يطلق عليه أحيانًا البرونز بسبب محتواه من القصدير، في تركيبات خطوط الوقود والنفط، حيث يتمتع هذا المعدن بخصائص وآلات صب وتشطيب جيدة بحرية، أما البرونز هو سبائك نحاسية تحتوي على القصدير، حيث أن البرونز الحقيقي يحتوي على ما يصل إلى 25 في المائة من القصدير ولكن تلك التي تحتوي على أقل من 11 في المائة هي الأكثر فائدة، خاصة لعناصر مثل تركيبات الأنابيب في الطائرات.
النحاس والطائرات
من بين سبائك النحاس سبائك الألومنيوم النحاسية، والتي تحتل البرونز المصنوعة من الألمنيوم مرتبة عالية جدًا في استخدام الطائرات، حيث سيجدون فائدة أكبر في الهياكل لولا قوتهم لنسبة الوزن مقارنةً بسبائك الفولاذ، ويعتبر البرونز المصنوع من الألمنيوم المطاوع قوي ومرن تقريبًا مثل الفولاذ الكربوني المتوسط، ويمتلك درجة عالية من المقاومة للتآكل بواسطة الهواء والماء المالح والمواد الكيميائية، كما يتم تشكيلها بسهول أو لفها على الساخن أو البارد ويتفاعل الكثير منها مع المعالجة الحرارية.
كما تحتوي سبائك النحاس الأساسية هذه على ما يصل إلى 16 بالمائة من الألومنيوم، عادة (من 5 إلى 11 بالمائة) والذي يمكن إضافة معادن أخرى، مثل الحديد أو النيكل أو المنغنيز، كما يتميز البرونز المصنوع من الألمنيوم بخصائص تمزيق جيدة وقوة كبيرة وصلابة ومقاومة لكل من الصدمات والتعب، بسبب هذه الخصائص، يتم استخدامها للأغشية والتروس والمضخات، حيث يتوافر البرونز المصنوعة من الألمنيوم في شكل قضبان وألواح وشرائح ومطروقات.
مونيل وك-مونيل Monel and K-Monel
مونيل Monel
تجمع (Monel)، سبائك النيكل العالية الرائدة، بين خصائص القوة العالية ومقاومة التآكل الممتازة، حيث يتكون هذا المعدن من 68 في المائة نيكل و 29 في المائة من النحاس و 0.2 في المائة من الحديد و 1 في المائة من المنغنيز و 1.8 في المائة من العناصر الأخرى، كما لا يمكن تصلبها بالمعالجة الحرارية، كما يمكن لحام (Monel)، القابلة للتكيف مع الصب والعمل الساخن أو البارد، بنجاح ولها خصائص عمل مشابهة لتلك الموجودة في الفولاذ وعند تشكيلها وصقلها، تتمتع بقوة شد تبلغ 80،000 رطل لكل بوصة مربعة، كما يمكن زيادتها عن طريق العمل على البارد إلى (125000 رطل/بوصة مربعة)، وهو ما يكفي للتصنيف بين السبائك الصلبة.
أين يتم استخدام Monel
تم استخدام (Monel) بنجاح للتروس والسلاسل لتشغيل تروس الهبوط القابلة للسحب والأجزاء الهيكلية المعرضة للتآكل في الطائرات، يتم استخدام (Monel) للأجزاء التي تتطلب قوة ومقاومة عالية للتآكل، مثل مشعبات العادم وصمامات الإبرة المكربنة والأكمام.
ك-مونيل K-Monel
(K-Monel) عبارة عن سبيكة غير حديدية تحتوي بشكل أساسي على النيكل والنحاس والألمنيوم، حيث يتم إنتاجه بإضافة كمية صغيرة من الألومنيوم إلى صيغة مونيل، إنه مقاوم للتآكل وقادر على التصلب بالمعالجة الحرارية.
أين يتم استخدام K-Monel
تم استخدام (K-Monel) بنجاح في التروس والأعضاء الهيكلية في الطائرات التي تتعرض لهجمات تآكل، تعتبر هذه السبيكة غير مغناطيسية في جميع درجات الحرارة، كما تم لحام صفائح (K-Monel) بنجاح بواسطة كل من لحام الأكسجين والأسيتيلين والقوس الكهربائي.
أما البرونز المصبوب المصنوع من الألمنيوم، يستخدم حوالي 89 بالمائة من النحاس و 9 بالمائة من الألومنيوم و 2 بالمائة من العناصر الأخرى ويتميز بقوة عالية مع ليون، ومقاوم للتآكل والصدمات والتعب بسبب هذه الخصائص، يتم استخدام برونز الألمنيوم المصبوب في المحامل وأجزاء المضخات، تعتبر هذه السبائك مفيدة في المناطق المعرضة للمياه المالحة والغازات المسببة للتآكل.
برونز المنغنيز عبارة عن سبيكة نحاسية زنك نحاسية صلبة عالية القوة ومقاومة للتآكل تحتوي على الألومنيوم والمنغنيز والحديد وأحيانًا النيكل أو القصدير، حيث يمكن تشكيل هذا المعدن أو بثقه أو سحبه أو دحرجته إلى أي شكل مرغوب في شكل قضيب، حيث يتم استخدامه بشكل عام للأجزاء الآلية، لتروس هبوط الطائرات والأقواس.
يعد برونز السليكون تطورًا حديثًا يتكون من حوالي 95 بالمائة من النحاس و 3 بالمائة من السيليكون و 2 بالمائة من المنجنيز والزنك والحديد والقصدير والألمنيوم، على الرغم من أنه ليس برونزًا بالمعنى الحقيقي بسبب محتواه الصغير من القصدير، إلا أن برونز السليكون لديه قوة عالية ومقاومة كبيرة للتآكل.
الفولاذ
غالبًا ما يكون من الضروري أو المرغوب فيه حماية الفولاذ أو الحديد الزهر من أكسدة السطح وفقدان الكربون من طبقات السطح (نزع الكربنة) لذلك، فإن الأفران التجارية مجهزة بشكل عام ببعض وسائل التحكم في الغلاف الجوي، عادة ما يكون هذا في شكل موقد لحرق كميات محكومة من الغاز والهواء وتوجيه نواتج الاحتراق إلى فرن الفرن.
يعتبر بخار الماء الناتج عن هذا الاحتراق ضار والعديد من الأفران مجهزة بوسائل للتخلص منه، بالنسبة للأفران غير المجهزة بالتحكم في الغلاف الجوي، تتوفر مجموعة متنوعة من مولدات الغلاف الجوي الخارجية، كما يتم ضخ الغاز المتولد على هذا النحو في الفرن وقد يقوم مولد واحد بتزويد عدة أفران وفي حالة عدم توفر طريقة للتحكم في الغلاف الجوي، يمكن تأمين درجة معينة من الحماية من خلال تغطية العمل بحفر أو رقائق من الحديد الزهر.
نظرًا لأن العمل في حمامات الملح أو الرصاص محاط بوسط التسخين السائل، يتم تبسيط مشكلة منع التحجيم أو نزع الكربنة، تستخدم الأفران الفراغية أيضًا لصلب الفولاذ، خاصة عندما يكون السطح اللامع غير المؤكسد هو الاعتبار الرئيسي.
