MALZEME BILGISI B11

Transkript

1

2

3 Genelde malzemeyle ilgili sorunlar, belirli bir uygulama için uygun kombinasyona sahip malzeme veya malzemelerin seçimi sırasında ortaya çıkar. Bu nedenle karar verme konumunda olan kişilerin söz konusu seçimi yapmada en azından mevcut alternatifleri göz önünde bulundurabilecek kadar malzeme bilgisine ihtiyaçları vardır. Malzeme seçimiyle ilgili kararlar tasarım aşamasında olduğu gibi, malzemelerin şekillendirilerek yararlı biçimlere dönüştürülmesinde kullanılan imalat yöntemlerinin uygulanmasında da önemi vardır. İmalat yöntemleri, alaşımın özelliklerini değiştirebilir ve hatta imalat sonrasında uygun ısıl işlemler vasıtasıyla değişik özellikler de kazandırabilir

4 Metal alaşımlar kimyasal bileşimleri dikkate alındığında, demir esaslı ve demir dışı olmak üzere iki ana sınıfa ayrılır. Demir esaslı alaşımlar, kimyasal bileşiminde Fe elementinin ana bileşen olarak yer aldığı alaşımlar olarak tanımlanır ve çelikler ile dökme demirleri kapsar.

5 Demir esaslı alaşımlar, demir elementinin ana element olarak yer aldığı ve diğer metal ve alaşımlardan daha fazla kullanılan malzeme gurubunu oluşturur. Bu alaşımlardan özellikle mühendislik yapılarını oluşturmada yararlanılır. Bu derece yaygın olarak kullanılmaları şu faktörlere bağlanmaktadır: (1) demir içeren bileşiklerin yer yüzünde bol miktarda bulunması, (2) demir metalinin cevherden ayrıştırılması, arıtılması, alaşımlandırılması ve imal edilmesi işlemlerinin göreceli olarak daha ekonomik bir şekilde gerçekleştirilebilmesi, (3) demir alaşımlarına çok değişik aralıklarda mekanik ve fiziksel özellikler kazandırılabilmesi.

6 Çelikler demir karbon alaşımları olup, diğer bazı alaşım elementlerini de bileşimlerinde bulundurabilir. Çok farklı bileşimde ve/veya değişik ısıl işlem uygulamalarına tabi tutul muş binlerce çelik türü vardır. Çeliklerin mekanik özellikleri içerdikleri karbon miktarın dan önemli ölçüde etkilenir ve karbon miktarı çoğunlukla % 1 in altındadır. Çok kullanılan bazı çeliklerin düşük karbonlu, orta karbonlu ve yüksek karbonlu çelikler olarak da alt gruplara ayrıldığı görülür. Aynı şekilde içerdikleri diğer alaşım elementleri miktarına bağlı olarak da bazı alt gruplandırmalar söz konusudur. Örneğin basit (yalın) karbonlu çelikler, sadece karbon ve az miktarda manganez içerirken alaşımlı çelikler, özellikle belirli miktarlarda ilave edilmiş olan diğer alaşım elementlerini de içerirler. MALZEME BILGISI B11

7 Düşük karbonlu çelikler tüm çelik türleri içinde en çok üretilen ve en geniş kullanım alanına sahip çelik grubunu oluşturur. Bu çelikler genellikle ağırlıkça % 0,25 den daha az oranlarda karbon içerir ve martenzitik dönüşümü hedefleyen ısıl işlemlere duyarsızdır. Bu nedenle, daha çok soğuk şekillendirmeyle dayanımları arttırılabilir. Bu çeliklerin mikroyapıları ferrit ve perlitten oluşur. Bunun neticesinde, nispeten yumuşak ve düşük dayanımın yanı sıra, yüksek süneklik ve tokluk özelliklerine sahiptirler. Ayrıca bu çelikler talaşlı imalata, kaynakla birleştirmeye uygun özellikler sergilemekte olup diğer tüm çeliklere oranla daha düşük maliyetlerle üretilebilir. Tipik olarak otomotiv sektöründe araç gövdesi ve parçalarının imalatında, I profil, U profil gibi muhtelif kesitlerdeki yapı çelikleri şeklinde çeşitli mühendislik yapılarının imalatında, sac ve levha gibi şekillerde ise boru hatları, binalar, köprüler ve içecek kutularının imalatı gibi uygulamalarda kullanılır.

