Demİr ve demİrdIŞI metaller

Demir Nedir? Demir, atom numarası 26 olan kimyasal element. Simgesi Fe dir. Demir, yerkabuğunda en çok bulunan metaldir.  Yerkürenin merkezindeki sıvı çekirdeğin de tek bir demir kristali olduğu tahmin edilmekle birlikte, demir nikel alaşımı olma ihtimali daha yüksektir.  Dünyanın merkezindeki bu kadar yüksek miktardaki yoğun demir kütlesinin dünyanın manyetik alanına etki ettiği düşünülmektedir. 

Saf demire teknolojik özellik kazandıran karbon dur. Saf demir’in Yoğunluğu ; 7,8 g/cm3 Sertliği ; 60 HB Akma mukavemeti ; 10 daN/mm2 Çekme mukavemeti ; 20 daN/mm2 Kopma uzaması ; % 50 Kesit daralması ; % 80

Saf demir mukavemetinin düşük olması nedeniyle teknolojik öneme sahip değildir. Saf karbonun da mukavemeti düşüktür. Tek başına önemli bir malzeme değildir. Demirle karbon bir araya getirilirse bu ikiliden ÇELİK ve DÖKME DEMİR adında iki yeni mekanik özellikleri farklı alaşımlar meydana getirilir.

ÇELİK NEDİR? Demir- karbon alaşımının içinde; Maksimum % 2 ye kadar KARBON, % 1 MANGAN, % 0,5 SİLİSYUM. % 0,05 den az KÜKÜRT ve FOSFOR Varsa bu malzemeye ÇELİK adını veriyoruz.

Alaşım Elementi Miktarına Göre Çelikler 2 gruba ayrılır. Az alaşımlı çelikler ( < %5 ) Yüksek Alaşımlı Çelikler ( > %5 ) Az alaşımlı çelikler bünyesinde %5 ten az alaşım elementi içeren çelik grubu Yüksek alaşımlı çelikler ise bünyesinde %5 ten fazla alaşım elementi ihtiva etmektedirler.

Karbon Miktarına Göre Çeliklerin Sınıflandırılması Az C’lu <0.25 wt% C Orta C’lu 0.25-0.6 wt% C Yüksek C’lu 0.6-1.4 wt% C

Sade Karbon’lu Çelikler : Yapılarında çelik üretim yöntemlerinden meydana gelen çok az miktarda Mn, Si, P, S gibi elementler içeren Fe-C alaşımlarıdır . Sade C ’lu çelikler ucuzdurlar ve kolay şekillendirilebilirler . Korozif ortamlara dayanıksızdırlar . Az karbonlu çelikler sertleştirilemezler, bunların uygun yöntemlerle yüzeyleri sertleştirilir .

Orta C’lu Çelikler : Isıl işlemlere oldukça yatkındırlar, Dayanımları az C’lu çeliklere göre daha iyidir, Süneklilikleri az C’lu çeliklere yakındır,

Yüksek C’lu Çelikler : Normal soğutmada yapılarında oluşan perlit nedeniyle az C’lu çeliklere göre serttirler, Süneklilikleri oldukça azdır, Kesilme ve işlenme kabiliyetleri kötüdür, Talaş kaldırma işlemine ancak yumuşatma (küreselleştirme) tavı sonrasında yatkınlık kazanırlar .

DÖKME DEMİR NEDİR? C oranı %2 den fazla olan demir-karbon alaşımına dökme demir denir. Düşük ergime sıcaklığına sahiptir (~1150 oC ) Otomotiv endüstrisinde (Motor bloğu olarak) Boru yapımında vs. kullanılır

Dökme Demirlerin Sınıflandırılması Beyaz Dökme Demirler Kır Dökme Demirler Temper Dökme Demirler Küresel Grafitli (Sfero) Dökme Demirler Lamel Grafitli Dökme Demirler

DEMİRDIŞI METALler

Bazı Metal ve Alaşımlarının Çelik ile Kıyaslanması Yoğunluk (g/cm3 ) Max. Çekme Dayanımı Bağıl Özgül Dayanımı Bağıl Fiyat Aluminyum 2,7 580 1,2 6 Magnezyum 1,74 1,9 15 Berilyum 1,85 385 3000 Bakır 8,93 1000 0,6 7 Nikel 8,90 1200 0,7 40 Titanyum 4,51 Çelikler 7,87 1400 1

