ENDÜSTRİYEL MALZEMELER Metaller Demir-Karbon Alaşımları.

... konulu sunumlar: "ENDÜSTRİYEL MALZEMELER Metaller Demir-Karbon Alaşımları."— Sunum transkripti:

1 ENDÜSTRİYEL MALZEMELER Metaller Demir-Karbon Alaşımları

2 Metaller Metaller üstün mekanik ve fiziksel özellikleri nedeni ile en çok kullanılan ve en önemli malzeme sınıfını oluştururlar. Metallerin elastisite modülleri diğer malzemelerinkinin (beton, ahşap ve plastik gibi) 20-50 katı, mukavemetleri ise 5-20 katı kadardır. Metaller, demirli metaller ve demir olmayan metaller olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar. Demirli metallerde ana eleman demir olup bunun yanında karbon daima bir alaşım elemanı olarak bulunur, bu nedenle bu sınıfa demir-karbon alaşımları denir.

3 Yerkabuğunda en fazla bulunan ilk dört elementten biri olan demir alüminyumdan sonra en yaygın metaldir. Klark konsantrasyonu %5,4’tür. Ultramafik kayaçlarda %9,4, mafik kayaçlarda %8,7, granitik kayaçlarda %1,4, kireç taşlarında %0,4, kumtaşlarında %1, şeyllerde de %4,7 ortalama değerleri vermektedir (Gökçe 1995). Demir+2 ve +3 olmak üzere iki farklı iyona sahiptir. Endojen ortamlarda +2, eksojen ortamlarda +3 iyonu daha yaygındır.

4 Demire nabit olarak çok ender rastlanır. Tabiatta kendiliğinden oluşabilen 400’den fazla demir minerali belirlenmiştir. Bunlar; oksitler, karbonatlar, sülfitler, silikatlar, fosfatlar, arsenatlar ve tuzlar olmak üzere 7 grupta toplanabilirler. 15 kadar demir minerali yaygın olup bunlardan manyetit, hematit, götit, siderit ve demir hidroksit (Limonit) cevher olarak işletilmektedir. Demir sülfit minerallerinin zaman zaman demir cevheri olarak değerlendirilebilmesine rağmen bunlar esas itibari ile kükürt cevheri şeklinde alınmakta ve talî olarak demir elde edilmektedir.

5 Elementlerin jeokimyasal sınıflandırmasında demir siderofil elementler grubuna dahil edilmektedir. Siderofil elementler en son halkasından bir önceki halkası doygun olmayan elementlerdir. Demir kalkofillik derecesi (kükürde karşı ilgisi) bakımından ise mangandan sonra en zayıf kalkofil metaldir. Yani demir sülfid minerallerinin çözünme yetenekleri oldukça fazladır. Dolayısıyla demir sülfidler çözünürken Ag, Cu, Hg, Pb, Cd, Mo, Ni, Co, Zn ve W elementlerinin diğer bileşiklerini sülfide dönüştürerek çöktürebilmektedir.

6 Demir içerisinde bulunan yararlı bileşenler V, Ni, Mn, Cr(%1) Demir içerisinde bulunan zararlı bileşenler Sn < %0,08 S 0,15-0,35 P %0,15-1,2 Ti <%6 Cu, Zn,Pb %0,1-0,5

7 Erken magmatik evrede oluşan titan demir yatakları Kontak metazomatik süreçlerle gelişen pnömatolitik demir yatakları Kontak metazomatik süreçlerle gelişen skarn tipi demir yatakları Hidrotermal demir yatakları Volkano sedimanter kökenli demir yatakları Sedimanter kökenli minette tipi oolitik demir yatakları Sedimanter kökenli jaspilit ve demirli kuvarsit tipi bantlı demir formasyonları Plaser demir yatakları Kalıntı (lateritik) demir yatakları

8 Demir-Karbon Alaşımları Saf demir yumuşak ve düşük mukavemetlidir, içine karbon katılarak sertlik ve mukavemeti büyük ölçüde arttırılır. Arı demirin çekme mukavemeti 30 kgf/mm2 civarında iken % 0,8 kadar karbon katılırsa mukavemeti 100 kgf/mm2 olur, ayrıca soğuk işleme veya su verme işlemi ile bu mukavemet 180 kgf/mm2 ye kadar çıkartılabilir.

