KALAY ve ALAŞIMLARI 1

Transkript

1 1

2 . Tablo 10. Kalayın bazı mekanik ve fiziksel özellikleri Özgül ağırlık -Sn -Sn Akma mukavemeti [Mpa] 1.5 Çekme mukavemeti [Mpa] 1.5 % uzama 50 Ergime sıcaklığı [ C] 232 Isıl genleşme katsayısı mm/mm C Elektrik öz direnci x 10 2 mm 2 /m 11 Isıl iletkenlik cal/cm C s

3 İlk bakışta, kalayın bu özelliklerinden hemen kullanılabileceği bir uygulama alanı çıkartmak zordur. Kalayın ergime noktası düşüktür; oda sıcaklığında deformasyon sertleşmesine uğramadan kolayca biçimlendirilebilir. 3

4 Doğal beyaz kalay tetragonal bir yapıya sahiptir. Kalayın bir allotropik durumu olan beyaz kalay -Sn adıyla anılır ve 13 C üzerindeki sıcaklıklarda kararlı durumdadır. 13 C altında ise elmas yapısına sahip ve çok gevrek olan -Sn yada gri kalay kararlıdır. 4

5 Saf kalay ve onun alaşımları, oda sıcaklığında yeniden kristalleşir. Bu nedenle yüksek oranda ezme uygulanabilir. Saf kalay 5.3 BHN sertliğinde çok yumuşak bir metaldir. Bu özelliğine, oda sıcaklığında işlem sertleşmesi göstermemesi de eklenince diş macunu tüpü v.b. eşyalar için uygun bir metal ortaya çıkar. 5

6 Kalayın en önemli özelliklerinden birisi de, yüksek korozyon direncidir. Atmosfer korozyonuna karşı direnci çok yüksektir. Besinler ile temas halinde de korozyona uğramaz. Ayrıca korozyon ürünleri oluşsa da besinleri boyamaz ve zehirli değildirler. Bu nedenle konserve, besin sanayinde kullanılabilirler.. 6

7 Saf kalay metalinin bu amaçla kullanımı çok pahalı olur; ayrıca kalayın yumuşaklığı bu iş için uygun olmaz. Bu nedenle kalay, çelik saç ve levhaların korozyona karşı korumak üzere kaplama metali olarak kullanılır. 7

8 Kalayın en büyük kullanım alanı, %50 oranıyla teneke (= kalay kaplı çelik saç) üretimidir. 8

9 Lehim, kalay tüketiminin % 15 kadarını; yatak alaşımları da % 8-10 kadarını tutar.. 9

10 Galvaniz saç ile teneke arasındaki en belirgin özellikler şunlardır: Çinko mm kalınlığında kaplanır. Kalay için 0,005 mm kaplama kalınlığı yeterlidir. Çinkonun korozyon ürünleri zehirli, kalayınkiler ise değildir.. 10

11 Galvaniz saç ile teneke arasındaki en belirgin özellikler şunlardır: Çinko mm kalınlığında kaplanır Kalay için 0,005 mm kaplama kalınlığı yeterlidir.. 11

12 Çinkonun korozyon ürünleri zehirli, kalayınkiler ise değildir. 12

13 Kalay kaplama yüzeyinde bir bozukluk, çizik v.b. kusur oluşursa çelik korozyona uğrar. Fakat benzer bir durumda galvaniz saç yüzeyinde bir kusur oluşursa, çinkonun kurban anot görevi görmesi sonucu çelik yüzeyini korur. 13

14 Yüksek korozyon direncinden ötürü, bakır, bronz ve aluminyum bronzu da bazı uygulamalarda kalay ile kaplanır.. 14

15 Sn-Sb denge diyagramı Şekil 79 da gösterilmiştir. % 10 Sb-Sn alaşımı ergitilip dökülürse; 265 C de küpsü biçimli metallerarası SbSn bileşikleri çökelmeye başlar. Bu çökeltiler, içinde oluştukları ortamdan daha düşük özgül ağırlığa sahip olduklarından, ergiyik alaşımın yüzeyine çıkarak yüzmeye başlarlar. 15

