BAKIR ve BAKIR ALAŞIMLARI

Transkript

1 BAKIR ve BAKIR ALAŞIMLARI 1

2 SAF BAKIR 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 Haddeleme ve tavlama Çekilme Döküm Çekme Mukavemeti Akma dayanımı Kopma uzaması SAF BAKIR Bakır ve bronz insanların ilk kullandıkları metal malzemelerdir. Bakırdan daha yüksek dayanımlı olan bronzun M.Ö yıllarında üretilmesiyle, günlük kullanım araçlarında metal malzemelerin üstün tokluk özelliklerinden tam anlamıyla yararlanılmaya başlanmıştır. Dolayısıyla Bronz Çağı insanlar için önemli bir aşamayı temsil eder. Tarihin ilk zamanlarından orta çağa kadar, insanlar tarafından en fazla kullanılan metal olan bakır, demir esaslı malzemelerin silah yapımında kullanılması ile yerini ona bırakmıştır. 19. yüzyılın sonuna doğru elektrotekniğin gelişmesi, elektriği çok iyi ileten saf bakıra duyulan gereksinmeyi giderek arttırmıştır. Öte yandan bu tür bakır daha çok elektrolitik arıtma, yani elektrik enerjisi yardımıyla elde edildiğinden, elektroteknik ve bakır üretimi birbirlerini karşılıklı destekleyerek gelişmişlerdir. 2

3 SAF BAKIR Endüstriyel bir malzeme olarak bakır, plastik şekil verme yeteneğinin yüksekliği yanında elektrik ve ısıl iletkenliğinin yüksekliği ile daima ön plandaki yerini korumuştur. Bu özelliklerinden kaynaklanarak bakır; İşlenebilme yeteneğinden dolayı hediyelik eşya üretiminde Elektrik iletkenliğinden dolayı kablo üretiminde Isıl iletkenliğinden dolayı da ısıtma/soğutma sistemlerinde geniş olarak kullanılmaktadır. SAF BAKIR Bakır Carasında gevrekleşir (sıcak kırılganlık); sıcak şekil verme işlemleri Carasında gerçekleştirilir. Soğuk deformasyon yeteneği herhangi bir ara tavlama işlemine gerek bırakmayacak derecede yüksektir. Bu özellikleri ile saf bakır, teknik malzeme olarak, yüksek elektrik ve ısıl iletkenlik gerektiren yerlerde öncelikle kullanılır. Diğer bilinen çok geniş kullanım yerleri, alaşımlandırma ile kazanılır ve geliştirilen mukavemet özellikleri, korozyon dayanımları ve işlenebilirlik özelliklerine (döküm kaynak plastik şekil verebilme, özellikleri yanında talaş kaldırmaya, lehimleme, parlatma ve galvanizasyona uygunluğu) bağlı olarak bu alanların daha da geliştirilmesi beklenir. 3

4 SAF BAKIR Bakır veya bakır alaşımları aşağıda sıralanan özelliklere sahiptir. Ve bu özelliklere bağlı olarak ihtiyaç duyulan yerlerde kullanılmaktadır. 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.) Daha birçok kullanım yerine uygun avantajlar sıralanabilir. Fakat bakır metalurjisinin pahalı bir teknoloji olması ve dünyadaki zengin bakır yataklarının artık iyice azalması, maliyet faktörlerinin etkinliğini arttırmıştır. Fiyat avantaj dengesi, bakır ve alaşımlarının kullanımını sınırlamaktadır. SAF BAKIR Bakır mikroorganizmaların büyümesini geciktirdiği için biraların mayalanmasında kullanılmaktadır. Bu kaplar çoğu zaman bakır olarak adlandırılmakla beraber zamanımızda çoğu ucuz olması sebebi ile paslanmaz çelikten yapılmaktadır. 4

5 BAKIR ÜRETİMİ 5

6 SAF BAKIRA İLAVE EDİLEN ALAŞIM ELEMENTLERİ 6

7 SAF BAKIRA İLAVE EDİLEN ELEMENTLER BAKIRIN BAŞLICA KULLANIM ALANLARI Günümüzde bakır kullanımının % 75 i iletkenlik özelliğinden faydalanmaktadır. Bakırın başlıca kullanım alanları aşağıdaki şekilde özetlenebilir: Enerji kabloları, telekomünikasyon kabloları, tesisat kabloları olarak enerji, haberleşme, inşaat, otomotiv, elektronik sektörlerinde, beyaz eşya ve elektrikli ev aletleri üretiminde kullanılmaktadır. 7

