Metaller İmalat sektöründe en büyük paya sahip olan malzemeler metaler ve alaşımlardır Alaşımlar: İki veya daha çok metallin belli özellikler elde edilmesi için karıştırılması. Kullanıma sunulan metal ve alaşımları şu yapılara sahip olabilirler. –Döküm yapı (Cast structure) –Yoğruk yapı (Wrough structure) –Sinter yapı (Sintered structure) –Camsı yapı (Glassy/rapidly solidified structure)

Döküm yapı Bileşimleri hazırlandıktan sonra, eritilerek kum veya kokil kalıba dökülen metal veya alaşımların katılaştıktan sonra sahip oldukları iç yapıdır. Bu yapının tipik özellikleri: –Dendiritli veya kaba taneli iç yapı –Segregasyonlar –Gaz boşlukları Döküm ile elde edilen metale, kullanılmadan önce talaşlı imalat ile son şekillendirme veya ısıl işlemler uygulanabilir.

Dendritik yapı

Yoğruk yapı Sanayide kullanılan metal ve alaşımların büyük çoğunluğu bu yapıdadır. Yoğruk yapının eldesi için uygulama; –Bileşimi hazırlanan eriyiğin ingot kalıplara dökülmesi. –Katılaşma sonrası homejenleştirme tavı ile segregasyonların ortadan kaldırılması, –Büyük oranda sıcak PŞV uygulanarak döküm yapısının kırılması,

PŞV yöntemleri; –Haddeleme –Ekstrüzyon –Dövme Avantajları: –Dendiritik kaba tane yapısı, eş eksenli ince tane yapısına dönüşür. –Dışarı açılmamış ve oksitlenmemiş iç boşluklar kapanır. –Segregasyonların dağıtılarak homojen iç yapı elde edilmesi.

Sinter yapı (Toz metalurjisi: powder metallurgy) İngot metalurjisi kullanımının veya hassas boyutlandırmanın zor olduğu bazı bileşimlerin imalatında toz metalurjisi kullanılır. Sinter yapı; toz metalurjisi ile imal edilen malzemeleri ifade eder.

Toz metalujisinin uygulanışı: Önceden hazırlanmış metal veya alaşım tozlar belirli oranlarda karıştırılır. Tozlar istenen geometriye sahip kalıplarda sıkıştırılarak şekillendirilir. Şekillendirilen tozlar sinterlenir. Yani; yüksek sıcaklıklarda kontrollü atmosferde uzun süre ısıtılarak difüzyon yoluyla birbirine kaynatılarak yeterli dayanıma sahip katı bir yapı oluştururlur.

Dezavantajları; Kalıntı iç boşlukların çentik etkisi yaparak düşük dayanıma sebep olabilmesi, Toz üretiminin ek bir maliyet gerektirmesidir. Kullanım amaçları; Çok yüksek dayanım gerektiren parçaların imalinde, Talaşlı imalatı zor olan geometideki parçaların imalinde, Pahalı malzemelerde parça imalinde, Çok sert parçaların imalinde kullanılır. Toz metalurjisi

Camsı yapı Amorf da denilen ve kristal yapıları olmayan metallerdir. Erimiş durumdan o C/s hızlarında ani olarak soğutulurlar. Malzeme kristal oluşturmaya zaman bulamaz. Tane sınırları oluşmadığından manyetik ve korozyon açısından üstün özelliklere sahiptirler. Düşük sıcaklıklarda kullanılabilirler, yüksek sıcaklıklarda daha kararlı yapılara dönüşme ihtimalleri vardır. Yüksek soğuma hızları gerektirdiklerinden ince kesitler şeklinde elde edilebilirler. Yumuşak mıknatıs uygulamalarında ve transformatör çekirdeklerinde kullanılırlar.

Bazı amorf demir alaşımları ve kompozisyonları

Metaller Kimyasal bileşimleri açısından metaller ve alaşımlar 2 büyük gruba ayrılırlar: –Demir ve alaşımları (Ferrous alloys) –Demir dışı metal ve alaşımlar (Non-ferrous alloys) Demir alaşımları: –Çelikler –Dökme demirler.

Alaşımlama Demire katılan alaşım elementlerinin amacı: İmalatta kolaylık; (Mn, kaynak ve PŞV; Si, döküm). Dayanım artışı; (iç yapı kontrolü ile yorulma/statik ve aşınma dayanım artışı) (Cr, Mo, V, vs) Sertleşebilme kabiliyeti; ZSD eğrilerini sağa doğru kaydırma kabiliyeti (Cr, Mo, vs.) Korozyon dayanımı (Cr) Yüksek sıcaklık dayanımı; (Demir dışında kuvvetli metal karbürler oluşturma, Cr, Mo, V, vs.)

Demir alaşımları ÇeliklerDökme Demirler 1.Basit karbonlu çelikler (Plain carbon steels) 2.Düşük alaşımlı çelikler (Low alloy steels) 3.Yüksek alaşımlı çelikler (Alloy steels) 1. Beyaz dökme demir (White cast iron) 2. Kır gri dökme demir (Grey cast iron) 3. Temper dökme demir (Malleable cast iron) 4. Küresel dökme demir (Ductile cast iron)

Çelik türleri: Karbon çelikler Standart kod numaraları: AISI: American Institute of Steel and Irons SAE: (Society of Automotive Engineers) AISI 10xx 1020, 1040, 1080, 10130, vs Çoğunlukla; –Saç (DKP, Derin çekme (Deep drawing quality), etc. –Profiller (I, U, H, T, L, vs) –Daire, kare, dikdörtgen, altıgen, çubuklar halinde yoğruk yapıda bulunur. C% x 100

Düşük alaşımlı çelikler Karbon hariç, alaşım elementleri toplamı %5 ten azdır. Kare, dikdörtgen, veya yuvarlak çubuklar halinde bulunabilir. AISI 4140, 8620, 4340, 9260, vs. Yüksek dayanımlı düşük alaşımlı (HSLA) çelikler: C oranı % 0.1 den az ve alaşım %1 den azdır. Alaşım elementleri kuvvetli karbür yapıcı Ti, Nb vs. dir. Çok ince taneli yapısından dolayı dayanım ve süneklikler yüksektir. Saç ve levha şeklinde imal edilir ve otomativ sektöründe yaygın kaporta malzemesidir.

