Demirdışı Metal ve Alaşımları

Demirdışı Metal ve Alaşımları DEMİR DIŞI METAL VE ALAŞIMLARI 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 1

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 ( ayrışma sertleşmesi) DEMİR DIŞI METAL VE ALAŞIMLARI Demir Dışı Metal ve Alaşımlarının Standartlarla Gösterimi: CuZn 37 : %37Zn içeren bakır alaşımı D-CuPb25 : %25Pb içeren döküm (dökme) bakır alaşımı AlMg 1D 16 : %1Mg içeren alüminyum alaşımı, D:çekme mukavemeti σ= 160N/mm 2 L-PbSn8Sb : %8Sn, bir miktar Sb içeren ve ana kütlesi kurşun olan lehim alaşımı DK : Kokil döküm DB : Basınçlı döküm DS : Savurma döküm 2

DEMİR DIŞI METAL VE ALAŞIMLARININ BAŞLICA KULLANIM ALANLARI En Çok Bulunan Metal Adı Bileşim yüzdesi Bazı kullanış yeri ALÜMİNYUM Duralumin Al-95, Cu-4, Mg-1 Uçak endüstrisinde Mağnalyum Al-90, Mg-10 Uçak ends.ve terazilerde BİZMUT Wood metali Bi-50, Pb-25 Sn-12,5, Cd-12,5 Elektrik sigortalarında BAKIR Alüminyum bronzu Cu-90,Al-10 Fen aletlerinde Çan metali Cu-75,Sn-25 Çan imalinde BAKIR Pirinç Cu-65,Zn-35 Elektrik malzemesi imalinde Bronz Cu-82, Sn-16, Zn-2 Madalya ve heykelde Alman gümüşü Cu-50 Ni-25 Zn25 Elektrik reostalarında Top metali Cu-90, Sn-10 Top imalinde Nikel para Cu-75, Ni-25 Para basmada 3

En Çok Bulunan Metal Adı Bileşim yüzdesi Bazı kullanış yeri CIVA Malgamalar Hg+SnCu, Ag, Au Metal elde etmek ve diş dolgusunda Monelmetal Ni-66, Cu-34, Fe-6 Asit tankları NİKEL Nikrom Ni-60, Cr-15, Fe-25 Elektrik demiri ve elektrik ızgarası Perm alaşımı Ni-80, Fe-20 Elektrik transformatörleri PLATİN Platinium Pt-95, Ir-5 Mücevhercilikte Gümüş para Ag-90, Cu-10 Gümüş para basmakta GÜMÜŞ Sterlin Ag-62,5, Cu-37,5 İngiliz gümüş parası ve gümüş eşya yapımı Babbitt metal Sn-45, Pb-40, Sb-13,Cu-2 Makine yatağı KALAY Britanya metali Sn-90, Sb-8, Gu-2 Süs eşyasında Lehim Sn-60,Pb-40 Metalleri birleştirmekte En Çok Bulunan Metal Adı Bileşim yüzdesi Bazı kullanış yeri ALTIN Altın para Au-90, Cu-10 Altın para basmada 18 ayar altın Au-75, Cu-25 Mücevhercilikte Beyaz altın Au-65, Ni-35 Mücevhercilikte Krom çeliği Fe-97, Gr-3 Silindir yatağı, tel Sert demir Fe-86, Si-14 Asit tankı İnvar Fe-64, Ni-36 Fen aletleri Manganez çeliği Fe-86, Mn-14 Kasa, dolap, taşkırıcı Molibden çeliği Fe-95, Mo-5 Yüksek hızlı dökümde DEMİR Nikel çeliği Fe-94, Ni-6 Asma köprü yapmakta Platinit Fe-85, Ni-15 Ampul teli Silisyum çeliği Fe-97, Si, 3 Otomobil yayı Krom çeliği Fe-85, Si-3 Mutfak malzemesi Tungsten çeliği Fe-92, W-8 Parça dökümünde KURŞUN Saçma, mermi Pb-99,5, As-0,5 Saçma ve mermi yapımı Matbaa metali Pb-82 Sb-15 Sn-3 Harf dökümünde 4

Titanyum ve Alaşımları Titanyum sembolü Ti olan 22 atom numaralı, 1660 0 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 Titanyum ve Alaşımları Ti ve alaşımları, metal matrisli kompozit malzemelerde matris malzemesi olarak yaygın kullanım alanına sahiptir. 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. 5