9 Demir-Karbon Denge Diyagramı Demir-karbon alaşımlarının denge diyagramını elde etmek için değişik biçimde demir-karbon alaşımları oluşturarak bunların soğuma diyagramları saptanır. İlk önce arı demirin soğuma diyagramını ele alalım T o C 1530 1400 910 Zaman Sıvı Ferrit (HMK)  -demir Ostenit (YMK)  -demir Ferrit (HMK)  -demir

10 Demirin üç ayrı polimorfu vardır. Sıvı halden katılaşırken (HMK) lü d-demiri oluşur, 1400 oC da bu yapı (YMK) lü g-demirine, 910 oC de (HMK) yapılı a-demirine dönüşür. HMK’ya sahip demire ferrit, YMK’ya sahip demire ise ostenit adı verilir. Demir-karbon sisteminde bu a, g ve d fazları yanında ayrıca bir de demir karbür (Fe3C) fazı bulunur, buna da sementit denir.

11 Demir-karbür bir bileşik olup ağırlık yönünden %6,7 C içerir ve ortorombik kristal yapıya sahiptir. Demir içine % 6,7 oranında C katılırsa bütün kütle sementitten oluşur. Bir uçta arı demir olan ferrit fazı çok yumuşak ve düşük mukavemetli, öteki uçta demir karbür fazı çok sert ve gevrektir ancak ikisinin ince karışımından oluşan çelikler hem yüksek mukavemette ve hem de yüksek tokluğa sahiptirler..

12 Demir karbon alaşımlarında fazların C oranına ve sıcaklığa bağlı olarak değişimi Şekil 27’deki denge diyagramında gösterilmiştir  +sıvı Sıvı 0 0.8 2 4.3 6.7 1530 1140 910 727 400  + Fe 3 (ferrit + sementit) AcAc  +Fe 3 C ostenit  Katı Eriyiği A3A3  C, % oCoC

13 0 0.8 2 4.3 6.7 1530 1140 910 727 400  + Fe 3 (ferrit + sementit) AcAc  +Fe 3 C ostenit  Katı Eriyiği A3A3  C, % oCoC

14 Ferrit çok yumuşak ve gevrektir, fakat bunların sık karışımından doğan perlit yüksek mukavemete ve yüksek tokluğa sahiptir (Şekil 28). % 0,8 den az C içeren alaşımlar katılaşırken önce ostenit katı eriyiğine dönüşür. A3 sıcaklığına gelince ostenitten ferrit çökelir, 7 : 27 oC ta geri kalan ostenit % 0,8 C içerir ve bu sıcaklıkta perlite dönüşür (Şekil 28).  727 o C Ostenit Perlit  Fe 3 C % 0,8 Karbon İçeren Demir-Karbon Oluşumu 727 oC da Ostenitik Yapıdan Perlit’e Dönüşür

15 Oda sıcaklığında ferrit ve perlitten oluşan bir yapı elde edilir. Bu alaşım perlitik yapıya göre daha yumuşaktır. % 0,8 – 2 arasında C içeren alaşımlar soğukken önce ostenit katı eriyiği C’ca doymuş hale gelir ve C’un fazlası tane sınırlarında ağ şeklinde sementit fazı halinde çökelir. Sıcaklık düştükçe çökelen sementitin kalınlığı artar. 727 oC ta geri kalan g % 0,8 C içerir, dolayısıyla bu sıcaklıkta perlite dönüşür (Şekil 29).  A3oA3o   727 o Perlit  % 0,8 den Az Karbon İçeren Bir Demir-Karbon Alaşımında Soğuma Süresinde Oluşan İç Yapılar.

16 Oda sıcaklığında perlit ile onu çevreleyen sürekli sementit ağından oluşan bir yapı elde edilir, dolayısıyla bu bölgede alaşımların çok sert ve gevrek olması doğaldır (Şekil 30).   AcoAco Fe 3 C 727 o C Perlit Fe 3 C % 0,8 ile % 2 Arasında Karbon İçeren Bir Demir-Karbon Oluşumunda Soğuma Sürecinde Oluşan İç Yapılar.

