Demirdışı Metal ve Alaşımlarının Korozyonu Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN EKER

Transkript

1 Demirdışı Metal ve Alaşımlarının Korozyonu

2 DEMİR DIŞI METAL VE ALAŞIMLARI Endüstride kullanılan en önemli demir dışı metal ve alaşımları şunlardır; Bakır (Cu) ve alaşımları Alüminyum (Al) ve alaşımları Magnezyum (Mg) ve alaşımları Titanyum (Ti) ve alaşımları Kurşun (Pb) ve alaşımları Kalay (Sn) ve alaşımları Çinko (Zn) ve alaşımları

3 DEMİR DIŞI METAL VE ALAŞIMLARI Demir Dışı Metal ve Alaşımlarından Aranan En Önemli Özellikler: Dökülebilirlik Dövülebilirlik Talaşlı işlenebilirlik Kaynak edilebilirlik Korozyon direncinin yüksek olması Demir Dışı Metal ve Alaşımlarının Dayanımlarını Arttırma Yöntemleri: Alaşımlama ( Katı çözelti sertleşmesi) Tane boyutunun küçültülmesi ( tane sınırı sertleşmesi) Soğuk işlem (Dislokasyonlar, deformasyon sertleşmesi, soğuk pekleşme) Çökelme sertleşmesi ( ayrışma sertleşmesi)

4 DEMİR DIŞI METAL VE ALAŞIMLARI Demir Dışı Metal ve Alaşımlarının Standartlarla Gösterimi: CuZn 37 : %37Zn içeren bakır alaşımı D-CuPb25 : %25Pb içeren döküm (dökme) bakır alaşımı AlMg 1D 16 : %1Mg içeren alüminyum alaşımı, D:çekme mukavemeti σ= 160N/mm 2 L-PbSn8Sb : %8Sn, bir miktar Sb içeren ve ana kütlesi kurşun olan lehim alaşımı DK : Kokil döküm DB : Basınçlı döküm DS : Savurma döküm

5 DEMİR DIŞI METAL VE ALAŞIMLARININ BAŞLICA KULLANIM ALANLARI En Çok Bulunan Metal Adı Bileşim yüzdesi Bazı kullanış yeri ALÜMİNYUM Duralumin Al-95, Cu-4, Mg-1 Uçak endüstrisinde Mağnalyum Al-90, Mg-10 Uçak ends.ve terazilerde BİZMUT Wood metali Bi-50, Pb-25 Sn-12,5, Cd-12,5 Elektrik sigortalarında BAKIR Alüminyum bronzu Cu-90,Al-10 Fen aletlerinde Çan metali Cu-75,Sn-25 Çan imalinde BAKIR Pirinç Cu-65,Zn-35 Elektrik malzemesi imalinde Bronz Cu-82, Sn-16, Zn-2 Madalya ve heykelde Alman gümüşü Cu-50 Ni-25 Zn25 Elektrik reostalarında Top metali Cu-90, Sn-10 Top imalinde Nikel para Cu-75, Ni-25 Para basmada

6 DEMİR DIŞI METAL VE ALAŞIMLARININ BAŞLICA KULLANIM ALANLARI En Çok Bulunan Metal Adı Bileşim yüzdesi Bazı kullanış yeri CIVA Malgamalar Hg+SnCu, Ag, Au Metal elde etmek ve diş dolgusunda Monelmetal Ni-66, Cu-34, Fe-6 Asit tankları NİKEL Nikrom Ni-60, Cr-15, Fe-25 Elektrik demiri ve elektrik ızgarası Perm alaşımı Ni-80, Fe-20 Elektrik transformatörleri PLATİN Platinium Pt-95, Ir-5 Mücevhercilikte Gümüş para Ag-90, Cu-10 Gümüş para basmakta GÜMÜŞ Sterlin Ag-62,5, Cu-37,5 İngiliz gümüş parası ve gümüş eşya yapımı Babbitt metal Sn-45, Pb-40, Sb-13,Cu-2 Makine yatağı KALAY Britanya metali Sn-90, Sb-8, Gu-2 Süs eşyasında Lehim Sn-60,Pb-40 Metalleri birleştirmekte

7 DEMİR DIŞI METAL VE ALAŞIMLARININ BAŞLICA KULLANIM ALANLARI En Çok Bulunan Metal ALTIN Adı Altın para Bileşim yüzdesi Au-90, Cu-10 Bazı kullanış yeri Altın para basmada 18 ayar altın Au-75, Cu-25 Mücevhercilikte Beyaz altın Au-65, Ni-35 Mücevhercilikte Krom çeliği Fe-97, Gr-3 Silindir yatağı, tel Sert demir Fe-86, Si-14 Asit tankı İnvar Fe-64, Ni-36 Fen aletleri Manganez çeliği Fe-86, Mn-14 Kasa, dolap, taşkırıcı Molibden çeliği Fe-95, Mo-5 Yüksek hızlı dökümde DEMİR Nikel çeliği Fe-94, Ni-6 Asma köprü yapmakta Platinit Fe-85, Ni-15 Ampul teli Silisyum çeliği Fe-97, Si, 3 Otomobil yayı Krom çeliği Fe-85, Si-3 Mutfak malzemesi Tungsten çeliği Fe-92, W-8 Parça dökümünde KURŞUN Saçma, mermi Pb-99,5, As-0,5 Saçma ve mermi yapımı Matbaa metali Pb-82 Prof.Dr.Ayşegül Sb-15 Sn-3 AKDOĞAN Harf dökümünde

