ALÜMİNYUM VE ÖZELLİKLERİ

Transkript

1

2

3 ALÜMİNYUM VE ÖZELLİKLERİ

4 Alüminyumun yoğunluğu (2,71 g/cm 3 ),çeliğin yoğunluğunun (7,83 g/cm 3 ) üçte biri kadardır. (Hafiftir.) Elastik Modulus düşük, E = 71 GPa Kristal Yapısı: YMK, bu yüzden her sıcaklıkta süneklik kabiliyeti var Mekanik özellikleri iyi ( Dövülebilir ve işlenebilir.) İnert gaz ile kaynak yapılabilir. Ekonomik bir üründür. (Bakır fiyatından daha düşük) Yorulma mukavemeti düşük. (Özellikle çökeltme sertleşmesi ile sertleşmiş alaşımların) Elektrik ve ısı iletkenliği yüksek. Korozyon direnci yüksek.- (Oluşturduğu doğal ince oksit tabakası) Çökeltme sertleşmesi görülen numunelerde korozyon direnci düşük. ( gerilimkorozyon çatlağı) Manyetik değildir.

5 Alaşımlama: 1.25 % Mn ve 3.5 % Mg kadar katı eriyik mukavemeti 4.5% Cu, 7% Zn or (3% Mg + 1% Si) kadar çökeltme sertleşmesi 0.5% Cr kadar tane küçültme Diğer tane küçültücü alaşımlar - Alüminyum-Titanyum (Al-Ti) - Alüminyum-Bor (Al-B) - Alüminyum-Titanyum-Bor (Al-Ti-B) 17% Si, 7% Cu, 10% Mg kadar döküm alaşımlanması

6

7

8

9

10

11

12 Çökelti Oluşumları Tane sınırlarına çökelen çökeltiler yakınında yer alan atomlarda konsantrasyon farkına neden olur. Ayrıca mekanik özellikleri zayıflar Çözüm Bu durumu telafi etmek için ısıl işlem uygulaması gerçekleştirilir. quench and age ani soğutma ve yaşlandırma işlemi gerçekleştirilir.

13

14 Alüminyum alaşımlarında gerilim korozyon çatlağı çok görülür. (En çok da bu seride) Bunu azaltmak için : Zn:Mg = 3:1 olmalı Mg ve Cu alaşım elemanları eklenmeli Si. Fe gibi empuritelerin kontrolu sağlanmalı

15 Alüminyum 7045 (krank) ve 7120 (gövde) serileri bisiklet yapımında oldukça sık kullanılmaktadır. Anti şoklu trekking kolları 7075-T6

16 Lityum hafif ve yoğunluğu ise 540 Kg/m 3 Her bir % 1 Li için yoğunluk % 1 azalır. Alüminyum yüksek sıcaklıklarda en fazla %14 e kadar Lityum u çözer. Sıcaklık düştükçe çözünürlüğü düşer. Arafazlarla sertlik artışı sağlanabilir. (δ` - Al 3 Li ) Katı eriyik mukavemeti (Çap farkı fazla A Li > A Al ) Elastik modulu artırır. %10 Li ilave %20 Elastik M. Oluşan Problemler: Lityum çabuk oksitlenir. Dikkatli kullanım gerektirir. Döküm sırasında segregasyon meydana gelir. Na, K içeren empüritelerde mikroyapı görünümü tane sınırları boyunca uzanan ayrık merceksi parçacıkları şeklindedir. Mekanik özellikleri zayıflatır. (Düşük T m ) Aşırı yaşlandırmada tane sınırlarına δ fazı çöker.