17 Oda sıcaklığında ana kütlesi sementit ile bunun içinde dağılmış perlit adacıklarından oluşan bu metal çok sert ve gevrektir, kırılınca beyaz görünür, bu nedenle buna beyaz dökme demir denir (Şekil 31). Karbon ince uzun grafit levhaları halinde oluşur, bu metal kırıldığı zaman gri renkte görünür, bu nedenle buna kır dökme demir denir. PerlitGrafit Fe 3 C Perlit Ferrit a) Kır dökme demir b) Beyaz dökme demir

18 Demir-Karbon Alaşımlarının Sınıflandırılması Bu alaşımlar içerdikleri karbon oranına göre üç sınıfa ayrılırlar, Demirler; C < % 0,1 Çelikler; 0,1 < C < % 2 -Az karbonlu çelikler : 0,1 < C < % 0,2 -Orta karbonlu çelikler : 0,2 < C < % 0,5 -Yüksek karbonlu çelikler: 0,5 < C < % 2 Dökme demirler : 2 < C < % 0,7

19 Karbon Oranının Demir-Karbon Alaşımlarının Mekanik Özelliklerine Etkisi Saf demir yumuşak ve düşük mukavemetlidir. Karbon oranı arttıkça sementit miktarı yükselir. Şekil 33’de görüldüğü gibi sertlik ve mukavemet artar, fakat süneklik azalır. Sementit gevrek bir faz olduğundan % 1 C oranından sonra çekme mukavemetinde azalma olur. C, % 0,5 1 120 80 40  ç Kgf/mm 2  ç Kgf/mm 2 120 80 40 20 40 % 1 C % 0,5 C % 0,1 C çç HBHB KK (a) (b) Şekil 33: Karbon Oranının Çeliklerin Mekanik Özelliklerine Etkisi.

20 Demir cevheri % 28 Kok kömürü % 11 Curuf yapıcı % 6 (Kireç taşı) Hava % 55 Yüksek Fırın Curuf % 10Ham demi-Pik demir % 13,5 Yüksek fırın gazı +CO 2 (% 75 + % 1,5) Gri pikBeyaz pik Dökme demir üretimi Kalıba döküm Sürekl i döküm Çelik üretimi Kalıba döküm İngot döküm Sürekli döküm Plastik şekil verme (haddeleme, presleme, dövme) Yarı mamul Son işlem MAMUL Hurda ve curuf yapıcı

21 Demir-Karbon Alaşımlarının Genel Özellikleri ve Kullanım Alanları Demirler: Yüksek plastik işlenebilme özelliğine sahiptirler, korozyona iyi dayanırlar. Ayrıca galvanize (çinko banyosuna daldırma) veya emaye (seramik bir filmle kaplama) edilerek korozyona dayanıklılığı daha da arttırılır. Genellikle galvanizli saçların ve boruların üretiminde kullanılır. Çelikler: Az karbonlu çelikler genel amaçlar için kullanılan en ucuz çelik türüdür. Sünekliği yüksektir, kolay işlenir, su verme ile sertleştirilemez. Orta karbonlu çelikler genellikle daha yüksek mukavemetli olup su verme ile sertleştirilebilirler, yapılarda ve makine parçaları üretiminde kullanılırlar.

22 Dökme Demirler: -Beyaz Dökme Demir: Ana faz demir karbür olduğundan çok sert ve gevrektir, ancak dökme ile şekil verilebilir. Genellikle aşınmaya dayanıklılık gerektiren yerlerde, örneğin bilyalı öğütme değirmenlerinde, demiryolu vagonu fren parçalarında ve kazı makinelerinde kullanılırlar. Beyaz dökme demir, yüksek sıcaklıkta uzun süre tutulursa kararsız Fe3C bileşiği Fe ile küçük parçalar halinde grafite ayrışır. Bu yöntemle elde edilen metale temper dökümü denir. -Kır Dökme Demir: İçinde serbest halde uzun grafit parçaları bulunduğundan çekme mukavemeti düşük ve gevrektir, fakat basınç mukavemeti yüksektir. Kolay dökülür, talaş kaldırılarak kolay işlenir, titreşimi iyi söndürür ve en ucuz metaldir. Bu nedenle endüstride geniş kullanım alanı vardır.

23 Alaşımlı Çelikler Basit karbonlu çeliklerde C arttıkça sertlik ve mukavemet yükselir, süneklik azalır ve gevrekleşir. Sünekliği koruyarak mukavemeti arttırmak için alaşım elemanları katılır. En çok kullanılan alaşım elemanları Cr ve Ni dir. Bunlardan başka Mn, Si, Mo, Co, W ve V gibi çeşitli elemanlar alaşımlı çelik üretiminde kullanılır.

