T.C. ADNAN MENDERES ÜNÝVERSÝTESÝ AYDIN MESLEK YÜKSEKOKULU
DEÐÝÞÝMÝN GELECEÐÝ
AYMYO YAYINLARI DERS NOTU NO: 00
MALZEME BÝLGÝSÝ Hazýrlayan Öðr. Gör. Serap KARAGÖZ Makine Resim Konstrüksiyon Programý
Aydýn – 2008
1
ÝÇÝNDEKÝLER KONU
Sayfa No
ÖNSÖZ …………………………………………………………………… 7 1. MALZEME BÝLGÝSÝ ……………………………………………… 8 1.1. TANIMLAR ………………………………………………………..……… 8 1.2. MALZEMELERÝN SINIFLANDIRILMASI .............…………….. 8 1.2.1. Metaller …………………………………………………………... 8 1.2.2. Seramikler ………………………………………………………... 8 1.2.3. Polimerler ………………………………………………………… 8 1.2.4. Kompozitler ……………………………………………………… 9 1.3. MALZEME SEÇÝMÝ ……………………………………………………. 9 1.3.1. Maddenin Ýç Yapýsý ……………………………………………………… 9 1.3.1.1. Atomlar Arasý Baðlar ……………………………………………………….. 9 1.3.1.2. Atomlarýn Diziliþleri ………………………………………………………..... 12 1.3.2. Malzeme Özellikleri ……………………………………………………… 14 1.3.3. Ýmalat Ýþlemleri …………………………………………………………… 14 1.4. ALAÞIMLAR …………………………………………………………........ 14 1.4.1. Katý Eriyikler (Tek Fazlý Alaþýmlar) ………………………………… 14 1.4.2. Ötektikler (Çift Fazlý Alaþýmlar) ……………………………………... 15 1.5. ATOMÝK DÝFÜZYON …………………………………………………. 16 1.6. ERGÝME – KATILAÞMA ……………………………………………... 17 1.7. ALLOTROPÝ – FAZ DÖNÜÞÜMÜ …………………………………. 18 2. DEMÝR …………………………………………………………………….. 19 2.1. DEMÝR FÝLÝZLERÝ ……………………………………………………... 19 2.1.1. Hematit …………………………………………………………… 19 2.1.2. Magnetit ………………………………………………………….. 19 2.1.5. Pirit ……………………………………………………………….. 19 2.1.4. Siderit …………………………………………………………….. 19 2.1.3. Limonit …………………………………………………………… 19 2.2. YÜKSEK FIRINDA HAMDEMÝRÝN ÜRETÝLMESÝ ………….. 20 2.3. YÜKSEK FIRINDAN ELDE EDÝLEN ÜRÜNLER ……………... 21 2.3.1. Hamdemir ………………………………………………………… 21 2.3.2. Yüksek Fýrýn Gazý ……………………………………………….. 21 2.3.3. Curuf ……………………………………………………………… 21 3. DÖKMEDEMÝR ………………………………………………………. 23 3.1. DÖKMEDEMÝR ÜRETÝMÝ …………………………………………… 24 3.2. ÝÇ YAPI VE GRAFÝT OLUÞUMU ………………………………….. 25 3.3. KATILAÞMA ÞEKÝLLERÝ …………………………………………… 25 3.4. DÖKÜM MALZEMELERDE ARANILAN ÖZELLÝKLER …. 25 3.5. DÖKMEDEMÝR ÇEÞÝTLERÝ ………………………………………... 25 3.5.1. Dökme Çelik ……………………………………………………... 26 3.5.2. Lamel Grafitli Dökmedemir ........................................................ 26 3.5.3. Küresel Grafitli Dökmedemir ………………………………….. 26
2
KONU Sayfa No 3.5.4. Temper Dökmedemir …………………………………………… 26 3.5.4.1. Temper Dökmedemir Üretimi ……………………………………………… 26 3.5.4.2. Temper Dökmedemirlerin Kullaným Alaný ………………………………. 27 3.5.5. Özel Dökmedemirler (Alaþýmlý Dökmedemirler) …………….. 27 4. ÇELÝK ……………………………………………………………………. 28 4.1. ÇELÝK ÜRETÝMÝ …………………………………………...................... 28 4.1.1. Bessemer-Thomas Yöntemi ………………………………………........ 28 4.1.2. Siemens-Martin Yöntemi ………………………………………………. 29 4.1.3. Oksijen Üfleme Yöntemi ……………………………………………….. 29 4.1.4. Elektro-Çelik Yöntemi ………………………………………………….. 30 4.2. Çeliklerin Sýnýflandýrýlmasý ……………………………………………. 30 4.2.1. Üretim Yöntemine Göre ………………………………………............... 30 4.2.2. Kullanma Alanlarýna Göre …………………………………………….. 30 4.2.3. Kimyasal Bileþimine Göre ……………………………………………… 31 4.2.4. Kaliteye Göre …… ………………………………………………………. 31 4.2.5. Sertleþtirme Ortamlarýna Göre ………………………………………. 31 4.3. KATKI ELEMANLARININ ÇELÝÐE KAZANDIRDIÐI GENEL ÖZELLÝKLER ………………………………………… 31 4.4. ÇELÝKTE KATKI ELEMANLARI ………………………………… 31 4.4.1. Karbon …………………………………………………………… 31 4.4.2. Silisyum …………………………………………………………... 31 4.4.3. Manganez ………………………………………………………… 31 4.4.4. Fosfor ……………………………………………………………... 32 4.4.5. Kükürt ……………………………………………………………. 32 4.4.6. Oksijen ……………………………………………………………. 32 4.4.7. Azot ……………………………………………………………….. 32 4.4.8. Hidrojen ………………………………………………………….. 32 4.4.9. Bakýr ……………………………………………………………… 32 4.4.10. Krom ……………………………………………………………… 32 4.4.11. Nikel ……………………………………………………………… 32 4.4.12. Wolfram ………………………………………………………….. 32 4.4.13. Molibden …………………………………………………………. 32 4.4.14. Vanadyum ………………………………………………………... 33 4.4.15. Kobalt …………………………………………………………….. 33 4.4.16. Alüminyum ………………………………………………………. 33 4.5. ÇELÝK STANDARDLARI ……………………………………………. 34 4.5.1. Çelik Ve Demir-Karbon Alaþýmlarýnýn Sýnýflandýrýlmasý ……… 34 4.5.2. Çelik Ve Demir-Karbon Alaþýmlarýnýn Eritme Ve Isýl Ýþlemleri 34 4.5.3. Alaþýmsýz Ve Alaþýmlý Çeliklerin Sembol Sayýlarý ……………….. 35 4.5.4. Çeliklerin Genel Sembol Sayýlarý Ýle Gösterilmesi ………………. 35 4.5.5. Çeliklerde Garanti Edilen Özelliklerin Tanýtma Sayýlarý ……… 36 4.5.6. Demir – Karbon Malzemelerin Kýsa Gösterilme Þekilleri ……. 41
4.5.6.1. Kütle Çeliði ………………………………………………………………….. 41
3
KONU Sayfa No 4.5.6.2. Kalite Çelikleri ……………………………………………………………… 42 4.5.6.3. Otomat Çelikleri ……………………………………………………………. 42 4.5.6.4. Alaþýmlý Kalite Çelikleri ……………………………………………………. 43 4.5.6.5. Alaþýmsýz Asal Çelikler – Takým Çelikleri ………………………………… 43 4.5.6.6. Alaþýmsýz Asal Çelikler – Makine Yapý Çelikleri ……………………….... 44 4.5.6.7. Az Alaþýmlý Asal Çelikler …………………………………………………... 44 4.5.6.8. Yüksek Alaþýmlý Asal Çelikler ……………………………………………... 45 4.5.6.9. Dökme Çelikler ……………………………………………………………… 46 4.5.6.10. Lamel Grafitli Dökmedemirler …………………………………………….. 46 4.5.6.11. Küresel Grafitli Dökmedemirler …………………………………………… 46 5. ÇELÝKLERÝN ISIL ÝÞLEMLERÝ …………………………….. 47 5.1. TANIMLAR ………………………………………………………………. 47 5.2. ISIL ÝÞLEMLERÝN AMAÇLARI ………………………………….. 48 5.3. DEMÝR-SEMENTÝT DENGE DÝYAGRAMI …………………….. 48 6. TAVLAMA ……………………………………………………………… 53 6.1. TAVLAMA ÇEÞÝTLERÝ ………………………………………………. 53 6.1.1. Normalleþtirme Tavý …………………………………………………….. 53 6.1.2. Yumuþatma Tavý …………………………………………………………. 54 6.1.3 Gerilme Giderme Tavý (Temperleme) ………………………………. 54 6.1.3.2. Islah Etme ……………………………………………………………………. 55 6.1.3.1. Meneviþleme …………………………………………………………………. 55 6.1.4. Difüzyon Tavý ……………………………………………………………… 55 6.1.5. Yeniden Kristalleþtirme Tavý ………………………………………….. 55 7. SERTLEÞTÝRME ……………………………………………………. 56 7.1. ÇELÝKLERÝN SERTLEÞTÝRÝLMESÝ …………………………….. 56 7.2. SERTLEÞTÝRME ÝÞLEMÝNÝN AÞAMALARI ………………….. 57 7.2.1. Ön Isýtma …………………………………………………………………… 57 7.2.2. Austenite Dönüþtürme …………………………………………………... 57 7.2.3. Bekletme – Isý Emdirme ………………………………………………... 57 7.2.4. Sertleþtirme- Martenzite Dönüþtürme ……………………………… 57 7.3. SU VERME ………………………………………………………………... 58 7.3.1. Su Vermede Kullanýlan Sývýlar ……………………………………….. 59 7.3.1.1. Su ………………………………………………………………....................... 59 7.3.1.2. Tuzlu Su ………………………………………………………………............ 59 7.3.1.3. Özel Bileþikler ………………………………………………………………... 59 7.3.1.4. Yaðlar ………………………………………………………………................ 59 7.3.1.5. Ergimiþ Tuz ve Metal Banyolarý ……………………………………………. 59 7.4. YÜZEY SERTLEÞTÝRME ……………………………………………. 59 7.4.1. Yüzeyin Kimyasal Bileþimini Deðiþtirerek Yapýlan Yüzey Sertleþtirme ………………………………………………………. 59 7.4.1.1. Sementasyon …………………………………………………………………. 60 7.4.1.2. Nitrürasyon …………………………………………………………………… 61