8 BAKIRIN BAŞLICA KULLANIM ALANLARI BAKIRIN BAŞLICA KULLANIM ALANLARI Emaye bobin teli olarak televizyon, radyo,video, müzik seti ve benzeri elektronik cihazların, trafo, transformatör ve elektrik motorlarının, büro ve hesap makinelerinin üretiminde kullanılmaktadır. Elektrolitik bakır lama, yassı tel ve çubuk olarak ise çeşitli soğutucu, ısıtıcı (şofben, termosifon, elektrikli radyatör, fırın gibi) üretiminde, otomotiv sektöründe ve çeşitli araç-gereç sanayinde kullanılmaktadır. 8

9 BAKIRIN ÖN ALAŞIMLARI (KUPROALYAJLAR) İçinde diğer elementlerle birlikte ağırlık itibariyle % 10'dan fazla bakır bulunan ve işlenmeye elverişli olmayıp diğer alaşımların hazırlanmasında katkı maddesi olarak veya demir dışı metallerin metallurjisinde de-oksidan, de-sülfüran maddeleri olarak veya benzeri amaçlarla kullanılan alaşımlardır. BAKIRIN ÖN ALAŞIMLARI (KUPROALYAJLAR) Çubuklar Bunlar, enine kesitleri bütün uzunlukları boyunca daire, oval, dikdörtgen (kare dahil) ikizkenar üçgen veya düzgün konveks çokgen şeklinde ve aynı olan (karşılıklı iki kenarı konveks eğriler, diğer iki kenarı düz, eşit uzunlukta ve paralel olan "yassılaştırılmış daireler" ve "şekli değiştirilmiş dikdörtgenler" dahil) haddeleme, ekstrüzyon, çekme veya dövme suretiyle elde edilmiş, rulo halinde olmayan içi dolu ürünlerdir. 9

10 BAKIRIN ÖN ALAŞIMLARI (KUPROALYAJLAR) Enine kesiti kare, dikdörtgen, üçgen veya çokgen şeklinde olan ürünlerin köşeleri bütün uzunlukları boyunca yuvarlatılmış olabilir. Enine kesiti dikdörtgen, üçgen veya çokgen şeklinde olan ("şekli değiştirilmiş dikdörtgenler" dahil) ürünlerin kalınlığı, genişliğinin onda birini geçer. Bu tanıma aynı boyut ve şekillerde olup, imalattan sonra basit bir yüzey temizleme ve kenar düzeltme işleminden daha ileri bir işleme tabi tutulmuş, döküm veya sinterleme ile imal edilmiş ürünler de dahildir. Ancak bu işlem sonucunda elde edilen ürünler, diğer pozisyonlara giren eşya veya ürün niteliğini kazanmamış olmalıdır. BAKIRIN ÖN ALAŞIMLARI (KUPROALYAJLAR) Profiller Bunlar, çubuk, tel, sac, şerit, yaprak, ince ve kalın boru tanımlarından herhangi birine uymayan, enine kesitleri bütün uzunlukları boyunca aynı olan, haddeleme, ekstrüzyon, çekme, dövme veya şekil verme suretiyle elde edilmiş rulo halinde veya rulo halinde olmayan ürünlerdir. Bu tanıma aynı şekillerde olup, imalattan sonra basit bir yüzey temizleme veya kenar düzeltme işleminden daha ileri bir işleme tabi tutulmuş döküm veya sinterleme ile imal edilmiş ürünler de dahildir. 10

11 BAKIRIN ÖN ALAŞIMLARI (KUPROALYAJLAR) Teller Enine kesitleri bütün uzunlukları boyunca daire, oval, kare, dikdörtgen, ikizkenar üçgen veya düzgün konveks çokgen şeklinde ve aynı olan (karşılıklı iki kenarı konveks eğri, diğer iki kenarı düz, eşit uzunlukta ve paralel olan "yassılaştırılmış daireler" ve "şekli değiştirilmiş dikdörtgenler" dahil) haddeleme, ektrüzyon veya çekme suretiyle elde edilmiş rulo halinde içi dolu ürünlerdir. Enine kesitleri; kare, dikdörtgen, üçgen veya çokgen şeklinde olan ürünlerin köşeleri bütün uzunlukları boyunca yuvarlatılmış olabilir. Enine kesitleri dikdörtgen şeklinde ("şekli değiştirilmiş dikdörtgenler" dahil) olan ürünlerin kalınlığı, genişliğinin onda birini geçer. BAKIRIN ÖN ALAŞIMLARI (KUPROALYAJLAR) Levhalar, Saclar, Şeritler ve Yapraklar Bunlar, enine kesitleri dikdörtgen (kare hariç), köşeleri yuvarlatılmış olsun olmasın (karşılıklı iki kenarı konveks eğri ve diğer iki kenarı düz, eşit uzunlukta ve paralel olan "şekli değiştirilmiş dikdörtgenler" dahil), her yeri aynı kalınlıkta, rulo halinde veya rulo halinde olmayan yassı ürünlerdir 11

