ทองเหลือง(Brass) ส่วนผสม และประโยชน์ทองเหลือง

5638

ทองเหลือง (Brass) เป็นโลหะผสม (alloy) ระหว่างทองแดงกับสังกะสีเป็นหลัก อัตราส่วนที่ใช้
ผสมขึ้นกับความต้องการในการใช้งาน โดยทั่วไปจะผสมทองแดงลงในอัตราส่วน 5-45% หรือเพิ่มตามต้องการ ส่วนที่เหลือเป็นสังกะสี และโลหะเจือปนอื่นเล็กน้อย ซึ่งจะได้โลหะทองเหลืองที่มีความแข็ง และเหมาะแก่การใช้งานแตกต่างกันไป และหากใช้ทองแดงผสมมากกว่า 50% เรียกว่า ทองเหลือง และใช้ทองแดงผสมมากกว่า 72% หรือมีสังกะสี 5-15% เรียกว่า ทอมแบก (Tombac)

advertisement

ทองสำริด แตกต่างจากทองเหลือง คือ ทองสำริดประกอบด้วยทองแดงกับดีบุก ส่วนทองเหลืองประกอบด้วยทองแดงกับสังกะสี

สังกะสีสามารถละลายในทองแดงในสภาพของสารละลายของของแข็ง แต่หากละลายสังกะสีมากกกว่า 61% จะเป็นสารประกอบเชิงซ้อน โดยทองเหลืองที่มีทองแดงเป็นส่วนผสมมาก และมีสังกะสีเป็นส่วนผสมน้อย ทองเหลืองจะมีความแข็งแรงมากขึ้น เพราะจุดหลอมเหลวของทองเหลืองจะสูงขึ้น อาทิ การใช้ทองแดงเป็นส่วนผสม 70% ส่วนสังกะสีใช้ประมาณ 30% ทำให้ได้โลหะทองเหลืองที่มีจุดหลอมเหลวในช่วง 1,080-1,130 ºC เป็นต้น

คุณสมบัติของทองเหลือง
– ผิวแวววาว
– มีความแข็งสูง
– ทนต่อแรงกระแทกได้ดี
– ทนต่อการกัดกร่อนได้สูง
– มีจุดหลอมเหลวไม่สูง
– สามารถทำขึ้นได้ในระดับครัวเรือนที่ไม่ต้องใช้เทคโนโลยีที่ซับซ้อน
– การใช้งานทนทาน [1]

ชนิด และส่วนผสมทองเหลือง
ในอุตสาหกรรมผลิตทองเหลืองจะแยกมาตรฐานทองเหลืองออกเป็น 2 กลุ่ม คือ
1. ทองเหลืองรีดเป็นแท่งหรือเป็นแผ่น (Wrough Copper Alloys)
2. ทองเหลืองรีดเป็นแท่งหรือเป็นแผ่น (Wrough Copper Alloys)

ส่วนการแยกชนิดทองเหลืองตามส่วนผสม ได้แก่
1. Alpha brass
เป็นทองเหลืองที่มีส่วนผสมของทองแดงมากกว่า 61% มีโครงสร้างเป็นสารละลายของของแข็ง (solid solution) ระหว่างทองแดงกับสังกะสี และอาจมีสารอื่นแทรกฝังอยู่เพียงเล็กน้อย หรือเรียกว่า phase alpha ทองเหลืองประเภทนี้สามารถขึ้นรูปเย็นได้ง่าย แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มย่อย คือ [2]
– ทองเหลืองสีเหลือง ใช้สังกะสีผสม 20-36% เป็นทองเหลืองที่มีความแข็งแรง มีความเหนียว และอ่อนตัวสูง เหมาะสำหรับการขึ้นรูปเย็น
– ทองเหลืองสีแดง ใช้สังกะสีผสม 5-20% % เป็นทองเหลืองที่ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่าชนิดสีเหลือง แต่ความแข็งแรง ความเหนียว และความอ่อนตัวจะต่ำกว่า เปราะแตกง่ายกว่า