8 Düşük alaşımlı çeliklerin diğer bir grubu da, yüksek dayanımlı düşük alaşımlı (YDDA) çeliklerdir. Bu çelikler bileşimlerinde bakır, vanadyum, nikel ve molibden gibi diğer alaşım elementlerini, ağırlıkça toplam en çok % 1 mertebesinde bulundurur ve düşük karbonlu çeliklere oranla dayanımları daha yüksektir. Bu grup çeliklerin çoğu ısıl işlem uygulamalarıyla sertleştirilebilir ve bu sayede çekme dayanımları 480 MPa ın üzerine çıkartılabilir. Normal atmosfer koşullarında YDDA çelikler, karbon çeliklerine oranla daha yüksek korozyon direnci gösterir ve bu nedenle köprüler, kuleler ve yüksek binaların kolonlarında, ayrıca yüksek dayanımın da beklendiği birçok uygulamada karbon çeliklerinin yerini almaktadır

9 Orta karbonlu çeliklerin karbon miktarı ağırlıkça % 0,25 ile % 0,6 arasındadır. Bu çeliklerin mekanik özellikleri, ostenitleme, su verme ve sonrasında temperleme ısıl işlemlerinin uygulanmasıyla iyileştirilebilir. Bu çelikler çoğunlukla temperlenmiş durumda, yani iç yapısı temperlenmiş martenzit olacak şekilde kullanılır. Orta karbonlu çeliklerin düşük sertleşebilme kabiliyetine sahip olmaları nedeniyle, ancak ince kesitli parçalarda, su verme aşamasında oldukça yüksek soğutma hızları uygulanmak suretiyle başarılı bir şekilde sertleştirilebilir. Krom, nikel, molibden gibi elementlerin kimyasal bileşime ilave edilmesiyle, bu tür çeliklerin ısıl işlem kapasiteleri geliştirilebilir ve böylece değişik dayanım süneklik kombinasyonlarının elde edilmesi de mümkün olabilir. Bu tür ısıl işlem görmüş (ıslah edilmiş) çelikler, düşük karbonlu çeliklerden daha dayanıklı ancak düşük süneklik ve tokluk özellikleri gösterirler. Söz konusu çeliklere ait uygulama örnekleri olarak raylar, raylı araçlara ait tekerlekler, dişliler, krank milleri ile performanslarında yüksek dayanım, aşınma dayanımı ve tokluk kombinasyonunun gerekli olduğu diğer makine parçaları verilebilir.

10

11 Yüksek karbonlu çeliklerin karbon oranları normal olarak ağırlıkça % 0,60 ile 1,4 aralığında değişir ve karbon çelikleri içinde en sert, en dayanıklı ancak en düşük süneklik özelliğine sahip olanlarıdır. Bu çelikler, neredeyse her zaman su verilip temperlenmiş halde kullanılır ve özellikle aşınma direnci gerektiren ve sert, aynı zamanda keskin kenarlara sahip olması istenen uygulamalarda tercih edilir. Soğuk iş takım ve kalıp çelikleri yüksek karbonla birlikte krom, vanadyum, tungsten ve molibden gibi bazı alaşım elementlerini de içerir. Bu alaşım elementleri karbonla birleşerek çeliğin yapısında Cr23C6, V4C3, WC gibi, sert ve aşınmaya dayanıklı karbür bileşiklerini oluşturur. Bu tür çelikler; kesici takımların, şekillendirme kalıplarının imalatında kullanıldığı gibi, bıçak, jilet, testere, yay ve yüksek dayanımlı tellerin üretiminde de kullanılır.

12

13 Paslanmaz çelikler muhtelif ortamlarda, özellikle atmosfere açık koşullarda korozyona ve paslanmaya karşı direnç gösteren çelik grubunu oluşturur. Bu çeliklerde korozyon direncini sağlamaya yardımcı olan en önemli alaşım elementi krom olup paslanmaz çeliklerin kimyasal bileşimde en az ağırlıkça % 11 oranında bulunması gerekir. Kimyasal bileşime nikel ve molibden ilavesiyle çeliğin korozyon direnci daha da arttırılır. Paslanmaz çelikler iç yapılarındaki baskın faz içeriğine göre martenzitik, ferritik ve ostenitik olmak üzere üç sınıfa ayrılır. Martenzitik paslanmaz çelikler, yapılarında martenzitin ana faz olarak yer alacağı ısıl işlemler için uygundur. Ostenitik paslanmaz çelikler için, ostenit fazına ait bölge oda sıcaklıklarına kadar genişler. Ferritik paslanmaz çeliklerin iç yapısı ise ferrit fazından oluşur. Ostenitik ve ferritik paslanmaz çelikler sadece soğuk şekillendirmeyle (deformasyon sertleşmesiyle) sertleştirilebilir ve bunlara martenzitik dönüşüm oluşturmak üzere herhangi bir ısıl işlem uygulanamaz. Yüksek miktarda krom ve nikel içermesi nedeniyle, en iyi korozyon direnci ostenitik paslanmaz çeliklerde elde edilir ve diğer türlerine göre, bu paslanmaz çelikler endüstride en yüksek miktarda üretilerek kullanılmaktadır. Hem fenitik, hem de martenzitik paslanmaz çelikler manyetik özellik göstermesine karşın, ostenitik paslanmaz çelik manyetik özelliğe sahip değildir.