24 Az Alaşımlı Çelikler: Bunlarda alaşım elemanı % 5 ten azdır. Genellikle yüksek mukavemetli yapı çeliği ve makine parçaları üretiminde elverişlidir. Şekil verildikten sonra su verme işlemi ile sertlikleri çok arttırılabilir. Yüksek Alaşım Çelikleri: Bu çeliklerde alaşım elemanı % 5 ten fazladır, genellikle özel amaçlar için kullanılırlar. Örneğin, % 18 lik Cr, % 8 Ni li paslanmaz çelik, kayaları delmek için kullanılan % 14 Mn lı çelikler, % 20 den fazla Cr içeren yüksek sıcaklığa dayanıklı kalıp çelikleri bu sınıfa girerler

25 Özel Çelikler Ni Çelik. Direnç, sertlik uzamaya ve korozyona karşı direnci artırır. Ni-Cr Çelik : Cr % 1,5-2, Ni %2-20 arası çeliklerde işleme güçtür. Köprü- zırh araç yapımında, Cr 18, Ni 8, C 0,15 olan çelikler en kıymetli olanlardır. Hava, deniz suyu, nitrik asit, yağ asitlerinden etkilenmez Mo Çelik Sıcaklığa karşı dayanıklılığını artırır. Vida ve kaynak işlerinde kullanılır. Cr Çelik Oksitlenmeyi önler, çekme direncini artırır. Uzamayı azaltır. Cr-V- Çelik : 600 oC Kadar serliklerini korur Çok keskin çelik ve kesme aletleri yapılır W Çelik : Matkap Ucu ve kesme aletleri yapımında Si- Mn Çelik : Zemberek ve motor, jenaretör malzemesi Mn Çelik : Aşınmaya karşı dirençlidir. Tren Malzemesi, kırıcı-ezici malzeme yapımı.

26 Demir Olmayan Metaller Demir olmayan metallerin bazı üstün özellikleri nedeni ile endüstride önemli uygulama alanları vardır. Korozyona dayanıklı, hafiflik, fiziksel görünüş, yüksek ısıl ve elektriksel iletkenliklere sahip olduklarından bazı hallerde demir-karbon alaşımlarına tercih edilirler. Bununla beraber elastisite modülleri, sertlik ve mukavemetleri daha düşüktür. Endüstride kullanılan metallerin yaklaşık % 80-85’i demir- karbon alaşımları, % 15-20’si demir olmayan metallerdir. Bu metallerin en önemli sakıncaları pahalı olmaktadır.

27 BAKIR Periyodik cetvelde Au, Ag birlikte 1B alt grubunu meydana getirir.Kalkofil element olan Cu S ile bileşik yapması çok kolay bu bileşiğin çözünmesi zordur. Bakırın Klark konsantrasyonu 50 ppm dir. Ultramafik kayaçlarda 42 ppm, mafik kayaçlarda 72 ppm, granitik kayaçlarda 12ppm, kireçtaşlarında 5 ppm, kumtaşlarında 10ppm, şeyllerde de 42 ppm, toprakta15 ppm, bitkide 130 ppm ortalama değerleri vermektedir (Gökçe 1995).

28 Bakır Mineralleri

29 Bakır Oluşumu Erken magmatik evrede oluşan bakır yatakları Kontak metazomatik süreçlerle gelişen pnömatolitik bakır yatakları Hidrotermal bakır yatakları Volkano sedimanter kökenli bakır yatakları Killi Sedimanter kayaçların içinde çökelen sedimanter kökenli bakır yatakları Karasal ortamda gelişen bakır yatakları Süperjen ortamlarda gelişen bakır yatakları.

30 Bakır ve Bakır Alaşımları Saf bakır yumuşak, plastik işlenebilme özelliği yüksek korozyona dayanıklıdır. Yapılarda çatı kaplama malzemesi olarak kullanılır. Yüksek ısıl iletkenliği nedeni ile ısıtma ve soğutma sistemleri üretiminde, yüksek elektriksel iletkenliği nedeni ile de iletken tel üretiminde çok kullanılan bir malzemedir. Alaşımlandırma ile mukavemeti çok arttırılabilir. Bakır alaşımları genellikle 1-Pirinçler 2-Bronzlar olmak üzere ikiye ayrılırlar.

31 Pirinçler: Bakır-çinko alaşımı olan pirinçler yüksek mukavemetli güzel görünüşlü, korozyona dayanıklılık kolay işlenebilme özelliğine sahip olmaları nedeni ile endüstride çok kullanılırlar. Bakırın rengi kızıl olup korozyona iyi dayanır ve pahalıdır. İçine katılan çimentonun oranı arttıkça renk kızıldan sarıya döner, korozyon mukavemeti azalır ve maliyeti düşer. % 20 den az Zn içerenlere kızıl pirinç, daha fazla Zn içerenlere sarı pirinç denir.