7.4.2. Yüzeyin Kimyasal Bileþimini Deðiþtirmeden Yapýlan Yüzey Sertleþtirme (Isý Birikimi Ýle yüzey Sertleþtirme) ........................... 61 7.4.2.1. Alevle Yüzey Sertleþtirme …………………………………………………... 61 7.4.2.2. Endüksiyon Akýmý Ýle Yüzey Sertleþtirme ………………………………… 61
4
KONU Sayfa No 8. KOROZYON ….………………………………………………………... 62 8.1. KOROZYON ÇEÞÝTLERÝ ……………………………………………. 62 8.1.1. Kimyasal Korozyon ……………………………………………………… 62 8.1.2. Elektrokimyasal Korozyon …………………………………………….. 62 8.1.2.1. Deðme Yoluyla Korozyon …………………………………………………… 62 8.1.2.2. Kendi Kendine Korozyon …………………………………………………… 62 8.1.2.3. Dýþ Akýmlardan Doðan Korozyon …………………………………………... 63 63 8.1.2.4. Kristaller Arasý Korozyon …………………………………………………… 8.2. KOROZYONDAN KORUNMA ……………………………………... 63 8.2.1. Alaþým Yaparak Korozyondan Koruma ……………………………. 63 8.2.2. Korozyona Neden Olan Cisimleri Uzaklaþtýrmak ……………….. 63 8.2.3. Katodik Koruma …………………………………………………………. 63 8.2.4. Kaplama Ýle Koruma …………………………………………………… 63 8.2.4.1. Madensel Koruyucu Örtüler ……………………………………………….. 64 8.2.4.2. Organik Koruyucu Örtüler ………………………………………………… 64 8.2.4.3. Ýnorganik Koruyucu Örtüler ………………………………………………. 64 9. DEMÝR OLMAYAN METALLER ……………………............ 65 9.1. BAKIR ………………………………………………………………………. 65 9.1.1. Bakýr Alaþýmlarý ………………………………………………………….. 65 9.1.1.1. Dökme Bakýr Alaþýmlarý .…………………………………………………… 66 9.1.1.2. Dövme Bakýr Alaþýmlarý .…………………………………………………… 66 9.2. ALÜMÝNYUM ……………………………………………………………. 67 9.2.1. Alüminyum Alaþýmlarý .………………………………………………… 67 9.2.1.1. Dökme Alüminyum Alaþýmlarý ……………………………………………... 67 9.2.1.2. Dövme Alüminyum Alaþýmlarý ……………………………………………... 67 9.3. ÇÝNKO ……………………………………………………………………… 68 9.3.1. Çinko Alaþýmlarý …………………………………………………………. 68 9.4. NÝKEL ……………………………………………………………………… 68 9.4.1. Nikel Alaþýmlarý …………………………………………………………... 68 9.5. KALAY …………………………………………………………………….. 69 9.6. KURÞUN …………………………………………………………………… 69 9.7. KROM ……………………………………………………………………..... 69 9.8. WOLFRAM ……………………………………………………………….. 69 9.9. MOLÝBDEN ………………………………………………………............. 70 9.10. VANADYUM ……………………………………………………………… 70 9.11. KOBALT …………………………………………………………………… 70 9.12. KADMÝYUM ……………………………………………………………… 71 9.13. BÝZMUT ……………………………………………………………………. 71 9.14. MAGNEZYUM …………………………………………………………... 71 9.15. TÝTAN ….…………………………………………………………………… 71 9.16. SOY METALLER ……………………………………………………….. 71 9.16.1. Platin ….…………………………………………………………………….. 71
9.16.2. Altýn ……………………………………………………………… 72 9.16.3. Gümüþ ……………………………………………………………. 72
5
KONU Sayfa No 10. PLASTÝKLER …………………………………………………………. 73 10.1. PLASTÝKLERÝN GENEL ÖZELLÝKLERÝ ……………………… 73 10.2. PLASTÝKLERÝN ÜRETÝMÝ ………………………………………….. 74 10.3. PLASTÝKLERÝN SINIFLANDIRILMASI ………………………... 75 11. KOMPOZÝTLER …………………………………………………….. 77 11.1. KOMPOZÝTLERÝN SINIFLANDIRILMASI …………………….. 77 11.1.1. Tanecik Takviyeli Kompozitler ………………………………… 77 11.1.2. Lif Takviyeli Kompozitler ………………………………………. 78 11.1.3. Tabakalý Malzemeler ………….………………………………… 78 11.2. KOMPOZÝTLERÝN YAPISI ………………………………………….. 78 11.3. KOMPOZÝTLER MALZEMELERÝN AVANTAJLARI ……… 78 12. MALZEME MUAYENESÝ ………………………………………. 79 12.1. MALZEME MUAYENELERÝNÝN SINIFLANDIRILMASI … 79 12.1.1. Þekil Bakýmýndan Muayene …………………………………………… 79 12.1.2. Tip Bakýmýndan Muayene …………………………………………….. 79 12.1.3. Amaç Bakýmýndan Muayene …..……………………………………..... 79 12.2. MALZEME MUAYENE YÖNTEMLERÝ …………………………. 80 12.2.1. Atelye Deneyleri ………………………………………................. 80 12.2.1.1. Görünüþle Belirleme ……………………………………................... 80 12.2.1.2. Ses Deneyi …………………………………….................................. 80 12.2.1.3. Kývýlcým Deneyi …………………………………….......................... 81 12.2.2. Teknolojik Deneyler …………………………………………….. 82 12.2.2.1. Bükme Ve Kýrma Deneyi ..………………………………................... 82 12.2.2.2. Eðme Ve Katlama Deneyi ……………………………………............ 82 12.2.2.3. Derinleþtirme Deneyi ……………………………………................... 83 12.2.2.4. Kaynak Dikiþ Kontrolü ……………………………………............... 83 12.2.2.5. Borularýn Denenmesi …………………………………….................. 83 12.2.2.6. Burma Deneyi ……………………………………............................ 84 12.2.2.7. Darbeli Bükme Deneyi ……………………………………................ 84 12.2.3. Mekanik Deneyler ……………………………………………….. 84 12.2.3.1. Çekme Deneyi ……………………………………............................ 84 12.2.3.2. Basma Deneyi ……………………………………............................ 85 12.2.3.3. Kesme Deneyi ……………………………………............................ 85 12.2.3.4. Yorulma…………………………………….................................... 85 12.2.3.5. Sünme ……………………………………...................................... 85 12.2.3.6. Gevþeme …………...……………………………………................... 86 12.2.3.7. Kayma ……………………………………...................................... 86 12.2.3.8. Kýrýlma ……………………………………..................................... 86 12.2.3.9. Aþýnma ……………………………………...................................................... 86
12.2.4. Tahribatsýz Malzeme ……………………………….. 86
Muayenesi
6
KONU Sayfa No 13. TASARIMDA MALZEME SEÇÝMÝ ………………………… 87 13.1. MALZEME SEÇÝMÝNDE UYULMASI GEREKEN KURALLAR ……………………………………………………………… 87 13.1.1. Malzemenin Bulunabilirliði …………………………………………… 87 13.1.2. Fiziksel,Kimyasal, Mekanik Ve Teknolojik Özelikler ………….. 88 13.1.3. Ekonomiklik Deðeri ..……………………………………………………. 88 13.1.4. Korozyon Direnci ………………………………………………………... 88
13.1.5. Üretim Ýþlemlerine Uygunluk ………………………………………… 88 KAYNAKLAR ………………………………………………………… 90
7
ÖNSÖZ Makine Resim Konstrüksiyon Programý öðretim programlarýna genel olarak bakýld ýðýnda, her ders öðrencilerin tasarým becerilerini geliþtirmeye yönelik bütünün bir parçasýd ýr. Makine tasarýmýnda amaç belirli gereksinimi karþýlayan, çalýþan bir sistem oluþturmaktýr. Belirli bir gereksinimi karþýlayacak olan sistem önce düþünce olarak ortaya çýkar. Daha sonra çözüm olabilecek düþünceler kâðýda aktar ýlýr. Yani birinci aþama düþünce, ikinci aþama ise çizimdir. Ancak çizim aþamasýna geçmeden önce çevresel faktörler göz önüne alýnarak bazý koþullar belirlenir. Tasarlanan sistemde koþullarý yerine getirecek parçalar ve biçimleri ile, bu biçimleri oluþturacak imalat yöntemleri dikkate alýnmalýdýr. Sistemlerin iþlevlerini yerine getirebilmeleri ve ekonomik ömürlü çalýþmalar ý önemlidir. Bu da sistemi oluþturan parçalar için uygun malzeme seçmekle mümkün olur. Sonuç olarak bir tasarýmcýnýn malzeme cinsi, çalýþma koþullarý ve imalat yöntemi iliþkileri
konusunda yeterli bilgiye sahip olmasý gereklidir. Öðrencilerin doðru malzeme seçimi yapabilmeleri için gerekli bilgileri edinmeleri amacýyla, Malzeme Bilgisi dersi öðretim programýna alýnmýþtýr. Bu ders notu Aydý n Meslek Yüksekokulu öðrencilerine yönelik olarak hazýrlanmýþtýr. Konular öðretim programýna uygun olarak sýralanmýþ, içyapý ve malzeme özellikleri ile çalýþma koþullar ý iliþkileri göz önüne alýnmýþtýr. Makinecilikte en çok kullanýlan malzemeler ve malzeme seçimi ile ilgili genel bilgilere yer verilmiþtir.