12 BAKIRIN ÖN ALAŞIMLARI (KUPROALYAJLAR) İnce ve Kalın Borular Bunlar, bütün uzunlukları boyunca sadece bir adet kapalı boşluğu olan, enine kesitleri, daire, oval, dikdörtgen (kare dahil), ikizkenar üçgen, düzgün konveks çokgen şeklinde, et kalınlıkları aynı olan, rulo halinde veya rulo halinde olmayan içi boş ürünlerdir. Enine kesitleri, dikdörtgen (kare dahil), ikizkenar üçgen veya düzgün konveks çokgen şeklinde olup, bütün uzunlukları boyunca yuvarlatılmış köşeleri bulunabilen ürünler, iç ve dış enine kesitleri birleşik merkezli, aynı şekil ve aynı kullanıma mahsus olmaları şartıyla ince ve kalın boru sayılırlar. Enine kesitleri yukarıda belirtilen şekillerde olan ince ve kalın borular, parlatılmış, kaplanmış, diş açılmış, çekiçle dövülerek şekil verilmiş, genişletilmiş, konik şekilde olabileceği gibi, flanş, bilezik veya halka ile donatılmış olabilir. BAKIR ve ALAŞIMLARININ STANDARTLARLA GÖSTERİLİŞİ 12

13 BAKIR ve ALAŞIMLARININ STANDARTLARLA GÖSTERİLİŞİ BAKIR ve ALAŞIMLARININ STANDARTLARLA GÖSTERİLİŞİ 13

14 BAKIR ALAŞIMLARI Bakırın teknik beklentilere cevap verebilmesi, çoğu zaman sertlikmukavemet değerlerinin artırılmasına bağlıdır; bu sonuç alaşımlandırma ile sağlanabilir. Bakırın elektrik ve ısıl iletkenliği gibi özellikleri, mukavemet artırıcı elementlerin kullanılmasıyla, teknik beklentilerin altına düşerek kaybolabilir. İletken malzeme olarak kullanımda bakırın teknik saflığının yüksek olması gerekir (%Cu 99,90). Başka özelliklerin kazanımı için özellik kombinasyonun gerektiği kullanım yerlerinde, (sertlik ve mukavemet gibi) zorunlu görülen alaşımlandırmalarda, elektrik iletkenliği malzemeyi katı eriyik iç yapısından kurtarmak sureti ile artırılabilir. Sözgelimi yaşlandırılabilir bakır alaşımları, esasen yöntemin gereği olarak, alaşım elementleri oranının düşük olması ve yapı içerisinde çökeltilmesi dolayısı ile, beklenen özellikleri bünyesinde toplayan optimum çözümlere ulaştırabilirler. BAKIR ALAŞIMLARI Paramanyetiklik (manyetize edilemeyiş) ve korozyon dayanımlarının yüksek oluşları ile genel Cu alaşımlarının yaşlandırma dan bağımsız karakteristikleridir. Buna göre Cu alaşımları elektrik iletkenliği, paramanyetiklik ve/veya korozyon dayanımının yanında ve onlara ek olarak- mukavemet beklentilerinin de yüksek olduğu teknik parçaların üretiminde öncelikli kullanım alanı bulurlar. 14

15 BAKIR ALAŞIMLARI Bakır alaşımlarını öncelikle alaşım elementlerine göre ayırmak yaygındır. Mekanik ve teknolojik özelliklerini iyileştirmeye katkılarıyla kendilerini kabul ettirmiş alaşım elementleri Zn, Sn, Al ve Ni dir. Özellikle bakırın çinko ile alaşımları özel işlem görür, teknolojik özelliklerinin farklılığı ve kullanım alanlarının genişliği dikkat çekerler ve PİRİNÇLER diye ayrı bir isim ile anılırlar. Diğer temel elementlerle oluşturulan Cu alaşımına (%Cu 60) ise genel olarak BRONZ adı verilir; temel alaşım elementinin zikredilmesi ile birbirinden ayırt edilir (Al-Bronzu, Be- Bronzu, P-Bronzu gibi; herhangi bir bileşenin verilmemesi, alaşımın Sn-Bronzu olduğunu gösterir). BAKIR ALAŞIMLARI Doğurduğu temel özellik farklılıkları dikkate alınarak bakır alaşımları iç yapılarına göre de, tek fazlı veya homojen ve çift fazlı veya heterojen alaşımlar olarak ayırmak ta mantıklıdır. Cu-Ni alaşımları tamamen tek fazlı iken, başta pirinçler (Cu-Zn) olmak üzere, Al-, Sn-, bronzlarıda hem tek cins katı eriyiklerden oluşabilir, hem de oda sıcaklığında çift faz yapısına sahip olabilirler. Her iki faz yapısınında özellikle tercih edildiği kullanım alanları vardır. Çoğu zaman bakır alaşımlarının gruplandırılması, malzeme seçimini de içine alan, teknik parçadan beklenen özellik kombinasyonlarına göre yapılmış olur. 15

