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. برنج‌ های مس- روی که عناصر اضافی مانند قلع، آلومینیوم، سیلیسیوم، منگنز، نیکل و سرب دارند به‌ عنوان برنج‌ های 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 شده است.

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 می باشد از این رو فاز محلول جامد α مهمترین شبکه میکروسکوپی موجود در آلیاژ برنج است . اکثر آلیاژهای برنج دارای دامنه انجماد بسیار کم بوده و وجود فلزات دیگر در مس عملاً باعث پائین آمدن نقطه ذوب می شود و هر قدر دامنه انجمادکمتر باشد، سیالیت آلیاژ بهتر خواهد بود ولی این امر معمولاً با زیاد شدن حجم انقباض متمرکز همراه است ….کاملاً برای ریخته گری مناسب هستند.

برنج ها از نقطه نظر شبکه محلولهای جامد مس و روی دارای خواص زیر می باشند:

الف) محلول جامد α : این شبکه در سرما چکش خوار می باشد ولی چکش خواری آن در گرما منوط به نداشتن سرب در آلیاژ است (به دلیل تشکیل سرب مایع در گرما)

ب)محلول جامد β : در این شبکه وجود سرب کمتر مزاحم می باشد وشبکه خاصیت چکش خواری خود ار در گرما حفظ می کند.

ج)محلول جامد γ : این شبکه سخت و شکننده است و خواص عمومی شبکه γ را دارد.

دسته بندی آلیاژهای مس

آلیاژهای مس مانند آلومینیم به دو دسته آلیاژهای کارپذیر (نوردی) وریختگی تقسیم می گردند. هر دسته از این آلیاژها نیز بر حسب شرایط ترکیبی عناصر آلیاژی می توانند عملیات حرارتی پذیر یا عملیات حرارتی ناپذیر باشند.

انواع برنجهای کارپذیر (نوردی) فقط حاوی مس و روی می باشند 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 وبیشتر از طریق ریخته گری شکل می گیرند.

برنجهای مخصوص

اگر به آلیاژ مس و روی سایر عناصر اضافه شوند به طورکلی خواص مکانیکی برنج بالا می رود و این نوع آلیاژها را برنج مخصوص می نامند. و بالطبع نمی توان فقط ساختمانهای ساده محلول جامد α و یا β+α 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 نمی کند.

آلیاژ مس و روی را برنج می گویند. بر حسب درصد روی در مس می توان برنجهای متفاوتی را به دست آورد. هر چه درصد روی در مس افزایش یابد سختی و استحکام این آلیاژ بیشتر می شود و رنگ برنج از قرمز به زرد کم رنگ متمایل می شود. روی با نقطه ذوب C 419 و چگالی ۱۴/۷ گرم بر سانتی متر مکعب در مذاب مس با نقطه ذوب C 1083 و وزن مخصوص ۹/۸ گرم بر سانتی متر مکعب معمولاً به صورت غیر همگن یا غیر یکنواخت قرار می گیرند که مشکل اساسی جدایش را به وجود می آورد . چون روی تا ۳۲% می تواند در دمای محیط به صورت تک فازیα در مس وجود داشته باشد به آن برنج α میگویند که شامل یک ساختمان تک فازی کریستالهای محلول جامد روی و مس می باشد.

معمولاً برنجهای α تجارتی تا ۳۶% روی دارند و به دو گروه تقسیم می شوند :

برنج α زرد که شامل ۲۰ الی ۳۶% روی می باشد و برنج α قرمز که شامل ۵ الی ۲۰% روی می باشد.

در تهیه آلیاژهای برنج می توان دو روش را مورد استفاده قرار داد.

ويژگيهای مهم آلیاژ

از این فلز به خاطر کاربردهای خاص و شکل و رنگ آن در جاهای مختلفی استفاده می کنند:

در دکوراسیون به خاطر رنگ تقریباً طلایی رنگش

در جاهایی که به اصطکاک کم نیاز باشد مثل مغزی قفلها

در سازهای موسیقی مخصوصاً بخاطر خاصیت آکوستیکی (مثل هورن)

برنج رنگی تقریباً زرد دارد که شبیه به رنگ طلا است.