8 Titanyum ve Alaşımları Titanyum sembolü Ti olan 22 atom numaralı, C ergime sıcaklığına sahip yoğunluğu 4.5 g/cm 3 olan hafif, parlak korozyana karşı dirençli grimsi geçiş metalidir. Titanyum; demir,alüminyum, vanadyum ve molibden gibi elementlerle alaşım yapabilir. Bu güçlü, hafif alaşımlar havacılık (jet motorları, füzeler ve uzay araçları) askeri, endüstriyel işlemler (kimyasallar ve petrokimyasallar, arıtma santralleri, kağıt hamuru ve kağıt) otomotiv, yiyecek, tıp (protezler, implantlar, dental endodontik malzemeler, dental implantlar), spor eşyaları, mücevher, cep telefonu, ve diğer uygulamalarda kullanılır. Titanyum 1781 de William Gregor tarafından İngilterede keşfedilmiştir. Martin Heinrich Klaproth tarafından titana atfen bu şekilde isimlendirilmiştir. Metal formun en yararlı özellikleri korozyona karşı dirençli olması ve bütün metaller içinde en yüksek dayanım/ağırlık oranına sahip olmasıdır. Alaşımsız haliyle %45 daha hafif olmasına rağmen bazı çelikler kadar dayanaıklıdır. Elementin iki allotropik türü ve 46Ti'den 50Ti'ye beş tane doğal izotopu bulunur. Bunlardan 48Ti doğal olarak en bol bulunan izotoptur(73.8%). Titanyumun kimyasal ve fiziksel özellikleri zirkonyumun fiziksel özellikleri ile benzerlik gösterir

9 Titanyum ve Alaşımları Ti ve alaşımları, metal matrisli kompozit malzemelerde matris malzemesi olarak yaygın kullanım alanına sahiptir. Titanyumun korozyona karşı dayanımı çok iyidir. Yüzeyinde ince bir TiO2 tabakası oluşturarak, çok iyi korozyon direnci sağlar. Vücut içine konan parçalarda, proses kazanları vb. yerlerde bu özelliğinden dolayı titanyum ve alaşımları kullanılır. Ayrıca Ti metali, alüminyumdan daha rijit ve dayanıklıdır. Özellikle çok iyi mukavemet / özgül ağırlık oranına sahip olduğundan dolayı uçak ve uzay sanayinde uygulama alanları bulmuştur. En önemli dezavantajı pahalı olmasıdır. Metaller arasında titanyumun ısıl genleşme katsayısı oldukça düşüktür. Özellikle yüksek sıcaklık uygulamalarında Ti alaşımları oldukça iyi performans gösterir.

10 Nikel ve Alaşımları Sembolü Ni, atom numarası 28, atom ağırlığı 59, yoğunluğu 8,9 g/cm 3 ergime noktası 1453 C olan elementtir. Nikel, çok parlak ve sert bir metaldir. Korozyon direnci yüksektir.havada oksitlenmez. Asitler nikele çok yavaş etki eder. Derişik nitrik asit pasifleştirir. Yüksek korozyon direnci nedeniyle, bazı metalleri havanın etkisinden korumak için, bu gibi metaller, nikelle kaplama yapılır. Kübik yüzey merkezli kafes yapısı nedeniyle plastik şekillenebilirliği iyidir. Mıknatıslanma özelliği vardır. Nikel aşınmaya dayanıklıdır. Nikelin önemli alaşımları vardır. %67 nikel, % 28 bakır, geri kalanı demir, mangan karışımı olan MONEL alaşımı dayanıklı ve sert bir alaşımdır. Asit, havaya ve deniz suyuna karşı çok dayanıklıdır. Buhar makinelerinin piston ve sübaplarıyle, parlak, paslanmaz ev ve mutfak eşyaları yapılır. Nikel, krom, demir, mangan metallerin çok yüksek sıcaklıkta birlikte ergitilmesiyle elde edilen NİKKROM alaşımı elektrik akımına karşı büyük bir direnç gösterir. Bu nedenle, elektrik ütüsünde, elektrikle ekmek kızartma ve ısıtma araçlarında ve benzeri yerlerde direnç olarak kullanılır.

11 Nikel ve Alaşımları Nikelin Başlıca Kullanım Yerleri: Nikel manyetostriktif özelliğinden dolayı su altı haberleşme, derinlik ölçme, teknik temizleme sistemlerinin ultrasonik dalga üreteçlerinde, Mangan içeren nikel, elektron tüpü iç parçalarında, Manganın yanında silisyum da katılmasıyla yanma gazlarına dayanıklılık arttığından benzin motorları buji elektrotlarında, Kimya endüstrisinde; Nikel alaşımları olarak metal korozyonuna maruz yerlerde, kostik solüsyonların dengelenmesinde ve petrol endüstrisinde, Fabrikasyon ürünlerde; Çatal, bıçak takımları, çekiç, pense gibi aletlerle diğer birçok ev ve hastaane aletlerinin yapımında, Uçak ve gemi endüstrisinde; Termik makinelarında aşırı ısıl zorlanma ile karşılaşılan parçaların büyük bir bölümü çoğunluğu nikel esaslı olan yüksek sıcaklık alaşımları olan süper alaşımlarından imal edilmektedir. Nikel süper alaşımları yüksek sıcaklığa ve korozyona dayanıklı olduğundan, uçakların gaz türbinlerinde, jet motorlarının yapımında, ayrıca uçakların elektrolizle kaplanan bölgelerinde,