Öðr.Gör.Serap KARAGÖZ AYDIN 2007
8
1. MALZEME BÝLGÝSÝ 1.1. TANIMLAR Malzeme: Bir amacý gerçekleþtirmek için kullanýlan her madde malzeme adýný alýr. Baþka bir ifade ile belirli ön iþlemlerden geçerek insanlarýn ihtiyaçlarýný karþýlayan her maddeye denir. malzeme Maddeler iþlenerek malzemeyi, malzemeler de iþlenerek eþyalar ý meydana getirir. Diþli yapýmýnda kullanýlan çelik, iletken olarak kullanýlan bakýr, uçak endüstrisinde kullanýlan alüminyum, ýsý yalýtýmýnda kullanýlan asbest, inþaatta kullanýlan çimento vb. maddeler bir amaç için kullanýlan malzemelerdir. Atom: Nötron ve protonlardan oluþan bir çekirdek ve çekirdeðin etrafýnda dönen elektronlardan Element: Aynýmaddenin cins atomlardan meydana gelen ve her noktasýnda ayný özellikleri taþýyan saf meydana gelen en küçük birimidir. maddedir. Bileþik: Ýki veya daha fazla elementin kimyasal bir tepkime ile birleþerek oluþturduðu Karýþým: Ýki veya daha fazla elementin homojen veya heterojen olarak karýþt ýrý lmasý maddedir. sonucunda Saf madde: Bütün özellikleri her noktasýnda ayný olan maddedir. Saf madde element, karýþým meydana gelen maddedir. veya bileþik þeklinde olabilir. Organik madde: Genellikle karbonun diðer elementlerle yaptýðý bileþiklerdir. Ýnorganik madde: Genellikle karbon dýþýndaki elementlerin yaptýðý bileþiklerdir.
1.2. MALZEMELERÝN SINIFLANDIRILMASI • • • •
Metaller Seramikler Polimerler Kompozitler
1.2.1. Metaller
Demir, alüminyum, çinko, krom, bakýr, nikel v.b elementler bu guruba girer. Elementler genellikle tek baþlar ýna kullanýlmazlar. Ýki veya daha fazla element karýþtýr ýlýp alaþým yapýlarak kullanýlabilir hale getirilirler. Metaller genel olarak elektrik ve ýsý iletkenliði, dayaným, rijitlik, þekillendirilebilirlik, darbe direnci gibi özelliklere sahiptirler.
1.2.2. Seramikler Kil ve kaolen gibi malzemelerin yüksek sýcaklýkta piþirilmesi ile elde edilen malzemelerdir. Genel olarak metal ve metal olmayan elementlerden oluþan inorganik bileþiklerdir. Cam, tuðla, porselen, taþlar, tuðla gibi malzemeler bu guruba girer. Yapýlar ý kararlý, korozyona ve yüksek sýcaklýklara dayanýklý, sert, kýrýlgan, ýsý ve elektrik yalýtkanlýðý olan, erime sýcaklýklarý yüksek malzemelerdir. Malzeme olarak makine sanayine de giren seramikler, örneð in rulmanlarýn yuvarlanma elemaný yapýmýnda kullanýlmaktad ýr. Hibrid rulman da denilen seramik rulmanlar, çelik rulmanlara göre sertlik, ýsýya dayaným, elastiklik gibi konularda daha üstün özelliklere sahiptir.
1.2.3. Polimerler Polimerler genel olarak plastik ve lastik malzemelerdir. Tarým ve petrol ürünlerinin organik moleküllerinden polimerizasyon iþlemi ile elde edilir. Genel olarak ýsý ve elektrik yalýtkanlýðý, düþük dayaným, korozyon direnci ve hafiflik gibi özelliklere sahiptirler.
9
1.2.4. Kompozitler Kompozitler çok fazlý malzemelerdir. Birbirlerinin zayýf yönlerini yok edecek þekilde
maddeler bir araya getirilerek iyi özellikler kazandýr ýlmýþ bileþiklerdir. Bileþenler gözle görülebilecek niteliktedir. Beton, kontrplak, cam fiber, oto lastiði 1.3. MALZEME SEÇÝMÝ kompozit malzemelerdir. Makine parçalar ýnýn uygun yöntemlerle þekillendirilmeleri ve kendilerinden beklenen sürede görevlerini yapabilmeleri içyapý ve özellikleri ile iliþkilidir. Bir teknik elemanýn Hafif, saðlam, yüksek sýcaklýklara dayanýklý, sert doðru darbelere malzemeyi seçebilmesi için malzemelerin içyapýsý ve özellikleri ile imalat yöntemleri konusunda dayanýmlýdýrlar. bilgi sahibi olmasý gerekir. Yapý, özellik ve þekillendirme biçimi birbirini doðrudan etkileyen üç faktördür. Bir tanesinin deðiþikliði diðer iki faktörü dolayýsýyla sonucu etkiler. Bu nedenle malzeme seçimi bu üç faktör ve iliþkileri göz önüne alýnarak yapýlmalýdýr.
1.3.1. Maddenin Ýç Yapýsý Malzemelerin özelliklerini öðrenmek için atomik yapýyý bilmek gerekir. Do ðada bulunan bütün elementler atomlardan meydana gelmiþtir. Atom çekirdekteki nötron ve protonla, çevredeki elektronlardan oluþur. Bir atomun elektron ve proton sayýlarý eþittir. Eþitlik bozulup, atomun elektron ve proton sayýlar ý farklý olursa iyon adý verilir. Atomda protonlar (+) yüklü ve nötronlar yüksüz (nötr) olup merkezde, elektronlar ise (-) elektrik yüklü olup çekirdek etrafýnda bir yörüngede sonsuz hýzla hareket ederler. Çekirdek merkezdeki güneþ, elektronlarsa güneþin etrafýnda dönen gezegenlere benzetilebilir. Elektronlar çekirdek etrafýnda kabuk (yörünge) olarak adland ýrýlan yerlerinde sonsuz hýzla dönerler. Bir atomda en dýþ kabukta bulunan elektronlara valans elektronlar ý adý verilir. Elektronlarýn diziliþi malzemenin kimyasal özelliklerini, atomlar arasý bað kuvvetini, atom büyüklüðünü, elektrik ve ýsý iletkenliðini, optik özelliklerini ve daha baþka özelliklerini etkilemektedir. Cisimler doðada gaz, sývý ve katý halde bulunurlar. Gazlarda atomlar arasý mesafe çok fazla, atomlar arasý bað kuvveti zayýf olduðundan atomlar serbestçe hareket edebilir ve bu nedenle sýkýþt ýrýlarak hacimleri küçültülebilir. Sývýlarda atomlar arasý mesafe yok denecek kadar azd ýr, ancak aralar ýndaki bað zayýf olduðundan birbirleri ile temas halindeki atomlar serbestçe hareket ederler ve bir þekle sahip olamazlar ve sýkýþtýrýlamazlar. Katý cisimlerde ise durum farklýdýr. Katýlar ýn atomlarý arasýnda kuvvetli bir bað vardýr ve atomlar birbirlerine sýkýca baðlýd ýr. Bu nedenle katýlar belirli bir þekle sahiptir ve bu þekli bozmak için (biçim deðiþikliði saðlayabilmek için) büyük kuvvetler gereklidir. 1.3.1.1. Atomlar Arasý Baðlar Maddelerin atomlar ý arasýnda belirli bir çekim gücü (bað) vardýr. Bu bað malzemelerin dayanýmý, sertlik v.b. özelliklerini belirler. Bað kuvvetleri yüksek ve zayýf olmak üzere iki gurupta toplanabilir. Yüksek kuvvetli baðlar; • Metalik Bað • Ýyonik Bað • Kovalent (Valans) Bað • Zayýf kuvvetli bað ise Van Der Waals Baðýdýr. Atomlar arasý baðý kuvvetli olan maddeler þekillendirmeye dirençli, ergime sýcaklýðý yüksek, ýsýl genleþmesi düþük malzemelerdir.