32 Şekil 34’den de görüleceği gibi, en yüksek mukavemetli pirinç % 40 Zn, buna karşın sünekliği en yüksek pirinç % 30 Zn içerir ve buna kovan pirinç denir. Pirinçler % 1 Sn katılarak, korozyon mukavemeti önemli derecede artırılır. Pirinçler hem plastik şekil verme, hem de döküm ile üretime el verişlidir Şekil 34 Çinko Oranının Pirinçlerin Mekanik Özelliklerine Etkisi. 0 20 40 Zn, % KK çç

33 Bronzlar: Bronz, dar anlamda bakır-kalay alaşımıdır (Tunç). Ancak endüstride pirinçlerin dışında bütün bakır alaşımlarına bronz denir. Örneğin; nikel bronzu, alüminyum bronzu gibi. Bakır-kalay karışımı olan bronzlar yüksek mukavemet ve yüksek korozyona dayanıklılık nedeni ile endüstride özel uygulama alanları vardır. Kalay oranı arttıkça mukavemet ve korozyona dayanıklılık artar, bununla beraber gevrekleşir ve fiyatı yükselir, dolayısıyla bu oran % 12 yi geçmez.

34 Alüminyum ve Alüminyum Alaşımları Alüminyum Jeokimyasal bakımdan litofil bir elementir. Klark konsantrasyonu % 8,05 dir. Yüzey şartlarında alüminyum çok duraylı bir elementtir. Ortamın pH’ının 4’den küçük olması ile Al +3 şeklinde pH’ının 10’dan büyük olması halinde ise AlO2şeklinde yüzey sularında çözünebilir.

35 Alüminyum Mineralleri Böhmit Al2O3.H2O Gibsit veya Hidrarjilit Al2O3.3H2O Diaaspor Al2O3.H2O Korund Al2O3

36 Saf alüminyum yumuşak, işlenmesi kolay korozyona dayanıklı, ısıl ve elektriksel iletkenliği yüksektir. Özgül ağırlığı düşük olduğundan (2,7 gr/cm3) uçak ve benzeri hafif yapılar için çok elverişlidir. Arı alüminyum büyük açıklıklı enerji hatlarında iletken tel olarak kullanılır.

37 Alüminyum mukavemetinin artırılması için alaşımlandırılır. Alaşımlandırma da iki problemle karşılaşılır. alüminyumda hidrojen çözünmesi sıvı banyo içerisinde süspansiyon halinde Al2O3, MgO, SiO2 gibi oksitlerin bulunmasıdır. Bu safsızlıklar alüminyum malzemenin mukavemetinde düşmeye neden olurlar. Bunların temizlenmesi için banyoya klor gazı veya kloru temin eden maddeler verilir.

38 Alüminyum alaşımları iki grupta incelenebilirler. döküm alaşımları plastik şekillendirme alaşımları

39 Döküm Alaşımları Alüminyum döküm alaşımları dökümden sonra ısıl işleme tabi tutulduktan sonra kullanılırlar. Başlıcaları Al-Si, Al-Mg, Al-Cu alaşımlarıdır. Al-Si alaşımlarından en geniş kullanım alanı olanı % 10 Si civarında olanıdır. Bu alaşıma % 0,05-0,015 oranında Na ilavesi ile küçük tane boyutlu malzeme elde edilir.

40 Al-Si alaşımları Al-Si bileşimdeki alaşımlar genelde, yüksek korozyon direnci sıvı halde yüksek akışkanlık katılaşma anında çok az büzülme gibi avantajlara sahiptir. Bu özellikleri nedeniyle ince kesitli karışık şekilli parçaların hatasız, boşluksuz ve çatlaksız dökülmesi mümkündür.

41 Alüminyuma Cu, Mg, S, Ni ve Mn gibi çeşitli alaşım elemanları katılarak belirli amaçlar için değişik türde alaşımlar üretilir. Düralümin: % 4 Cu + % 0,5 Mg + % 0,5 Mn içerir. Yüksek mukavemete sahip düralümin özellikle uçak endüstrisinde ve geniş açıklıklı yapılarda hafif yapı malzemesi olarak kullanılır. Piston Alaşımı: % 4 Cu + % 2 Ni + % 1,5 Mg içeren piston alaşımı (Y-alaşımı da denir) gerek dökme, gerek plastik işlemeye elverişlidir. Yüksek sıcaklıkta mukavemetini koruduğu için özellikle piston ve diğer tüm makine parçaları üretimine uygundur.

