DEMİR DIŞI METAL VE ALAŞIMLARI

Transkript

1 DEMİR DIŞI METAL VE ALAŞIMLARI

2 DEMİR DIŞI ALAŞIMLAR Demir olmayan alaşım tabirinden maksat herhangi bir metalde esas elemanın demir olmadığı alaşımlar anlaşılır. Uygulamada oldukça yaygın olarak çoğu metalsel malzemeler bu grupta incelenir. Çok özel durumların dışında demir olmayan metallerde alaşım elemanları ihtiva eder, saf halde kullanılmazlar. Alaşımların mekanik özellikleri saf metallerin özelliklerine nazaran daha iyidir. Yoğunlukta çok önemli bir değişiklik meydana gelmemesi bu alaşım üretimini destekler mahiyettedir.

3 DEMİR DIŞI METAL VE ALAŞIMLARI Ana hatları ile demir olmayan metallerin demir esaslı olanlara nazaran bazı üstünlükleri vardır. Bunlar özetle şunlardır: Düşük yoğunluk (bakır hariç). Yüksek elektrik iletkenliği. Yüksek ısı iletkenliği. Manyetik değillerdir. Atmosferik şartlarda daha iyi korozyon direnci. Özel kimyasal etkili şartlarda iyi korozyon direnci. Kolay işlenebilme özelliği. Daha iyi görünüm.

4 DEMİR DIŞI METAL VE ALAŞIMLARI Demirdışı Metal ve Alaşımlarından Aranan En Önemli Özellikler: Dökülebilirlik Dövülebilirlik Talaşlı işlenebilirlik Kaynak edilebilirlik Korozyon direncinin yüksek olması Demirdışı 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 (yaşlandırma)

5 ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARI Alüminyum çok düşük yoğunluklu (2,7 g/cm³) hafif bir metaldir, yoğunluğu çeliğin yoğunluğunun yaklaşık üçte biridir. Ergime sıcaklığı 680 C ve parlak gümüş renklidir. Yüzeyinde oluşan oksit filmi sayesinde korozyona karşı dirençlidir. Ancak bakır ile teması halinde Elektro kimyasal korozyona uğrayabilir. Bakırdan sonra elektriği en iyi ileten metaldir. Elektrik iletkenliği bakırın üçte ikisi mertebesindedir. Aynı zamanda ısıyı da iyi iletir. Çelikten beş kere daha iyi ısı iletir. Sünek olduğu için soğuk şekil alma kabiliyeti iyidir. Ancak talaş kaldırılarak işlenmesi zordur. Talaşı kırılgan yapmak için içine kurşun alaşım elemanı olarak katılabilir. Saf halde iken dayanımı oldukça düşüktür. Ancak alaşımları konstrüksiyonlarda kullanılabilir. Young modülü (elastisite modülü) çeliğin değerlerinden üç kere düşüktür. Alüminyumun kendini çekmesi oldukça yüksektir(%6,6). Bundan dolayı dökümü yapılmak istenirse alaşımlarından istifade etmek gerekir. Sertliği BSD değerindedir. Isıl genleşme katsayısı çelikten iki kere büyüktür.

6 ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARI *Dayanım/Özgül Ağırlık Oranı: Alaşımlarda daha belirgin olan bu oranın yüksekliği hafifleştirilmelerine öncelik verilen konstrüksiyonların çoğu için alüminyumun ve alaşımlarının uygun bir malzeme olmasını sağlar. *Elektrik İletkenliği / Özgül Ağırlık Oranı : Bu oran tüm metallere nazaran alüminyumda daha yüksektir. Bundan dolayı da yüksek gerilim hatlarında bakırın yerini almaktadır. *Korozyon Dayanımı: Atmosfere ve birçok ortama karşı alüminyumun korozyon dayanımı oldukça yüksektir. Eloksal ve benzeri yüzey işlemleri ile artırılabilmekte ve ayrıca dekoratif görünüm de sağlanabilmektedir.

7 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ KULLANILMA ALANLARI İnşaat Sanayinde Kullanımı: Son yıllarda inşaat tekniğinde mimari stilde meydana gelen gelişmeler alüminyum ve alaşımları lehinedir. Bu gelişmeler yapıların yüzeyleri, kapı ve çerçeve gibi dış ve iç kısımlarındadır. Alüminyum ve alaşımlarının kullanılma sahalarının fazlalığı düşük maliyeti, iyi görünümlü ve inşasının hızlı olmasındandır. Uçak Endüstrisinde Kullanımı: Alüminyum ve alaşımları 1908 yılında yaşlanma sertleşmesinin bulunmasıyla uçak sanayine girmiştir. Bugün uçak sanayinde yaşlandırılabilir alaşımlar kullanılmaktadır. Günümüzde birçok uçağın gövde kısmı alüminyum alaşımlarından yapılmaktadır.

