تحقیق مقاله اثر ناخالصی ها بر روی مس

نوارهای مسی در عملیاتهای شکل دهی مورد استفاده قرار می گیرند . تمپر ( درجه نوردکاری سرد ) تاثیر کمی بر روی حد فنجانی شدن ( حد عمیق کششی ) دارد ولی اثرات جدی بروی شکل دادن کشیدنی دارد ( به فرو رفتگی های ایجاد شده در آزمایش اریکسن ، گلویی شدن در شکل دادن کشیدنی مراجعه کنید ) و دیگر موارد .

در جدولهای (6-1) ترکیب بعضی از آلیاژ های تجاری مس داده شده است .

Effect of other elements in copper ::7-4

عناصر مورد بحث ، ناخالصیها ، اکسیژن زداهای باقیمانده یا عناصری که عملاً بدلیل خاصی برای بالا بردن بعضی خواص به مس اضافه شده اند در مس می یاشند.

ارسنیک ، آنتیموان ، سیموت ، آهن ، سرب ، کادیم ، کبالت ، نیکل ، نقره ، سولفور ، سلنیم ، تلور عنوان ناخالصی طبقه بندی می شوند . با وجود اکسیژن بطور عمدی کنترل می شود اما این عنصر ممکن است بعنوان ناخالصی طبقه بندی شود اما شاید صحیح تر این باشد که به عنوان آلیاژ ساز طبقه بندی شود .

بعضی از عناصر که در موارد خاصی به عنوان ناخالصی حضور می یابند در موقعیتهای دیگر به عنوان عناصر الیاژ سازی ظاهر می شوند مانند نقره ، سرب ، تلور .

عناصر فسفر ، لیتیم ، بور ، کلسیم می توانند بعنوان اکسیژن زدا مورد استفاده قرار گیرند اما هیچکدام در حد تجاری و قابل توجهی مورد استفاده واقع نمی شود .

حضور این عناصر در جدول 7 نشان داده شده است .

(جدول در فایل اصلی موجود است)

ARSENIC::1-7-4

ارسنیک بطور طبیعی در بعضی سنگهای معدنی مس ظاهر می شود و ممکن است اجازه داده شود که بعد از عمل تصفیه در مس باقی بماند یا بطور عمدی در غلظتی به میزان 3/0 % به مس اضافه شود .

بعضی وقتها این عنصر به اندازه 5/0% به مس اضافه شده است که تحت عنوان مس ارسنیکی به فروش می رسد و در لوله های مبدلهای حرارتی و لوله های کندانسرها مورد استفاده واقع می شود ( تکنولوژی مبدلهای حرارتی را ببینید ).

ارسنیک استحکام خمشی را تحت شرایط کارسرد کمی افزایش مس دهد و دمای تبلور را بالا می برد . نقره که به مس ارسنیکی افزوده می شود به بالا رفتن دما تبلور مجدد کمک می کند .

آرسنیک اثر زیان آور قابل بر روی هدایت الکتریکی مس حتی در حضور اکسیژن دارد (به شکل 6 نگاه کنید)

حضور اکسیژن مشخصه های ریخته گری مس ارسنیکی را بهبود می بخشد . از طرفی ارسنیک موجب بهبود خصوصیات کاری مس اکسیژن دار می شود .

اثرمفید ارسنیک بروی خواص کارسرد مس اکسیژندار بدلیل تاثیر ارسنیک بروی ساختمان آلیاژ تلقی می شود .

اکسیدمس بطور طبیعی به شکل یک یوتکتیک که کریستالها یادانه های نرم را احاطه می کند . هنگامیکه غلظت ارسنیک از مقدار ( 1/0 )% افزایش می یابد یوتکتیک بوسیله ذرات کروی نسبتا بزرگی و منفردی جانشین می شود و دانه های جداگانه واقع می شوند . اجزاء تشکیل شده جدید احتمالا محصول واکنش انجام شده بین ارسنیک و اکسید مس هستند که ممکن است این مواد ارسنات مس یاشند . این ترکیب فعال نوری است و شکلهای تداخلی خاصی هنگامیکه تحت نورپلاریزه به آن نگاه می کنیم تشکیل می دهد. مشابه آن برای سیستمهای مس- اکسیژن-آنتیموان خاصیت فعالیت نوری گزارش شده است .