Toplam alaşım oranının %5 ten fazladır. En önemlileri: –Paslanmaz çelikler (Stainless steels). –Takım çelikleri (Tool steels). Paslanmaz Çelikler: En az %8 oranında Cr içerir. Oda sıcaklığı yapılarına göre 2 ye ayrılır. –Ostenitik –Ferritik/Martenzitik Alaşımlı çelikler

Paslanmaz çelikler Ostenitik PÇ: –Cr a ilaveten % 8 in üzerinde Ni içerir. –C oranı çok düşüktür (% ) –Ni ve Mn, ostenit bölgesini oda sıcaklığının altına indirerek ostenitin oda sıcaklığında stabil kalmasını sağlar. –Martenzit oluşturamadıkları için N (azot) içeren bazı tipleri bazı yaşlandırarak sertleştirilebilir (Nitürü çökeltilmesi ile): PH 15-5 gibi.

Ferritik/Martenzitik PÇ: –Ni veya Mn nın az olması durumunda oda sıcaklığında Ferrit stabil hale gelir. –Karbonun yeterli olması durumunda hızlı soğutma ile martenzitik yapı elde edilebilir. Paslanmaz çelikler

Takım çelikleri Metal malzemelerin şekillendirilmesinde (talaşlı, PŞV, gibi) kesici uç, kalıp gibi ihtiyaç duyulan takımlar için kullanılmaktadır. Şu şekilde sınıflandırmak mümkündür: –Sıcak iş takım çelikleri (hot work tool steels) –Soğuk iş takım çelikleri (cold work tool steels) –Yüksek hız takım çelikleri (High speed steels- talaşlı imalatta)

Dökme demirler Genelde % oranında C bulundururlar. % 2-3 oranında Si, grafitleşmeyi kolaylaştırmak ve dökümde akıcılığı sağlamak amacıyla katılır. Türleri: –Beyaz DD: Erimiş haldeyken hızlı soğutarak elde edilir. Sementit matris içinde perlitten oluşur.Çok gevrek ve kırılgandır. –Kır DD: Yavaş soğuma ile grafit lemelleri ve soğuma hızına bağlı olarak ferritik veya perlitik olabilir. Sünekliği yoktur, dayanımı düşüktür. –Temper DD: Beyaz DD in, o C de tavlanması ve sementitten temper grafiti oluşması ile sağlanır. Çentik etkisinin azaltılması neticesinde süneklik arttırılmıştır. –Küresel DD: Erimiş durumda % 0.5 Mg, veya Ce katılması ile grafit küresel tarzda katılaştırılır. İyi süneklik ve dayanım özellikleri gösterir.

(a): Beyaz DD, (b) Gri DD; (c) Küresel grafitli DD; (d) Temper DD

Demir dışı alaşımlar/Aluminyum Alaşımları 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. Aluminyum alaşımları, esas alaşım element baz alınarak Aluminyum birliği (AA) tarafında standartlaştırılmıştır. Isıl işlem durumları “temper gösterimleri “ile ifade edilir.

AA Standartları ve Temper Gösterim 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. T5:Sıcak PŞV+Yapay Yaşl. T7:Aşırı Yaşl T8:Çözelti+Soğuk PŞV+Yapay Yaşl. 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)

Magnesium ve Titanyum Alaşımları Magnesyum (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 özgül elastik modülü. 200 o C ye kadar yüksek dayanım gösterir. Bazı alaşımları yaşlandırılabilir. Havacılık ve tıp endüstrisinde yaygın olarak kullanılır.

Bakır ve Nikel Alaşımları 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 Bazı alaşımları: –Monel (Cupro-nikel %66 Ni - %34 Cu) alman gümüşü olarakta bilinir. –Yüksek sıcaklık uygulamaları için Süper alaşım imalinde : Alaşım elementleri Al ve Ti. (Ni 3 Al ve Ni 3 Ti (gama prime fazı  ’) yaşlandırma ile bağdaşık olarak çöktürülür).

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

Refrakter ve diğer metaller 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 inertlük Yüksek oksidasyon direnci Uygulama alanları: Kuyumculu, elektronik sanayii, tıp uygulamaları.

Alaşımlama Demire katılan alaşım elementlerinin amacı: İmalatta kolaylık; (Mn, kaynak ve PŞV; Si, döküm). Dayanım artışı; (iç yapı kontrolü ile yorulma/statik ve aşınma dayanım artışı) (Cr, Mo, V, vs) Sertleşebilme kabiliyeti; ZSD eğrilerini sağa doğru kaydırma kabiliyeti (Cr, Mo, vs.) Korozyon dayanımı (Cr) Yüksek sıcaklık dayanımı; (Demir dışında kuvvetli metal karbürler oluşturma, Cr, Mo, V, vs.)