ทองเหลืองเฟส alpha จะมีระบบผลึกเป็น FCC ละลายสังกะสีได้สูงสุด 39% ที่อุณหภูมิ 454 ºC และละลายได้ลดลงเป็น 33% ที่อุณหภูมิ 150 ºC ทั้งนี้ ทองเหลืองของเฟส alpha จะมีสีแดงถึงสีเหลืองที่เหมือนทองคำได้ ก็ต่อเมื่อละลายสังกะสีในอัตราส่วนในช่วง 10-20% [3]

2. Alpha-Beta brass
เป็นทองเหลืองที่มีส่วนผสมของทองแดงระหว่าง 54-61% หรือผสมสังกะสีประมาณ 39-46% โครงสร้างประกอบด้วย grain ของ phase alpha และ beta ทองเหลืองประเภทนี้สามารถขึ้นรูปร้อนได้ง่าย [2]

เฟส Beta จะมีโครงสร้างผลึกเป็นแบบ BCC ที่เป็นผลมาจากปฏิกิริยาเพอริเทกติกระหว่างเฟส alpha กับสารละลายโลหะ ที่อุณหภูมิประมาณ 460 ºC โครงสร้างของผลึกจะเรียงตัวไม่เป็นระเบียบ แต่หากอุณหภูมิลดลง โครสร้างจึงจะเรียงตัวเป็นระเบียบมากขึ้น และโลหะทองเหลืองของเฟส Beta จะมีความแข็งแรง หากใช้อุณหภูมิต่ำกว่า 600 ºC % [3]

ทองเหลืองที่เหมาะสำหรับงานตีขึ้นรูปร้อน ได้แก่ CuZn40Pb2 ซึ่งเป็นส่วนผสมระหว่าง ทองแดง (Cu) ในช่วง 57-59%, ตะกั่ว (Pb) ในช่วง 1.5-2.5% และสังกะสี (Zn) แปรเปลี่ยนตามอัตราส่วนทั้งสอง

ทองเหลือง CuZn40Pb2 มีคุณสมบัติทางฟิสิกส์ และทางกล คือ [5]
– อุณหภูมิสำหรับตีขึ้นรูปร้อน 625-750 ◦C
– อุณหภูมิสำหรับใช้หลอมเหลว 890-900 ◦C
– ความแข็งแรง (Tensile Strength) ≤ 340 kg/mm2
– อัตราการยึดตัว (Elongation) ≤ 20%
– ความแข็ง (Hardness) ≤ 75 HB

ทองแดง
สังกะสี

ปริมาณสังกะสีกับความแข็งแรงของทองเหลือง
สังกะสีมีคุณสมบัติต่อการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของทองเหลืองโดยตรง อาทิ สี ความแข็ง ความเหนียว และความแข็งแรง หากละลายสังกะสีในช่วงหนึ่ง คือ ไม่เกิน 61% จะได้เป็นสารละลายของของแข็ง แต่หากละลายสังกะสีมากกกว่านี้ จะได้เป็นสารประกอบเชิงซ้อน ซึ่งมีคุณสมบัติแข็ง แต่มีความเปราะสูง แตกหรือเกิดรอยร้าวง่าย เพราะมีความเหนียวลดลง

ปริมาณสังกะสี ความต้านแรงดึง ร้อยละการยืดตัว ความแข็ง
(MPa) (2 นิ้ว) (10 มม., 500 กก.)
0 220.5 46 38
5 248.0 49 49
10 282.5 52 54
15 289.4 56 58
20 296.3 59 56
25 310.0 62 54
30 361.9 65 55
35 361.9 60 55
40 (+β) 373.0 45 75

 

ที่มา : [4]