16 BAKIR ALAŞIMLARI Beklenen fonksiyon ve uygun özellikler, Cu alaşımlarının kullanım alanlarını da tarif ederler. Mukavemeti yüksek Cu alaşımları (yüksek oranda mekanik zorlanmalara maruz aletler, makine ve konstrüksüyon parçaları (yaylar, membranlar, -zarlar-, dişli çarklar, bağlantı elemanları, kıvılcım çıkarmaz el aletleri): CuSn-; CuAl-; CuBe; alaşımları gibi). Tribolojik özellikleri öne çıkan bakır alaşımları (kaymalı yataklar, sürtünme ve aşınma plakaları, salyangozlar, bilezikler gibi sürtünme ve aşınmaya maruz makine elemanları: CuSn-; CuAl-; CuSnPb- alaşımları gibi). Korozyona dayanıklı ve işlenmesi kolay bakır alaşımları (gemi inşası ve çeşitli cihaz, alet ve sistemlerin üretiminde gerekli iletim boruları, armatürler, soğutma ve ısı değiştirme üniteleri: CuSn-; CuZn-; CuAl-; CuNi-; alaşımları gibi). Kolay işlenebilir alaşımlar (optik, hassas mekanik, ölçme tekniği cihaz ve aletlerinin üretiminde gereken çeşitli borular, halkalar, cıvatalar, kalıpta delme ve basma parçaları: CuZn-; CuZnPb-; alaşımları gibi). 16

17 BAKIR ALAŞIMLARININ ÜRETİMİ 17

18 BAKIR ALAŞIMLARININ ÜRETİMİ 18

19 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. Cu-Zn diyagramına bakıldığında bakırı zengin saha içinde Cu Zn alaşımlarında a katı çözeltisi vardır. α- katı çözeltisi, çelikteki γ- katı çözeltisine benzer olarak kübik yüzey merkezlidir. Cu-Zn Denge Diyagramı BAKIR ÇİNKO ALAŞIMLARI Katı çözelti, bakır ve çinko atomlarının çapları birbirine yakın olduğundan yer alan katı çözeltisi oluştururlar ve kafeste bakır atomlarının yerini çinko atomları alabilir. Çinko atom çapı, bakıra göre daha büyük olduğundan, atomlar arası mesafe artar ve kafes parametresinde kısmen büyüme gözlenir. Böylece meydana gelen gerilmeler, sertliği arttırır. 19

20 BAKIR ÇİNKO ALAŞIMLARI Çinko miktarı %37 yi aşarsa her zaman α+β princi elde edilir. İç yapıda kübik hacim merkezli (khm) β fazının varlığı dayanım ve sertliği arttırırken sünekliğin de düşmesine neden olur. Soğuk şekillendirme güçleşmesine karşın talaşlı şekillendirme kolaylaşır.kısa talaş verme özelliğini daha da geliştirmek için prince %2 dolayında kurşun ilave edilir. Talaşlı işlemeye elverişlilik bakımından sadece bazı alüminyum alaşımları CuZn40Pb2 den daha üstündür. İnce mekanik saat endüstrisi ve tornalama yoluyla seri üretimde örn. Tükenmez kalem ucu yapımında öncelikle kurşunlu piriçler seçilir. 20

21 BAKIR ÇİNKO ALAŞIMLARI Özel Pirinçler Korozyona dayanıklılığı ve diğer özellikleri Ni, Sn, Al, Si ve Mn alaşım elementleri ile geliştirilmiş Cu-Zn alaşımlarıdır. Çinkonun korozyona uğramasını yani çinkosuzlaşmayı (dezinfikasyon) önleyebilmek için % arsenik katılmış CuZn20Al ve CuZn28Sn1(gemici pirinci) alaşımları en başta gemi konderserlerinin yapımında kullanılır. Bileşimlerindeki %40-43 çinko ve olası kalay ve mangan katkıları nedeni ile döküm alaşımlarına benzeyen lehim pirinçleri, bakır esaslı malzemelerin ve çeliklerin sert lejimlenmesi için kullanılır. Lehimlenecek çelikte iç gerilmelerin bulunması, ergimiş pirincin tane sınırları boyunca çelik iç yapısına girmesiyle lehim kırılganlığı denen çatlamalar meydana gelir. 21

