BAKIR ALAŞIMLARI. Prof. Dr. Ramazan YILMAZ & Yrd. Doç. Dr. Zafer BARLAS

Transkript

1 BAKIR ALAŞIMLARI Prof. Dr. Ramazan YILMAZ & Yrd. Doç. Dr. Zafer BARLAS Sakarya Üniversitesi Teknoloji Fakültesi, Metalürji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü

2 BAKIR VE ALAŞIMLARININ SINIFLANDIRILMASI 2

3 BAKIR VE ALAŞIMLARININ KULLANIM ALANLARI 3

4 4

5 5

6 BAKIRDA BULUNAN ALAŞIM ELEMENTLERİ Saf bakıra ilave edilebilen elementler şunlardır: Alüminyum, arsenik, berilyum, kadmiyum, krom, kobalt, demir, kurşun, manganez, nikel, oksijen, fosfor, silisyum, gümüş, kükürt, kalay, çinko ve zirkonyum. Bu alaşım elementlerinin saf bakıra olan etkileri ise aşağıdaki şematik şekilde gösterilmiştir. 6

7 7

8 BAKIR ALAŞIMLARI GENEL Bakır alaşımlarını öncelikle alaşım elementlerine göre ayırmak yaygındır. Bakırın mekanik ve teknolojik özelliklerine olan katkılarıyla ön plana çıkan alaşım elementleri Zn, Sn, Al ve Ni dir. Özellikle bakırın çinko ile alaşımları özel işlem görür, teknolojik özelliklerinin farklılığı ve kullanım alanlarının genişliği dikkate değer olup PİRİNÇLER diye ayrı bir isimle anılırlar. Diğer temel elementlerle oluşturulan Cu alaşımlarına (% 60 Cu) ise genel olarak BRONZ adı verilir, temel alaşım elementinin ifade edilmesiyle birbirlerinden ayırt edilirler. Al-BRONZU, Be-BRONZU, P-BRONZU gibi Herhangi bir bileşenin verilmemesi durumunda alaşımın Sn-BRONZU olduğu kabul edilir. 8

9 BAKIR VE ALAŞIMLARININ STANDARTLARLA GÖSTERİLMESİ Bakır Geliştirme Derneğine göre (CDA), bakır ve alaşımları şu şekilde sınıflandırılır: Dövme Bakır ve Alaşımları: Soğuk ve sıcak durumda, haddeleme veya dövme yoluyla talaş çıkarmaksızın biçimlendirilir. Çubuklar, saclar, borular, teller ve profiller bu guruptaki bakır ve alaşımlarından üretilirler. Döküm Bakır ve Alaşımları: Uygun döküm niteliklerine sahiptirler. Bu alaşımlar döküm parçalar için kullanılırlar. Saf metallerin gösterilişinde yaygın olarak kimyasal sembolden sonra saflık derecesi ağırlık yüzdesi cinsinden ifade edilir. Örneğin Zn 99,99 gibi Bundan farklı olarak bakırda saflık derecesi A dan F ye kadar olan harflerle işaretlenirler. Bu işaretlemeye göre; F-Cu, A-Cu dan daha saftır. E-Cu (elektrolitik bakır) için, sadece elektrik iletim kabiliyeti ölçü olarak alınır. 9

10 BAKIR VE ALAŞIMLARININ STANDARTLARLA GÖSTERİLMESİ Oksijensiz bakır cinsleri ise, sembolün önüne yazılacak bir S harfi ile gösterilir. Örneğin SF-Cu, %99,9 saflık derecesine sahip olan bir oksijensiz bakırdır 10

11 11

12 12

13 DÖVME BAKIR 13

14 14

15 BAKIR ÇİNKO ALAŞIMLARI (PİRİNÇLER) Bakır çinko ile her oranda alaşım yapabilmektedir. Fakat %45 in üzerinde çinko içeren alaşımlar pirinç olarak adlandırılır. Çinko arttıkça kırmızıdan sarıya doğru renk değiştirir. Diyagrama bakıldığında bakırı zengin saha içinde Cu Zn alaşımlarında α katı çözeltisi vardır. α katı çözeltisi, çelikteki ϒ katı çözeltisine benzer olarak YMK dır. Katı çözelti, bakır ve çinko atomlarının çapları birbirine yakın olduğundan yer alan katı çözeltisi oluştururlar ve kafeste bakırın yerine çinko geçebilir. Çinko atom çapı, bakıra göre daha büyük olduğundan, atomlar arası mesafe artar ve kafes parametresinde kısmen büyüme gözlenir. Böylece meydana gelen gerilmeler, sertliği arttırır. 15