ประโยชน์ทองเหลือง
ทองเหลืองมีคุณสมบัติเป็นโลหะที่มีความแวววาว สวยงาม และทนต่อการเกิดสนิมได้ดี นิยมตีขึ้นรูปหรือหล่อเป็นเครื่องเรือน เครื่องใช้ เครื่องประดับหรืออุปกรณ์ต่างๆ ได้แก่
– เครื่องเรือน เครื่องใช้ในครัวเรือน อาทิ ขัน พาน แจกัน และกระทะ เป็นต้น
– อาวุธ ยุทโธปกรณ์ อาทิ ปลอกกระสุน หอก ดาบ เป็นต้น
– พระพุทธรูป เครื่องราง เหรียญ และเงินตรา
– อุปกรณ์ก่อสร้าง อาทิ ท่อน้ำ ก๊อกน้ำ วาล์ว ชิ้นส่วนปั๊มน้ำ เกลียว และน็อต เป็นต้น
– ส่วนประกอบของบรรจุภัณฑ์ อาทิ ขวดน้ำหอม และปอกลิปสติก เป็นต้น
– สายไฟ และส่วนประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
– เครื่องประดับ อาทิ กำไรข้อมือ แหวน ต่างหู เป็นต้น
– เครื่องดนตรี อาทิ กระดิ่ง ฉิ่ง ฉาบ ขิก และกระพรวน เป็นต้น

ชื่อทางการค้าตามส่วนผสมของทองเหลือง
1. Gilding Metal ใช้สังกะสีผสมไม่เกิน 5% (95CU-5Zn) ถูกใช้สำหรับทำเหรียญ
2. Commercial Bronze ใช้สังกะสีผสม 10% (90CU-10Zn) ถูกใช้สำหรับทำเหรียญ มีคุณสมบัติ และถูกนำไปใช้เหมือนกับ Gilding Metal
3. Jewely Bronze ใช้สังกะสีผสม 12.5% (87.5CU-12.5Zn) นิยมแปรรูปเป็นเครื่องประดับ
4. Red Brass หรือทองเหลืองแดง ใช้สังกะสีผสม 15% (85CU-15Zn) นิยมแปรรูปเป็นเครื่องประดับ ท่อสายไฟ และท่อในเครื่องควบแน่น
5. Low Brass ใช้สังกะสีผสม 20% (80CU-20Zn) นิยมแปรรูปเป็นส่วนประกอบบรรจุภัณฑ์น้ำหอม เหรียญ และเครื่องดนตรี
6. Cartridge Brass ใช้สังกะสีผสม 30% (70CU-30Zn) นิยมแปรรูปเป็นปลอกกระสุน และท่อ
7. Yellow Brass ใช้สังกะสีผสม 35% (65CU-35Zn) เป็นทองเหลืองที่มีสีเหลืองจัด มีคุณสมบัติ และนำไปแปรรูปคล้ายกับ Cartridge Brass
8. Munts Metal ใช้สังกะสีผสม 40% (60CU-40Zn) เป็นทองเหลืองที่มีความแข็งแรงสูง นำไปใช้งานในสภาพที่มีความร้อนสูงได้ดี

นอกจาก ทองเหลืองที่ได้จากการผสมกับสังกะสีแล้ว ยังมีทองเหลืองอีกหลายชนิดที่ได้จากการผสมกับโลหะอื่น ได้แก่
– ทองเหลืองตะกั่ว (Lead Brass)
– ทองเหลืองดีบุก (Tin Brass)
– ทองเหลืองอลูมิเนียม (Aluminum Brass)
– ทองเหลืองซิลิกอน (Silicon Brass)
– ฯลฯ

ขอบคุณภาพจาก sattha.co.th/, thaitoolssupport.com/, http://jewelryfashion.ran4u.com/

เอกสารอ้างอิง
[1] ศูนย์สร้างสรรค์งานออกแบบ, 2551, Creative Thailand สร้างเศรษฐกิจไทยด้วยความคิดสร้างสรรค์.
[2] บุญมี นากรณ์, 2533, การเกิดสนิมของทองเหลืองและทองสัมฤทธิ์.
[3] อัญญารัตน์ ประสันใจ, การพัฒนาส่วนผสมของโลหะเติมทองเหลือง-
สำหรับงานเชื่อมประกอบชิ้นส่วน.
[4] ดวงฤดี ศุภติภัสโร, 2553, โลหะวิทยาฟิสิกส์.
[5] พรชัย ขจรรุ่งเรือง, 2550, การศึกษาสัดส่วนของช่องครีบแม่พิมพ์
ทุบขึ้นรูปร้อนวัสดุทองเหลือง CuZn40Pb2.

advertisement