14

15 Dökme demirler karbon oranı ağırlıkça % 2,14 ün üzerinde olan demir alaşımı sınıfı olarak tanımlansa da pratikte çoğu dökme demir türleri ağırlıkça % 3 ile 4,3 arasında karbonla birlikte diğer bazı alaşım elementlerini de içerir. Bu karbon miktarı aralığındaki demir alaşımlarının yaklaşık olarak 1150 ile 1300 C sıcaklık aralığında sıvı durumda olduğu görülecektir. Bu sıcaklıklar çelikler ile karşılaştırıldığında çok daha düşük seviyelerde kaldığı görülür. Ayrıca bazı dökme demir türleri son derece gevrek özellikler göstermesinden dolayı, döküm yöntemi bu tür malzemelerden parça üretimi açısından en uygun yöntem olarak dikkat çeker. Dolayısıyla demir ve karbona ait gerçek denge diyagramı Şekil 11.2 de gösterildiği gibi oluşur. Çoğu dökme demir türlerinde karbon, grafit halinde bulunur ve gerek mikroyapıları gerekse, mekanik davranışları bileşim ve uygulanan ısıl işleme bağlı olarak değişir. En çok karşılaşılan dökme demir türleri: kır (gri) dökme demir, küresel (sfero) dökme demir, temper dökme demir, beyaz dökme demir ve kompakt grafitli dökme demirdir

16 Kır dökme demirlerin kimyasal bileşimlerindeki karbon oranı ağırlıkça % 2,5 ile % 4 ve silisyum oranı da % 1 ile % 3 arasında değişir. Bu tür dökme demirlerde grafit lameller kuru yaprak şeklinde ferrit veya perlit matris fazı içine gömülü halde bulunur. Ferritik bir matris içinde, lamelli grafit içeren kır dökme demire ait mikroyapı fotoğrafi Şekil 11.3a da gösterilmiştir. Grafit lamellerinin kırılması sonrasında kır dökme demirin kırık yüzeyle rinde oluşturduğu kır (gri) renkli görünüm nedeniyle, bu tür dökme demirlere kır dökme demir adı verilmiştir. Mekanik özellikleri açısından kır dökme demirler çekme gerilmeleri altında nispeten daha zayıf ve gevrek davranış gösterir. Bu durum uygulanan çekme gerilmeleri altında grafit lamellerinin, keskin uçlarında kuvvetli gerilme yığılmalarına neden olması ile açıklanır. Bu tür malzemeler, basma zorlanması altında daha dayanıklı ve hatta sünek davranış gösterirler.

17

18 Döküm öncesinde, dökme demire küçük oranlarda yapılan magnezyum ve/veya seryum elementi ilavesi çok farklı mikroyapılar ile buna bağlı olarak da farklı mekanik özelliklerin elde edilmesine yol açar. Grafit oluşumu bu tür dökme demirlerde de söz konusudur, ancak oluşan grafit lamelli görünüm yerine küresel görünüme sahiptir. Bu şekilde elde edilen malzemeler, küresel veya sfero dökme demir olarak tanımlanır küresel dökme demirler, kır dökme demirlere göre daha dayanıklı ve sünek özellikler sunar. Gerçekten de küresel dökme demirin mekanik özellikleri neredeyse çeliklerinkine yakındır. Örneğin ferritik küresel dökme demirin çekme dayanımı 380 ile 480 MPa, kopma uzaması cinsinden sünekliğiise % 10 %20 aralığındadır. Bu tür dökme demirlerin kullanım yerlerine örnek olarak muhtelif yana ve pompa gövdeleri, krank milleri, dişliler ile diğer otomotiv veya makine parçaları gösterilebilir

19 Bileşimlerinde ağırlıkça % 1 den daha az silisyum içeren dökme demirler ve yüksek soğuma hızlarında Şekil 11.5 te gösterildiği gibi, karbon grafit halinde ayrışamaz ve oluşan sementitin içinde kalır. Bu şekildeki bir iç yapıya sahip dökme demir beyaz renkli kırık yüzeyleri oluşturduğundan, bu malzemelere beyaz dökme demir adı verilmiştir. Kalın parçalarda hızlı soğuma ancak yüzey ve yüzeye yakın bölgelerde gerçekleşebildiğinden, yüzeye yakın bölgeler beyaz dökme demir, iç bölgeler ise daha yavaş soğuma hızları nedeniyle kır dökme demir yapısına sahiptir. Bu tür yüzeyi sert, içi daha yumuşak döküm parçalara çil döküm adı verilir. Bünyesinde önemli oranda sementit bulundurduğu için, beyaz dökme demirler hem çok sert hem de aşırı gevrek özellikler gösterir ve bunun neticesinde de neredeyse talaşlı imalat işlemleri uygulanamaz şeklinde nitelendirilir. Sünekliğin gerekmediği, çok yüksek sertlik ve aşınma dayanımı gerektiren (örneğin hadde tezgahlarında kullanılan merdaneler gibi) uygulamalar dışındaki kullanımları oldukça sınırlıdır. Genellikle beyaz dökme demirler diğer bir dökme demir türü olan temper dökme demirin elde edilmesinde bir ara ürün olarak kullanılır.