12 Nikel ve Alaşımları Nikelin Başlıca Kullanım Yerleri: Enerji santralleri, gemiler ve kimya endüstrisi için cihaz, kondanser ve ısı değiştirgeçlerinin üretiminde nikel bakır alaşımları kullanılır. Kızgın durumda çalıştırılan ısıtıcı lektrik dirençlerinde Gemi yapımında tuz korozyonuna karşı engelleyici olarak, Motorlu araçlar ve parçalarında, Elektrikli makinelar ve parçalarında, Yapı malzemelerinde, Sıvı ve katı yağlarda hidrojenerasyonu sağlamak amacıyla, Batarya ve yakıt hücrelerinde ve seramik malzemelerde emaye ile demir arasında bağlayıcı olarak, Bozuk para üretiminde, Paslanmaz çelik üretiminde,

13 Kalay ve Alaşımları Kalay; ergime sıcaklığı (232 C 0 ) düşük, kimyasal kararlılığı iyi ancak ağır 7.3 g/cm 3 yoğunluğunda ağır bir metaldir. Kalay ve bileşikleri; yiyecek ve içeceklerle temas ettiğinde zehirsizdir. Teneke ve konserve gibi kapların kalayla kaplanmasında kullanılır. Döküm, sıvama, çekiçleme ve lehimleme gibi yöntemlerle basitçe işlenebilir. Bu nedenle de geçmiş dönemlerde kap kacak yapımı için kalaya büyük ilgi duyulmuştur. Kalay alaşımları döküme elverişli akıcılığa sahip olduğundan basınçlı döküm ve lehim malzemesi olarak kullanılırlar. örn. DB-SnSb17Cu5Pb3, L-Sn50PbSb, L-SnZn10 vb. Org borusu gibi bazı müzik aleti parçaları halen kalaydan imal geleneği henüz terk edilmemiştir. Halen üretilen kalayın yarıdan fazlası konserve kutuları için teneke imalinde,geri kalan miktarın büyük bölümünden de lehim, yatak metali ve bronzlarda alaşım elementi olarak tararlanmaktadır.

14 Kalay ve Alaşımları En önemli kalay alaşımları; yatak metalleri örn.lgsn 80, LgPbSn 10 yumuşak lehimler örn.l-sn 60Pb, L-PbSn 30 kurşun miktarı sınırlandırılmış kap alaşımları örn. SnSb 2Cu olarak sınıflandırılabilir. Yatak metallerinin (beyaz metallerin) iç yapısı genellikle sert ve aşınmaya dayanıklı adacıklar ile bunların arasındaki yumuşak ve sünek ana kütleden oluşur. Yumuşak lehimler; bileşimlerine göre farklı katılaşma davranışı gösterirler. Katılaşma aralığı dar olan L-Sn 60Pb alaşımı, akıcılıkları nedeniyle ince delik ve kanalları doldurabildiklerinden öncelikle elektronikte kullanılmaktadırlar. Katılaşma aralığı geniş olan L-PbSn 30 alaşımı, kablo kılıfları ve teneke kutular gibi büyük yüzeylerin lehimlenmesinde tercih edilir.

15 Çinko ve Alaşımları Çinko 419 C 0 de ergiyen, iyi döküm özellikleri ve atmosfer korozyonuna direnci iyi olan 7.14 g/cm 3 yoğunluğunda ağır bir metaldir. Hegsagonal kafes yapısına sahip olan çinko, plastik şekil değişimine pek elverişli olmaması, yeniden kristalleşme sıcaklığının düşük olması nedeniyle sorun yaratmaz. Saf çinkonun saflık dereceleri %97.5 ila %99.95 arasında değişir ve DIN 1706 da standartlaştırılmıştır. %99.99 saflığındaki çinko, basınçlı döküm alaşımlarının temel bileşeni olarak kullanılır. Çinkonun elektrokimyasal gerilim serisindeki konumu asallıktan uzak olduğundan, nemli havanın veya doğal koşullardaki suyun etkisiyle yüzeyinde hidroksit ve karbonat karışımı koruyucu tabaka oluşur. Korozyon hızını azaltan bu tabaka nedeni ile çelik ve dökme demirler çinko ile kaplanabilirler. Asit ve kuvvetli alkali çözeltilerinde, damıtık veya yoğuşmuş su ile su buharı gibi ortamlarda çinkonun korozyona uğrama tehlikesi vardır. Çinko kapların gıda ile temas etmesi sakıncalıdır. Sulu çözeltilerde demire kıyasla elektrokimyasal geriliminin daha negatif oluşu ve çözeltiye geçme davranışının uygunluğu nedeniyle çinko, çeliğin katodik korunmasında kurban (harcanabilir) anot görevi görür.