Aluminyum ve Alaşımları Yoğunluğu 2,7 g/cm3 tür. Çelikten sonra en çok kullanılan metal olup, hafifliği nedeni ile havacılık sanayisinde özellikle tercih sebebidir. Elastik modülü 70 GPa (Çelik 210 GPa) Özgül dayanımı iyidir ( birim ağırlık başına ) Elektrik ve ısı iletkenliği çok iyidir. Sünek- gevrek geçiş sıcaklığı olmadığından aniden çok soğuk ortama girdiğinde dahi gevrekleşmez. Oksidasyon ve korozyona dayanıklıdır.

Yüzeyinde koruyucu oksit tabakası bulunur, çizilse bile hemen tekrar oluşur.Oksit tabakasının bileşimi ayarlanarak farklı renkler alması sağlanabilir. Sertliği ve aşınım dayanımı düşüktür. Yüksek sıcaklıklarda özelliği iyi değildir. En etkin dayanım artırma yöntemi çökelme sertleşmesidir. 665 oC de ergimektedir.

Magnezyum ve Alaşımları Yoğunluğu sadece 1,74 g/cm3 tür. Hafifliğin önemli olduğu yerlerde kullanılır. Elastik modülü düşüktür (45 GPa) Yaygın kullanılan malzemeler arasında rijitliği en düşük olan malzemedir. SDH (sıkı düzenli hegzagonal) kafes yapısından dolayı, gevrek ve şekillendirilmesi güç bir malzemedir. Yüksek sıcaklıklarda oksijenle hızla tepkimeye girer ve tutuşur. Bu durum imalatta ve kullanımda sorun oluşturur. Tuzlu sulu ortamlar dışında korozyona dayanaklıdır.

Ergime derecesi 650 oC, gümüş beyazı renkli, sıcak olarak tel ve levha haline getirilebilen hafif bir metaldir. Magnezyum % 2‘lik oranla tabiatta en çok bulunan sekizinci elementtir. 800 oC’nin üzerinde parlak yeşil renk çıkararak yanar.

Bakır ve Alaşımları Yoğunluğu yüksektir 8,90 g/cm3 tür. Elektrik ve ısı iletkenliği yüksek malzemedir. Diğer demir dışı metal ve alaşımlara göre sertliği, aşınma dayanımı ve yorulma dayanımı daha iyidir. YMK kafes yapısına sahip olduğundan kolay şekillendirilir. Diğer birçok imalat yöntemi içinde uygundur. Korozyon dayanımı iyidir. Bileşimine göre değişik renkler alabilir. Süs eşyası ve para imalinde kullanılır. Değişik yöntemlerle dayanımı artırılabilir.

Ergime sıcaklığı:1083 °C •Isıl genleşme katsayısı:17,7.10-6 1/K-1 •Isıl iletkenlik:0,91 cal/cm.s.grd •Elek. İletkenliği:40-59 m/Ωmm2 •Elastik modülü:125000-128500 N/mm2

En önemli bakır alaşımları Pirinçler Cu – Zn Bronzlar Cu – Sn

Berilyum ve Alaşımları Berilyumun yoğunluğu 1,85 g/cm3 tür. Elastik modülü 280 GPa (çelik 210 GPa) Rijitlik ve hafifliğin en önemli olduğu yerlerde kullanılır. Elektromanyetik geçirgen bir malzemedir Çok pahalı, toksik ve refrakterdir. Ergime sıcaklığı 1287 °C

Alüminyumdan daha hafif, ama daha sert, erime noktası da yüksek bir element olan beril, metalurjide kullanılır. Ama alüminyumdan 200 kat pahalıya mal olması nedeniyle, kullanımı bilgisayar parçaları ve jiroskop yapımı, uzay teknolojisi gibi birkaç özel alanla sınırlıdır.

Nikel ve Alaşımları Korozyon dayanımı ve yüksek sıcaklık özellikleri çok iyidir. Ostenitik paslanmaz çeliklerin ana alaşım elementlerinden biridir. YMK kafese sahip olduğundan kolay şekillendirilebilir. Monel olarak adlandırılan Cu+Ni alaşımlarının korozyon dayanımı en yüksektir. Süperalaşımların ana alaşım malzemelerinden biridir.