20

21 Çelik ve diğer demir esaslı alaşımlar gerek çok geniş bir aralıkta mekanik özellikler sunabilmesi, gerekse daha kolay ve ekonomik olarak üretilebilmesi nedeniyle, diğer metal ve alaşımlara göre daha büyük miktarlarda kullanılmaktadır. Ancak bu malzemeler (1) özgül ağırlıklarının yüksek oluşu, (2) göreceli olarak daha düşük elektrik iletkenliğine sahip olmaları ve (3) normal ortamlardaki korozyondan daha fazla etkilenmeleri gibi bazı önemli olumsuzlukları da içerir. Daha uygun özellik kombinasyonlarına sahip olmaları nedeniyle, çoğu uygulamalarda demir dışı metal ve alaşımların kullanılması tercih edilir ve hatta gerekebilir. Alaşım sistemleri ya sahip oldukları ana alaşım elementine göre, ya da alaşımların sahip oldukları ortak özelliklerine göre sınıflandırılır. Bu bölümde bakır, alüminyum, magnezyum ve titanyum alaşım sistemleri ile refrakter metaller, süperalaşımlar, soy metaller ve nikel, kurşun, kalay, zirkonyum ve çinko gibi diğer metallere ait alaşım sistemleri üzerinde dumlacaktır.

22 Bakır ve bakır esaslı alaşımları özellikle işlenmeleri açısından uygun fiziksel özellikler göstermesi nedeniyle, antik çağlardan bu yana çok değişik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmıştır. Alaşım elementi içermeyen saf bakır son derece yumuşak ve sünek olduğu için talaşlı imalatı zor, ancak soğuk şekil değiştirme kabiliyeti neredeyse sınırsız sayılabilecek ölçüde yüksektir. Dahası bakır normal atmosfer, deniz suyu veya endüstriyel kimyasalların oluşturduğu değişik korozif ortamlarda çok iyi korozyon direncine sahip olup alaşımlandırma yoluyla korozyon direnci ve mekanik özellikleri daha da iyileştirilebilir. Bakır alaşımlarının büyük çoğunluğu ısıl işlem uygulamalarıyla sertleştirilemez ancak soğuk deformasyon ve/veya katı çözelti alaşımlandırmasıyla dayanımları artırılabilir En önemli bakır alaşımı, bileşiminde baskın alaşım elementi olarak çinkonun yer aldığı pirinçlerdir. Cu Zn faz diyagramı incelendiğinde, ağırlıkça %35 Zn oranına kadar a katı çözelti fazının kararlı olarak yer aldığı görülür. Bu faz, YMK kristal yapısındadır. Bu fazı içeren α pirinçleri nispeten yumuşak, sünek ve soğuk şekil değişimine elverişli özelliklere sahiptir. Daha yüksek çinko oranına sahip pirinçler, oda sıcaklıkları seviyelerinde yapılarında hem α hem de β fazlarını bulundurur. Düzenlenmiş HMK kristal yapıya sahip β fazı α fazından daha sert ve dayanıklı olduğundan, α+β alaşımları ancak sıcak koşullarda şekillendirilebilir. Bu alaşımların yaygın kullanımlarına örnek olarak moda mücevherat, mermi kovanları, araç radyatörleri, müzik aletleri, elektronik ambalajlar ile madeni paralar sayılabilir.

23

24 Bronzlar bakırın kurşun, alüminyum, silisyum veya nikel gibi diğer bazı alaşım elementleriyle yaptığı alaşımlardır. Bu alaşımlar pirinçlerden biraz daha yüksek dayanıma sahip olmakla birlikte, korozyon direnci bakımından daha üstün özelliklere sahiptir. Tablo da muhtelif bronz alaşımların kimyasal bileşimleri, özellikleri ve kullanış yerleri verilmiştir. Genellikle bu alaşımlar daha iyi korozyon direnci ile birlikte, yüksek çekme dayanımının arandığı uygulamalarda kullanılır. Isıl işlem uygulanabilen bakır alaşımlarından en yaygın olacak kullanılan berilyumlu bakırdır MPa mertebelerinde çekme dayanımı, mükemmel elektrik iletkenliği ile çok iyi korozyon ve aşınma dayanımı gibi dikkat çeken özellik kombinasyonuna sahiptir. Bu alaşımlar döküm, sıcak şekillendirme veya soğuk şekillendirme yöntemleriyle biçimlendirilebilir. Bu alaşımlarda yüksek dayanım değerleri 11.9 da ele alınan çökelme sertleşticrne si ısıl işlemiyle elde edilir. Bu alaşımlar ağırlıkça % 1 ile 2,5 arasındaki oranlarda berilyum içerdiği için, nispeten daha pahalıdır. Bu alaşımlara ait uygulama örnekleri olarak, uçakların iniş takımlarında kullanılan yatak kovanları, yaylar ile cerrahi aletler ve dişçi takımları sayılabilir. Bu alaşımlardan biri olan C17200 alaşımına ait fiziksel ve kimyasal özellikler ile kullanım örneklerine Tablo 11.6 da yer verilmiştir