برنج در برابر کدر شدن و لکه دار شدن هم مقاومت دارد، یعنی دیرتر اکسایش می یابد.

برنج از مدتها پیش حتی قبل از تاریخ شناخته شده بود؛ در آن زمان که انسان هنوز فلز روی را نمی شناخت با ذوب کردن مس همراه با کالامین (سنگ معدن فلز روی) برنج تولید می کرد.

برنج معمولاً قابلیت چکشخواری بیشتری نسبت به مس و روی دارد و تقریباً دمای ذوب آن بین ۹۰۰ تا ۹۴۰ درجه سانتیگراد است . البته سختی و نرم بودن آن می تواند با تغییر نسبت مخلوط مس و روی تغیر کند .مس داخل برنج (از طریق اثر اولیگو دینامیک) خاصیت میکروبکشی به آن می دهد. به همین خاطر از برنج به عنوان دستگیره و دیگر فلزات رایج در بیمارستانها استفاده می کنند. امروزه تقریباً ۹۰٪ از فلزات برنج بازیافت می شوند، چون فلز برنج خاصیت مغناطیسی کمی دارد و به راحتی می توان آن را از فلزاتی که معمولاً با آنها مخلوط می شود جدا کرد. بدین ترتیب برنج جدا شده را دوباره بازیافت می کنند. 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 می گرفته است.

برنج آلیاژی از مس و روی (Cu+Zn) می باشد 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 گرفته است و کمبود آن را عامل بیماریهای پوستی و گوارشی می دانند و قرصهای مکمل همچون قرص زینک برای بیماران تجویز می گردد که همچون دیگر قرصهای شیمیایی دارای عوارض می باشند.

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 می باشد), سماور, کتری, قوری, قاشق و ظروف آشپزخانه تهیه می کردند 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 می کنند.