8 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ KULLANILMA ALANLARI Gemi Sanayinde Kullanımı: Günümüzden yaklaşık 50 yıl önce denizin korozif etkisine mukavim olan alüminyum alaşımları yapılmıştır. Bu alaşımlar %2.5-6 Mg ile az miktarda Mn, Cr, Be ve Ti içermekteydiler. Çekme mukavemetleri yüksek, süneklilik ve işlenebilme özellikleri iyi olan bu alaşımların dökümleri zordur. Küçük araştırma gemileri, yat, yelkenli ve feribot gibi küçüklü büyüklü gemilerin yapımında alüminyum alaşımları kullanılmaktadır. Yolcu gemileri ve şileplerde hafif oldukları için tercih edilen alüminyum alaşımları, büyük askeri gemilerde, düşük manyetik geçirgenlikleri sayesinde bir avantaj daha sağlanmaktadır.

9 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ KULLANILMA ALANLARI Elektrik Sanayinde Kullanımı: Bir alüminyum iletken, düşük yoğunluğu nedeniyle bakır bir iletkenden daha hafiftir. Bu nedenle 1930 yılından beri enerji nakil hatlarında kullanılmaktadır. Yurdumuzda da Türkiye elektrik kurumu enerji nakli ve iç hatlarda alüminyum kablolar kullanılmaktadır. Ambalaj ve Konserve Sanayinde Kullanımı: Gün geçtikce alüminyum folyo üretimi ve tüketimi artmaktadır. Folyo ilk yıllarda paketleme ve şeker sarma işlerinde kullanılmış, sonraları kullanım alanları genişlemiştir. İlaç muhafazasında da aluminyum folyo kullanılmaktadır. Seydişehir alüminyum işletmesinde yılda 3000 ton folyo imali yapılabilecek kapasite vardır. Ayrıca özel sektöre ait Standart Alüminyum tesislerinde de halen folyo üretimi yapılmaktadır. Nüfus artışı konserveciliği geliştirmiş ve alüminyumdan yapılmış kutular ön plana geçmiştir. Bunlar diğer malzemelere göre daha iyi özellik ve düşük maliyet sağlarlar. Kullanılan kutular atıldığı için bu durum önemli bir avantajdır.

10 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ KULLANILMA ALANLARI Demiryolu sanayinde Kullanımı: Alüminyum ve alaşımları pahalı olmasına rağmen işletme masraflarının az olması, korozyona dayanıklı ve hafif olması nedeniyle demir yolu araçlarında kullanılmaktadır. Son yıllarda vagon, treyler, lokomotif yapımında alüminyum alaşımları kullanılmaya başlanmıştır. Otomotiv Endüstrisinde Kullanımı:: Alüminyum alaşımları düşük özgül ağırlıklı ve üstün mekanik özellikleri nedeniyle otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Otomobil ağırlığının %25-30 luk kısmını alüminyum alaşımları teşkil etmektedir. Otomobillerde kullanılan alüminyum miktarı her yıl %10 lik bir artış göstermektedir. Otomobillerin karbüratör, piston, bağlayıcı rod ve hareketli kolları gibi aksamlarında kullanılırlar.

11

12

13 MAGNEZYUM VE MAGNEZYUM ALAŞIMLARI Magnezyum yüksek bir c/a oranı olan sıkı paketlenmiş hegzagonal kristal yapıya sahiptir. Bu nedenle bozunuma yol açan kayma, ancak taban düzlemleri üzerinde olmaktadır. Bunun sonucunda ise magnezyum oda sıcaklıklarında biçimlendirmek zordur. Çok çabuk işlem sertleşmesine uğrar. Magnezyumun işlenik durumundan çok, döküm olarak kullanılmasının altında yatan nedenlerden biri budur.

14 MAGNEZYUM VE MAGNEZYUM ALAŞIMLARI Magnezyum C arasında hacim merkezli kübik (hmk) yapıya dönüşür. Hmk yapılarda kayma düzlemleri çok daha fazla olduğundan, magnezyum bu sıcaklıkların üstünde bir süneklik kazanır. Bu nedenle, magnezyum alaşımları bu sıcaklıkların üzerinde biçimlendirilir. Magnezyumun birçok özelliği aluminyumunkine yakındır.