25 Alüminyum ve alaşimları 2,7 g/cm3 yoğunluk değeriyle, çeliğin sahip olduğu 7,9 g/cm3 mertebesindeki yoğunluğa göre çok daha hafif, ısıl ve elektriksel iletkenlikleri yüksek, atmosferik şartlardaki korozyona daha dirençli malzemeler olarak tanımlanır. Bu alaşımların çoğu yüksek süneklik özelliği nedeniyle, kolayca şekillendirilebilir, hatta saf alüminyum haddelenerek çok ince folyo haline bile getirilebilir. YMK kristal yapısından dolayı alüminyum sünekliğini çok düşük sıcaklıklarda bile koruyabilir. Alüminyumun en önemli dezavantajı 660 C gibi düşük sayılabilecek bir ergime noktasına sahip olduğundan, yüksek sıcaklık uygulamalarında yararlanılamamasıdır.

26 Alüminyum alaşımlarının mekanik dayanımi, soğuk şekil değişimi ve alaşımlandırmayla arttirilabilir ancak her iki uygulama sonunda da malzemenin korozyona direnci azalır. Alüminyumun kimyasal bileşimine eklenebilen ana alaşım elementleri bakır, çinko, magnezyum, mangan ve silisyumdur. Isıl işlem uygulanamayan alüminyum alaşımları tek fazlıdır ve bu malzemelerde dayanım artışı, katı çözelti sertleşmesiyle sağlanabilir. Diğerlerine ise uygun alaşımlandırma ile çökelme sertleştirilmesi yeteneği kazandırılabilir ve bu tür malzemeler ısıl işlem uygulanabilir alüminyum alaşımları olacak sınıflandırılır. Bu alaşımların çoğunda çökelme sertleşmesi, alüminyum dışında magnezyum ve çinkonun bir metallerarası bileşik şeklinde (MgZn2) yapıda çökeltilmesiyle gerçekleşir. Temper gösterimleri bir harf ve sonrasında yer alan birden, üçe kadar sayı içerebilen kodlar şeklinde ifade edilir ve alaşımın geçirmiş olduğu termo mekanik (ısıl işlemler, soğuk de formasyon vb.) işlemler hakkında ipucu verir. Bu şekilde malzemenin mekanik özellikleri hakkında dolaylı bilgi sahibi olmamızı da sağlar. Örneğin F, H ve 0 harfleri bize sırasıyla; alaşımın imal edildiği durumda, soğuk şekil değişimine tabi tutulduğu ve yumuşatma tavı uygulandığı bilgisini verir. Benzer şekilde T3 temper kodu, alaşımın çözeltiye alındığı, sonra soğuk şekil değişimine tabi tutulduğu ve daha sonra da doğal yaşlandırılarak çökel me sertleştirilmesi uygulandığı bilgisini verir. Çözeltiye alma işleminden sonra, uygula nan yapay yaşlandırma işlemi T6 temper kodu ile ifade edilir

27

28 Son zamanlarda uçak ve uzay sektöründe kullanılmak üzere yeni nesil alüminyum lityum alaşımları geliştirilmiştir. Bu malzemeler 2,5 2,6 g/crn3 mertebelerinde daha da düşük yoğunlukta, daha yüksek özgül elastiklik modülü, mükemmel yorulma dayanımı ve düşük sıcaklıklar da daha yüksek tokluk değerlerine sahip oldukları dikkati çekmektedir. Ayrıca bu alaşımların önemli bir bölümüne çökelme sertleştirmesi ısıl işlemi uygulanabilir. Ancak, özellikle lityumun kimyasal reaktifliğinden dolayı, bu alaşımlara bazı özel işlemlerin uygulanması gerektiğinden, diğer klasik alüminyum alaşımlarına göre imalat maliyetleri daha fazladır.