42 Al- Mg Alaşımları Genelde % 5-10 Mg ihtiva ederler. Korozyona oldukça dayanıklı, işlenebilme kabiliyeti yüksektir. Yüzeyleri gayet yüksek kalitede parlatılabilir ve anodik oksitleme işlemi ile yüzeyde iyi kaliteli koruyucu oksit tabakası elde edilebilir. Bu nedenle korozyona maruz parçaların özellikle deniz taşıtlarında orta derecede yüklenen parçaların yapımında kullanılırlar.

43 Magnezyum – Magnezyum Alaşımları. Mukavemet, ağırlık oranı düşünülürse Mg-Döküm alaşımları Al-Döküm alaşımlarından daha avantajlıdır. Magnezyum plastik şekil verme alaşımları aşağıdaki hususlar nedeni ile tercihli olarak kullanılırlar: Rijitlikten bir şey kaybetmeksizin ağırlıktan kazanmak için Verilen bir ağırlığı geçmeksizin rijitliği yükseltmek için. Magnezyum alaşımlarının bir diğer avantajı, işlenebilme kabiliyetinin yüksek olmasıdır. Ancak bunları işlerken yangın tehlikesi vardır. Elektriği az, ısıyı çok iyi iletirler, korozyona dayanıklılığı çeliklere benzer. Belli başlı magnezyum alaşımları; Al-Mg-Zn (%6 Al, %3 Zn, %0,15 Mg) şeklindedir.

44 Magnezyumun pratikte kullanım yerleri, Mg, Al ve Zn alaşımları için önemli bir alaşım elemanıdır. Ca-Ni alaşımında deoksidan olarak kullanılırlar. Endüstride çok kullanım alanı bulan nodüler grafitli dökme demir Mg ilavesi ile gerçekleşir. Yeraltındaki boru hatları, tanklar v.s. lerin korozyona karşı korunması için Mg kullanılır. Mg çözünür esas eleman korunmuş olur. Konstrüksiyon elemanı olarak Mg alaşımlarının uygulaması oldukça geniştir. Uçaklardaki çeşitli aksesuarların yapımı, mazı motor parçaları, iniş takımları Mg alaşımlarından imal edilmektedir. Hafifliğin arandığı her yerde kullanılır.

45 Titanyum ve Titanyum Alaşımları Titanyum 1668 oC lik ergime sıcaklığı ve düşük yoğunluğu ile son yıllarda konstrüksüyon malzemelerinde önemli oranlarda kullanılır olmuştur. Paslanmaz çeliklere eşit hatta daha iyi korozyon direncine sahiptir. Ergitme ve dökmede güçlükler çıkardığından genelde plastik şekil verme ile parça imalatına uygundur. Titanyumun diğer metallere benzemeyen ilginç özellikleri vardır. Tokluğu sıcaklıkla değişmez, % 60-70 civarında uzama gösterir, % 90 ‘a kadar soğuk olarak deforme edilebilir. Mekanik özellikleri tane büyüklüğüne ve şekline çok az bağlıdır. Titanyum alaşımlarına O, N gibi elementlerden az oranda ilave edilse bile mukavemet önemli derecede artırılmaktadır. Titanyum alaşımları genelde Mn, Fe, Cr, N ve Cu olabilmektedir.

46 Metallerin Mekanik Özelliklerini değiştirmek İçin Uygulanan İşlemler Metallerin mekanik özellikleri büyük ölçüde iç yapıya bağlıdır. İç yapıları değiştirmek suretiyle sertlik, mukavemet süneklik uygulama amacına göre ayarlanabilir. Örneğin yumuşak olan bir orta karbonlu çeliğe kolayca şekil verilir, sonra su vererek çok sert hale getirilir ve aşınma direnci çok arttırılır. İç yapıda değiştirilmesi mümkün yapısal faktörler tanelerin büyüklüğü ve biçimi, bileşimi, fazların türü ve dağılış biçimleridir. Uygulamada belirli bir yükü mümkün olduğu kadar az malzeme ile taşımak hem hafiflik hem de maliyet yönünden önemlidir. Bu nedenle daima elde mevcut malzemelerin mukavemetini arttırmak yoluna gidilmiştir.