16 Çinko ve Alaşımları Çelik ve dökme demirlerin çinko ile kaplanması sıcak daldırma ve elektrolitik kaplama yöntemleri ile gerçekleştirilir. Sıcak daldırma yönteminde; ana malzeme ile çinko arasındaki geçiş bölgesinde Fe-Zn alaşımları meydana gelir. Ara tabakaların kalınlığı banyo sıcaklığının yanısıra daldırma süresi ve demirce giderek zenginleşen eriyin bileşimine bağlıdır. Sıvı metale yaklaşık %0.1 Al katılmasıyla yüzeyde katılaşan çinko ve alaşım bölgelerinin kalınlığı azalır. Yüksek sıcaklığa ısınması sakıncalı ana malzemelerde veya boyut toleranslarının dar tutulması gereken küçük parçalarda elektrolitik yönteme başvurulur. Böylece, ara tabakasız ve daha üniform bir kaplama elde edilebilir.

17 Çinko ve Alaşımları Başlıca basınçlı döküm alaşımları; DB-ZnAl 4 ve DB-ZnAl 4Cu 1 dir. Çinko içine yapılan %4Al ilavesi; malzemeye tokluk kazandırması yanısıra çinkonun çelik döküm kalıplarını erozyona uğratma etkisini de azaltır. Çinkoya ilave edilen bakır katı çözelti oluşturur ve dayanım artışı sağlar. Taneler arası korozyonun önlenmesi için basınçlı döküm alaşımlarında %0.02-%0.06 Mg bulunması gerekir. Çinko alaşımları basınçlı döküm alanında ağırlıkça %50 paya sahiptir. Karmaşık şekilli küçük parçaların dökümü için basınçlı döküm alaşımları idealdir. İşletme sıcaklıkları ve dayanım değerleri hızla düştüğü için 100 C 0 yi aşmamalıdır. Çinkonun en önemli alaşımı ana bileşenlerini çinko, alüminyum, mağnezyum ve bakırın oluşturduğu zamak tır. Zamak 3- zamak 5 gibi alaşımları degişik sertlikte olup alaşımlarda alaşım elementleri farklı oranlarda bulunur. The New Jersey Zinc Company tarafından 1920'lerde bulunan Zamak, Almanca çinko (Zink), alüminyum (Aluminium), magnezyum (Magnesium) ve bakırın (Kupfer) baş harflerinden oluşturulmuş bir isimdir. Son derece dayanıklı bir alaşımdır. Dünyanın pek çok ülkesinde üretilir. Türkiye'de pek çok üreticisi vardır. Hindistan ve Çin'de çok fazla üretilir ve satılır. Bakır içeren DB-ZnAl 4Cu 1 alaşımında yaşlanma sonucu ortaya çıkan boyut artışının önlenebilmesi için parçalar son boyutlarına islenmeden önce yapay olarak yaşlandırılırlar.

18 Kurşun ve Alaşımları 327 C 0 da ergiyen kurşunun yoğunluğu 11.3 g/cm 3 dür ve ağır bir metaldir. Kübik yüzey merkezli kafes yapısı nedeni ile haddeleme, çekme, presleme gibi yöntemlerle kolaylıkla şekillendirilebilir. Oda sıcaklığında yeniden kristalleşmesi nedeniyle şekillendirmeden sonra tavlama işlemine gerek kalmaz. Ancak küçük şekil değiştirmelerde tane irileşmesine neden olduğundan kablo kılıfları, borular ve kurşun kaplamalarda yorulma kırılmalarına neden olur. Döküm ve lehimleme işlemleri sırasında buharlaşması yavaştır. Ortamdaki dış akımlardan kaynaklanabilecek korozyonun da etkisiyle oluşan korozyonlu yorulma sonunda parça aniden kırılabilir. örn.tren raylarına paralel döşenmiş kabloların kurşun donatısının ani kırılması. Kuşun sülfürik asite karşı kimyasal kararlılık gösterir. Yüzeyinde oluşan ve çözünmeyen kurşun sülfat tabakası, mekanik korozyona uğramadıkça korozyonu engeller. Kurşun akümülatörlerde elektrik akımını da aşağıdaki reaksiyon sağlar. PbO 2 + Pb + H 2 SO 4 2PbSO 4 + 2H 2 O + e

19 Kurşun ve Alaşımları Dayanımı arttırmak için antimon (Sb) katılarak elde edilen kurşun alaşımları sert kurşun olarak isimlendirilir. Korozyon direncini ve dayanımı iyileştiren kalay ilaveli kurşun alaşımları; kaymalı yatak, basınçlı döküm, matbaacılık ve kablo kılıfı alaşımlarının başında gelir. Çökelme sertleşmesi uygulanabilen kalsiyumlu kurşun alaşımları ise sürünmeye bir ölçüde dayanıklı olup örn. Akümülatör plakası ve özel yataklar için önem taşırlar. Toplam kurşun tüketiminde akümülatör yapımı yaklaşık %50, benzine katıldığında vuruntuyu azaltan kurşun tetraetil bileşiğinin üretiminde de yaklaşık %15 lik paya sahip olmuştur. x- ve γ - ışınlarından korunmak için kurşun blok ve önlüklerden yararlanılır. Yeraltı kabloları korozyona ve böcek yemesine karşı kurşun kılıfla donatılır. Kurşun alaşımları, kaymalı yatak (beyaz metal) ve matbaacılıkta baskı malzemesi (harf metali) olarak kullanılmaktadır. PbSb 16 Sn1 alaşımı harf metali olarak kullanılır.