10
Metalik Bað Metal atomlarýný bir arada tutan bað türüdür. Metal atomlarýn ýn elektronlarý dýþ kabukta maksimum sayýda olmadýðýndan çekirdeðe baðlý olarak kabul edilmezler. Dýþ kabuktaki bu elektronlar (Valans elektronlar ý) metal içerisinde serbestçe hareket ederler ve belirli bir atoma ait deðillerdir. Baþka bir deyiþle, düþük valanslý metal elementler valans elektronlarýný býrakarak bir elektron bulutu oluþtururlar. Serbest hale geçen valans elektronlarý tek bir atomla deðil birçok atomla ilgili olurlar. Çekirdekler (+) yüklü merkezlerdir ve sonsuz sayýdaki (-) yüklü elektronlarla aralar ýnda bir çekim gücü oluþtururlar. Sonsuz sayýdaki + yüklü çekirdekle, sonsuz sayýdaki – yüklü elektronun birbirini çekmesi metalik bað’ý meydana getirir (Þekil 1.1).
Þekil 1.1 Metalik bað (Erdoðan, 1998) Bir metal eðilmeye zorland ýðýnda elektronlarýn durumu nedeniyle atomlar arasý bað kýrýlmaz sadece yer deðiþtirir. Bu da metallerde elastikiyet ve biçimlendirme kolaylýðý sað lar. Metaller elektriði iyi iletirler. Metalik baðlý malzemelerde uygulanan bir gerilim etkisi
alt ýnda valans elektronlarý, hareket tamamlanmasýna dolayýsýyla akýma neden Ýyonik Bað olurlar.
ederek
devrenin
Katý cisimlerde iyonik bað iki ayrý cins atomda valans elektronlarýnýn alýþveriþine baðlý olarak olu þur. Bir atom valans elektronlar ýný vererek diðer atomun dýþ kabuðunu doldurur (Þekil 1.2). Elektron veren element + yük kazanýrken alan element – yük kazanýr. iyon ad ý verilen bu + ve – yüklü atomlar birbirini çeker ve bu çekim gücüne de iyonik bað denir.
Þekil 1.2 Ýyonik bað (Erdoðan, 1998) Ýyonik baðlý yapýya bir kuvvet uygulandýðýnda, metalik baðdaki gibi elektronlar ýn hareket rahatlýðý olmadýðýndan iyonlar arasýndaki elektriksel denge bozulur. Ýyonik bað lý malzemeler genellikle bu nedenle gevrek ve kýrýlgandýrlar. Örneðin seramikler iyonik bað lý malzemelerdir. Bir iyonik baðlý malzemeye gerilim uygulandýðýnda akýmýn akýþýný saðlamak için iyonlarýn hareket etmesi gerekir. Oysa iyonlar ýn hareketi yavaþ olduðundan bu tür malzemelerin genellikle elektrik iletkenliði zayýft ýr.
11
Kovalent Bað Valans baðý da denilen bu bað türünde atomlar valans elektronlarýnýn bazýlarýn ý ortak kullanýrlar. Ortak kullanýlan (-) yüklü elektronlarla (+) yüklü çekirdek arasýnda valans baðý oluþur (Þekil 1.3).
Þekil 1.3 Kovalent bað (Erdoðan, 1998) Bu þekilde baðlý maddeler esnek deðildir ve elektriði iyi iletmezler. Kovalent bað lar çok saðlam bir yapý oluþturur. Baðýn kýrýlmasý için büyük kuvvetler gerekir. Elektrik iletkenliði de zayýft ýr. Çünkü bir elektronun akým taþýyabilmesi için hareket etmesi gerekir. Bað kuvvetli olduðundan bu çok zordur. Örneðin doðadaki en sert malzeme olan elmas kovalent bað lý bir maddedir. Van Der Waals Baðý Asal gazlarda moleküllerinin birbirlerini baðlayabilmesi için serbest elektronlar ý yoktur. Bu tip moleküller ancak çok zayýf bir elektrik yükü ile birbirlerini çekerler. Bu zayýf elektrik yükü de moleküllerdeki + ve – yüklü merkezlerin birbirlerini çekmesine neden olarak bir bað oluþturur ki bu baða Der Waals baðý adý verilir. Birçok plastik, seramik, su gibi maddelerin molekülleri guruplaþarak bazýlarý pozitif, bazý moleküller ise negatif yüklenirler. Bir molekülün pozitif yüklenmiþ kýsmý ile diðer bir molekülün negatif yüklenmiþ kýsmý arasýnda meydana gelen çekim moleküller arasýnda zayýf bir bað oluþturur. Van der Waals baðlar ý ikincil baðlardýr. Molekül içerisindeki atomlar birbirlerine kovalent veya iyonik bað ile baðlanýrlar. Örneðin su kaynama noktasýna kadar ýsýtýlýrsa moleküller arasýndaki Van Der Waals baðý kýrýlýr. Ancak molekülü oluþturan hidrojen ve oksijen atomlar ý arasýndaki kovalent baðý kýrmak için büyük sýcaklýklar gereklidir (Þekil 1.4).
Þekil 1.4 Van Der Waals baðý (Erdoðan, 1998)
12
1.3.1.2. Atomlarýn Diziliþleri
Atomlar kristal, moleküler ve amorf olmak üzere üç farklý diziliþ gösterirler. Kristal Kafes Yapýsý Tüm metallerin, seramik malzemelerin ço ðunluðunun, plastik malzemelerin de bazýlar ýnýn atom ve moleküllerinin, diziliþ þekli ve bulunduklarý konum, düzgün geometrik þekiller meydana getirir. X ýþýnlar ý ile yapýlan araþtýrmalar bu malzemelerde atomlarýn bulunduklarý noktalar ýn birleþtirilmesiyle 14 deðiþik düzgün geometrik þekle sahip olduklarýn ý göstermiþtir. Bu geometrik yapýya kristal kafes denir. Metallerin oluþturduðu kafes yapýsýna da faz adý verilir (Þekil 1.5).
Þekil 1.5 a) Hacim merkezli kübik kristal kafesine sahip metaller; Demir ( ,ß, ), molibden, wolfram, vanadyum
b)Yüzey merkezli kübik kristal kafesine sahip metaller; Demir , alüminyum, bakýr, nikel, kurþun, gümüþ altýn.c)Hekzagonal sýký dolgulu kristal kafesine sahip metaller; Titan, Magnezyum, kobalt, çinko, kadmiyum. 1-Basit monoklinik 2-Uç merkezli monoklinik 3-Triklinik 4-Hekzagonal 5-Rombohedral 6-Basit orthorombik 7Hacim merkezli orthorombik 8-Uç merkezli orthorombik 9-Yüzey merkezli orthorombik 10-Basit kübik 11-Hacim merkezliKatýlaþma sýrasýnda, her bir kristal yapý kendi karakterine uygun kristal düzenini oluþturur. Her bir birimkübik hücre13-Basit diðerinetetragonal baðlanýr.14-Hacim Bunu bir merkezli aðacýn dallar ýna benzetebiliriz. kübik 12-Yüzey merkezli tetragonal (Baydur, 1979) Bu
yapýya dentrik denir. Dýþarý doðru geliþen dentritler diðerleri ile birleþerek taneleri olu þturur. Birleþen dentrit sýnýrlarýna tane sýnýrlarý ad ý verilir. Yavaþ soðutma ile kaba, hýzlý soðutma ile ince taneli bir yapý oluþur (Ýpek, 1999).
Þekil 1.6 Dentrik oluþumu a) Katýlaþmanýn baþladýðý çekirdek b) dentrik dallanma c) dentrik kollarýn birleþmesi d) taneler ve sýnýrlarý (Ýpek, 1999)
13
Moleküler Yapý Birbirlerine bir kuvvetle baðlý atom gruplar ýna molekül adý verilir. Moleküllerin iç baðlarý kuvvetli ancak moleküller arasý baðlar zayýft ýr. Bu nedenle Van Der Waals baðý olarak da adlandýrýlýrlar. Moleküller arasý baðýn zayýf olmasý moleküllere bir ölçüde serbest hareket yeteneði saðlar. Bu nedenle bu yapýdaki malzemelerin ergime ve kaynama sýcaklýklarý düþüktür ve katý halde bile yumuþaktýrlar. Küçük moleküllere manomer denir. Manomerlerin bir araya gelerek belirli koþullarda baðlanmasý polimerleri meydana getirir. Bu olaya polimerizasyon adý verilir. Polimerlerin bir diðer ve yaygýn olarak bilinen ismi plastiklerdir.
