ทองเหลือง (Brass)
โลหะผสมของทองแดง โดยมีสังกะสีเป็นธาตุผสมหลัก สังกะสีที่ผสมเข้าไป จะมีผลทำให้ทองเหลืองมีคุณสมบัติต้านทางแรงดึงและความเหนียวสูงขึ้นปริมาณของสังกะสีในทองเหลือง จะทำให้สีของทองเหลืองเปลี่ยนไป กล่าวคือ ถ้ามีปริมาณสังกะสีผสมน้อย โลหะผสมนี้จะมีสีแดงชมพู ถ้ามีสังกะสีผสมมากโลหะจะมีสีเหลืองซีดลงตามลำดับ
ก่อนที่จะศึกษาถึงคุณสมบัติทางกลของทองเหลืองนั้น ควรต้องมีความเข้าในในแผนภาพสมดุลระหว่าง ทองแดง – สังกะสี ว่าเมื่อปริมาณสังกะสีผสมในปริมาณต่าง ๆ กันจะมีผลทำให้เกิดเฟสต่าง ๆ อย่างไรบ้าง และจะมีผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกลของทองเหลืองอย่างไร สำหรับแผนภาพสมดุล ของโลหะ ทองแดง – สังกะสี
ทองเหลืองที่มีสังกะสีผสมอยู่น้อยกว่า 39% จะเป็นโลหะเฟสเดียวคือ แอลฟาเฟส ( a phase) ซึ่งมีคุณสมบัติทางด้านความต้านทานแรงดึงและความเหนียวสูงเหมาะสำหรับนำไปใช้ในงานด้านวิศวกรรม แต่ถ้าทองเหลืองมีปริมาณสังกะสีอยู่ระหว่าง 39 – 46.6% โลหะจะมี 2 เฟสคือ a + b และมีปริมาณสังกะสีผสมเพิ่มขึ้นเป็น 46.6 – 50% โลหะจะมีเฟสเดียวคือ เบตาเฟส (b phase) ในส่วนผสมนี้ คุณสมบัติทางด้านความเหนียว และความต้านทานแรงดึงของทองเหลืองจะลดลงมากซึ่งไม่เหมาะที่จะนำไปใช้งานทางด้านวิศวกรรม และถ้ามีปริมาณสังกะสีเพิ่มขึ้นมากกว่า 50 % โลหะทองเหลืองจะมี 2 เฟส คือ a + b ซึ่งจะทำให้โลหะนี้เปราะไม่เหมาะที่จะนำไปใช้งานเลย ด้วยเหตุนี้เองที่ทำให้ทองเหลืองที่มีปริมาณผสมของสังกะสีน้อยกว่า 40 % ถูกนำมาใช้งานทางด้านวิศวกรรมอย่างกว้างขวาง เช่น 70:30 Brass และ 60:40 Brass (Muntz Metal)
70:30 Brass (ทองเหลืองแอลฟา) ทองเหลืองชนิดนี้ซึ่งบางครั้งมีชื่อเรียกว่า Cartridge Brass ทองเหลืองชนิดนี้จะมีสังกะสีผสมอยู่ประมาณ 30 % โดยน้ำหนัก เป็นทองเหลืองที่มีความแข็งแรงและมีความเหนียวสูง เหมาะที่จะนำไปใช้งาน เช่น ทำปลอกกระสุน นอกจากนั้นยังอาจนำไปผลิตเป็นแผ่นโดยผ่านการรีดเย็น และเหมาะที่จะนำไปแปรรูปโดยกรรมวิธีการทำงานเย็น
60:40 Brass (Muntz Metal) ทองเหลืองชนิดนี้ถูกค้นพบโดย G.F. Muntz เป็นทองเหลืองที่เหมาะสำหรับงานหล่อหรือนำไปแปรรูปโดยกรรมวิธีการทำงานร้อน
คุณสมบัติของทองเหลือง โดยทั่วไปจะมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนต่ำ เมื่อมีปริมาณสังกะสีเพิ่มขึ้น ทองเหลืองจะถูกกัดกร่อนได้เร็วมากเมื่อสัมผัสกับน้ำทะเล ดังนั้นจึงนิยมผสมธาตุอื่น ๆ เข้าไปในทองเหลืองเพื่อเพิ่มคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนและเพิ่มคุณสมบัติทางด้านอื่น ๆ ด้วย ธาตุทีผสมเข้าไปในทองเหลืองได้แก่ ตะกั่ว ดีบุก นิกเกิล อะลูมิเนียม เหล็ก และแมงกานีส เป็นต้น
ผลของธาตุต่าง ๆ ในทองเหลือง
ตะกั่ว อาจมีผสมอยู่ในทองเหลืองได้ เนื่องจากติดเข้ามากับสังกะสีซึ่งจะมีไม่เกิน 0.5% แต่ถ้ามีตะกั่วมากกว่า 0.5% จะเรียกว่า “ทองเหลืองที่มีตะกั่ว” (Leaded Brass) ในทองเหลืองหล่อโดยทั่วไป มีตะกั่วผสมอยู่มากเพราะตะกั่วมีคุณสมบัติช่วยให้การไหลตัวของน้ำโลหะได้ดี นอกจากนี้จะช่วยเพิ่มคุณสมบัติในการนำไปตกแต่งด้วยเครื่องจักรได้ง่าย เช่น ทองเหลืองกลึง ไส ง่าย (Free-Cutting brass, 58% Cu-39% Zn-3% Pb) ส่วนคุณสมบัติความต้านทานแรงดึงและความเหนียวของทองเหลืองจะลดลง เมื่อมีปริมาณตะกั่วผสมมากขึ้น ด้วยเหตุนี้เองทองเหลืองที่จะนำมาใช้ในการขึ้นรูป มักจะมีตะกั่วผสมอยู่น้อยกว่าทองทองเหลืองหล่อ
ดีบุก ผสมในทองเหลืองได้เล็กน้อย โดยปกติไม่เกิน 6% เพราะถ้ามากกว่านี้จะจัดอยู่ในประเภทบรอนซ์แทน ดีบุกช่วยเพิ่มคุณสมบัติต้านทานแรงดึง และมีคุณสมบัติความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี สามารถใช้ทำชิ้นส่วนต่าง ๆ ที่ต้องสัมผัสกับน้ำทะเล เช่นทองเหลืองที่เรียกว่า Naval Brass (60% Cu, 39.25% Zn, 0.75 % Sn ) และ Admiralty Brass ซึ่งมีส่วนผสม (71% Cu, 28% Zn, 1% Sn)
นิกเกิล เป็นธาตุที่ผสมในทองเหลืองแล้ว ช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อนได้ดี เช่น ทองเหลืองนิกเกิล (nickel brass, 65% Cu-18% Ni-17% Zn) แต่ถ้าเพิ่มนิกเกิลจำนวนมาก และพอเหมาะกับปริมาณสังกะสี จะทำให้เปลี่ยนเป็นสีขาวคล้ายเงิน เรียกว่า นิกเกิลเงิน ( Silver Nickel)
อะลูมิเนียม ช่วยให้ทองเหลืองมีความต้านทานแรงดึงสูงขึ้น และมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนดี นอกจากนี้ยังช่วยลดการสูญเสียโลหะสังกะสีในขณะหลอมเหลวโดยเกิดเป็นฟิล์มของอะลูมิเนียมออกไซด์คลุมผิวโลหะเหลวได้
เหล็กและแมงกานีส จะผสมเข้าไปในทองเหลืองประเภทที่เรียกว่า “ทองเหลืองต้านทานแรงดึงสูง” (High Yensile Brass) ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงให้กับทองเหลือง