22 22

23 BAKIR ÇİNKO ALAŞIMLARI BAKIR ÇİNKO ALAŞIMLARI Pirinçlerin Kullanım Alanları 23

24 NİKEL GÜMÜŞÜ ( ALMAN GÜMÜŞÜ) Bakır-Nikel-Çinko alaşımlarının genel adıdır. CuNiZn alaşımları (%45-67 Cu; %4,5-45 Zn; % Ni; % 0-2,5 Pb içerirler. Gümüş görünümünde, fakat gümüşe göre çok daha ucuz malzeme olarak, optik ve saat sanayiinde ve müzik aletleri yapımında, tıbbi cihaz ve aletlerin üretiminde, süs eşyaları, ev ve mutfak eşyaları üretiminde tercihen kullanılırlar. Nikelin etkisiyle gümüşe benzer bir renk alan bu malzemelerin kararmaya dayanıklılığı prinçten daha iyidir. Kurşun katılmamış olanları zayıf akım röle yayları, gümüş kaplı çatal-bıçak takımları yapımında kullanılır. Kurşun katılmış olanları ise, optik aletler ve pergel yapımında kullanılır. Priçler ve nikel gümüşü gerilme korozyonuna karşı düşük dirence sahiptirler. Bulundukları ortamda örn. yanma gazlarından gelebilecek çok az miktarda amonyak ve nem olması durumunda dış gerilmelerin belirli bir düzeye erişmesi sonucunda pirinç ve nikel gümüşü çatlayarak hasara uğrar. BRONZLAR Bronz terimi yalnız bakır ve kalay alaşımlarını tarif etmekle beraber; çinko katkısı durumunda paris bronzu, alüminyum ve berilyum katkılarıyla oluşan alaşımlara da alüminyum bronzu ve berilyum bronzu ismi verilmektedir. PARİS BRONZU İçinde % 10 çinko bulunan bir bakır alaşımıdır. 24

25 ALÜMİNYUM BRONZU Cu-Al alaşımları Alüminyum Bronzu olarak bilinirler ve yaklaşık % 15 alüminyuma kadar değişik bileşimlerde olabilir. Dyagramdan da görüldüğü gibi, α- katı çözeltisinin çözünürlük sınırı, C de % 7.4 Al ve C de % 9.4 Al dir C de % 9 Al (β) fazının hakim olduğu noktanın başlangıcı, C ve % 11.8 Al ise ötektoid dönüşüm noktasıdır. Al-Cu Denge Diyagramı 25

26 ALÜMİNYUM BRONZU I.GRUP: % 4 9 Al içerir. α -katı çözeltisinden oluşur.eriyiğinden oluşur. Homojen yapıya sahiptirler. Oldukça sünektirler. Mukavemetlerini arttırmak için ısıl işlem uygulanmaz. Nikel, demir ve / veya Fe Mn ilave edilir. II. Gruba göre korozyon dirençleri de fazladır. II.GRUP: % 9 14 Al içerir. ( α+β ) fazındadır. İlk olarak β oluşur. ALÜMİNYUM BROZLARININ ÖZELLİKLERİ Alüminyum bronzları yüksek ergime sıcaklığına sahiptir(yaklaşık C) Dar katılaşma aralığı vardır (likidus solidus arası yaklaşık 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. Alüminyum brozları dayanımları yüksek, deniz suyu, sülfirik asit ve tuz çözeltilerine karşı korozyon direnci yüksek alaşımlardır. Alüminyum brozları dövme ve dökme alüminyum brozları olarak 2 grupta incelenebilir. Demir, nikel veya mangan katkılı olabilen türlerinden ötektoid dönüşüm gösterenler su verilerek sertleştirilebilirler. Demir alaşımlarından yapıldıkları zaman, işletme sırasında kuvvetli sürtünme ve adezyondan dolayı yüzey hasarına yol açabilecek kılavuz makarası, kızak ve takımlar için en uygun malzemedir. 26

27 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. 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. BAKIR KALAY ALAŞIMLARI Cu-Sn alaşımları olan kalay brozları, çoğu kez fosforla oksit giderme işlemi gördüklerinden fosfor bronzları olarak da isimlendirilir. 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. Prinçlere göre dayanım, korozyon direnci, aşınma ve kaymalı yatak özellikleri bakımından genellikle üstün olmalarına karşın pahalıdırlar. Yaklaşık %1.5 Sn içeren brozlar soğuk çekilmiş tel halinde telefon hava hatlarında kullanılır. Ancak bu iletkenlerin bileşiminde fosfor bulunmamalıdır. Standart dökme kalay brozları 513 e kadar kalay içerirler. G-CuSn12 veya G- CuSn12Ni alaşımlarında, aşınma ve korozyon dayanıklılığı fazla olması gereken yüksek hızlı sonsuz vida dişlisi, pompa çarkı vb. Gibi makina parçaları dökülür. %20 kalay içeren dökme kalay bronzu ise aşırı gevrekliği nedeni ile sadece çan üretimi için uygundur. Bileşimlerinde alaşım elementi olarak çinko ve gerektiğinde kurşun da bulunan çok bileşenli kalay brozları kızıl döküm olarak adlandırılırlar. Örn. G-CuSn10Zn ve G- CuSn7ZnPb alaşımları düşük hızlı sonsuz vida dişlisi, kaymalı yatak burcu gibi yerlerde kullanılır. 27