17

18 Kıyaslanması

19 AKSLAR : Alüminyumun akslarda kullanımı nispeten daha yenidir. Çok zor koşullarda işlev gören bu parçada alüminyum kullanımı yüksek mukavemet, hafiflik ve korozyona dayanım sağlamıştır. Bu uygulamalarda alüminyumun hafifliği aracın sadece genel performansı ve yakıt ekonomisini arttırmakla kalmamakta aynı zamanda titreşim ve gürültüyü de azaltmaktadır Yüksek oranda alüminyum kullanılan bir otomobil arka aksı

20 Korozyon direnci yüksek ( Oksit tabakasının varlığı) Korozyon direnci: Al alaşım < Al saf (Alaşım elementleri korozyon direncini düşürür.) Oksit tabakası için: Atmosferde oluşan amorf Su buharında oluşan kristalin yapılıdır. Korozyon direnci oluşan tabakanın homojenliğine bağlıdır. Korozyon direnci ortama bağlı olarak değişmektedir.

21 BAKIR

22 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 Kristal Yapı YMK Atom Numarası 29 Atom Ağırlığı Yoğunluk (gr/cm -3 ) Ergime Sıcaklığı (C o ) 1084 Yüksek elektrik iletkenliği Yüksek ısı iletkenliği Korozyon direnci nispeten yüksek. İşlenebilir ve dövülebilirlik Kabul edilebilir çekme dayanımı Saf Bakır Cevheri

23

24 Bakır cevher ocaklarından çıkarılması ve hazırlanması. Cu2S(kalkosit ), CuFeS2(kalkoprit), Cu2O (kuprit) Öğütme Flotasyon (Zenginleşme) Ergime ile mat ve curufa ayrıştırma Konvertörde da hava üfleme ile mattan blister bakır üretimi Anot fırınında anot bakırda dönüştürme Elektrolizle katot bakır yapımı Katot bakırın ergitilerek kütçe haline getirilmesi ve satışa sunulması Kuprit Kalkoprit Kalkosit

25

26

27

28 Bakır veya bakır alaşımları özelliklerine bağlı olarak ihtiyaç duyulan yerlerde aşağıdaki gibi sıralanmaktadır. 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.)

29 Haddeleme ve Tavlama Çekilme Döküm Çekme Mukaveneti (Mpa) Akma Dayınımı (Mpa) Kopma Uzaması (%mm) Bakır tramvay tel Elektronik Ürünler Bakır Kupa Bakır Plaka

30 1-) Alaşımsız Bakır 3-) Bronz 2-) Pirinç Bakır - Çinko Alaşımları Pirinçleri Bakır Kalay Alaşımları Bakır Alüminyum Alaşımları Bakır Silisyum Alaşımları Bakır Berilyum Alaşımları 4-) Bakır Nikel Bakır Kurşun Alaşımları Bakır Çinko Alaşımları Kalay ve Alüminyum Katkılı Nikel Bakırı ( Cu- Ni) Nikel Gümüş (Cu-Ni-Zn)

31 İyi elektrik ve ısıl iletkenlik Yüksek korozyon dayanımı Kolay üretim Nispi ölçüde dayanım Lehimleme ve kaynaklanabilirlik Dökme bakırlar içerdiği oksijen ve bakıra göre sınıflandırılır. Üç ana gruba ayrılır: Bünyesinde %4-%5 oksijen ihtiva eden Deokside edilmiş bakır Oksijensiz elektrolitik bakır Bakır oksijen faz diyagramı

32 Bünyesinde %4 oksijen ihtiva eden bakırın mikroyapı görüntüsü Bünyesinde %4 oksijen ihtiva eden bakırın sıcak işlendikten sonraki mikroyapı görüntüsü 850 o C de H 2 gazına maruz kalan bakırın mikroyapısı Atmosferdeki CO ve N oranlarını azaltılmış ortamda gerçekleşen ergitme ve katılaşma ile meydana gelen bakırdaki mikroyapı değişimleri