 ANTIMONY:2-7-4

معمولا آنتیموان فقط در غلظتهای خیلی کم در مس یافت می شود . آنتیموان با مس بدون اکسیژن تشکیل محلول جامد می دهد بنابراین بر هدایت الکتریکی مؤثر است اما با وجود این کمتر از ارسنیک مورد توجه واقع می شود . آنتیموان همچنین در حضور CUO تشکیل کره هایی می دهد که ترکیب حاصل شده فعالیت نوری نیز دارد .

مسی که شامل تا حدود (5/0)% آنتیموان در حضور (03/0 – 02/0 )% اکسیژن است بطور موفقیت آمیزی نورد گرم می شود .

مسی که شامل (5/0 – 05/0)% از هر یک ا ز عناصر آنتیموان و ارسنیک در حضور (02/0 )% اکسیژن است می تواند کار گرم شود .

آنتیموان استحکام کنشی و ویژگیهای خستگی مس را در مقایسه با مس ارسنیکی افزایش می دهد و موجب افزایش حد دوام ( حد خستگی) می شود .

آنتیموان حتی در مس اکسیژن دار دمای تبلور مجدد را افزایش می دهد .

   BISMUTH ::3-7-4

بیسموت غالبا در مس نامحلول است . (02/0) % بیسموت در دمای C 0 980 در مس حل می شود .

بیسموت به شکل یک لایه بین دانه ای در مس بدون اکسیژن ظاهر می شود و چون دمای ذوب پایینی دارد (C 0  271 ) تمایل به سرخ شکنندگی است با توجه به اینکه قسمت عظیمی از نوارهای ورق (تسمه ها ) مسی توسط نورد گرم تولید می شوند ، حتی مقدار خیلی کمی بیسموت در مس قابل تعمل نمی باشد حضور فسفر باعث می شود که سرخ شکنندگی ایجاد شود اثر وجود آنتیموان مجددا تکرار شود .

Rees , Conda (26) با انجام عمل آنیلی در دمای c 0 900 دریافتند که تنها اثر بیسموت روی دمای سیم سختی مس ، ( c 0 5/2)  به ازای هر ppm بیسموت در دامنه pmm (3-6/1) است بیسموت مانند آرسنیک و  با اکسید مس واکنش می دهد که نتیجه اش یک تجمع تدریجی از ساختار یوتکتیکی مس – اکسید مس است به همراه افزایش یافتن غلظت بیسموت تا اینکه ذرات کروی از ماده متشکله جدید بوجود آیند .

با وجود غلظت نسبتاً بالا اکسیژن در مس بیسموت دار ، لایه بیسموت  در زیر میکروسکوپ ریز نشده است . حضور اکسیژن در مس بیسموت دار بهبود خواص مکانیکی نورد کاری گرم را توجیه می کند .

بیسموت همچنین با تمایل به ساختن مدار شکننده خواص نورد کاری سرد را تحت تاثیر قرار می دهد . حضور سرب علاوه بر بیسموت در آلیاژ سازی اثرات زیان آور بیسموت را کاهش می دهد به این وسیله تمایل بیسموت را به ساختن لایه های مرزدانه ای معدوم می سازد .

آرسنیک و آنتیموان در حضور اکسیژن سعی می کند سرخ کنندگی مس بیسموت دار را کاهش دهند که نتیجه آن توزیع مجدد بیسموت در ساختار میکروسکوپی مس است .

اکسیدهای کمپلکس بیسموت و آنتمیوان که ممکن است تشکیل شوند از جدایش بیسموت در مرزدانه ها جلوگیری می کنند .

        SULFUR , SELENIUM , TELURIUM::4-7-4

این سه عنصر سرخ شکنندگی و سرد شکنندگی ایجاد نمی کنند و اثر کمی روی استحکام کششی دارند اگر چه ممکن است کاهشی در انعطاف پذیری بوجود آورند .

اگر چه این عناصر معمولا فقط در غلظتهای خیلی کمی در مس تصفیه شده ظاهر می شوند

این عنصر ها هنگامیکه به مقدار 1% به مس اضافه می شوند موجب افزایش راحتی ماشینکار آن می شوند .

هر سه این عناصر با مس ترکیباتی تشکیل می دهند و بطریقه کمی نمودار های فازی مشابهی را بوجود می آورند . قابلیت حلالیت جامد هر یک از این عناصر پایین است .

