MAGNEZYUM ve ALAŞIMLARI

Transkript

1 Magnezyum, hafif metal olduğundan (özgül ağırlığı = 1.74) uçak, uydu ve roket sanayinin vazgeçilmez malzemelerinden birisidir. Alaşımlanmamış magnezyum, yumuşaklığından, düşük korozyon ve oksidasyon direncinden dolayı mühendislik uygulamaları için pek uygun değildir :34 1

2 Ayrıca, soğuk işleme zorlukları ve aluminyumdan pahalı olduğundan kullanımı ancak belirli kısıtlı uygulama alanlarında kalmıştır. Çeşitli piroteknik uygulamalarda, vakum tüplerinde v.b. kullanılır. Magnezyumun en geniş ve yararlı kullanımı onun alaşımlarıdır :34 2

3 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 :34 3

4 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 :34 4

5 Tablo 13. Magnezyumun önemli fiziksel ve kimyasal özellikleri Kristal yapısı s.d.h c/a= Ergime sıcaklığı ( C) 650 Özgül ağırlık Isıl genleşme katsayısı (m/m K) 25 x 10-6 Isıl iletkenlik (kal/cm-sn- C) 0.3 Özgül ısı (kal/g/ C 0.25 Özgül elektrik direnci (ohm-mm 2 /m. 10 2) 4.46 Akma mukavemeti (kgf/mm 2 ) 14 Çekme mukavemeti (kgf/mm 2 ) 18 Uzama (%) 5 Sertlik (BHN) 30 Elastik modül (Mpa) 4.5 x :34 5

6 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 :34 6

7 Aluminyum için bu oluşumun tam tersi geçerlidir ve aluminyumoksit sıkı dokulu ve gözeneksizdir. Bu fark magnezyumun korozyon direnci düşük, aluminyumunkinin yüksek olmasının kaynağıdır :34 7

8 Magnezyum düşük korozyon direncinden ötürü, işlenik magnezyum ürünler ve magnezyum dökümler, özellikle nemli ve deniz suyu yakınlarında kullanılacaksa, yüzeyler dikromat örtü ile korunmalıdır :34 8

9 Galvanik dizide en etkin metal oluşundan, metallerin katotsal korunmasında kurban anot olarak kullanılır. Magnezyum bir diğer eşşiz üstünlüğü onun kolay kesilebilme özelliğidir. Magnezyumun 700 m/dak olan kesilme hızı, aluminyumun 400 m/dak, otomat pirincinin 180 m/dak, ve otomat çeliğinin 80 m/dak hızlarıyla karşılaştırılabilir :34 9

10 Magnezyumun kesme, işleme ve taşlama işlemleri sırasında magnezyum tozu oluşursa, bunlar tutuşabilir. Yangın tehlikesine karşı, bu gibi işlemler sırasında önlem alınmalıdır :34 10

11 Ticari olarak satılan magnezyumun saflığı en az %99.8 dir. Yapısında olağan olarak bulunan alaşım elementleri aluminyum, çinko, silisyum, demir ve mangandır. Aluminyum %10 dan daha fazla katılırsa, alaşımı gevrekleştirir :34 11

12 Küçük oranlarda bile Si, Mg 2 Si bileşimi oluşturur. Yapının sertliğini etkin olarak artıran etmenlerin başında sayılabilir. Magnezyum, anılan alaşım elementlerinden biri ile alaşımlandırıldığında yaşlanabilir alaşımlar ortaya çıkar :34 12

13 MAGNEZYUM NIN SİMGESEL GÖSTERİMİ ASTM (Amerikan Malzemeleri Deneme Derneği), magnezyum alaşımlarının tanınmasında kullanılan bir simgeleme geliştirmiştir. Magnezyum alaşımlarının simgeleri sırasıyla iki harf, iki rakam ve bir harf olmak üzere 5 birimlidir. Ayrıca alaşımın işlem durumunu belirtmek için, bir kısa çizgi ile ayrılan, işlem simgeleri eklenir :34 13