Titanyum ve Alaşımları Ti-Al6-V4 alaşımının özelliklerinin diğer alaşımlarla karşılaştırılması Malzeme Çekme Muk. (MPa) Elastiklik Mod. (GPa) Yoğunluk ( kg /dm 3 ) Ti-Al6-V4 988 110 4430 Al-2124 ( T6 ) 470 72 2770 Mg-AZ61 198 40 38 Ti alaşımları matris olarak kullanıldığında, takviye elemanı ile iyi bir yapışma sağlamaktadır. Bu da arayüzey mukavemetini arttırıcı bir rol oynar. Metal matrisli kompozit malzemelerde en yaygın kullanılan titanyum alaşımı matris malzemeleri, Ti-Al6-V4, Ti-V15-Cr3-Sn3-Al3 ve Ti-Mo17 alaşımlarıdır. Titanyumun matris olarak kullanıldığı kompozit malzemelerde, en yaygın kullanılan takviye elemanları ise TiC ve SiC dür. Nikel ve Alaşımları Sembolü Ni, atom numarası 28, atom ağırlığı 59, yoğunluğu 8,9 g/cm 3 ergime noktası 1453 C olan elementtir. Nikel, çok parlak ve sert bir metaldir. Korozyon direnci yüksektir.havada oksitlenmez. Asitler nikele çok yavaş etki eder. Derişik nitrik asit pasifleştirir. Yüksek korozyon direnci nedeniyle, bazı metalleri havanın etkisinden korumak için, bu gibi metaller, nikelle kaplama yapılır. Kübik yüzey merkezli kafes yapısı nedeniyle plastik şekilenebilirliği iyidir. Mıknatıslanma özelliği vardır. Nikel aşınmaya dayanıklıdır. Nikelin önemli alaşımları vardır. %67 nikel, % 28 bakır, geri kalanı demir, mangenez karışımı olan MONEL alaşımı dayanıklı ve sert bir alaşımdır. Asite, havaya ve deniz suyuna karşı çok dayanıklıdır. Buhar makinelerinin piston ve sübaplariyle, parlak, paslanmaz ev ve mutfak eşyaları yapılır. Nikel, krom, demir, mangenez metallerin çok yüksek sıcaklıkta birlikte ergitilmesiyle elde edilen NİKKROM alaşımı elektrik akımına karşı büyük bir direnç gösterir. Bu nedenle, elektrik ütüsünde, elektrikle ekmek kızartma ve ısıtma araçlarında ve benzeri yerlerde direnç olarak kullanılır. 6

Nikel ve Alaşımları Nikelin Başlıca Kullanım Yerleri: Nikel manyetostriktif özelliğinden dolayı su altı haberleşme, derinlik ölçme, teknik temizleme sistemlerinin ultrasonik dalga üreteçlerinde, Mangan içeren nikel, elektron tüpü iç parçalarında, Manganın yanısıra silisyum da katılmasıylayanma gazlarına dayanıklılık arttığından benzin motorları buji elektrotlarında, Kimya endüstrisinde; Nikel alaşımları olarak metal korozyonuna maruz yerlerde, kostik solüsyonların dengelenmesinde ve petrol endüstrisinde, Fabrikasyon ürünlerde; Çatal, bıçak takımları, çekiç, pense gibi aletlerle diğer birçok ev ve hastahane aletlerinin yapımında, Uçak ve gemi endüstrisinde; Termik makinalarında aşırı ısıl zorlanma ile karşılaşılan parçaların büyük bir bölümü çoğunluğu nikel esaslı olan yüksek sıcaklık alaşımları olan süper alaşımlarından imal edilmektedir. Nikel süper alaşımları yüksek sıcaklığa ve korozyona dayanıklı olduğundan, uçakların gaz türbinlerinde, jet motorlarının yapımında, ayrıca uçakların elektrolizle kaplanan bölgelerinde, Nikel ve Alaşımları Nikelin Başlıca Kullanım Yerleri: Enerji santralleri, gemiler ve kimya endüstrisi için cihaz, kondanser ve ısı değiştirgeçlerinin üretiminde nikel bakır alaşımları kullanılır. Kızgın durumda çalıştırılan ısıtıcı lektrik dirençlerinde Gemi yapımında tuz korozyonuna karşı engelleyici olarak, Motorlu araçlar ve parçalarında, Elektrikli makinalar ve parçalarında, Yapı malzemelerinde, Sıvı ve katı yağlarda hidrojenasyonu sağlamak amacıyla, Batarya ve yakıt hücrelerinde ve seramik malzemelerde emaye ile demir arasında bağlayıcı olarak, Bozuk para üretiminde, Paslanmaz çelik üretiminde, 7

