Demirli metaller üstünlükleri, mekanik özelliklerinin çeşitliliği ve düşük maliyetleri nedeniyle mühendislik endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yine de demir dışı metaller, genel olarak yüksek maliyetlerine rağmen, demir alaşımlarına kıyasla belirli özellikleri nedeniyle çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu alaşımlarda istenilen mekanik özellikler işlenerek sertleştirme, yaşlandırma sertleştirmesi vb. yöntemlerle elde edilebilir, ancak demirli alaşımlar için kullanılan normal ısıl işlem süreçleriyle elde edilemez. İlgi duyulan başlıca demir dışı malzemelerden bazıları alüminyum, bakır, çinko ve magnezyumdur.
1. Alüminyum
Tüm demir dışı alaşımlar arasında alüminyum ve alaşımları mükemmel özelliklerinden dolayı en önemlileridir. Mühendislik endüstrisinde kullanıldığı saf alüminyumun bazı özellikleri şunlardır:
- 1) Mükemmel termal iletkenlik (0,53 cal/cm/C)
- 2) Mükemmel elektrik iletkenliği (376 600/ohm/cm)
- 3) Düşük kütle yoğunluğu (2,7 g/cm3)
- 4) Düşük erime noktası (658C)
- 5) Mükemmel korozyon direnci
- 6) Toksik değildir.
- 7) En yüksek yansıtma oranlarından birine (%85 ila 95) ve çok düşük emisyon oranına (%4 ila 5) sahiptir.
- 8) Çok yumuşak ve sünektir, bunun sonucunda çok iyi imalat özelliklerine sahiptir.
Saf alüminyumun genel olarak kullanıldığı uygulamalardan bazıları elektrik iletkenleri, radyatör kanatçıkları malzemeleri, klima üniteleri, optik ve ışık reflektörleri ile folyo ve ambalaj malzemeleridir.
Yukarıdaki yararlı uygulamalara rağmen saf alüminyum, aşağıdaki sorunlardan dolayı yaygın olarak kullanılmamaktadır:
- 1) Çekme mukavemeti (65 MPa) ve sertliği (20 BHN) düşüktür.
- 2. Kaynak veya lehim yapmak çok zordur.
Alüminyumun mekanik özellikleri alaşımlama yoluyla önemli ölçüde geliştirilebilir. Kullanılan başlıca alaşım elementleri bakır, manganez, silikon, nikel ve çinkodur.
Alüminyum ve bakır, CuAl2 kimyasal bileşiğini oluşturur. 548 C'nin üzerindeki sıcaklıklarda sıvı alüminyumda tamamen çözünür. Bu söndürüldüğünde ve yapay olarak yaşlandırıldığında (100 - 150°C'de uzun süreli tutma), sertleştirilmiş bir alaşım elde edilir. Yaşlanmayan CuAl2'nin katı alüminyum ve bakır çözeltisinden çökelmeye zamanı yoktur ve bu nedenle kararsız bir konumdadır (oda sıcaklığında aşırı doymuş). Yaşlandırma süreci çok ince CuAl2 parçacıklarını çökeltir ve bu da alaşımın güçlenmesine neden olur. Bu işleme çözelti sertleşmesi denir.
Kullanılan diğer alaşım elementleri %7'ye kadar magnezyum, %1,5'e kadar manganez, %13'e kadar silikon, %2'ye kadar nikel, %5'e kadar çinko ve %1,5'e kadar demirdir. Bunların yanı sıra titanyum, krom ve columbium da küçük oranlarda eklenebilmektedir. Kokil kalıplama ve basınçlı dökümde kullanılan bazı tipik alüminyum alaşımlarının bileşimi, uygulamalarıyla birlikte Tablo 2.10'da verilmektedir. Bu malzemelerin kalıcı kalıp veya basınçlı döküm kullanılarak döküldükten sonra beklenen mekanik özellikleri Tablo 2.1'de gösterilmektedir.
2. Bakır
Alüminyuma benzer şekilde saf bakır da aşağıdaki özelliklerinden dolayı geniş uygulama alanı bulur:
- 1) Saf bakırın elektrik iletkenliği en saf haliyle yüksektir (5,8 x 105 /ohm/cm). Herhangi bir küçük yabancı madde iletkenliği büyük ölçüde azaltır. Örneğin %0,1 fosfor iletkenliği %40 azaltır.
- 2) Çok yüksek ısı iletkenliğine sahiptir (0,92 cal/cm/C)
- 3) Ağır bir metaldir (özgül ağırlığı 8,93)
- 4) Lehimleme ile kolayca birleştirilebilir
- 5) Korozyona karşı dayanıklıdır,
- 6) Hoş bir renge sahiptir.