14 Magnezyum alaşımlarının beş birimli temel simgelerinin ilk iki harfi, alaşımın bileşimindeki en önemli iki alaşım elementini belirler. En yüksek yüzde oranlısı önce ve ikinci en yüksek yüzde oranlısı ondan sonra olmak üzere yanyana yazılırlar. Elementleri belirtmek için kullanılan harflar aşağıda gösterilmiştir. Eğer iki yüksek yüzde eşit ise, harflar ABC...sıralamasındaki öncelikle kullanılır :34 14

15 A- aluminyum B- bizmut C- bakır D- kadmiyum E- nadir toprak elementleri F- demir H- toryum K- zirkonyum L- berilyum M- mangan N- nikel P- kurşun Q- gümüş S- silisyum T- kalay Z- çinko :34 15

16 İşlem durumunu belirten simge ise, aluminyum alaşımlarında kullanılan ile aynıdır. O= tavlanmış F= üretildiği gibi H= deformasyon sertleştirilmiş W= çözündürme ısıl işlemi uygulanmış T= ısıl işlem uygulanmış :34 16

17 Örnek : AZ61 A-F magnezyum alaşımında, A, birincil alaşım elementinin aluminyum; Z ikincil alaşım elementinin ise çinko olduğunu göstermektedir. 6 ve 1, alaşımın bileşiminde yaklaşık %6 Al ve % arasında çinko bulunduğunu belirtmektedir. Gerçek değerler %6.5 Al ve %1 Zn dur :34 17

18 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 :34 18

19 Yorulma özelliklerinin yüksekliği; Düşük elastik modülü Titreşim ve darbe yüklerine karşı aluminyum ve çelikten daha dirençli olmaları, magnezyum alaşımlarının diğer üstünlükleridir :34 19

20 Magnezyumun dökümünde belirli önlemler almak gerekir. Magnezyum metali oksijeni yüzeyinde kolayca oluşturabildiğinden ergitme ve döküm sırasında atmosfer ve nemli temastan korunmak zorundadır :34 20

21 Nem ile tepkimeye girerek hidrojeni açığa çıkartır. Bu nedenle ergitme ve döküm işlemlerinde özel flaks karışımları kullanılmalıdır :34 21

22 Magnezyum metalinin dökümünün çekme dayanımı alaşımlama ile büyük oranda artırılabilir. En çok kullanılan alaşımları %10 a kadar Al içerirler. Aluminyum, magnezyum alaşımlarının temel alaşım elementleridir. Aluminyum, magnezyum alaşımlarının mukavemet, sertlik ve dökülebilirlik özelliklerini artırır :34 22

23 MAGNEZYUM NIN KULLANIM ALANLARI Magnezyum alaşımlarının çok büyük bölümü uçak, uydu, roket ve genel taşıt sanayininde tüketilmektedir. Magnezyum alaşımlarının tümünün mukavemeti saf magnezyumun mukavemetinden kat kat üstündür. Fakat elektrik ve ısıl iletkenlikleri daha düşüktür. Alaşımların bazıları ısıl işlem ile sertleştirilebilirler :34 23

24 Diğerleri ise soğuk işlem ile sertleştirilebilir. Nadir toprak elementleri içeren bazı magnezyum alaşımları yüksek sıcaklıklarda bile ( C) mukavemetlerini yitirmezler :34 24

25 Magnezyum alaşımları bilinen yöntemlerle biçimlendirilebilirler. En çok uygulanan biçimlendirme yöntemleri ile üretilen ürünler pres döküm, hassas döküm, kum döküm ve metal kalıp dökümler, saç, levha gibi haddelenmiş ürünler, dövme parçalar ve ekstrüzyon parçaları gibi işlenik alaşım ürünleridir :34 25

26 İşlenik alaşımların üretimi, en kolay, magnezyum hmk kristal yapıya dönüştüğü, 300 C sıcaklıkların üstünde yapılır. Dövme, haddeleme ve ekstrüzyon işlemleri hep bu sıcaklığın üzerinde gerçekleştirilir :34 26

