میلگرد فسفر برنز؛ آشنایی با کاربردها، مشخصات و انواع

در دنیای فلزات رنگین، میلگرد فسفر برنز (Phosphor Bronze Round Bar) به‌عنوان یکی از کلیدی‌ترین محصولات برای ساخت قطعات حساس شناخته می‌شود. این آلیاژ که ترکیبی مهندسی‌‌شده از مس، قلع و فسفر است، به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردی همچون مقاومت بالا دربرابر سایش، ضد اصطکاک بودن و انعطاف‌پذیری عالی، جایگزین‌ناپذیر به نظر می‌رسد. اما دقیقاً چه چیزی باعث می‌شود که مهندسان برای ساخت بوش‌ها، فنرها و قطعات الکتریکی، میلگرد فسفر برنز را انتخاب کنند؟ در این مقاله، قصد داریم به زبان ساده اما فنی، بررسی کنیم که میلگرد فسفر برنز چیست، انواع و مشخصات آن کدامند. اگر به دنبال شناخت دقیق این آلیاژ طلایی‌رنگ هستید، تا انتهای مطلب همراه ما باشید.

میلگرد فسفربرنز چیست؟

میلگرد فسفر برنز نوعی مقطع رنگین است که از آلیاژ پایه‌ برنز تولید می‌شود و به‌دلیل عملکرد پایدار در قطعات دقیق، در صنایع مختلف کاربرد دارد. این محصول، یک مقطع فلزی توپر و استوانه‌ای است که برخلاف برنج معمولی، از ترکیب سه عنصر کلیدی تشکیل شده است: مس (Copper) پایه اصلی آلیاژ. قلع (Tin)، عامل افزایش استحکام و مقاومت در برابر خوردگی. فسفر (Phosphorus)، عامل اکسیژن‌زدایی و افزایش مقاومت در برابر سایش و سختی. به‌همین‌دلیل میلگرد فسفربرنز حتی در شرایط سخت سازه‌های دریایی یا هوافضا و حتی در محیط‌های خورنده پایدار و بدون آسیب باقی می‌مانند. علاوه‌براین، این مقطع دو ویژگی انعطاف‌پذیری و مقاومت بالا را به‌صورت همزمان در اختیار شما قرار می‌دهد؛ کم‌تر پیش می‌آید که این دو ویژگی باهم در یک محصول فلزی وجود داشته باشد.

انواع میلگرد فسفربرنز کدامند؟

میلگردهای فسفربرنز نیز مانند سایر انواع میلگرد، تنوع بالایی دارند تا برای کاربردهای گوناگون مناسب باشند. انواع این محصولات را براساس درصد فسفر و قلع موجود در آلیاژ آن‌ها می‌توان برشمرد. هرچقدر درصد قلع در آلیاژ بیشتر باشد، سختی و استحکام محصول بیشتر می‌شود و هرچقدر درصد فسفر بالا رود، مقاومت سایشی این محصولات افزایش پیدا می‌کند. انواع مختلف این محصولات عبارتند از:

• میلگرد کم‌فسفر: 0.01 تا 0.04 درصد فسفر در آلیاژ آن موجود است. بیشترین انعطاف و قابلیت ماشین‌کاری را دارد و برای ساخت قطعات دارای ساختار پیچیده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• فسفربرنز با درصد فسفر متوسط: حدود 0.04 درصد فسفر دارد. دو ویژگی سختی و قابلیت ماشین‌کاری در این نوع آلیاژ در تعادل است. این مقاطع فشار را در سطح متوسط تحمل می‌کنند، ضد سایش هستند و برای ساخت قطعات ساده‌تری چون یاتاقان و فنر استفاده می‌شوند.
• میلگرد پرفسفر: در ترکیبات این آلیاژ 0.3 تا 0.4 درصد فسفر وجود دارد؛ بیشترین مقاومت را دربرابر فشار و سایش ایجاد می‌کند، اما قابلیت ماشین‌کاری آن نسبت‌به‌ دو نوع قبلی کم‌تر است.
• فسفربرنز کم‌قلع: 3 تا 6 درصد قلع در ترکیبات آلیاژ برنز آن وجود دارد، انعطاف‌پذیر است و برای ساخت قطعات نیازمند ماشین‌کاری و چقرمگی مناسب است.
• فسفربرنز پرقلع: شامل 8 تا 12 درصد قلع است، بیشترین مقاومت را دارد و بارهای مکانیکی، فشار و سایش را به‌خوبی تحمل می‌کند.

