أنواع وخصائص النحاس وسبائك النحاس
النحاس هو أحد المواد المعدنية غير الحديدية التي تمثل العناصر الضرورية للصناعة والحياة اليومية، وله أنواع عديدة. وله تاريخ طويل من الاستخدام العملي، وقد تم اكتشافه في مقبرة مصرية منذ عام 400 قبل الميلاد، مما يجعله مادة مألوفة تستخدم منذ فترة طويلة في بلدان حول العالم. والعديد من النحاس وسبائك النحاس المستخدمة عمليًا الآن لا تقارن من حيث النوع والأداء مقارنة بتلك الموجودة في ذلك الوقت، ولكن الخصائص الأساسية للنحاس لم تتغير كثيرًا. والخصائص التي لا يمتلكها الحديد هي التي تجعل النحاس مادة مفيدة.
خصائص النحاس وسبائك النحاس
أفضل خصائص النحاس هي قابليته للمعالجة والتوصيل الكهربائي والتوصيل الحراري. وكما يمكن أن نرى من مثال الأسلاك النحاسية، فإن هذه المادة تتمتع بأعلى موصلية كهربائية وتوصيل حراري بعد الفضة، وتُستخدم في العديد من الأجزاء الكهربائية والمحركات والأسلاك ولوحات الدوائر.
يقال إن أحد الأسباب التي جعلت النحاس يستخدم على نطاق واسع منذ العصور القديمة هو سهولة معالجته. فهو معدن ممثل يتمتع بمرونة ممتازة ويسهل إجراء المعالجة البلاستيكية مثل الدرفلة والبثق. كما يتمتع النحاس بسطح نهائي جميل ويأتي بمجموعة متنوعة من الألوان، وهو جزء من السبب وراء رؤيتنا للنحاس في كل مكان.
بالإضافة إلى ذلك، يتميز بخصائص التشكيل الساخن الممتازة، وهو مناسب لمعالجة المنتجات المعقدة. كما يتميز بخصائص زنبركية ممتازة ويستخدم سبائك النحاس ذات قوة التعب العالية مثل نحاس البريليوم والبرونز الفسفوري. وعلى عكس المواد الفولاذية، لا ينكسر هيكلها حتى في درجات الحرارة المنخفضة للغاية، مما يجعلها مادة ذات هشاشة ممتازة في درجات الحرارة المنخفضة. كما يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل، وبما أنه معدن نبيل، يقال إنه مقاوم للتآكل الناتج عن التلامس.
بشكل عام، تكون درجة حرارة استخدامها أقل من 200 درجة، وحتى إذا كانت ممتازة في مقاومة الحرارة، فإن أقصى درجة حرارة للاستخدام تكون حوالي 250 درجة إلى 300 درجة. هناك بعض سبائك النحاس، مثل النحاس الأبيض، التي يمكن استخدامها في درجات حرارة أعلى من 400 درجة. من ناحية أخرى، لا تصبح هشة في درجات حرارة منخفضة للغاية، لذلك يمكن استخدامها دون أي مشاكل.
أنواع مختلفة من المواد النحاسية
من حيث النوع، يشمل النحاس النحاس النقي والبرونز والنحاس الأبيض والنيكل والفضة والنحاس الأبيض ونحاس البريليوم. بالإضافة إلى النحاس النقي، فهو عبارة عن سبيكة نحاسية مصنوعة من النحاس مع الزنك والرصاص والقصدير والألمنيوم والنيكل وما إلى ذلك بمفردها أو مجتمعة.
بالإضافة إلى ذلك، وفقًا لطريقة التصنيع، ينقسم النحاس إلى نوعين: منتجات نحاسية مدلفنة ومنتجات مصبوبة. في الواقع، ما يقرب من 90% من منتجات النحاس تعتبر منتجات نحاسية مدلفنة. كما أن النحاس الأصفر هو المادة الأكثر استخدامًا بين سبائك النحاس، ويقال إن النحاس النقي والنحاس الأصفر يشغلان غالبية الطلب على النحاس.
رموز النحاس
يتطابق رمز الترميز (استطالة النحاس) للمواد النحاسية أيضًا مع هذه التصنيفات. يتم تمثيل النحاس وسبائك النحاس مثل C1020 (النحاس الخالي من الأكسجين) بالحرف C وأربعة أرقام في معيار JIS. سلسلة 1000 من C1 هي نحاس نقي أو سبائك تحتوي على كمية كبيرة من النحاس، وهي فئة تشمل أيضًا نحاس البريليوم C17 ونحاس التيتانيوم C19. سلسلة 2000 مثل C2801 وC2700 وما إلى ذلك هي سبائك نحاس زنك Cu-Zn مثل النحاس والبرونز الأحمر، وسلسلة 3000 مثل C3604 هي نحاس حر القطع، ويضاف الرصاص لتحسين قابلية التصنيع. تتكون سلسلة 4000 من النحاس البحري القائم على النحاس والزنك مع إضافة القصدير، وسلسلة C5000 من البرونز الفسفوري (سبائك النحاس والقصدير والفوسفور)، والتي تعد C5191 مثالاً نموذجيًا لها، وسلسلة 6000 مثل C6161 وC6191 من البرونز الألومنيوم والنحاس لصمامات الأجهزة والنحاس عالي القوة، وسلسلة 7000 مثل C7351 تحتوي على النيكل والفضة والنحاس الأبيض (سبائك النحاس والنيكل). سنقدم بإيجاز خصائص كل سبيكة نحاس على صفحة كل سبيكة نحاس.
الخصائص الفيزيائية النموذجية للنحاس
نقطة الانصهار حوالي 1084 درجة
نقطة الغليان حوالي 2360 درجة
الحرارة النوعية (20 درجة) 385J/kg· درجة
الكثافة 8.96 جم/سم3 (20 درجة)
معامل المرونة الطولي (معامل يونج) 117.7 كيلو نيوتن/مم2
معامل التمدد الحراري (20-100 درجة) 16.8x10-6 / درجة
الموصلية الكهربائية 100% IACS
المقاومة (20 درجة) 1.7241μΩ·سم
معامل درجة حرارة المقاومة (20 درجة) 0.00397/ درجة
القابلية المغناطيسية -0.080x10^-6 وحدة سنتي غرام/جرام