Þekil 1.7 Moleküler yapý (Erdoðan, 1999) Amorf Yapý Kristal yapýda olduðu gibi düzenli dizilmiþ bir yapýsý olmayan atomlardan oluþan yapýya amorf yapý denir. Gazlar, sývýlar, hýzlý soðumuþ metaller, cam v.b. malzemeler bu yapýdadýr. Atomlar arasý mesafe maddenin özelliðine göre eþit veya farklý olabilir. Örneðin gazlar moleküler yapýda olmasýna raðmen, moleküller birbirlerinden uzak ve baðýmsýzdýrlar. Sývýlarýn ise gazlar gibi akýþkan ve düzenli bir kristal yapýlarý yoktur. Ancak içyap ý bakýmýndan yar ý düzenlidirler. Atomlar arasýndaki mesafe birbirine büyük oranda eþittir. Sývý haldeki metallerin de atomlar arasý mesafesi genellikle eþit, ancak düzenli bir yapýlar ý yoktur.
Þekil 1.8 Amorf yap ý (Erdo ðan, 1998)
14
1.3.2. Malzeme Özellikleri
Malzemelerin özellikleri mekanik özellikler ve fiziksel özellikler olmak üzere iki guruba ayrý larak incelenebilir. Mekanik özellikler, malzemelerin yükler ve gerilmeler karþýsýnda gösterdikleri 1.3.3. Ýmalat Ýþlemleri davranýþlardýr. Dayaným, hýzý, aþýnma, Sýcak ve soðuk, tala þl süneklik, ý ve tala sürtünme þsýz þekillendirme gibi, yorulma, elastiklik, makinelerin ve makine uzama parçalarýnýn v.b. özellikler mekanik özelliklerdir. Kimyasaltüm yapý,yöntemler elektrik iletkenliði üretilmeleri sýrasýnda kullanýlan imalat - yalýtkanlýðý, iþlemleridir. Malzemelerin manyetiklik,mekanik ýsý ve 1.4. ALAÞIMLAR karþýsýndaki davranýþlarý vb. iþlemleri, ise fizikselhem özellikleridir. fiziksel özellikleri hem imalat de üretilen parçanýn Genellikle metaller, tek baþlarýna kullanýlmazlar. Endüstriyel amaçlarý karþýlamak için görevini yapmasý açýsýndan ala þým yapýlarak kullanýlýrlar. Ýki veya daha fazla metalin veya en az birisi metal diðeri metal olmayan malzemenin bir arada ergitilmesi ile oluþturulan yeni malzemeye alaþým denir. Bir önemlidir. Malzemenin içyapýsý özelliklerini belirler. Özellikler ise baþka þekilde alaþým, yeni özellikler kazand ýrmak amacýyla bir metale baþka maddeler kar ýþt ýrýlarak elde edilen yeni malzeme olarak tanýmlanabilir. Alaþýmlar, alaþým tipine baðlý imalat yönteminin seçimi olarak kendisini meydana getiren elemanlarýn özelliklerini taþýyabildiði gibi, kendisini meydana için önemlidir. getiren elemanlar ýn özellikleri ile hiç ilgisi olmayan yepyeni bir malzeme olarak da ortaya çýkabilirler. Metaller belirli bir kafes yapýsýna sahiptir. Metallerin kafes yapýsýna faz adý verilir. Saf metallerde tek tip faz vardýr. Alaþýmlarda ise tek tip faz olabildiði gibi iki ve daha fazla tipte faz olabilir. Fazlarýn meydana gelmesinde alaþýmý oluþturan metallerin bileþimi ve sýcaklýk faktörleri etkilidir. Alaþýmlarýn özellikleri, alaþýmý meydana getiren elemanlar ýn fazlarý arasýndaki ilgiye baðlýdýr. Alaþýmlar iki þekilde meydana gelir. 1- Katý Eriyikler 2- Ötektikler
1.4.1. Katý Eriyikler (Tek Fazlý Alaþýmlar) Bu tip alaþýmlarda alaþým elemanlarýn ýn kafes sistemlerinde bir deðiþim olur ve elemanlardan birinin kristal kafesinde her iki elemanýnda atomlar ý yerle þir. Bir tek faz (yapý) meydana getirirler. Sonuç olarak yeni özelliklerde bir malzeme (alaþým) oluþur. Tek Fazlý ala þýmlara katý eriyik adý verilir. Bu alaþýmlarda yalnýz bir kafes þekli vardýr. Bu kafeste alaþýmý meydana getiren elemanlarýn atomlar ý bulunmaktadýr. Kafesteki sayýnýn az olduðu alaþým elemanýnýn atomlar ýna erimiþtir, kafeste sayýsý fazla olan alaþým elemaný atomlar ýna da eritmiþtir denir. Alaþým elemanlar ýnýn atomlarý büyüklüklerine göre kafeste iki þekilde bulunabilirler. • Yerine geçme yoluyla oluþan katý eriyikler • Araya sýkýþma yoluyla olan katý eriyikler (Þekil 1.9)
Þekil 1.9 Katý eriyiklerin kafes yapýlar ý (Baydur, 1979)
15
1.4.2. Ötektikler (Çift Fazlý Alaþýmlar) Bu tip alaþýmlarda alaþýmý meydana getiren elemanlarýn kafes sistemlerinde bir deðiþim olmaz. Elemanlar alaþýmda kendi kafes sistemlerini aynen korurlar. Bu tip alaþýmlarda alaþým oranýna baðlý olarak homojen bir yapýda her iki fazýnda özelliði görülür. Bu nedenle bu tip ala þýmlar üstün özellik göstermez ve sýnýrlý özellik deðiþimi gösterebilir. Alaþýmdaki elemanlarýn oranlarýna baðlý olarak her iki elemanýn ortak özelliklerini veya alaþýmda oraný fazla olan elemanýn özelliðinin etkin olduðu özellikler gösterirler. Çift fazlý alaþýmlara ötektik denir. Mekanik kar ýþým adý da verilen bu tip alaþýmlarda alaþým elemanlarýn ýn ortak özelliklerine sahip bir alaþým elde edilir. Ötektik alaþýmlarda mutlak homojenliðin sað landýðý oran ötektik oran, sýcaklýk da ötektik sýcaklýk olarak isimlendirilir. Ötektik sýcaklýk her iki alaþým elemanýnýn da ergime sýcaklýklar ý alt ýndaki bir deðerdir. Þekil 1.10’da kadmiyum ve bizmut metallerinin oluþturduðu ötektik yapý görülmektedir. Þekildeki denge diyagramýnda saf haldeki iki metal ile 9 farklý alaþým oranýnýn zaman sýcaklýk koordinatlar ýndaki eðrilerine bakýldýðýnda saf metaller birer, alaþýmlarda ise ikiþer durak noktasý olduðu görülmektedir. Durak noktalarýnýn birleþtirilmesi ile de yanda sýcaklýk – alaþým oranlar ý diyagramý elde edilmiþtir. E noktasý ötektik oraný ve ötektik sýcaklýðý göstermektedir. AEB noktalarý arasýndaki eðri sývýlaþma eðrisi, CED eðrisi ise katýlaþma eðrisidir. Sývýlaþma ve katýlaþma eðrileri arasýndaki iki bölge ise katý ve sývý fazlarýn birlikte olduðu bölgedir. Ötektik orandaki alaþýma ötektik alaþým denir. Ötektik alaþýmlarýn saf metaller gibi bir tek ergime ya da katýlaþma sýcaklýðý vardýr ve ayný metallerin diðer oranlardaki alaþýmlarýna göre en düþük ergime – katýlaþma sýcaklýðýna sahiptirler. Bunun nedeni farklý metal atomlarýnýn birbirlerinin kristal kafes oluþturmasýna engel olmasýdýr. Sýcaklýk katýlaþma sýcaklýðýna düþtüðü zaman, her ikisi de ayný anda kristal kafeslerini oluþturmaya baþlarlar. Þekil 1.10’da görüldüðü gibi kadmiyum ve bizmut alaþýmý için ötektik oran %40 kadmiyum %60 bizmut þeklindedir. Ötektik alaþýmlar ergime derecesi düþük ve kendini çekme oraný az olduðundan, döküme elveriþlidirler. Ayrýca iri taneli yapýlarý nedeniyle iyi mekanik özelliklere sahiptirler.