27 MAGNEZYUM DÖKÜM Magnezyum alaşımları genellikle tüm döküm yöntemleriyle dökülebilirler. Ençok uygulanan yöntemler pres döküm, kum kalıba döküm, metal kalıba döküm ve benzerleridir. Kum döküm ve benzeri yöntemlerle üretilmiş dökümler ısıl işlemler ile sertleştirilirler. Pres döküm alaşımları ise ısıl işleme uygun düşmezler. Isıl işlem yüzeyde kabarcıklanmaya yol açar :34 27

28 İnce duvarlı karmaşık şekilli magnezyum alaşımı bir otomotiv malzemesi dökümü :34 28

29 MAGNEZYUM DÖKÜM Pres döküm alaşımları dışındaki döküm alaşımlarına en yüksek süneklik için genellikle çözeltiye alma işlemi uygulanır. Bu işlemden sonra suni yaşlandırma (T6-işlem durumu) uygulanırsa akma mukanemeti artar, süneklik azalır :34 29

30 MAGNEZYUM DÖKÜM Magnezyum alaşımlarında karşılaşılan sorunlardan ve yapı bozukluklarından birisi de ince gözeneklerdir. Bunların bir bölümü katılaşma çekmesinden kaynaklanıyorsa da bir bölümün sıvı metal içerisinde çözünmüş hidrojenden doğar. Bu gözenekler mekanik özellikleri çok düşürür. Bu nedenle, sıvı magnezyum içerisinden Cl 2 gazı üfleyerek giderilmesi zorunluduır :34 30

31 TANE İNCELTME YÖNTEMLERİ İşlemin uygulamasında, alaşım önce 730 C civarında ergitilir ve rafinasyon yapılır. Sonra ergiyik alaşımın üstü bir koruyucu flaks ile örtülerek sıcaklık C a dek çıkartılır. Alaşımın, bu sıcaklıkta yalnızca eşdağılım sağlanıncaya kadar tutulur ve sonra dökümü yapılır. Böylece aşırı ısıtılmış ve dökülmüş magnezyum alaşımları, olağan dökülmüş alaşımlardan daha ince taneli ve yüksek özellikli olmaktadır :34 32

32 TANE İNCELTME YÖNTEMLERİ Ancak, bu işlemin maliyeti artırması başka yöntemlerin geliştirilmesine yol açmıştır. Bunlar; Yalnızca küçük hacimli magnezyum alaşımlarının dökümünde uygulanan 760 C sıcaklıkta yoğun karıştırma yapmak, Ergiyik alaşımın içerisinden 760 C da asetilen, metan, propan geçirmek, Ergiyik alaşımın içerisine karıştırarak %1 kadar grafit veya Al 4 C 3 katmak :34 33

33 İŞLENİK ALAŞIMLAR Magnezyum alaşımlarının işlenik türleri, sıcak haddelenmiş yada ekstrüze çubuklar, borular, saçlar, şeritler, teller, çeşitli kesitlerdeki uzun ürünler ve dövme parçalar olarak üretilirler :34 34

34 İŞLENİK ALAŞIMLAR Hegzagonal kristal yapısından ve düşük sıcaklıklardaki kaymanın yalnızca (0001) düzlemleri üzerinde olmasından ötürü, magnezyum alaşımlarının sünekliği oda sıcaklıklarında düşüktür. Bunlar ısıtıldıklarında (1011) ve (1120) düzlemleri üzerinde kayma olabildiğinden süneklikleri sıcaklıkla artar :34 35

35 İŞLENİK ALAŞIMLAR Magnezyum alaşımları sıcak işlemle şekillendirilebilmektedirler. Sıcak işlem ne denli yavaş yapılırsa, süneklik o denli etkisini sürdürür. Alaşımın bileşimine bağlı olarak ekstrüzyon işlemi C, haddeleme C başlama sıcaklıkarı ile C bitirme sıcaklıkları arasında, dövme işlemi C arasında yapılır :34 36

36 İŞLENİK ALAŞIMLAR İşlenik alaşımların yapılarında, bu işlemler sonucu bozunum dokuları gelişir ve mekanik özelliklerde anizotropi (=eşyönsüzlük) doğurur. Soğuk işlemlerle biçimlendirilen magnezyum alaşımları işlem arasında sık sık tavlanmak zorundadır :34 37