33 Düşük alaşımlar için : (80-95%Cu, 20-5%Zn) Yüksek alaşımlar için : (60-80%Cu, 40-20%Zn) %Zn Mukavemet Sertlik Süneklik %Zn Mukavemet Sertlik Süneklik β fazı(hmk) Renk Değişimi %Sn Kırmızı Altın Yeşilimsi Sarı α+β Alaşımları Soğuk işlem β α+β Alaşımları + Mn, Fe, Sn Cu , Zn , Sn , Pb 0.20, Fe 0.10) İncreasing Sn content gives a microstructure of α phase (yellow) in β matrix (dark) Mukavemet Sertlik o C de Sıcak İşlenebilme Düşük Alaşımlardaki Tavlamalar (%40-50 Oda sıcaklığında ) Süneklik

34 Gerilim Korozyon Çatlağı Çinkosuzlaşma >15% Zn Tane Sınırları (Taneler arası çatlama) Zn bakırda tercihli olarak yenim meydana getirir ve yapıda gözenekli kalıntı bırakır Intergranular stress-corrosion cracking in cartridge brass (70%Cu-30%Zn) due to exposure to corrosive atmosphere Dezincification of cartridge brass (70%Cu-30%Zn)

35 (Dövülmüş) % Sn (Cu-Sn) + 0.1% P Fosforlu bronz P (deokside ajan) dökümü kolaylaştırır. Fazla P, yapıdaki reaktifliği artırır. İşlenmiş bakır kalay alaşımlar daha mukavemetli özellikle soğuk işlem uygulamaları için, korozyon dirençleri yüksektir. %16 Sn içeren bakır kalay sistemleri yüksek mukavemetli rulman ve dişli yatakların üretiminde kullanılmaktadır. Sn (>10%) Mukavemet Dökümde işleme Microstructure of phosphor bronze 92%Cu-8%Sn-trace P, showing recrystallised α grains with annealing twins

36 Al, Cu da 565 C de max % 9.4 e kadar (α fazı) çözer. I.GRUP %4 - %9 Al Al-Cu : Düşük mukavemet Yumuşak ve sünek Korozyon direnci nispi olarak iyi ( ) fazı içeren alaşımlardır. II.GRUP %9 - %14 Al Al-Cu : Isıl işlem uygulanabilme İyi bir mukavemet ve sertlik Süneklik nispi olarak iyileştirme ( ) ve ( ) fazları içeren alaşımlardır

37 Alüminyum bronzları yüksek ergime sıcaklığına sahiptir Dar katılaşma aralığı vardır Korozyon dirençleri yüksektir. (Self- Healing Al) Yüksek mukavemet, aşınma ve yorulma dayanımları yüksektir. Al ilavesi ile çekme mukavemet dayanımı artar. (%10 e kadar)

38 Cu-Si sisteminde Si 843 o C de maksimum %5.3 e kadar çözer. Silisyum bronzlar %1-3Si arasında dır. Mn, Fe ve Pb eklenerek mekanik özellikleri genişletilir. Yüksek Mukavemet(~ MPa) Korozyon Direnci (özellilkle asitli ort.) Kaynaklanabilirlik. Deoksiden bir elementtir. Cu-Si faz diyagramı

39 Cu ve Ni elementlerinin kristal yapıları YMK yapılardır. Sürekli katı eriyik (Sınırsız çözünürlük (izomorf)) Mikroyapıda sadece α fazı bulunur. Yüksek sıcaklıklarda mukavemet yüksek Korozyon direnci yüksek alaşımlardır. Yüksek Ni + Mn Yüksek elektrik direnci (elektro git. teli ) Element Elektronegatiflik Atom Çapı Cu 1,9 1,57 Ni 1,91 1,62

40

41 Endüstride kullanılan en önemli demirdışı 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 Kaynak: Prof. Dr. Ayşegül Akdoğan Eker,

42 Düşük yoğunluk: Hafiflik Korozyon dayanımı (yüzeyinde oluşan Al 2 O 3 tabakası), İyi elektrik iletkenlik, Kolay şekillendirilebilirlik, Dekoratif görünüm, Bazı alaşımlar yaşlandırma ile sertleştirilebilir. Diğerleri ancak soğuk plastik şekil değiştirme ile. Alüminyum alaşımları, esas alaşım element baz alınarak Alüminyum birliği (AA) tarafında standartlaştırılmıştır. Isıl işlem durumları temper gösterimleri ile ifade edilir.