20 BAKIR ve BAKIR ALAŞIMLARI

21 SAF BAKIR Özgül ağırlık :8,92 g/cm -3 Ergime sıcaklığı:1083 C Isıl genleşme katsayısı:17, /K-1 Isıl iletkenlik:0,91 cal/cm.s.grd Elek. İletkenliği:40-59 m/ωmm 2 Elastik modülü: N/mm 2 Haddeleme ve tavlama Çekilme Döküm Çekme Mukavemeti Akma dayanımı Kopma uzaması

22 SAF BAKIRA İLAVE EDİLEN ELEMENTLER

23 SAF BAKIR Endüstriyel bir malzeme olarak bakır, plastik şekil verme yeteneğinin yüksekliği yanında elektrik ve ısıl iletkenliğinin yüksekliği ile daima ön plandaki yerini korumuştur. Bu özelliklerinden kaynaklanarak bakır; İşlenebilme yeteneğinden dolayı hediyelik eşya üretiminde Elektrik iletkenliğinden dolayı kablo üretiminde Isıl iletkenliğinden dolayı da ısıtma/soğutma sistemlerinde geniş olarak kullanılmaktadır.

24 SAF BAKIR Bakır mikroorganizmaların büyümesini geciktirdiği için biraların mayalanmasında kullanılmaktadır. Bu kaplar çoğu zaman bakır olarak adlandırılmakla beraber zamanımızda çoğu ucuz olması sebebi ile paslanmaz çelikten yapılmaktadır.

25 SAF BAKIR Bakır veya bakır alaşımları aşağıda sıralanan özelliklere sahiptir. Ve bu özelliklere bağlı olarak ihtiyaç duyulan yerlerde kullanılmaktadır. Elektrik ve ısı iletkenliği (saf bakır) Korozyon direnci (nikelli alaşımlar) Görünüş, mimari (bronz, pirin. Vs.) Toksik olmaması (gıda, şeker sanayi) Yatak olmaya elverişlilik (kayma sürtünme özelliği)(kalay, bronz vs.) Daha birçok kullanım yerine uygun avantajlar sıralanabilir. Fakat bakır metalurjisinin pahalı bir teknoloji olması ve dünyadaki zengin bakır yataklarının artık iyice azalması, maliyet faktörlerinin etkinliğini arttırmıştır. Fiyat avantaj dengesi, bakır ve alaşımlarının kullanımını sınırlamaktadır.

26 SAF BAKIRA İLAVE EDİLEN ALAŞIM ELEMENTLERİ

27 BAKIRIN BAŞLICA KULLANIM ALANLARI Günümüzde bakır kullanımının % 75 i iletkenlik özelliğinden faydalanmaktadır. Bakırın başlıca kullanım alanları aşağıdaki şekilde özetlenebilir: Enerji kabloları, telekomünikasyon kabloları, tesisat kabloları olarak enerji, haberleşme, inşaat, otomotiv, elektronik sektörlerinde, beyaz eşya ve elektrikli ev aletleri üretiminde kullanılmaktadır.

28 BAKIRIN BAŞLICA KULLANIM ALANLARI

29 BAKIR ve ALAŞIMLARININ STANDARTLARLA GÖSTERİLİŞİ

30 BAKIR ve ALAŞIMLARININ STANDARTLARLA GÖSTERİLİŞİ

31 BAKIR ve ALAŞIMLARININ STANDARTLARLA GÖSTERİLİŞİ

32 BAKIR ALAŞIMLARI Beklenen fonksiyon ve uygun özellikler, Cu alaşımlarının kullanım alanlarını da tarif ederler. Mukavemeti yüksek Cu alaşımları (yüksek oranda mekanik zorlanmalara maruz aletler, makine ve konstriksüyon parçaları (yaylar, membranlar, -zarlar-, dişli çarklar, bağlantı elemanları, kıvılcım çıkarmaz el aletleri): CuSn-; CuAl-; CuBe; alaşımları gibi). Tribolojik özellikleri öne çıkan bakır alaşımları (kaymalı yataklar, sürtünme ve aşınma plakaları, salyangozlar, bilezikler gibi sürtünme ve aşınmaya maruz makine elemanları: CuSn-; CuAl-; CuSnPb- alaşımları gibi). Korozyona dayanıklı ve işlenmesi kolay bakır alaşımları (gemi inşası ve çeşitli cihaz, alet ve sistemlerin üretiminde gerekli iletim boruları, armatürler, soğutma ve ısı değiştirme üniteleri: CuSn-; CuZn-; CuAl-; CuNi-; alaşımları gibi). Kolay işlenebilir alaşımlar (optik, hassas mekanik, ölçme tekniği cihaz ve aletlerinin üretiminde gereken çeşitli borular, halkalar, cıvatalar, kalıpta delme ve basma parçaları: CuZn-; CuZnPb-; alaşımları gibi).

33 BAKIR ÇİNKO ALAŞIMLARI Çinko miktarı %37 yi aşarsa her zaman α+β princi elde edilir. İç yapıda kübik hacim merkezli (khm) β fazının varlığı dayanım ve sertliği arttırırken sünekliğin de düşmesine neden olur. Soğuk şekillendirme güçleşmesine karşın talaşlı şekillendirme kolaylaşır.kısa talaş verme özelliğini daha da geliştirmek için pirince %2 dolayında kurşun ilave edilir. Talaşlı işlemeye elverişlilik bakımından sadece bazı alüminyum alaşımları CuZn40Pb2 den daha üstündür. İnce mekanik saat endüstrisi ve tornalama yoluyla seri üretimde örn. Tükenmez kalem ucu yapımında öncelikle kurşunlu pirinçler seçilir.