Kalay ve Alaşımları Kalay; ergime sıcaklığı (232 C 0 ) düşük, kimyasal kararlılığı iyi ancak ağır 7.3 g/cm 3 yoğunluğunda ağır bir metaldir. Kalay ve bileşikleri; yiyecek ve içeceklerle temas ettiğinde zehirsizdir. Teneke ve konserve gibi kapların kalayla kaplanmasında kullanılır. Döküm, sıvama, çekiçleme ve lehimleme gibi yöntemlerle basitçe işlenebilir. Bu nedenle de geçmiş dönemlerde kap kacak yapımı için kalaya büyük ilgi duyulmuştur. Kalay alaşımları döküme elverişli akıcılığa sahip olduğundan basınçlı döküm ve lehim malzemesi olarak kullanılırlar. örn. DB-SnSb17Cu5Pb3, L-Sn50PbSb, L-SnZn10 vb. Org borusu gibi bazı müzik aleti parçaları halen kalaydan imal geleneği henüz terk edilmemiştir. Halen üretilen kalayın yarıdan fazlası konserve kutuları için teneke imalinde,geri kaln miktarın büyük bölümünden de lehim, yatak metali ve bronzlarda alaşım elementi olarak tararlanılmaktadır. Kalay ve Alaşımları En önemli kalay alaşımları; yatak metalleri örn.lgsn 80, LgPbSn 10 yumuşak lehimler örn.l-sn 60Pb, L-PbSn 30 kurşun miktarı sınırlandırılmış kap alaşımları örn. SnSb 2Cu olarak sınıflandırılabilir. Yatak metallerinin (beyaz metallerin) iç yapısı genellikle sert ve aşınmaya dayanıklı adacıklar ile bunların arasındaki yumuşak ve sünek ana kütleden oluşur. Yumuşak lehimler; bileşimlerine göre farklı katılaşma davranışı gösterirler. Katılaşma aralığı dar olan L-Sn 60Pb alaşımı, akıcılıkları nedeniyle ince delik ve kanalları doldurabildiklerinden öncelikle elektronikte kullanılmaktadırlar. Katılaşma aralığı geniş olan L-PbSn 30 alaşımı, kablo kılıfları ve teneke kutular gibi büyük yüzeylerin lehimlenmesinde tercih edilir. 8

Çinko ve Alaşımları Çinko 419 C 0 de ergiyen, iyi döküm özellikleri ve atmosfer korozyonuna direnci iyi olan 7.14 g/cm 3 yoğunluğunda ağır bir metaldir. Hegzagonal kafes yapısına sahip olan çinko, plastik şekil değişimine pek elverişli olmaması, yeniden kristalleşme sıcaklığının düşük olması nedeniyle sorun yaratmaz. Saf çinkonun saflık dereceleri %97.5 ila %99.95 arasında değişir ve DIN 1706 da standartlaştırılmıştır. %99.99 saflığındaki çinko, basınçlı döküm alaşımlarının temel bileşeni olarak kullanılır. Çinkonun elektrokimyasal gerilim serisindeki konumu asallıktan uzak olduğundan, nemli havanın veya doğal koşullardaki suyun etkisiyle yüzeyinde hidroksit ve karbonat karışımı koruyucu tabaka oluşur. Korozyon hızını azaltan bu tabaka nedeni ile çelik ve dökme demirler çinko ile kaplanabilirler. Asit ve kuvvetli alkali çözeltilerinde, damıtık veya yoğuşmuş su ile su buharı gibi ortamlarda çinkonun korozyona uğrama tehlikesi vardır. Çinko kapların gıda ile temas etmesi sakıncalıdır. Sulu çözeltilerde demire kıyasla elektrokimyasal geriliminin daha negatif oluşu ve çözeltiye geçme davranışının uygunluğu nedeniyle çinko, çeliğin katodik korunmasında kurban (harcanabilir) anot görevi görür. Çinko ve Alaşımları Çelik ve dökme demirlerin çinko ile kaplanması sıcak daldırma ve elektrolitik kaplama yöntemleri ile gerçekleştirilir. Sıcak daldırma yönteminde; ana malzeme ile çinko arasındaki geçiş bölgesinde Fe-Zn alaşımları meydana gelir. Ara tabakaların kalınlığı banyo sıcaklığının yanısıra daldırma süresi ve demirce giderek zenginleşen eriyin bileşimine bağlıdır. Sıvı metale yaklaşık %0.1 Al katılmasıyla yüzeyde katılaşan çinko ve alaşım bölgelerinin kalınlığı azalır. Yüksek sıcaklığa ısınması sakıncalı ana malzemelerde veya boyut toleranslarının dar tutulması gereken küçük parçalarda elektrolitik yönteme başvurulur. Böylece, ara tabakasız ve daha üniform bir kaplama elde edilebilir. 9