16 BAKIR ÇİNKO ALAŞIMLARI (PİRİNÇLER) Metalografik yapılarına göre 2 ye ayrılırlar: α-pirinci: %62 den fazla bakır içeren ve yalnız α katı eriyik kristallerini içeren yumuşak alaşımdır. Bileşiminde max %37 Zn vardır. Bakır miktarına göre yer değiştirir. Döküm veya plastik şekil verme sonucu oluşan artık gerilmelerden doğan mevsim kırılganlığı, α pirinçlerinde sıkça görülür. Diğer bir kötü özelliği çinkosuzlaşmasıdır. Bu olay kalay ilavesi ile giderilmeye çalışılır. α+β-pirinci: %62 den az bakır içerir. Serttir. Döküm alaşımıdır. C2 de ilk oluşan faz β dır. Sıcaklık T değerinin altına düşünce α tane sınırlarında ve β ı nün bölgelerinde çökelir. Oda sıcaklığında α+β vardır. Yalnız 454 0C de β ı dönüşümü vardır. %38 48 arası çinko içerirler. β ı, α dan daha sert ve gevrektir. Bu nedenle soğuk şekillendirilmesi zordur. Yüksek sıcaklıklarda β fazının plastisitesi yüksek olduğundan plastik şekil verilebilir. Sarı pirinç veya Muntz Metali olarak bilinir (çoğunlukla %60 Cu-%40 Zn). Kurşun ilavesi ile işlenebilme kabiliyeti arttırılır. 16

17 BAKIR ÇİNKO ALAŞIMLARI (PİRİNÇLER) Bakır oranı %56 79 ise bunlar yüksek mukavemetli pirinçlerdir. Bunlara aşağıdaki elementler ilave edilir. Silisyum: Sertliği arttırır. Torna işlemini zorlaştırıcı etkisi vardır. Kalay: Bakır ile δ fazını oluşturur. Akma ve kopma mukavemetini, % uzamayı ve darbe direncini değiştirmeden arttırır. Deniz ortamında korozyon direncini arttırır. Kurşun: Çözünmez, ayrı bir faz olarak bulunur. Max %0.2 ile sınırlandırılmıştır. %0.1 in altında kalırsa uzamayı arttırır. Nikel: Mukavemeti azaltır. Sünekliği arttırır. Tane küçültücüdür. Özellikle deniz ortamında korozyon direncini arttırır. 17

18 Cu - Zn faz diyagramı 18

19 BAKIR VE ALAŞIMLARININ MEKANİK ÖZELLİKLERİ 19

20 BAKIR VE ALAŞIMLARININ KOROZYON ÖZELLİKLERİ 20

21 BAKIR-KALAY ALAŞIMLARI 21

22 BAKIR-ALÜMİNYUM ALAŞIMLARI (ALÜMİNYUM BRONZLARI) 22

23 ALÜMİNYUM BRONZLARININ ÖZELLİKLERİ Alüminyum bronzları yüksek ergime sıcaklığına sahiptir (yaklaşık C) Dar katılaşma aralığı vardır (likidüs solidüs arası yaklaşık 11 0 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 Korozyon dirençleri yüksektir Mukavemet, aşınma ve yorulma dayanımları yüksektir Al ilavesiyle çekme mukavemetleri artar (%10 a kadar) 23

24 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. Mikroyapı içinde ayrı fazda ve yumuşaktır. (max %9) 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. 24