Þekil 1.10 Ötektiklerin oluþumu (Erdoðan, 1999)
16
1.5. ATOMÝK DÝFÜZYON Katý cisimlerde atomlar bulunduklarý yerde bir salýným (titreþim – devinim) hareketi yaparlar. Bu salýným hareketi cismin sýcaklýðýna ve üzerindeki enerjiye baðlýdýr. Bir katý cisme ýsý verildiði zaman, ýsýnýn kinetik enerjiye dönüþmesi sonucu atomlarýn yapmakta olduklar ý titreþim hareketi þiddetlenir. Titreþimin artmasý atomlarýn daha fazla yer kaplamalarýna ve dolayýsýyla hacimlerinin büyümesine neden olur ki bu olaya ýsýl genleþme denir. Metallere verilecek olan ýsýyý daha da artýracak olursak atomlarýn titreþim hareketi daha fazla artar. Titreþimin atomlarý birbirine baðlayan kuvveti yenecek seviyeye ulaþmasý ile bazý atomlar serbest hareket etme yeteneð ine kavuþur. Isý etkisi ile bazý atomlar ýn aradaki bað kuvvetini yenecek bir enerji kazanarak serbest hareket etmesi olayýna atomik difüzyon denir. Atomik difüzyondan endüstride geniþ ölçüde yararlanýlmaktadýr. Sementasyon, nitrürasyon, siyanürleme, borlama iþlemleri atomik difüzyon uygulamalarýdýr. Atomik difüzyon ile serbest hareket yeteneði kazanan atomlar, yerlerini terk ederek; 1- Baþka bir kristal kafeste yer bulup yerleþebilir. 2- Kristal sýnýr çizgilerinde yer bulur yerleþebilir. 3- Metal içerisinde uygun bir yer buluncaya kadar serbest hareket etmeye devam edebilirler (Þekil 1.11).
Þekil 1.11 Atomik difüzyon (Erdoðan, 1998)
17
1.6. ERGÝME – KATILAÞMA Metale ýsý vermeye devam edilirse, atomik difüzyon þiddetlenir ve yerlerini terk ederek serbest hareket eden atom sayýsý artar. Sývýlarda atomlar serbestçe hareket ettiklerine göre, katý atomlar ý da serbestçe hareket ediyorsa katý sývý hale geçmiþ demektir. Ergime; metallerde atomik difüzyonun þiddetlenmesi sonucunda atomlarý bir arada tutan baðýn ortadan kalkmasý ve buna baðlý olarak kristal kafes yapýsý düzeninin bozulmasý olayýdýr. Metallere verilen ýsý baþlangýçta metal atomlar ýnýn titreþimlerini artýrmaya harcanýrken sýcaklýk yükselmesi olur. Ancak atomlarda difüzyon þiddetlenip, atomlar serbest harekete baþladýðý andan itibaren bütün metal kütlesi ergiyinceye kadar sýcaklýk yükselmesi görülmez. Çünkü ergime baþlang ýcýndan, ergime bitinceye kadar verilen ýsý metallerde kristal kafeslerin bozulmasýna ve serbest kalmasýna harcanýr. Katýlaþma sýrasýnda ise olay tersine iþler. Ergiyik metalin katýlaþmasý için ýsý etkisinin
ortadan kalkmasý gerekir. Yüksek ýsý azalt ý ldýðýnda ya da ortadan kaldýrýld ýðýnda kristal kafes yapýsý olu þmaya baþlar. Yani atomlar arasý bað oluþur ve atomlar belirli bir düzenle kristal kafesleri olu þturur. Uygulanan ýsý düþtükçe atomlarýn titreþimi azalýr, aralarýndaki bað kuvvetlenir. Ancak dýþtan uygulanan ýsý yok edilse bile katýlaþma baþlangýcýndan bitiþine kadar metalde sýcaklýk düþmesi görülmez. Çünkü kristal kafeslerin oluþmasý sýrasýnda doðan enerji sýcaklýk düþmesini önler ve sýcaklýk sabit kalýr. Kristal kafesler oluþup metal katý þeklini ald ýktan sonra ýsý düþmesi tekrar baþlar ve ortam sýcaklýðýna ulaþýncaya kadar devam eder (Þekil 1.12).
Ergime
Katýlaþma Þekil 1.12 Ergime – Katýlaþma davranýþlarý (Baydur, 1979)
18
1.7. ALOTROPÝ – FAZ DÖNÜÞÜMÜ Metallerin ýsýl eðrilerini çizerken, ergime ve katýlaþma noktalarýnda bir duraklama görülmektedir. Bu noktalarda ýsý iletimi sürdüðü halde sýcaklýk deðiþmemektedir. Bazý metallerde ergime – katýlaþma noktalarýnýn dýþýnda da duraklamalar görülür. Bu sýrada bir süre sýcaklýk deðiþmez ve incelenirse söz konusu noktalarda o metalin özellik ve yapýlarý deðiþmektedir. Metallerde ergime noktasý dýþýnda meydana gelen özellik ve yapý deðiþimine alotropi ya da faz deðiþimi denir. Bu metallere de alotropik metal denir. Demir, manganez, kobalt, titanyum alotropik metallere örnek gösterilebilir. Þekil 1.13’de demirin faz deðiþimleri görülmektedir.
Þekil 1.13 Demirin alotropisi (Baydur, 1979)
19
2. DEMÝR
En çok kullanýlan metallerin baþýnda gelen demir, yer kabuðunun %5.6’ sýný oluþturmaktadýr. Yumuþak, kolay biçimlendirilebilen, yo ðunluðu 7,88 gr/cm3, ergime sýcaklýðý 1535°C, sertliði 67 BSD (Brinell sertlik deðeri), uzamasý %40 olan, mýknatýslanabilen, elektrik 2.1. DEMÝR FÝLÝZLERÝ veDoðada ýsýyý iyi ileten gri renklipek bir metaldir. demire sahip çok filiz vardýr. Ancak demir, Saf demirin,demir laboratuarlarda içerisindeki miktarý vearaþtýrma amaçlý kullanýmý dýþýnda manyetik elde etmedonaným, kolaylýklar ý bakýmýndan en çok Hematit, Limonit, 2.1.1. Hematit vakum imalatý Siderit vetüpü Pirit’den eldegibi çok kýsýtlý kullaným alaný vardýr. Kimyasal bileþimi Fe2O3 demir oraný %70 civarýnda olan, dünya demir üretiminin en Demiri, endüstrinin en önemli metali fazla yap ýldýðý filizdir. edilmektedir. haline getiren içerisindeki karbondur. Deðiþik oranlarda karbon ve 2.1.2. Magnetit diðerKimyasal metallerle yaptýðý bileþimi Fe3O4 demir oraný %72,4 olan rengi kurþuniden siyaha kadar deðiþen bir filizdir. Ýçerisindeki demir oraný hematite göre daha fazla olmasýna raðmen mýknatýslanma ala þýmlarla istenen özellikler kazandýrýlan demir çoktercih geniþ bir özelliði nedeniyle ergitilmesi sýrasýnda sorun yarattýðý için demir üretiminde çok fazla edilmemektedir. kullaným alanýna sahiptir. 2.1.3. Limonit Kimyasal bileþimi 2Fe2O3xH2O - Fe2O3 3 H2O3, demir üretiminde hematitten sonra en çok kullanýlan, içerisindeki demir oraný %50-60 olan demir filizidir.
2.1.4. Siderit
Kimyasal bileþimi FeS3 demir oraný %46,6 olan kükürtlü demir filizidir. Ýçerisindeki kükürt nedeniyle çelik üretiminde kýrýlganlýk 2.1.5. Pirit özelliði kazand ýrmasý nedeniyle demir üretiminde en son sýrada tercih edilen filizdir. Kimyasal bileþimi FeCO3 demir oraný %48,2 olan demir karbonatlý filizdir. Temel
maddeleri demir ve nikel olan bu filiz göktaþý olarak da bilinir. Ýçerisinde bulunan karbonat bileþimi nedeniyle demir üretimi sýrasýnda fazla kireç taþý gerektirmemesi nedeniyle üretimi ekonomik hale getirir.