آلیاژهای میلگرد فسفربرنز

آلیاژهای میلگرد فسفربرنز با کدهای استاندارد بین‌المللی شناخته می‌شوند و هرکدام از آن‌ها نام منحصربفردی دارند. این نام‌ها، ترکیبات آلیاژ و عملکرد آن‌ها را مشخص می‌کنند. در این آلیاژها درصد فسفر معیار نیست، به‌همین‌دلیل خریداران در کنار نوع آلیاژ برنز، باید به مقدار فسفر موجود در ترکیبات آلیاژ نیز به‌صورت جداگانه توجه داشته باشند. در ادامه لیست بین‌المللی آلیاژهای این نوع میلگرد را ارائه می‌دهیم:

• آلیاژ PB102: شامل 5 درصد قلع که خاصیت فنری و ماشین‌کاری دارد، اما مقاومت آن چندان زیاد نیست.
• آلیاژ PB103: درصد قلع متوسط و پرکاربردترین آلیاژ میلگرد فسفربرنز.
• آلیاژ PB104: درصد قلع بالا و مناسب برای کاربردهای سخت و تحت‌فشار.
• آلیاژ PB105: فرمولاسیون منحصربفرد برای تحمل خستگی بالا و مناسب برای قطعاتی که بار تکراری تحمل می‌کنند.
• آلیاژ PB106: فرمولاسیون منحصربفرد برای رسانایی بهتر.

ترکیبات شیمیایی میلگرد فسفربرنز

ترکیبات اصلی آلیاژ فسفربرنز از سه عنصر مس، قلع و فسفر ساخته شده است. در بعضی از گریدهای این آلیاژ ممکن است درصد ناچیزی از عناصر دیگری مثل سرب، نیکل یا آهن نیز وجود داشته باشد تا ویژگی‌های آن را تقویت کند.

• مس نقش اصلی را در ترکیبات شیمیایی ایفا می‌کند و حدود 85 تا 95 درصد از آلیاژ را تشکیل می‌دهد. درصد مس بالاتر، رسانایی و شکل‌پذیری آلیاژ را بهتر می‌کند و مقاومت را کاهش می‌دهد.
• قلع حدود 3 تا 12 درصد از ترکیبات شیمیایی آلیاژ را تشکیل می‌دهد و نقش افزایش مقاومت سایشی و استحکام میلگرد را برعهده دارد.
• فسفر کم‌ترین سهم از ترکیبات شیمیایی را به‌خود اختصاص می‌دهد و حدود 0.01 تا 0.4 درصد از آلیاژ را تشکیل می‌دهد. نقش فسفر افزایش استحکام، خاصیت فنری، مقاومت در برابر زنگ‌زدگی و خوردگی و کاهش اصطکاک فلز با سطح است.

ویژگی‌های میلگرد فسفربرنز

ویژگی‌های این مقاطع فلزی به گرید آلیاژ و ترکیبات شیمیایی آن‌ها بستگی دارد. مشخصات میلگرد فسفربرنز باعث شده است که برای ساخت قطعات مقاوم و درعین‌حال انعطاف‌پذیر مناسب باشد. در ادامه به بررسی ویژگی‌های این محصول می‌پردازیم:

• مقاومت دربرابر خوردگی و زنگ‌زدگی حتی در محیط‌های مرطوب و آغشته به مواد خورنده
• سایش پایین و مقاومت دربرابر ساییدگی
• رسانایی
• خاصیت ارتجاعی و فنری
• قابلیت ماشین‌کاری

کاربردهای میلگرد فسفربرنز

میلگرد فسفربرنز در کاربردهایی با شرایط ویژه استفاده می‌شود و موارد استفاده آن کاملا با کاربرد میلگرد فولادی متفاوت است. در موقعیت‌هایی که مواد خورنده وجود دارد، فشار و بار وارد بر قطعات تکراری است و برای مدت طولانی ادامه دارد یا خاصیت فنری و ارتجاعی نیاز است، می‌توان از این مقاطع استفاده کرد. در ادامه چند مورد از کاربردهای مقاطع فسفربرنز را نام می‌بریم:

• یاتاقان و بوش
• قطعات فنری
• قطعات الکتریکی و الکترونیکی
• چرخ‌دنده‌های سبک
• سازهای موسیقی

• تجهیزات دریایی مثل پروانه پمپ‌ها، اتصالات یا شیرآلات آب شور
• قالب و ابزارهای اندازه‌گیری
• قطعات صنایع نفت‌وگاز مانند سوپاپ‌ها و رینگ‌ها

مزایا و معایب میلگرد فسفربرنز

در انتخاب میلگرد فسفر برنز، شناخت نقاط قوت و محدودیت‌ها کمک می‌کند تصمیم دقیق‌تری متناسب با شرایط کاری بگیرید. این مقطع در برخی کاربردها عملکرد بسیار خوبی دارد، اما بسته به محیط، بارگذاری و هزینه، همیشه بهترین گزینه نیست. در ادامه به بررسی مزایا و معایب این محصول می‌پردازیم:

مزایای میلگرد فسفربرنز

• مقاومت بالا در برابر سایش و خوردگی
• خاصیت ارتجاعی و فنری
• سطح تماس کم‌صدا و دارای اصطکاک پایین
• مقاومت خستگی بالا
• طول عمر زیاد
• رسانایی قابل قبول

معایب میلگرد فسفربرنز

• قیمت بالاتر نسبت به آلیاژهای ساده‌تر یا فولاد
• سختی پایین در محیط‌های دارای فشار بیش‌از حد (در فشارهای خیلی زیاد آلیاژهای مقاوم‌تر از فسفربرنز جایگزین بهتری هستند)
• رسانایی کم‌تر از مس خالص
• حساسیت به دما و غیرقابل استفاده در محیط‌های پرحرارت

فرآیند تولید میلگرد فسفربرنز

به‌منظور تولید میللگرد فسفربرنز ابتدا عناصر آلیاژی با نسبت‌های کنترل‌شده ذوب و ترکیب می‌شوند تا شمش/بیلت به‌عنوان ماده اولیه تولید آماده شود. سپس شمش‌ها در مرحله نورد گرم و در بازه دمایی حدود ۵۰۰ تا ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد از میان غلتک‌ها عبور می‌کنند و به مقطع گرد تبدیل می‌شوند. در ادامه، عملیات آنیلینگ و کشش سرد برای رسیدن به تلرانس‌های دقیق و سطح یکنواخت انجام می‌شود و در پایان با پرداخت سطح یا اسیدشویی، کنترل کیفیت، بسته‌بندی و آماده‌سازی، محصول برای عرضه به بازار آماده خواهد شد.

تفاوت میلگرد فسفربرنز با میلگرد آجدار

شاید مهم‌ترین تفاوت میلگرد فسفربرنز با نوع آجدار در قیمت آن‌ها باشد. قیمت میلگرد فسفربرنز تقریبا سه‌برابر نوع آجدار است. به‌همین‌دلیل است که مقاطع فولادی برای کاربردهای عمومی مناسبند و آلیاژ برنز و فسفر تنها برای کاربردهای ضروری مورد استفاده قرار می‌گیرد. سایر تفاوت‌های این دو مقطع را نیز در ادامه برمی‌شماریم:

• مقاومت میلگرد فولادی دربرابر خوردگی و زنگ‌زدگی پایین است و به پوشش سطحی نیاز دارد، اما فسفربرنز بدون نیاز به‌پوشش دربرابر خوردگی مقاوم است.
• استحکام مقاطع فولادی در برابر سختی و فشار بالا بیشتر از فسفربرنز است.
• میلگرد فولادی خاصیت ارتجاعی و فنری و همچنین رسانایی الکتریکی ندارد.
• سطح میلگرد فسفربرنز صاف و یک‌دست به‌رنگ قهوه‌ای است، اما نوع آجدار، سطحی برجسته دارد تا بتن گیرایی داشته باشد.