25 25

26 BAKIR KALAY ALAŞIMLARI 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. Bakır kalay alaşımları bakırca zengin α, β, δ ve ε fazlarından oluşur. Dökülmüş alaşım α, katı eriyik matrisi içinde tipik öbeklenme ve dendrit içeren tanecikler şeklinde oluşan α+β ötektoid yapısını gösterir. Bu faz sert ve mavi renktedir. Ötektoid yapıya mikroskopta büyütülerek bakıldığında, δ ana fazı içinde α hücreleri şeklinde görülür. Yüksek sıcaklıklarda bekletilen alaşımlarda kalay çözünürlüğünü azaltan α+δ çökelmesi oluşur. Kalay miktarının artması ile, kalayca zengin dendritler arası bölgeler oluşur. Düşük kalaylı alaşımlarda ise dendrit içerisinde çözünmüş kalayın yüksek sıcaklıklarda uzun bekletmelerle dendritler arası bölgelere difüzyonu sağlanır. Bunların iyi yatak malzemesi olmamasının nedeni yumuşak ana yapı içindeki δ çökeltileridir. 26

27 BAKIR KALAY ALAŞIMLARINA DİĞER ELEMENTLERİN ETKİLERİ Kurşun: Yapıda çözünmeyen yığıntılar (segregasyon) şeklinde bulunur. Tornada iyi işlenebilme, yatak malzemesi ve basınca dayanıklılık özelliği kazandırır. Demir: Max %0.2 oranında bulunur. Çekme mukavemetini ve sertliği arttırır. Fakat sünekliği düşer. Çinko: Sertleşme özelliği verir.akışkanlığı mükemmel derecede arttırır. Deoksidasyon özelliği vardır. Fosfor: Deoksidasyon amacıyla kullanılır. Alaşımı daha sert ve kırılgan yapar. Nikel: Sertliği ve mukavemeti arttırır. Max %6 ya kadar kullanılır. Yüksek sıcaklıkta bir katı metal ağı oluşturarak donma noktasını, porozite miktarını düşürür. Basınç altında kullanılan malzemelerde sızmayı azaltarak dayanıklılığı arttırır. Kurşun segregasyonunu önler. 27

28 28

29 SİLİSYUM BRONZLARI 29

30 BAKIR NİKEL ALAŞIMLARI 30

31 BAKIR NİKEL ALAŞIMLARI Katı ve sıvı halde her oranda birbirleri içinde sürekli çözünerek sürekli katı eriyik oluştururlar. Yüksek sıcaklıklarda mukavemet özellikleri ve korozyon dirençleri çok iyidir. Bu sebeple buhar kazanları tesisatlarında, kimyasal tesislerde, kondenser boru malzemelerinde ve korozyon direncinin yüksek olması istenen yerlerde kullanılır. Nikel miktarı %30 a kadar çıkabilir. %0.5 1 demir ilavesi korozyon direncini azaltır. %25 den fazla nikel içeren alaşımlar para yapımında kullanılır. Yüksek nikelli alaşımlara Mn ilavesiyle elektrik direnç malzemesi teller üretilir. Çok az Si deoksidasyon amacıyla kullanılır. Bu alaşımlar özellikle 0 0 C nin altında yüksek mukavemetlidir. 31

32 BAKIR NİKEL ALAŞIMLARI Cu Ni faz diyagramı 32

33 BAKIR NİKEL ÇİNKO ALAŞIMLARI (NİKEL GÜMÜŞÜ) Nikel gümüşü Cu Ni Zn alaşımıdır. Bakır ana elementtir. Ni arttıkça ergime sıcaklığı yükselir. Korozyon direncini arttırır. Bakırın rengini yok ederek gümüş rengini verir. Mukavemetine olumlu etki yapar. Ancak elektrik iletkenliği düşer. Çinko mukavemeti arttırır. Maliyeti azaltır. Çinko %37 yi geçince süneklik azalır. Nikel gümüşleri döküm ve işlem alaşımı olarak ikiye ayrılır: Döküm alaşımı: Sert ve iki fazlıdır. %37 den fazla çinko içerir. İşlem alaşımı: Yumuşak ve deformasyon kabiliyetleri iyidir. Tek fazlı yapıdır. 33

34 KAYNAKLAR Halil Arık Demir Dışı Metallerin Üretimi Ders Notları 2015 Selda AKGUN, Bakır ve Alaşımları H.J. Bargel, G. Schulze Malzeme Bilgisi Cilt II, İTÜ 1995 N. Eruslu, A. Altmışoğlu, Y. Taptık, Alaşımlar Ders Notu, Çeşitli sunumlar Çeşitli internet web sayfaları 34

35 Dinlediğiniz için Teşekkür ederim!