20
2.2. YÜKSEK FIRINDA HAMDEMÝRÝN ÜRETÝLMESÝ
Þekil 2.1 Yüksek fýrýn (Þahin, 1997) Demir filizlerinin kok ve kireç taþý ile bir arada ergitilmesinde kullanýlan ve kapasitelerine göre yükseklikleri 30–90 m arasýnda deðiþen fýrýnlara yüksek fýrýn adý verilir. Yüksek fýrýn ters kapatýlmýþ iki kesik koniden oluþur. Yüksek fýrýnýn iç kýsmý çok yüksek sýcaklýklara maruz kaldýðý için kalýnlýðý 1,5 m’yi bulan ateþ tuðlasý (þamet) ile kaplanmýþtýr. Yüksek fýrýnýn içi çok sýcak olduðu için fýrýnýn soðutulmasý çevrede bulunan kanallardan su geçirilerek saðlanýr. Fýrýnlarýn dýþ kýsmý kalýn çelik levhalarla kaplanmýþtýr. Ateþ tuðlalar ýnýn ömrü 5–10 yýl arasýndad ýr. Fýrýnýn üst kapaðýndan devamlý olarak kok+filiz+kireç taþý karýþýmý doldurulur. Bir yüksek fýrýn þarj edildikten (doldurulduktan) sonra ateþlenir. Yanma sýrasýnda tam yanamayan bir gaz fýrýnýn üst kýsmýnda toplanýr. Bu gaza Yüksek fýrýn gazý ya da aðýz gazý denir. Yüksek fýrýnýn üst kýsmý kurutma bölgesidir. Kuruma iþlemi 300–400°C sýcaklýklarda olur. Bu bölgede filiz, kok ve kireç taþý karýþýmýndaki nem buharlaþýr. Üst bölgede kurutulup ýsýtýlan karýþýmýn içerisindeki yabancý gazlar ayrýþýr. Orta bölgede ýsý yükselirken kimyasal reaksiyon baþlar. Kar ýþýmýn içerisindeki oksit ayrýþýrken ergiyen demir karbonla birleþerek ham demiri oluþturmaya baþlar. Ergiyen demir (1300 – 1500°C) alt bölgeye akarken yabancý maddeler de ergiyerek kireç taþýnýn yardýmýyla curuf olarak ergiyiðin üstünde toplanýr. Hamdemirin toplandýðý haznenin sýcaklýðý 1600°C kadardýr. Haznede alttan demir üstten de curuf alýnýr. Yüksek fýrýndan elde edilen hamdemire PÝK denir. Hamdemirin içerisinde %2,5-4,5 arasýnda karbon vardýr. Sert, kýrýlgan ve biçimlendirilebilme özelliði olmayan bir üründür. Çelik ya da dökmedemir üretiminde kullanýlýr.
21
2.3. YÜKSEK FIRINDAN ELDE EDÝLEN ÜRÜNLER 2 ton %50'lik filiz; 1ton kok, 1 ton kireç taþý, 3000 m³ sýcak hava Yüksek Fýrýn
Curuf 1,1 ton
Hamdemir 1 ton
Gaz % 20 - 27 CO
4000
m³
Þekil 2.2 Hamdemir üretimi
2.3.1. Hamdemir Yüksek fýrýnda amaç hamdemir üretmektir. Ancak elde edilen diðer maddeler de deðiþik amaçlarla kullanýlýr. Hamdemir üretimi sýrasýnda iki çeþit hamdemir üretilir. Esmer Hamdemir: Bu hamdemirde silisyum oraný fazladýr. Karbonu grafit hale dönüþtürerek demire esmer renk verir. Bu nedenle bu demire esmer hamdemir denir. Beyaz Hamdemir: Bu hamdemirde manganez oraný fazladýr. Manganez demirdeki karbon ile birleþerek hamdemirin renginin beyaz olmasýný sað lar. Bu nedenle de bu demire beyaz hamdemir denir. Beyaz hamdemir sert, aþýnmaya dayanýklý, esmer hamdemir yumuþak ve dayanýksýzdýr. Beyaz hamdemir çelik, esmer hamdemir dökmedemir yapýmýnda kullanýlýr. Hamdemirde % 2,5–4,5 oranýnda karbon vardýr. Sert, kýrýlgan ve biçimlendirilebilme
özelliði olmayan bir üründür. Çelik ve dökmdemir üretiminde kullanýlýr. 2.3.2. Yüksek Fýrýn Gazý Yüksek fýrýnda yanmanýn tam olmayýþýndan dolayý fýrýnýn üst kýsmýndan alýnan gazda % 25 CO, % 15 CO2, % 4 H, % 0,2 kadar da metan bulunur. Kalan miktar da azottur. Azot ve karbondioksit dýþýndaki diðer gazlar yandýðý zaman enerji verirler. Isý enerjisinin düþük olmasýna raðmen çok miktarda elde edildiðinden yan ürün olarak yüksek fýrýnda ve çelik fýrýnlarýnda kullanýlýr.
2.3.3. Curuf Yüksek fýrýnda elde edilen curuf ise özel iþlemlerden geçirilerek mineral yünü adý verilen ve izolasyonda kullanýlan bir malzeme elde edilir. Curufun bir kýsmý da beton içinde kum ve çakýl olarak kullanýlýr.
22
Þekil 2.3 Çelik ve dökmedemirin imalat süreci (Akkurt ve Kent, 1979)
23
3. DÖKMEDEMÝR Çinlilerin demir madenini eritirken karbon içeriðini yükseltmeleri sonucu 3000 yýl önce dökmedemir ürettikleri bilinmektedir. Döküm endüstrisinin en yüksek tonaja sahip ürünü dökme demirlerdir. Dökme demirlerin iyi bir malzeme oluþu ve üretim maliyetinin düþük olmasý kullaným alanýný geniþletmektedir. Dökme demirler çok geniþ bir aralýkta deðiþen mukavemet, sertlik, iþlenebilirlik, aþýnma direnci, korozyon direnci ve diðer özelliklere sahiptirler. Yüksek fýrýndan alýnan ham demir, dayanýksýz ve kýrýlgandýr. Makine imalatýnda ve konstrüksiyon iþlerinde kullanýlmaya elveriþli deðildir. Genel olarak ham demir yüksek fýrýndan alýndýktan sonra büyük potalara dökülür daha sonra kupal ocaklarýna gönderilerek döküm iþlerinde kullanýlmak üzere dökme demirler elde edilir Geçmiþte dökmedemir malzemeler kalite arandýðýnda tercih edilmezken, günümüzde birçok alanda dövme ve kaynaklý parçalara oranla daha ekonomik bir çözüm getirmektedir. Parçalarýn dayanýmlar ý düþünüldüðünde en uygun þekil döküm yoluyla elde edilir. Dökmedemir, yüksek fýrýndan elde edilen hamdemirin kupal ocaklarýnda karbonunu yakarak %1,7 ila %3’e kadar düþürmek suretiyle elde edilen, düþük sýcaklýklarda ergiyen ak ýcý bir malzemedir. Ergime sýcaklýðý yaklaþýk 1250°C dir. Kendini çekme özelliði %k=1~2, yo ðunluðu 7,2 – 7,4 g/cm3, karbon oraný yaklaþýk %2dir. Yalnýzca döküm iþlerinde kullanýlýr. Ýçerisinde karbonun yaný sýra Silisyum (Si), Manganez (Mn), Kükürt (S), ve Fosfor (P) bulunur. Dökmedemirde karbonun yaný sýra silisyum da bulunduðundan ve so ðuma hýzýnýn yavaþ olmasýndan katýlaþma sýrasýnda karbon grafit halinde katýlaþýr. Ýçerisindeki karbonun sementit halinde olmasý nedeniyle çok serttir ve dövülerek biçimlendirilemez. Dökmedemirler, birçok farklý özellik içeren bir demir alaþým ailesidir ve isimlerinden de anlaþýlacaðý gibi, katý halde çalýþýlmayýp istenilen þekle dökülerek getirilirler. %2’den ve genellikle %1 den de daha az karbon içeren çeliklerin aksine % 2~% 4 arasý karbon ve % 1~%3 arasý silisyum içerirler. Belirli özellikleri kontrol etmek ve çeþitlendirmek için baþka metalik ve ametalik alaþým elemanlarý da ilave edilir. Kimyasal yap ýnýn yaný sýra özelliklerine etki eden diðer önemli faktörler katýlaþma iþlemi, katýlaþma derecesi ve ýsýl iþlemlerdir. Dökmedemirler mükemmel dökme alaþýmlar ý olurlar, geniþ bir güç ve sertlik yelpazeleri vardýr. Bununla birlikte makinede kullanýlmalar ý da kolaydýr. Aþýnmaya, çizilmeye ve oksitlenmeye karþý alaþýmla kullanýldýklarý takdirde büyük direnç gösterirler. Yayg ýn kullanýmlarý daha düþük fiyatlý oluþlar ýna ve iþlenebilme özelliklerine baðlýdýr. Yeni malzemelerin yarattýðý rekabete raðmen dökmedemirler ekonomik ve binlerce mühendislik uygulamasýna uygun malzemeler olduklarýný kanýtlamýþlardýr. Dökmedemirler düþük maliyeti, döküme elveriþliliði ve yüksek basma dayanýmlar ý sebebiyle geniþ kullaným alanýna sahiptirler. Dökmedemirler katýlaþtýðý zaman, son katýlaþan zerreler ötektiklik seviyesindedir. Eðer baþka katký elemaný yoksa dökmedemirde en az %1,7 karbon bulunur. Dokuda %1,7 den az karbon varsa bu malzeme dökmedemir deðildir ve dokuda ötektiklik yoktur. Dökmedemirdeki yabancý maddeler ve katký elemanlarý bulunduðu zaman karbon miktar ý daha düþük olabilir. Eðer dökmedemirde %2 silisyum bulunuyorsa karbon miktar ý %1,7 den %1,1 e düþmektedir. Dökme iþlerinde kullanýlan bu malzeme içinde silisyum fazla ise esmer (kýr) dökmedemir, manganez fazla ise beyaz dökmedemir adýn ý alýr.