16 Sıcaklık düştükçe, antimuanın kalay içerisindeki çözünürlüğü 246 C da % 10.3 ten, oda sıcaklığındaki % 3.5 değerine düşer. Bu nedenle, eğer soğuma yavaş ise birincil SbSn küpsülerine ek olarak -katı fazı içerisinde küçük SbSn çökeltileri oluşur. 16

17 Katılaşmanın başlangıcında belirlenen birincil SbSn küpsülerin yüzeyde toplanarak oluşturduğu çökelme birikimi, döküm yapılarında özelliklerin eşdağılımını bozan çok önemli bir kusurdur 17

18 Bu kusuru enaz düzeye indirgemek için iki yola başvurulur. 1- Döküm parçasını hızla soğutmak. Katılaşmanın hızlanması sonucu SbSn küpsüleri yüzeye çıkabilme olanağı bulamazlar. 2- Alaşıma % 3.5 kadar bakır ilave etmek. Bakır iğne biçimli yada çubuksu Cu 6 Sn 5 metallerarası bileşiğini oluşturur. Bu bileşik, SbSn bileşiklerinden daha önce çökelir ve yapı içerisinde bir ağ oluşturur. Bu oluşum SbSn küpsülerinin yüzeye çıkmasını engeller.. 18

19 Döküm parçasının soğuması hızlı olursa oda sıcaklığındaki alaşım yapısında Şekildeki gibi köşeli biçimli yada kare/üçgen görünümlü olarak gözlemlenir. Alaşım % 8 den çok antimuan içeriyorlarsa birincil SbSn çökeltileri küpsü; yapı içerisindeki görünümleri de kare biçimlidirler.. 19

20 . Şekil 80. % 10 Sb-Sn alaşımın yapısı. 20 Beyaz kareler SbSn küpsüleri, siyah alanlar iğnesel Cu 6 Sn 5 katışkıları.

21 . Sn ve % 7 Cu değerinde 227 C de bir ötektik oluşturur. Ötektik yapı; ince Cu6Sn5 katmanları ve hemen hemen % 100 saflıktaki kalaydan oluşur 21

22 UYGULAMA ALANLARI Uygulamada kalay alaşımları, hepsinde ortak bir özellik olan korozyon direnci sayılmazsa, 1-yüksek aşınma direnci özelliğinden yararlanarak yatak alaşımları olarak kullanılanları 22

23 UYGULAMA ALANLARI 2-düşük ergime sıcaklıklarından yararlanılan lehim olarak iki ana kullanım alanına ayrılırlar. 23

24 YATAK ALAŞIMLARI 24

25 UYGULAMA ALANLARI YATAK ALAŞIMLARI Makina parçaları olarak yataklar, birbirleriyle sürtünen metal ve alaşımlarından beklenen özelliklere en ilginç örnekleri oluştururlar. Bilindiği gibi yağlı yataklarda dönen parçalar arasında yağ filmi yeterli ise yatak alaşımının ne olduğu pek o kadar önemli değildir.. 25

26 YATAK ALAŞIMLARI Fakat, motorların başlama, durma ve ağır koşullar altında çalışma gibi durumlarında, bu yağ filmi dayanıklılığını sürdüremeyebilir. Bu yağ filmini sürdürebilme, yatak alaşımlarının önemli bir özelliğidir. 26

27 YATAK ALAŞIMLARI Yatak alaşımlarında aranan en önemli özellikler şunlardır: 1- Yağ filmi en ağır koşullarda sürdürebilmeli 2- Yağların ayrışması sonucu oluşan asit ürünlerine karşı yüksek korozyon direnci 3- Yağ içerisine karışmış olan aşındırıcı parçacıklara karşı yapıda plastisite 4- Ani darbelere karşı yüksek tokluk 5- Aşınma direnci, yatak alaşımı, mili aşındırmayacak düzeyde bir aşınma direnci göstermelidir. 6- Basma mukavemeti, bu özellik yorulma ve darbe dayanımı ile birlikte düşünülmelidir. 27