34

35 BAKIR ÇİNKO ALAŞIMLARI Özel Pirinçler Korozyona dayanıklılığı ve diğer özellikleri Ni, Sn, Al, Si ve Mn alaşım elementleri ile geliştirilmiş Cu-Zn alaşımlarıdır. Çinkonun korozyona uğramasını yani çinkosuzlaşmayı (dezinfikasyon) önleyebilmek için % arsenik katılmış CuZn20Al ve CuZn28Sn1(gemici pirinci) alaşımları en başta gemi kondenserlerinin yapımında kullanılır. Bileşimlerindeki %40-43 çinko ve olası kalay ve mangan katkıları nedeni ile döküm alaşımlarına benzeyen lehim pirinçleri, bakır esaslı malzemelerin ve çeliklerin sert lehimlenmesi için kullanılır. Lehimlenecek çelikte iç gerilmelerin bulunması, ergimiş pirincin tane sınırları boyunca çelik iç yapısına girmesiyle lehim kırılganlığı denen çatlamalar meydana gelir.

36 BAKIR ÇİNKO ALAŞIMLARI Pirinçlerin Kullanım Alanları

37 KOROZYON ÇEŞİTLERİ Pirinçte meydana gelen korozyon çeşitleri çok fazladır.uygun malzeme seçimi, uygun proses ve proses sonrası işlemleri (ve uygun işletim)ile i bu korozyon tiplerinin önüne ne geçilebilir. ÇİNKOSUZLAŞMA KOROZYONU EROZYON/AŞINDIRMA KOROZYONU GERİLMEL LMELİ KOROZYON ÇATLAĞI TANELER ARASI KOROZYON OYUKLANMA KOROZYONU GALVANİK K KOROZYON

38 ÇİNKOSUZLAŞMA KOROZYONU Çinkonun az miktarda yapıdan uzaklaşmasıdır ve geriye gözenekli bakırca zengin alfa yapısı kalır. Bunun sonucunda malzeme özelliklerini kaybederek dayanıksız hale gelir. Alaşıma arsenik ilavesi ile bu korozyon tipi engellenir. Gemici pirinci, Alüminyum pirinci, 70/30 pirinç ve CuZn36Pb2As(CW602N) bu tip korozyona karşı dayanıklı alaşımlardır. Çinkosuzlaşma, çinko miktarınca zengin beta fazında gerçekleşerek alfa fazı aralarında oluşur, yüzeysel ve derinlemesine devam eder. Alaşımlamanın dışında ısıl işleminde çinkosuzlaşma direncinde faydalı etkisi vardır C da yaklaşık 2 saat yapılan ısıl işlem ile çinkosuzlaşma dayanımı arttırılır. Çinkosuzlaşma çoğunlukla saldırgan su ortamlarında oluşur. Suyun içerdiği elementler, organik maddeler, suyun Ph ı, hidroksit içeriği v.b. çinkosuzlaşmanın oluşmasında etkilidir. Bu korozyon tipine karşı dayanım için geliştirilen alaşımlar genellikle su fittingslerinde, deniz ortamlarında kullanılan ürünlerin imalatında tercih edilir. Avrupa Normlarında çinkosuzlaşmanın uygunluğunu kontrol etmek için ilgili deneyler mevcuttur.

39

40 EROZYON(AŞINDIRMA) KOROZYONU Yüksek akışkanlık hızına sahip sulu v.b. ortamlarda bu tip korozyon oluşur. Pirinç üzerinde kimyasal kompozisyonundan dolayı koruyucu ince bir film tabakası oluşur. Yüksek akışkanlık hızına sahip sulu v.b ortamlarda bu koruyucu film tabakası zayıflar ve kaybolur. Bu da malzemede korozyonun başlamasına özelliklerini yitirmesine olanak tanır. Sorunu ortadan kaldırmak için alüminyum pirinci geliştirilmiştir. Ayrıca gemici pirinci, 90/10 bakır nikel, 70/30 bakır nikel alaşımları da bu tür korozyonu önlemek için etkilidir. Aşındırma korozyonunun önüne sadece alaşım seçimi ile değil dizayn ile de geçilebilir. Suyun akış hızını azaltacak, dirseklerin yerine yumuşak geçişli bentler ve T lerin yerine Y parçalar gibi seçilmesi v.b. gibi önlemlerde alınabilir. Ayrıca akış kontrol valfleri kullanılarak ta önlem alınabilir. Yüksek akışkanlığa sahip suyun/v.b. içerisindeki çözünmüşler de iyi tespit edilerek bunların seçilen alaşıma etkisini azaltacak ilaveler yapılabilir.

41

42 Erozyon ve Kavitasyon hasarı Erozyon hasarı sıvı akış hızının n fonksiyonudur. Vana, pompa ve bağlant lantı parçalar alarından geçen en sudaki basınç ve hız h z değişimi imi kavitasyon problemi doğurur. Hasar çok hızlh zlı oluşabilir. Su hız h z ve basınc ncı sınır r değeri eri aştığıa ığında erozyon hasarı beklenmelidir. Endüstri istatistikleri, İçme su hatlarında kullanılan lan pirinç alaşı şımlarının n oranını ağırlık k olarak % 5, değer er olarak % 10 şeklinde vermektedir. Buna bağlı olarak pirinç alaşı şımı eksenli yaşanan anan yılly llık korozyon ve aşıa şınma kayıplar pları önemli bir mertebeye ulaşmaktad maktadır. Bu kayıplar; malzeme, tasarım m ve işletim i tedbirleri ile azaltılabilir. labilir.