بر اساس مقاومت الکتریکی اندازه گیری شده حلالیت آنها به شرح زیر است :

(جدول در فایل اصلی موجود است)

سولفور اثر قابل توجهی در غلظتهای پایین تا حدود PPM 10بر روی دمای تبلور مجدد دارد . این اثر در غلظتهای بالاتر سولفور کاهش می یابد زیرا قابلیت حلالیت جامد ( محلول جامد) محدود می شود . بخشی از این تاثیرات بدلیل تشکیل CU2S نامحلول است .

دمای تبلور مجدد مس به ازای هر ppm سولفور c 0  7/0 در دامنه ppm (25-6 ) افزایش خواهد یافت . (28)

سلنیم اثر نافذی بر روی نرم سازی مس دارد .‌(29) هر ppm سلنیم کاهشی معادل mm (60-40) در تغییر طول نسبی ار تجاعی ( فنر) ، در مقایسه با اثر سولفور که (mm20) است ، ایجاد می کند .

تنها اثر سلنیم از لحاظ دمای نرم سازی c 0 12 به ازای هر ppm سلنیم  در دامنه ppm (5-0) برای تابکاری در دمای c 0 850 است .

تلور اثر نسبتا بالاتری به مقدار  c 0  6 به ازای هر ppm دارد . اکسیژن به نظر نمی رسد که رفتارتلور را تغییر دهد .

آلیاژ های مسی شامل سولفور و تلور بعنوان مسهای با قابلیت ماشینکاری فروخته می شوند

مس خالص نرم و جقرمه است و ماشینکاری آنها مشکل می باشد . هنگامیکه مس بریده می شود ( برشکاری) رشته های طویل حلقوی تشکیل می شوند که سرعت برش را کاهش می دهند ، ابزار برش گیر نموده و حرارت ایجاد شده افزایش می یابد ، که سرعت ماشینکاری پایینی به مس نسبت داده می شود .

در مقایسه با قابلیت ماشینکاری برنج (zn 36% +pb 3% +cu 61% ) به عنوان استاندارد ( سرعت 100) ، مس 20% سرعت دارد .

مس سولفوری (s3/0% + cu7/99 %) و مس تلوریم دار ( Te 5/0% + cu 5/99% ) هر هر درصد دارای سرعت ماشینکاری 85% هستند و خواص مکانیکی هر دو آنها شبیه مس است .

سربی که به مس اضافه می شود قابلیت ماشینکاری را بهبود می بخشید اما این آلیاژ تمایل به ترک خوردگی دارد .

مس تلوریم دار از ترک خوردگی گرمائی نسبتاً عاری است و به خوبی به درد فورجینگ گرم ( پتک کاری گرم ) می خورد.

فاز تلورید مس در آلیاژ نسبتا شکننده است و استحکام خیلی کمی دارد که موجب می شود براده ها (ships) بجای اینکه رشته ای شوند بشکنند . فازهای شکننده احتیاج به ابزار فرسایش دارند بنابراین ابزاری که با نوک الماسی در ماشینکاری اتوماتیک برای برش دادن مسهای تلوریم دار لازم است .

LEAD::5-7-4

سرب عملا در مس نا محلول است و به صورت کره هایی در مرزدانه ها در سراسر ساختار مس در می آید که می تواند منتهی به سرخ شکنندگی یا پارگی داغ شود .

معمولا سرب در غلظتی بالاتر از 02/0% درسی که نوردکاری گرم می شود نمی تواند تحمل شود و سرب در غلظتهای کمتر از 01/0% در لوله هایی که توسط سنبه کاری تولید می شوند استفاده می شود . این فرایندها ، نیروهای فشاری بر روی فلزاتی که کار می شوند اعمال می کنند و ترک هایی به وجود می آورند . با وجود این مسی که غلظت سرب کمتر از 1% داشته باشد بطور موفقیت آمیزی توسط عمل اکستروژن گرم به شکلهای میله یا لوله تبدیل می شوند زیرا در عمل اکستروژن تنشها غالبا فشاری هستند .

وجود اکسیژن و غلظت خیلی کمی از سرب می تواند از سرخ شکنندگی در حین عمل نورد گرم میلگرد جلوگیری کند .