28 YATAK ALAŞIMLARI Yatak alaşımlarında, olağan yağlama yağları ile katı bir sabun oluşturabilmesi ve yüzeylerinde sağlamlıkla tutunmuş oksit oluşturması da beklenebilir. Birbirleriyle çelişkili gibi gözüken bu özelliklerin hepsini birden ve aynı düzeyde gösteren alaşımları bulmak zordur. Günümüzde yumuşak bir matriks içerisine gömülmüş sert parçacıklar içeren mikroyapıya sahip alaşımların zorunlu olmadığı anlaşılmıştır. 28

29 YATAK ALAŞIMLARI Yatak alaşımları yapıları açısından genellikle üç ana bölüme ayrılırlar. 1- Beyaz (ak) Metaller: Yumuşak bir anayapı içerisine gömülmüş sert parçacıkları içeren tür. 2- Kurşunlu Bronz: Sert bir anayapı içerisine dağılmış yumuşak bir metalin parçacıklarını içeren tür; bunlardan yumuşak metal, kolayca sıvanma sonucu ince bir film oluşturabilir. 3- Tek metal veya tek fazlı alaşımlar. 29

30 YATAK ALAŞIMLARI Yumuşak matriks, aşırı yükler altında kolayca bozunabilmesi için istenir. Yüklerin hafif olduğu uygulamalar için Pb-Sn alaşımları, ağır yükler ve hafif hızların kullanıldığı uygulamalar için bronz matriks, ve genel uygulamalar için de kalay alaşımları kullanılır.. 30

31 YATAK ALAŞIMLARI Kalayın sıvanabilecek düzeydeki yumuşaklığı, yüksek korozyon direnci, düşük ergime sıcaklığı, kolay dökülebilirliği gibi özellikleri onu yatak alaşımları için en uygun metallerden biri yapar. 31

32 YATAK ALAŞIMLARI Ak metaller yada ak yatak malzemeleri diye bilinen alaşımlar kalay esaslı ve kurşun esaslı yatak alaşımları diye ikiye ayrılırlar. Kalay esaslı yatak alaşımları genel adları olan babit metalleri yada kısaca babitler diye bilinirler. Sn-Sb-Cu alaşımları olan babitlerin adlarını, onları ilk bulan Isaac Babbitt ten almışlardır(1839) 32

33 YATAK ALAŞIMLARI Babitler ilk üretildikleri yıllardan beri özellikle içten yanmalı motorlar için o denli başarılı sonuçlar verdiler ki ancak onların yapılarının yatak alaşımları için kullanılabilecği kanısı uzun yıllar yerleşti. Şimdilerde değişmiş bulunan bu kanıyla birlikte, bu alaşımların yararlılığı o denli geniştir ki hala en çok kullanılan yatak alaşımları arasındadırlar. 33

34 YATAK ALAŞIMLARI Babit metallerin anayapısı kalayca zengin bir üçlü katı çözeltisinden oluşur. Bu anayapı içerisine gömülmüş olarak -Cu 6 Sn 5 ve -SbSn fazlarının sert çökelti parçacıkları vardır. Bu alaşımların tümünün yapılarında ortak olan yanlar vardır.. 34

35 YATAK ALAŞIMLARI 1- SbSn küpsüleri belirgin biçimleriyle tanınırlar; bileşimlerinde % 7 den az Sb içeren alaşımlarda bu küpsüler oluşmaz. 2- Cu 6 Sn 5 metallerarası bileşiğinin çubuksu çökeltileri; bunlar SbSn küpsülerinden daha serttir. 3- Bakır ve antimuanın kalay içerisindeki birincil katı çözeltisi. Sıcaklık düşmesiyle azalan çözünürlükten ötürü bu fazın içinde hemen her zaman ince SbSn ve Cu 6 Sn 5 çökeltileri görülebilir. 35

36 Yumuşak babitlerin bileşimi % 91 Sn, Sb, % 4.5 Cu veya buna yakındır. Sert babitler, yumuşak babitlerden daha fazla Cu ve Sb içerirler. Bileşimleri % 89 Sn, % 7.5 Sb, % 3.5 Cu ya da buna yakındır. Bu alaşımlar yalnızca pres döküm yöntemi için uygundur. Yapılarında, kalay katı çözeltisi katılaşma gösterir. 36