43 GERİLMELİ KOROZYON ÇATLAĞI Gerilmeli korozyon çatlağı ya da diğer adıyla mevsim çatlağı yüksek gerilimlerde ve korozif ortamlarda oluşur. Genellikle amonyak içeren ortamlarda oluşur. Aynı zamanda atmosfer, %0,05- %0,5 aralığında kükürt dioksit ya da nitrat içeriyorsa da oluşur. Avrupa Normlarında civa nitrat deneyi ile malzemenin bu tarz korozyona dayanıklı olup olmadığı test edilip sonucu görülebilir. Bu korozyon tipi ile oluşan çatlak lekeli ya da parlak olabilir ve çatlak yavaşça veya hızlıca oluşabilir. Çatlaklar çekme gerilimleri yönünde oluşur. Mesela gerilim giderme tavlaması yapılmamış içi boş çubuklarda test sonucu boyuna çatlaklar görülmektedir. Soğuk eğilme yapılmış borularda eğilen yerin yanında yönsüz bir çatlak oluşur. Eğer malzemeye bir operasyon yapılıyorsa, operasyon yapılan yerin yani gerilim uygulanan yerin yanında gerilmeli korozyon çatlağı oluşur. Gerilmeli korozyon çatlağında alaşım yönünden etkili çinko miktarıdır. Çinko miktarı seçilen alaşımda arttıkça gerilmeli korozyon çatlağı oluşma riski o derece artmaktadır. Gerilmeli korozyon çatlağına, ½-1 saat aralığında ve derece aralığında yapılan gerilim giderme işlemi ile önlem alınabilir. Doğal olarak doğru alaşımı seçmek, uygulanan proseslere dikkat etmekte önemlidir.

44

45 OYUKLANMA KOROZYONU Bu korozyon problemi çok ciddi bir sorun değildir.bakır su borularında görülmektedir. Alfa pirinçleri çinkosuzlaşmaya karşı dayanıklı hale getirilmiştir.bu, bazı durumlarda oyuklanma direncini azaltır.mesela düşük akışlı,sülfit içerikli deniz suyu ortamlarında kullanılan alüminyum pirinci,temiz sulu ortamlarda bazen oyuklanma korozyonuna uğramaktadır.bu çok az olmasına karşın bununla hiç karşılaşmamak için temiz sulu ortamlarda alüminyum pirincinin yerine gemici pirinci kullanılmalıdır.

46 GALVANİK KOROZYON Farklı metaller ya da alaşımlar bir elektrolitin (deniz suyu, temiz su, yağmur, çiğ, buğu) içinde temasta iseler biri diğerinin korozyon dayanımına etki eder. Diğerinden daha soylu olan metal diğerinde atağı hızlandıracaktır ve kendini uygun derecede korumaya alacaktır. Galvanik korozyonu önlemek için metallerin veya alaşımların kullanılacak elektrolit ortamının cinsine göre birbiri arasındaki soyluluk durumunu iyi anlamak ve seçimlerimizi elektrokimyasal serileri dikkate alarak yapmalıyız. Pirinçlerde yüksek bakır oranı ihtiva edenler daha düşük bakır ihtiva edenlere göre daha soyludur. Yani alfa pirinçleri beta pirinçlerine göre daha soyludur. Galvanik korozyon oluşumu sadece soyluluğa bağlı değildir. Farklı iki metal veya alaşıma sahip parçalar arasındaki alan oranı da önemlidir. Eğer etkileyici alan daha soylu(katodik) ise galvanik atak pirinçte olabilir. Eğer katodik metal alanı pirinçten daha küçük ise galvanik korozyonun sözünü etmeye değmez. Örneğin paslanmaz çelik pirinç valfin içindeyse çok az miktarda(önemsenmeyecek kadar), fakat pirinç cıvata paslanmaz çelik yapı içindeyse pirinçte galvanik korozyon oluşacaktır. Su sistemlerinde çok kullanım yeri bulunan pirinç valfler ve fittingsler, bakır, paslanmaz çelik boruların etkili alanları kullanım yerlerinde çok farklılık göstermez ve aralarındaki galvanik hareketlilik çok azdır. Eğer kullanıldıkları yerde sahip oldukları alanlarda büyük farklılıklar olursa mesela pirinç fittingsler bakır ya da paslanmaz çelik tanklar içinde olduğu durumda daha büyük alana sahip katodik metal galvanik atağa sebebiyet verecektir. Eğer birbirinden soyluluk bakımından büyük farklılıklar oluşturan metal ya da alaşımlar kullanmamız gerekiyorsa ya da soylulukları birbirine yakın olsa da efektif alanları arasında büyük farklılıklar varsa galvanik korozyona uğrayacak olana(anodik taraf) kaplama ya da boyama işlemi yapılabilir. Galvanik korozyon, kaplama yapılsa da anodik tarafın tamamen kaplanamama durumu ile de karşımıza çıkabilir. Böyle bir durumda da katodik tarafa belirli bir kısma kaplama yaparak ta değişik çözümler bulunabilir.