28 Cu-Sn Denge Diyagramı 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. 28

29 BAKIR NİKEL ALAŞIMLARI Bakır ve nikel ataomları kübik yüzey merkezli olduğundan katı ve sıvı halde her oranda birbirleri içinde sürekli çözünerek sürekli katı çözelti oluştururlar. Bakır nikel alaşımları geniş bir aralıkta (%4-45) Ni-içerebilirler. % demir ilavesi korozyon direncini azaltır Yüksek sıcaklıklarda mukavemet özellikleri ve korozyon dirençleri çok iyidir. Özellikle yüksek hız ve sıcaklık aralıklarını da kapsayacak şekilde- her türlü su temiz su, akar su, deniz suyu, endüstriyel atık sular) işleyen veya veya yönlendiren sistemlerde öncelikli kullanılır (yapıya bir miktar Mn ( %3,5) ve Fe ( % 1,5) katmak sureti ile korozyon ve erozyon davranışları iyileştirilebilir (CuNi 10 Fe; CuNi 30 Fe gibi) kimyasallara dayanım artar: Ayrıca, buhar kazanları tesisatlarında, kimyasal tesislerde, gemi kondenser boru malzemelerinde ve deniz suyundan tatlı su üretim üniteleri, vb yerlerde öncelikle kullanılır Cu-Ni ALAŞIMLARI % 25 ten fazla nikel içeren (CuNi25) alaşımlar madeni para (sikke) üretiminde 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. Sıcaklık ölçümünde termoelement malzemesi olarak CuNi 44 (konstantan) çifti, elektrik direncinin sıcaklıktan bağımsız sayılabilmesi ile, hassas direnç malzemesi olarak yaygın kullanım alanı bulmaktadır. Söz gelimi sıcaklığa bağlı direnç değişimi bilinen başka bir malzemenin davranışı karşılaştırılarak ortam sıcaklığı ölçülebilir. Bakır ve demire karşı ısıl potansiyel farkı (mv) masimuma ulaşan Cu/Ni alaşımının, Cu/Ni 44 olmasından yararlanılır. 29

30 KURŞUN BRONZU Cu-Pb alaşımlarıdır. Kurşun bronzları, genellikle döküm alaşımları olarak kullanılırlar. Esas alaşım elementi Pb yanında ( %30), kurşun kalay bronzu adıyla %11 mertebelerine kadar Sn içerebilirler. Teknik beklentilere göre mekanik beklentileri iyileştirmek üzere9 ayrıca, Ni ( %2,5) ve Zn ( %3) katkılı olabilirler; boru bağlantı parçaları (fittingler) olarak iyi elektrik iletkenliğinden yararlanacak yerlerde (cihaz yapımında kullanılırlar. Tribolojik özelliklerinin uygunluğu bir çok hallerde yatak malzemesi olarak kullanıma uygun düşerler. (Rm N/mm 2 ve sertlik HB). Korozyon dayanımları (Alüminyum bronzları gibi özellikle sülfürik asitlere karşı) yüksektir. Kaymalı yatak dökümünde kullanılırlar. BERİLYUM BROZU Cu-Be Alaşımları dır. Cu-Be alaşımları soğuk deformasyon yeteneği yüksek (dövülebilir), çökelme sertleştirmesi ile de yüksek sertlik ve mukavemet değerlerine sahip olabilen bronzlardandır (T ç 1250 N/mm 2 ). A-Cu bölgesinde berilyumun erime oranı en fazla %2,7 değerindedir ve erime yeteneği sıcaklıkla düşer. Yaşlandırma sertleşmesinin yeri Cu-Be alaşımlarında çok büyüktür. Yaşlanma sertleştirmesi ile iyileştirme aralığı Tç = N/mm2 aralığına çıkarılabilir. Yaşlandırmadan önce uygulanacak olan soğuk deformasyon ile sertlik ve mukavemet artışı daha da büyüyecektir. 30

31 Cu-Be Faz Diyagramı BERİLYUM BROZU Bazı Cu alaşımları için yaşlandırma sıcaklığı ve yaşlandırma süreleri Malzeme Katı Eriyiğe alma Yaşlandırma Sıcaklık ( C) Soğutma Sıcaklık ( C) Süre Soğutma Cu Be 1, suda havada Cu Be suda havada Cu Co 2 Be Cu Ni 2 Be suda havada Cu Cr Zr Cu Zr suda havada Cu Ni 1,5 Si Cu Ni 2 Si Cu Ni 3 Si suda havada 31