29

30 Belki de magnezyumun en önemli özelliği, 1,7 g/cm3 gibi yapı malzemeleri içinde en düşük özgül ağırlığa sahip olmasıdır. Bu nedenle magnezyum alaşımları, özellikle bazı uçak parçalarında olduğu gibi, hafifliğin arandığı yapısal tasarımlar için malzeme seçiminde ön plana çıkmaktadır. Magnezyum SPH kristal yapıda olup, nispeten yumuşak ve 45 GPa mertebelerin de düşük elastiklik modülü değerine sahiptir. Oda sıcaklıklarında magnezyum ve alaşımlarını şekillendirmek oldukça zordur ve tavlama yapmadan ancak çok az şekillendirilebilir. Buna bağlı olarak, bu alaşımların imalatında döküm veya C aralığındaki sıcak şekillendirme yöntemleri tercih edilir. Magnezyum da alüminyum gibi, 651 C mertebesinde düşük sayılabilecek bir ergime sıcaklığına sahiptir. Kimyasal açıdan magnezyum alaşımları, nispeten dengesiz özellikler gösterir ve özellikle deniz suyu ortamında korozyona duyarlı davranış sergiler. Diğer taraftan, bu alaşımların normal atmosferik ortamlarda oksidasyona karşı direnci oldukça iyidir. Bu davranış, magnezyumun doğasından çok, kimyasal bileşiminde empürite seviyesinde yer alan elementlerin varlığına bağlanmaktadır. İnce magnezyum tozları havada ısıtıldığında kolaylıkla yandığından, bu şartlarda işlem yapılırken özel dikkat gerektirir

31

32 magnezyum alaşımları günümüzde; el testeresi, el takımları, makaslar gibi portatif el araçlarının imalatında, direksiyon simidi, direksiyon çubuğu, jant, koltuk çerçevesi, transmisyon kutusu gibi otomotiv parçalarının imalatında ve dizüstü bilgisayar, video alıcısı, televizyon ve mobil telefon gibi iletişim ve bilişim teknolojisine ait bazı parçalarının imalatında yaygın olarak kullanılmaktadır.

33 Titanyum ve alaşımları çok üstün özellik kombinasyonlarına sahip, nispeten yeni sayılabilecek mühendislik malzemeleridir. Saf titanyum 4,5 g/cm3 gibi düşük sayılabilecek bir yoğunluğa, 1668 C gibi, yüksek ergime sıcaklığına ve 107 GPa seviyesinde elastiklik modülü değerine sahiptir. Titanyum alaşımları ise 1400 MPa mertebelerindeki çekme dayanımları ile son derece dayanıklı, yüksek akma dayanımına ve dikkati çekecek ölçekte yüksek özgül dayanıma sahip malzemelerdir. Ayrıca bu alaşımlar oldukça iyi bir sünek davranışa sahip olup, kolayca dövülerek şekillendirilip talaşlı imalata tabi tutulabilmektedir. Titanyum alaşımlarının kullanımlarındaki ana engellerden birisi, bu alaşımların yüksek sıcaklıklarda gösterdiği kimyasal reaktiftik özelliğidir. Bu özellik ii alaşımlarının arıtılmaları, ergitilmeleri ve dökümlerinde özel tekniklerin geliştirilmesini zorunlu kılar, bu durum, doğal olarak bu alaşımların yüksek maliyetle elde edilmesi ve işlenmesine neden olur. Yüksek sıcaklıklardaki reaktiflik özelliği dışında normal sıcaklıklarda bu alaşımlar çok iyi korozyon direncine sahiptir. Diğer bir ifadeyle, hava, deniz suyu ve değişik endüstriyel ortamlarda korozyondan neredeyse hiç etkilenmediğini söylemek mümkündür. Tablo 11.9 da çeşitli titanyum alaşımlarının kimyasal bileşimleri, özellikleri ve tipik uygulama örnekleri verilmiştir. Titanyum alaşımlarından genellikle uçak gövdelerinde, uzay araçlarında, tıbbi ameliyat gereçlerinde ve petro kimya sektöründeki değişik uygulamalarda yararlanılır

34 Titanyum ve alaşımları çok üstün özellik kombinasyonlarına sahip, nispeten yeni sayılabilecek mühendislik malzemeleridir. Saf titanyum 4,5 g/cm3 gibi düşük sayılabilecek bir yoğunluğa, 1668 C gibi, yüksek ergime sıcaklığına ve 107 GPa seviyesinde elastiklik modülü değerine sahiptir. Titanyum alaşımları ise 1400 MPa mertebelerindeki çekme dayanımları ile son derece dayanıklı, yüksek akma dayanımına ve dikkati çekecek ölçekte yüksek özgül dayanıma sahip malzemelerdir. Ayrıca bu alaşımlar oldukça iyi bir sünek davranışa sahip olup, kolayca dövülerek şekillendirilip talaşlı imalata tabi tutulabilmektedir.