Saf bakır, elektrik teli, baralar, iletim kabloları, buzdolabı boruları ve borularının imalatında kullanılır.
Bakırın en saf halindeki mekanik özellikleri pek iyi değildir. Yumuşak ve nispeten zayıftır. Mekanik özellikleri iyileştirmek için karlı bir şekilde alaşımlanabilir. Kullanılan ana alaşım elementleri çinko, kalay, kurşun ve fosfordur.
Bakır ve çinko alaşımlarına pirinç denir. %39'a varan çinko içeriğiyle bakır, tek fazlı (α-fazlı) bir yapı oluşturur. Bu tür alaşımlar yüksek sünekliğe sahiptir. Alaşımın rengi %20 çinko içeriğine kadar kırmızı kalır, bunun ötesinde sarıya döner. β-fazı adı verilen ikinci bir yapısal bileşen çinkonun %39 ila 46'sı arasında görünür. Artan sertliğin sorumlusu aslında metaller arası bileşik CuZn'dir. Az miktarda manganez ve nikel eklendiğinde pirincin mukavemeti daha da artar.
Bakırın kalay ile alaşımlarına bronz denir. Bronzun sertliği ve mukavemeti, kalay içeriğindeki kıvrımla birlikte artar. Kalay yüzdesinin 5'in üzerine çıkmasıyla süneklik de azalır. Alüminyum da eklendiğinde (%4 ila 11), ortaya çıkan alaşım, oldukça yüksek korozyon direncine sahip olan alüminyum bronz olarak adlandırılır. Pahalı bir metal olan kalay varlığından dolayı bronzlar pirinçlere göre nispeten maliyetlidir.
3. Diğer Demir Dışı Metaller
Çinko
Çinko, düşük erime sıcaklığı (419,4 C) ve çinkonun saflığıyla artan daha yüksek korozyon direnci nedeniyle esas olarak mühendislikte kullanılır. Korozyon direnci, yüzeyde koruyucu bir oksit kaplamanın oluşmasından kaynaklanır. Çinkonun başlıca uygulamaları çeliği korozyondan korumak için galvanizleme, baskı endüstrisi ve basınçlı dökümdür.
Çinkonun dezavantajları, deforme koşullar altında sergilenen güçlü anizotropi, yaşlanma koşulları altında boyutsal stabilitenin olmaması, düşük sıcaklıklarda darbe dayanımının azalması ve tanecikler arası korozyona yatkınlığıdır. Çekme mukavemetinde ve sertlikte önemli azalmaya neden olacağından 95°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda servis için kullanılamaz.
Basınçlı dökümlerde yaygın kullanımı, daha düşük basınç gerektirmesi ve diğer basınçlı döküm alaşımlarına kıyasla daha yüksek kalıp ömrüne yol açmasıdır. Ayrıca çok iyi işlenebilirliğe sahiptir. Çinko pres döküm ile elde edilen son kat, ayırma düzleminde mevcut olan çapakların ortadan kaldırılması haricinde herhangi bir ileri işlemeyi garanti etmek için genellikle yeterlidir.
Magnezyum
Hafiflikleri ve iyi mekanik dayanımları nedeniyle magnezyum alaşımları çok yüksek hızlarda kullanılır. Aynı sertlik için magnezyum alaşımları, C25 çeliğinin ağırlığının yalnızca %37,2'sini gerektirir, böylece ağırlıktan tasarruf edilir. Kullanılan iki ana alaşım elementi alüminyum ve çinkodur. Magnezyum alaşımları kum döküm, kalıcı kalıba döküm veya basınçlı döküm olabilir. Kum döküm magnezyum alaşımlı bileşenlerin özellikleri, kalıcı kalıba döküm veya basınçlı döküm bileşenlerinin özellikleriyle karşılaştırılabilir. Basınçlı döküm alaşımları genel olarak yüksek bakır içeriğine sahiptir, böylece maliyetleri azaltmak için ikincil metallerden yapılmalarına olanak sağlanır. Otomobil tekerlekleri, krank kasaları vb. yapımında kullanılırlar. İçerik ne kadar yüksek olursa, haddelenmiş ve dövme bileşenler gibi magnezyumla işlenmiş alaşımların mekanik mukavemeti de o kadar yüksek olur. Magnezyum alaşımları geleneksel kaynak işlemlerinin çoğuyla kolaylıkla kaynaklanabilir. Magnezyum alaşımlarının çok kullanışlı bir özelliği, yüksek işlenebilirlikleridir. Düşük karbonlu çeliğe kıyasla işleme için yalnızca yaklaşık %15 güce ihtiyaç duyarlar.
Gönderim zamanı: 18 Aralık 2020