47 İç yapıları değiştirmek için uygulanan işlemler Alaşımlandırma Tane büyüklüğünü değiştirme Soğuk şekil verme Isıl işlemler

48 Alaşımlandırma Arı metaller yumuşak düşük mukavemetli kolay şekil değiştirirler. Bununla beraber -ısıl ve elektriksel iletkenlikleri yüksek -korozyona daha dayanıklı olduklarından önemli uygulama alanlarına sahiptirler.

49 Arı metallere katılan alaşım elemanları özellikleri önemli ölçüde değiştirir, -ısıl ve elektriksel iletkenlik azalır, -dislokasyonların hareketi zorlaşır, -sertlik ve mukavemet artar -süneklik azalır

50 Tane Büyüklüğünü Değiştirme Metallerde tane büyüklüğü azaldıkça birim hacimdeki tane sınırı alanı artar.Metallerde tane büyüklüğü azaldıkça birim hacimdeki tane sınırı alanı artar. Tek kristalden oluşan demirin akma sınırı 28 N/mm2 olmasına karşın ortalama tane çapı 0,02 mm olan çok kristalli normal bir demirin akma sınırı 200 N/mm2 düzeyindedir Tek kristalden oluşan demirin akma sınırı 28 N/mm2 olmasına karşın ortalama tane çapı 0,02 mm olan çok kristalli normal bir demirin akma sınırı 200 N/mm2 düzeyindedir.

51 Metallerde katılaşma süresindeki soğuma hızı tane büyüklüğünü etkiler. Yüksek sıcaklıkta oluşan yeni kristallerin çekirdeklenme hızı düşük, fakat yayınım, dolayısıyla büyüme hızı yüksektir. Düşük sıcaklıkta ise çekirdeklenme hızı yüksek, fakat büyüme hızı düşüktür. Buna göre faz dönüşümü sıcaklığı üstündeki bir metalde hızlı soğuma sürecinde çekirdeklenme daha düşük sıcaklıklara kalacağı için tane sayısı çok fakat boyutları küçük olur ve sonuçta ince taneli yapı elde edilir. Yavaş soğumada az sayıda fakat büyük taneler oluşur ve dolayısıyla kaba taneli yapı meydana gelir. Yüksek sıcaklıktaki bir metal soğurken faz dönüşümü söz konusu değilse soğuma hızı tane büyüklüğünü etkilemez. Tane büyüklüğünü ayarlamak için uygulanan diğer bir yöntemde metale önce soğuk şekil verilir, sonra yeniden kristalleşme sıcaklığının üstünde ısıtılır. Bu ince taneli yapı ısıtılmaya devam edilirse taneler büyüyerek kaba taneli yapıya dönüşür, sertliği çok azalır.

52 Soğuk Şekil Verme Metallerin plastik şekil değiştirme süresinde pekleştiği, dolayısıyla sertlik ve mukavemetinin arttığı, sünekliğin ise azaldığı görülür. Atomlar denge konumundan ayrıldığı ve iç yapı kusurları arttığı için sistemin enerjisi yükselir. Pekleşme özelliği kafes yapı türüne bağlıdır.

53 Soğuk Şekil Verme Dövme Haddeleme

54 Dövme Metallere plastik şekil vermede kullanılır en eski metotdur. El çekici ile metale vurma esasına dayanır. Bunu için metal, vurma altında kolayca şekil değiştirebileceği bir sıcaklığa ısıtılır ve müteakiben bir el çekici ile dövülerek şekillendirilir., Bu ilkel yöntem gelişerek daha sonra makineli çekiçlerin ve daha sonra basma preslerinin ortaya çıkması şeklinde olmuştur. Makineli çekiçlerde (şahmerdan) düz yüzeyli örsler yerine kalıplar kullanılması ile krank mili gibi karmaşık şekilli parçaların kalıpla dövülmesi usulü ile süratle ve ekonomik olarak dövülebilmeleri mümkün olmaktadır. Diğer bir dövme usulü ise presle basma dır. Burada sıcak metal şekil verecek olan kuvvet makineli çekiç gibi bir birini takip eden darbeler yerine hidrolik basınç vasıtası ile yavaş yavaş tatbik edilir. Bu yöntem daha çok millere ve diğer kalın kesitli parçalara şekil vermek için elverişlidir. Çünkü presleme etkisi yüzeyden içeri doğru çok daha büyük derinliklere nüfuz eder.