35

36 Ergime sıcaklıkları çok yüksek olan metaller, refrakter metal grubunda değerlendirilir. Niyobyum (Nb), molibden (Mo), tungsten (veya volfram) (W) ve tantal (Ta) bu sınıf metallerdendir. Bu gruba ait metallerin ergime sıcaklıkları, en düşük Nb için 2468 C ile en yüksek W için C arasındadır. Bu metallerin atomlararası bağları çok kuvvetli olduğu için, ergime sıcaklıkları da buna bağlı olarak yüksektir. Ayrıca yine atomlararası bağların çok kuvvetli olması nedeniyle, bu metaller yüksek elastiklik modülü ve dayanımın yanı sıra, hem normal hem de yüksek sıcaklıklarda oldukça yüksek sertlik değerlerine sahiptir. Bu metallerin çok değişik kullanım alanları mevcuttur. Örneğin tantal ve molibden paslanmaz çeliklere korozyon direncini daha da geliştirmek amacıyla alaşım elementi olarak katılır. Molibden alaşımları ekstrüzyon kalıplarında kullanılırken, uzay araçlarının bazı parçalarında, elektrik ampullerinin filamanlarında, x ışını tüplerinde ve kaynak elektrotlarında tungsten alaşımlarından yararlanılır. Tantal, 150 C nin altındaki sıcaklıklarda hemen hemen tüm ortamlarda çok yüksek korozyon direncine sahip olduğundan, bu tür ortamlardaki korozyon direncinin arandığı uygulamalar için özellikle tercih edilir.

37 Süperalaşımlar birçok üstün özelliğe sahip olan önemli bir malzeme gurubunu oluşturur. Büyük çoğunluğu yüksek sıcaklıklara ve bu sıcaklıklardaki aşırı oksitlenmeye karşı dirençli oldukları için jet türbinlerine ait bazı parçaların imalatında kullanılır. Bu şartlar altındaki (yüksek sıcaklık ve oksitlenme) mekanik bütünlüğün korunması kritik bir konudur; özellikle dönen ağır parçalarda merkezkaç kuvvetlerin çok etkin olması nedeniyle, yoğunluğu düşük malzemelerin kullanılması oldukça önemlidir. Bu alaşımlar, içerdikleri ana metale bağlı olarak demir nikel esaslı, nikel esaslı ve kobalt esaslı olmak üzere üç gruba ayrılır. Bu alaşımlarda kullanılan diğer alaşım elementleri; Nb, Mo, W ve Ta gibi refrakter metallerdir. Süperalaşımlar yoğruk yapılı ve döküm yapılı olmak üzere de sınıflara ayrılabilir. Tablo 11.1 O da bu alaşımların bazılarına ait özellikler verilmiştir. Türbinlerdeki kullanımlarına ilaveten bu alaşımlar, bazı nükleer reaktör parçalarında ve petro kimya rafinelerindeki bazı donanımlarda da kullanılmaktadır.

38

39 Metallere uygulanan imalat yöntemleri, daha önce gerçekleştirilen arındırma, alaşımlama ve ısıl işlemler vasıtasıyla imalata uygun özelliklerin kazandırma işlemlerinden sonra yer alır. Metallere uygulanabilen imalat yöntemleri muhtelif plastik şekil verme, döküm, toz metalürjisi, kaynakla birleştirme ve talaşlı imalat yöntemlerini kapsar. İmalat aşamasında, çoğu zaman bu yöntemlerden ikisinin veya daha fazlasının birbiri ardınca uygulanması gerekir. Yöntemlerin seçimi, kullanılan metal, boyut, şekli ve fiyatı gibi bir takım faktörlere bağlıdır.

40 Plastik şekillendirme yöntemleri, metallere katı halde plastik şekil değiştirmek suretiyle gerçekleştirilen dövme, haddeleme, ekstrüzyon ve çekme gibi işlemleri kapsar. Doğal olarak plastik şekil değişimi metallere akma dayanımlarının üzerinde olacak şekilde uygulanan dış gerilmeler veya kuvvetler vasıtasıyla gerçekleştirilir. Metallerin çoğu bu yöntemlerin uygulanmasına izin verecek kadar, yani şekillenme sırasında çatlayıp kırılmayacak derecede yeterince sünek davranış (şekillendirilebilirlik) gösterir Şekil değişiminin metalin yeniden kristalleşme sıcaklığının üzerinde gerçekleşmesi durumunda işlem sıcak şekillendirme olarak tanımlanır. bunun dışında mutlak erime sıcaklığının yaklaşık % 30 unun altında gerçekleştirilen işlemler ise soğuk şekillendirme olarak nitelendirilir. Aynı zamanda sıcak koşullarda gereken şekil değişimi enerjisi, soğuk şekillendirmedekinden çok daha düşüktür. Ancak metallerin çoğu sıcak koşullarda yüzeylerinin çabuk ve fazla oksitlenmesi nedeniyle, malzeme kaybına uğrar.