ترکیب شیمیایی و کاربردهای خاص آلیاژهای منتخب مس – روی (برنج)
نام و شماره	درصد ترکیب اسمی	مشخصات ساخت و کاربردهای خاص
۲۱۰برنج طلایی ۹۵%	۹۵٫۰ Cu۵٫۰ Zn	برنج‌ های 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: لوله ها، مدل‌ها، لباس ضدگلوله، فیوز، چاشنی، پلاک، پایه جواهرسازی در آب‌طلا کاری
۲۲۰برنج تجاری ۹۰%	۹۰٫۰ Cu۱۰٫۰ 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.
۲۲۶برنج جواهرسازی ۸۷%	۸۷.۵ Cu۱۲٫۵ Zn	مشخصات ساخت مثل آلیاژ مس ۲۱۰ به اضافه دنده‌ سازی غلتکی و درپوشیکاربردها: گوشه‌ ها، کانال‌ها، زنجیر ها، زینت‌آلات لباس، …، پایه برای آب‌طلا کاری
۲۳۰برنج قرمز ۸۵%	۸۵٫۰ Cu۱۵٫۰ Zn	کارپذیری سرد عالی، کارپذیری گرم خوب.کاربردها: محافظ‌ های باران، هادی‌ ها، حفره‌ های اتصال، بندها، خاموش‌کننده‌ های آتش، مبرد ها و لوله‌ های مبدل حرارت، میله‌ های پلمب، بدنه رادیاتور.
۲۴۰برنج کم‌عیار ۸۰%	۸۰٫۰ Cu۳۰٫۰ Zn	کارپذیری سرد عالی، مشخصات ساخت مثل مس ۲۳۰.کاربردها: ظروف باتری، دم آهنگری و آلات موسیقی، عقربه ساعت، خطوط پمپ، لوله‌ های خم‌شدنی.
۲۶۰برنج فشنگ ۷۰%	۷۰٫۰ Cu۳۰٫۰ 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، پین‌ ها و پرچ‌ ها.
۲۷۰ یا ۲۶۸برنج زرد	۶۵٫۰ Cu۳۵٫۰ Zn	کارپذیری سرد عالی، مشخصات ساخت مثل آلیاژ مس ۲۳۰.کاربردها: مثل آلیاژ مس ۲۶۰ جز اینکه در مورد مهمات به‌کار نمی‌رود.
۲۸۰برنج زرد	۶۰٫۰ Cu۴۰٫۰ Zn	کارپذیری گرم و آهنگری عالی برای پولک‌زنی، شکل دادن و خم شدن،آهنگری گرم و پرس، کله‌زنی و جا زدن گرم کاربردها: معماری، پیچ و مهره‌ های بزرگ، میله لحیم‌کاری، صفحات مبرد، لوله‌ های مبدل حرارت، آهنگری گرم
۴۴۳، ۴۴۴، ۴۴۵	۷۱٫۰ Cu۲۸٫۰ Zn ۱٫۰ Sn	کار سردپذیری عالی برای شکل دادن و خم شدنکاربردها: مبرد، لوله‌ های مبدل حرارت صفحات مبرد، لوله‌ های تقطیر، حلقه و بست.
۶۶۷برنج منگنز	۷۰٫۰ Cu۲۸٫۸ Zn ۱٫۲ Mn	کارپذیری سرد عالی، ساخته شده با استفاده از پولک‌زنی، خم شدن،شکل دادن، استامپ، جوشکاری. کاربردها: محصولات برنج جوشکاری نقطه‌ای، جوشکاری لب به لب و جوشکاری درزی.
۴۶۴ تا ۴۶۷برنج دریایی	۶۰٫۰ Cu۳۹٫۲۵ Zn ۰٫۷۵ 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، میله‌ های جوشکاری.
۶۷۴	۵۸٫۵ Cu۳۶٫۵ Zn ۱٫۲ Al ۲٫۸ Mn ۱٫۰ Sn	قابلیت شکل‌پذیری گرم عالی، ساخته شده با روش آهنگری گرم و پرس، ماشینکاری.کاربردها: بوش‌ها، دنده‌ها، میله‌های اتصال، محورها، صفحات سایشی
۶۷۵برنج منگنز، A	۵۸٫۵ Cu۱٫۴ Fe ۳۹٫۰ Zn ۱٫۰ Sn ۰٫۱ Mn	قابلیت کارگرم عالی، ساخته شده با روش آهنگری گرم و پرس، کله‌زنی و جا زدن گرمکاربردها: دیسک‌های کلاچ، محور های پمپ، محور ها، گلوله‌ ها، دسته و بدنه شیرها
۶۸۷برنج آلومینیم دارای آرسنیک	۷۷٫۵ Cu۲۰٫۵ Zn ۲٫۰ Al ۱٫۰ As	قابلیت کارسرد عالی برای شکل دادن و خم شدنکاربردها: مبرد، لوله‌های مبدل گرما و بخار، صفحات مبرد، لوله‌های تقطیر
۶۸۸	۷۳٫۵ Cu۲۲٫۷ Zn ۳٫۴ Al ۰٫۴۰ Co	قابلیت شکل‌پذیری سرد و گرم عالی، ساخته‌شده با استفاده از پولک‌زنی، کشش،شکل دادن و خم شدن، برش و استامپ کردن. کاربردها: فنرها، سوییچ‌ ها، اتصالات، رله‌ های قسمت‌ های کشیده شده.
۶۹۴برنج قرمز سیلیسیومی	۸۱٫۵ Cu۱۴٫۵ Zn ۴٫۰ Si	قابلیت شکل‌پذیری گرم عالی برای ساخت با روش آهنگری، عملیات ماشین‌پیچ.کاربردها: دسته شیر ها وقتی که مقاومت به خوردگی و استحکام بالا بحرانی می‌باشد.

برنج آلیاژی از مس و فلز روی می‌باشد که نسبت آن‌دو در آلیاژ تعیین کننده نوع برنج با توجه به مورد استفاده آن است.برخی از انواع برنج‌هابرنز هم نامیده می‌شوند هرچند برنز آلیاژی از مس و قلع می‌باشد.