32 BERİLYUM BRONZU Bakır-Berilyum Bronzlarının Genel Kullanım Alanları Berilyumlu bakır alaşımları denizaltı telefonlarından, uçakların iniş takımlarının dişlilerinde, plastik parçalar basan enjeksiyon kalıplarına kadar geniş kullanım alanı vardır. Projeksiyon ve yakma alın kaynağı, paslanmaz çeliklerin punto kaynağı için elektrotlar, pistonlar, nozüller, plastik kalıplarda hızlı soğuması gereken yerlerde geçme olarak veya kalıbın tümü, kontak, zemberek, yaprak, bağlama, spiral yayları, çeşitli diyaframlar, takı kilitleri ve vidaları BERİLYUM BROZU Çeliklerle mukayese edilecek mukavemet değerlerine ulaşan Cu- Be alaşımları, daha önce belirtilen bakır alaşımlarının genel üstünlük ve farklılıklarını (korozyon dayanımı, manyetikleşmeme, yüksek elektrik ve ısıl iletkenlik v.b) kıvılcım çıkarmam özelliği ile birleştirerek kendilerine özel kullanım alanı oluştururlar. Her türlü elektrik ileten veya korozyona maruz zarlar (membranlar) ve yaylar, redüktör parçaları, pimler ve cıvatalar, direnç kaynağı elektrotları v.b. Yanında darbeli çalışma gerektiren veya kıvılcımla yangın veya patlama tehlikesi olacak yerlerde kullanılacak, yüksek mukavemette ve sertlikte, özellikle kıvılcım çıkarmayan çekiç, keski v.b. Aletlerin imalinde kullanılan özel alaşım grubunu oluştururlar. Cu- Be alaşımları çeşitli bant, profil ve tel gibi yarı mamüller halinde de kullanıma hazır üretilirler (CuBe2 veya CuBe2Pb gibi). Pahalı olmaları kullanımlarını yaygınlaştırmaz, özel durumlara indirger. 32

33 SİLİSYUM BRONZU Silisyum bronzu, bakıra mekanik özelliklerin geliştirilmesi için % 1-3 Si ilavesi ile gerçekleştirilen bir alaşımdır. Bu alaşımların tane sınırlarında birikintileri düşük ergime derecelerine sahiptirler (700º C - 825º C). Bundan dolayı bu sıcaklık değerleri arasında ve gerilim altında ancak mikroskop ile görülebilen tane sınırlarında mikro çatlaklar meydana gelmesine sebep olurlar. Kimyasal cihaz parçaları yapımında kullanılırlar. MANGAN BRONZU Mangan bronzları, deniz suyu korozyonuna dayanıklıdırlar. Gemi pervaneleri yapımında kullanılaırlar. Titreşim sönümleme özelliğine sahiptirler. 33

34 ÖZEL SERT BAKIR ALAŞIMLARI Bakır krom alaşımları (Cu Cr) Bakır krom zirkonyum alaşımları (CuCrZr) Bakır berilyum alaşımları (CuBe) Bakır nikel silisyum alaşımları (CuNiSi) Bakır alüminyum demir alaşımları (CuAlFe) Bakır alüminyum demir manganez alaşımları (CuAlFeMn) Bakır alüminyum demir nikel manganez alaşımları (CuAlFeNiMn) Bakır tungsten alaşımları (CuW) DÖKÜME UYGUN BAKIR ALAŞIMLARININ AVANTAJLARI Döküm bakır alaşımları çok kullanımlı alaşımlardır. Diğer metallerin aksine kullanıcılara sayısız avantajlar sağlar. Döküm alaşımları kolayca dökülür, islenir, lehimlenir, kaplanır ve değişik değerlerde fiziksel ve mekaniksel özellikler elde edilir. Döküm bakır alaşımlarının ortak fiziksel ve mekaniksel özellikleri aşağıda verilmiştir. En iyi korozyon dayanımı Uygun mekanik özellikler Yüksek ısı ve elektrik iletkenliği Deniz organizmalarını önleme direnci Düşük sürtünme ve aşınma oranları İyi dökülebilirlik İyi islenebilirlik Döküm sonrası isleme kolaylığı Geniş alaşım seçeneği 34