47

48 NİKEL GÜMÜŞÜ ( ALMAN GÜMÜŞÜ) Bakır-Nikel-Çinko alaşımlarının genel adıdır. CuNiZn alaşımları (%45-67 Cu; %4,5-45 Zn; % Ni; % 0-2,5 Pb içerirler. Gümüş görünümünde, fakat gümüşe göre çok daha ucuz malzeme olarak, optik ve saat sanayinde ve müzik aletleri yapımında, tıbbi cihaz ve aletlerin üretiminde, süs eşyaları, ev ve mutfak eşyaları üretiminde tercihen kullanılırlar. Nikelin etkisiyle gümüşe benzer bir renk alan bu malzemelerin kararmaya dayanıklılığı pirinçten daha iyidir. Kurşun katılmamış olanları zayıf akım röle yayları, gümüş kaplı çatal-bıçak takımları yapımında kullanılır. Kurşun katılmış olanları ise, optik aletler ve pergel yapımında kullanılır. Pirinçler ve nikel gümüşü gerilme korozyonuna karşı düşük dirence sahiptirler. Bulundukları ortamda örn. yanma gazlarından gelebilecek çok az miktarda amonyak ve nem olması durumunda dış gerilmelerin belirli bir düzeye erişmesi sonucunda pirinç ve nikel gümüşü çatlayarak hasara uğrar.

49 ALÜMİNYUM BROZLARININ ÖZELLİKLERİ Alüminyum bronzları yüksek ergime sıcaklığına sahiptir(yaklaşık C) Dar katılaşma aralığı vardır (likidus solidus arası yaklaşık C) Sıcaklığın artması ile α ve α +β fazlarının çözünürlük sınırları değişir C ve % 11.8 alüminyumda meydana gelen ötektoid dönüşüm, ısıl işlemle sertleştirilebilme karakteristiğini vurgular. Alüminyum bronzları dayanımları yüksek, deniz suyu, sülfirik asit ve tuz çözeltilerine karşı korozyon direnci yüksek alaşımlardır. Alüminyum bronzları dövme ve dökme alüminyum bronzları olarak 2 grupta incelenebilir. Demir, nikel veya mangan katkılı olabilen türlerinden ötektoid dönüşüm gösterenler su verilerek sertleştirilebilirler. Demir alaşımlarından yapıldıkları zaman, işletme sırasında kuvvetli sürtünme ve adezyondan dolayı yüzey hasarına yol açabilecek kılavuz makarası, kızak ve takımlar için en uygun malzemedir.

50 ALÜMİNYUM BRONZLARINA ALAŞIM ELEMENTLERİNİN ETKİSİ Kurşun: Tornada mükemmel işlenebilme ve yatak olarak kayma özelliği verir. Bu nedenle dişli çarkları, volanların ve benzer parçaların dökümünde kurşun ilave edilir. Mikro yapı içinde ayrı fazda ve yumuşaktır. Demir :Tane küçültücü olarak kullanılır ve bu da çekme mukavemetini arttırır. Genelde demir sert noktalara ve demir segregasyonuna neden olduğu için, belli oranı geçmesi istenmez. Nikel: % 5 e kadar kullanılır ve çekme mukavemetiyle sünekliği arttırır. Döküm alaşımlarına az miktarda ilaveler mekanik özellikleri iyileştirir. Silisyum: Mükemmel akıcılık ve dökülebilirlik özelliği kazandırıyor. Dikkat edilmesi gereken nokta oksit filmi oluşturmasıdır. Alüminyum bronzları, kimya, kağıt, tekstil ve gemi sanayinde korozyona dayanıklı alaşım olarak kullanılır.

51 BAKIR KALAY ALAŞIMLARI Cu-Sn alaşımları olan kalay bronzları, çoğu kez fosforla oksit giderme işlemi gördüklerinden fosfor bronzları olarak da isimlendirilir. Denge diyagramından da görüldüğü gibi kalayın çözünürlük sınırı 20 0 C de % 1 den az iken, sıcaklığın artışı ile hızla artarak ötektoid yatayında % 15.8 kalay olur. Pirinçlere göre dayanım, korozyon direnci, aşınma ve kaymalı yatak özellikleri bakımından genellikle üstün olmalarına karşın pahalıdırlar. Yaklaşık %1.5 Sn içeren bronzlar soğuk çekilmiş tel halinde telefon hava hatlarında kullanılır. Ancak bu iletkenlerin bileşiminde fosfor bulunmamalıdır. Standart dökme kalay bronzları 513 e kadar kalay içerirler. G-CuSn12 veya G- CuSn12Ni alaşımlarında, aşınma ve korozyon dayanıklılığı fazla olması gereken yüksek hızlı sonsuz vida dişlisi, pompa çarkı vb. Gibi makine parçaları dökülür. %20 kalay içeren dökme kalay bronzu ise aşırı gevrekliği nedeni ile sadece çan üretimi için uygundur. Bileşimlerinde alaşım elementi olarak çinko ve gerektiğinde kurşun da bulunan çok bileşenli kalay bronzları kızıl döküm olarak adlandırılırlar. Örn. G-CuSn10Zn ve G- CuSn7ZnPb alaşımları düşük hızlı sonsuz vida dişlisi, kaymalı yatak burcu gibi yerlerde kullanılır.