Ergime sıc: 1455 °C Yoğunluk: 8,91 g/cm3 tür. YMK yapıya sahiptir.

Kobalt ve Alaşımları Aşınma ve vücut sıvılarına karşı dayanıklı olduğu için protez malzeme olarak kullanılmaktadır. Yoğunluğu 8.90 g/cm³ tür. Ergime sıcaklığı 1495 °C Hegzagonal kristal yapıya sahiptir. Elektrik rezistanslarında, yüksek sıcaklık ve aşınmaya dayanıklı alaşımlarda, elektromıknatısların üretiminde, korozyona dayanıklı kaplamalarda kullanılır. Kobalt, kobalt bombası denen araçla başta kanser olmak üzere çeşitli hastalıkların tedavilerinde kullanılır.

Kobalt, demire ilave edildiği zaman yüksek sıcaklıklarda yumuşamasını önler, bu sebepten havacılıkta kullanılan çeliklerin en önemli alaşım elemanıdır. Nikel gibi ferromagnetiktir. Fakat bu özellik, allotropik hal değişmesi sebebiyle 850°C’de kaybolur. Oksitlenme kabiliyeti demirden azdır. Kuru ve normal atmosfer şartlarında korozyona uğramaz.

Titanyum ve Alaşımları Mekanik ve korozyon özellikleri iyidir. Yoğunluğu 4,5 g/cm³ tür. Akma dayanımı ve yorulma dayanımı bakımından çelikle karşılaştırılabilir ve daha hafif bir malzeme olmasından dolayı havacılıkta tercih edilebilmektedir. Metal formunun en yararlı özellikleri korozyona karşı dirençli olması ve bütün metaller içinde en yüksek dayanıklılık-ağırlık oranına sahip olmasıdır.

Terg= 1668 oC Elastik modülü= 116 Gpa Kristal yapısı hegzagonal Titanyum toksik değildir ve hiçbir mikro organizma ile reaksiyona girmez. Bu nedenle vücut içi ve dışı sağlık alanında geniş bir tatbikat alanı vardır. Ciltle devamlı temas eden metallerde (saat bileziği/gözlük) titanyum uygundur.

Çinko ve Alaşımları Ergime sıcaklığı düşüktür. (419,53 oC ) Korozyona dayanıklıdır. Saçların galvanizlenerek korozyona uğramasını önlemektedir. Çinko anot olarak katodik korozyon korumada ve galvanizlemede oldukça önemlidir. Yoğunluğu 7,14 g/cm³ tür.  Sert ve kırılgandır bir yapısının olması yanında 120 °C gibi bir sıcaklıkta ancak şekillendirilebilmektedir.

Çinkonun dünyada yıllık kullanım  miktarına bakıldığında demir, alüminyum ve bakırdan sonra geldiği görülmektedir. Kuru pillerin çoğunda negatif elektrot yerine geçen dış kabında yararlanılmaktadır.

Kurşun ve Alaşımları Ergime sıcaklığı çok düşüktür, oda sıcaklığında yeniden kristalleşir. (Terg= 327,5oC ) Yüksek yoğunlukludur ve ışın geçirgenliği düşük olduğu için radyasyondan korunmada kullanılır. Lehim alaşımlarında ana alaşım elementidir. Az miktarda Antimon ile alaşımlandırılarak mukavemeti yükseltilebilir.

Sertliği çok düşüktür. Yoğunluğu 11,34 g/cm³ tür. YMK kristal kafesine sahiptir. Toksik olması kullanım alanlarını sınırlamaktadır. Akü plakaları imalinde kullanılır.

Refrakter Metaller Wolfram, Mobilden, Niyobyum, Tantalyum, Renyum gibi elementler refrakter özellik gösteren metal grubuna girmektedir. Ergime sıcaklıkları çok yüksektir. Çok yüksek sıcaklıklarda özelliklerini kaybetmeyen malzemelerdir. Yüksek sıcaklıklarda süper alaşımlardan daha dayanıklıdırlar. Üretimleri zor ve pahalıdır.

Kıymetli Metaller Altın, gümüş, platin kıymetli metal grubuna girer. Korozyon dayanımı yüksektir.