15 MAGNEZYUM VE MAGNEZYUM ALAŞIMLARI Magnezyumun en üstün özelliklerinden biri olan özgül ağırlığı, aluminyumun %60 ı çeliğin %25 i, bakırın % 20 si kadarıdır. Fakat korozyon direnci, özellikle nemli atmosferde kötüdür. Magnezyumoksit oluşunca, hacmi saf magnezyuma göre küçüldüğünden, oksit gözenekli olmaktadır. Aluminyum için bu oluşumun tam tersi geçerlidir ve aluminyumoksit sıkı dokulu ve gözeneksizdir. Bu fark magnezyumun korozyon direnci düşük, aluminyumunkinin yüksek olmasının kaynağıdır

16 MAGNEZYUM VE MAGNEZYUM ALAŞIMLARI Toz halindeki magnezyum tutuşmaya hazırdır ve parlak bir alevle yanar. Talaşlı işleme esnasında benzer tarzda talaşlar tutuşabilir. Bununla birlikte bu metal döküm yoluyla ve dövme şeklinde şekillendirilebilir. Magnezyumun dökümünde belirli önlemler almak gerekir. Magnezyum metali oksijeni yüzeyinde kolayca oluşturabildiğinden ergitme ve döküm sırasında atmosfer ve nemli temastan korunmak zorundadır. Magnezyum saf halde kullanılması -çoğu diğer metallerde olduğu gibi, dayanımının düşük olmasından dolayı mümkün değildir. Bu değişik alaşımlarının üretilmesini gerektirmiştir. Magnezyum alaşımlarının da en önemli özelliği hafifliktir. Bu açıdan bazı magnezyum alaşımlarının özgül çekme dayanımı alüminyum ve çeliğin özgül çekme dayanımından daha büyüktür. Bundan dolayı bugün uçak sanayiinde yaygın olarak magnezyum alaşımları kullanılır. Magnezyum alaşımlarının oda sıcaklığında şekillendirilebilmeleri zor olmakla beraber kaynak edilebilirler. Magnezyum alaşımlarında en önemli iki alaşım elemanı alüminyum ve çinkodur. Alüminyum dayanımı, çinko tokluğu artırır. Ayrıca mangan ilavesi korozyon direncini artırır.

17 MAGNEZYUM VE MAGNEZYUM ALAŞIMLARI Magnezyum alaşımlarının temel üstünlüğü onların eşit mukavemet değerlerinde aluminyum alaşımlarından %30, çeliklerden %50 daha hafif olmalarıdır. Uçak, uydu ve roket sanayindeki temel seçilme nedeni de budur.

18 MAGNEZYUM VE MAGNEZYUM ALAŞIMLARI

19 MAGNEZYUM ALAŞIMLARININ KULLANIM ALANLARI Magnezyum alaşımlarının çok büyük bölümü uçak, uydu, roket ve genel taşıt sanayinde tüketilmektedir. Magnezyum alaşımlarının tümünün mukavemeti saf magnezyumun mukavemetinden kat kat üstündür. Fakat elektrik ve ısıl iletkenlikleri daha düşüktür. Alaşımların bazıları ısıl işlem ile sertleştirilebilirler.

20 TİTANYUM VE ALAŞIMLARI 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

21 TİTANYUM VE ALAŞIMLARI 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 sanayiinde 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.

22 TİTANYUM VE ALAŞIMLARI Titanyum alaşımlarının yoğunlukları çok düşüktür, fakat katı, aynı zamanda sağlam alaşımlardır. Ayrıca pahalıdırlar. En çok spor ürünleri(örnek golf sopaları,ve bisikletler) ve hava taşıtlarında (örneğin, motor fan kanatlarında) kullanılırlar. Saf Titanyum malzemesi, orta mukavemet değerindedir. Ama standart titanyum alaşımı (%6 Al %4 Vanadyum) içerir. Jet motorlarında ihtiyaç duyulan yüksek mukavemet bu alaşımdan alınır. Titanyum sıcak olduğu zaman reaktif bir metaldir. Ama oda sıcaklığında iyi korozyon direncine sahiptir. Gövdede koruyucu malzeme olarak kullanılır, tıbbi cihazlarda (kalça protezlerinde)kullanılır.

23 TİTANYUM VE ALAŞIMLARI Kristal Yapı: HSP (882C de HMK ya dönüşür)

24 KARŞILAŞTIRMA Fe Al Mg Ti Yoğunluk, g/cm3 7,89 2,7 1,738 4,5 Terg, C Elektrik iletkenliği Şekil alma kabiliyeti Korozyon direnci Yüksek sıcaklık dayanımı Akma Muk. (MPa)

25 SPESİFİK MUKAVEMET Spesifik Muk. (muk./yoğ.) Fe Al 0,7-17 Mg 9,2-12,6 Ti 4-23 Al7075_T6 Al2024_T8 Ti-6Al-4V AZ91C,E 500 MPa/2,7 450 MPa/2,7 830 MPa/4,6 160 MPa/1,738

26