Çinko ve Alaşımları Başlıca basınçlı döküm alaşımları; DB-ZnAl 4 ve DB-ZnAl 4Cu 1 dir. Çinko içine yapılan %4Al ilavesi; malzemeye tokluk kazandırması yanısıra çinkonun çelik döküm kalıplarını erozyona uğratma etkisini de azaltır. Çinkoya ilave edilen bakır katı çözelti oluşturur ve dayanım artışı sağlar. Tanelerarası korozyonun önlenmesi için basınçlı döküm alaşımlarında %0.02-%0.06 Mg bulunması gerekir. Çinko alaşımları basınçlı döküm alanında ağırlıkça %50 paya sahiptir. Karmaşık şekilli küçük parçaların dökümü için basınçlı döküm alaşımları idealdir. İşletme sıcaklıkları ve dayanım değerleri hızla düştüğü için 100 C 0 yi aşmamalıdır. Çinkonun en önemli alaşımı ana bileşenlerini çinko, alüminyum, mağnezyum ve bakırın oluşturduğu zamak tır. Zamak 3- zamak 5 gibi alaşımları degişik sertlikte olup alaşımlarda alaşım elementleri farklı oranlarda bulunur. The New Jersey Zinc Company tarafından 1920'lerde bulunan Zamak, Almanca çinko (Zink), alüminyum (Aluminium), magnezyum (MAgnesium) ve bakırın (Kupfer) baş harflerinden oluşturulmuş bir isimdir. Son derece dayanıklı bir alaşımdır. Dünyanın pek çok ülkesinde üretilir. Türkiye'de pek çok üreticisi vardır. Hindistan ve Çin'de çok fazla üretilir ve satılır. Bakır içeren DB-ZnAl 4Cu 1 alaşımında yaşlanma sonucu ortaya çıkan boyut artışının önlenebilmesi için parçalar son boyutlarına islenmeden önce yapay olarak yaşlandırılırlar. Kurşun ve Alaşımları 327 C 0 da ergiyen kurşunun yoğunluğu 11.3 g/cm 3 dür ve ağır bir metaldir. Kübik yüzey merkezli kafes yapısı nedeni ile haddeleme, çekme, presleme gibi yöntemlerle kolaylıkla şekillendirilebilir. Oda sıcaklığında yeniden kristalleşmesi nedeniyle şekillendirmeden sonra tavlama işlemine gerek kalmaz. Ancak küçük şekil değiştirmelerde tane irileşmesine neden olduğundan kablo kılıfları, borular ve kurşun kaplamalarda yorulma kırılmalarına neden olur. Döküm ve lehimleme işlemleri sırasında buharlaşması yavaştır. Ortamdaki dış akımlardan kaynaklanabilecek korozyonun da etkisiyle oluşan korozyonlu yorulma sonunda parça aniden kırılabilir. örn.tren raylarına paralel döşenmiş kabloların kurşun donatısının ani kırılması. Kuşun sülfirik asite karşı kimyasal kararlılık gösterir. Yüzeyinde oluşan ve çözünmeyen kurşun sülfat tabakası, mekanik korozyona uğramadıkça korozyonu engeller. Kurşun akümülatörlerde elektrik akımını da aşağıdaki reaksiyon sağlar. PbO 2 + Pb + H 2 SO 4 2PbSO 4 + 2H 2 O + e 10

Kurşun ve Alaşımları Dayanımı arttırmak için antimon (Sb) katılarak elde edilen kurşun alaşımları sert kurşun olarak isimlendirilir. Korozyon direncini ve dayanımı iyileştiren kalay ilaveli kurşun alaşımları; kaymalı yatak, basınçlı döküm, matbaacılık ve kablo kılıfı alaşımlarının başında gelir. Çökelme sertleşmesi uygulanabilen kalsiyumlu kurşun alaşımları ise sürünmeye bir ölçüde dayanıklı olup örn. Akümülatör plakası ve özel yataklar için önem taşırlar. Toplam kurşun tüketiminde akümülatör yapımı yaklaşık %50, benzine katıldığında vuruntuyu azaltan kurşun tetraetil bileşiğinin üretiminde de yaklaşık %15 lik paya sahip olmuştur. x- ve γ - ışınlarından korunmak için kurşun blok ve önlüklerden yararlanılır. Yeraltı kabloları korozyona ve böcek yemesine karşı kurşun kılıfla donatılır. Kurşun alaşımları, kaymalı yatak (beyaz metal) ve matbaacılıkta baskı malzemesi (harf metali) olarak kulanılmaktadır. PbSb 16 Sn1 alaşımı harf metali olarak kullanılır. 11