55 Haddeleme Haddeleme ile çeliği şekillendirme metodu esas olarak malzemeyi aksi istikamette fakat aynı çevre hızı ile dönen iki merdane arasından geçirmekten ibarettir. Haddeleme Yöntemi; metallere plastik şekil vermede daima en önemli yeri işgal etmiştir. Haddeleme, çeliğe üniform kesitli, uzun şekiller vermekte yalnız en ekonomik usül olmakla kalmayıp, pek çok çeşitli mamülün yapılmasında kullanılabilecek yegane yöntemdir. Uygulama sahası; kurşun alaşımlarından paslanmaz çeliğe; 60 cm kalınlığındaki ürünlerden kağıt inceliğindeki şeritlere, kütüklerden soğuk haddelenmiş saç levhalara kadar yaygın ve değişiktir.. Merdaneler arasındaki mesafe haddelenecek malzemenin yüksekliğinden biraz daha az olacak şekilde ayarlanır. Merdaneler parçayı kavrar ve ezme miktarına orantılı olarak malzeme kesiti küçülmüş ve boyca artmış olarak merdaneler arasından çıkar. Malzemenin merdaneler arasından her geçişine paso denir. Paso başına ezme miktarı haddelenen metalin plastikliğine, merdanelerin kavrama açısına, mukavemetine ve haddenin motor gücüne bağlıdır.

56 Ezme miktarı ve parçanın genişliği, haddeden çıkan malzemenin yana doğru yayılma miktarına etki eder. Haddelemede, kavrama açısı çoğu zaman paso başına ezme miktarını sınırlayan en önemli faktördür (Şekil 38). Genel olarak çelik haddelendikçe daha yoğun ve pek bir hale gelir Kavrama Açısı

57 Isıl İşlemler -Metallerde dengeli soğuma süresinde oluşan yapılar kararlı olup belirli özelliklere sahiptirler. -Kontrollü ısıtma ve soğutma işlemleri ile sağlanan aşırı koşullar altında (çok hızlı soğutma gibi) denge hali faz dönüşümleri kısmen veya tamamen önlenebilir ve bazı denge dışı yarı kararlı fazlar üstün özelliklere sahip olabilirler.

58 Bu ilkelere dayanarak endüstride çeşitli ısıl işlemler geliştirilmiştir. -Çeliklere uygulanan su verme sertleşmesi -Bazı alüminyum alaşımlarına uygulanan çökelme veya yaşlanma sertleşmesi bunlara örnektir.

59 Su Verme Sertleşmesi Su vererek sertleştirmede ısı iletkenliği iyi olan su veya sulu çözeltiler; yağlar, sabunlu su, erimiş tuzlar, metaller hava soğutma maddesi olarak kullanılır. Pratikte en çok kullanılan soğutma maddesi su ve yağdır. Soğuma hızının artması ile de; soğuma ile oluşan tane yapısı, daha ince taneler den oluşur. Tanelerin ince olması da sertliği önemli derecede artırır.

60 Yaşlandırma (Çökelme) Sertleşmesi Bir bileşiğin çökeltilmesi esasına dayanır. Hemen her metal, uygun seçilmiş bir alaşım elemanının ilavesinden sonra çökelme yolu ile sertleştirilebilir. Çökeltme yolu ile sertleştirme üç temel esasa dayanır; Bileşim seçimi, Eritme çözme işlemi, Çökeltme işlemi Eritme işleminde alaşım elementi, aşırı tane büyümesine ve bileşenlerden birisinin ergimesine sebep olmayacak derecede, yüksek bir sıcaklıkta eritilir. Bu sıcaklıkta 1 saatin kesrinden 1 güne kadar tutulur (erimenin tam olabilmesi için). Çökelme işleminde ise, tam erime için yeterli sürenin sonunda, su verilmek suretiyle ani olarak oda sıcaklığına takiben, alaşım ortalama bir sıcaklığa ısıtılarak çökelmenin çok uzun olmayan bir sürede oluşması sağlanır. Genel olarak sertlik, çökelme sırasında belirli bir sıcaklık için maksimuma yükselir ve sonra aşırı bir yaşlanma neticesi azalır. Yüksek sıcaklıkta uygulanan yaşlandırma olayında maksimum sertlik daha kısa zamanda meydana gelmektedir; ancak sertlik düşük sıcaklıkta bekletilene kıyasla daha düşüktür.