37 . Şekil 82. (% 7 Sb içeren babit) Sn esaslı yatak alaşımına ait mikroyapısı. 500 X, Nital ile dağlanmış. 37

38 Şekil 82 den de görülebileceği gibi kalay matriks içerinde dağılmış olarak bulunan Cu 6 Sn 5 inter metalikleri karakteristik iri yıldız görünümündedir ve kolayca tanınır. SbSn inter metalikleri küçük beyaz renkli çökeltiler biçiminde katı çözelti içerisinde yaygındır 38

39 Şekil 83. % 20 Sb içeren babit yatak alaşımına ait mikroyapısı. 50 X, Nital ile dağlanmış 39

40 Şekil 83 de kalay matriks içerisinde belirgin bir şekilde görülen sert SbSn küpsüleri belirgin biçimleriyle tanınırlar. Bileşimlerinde %7,5 dan az Sb içeren alaşımlarda bu küpsüler görülmez. 40

41 41

42 42

43 KOLAY ERGİYEN ALAŞIMLAR Kolay ergiyen alaşım ifadesi, genellikle ergime sıcaklıkları 300 C nin altındaki alaşımlar için kullanılır. Kolay ergiyen alaşımlar özellikle Bi, Pb, ve Sn metallerini içerirler. 43

44 KOLAY ERGİYEN ALAŞIMLAR Döküm modellerinin yapımında, boru kıvırmada geçici destek olarak ve buna benzer uygulamalarda çok kullanılırlar.. 44

45 KOLAY ERGİYEN ALAŞIMLAR otomatik yangın söndürme püskürtücülerinin tıpalarında kullanılırlar.. 45

46 KOLAY ERGİYEN ALAŞIMLAR Baskı işlemlerinde genellikle matbaacılıkta kullanılan düşük ergime sıcaklıklı alaşımlar, kurşun esaslı kalay antimuan alaşımlarıdır. Baskı alaşımlarının ergime sıcaklıkları genellikle C arasındadır. 46

47 LEHİMLER Kolay ergiyen alaşımlar içerisinde en yaygın kullanım alanı olan lehim alaşımlarıdır. Lehimler kalay-kurşun alaşımlarıdır. Ergime sıcaklıkları C arasında kalır. Bir lehim alaşımının, lehimlediği metallerle alaşımlanabilmesi ve lehimlenen parçalarınkınden daha düşük bir katılaşma aralığına sahip olması gerekir. 47

48 LEHİMLER Lehimin kendi mekanik mukavemetinin de yeterli olması gerekir. Kalay esaslı veya kurşun esaslı alaşımlar be gerekleri yerine getirirler. Sn-Pb alaşımları yeterli tokluk özellikleri de gösterirler 48

49 LEHİMLER Sn-Pb lehimleri kalaycı veya borucu amaçlarına göre ikiye ayrılır. En iyi kalaycı lehimi % 62 Sn içerir. Bu alaşım ötektik bileşimdedir. 49

50 LEHİMLER Bu nedenle de sıvı fazlar birden 183 C de kalayca çok zengin bir faza dönüşür. Kalay çok pahalı bir metal olduğundan çoğunlukla bunun yerine % 50 Sn yada bazı durumlarda daha az kalay içeren kaba kalaycı lehimi kullanılır. Borucu lehimi % 67 Pb içerir. Bu de katılaşma aralığı C dir. Özellikle kurşun boruların birbirini tutturulmasında, bu geniş katılaşma aralığı çok işe yarar. 50

51 LEHİMLER Tablo 12. Farklı lehim alaşımları, katılaşma ralıkları ve lehim türleri.. Bileşim Sn Pb Sb Ag Katılaşma Aralığı, C Kalaycı lehimi Lehim Türü Kaba kalaycı lehimi Borucu lehimi Borucu lehimi Genel uygulama lehimi Genel uygulama lehimi Borucu lehimi Demir ve çelik lehimi Bakı ve alaşımlarının lehimi 51