35 BAKIR ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİ Endüstriyel bir malzeme olarak bakır, işlenebilirlik özelliklerinin yanında elektrik ve ısıl iletkenliğinin yüksekliği ile daima ön plandadır. Ancak bu iyi özellikleri çoğu zaman korozyon, aşınma dayanımı veya mukavemet artırıcı alaşım elementlerinin kullanılmasıyla, teknik beklentilerin altına düşerek kaybolabilirler. Bu bakımdan Cu alaşımlarının ısıl işlemleri (hızlı soğutma, su verme-sertleştirmesi, ıslah etme, genellikle ve esas olarak ta yaşlandırma) teknik kullanıma uygun özellik kombinasyonlarının eldesi için, (özellikle yaşlandırma) öngörülen vazgeçilmez işlemlerdendir. YAŞLANDIRILABİLİR BAKIR ALAŞIMLARI Yöntemin gereği olarak alaşım elementleri oranının zaten düşük olmasına ek olarak faz çökeltilmesi dolayısı ile diğer Cu alaşımlarına göre aşağıda sıralanan genel özellikleri nedeni ile teknolojik kullanımda tercih edilirler; Yüksek elektrik ve ısıl iletkenliklerinde, katı eriyik halindeki alaşım elementlerinden doğan kayıpların çok daha az oluşu. Yüksek mukavemet Isıya dayanıklılık (daha yüksek sıcaklıkta, nisbeten daha uzun sürelerde mukavemetini koruyabilmesi) Yüksek aşınma dayanımı (çökeltilen sert intermetalik fazları varlığı ile) Deformasyon yeteneğinin iyi oluşu (yaşlandırmadan önce) 35

36 YAŞLANDIRILABİLİR BAKIR ALAŞIMLARI Cu alaşımlarında yaşlandırma işlemi her zaman intermetalik fazların eldesine dayanmaz. Genel olarak Cu-Cr alaşımları her ne kadar yaşlandırılabilirse de Cu-Cr ikilisi intermetalik faz içermediği için ulaşılabilecek mukavemet artışı çok sınırlıdır. Sertlik artışı Cr esaslı partiküllerin çökelmesi ile sağlanır: G-Cu-Cr: elektrik iletkenliği (m/ω mm 2 ) ta 250 N/mm 2 ; tç 350 N/mm 2 ; A 5 = 10 (%) ; Sertlik (HB) 100. YAŞLANDIRILABİLİR BAKIR ALAŞIMLARI Paramanyetiklik (manyetize edilemeyiş) ve korozyon dayanımları ise genel Cu alaşımlarının yaşlandırma işleminden bağımsız karakteristikleridir. Buna göre yaşlandırılabilir Cu alaşımları elektrik iletkenliği, paramanyetiklik ve/veya korozyon dayanımın yanında, -ve onlara ek olarak- mukavemet beklentilerinin de yüksek olduğu teknik parçaların üretiminde öncelikli olarak kullanım alanı bulurlar. Her türlü elektrik ileten veya korozyona maruz zarlar (membranlar) ve yaylar, redüktör parçaları, pimler ve cıvatalar, direnç kaynağı elektrotları v.b. Yanında darbeli çalışma gerektiren veya kıvılcımla yangın veya patlama tehlikesi olacak yerlerde kullanılacak, yüksek mukavemette ve sertlikte, özellikle kıvılcım çıkarmayan çekiç, keski v.b. Aletlerin imalinde kullanılan özel alaşım grubunu oluştururlar. 36

37 SERT BAKIR ALAŞIMLARININ KULLANIM ALANLARI Otomotiv Sanayiinde: Özellikle punto kaynak elektrotlarında, kollarında ve disklerinde tüketim miktarları yüksektir. Bu sektörde diğer kullanım alanları arasında elektrot tutucuları, TIG kaynağı uçları vs. sayılabilir. Beyaz Esya Sanayiinde: Yine otomotiv sektörü gibi gelisen bir sektör olan beyaz esya imalatında da yoğun sert bakır alasımları tüketimi vardır. Örneğin çamasır makinesi ve buzdolabındaki sacların punta kaynağı ile birlestirilmesi, set üstü ocakların imalatı, fırın imalatı vs. tümünde sert bakır alasımlarından yapılan elektrotlara ihtiyaç vardır. SERT BAKIR ALAŞIMLARININ KULLANIM ALANLARI İnsaat Sektoru: Bu sektöre hitap eden mallar üreten fabrikalarda sert bakır alasımlarına olan talep giderek artmaktadır. Örneğin, panel radyatör imalatı, su saatleri imalatı, batarya ve musluk imalatı, çelik hasır ve filigran imalatı vs. Kalıpcılık Sektorunde: Dalma erozyon elektrotları (EDM yöntemiyle) yapımında,plastik enjeksiyon kalıplarında hızlı soğuması gereken kalıplarında hızlı soğuması gereken kalıplarda tamamen veya geçme olarak, sisirme kalıplarında, derin sıvama,paslanmaz çelik sac ve kalaylı sacların sıvamasında kullanılır. Bu malzemelerin kalıplarda kullanılması üretim miktarlarını muazzam ölçüde arttırmaktadır. 37

38 Kaynak Hakan Koçak, Bakır Alaşımları El Kitabı, Ahmet Aaran-Şefik Güleç Malzeme Bilgisi Prof.Dr.Bülent Eker ders notları 38