43 Alaşım standart gösterimi: 1xxx: saf Al 2xxx: Cu 3xxx: Mn 4xxx: Si, 5xxx: Mg, 6xxx: Mg ve Si, 7xxx: Zn, 8xxx: Li (ve diğer bazı) Temper gösterimi: F: İmal edildiği gibi O: Yumuşatma tavlaması uygulanmış, Hx: Deformasyon sertleşmesi uygulanmış (x derecesinde) T3: Çözelti+Soğuk PŞV+Doğal Yaşl. T4: Doğal Yaşl. T6: Çözelti+Yapay Yaşl. T5: Sıcak PŞV+Yapay Yaşl. T7: Aşırı Yaşl T8: Çözelti+Soğuk PŞV+Yapay Yaşl.

44 Magnezyum (Mg) alaşımları: Düşük özgül ağırlık, Korozyondan etkilenir, SDH yapılı-gevrektir-pşv zordur. Bazı alaşımları yaşlandırılabilir. Havacılık sektörü, spor aletleri, spor araç parçaları vs. Titanyum (Ti) alaşımları: Yüzeyindeki oksit tabakası (pasivizasyon) nedeniyle korozyona dayanıklıdır. Yüksek özgül dayanım, Düşük elastik modülü, 200 o C ye kadar yüksek dayanım gösterir. Bazı alaşımları yaşlandırılabilir. Havacılık ve tıp endüstrisinde yaygın olarak kullanılır. SDH yapılı

45 Bakır (Cu); Elektrik iletkenliği, Isı iletkenliği, Korozyon dayanımı, Şekillendirilebilirlik, Estetik Bazı alaşımları Prinç; Cu-Zn alaşımı, çok yaygın Bronz: Cu-Pb-Sn-Al alaşımı Cu-Be yüksek dayanım ve kıvılcım üretmeyen takımlarda. Uygulama alanları: Elektrik Telleri, Radyatörler, Denizcilik parçaları, dekoratif parçalar. Nikel (Ni) Çok iyi korozyon dayanımı Çok iyi yüksek sıcaklık dayanımı Süper alaşım imalinde: Alaşım elementleri Al ve Ti. (Ni 3 Al ve Ni 3 Ti (gama prime fazı ) yaşlandırma ile bağdaşık olarak çöktürülür). Bazı alaşımları: Monel (Cupro-nikel %66 Ni -%34 Cu) Alman gümüşü olarak da bilinir. Tuzlu su dayanımı Yüksek sıcaklık uygulamaları için

46 Çinko (Zn): Özellikle basınçlı döküme elverişli. Zamak, çok bilinen Zn-Al ile alaşımıdır Uygulama alanları: Elektrik cihaz parçaları Otomotiv parçaları Mobilya aksesuarları vs. Kurşun (Pb): Düşük erime sıcaklığı, Yüksek özgül ağırlığı, Kolay şekil verilebilirlik, Toksit - sağlığa zararlı X-ışını vs. radyasyona karşı bariyer. Uygulama alanları Lehimler Atalet-ağırlık gereken yerler

47 Refrakter metaller (W, Mo, vs): Yüksek erime sıcaklıkları, Düşük oksidasyon dirençleri: Kullanımlarında inert atmosfer gerekir. Ampullerde filaman olarak vs. Kıymetli (Precious) metaller: Au, Ag, Pt, vs. Yüksek inertlik Yüksek oksidasyon direnci Uygulama alanları: Kuyumculuk, elektronik sanayi, tıp uygulamaları.