41 Dövme, metalleri normal olarak sıcak koşullarda mekanik olarak işleyen veya şekillendirmeye yarayan bir imalat yöntemidir. Mekanik şekillendirme işlemi, ardı ardına gerçekleştirilen vuruşlar ya da sürekli basınç uygulamak suretiyle sıkıştırılarak gerçekleştirilir. Dövme işlemi, açık veya kapalı kalıpta dövme olarak sınıflandırılır. Kapalı kalıpta dövmede kuvvet, çoğunlukla iki veya bazı durumlarda daha fazla parçadan oluşan kalıplar vasıtasıyla uygulanır. iki kalıp arasında parça geometrisine sahip bir boşlukta ezilen metal boşluğun şeklini alır. Açık kalıpla dövmede, basit şekilli veya düz kalıp çiftleri arasındaki metal ezilerek şekillendirilir. Genellikle açık kalıpla dövme, büyük parçaların kademeli olarak dövülmesinde kullanılır. Dövülmüş parçalar, çok üstün tane yapısına ve mekanik özelliklerin en iyi kombinasyonuna sahip olur. El aletleri, araçların krank milleri ve biyel kolları dövme yoluyla elde edilen tipik parçalardır.

42 Haddeleme, en çok kullanılan metal şekillendirme yöntemidir. Metal iki merdane arasından geçirilmesi sırasında ezilir ve kalınlığı merdane arasındaki boşluk değerine düşürülür. Soğuk haddeleme daha çok sac, levha veya folyo gibi yassı ürünlerin elde edilmesinde kullanılırken diğer kesitlere sahip malzemeler, sıcak haddelemeyle elde edilir. Yuvarlak kesitli metaller, I Profiller ve tren rayları üzerinde uygun şekilde oluklar işlenmiş merdaneler kullanılarak üretilir.

43 Ekstrüzyon işleminde kovan içine yerleştirilmiş takoz biçimindeki metale basma gerilmeleri uygulanır ve metal bir kalıp deliğinden kesit alanını küçültülerek geçmeye zorlanır. Kalıp deliği imal edilmesi istenen ürünün kesitine sahip olup kuvvet bir piston yardımıyla ve takoz şeklindeki metalin kalıba doğru ittirilmesiyle uygulanır. Ekstrüzyon ürünlerine örnek olarak, muhtelif kesitlerdeki çubuklar, dikişsiz borular, tüpler ve değişik kesit geometrisine sahip profiller sayılabilir

44 Çubuk çekme, bir metalin ürün kesitine sahip bir kalıp deliğinden kesiti küçültülerek çekilmesiyle gerçekleştirilir. Konik şekildeki kalıbın çıkış tarafindaki malzemenin ucundan tutularak çekme kuvveti uygulanır ve kesitteki küçülmenin sonucunda çekilen malzemenin boyu uzar. Bu işlemde sağlanabilecek şekil değişimi miktarı sınırlı olduğu için, toplam şekil değişimi ancak sırayla düzenlenen bir seri kalıptan ardı ardına çekmek suretiyle gerçekleştirilebilir. Çubuklar, teller, bazı tüp ve borular bu şekilde üretilir.

45 Bir parçanın dökümu ergimiş durumdaki metali istenen geometride boşluğa sahip olan bir kalıp içine dökülmesi ve burada katılaştırılmasıyla gerçekleştirilir. Katılaşma sonrasında parça kalıbın şeklini alır ve hacmi de kalıp boşluğuna göre bir miktar küçülür. Döküm yöntemleri genellikle; (1) parça çok büyük ve/veya çok karmaşık bir geometriye sahipse, (2) alaşım sıcak veya soğuk şekillendirilemeyecek kadar düşük bir süneklik özelliğine sahipse ve (3) diğer imalat yöntemlerine göre daha ekonomik şartlar sunuyorsa tercih edilir. Ayrıca sünek malzemelerde bile, ince tane yapısı elde etmek amacıyla, son aşama olarak döküm uygulamasından yararlanılır. İmalat teknolojisinde kum kalıba döküm, koku kalıba döküm, basınçlı döküm, hassas döküm, strafor modelli kalıba döküm (kayıp köpük) ve sürekli döküm gibi uygulamalardan yararlanılır.

46 Kum kalıba dökümde, ergimiş metal kumdan hazırlanmış bir kalıbın içine dökülür. İki parçalı bir döküm kalıbı bi model etrafına kumun sıkıştırılmasıyla hazırlanır. Model tahtadan veya daha kolay şekillenebilir bir malzemeden hazırlanmış olup üretilmek istenen parçanın geometrisine sahiptir. Sıkıştırma sonrasında alt ve üs derece olarak isimlendirilen kalıp parçaları birbirinden ayrılır ve model dışarı alınır. Daha sonra alt ve üst derece birbirine karşı gelecek şekilde tekrar kapatılarak kum, kalıp döküm işlemi için hazırlanmış olur. Kalıp içine yerleştirilen bir yolluk sistemiyle metalin kalıp içinde akarak kalıp boşluğuna yönlenmesi sağlanır. Bu yöntemle üretilen parçalara örnek olarak; araçlarda kullanılan motor gövdeleri, yangın vanaları ve büyük boru tesisat armatürleri sayılabilir.