24
3.1. DÖKMEDEMÝR ÜRETÝMÝ Kupal ocaklar ýnda bir kat kok, bir kat hamdemir, ve bir kat kireçtaþý konulmak fýrýna suretiyle alttan gönderilen basýnçlý so ðuk hava yardýmý ile üç saat içerisinde ergiyik dökme demir fýrýndan alýnýr. Gerekirse fýrýna hurda malzemeler ve katký elemanlar da konulabilir (Þekil 3.1). Kireç taþý hamdemirdeki yabancý maddelerle birleþerek curufu oluþturur. Altta haznede ergiyik üzerinde toplanan curuf, curuf alma kanalýndan zaman zaman bo þalt ýlýr. Altta toplanan sývý, dökmedemir kanalýndan alýnýr. Dökmedemirin özelliði ve bileþimi hamdemir ve fýrýna eklenen hurda malzemeye baðlýdýr.
Þekil 3.1 Kupol fýrýný (Baydur, 1979)
25
3.2. ÝÇYAPI VE GRAFÝT OLUÞUMU Dökme çelik tamamen metastabil olarak katýlaþýrken, (tüm karbon sementit olarak iç yapýda yer alýr) dökmedemir demir-karbon alaþýmýnýn stabil sisteminde katýlaþýr (tüm karbon element olarak grafit halinde iç yapýda yer alýr). -Grafit yavaþ soðuma sonucu ve silisyum varsa oluþur. -Sementit hýzlý soðuma sonucu ve manganez varsa oluþur. Kalýnlýk soðuma hýzýný etkiler. Farklý kalýnlýktaki döküm parçalarýnda düzensiz bir iç yapý meydana gelir. Parçanýn dayanýmý ve sertliði farklýlýklar gösterir. Dökmedemirlerde standartlaþt ýrma genellikle çekme dayanýmýna göre yapýlýr. Çekme dayanýmýný etkileyen önemli bir faktör de grafit kristallerinin þekil ve büyüklüðüdür (Þekil.3.2).
Þekil 3.2 Dökmedemir malzemelerde grafit kristalleri (Erdoðan, 1999)
3.3. KATILAÞMA ÞEKÝLLERÝ Stabil sistem: Demir kristalleri (ferrit) + karbon kristalleri (grafit) Alaþýmdaki tüm karbon miktarý yap ý içerisinde grafit þeklindedir. Bu iç yap ý yavaþ soðutma ile elde edilir. Silisyum miktarý içyapýnýn ferrit + grafit þeklinde olmasýný kolaylaþtýrýr. Metastabil Demir kristalleri (ferrit) + Demir karbür Bu tip yapýsistem: stabil katýlaþma veya stabil sistem olarak adlandkristali ýrýlýr.(sementit) Alaþýmýn içerdiði bütün karbon miktarý, kimyasal olarak demir karbür þeklinde baðlanmýþtýr ve sementit þeklinde yapýda yer alýr. Bu iç yap ý hýzlý soðuma ile oluþur ve manganez oraný ile olu þumu kolaylaþýr. Sementit kristali yüksek sýcaklýkta parçalanmýþ ferrit ve grafit metastabil sistem denir. taneciklerine (temper grafiti) dönüþebileceði için bu tip bir katýlaþmaya uðramýþ alaþým sistemine
3.4. DÖKÜM MALZEMELERDE ARANILAN ÖZELLÝKLER
Döküm malzemelerden istenen verimin alýnabilmesi için bazý özelliklere sahip olmalar ý gerekir. 1. Düþük ergime sýcaklýðý 2. Düþük kendini çekme 3. Ýyi kalýp doldurma kabiliyeti 4. Ýyi iþlenebilme kabiliyeti
3.5. DÖKMEDEMÝR ÇEÞÝTLERÝ Dökmedemirler iç yapýlarýna göre çeþitlendirilirler. 1. Dökme çelik 2. Lamel grafitli dökmedemir 3. Küresel grafitli dökmedemir 4. Temper dökmedemir 5. Özel dökmedemirler
26
3.5.1. Dökme Çelik Yukarýda sözü edilen, döküm malzemelerde aranýlan özelliklerin en az bulunduðu döküm malzemesidir. Ancak yüksek dayaným ve fazla sünme özelliði aranýyorsa, iþletme sýcaklýðý 300°C’ýn üzerinde ise dökme çelik kullanýlýr. Diðer döküm malzemeleri bu koþullarda yeterli olmamaktadýr.
3.5.2. Lamel Grafitli Dökmedemir Lamel grafitli dökmedemir (DDL), Kupol ocaklarýnda hamdemir ve belirli miktarda hurda, sirkülasyon maddeleri ve gerekiyorsa alaþým ilavesi ile üretilir. Döküm malzemelerinde aranýlan özellikleri genellikle iyidir. • Kullaným Alaný: DDL10-DDL20 arasý malzeme, aþýnma etkisi alt ýnda olmayan, titreþimlerin çok iyi yutulmasý istenen parçalar ýn imalatýnda kullanýlýr. Örneðin makine gövdeleri, çerçeveleri, yatak bloklarý vb. DDL25-DDL40 ise daha çok aþýnma söz konusu olduðunda, örneð in silindir bloklarý, motor gövdeleri, diþliçarklar, makinelerin taþýyýcý ayaklarýnda kullanýlýr.
3.5.3. Küresel Grafitli Dökmedemir Küresel grafitli dökmedemir daha çok elektrik fýrýnlar ýnda, özel hamdemir ve çelik hurdasýndan üretilir. DDK özellikleri bakýmýndan çeliðe DDL’den daha fazla benzer. Ýyi dökülebilirliði yanýnda çeliðe benzeyen dayaným ve uzama özelliði ile orta derecede sünekliði vardýr. Titreþimleri tutma kabiliyeti DDL’ye göre daha düþüktür. • Kullaným Alaný: Dökme çeliðin dökümünün zor olduðu, kýr dökmedemirin çok gevrek bulunduðu, temper dökümün de boyut bakýmýndan kullanýlamadýðý durumlarda DDK kullanýlabilir. Örneðin krank milleri, hadde silindirleri, makine gövdeleri, diþli çarklar gibi.
3.5.4. Temper Dökmedemir Temper döküm genellikle az karbonlu çeliklerin özelliðini gösterir. Esmer dökmedemirden pahalý, çelikten ise ucuzdur. Temper dökümler grafitleþmeyi önleyen kýsa devreli yumuþatma tavý ya da katký elemanlarý ile elde edilmektedir. Ýçerisinde bulunan az miktardaki perlit, temper dökmedemirin kýrýlmaz, esnek, eðilip bükülmeye uygun dökmedemir olmasýný saðlar.
Temper dökmedemir iki þekilde elde edilir. Beyaz Temper Dökmedemir (DDTB): Beyaz dökmedemir oksitleyici cisimler içerisine
gömülerek karbonun bir kýsmý uzaklaþtýr ýlýr. Dökmedemirin karbonu azalt ýlýr, beyaz bir iç yapý oluþur. Siyah Temper Dökmedemir (DDTS): Beyaz dökmedemir nötr cisimler içerisine gömülür ve sonra ýsý iþlemine tabi tutulur. Gri-siyah renkli bir iç yap ýsý vardýr. 3.5.4.1. Temper Dökmedemir Üretimi Kupol ocaklarýnda özel hamdemir ve çelik hurdasýndan ergitilir. DDTS ikinci bir fýrnda son haline gelecek þekilde tekrar ergitilir. Çünkü kupol ocaðýnda düþük karbon miktarýna inmek güçtür. Temper dökmedemir grafitsiz olarak katýlaþmalýdýr. Kendini çekme oraný %2’dir. Bu nedenle parçalarýn büyüklüðü sýnýrlýdýr. Büyüklük yaklaþýk 100 kg ve et kalýnlýðý (cidar) maximum 60 mm civarýndad ýr. Daha kalýn parçalarda soðuma sýrasýnda grafit oluþumu söz konusu olabilir. Bu istenmeyen yapý tavlama ile düzelmez ve süneklið i düþürür. DDTB için ise et kalýnlýðý temperleme sýrasýnda dekarbürizasyonun oluþmasý için 25 mm ile sýnýrlandýrýlmýþtýr.
27
3.5.4.2. Temper Dökmedemirlerin Kullaným Alaný Temperleme iþleminden sonra malzeme –70°C kadar olan sýcaklýklarda bile sünek ve darbeye dayanýklýdýr. Talaþ kald ýrma özelliði iyidir. Kaynak edilebilir. Temper dökmedemir özellikle darbeye dayanýklý olmasý istenen ince cidarlý, karýþýk döküm parçalarda uygulanýr. Bu tip parçalar için dökme çelik kullanýlmasý döküm tekniði zorluklarý nedeniyle ekonomik deðildir.
3.5.5. Özel Dökmedemirler (Alaþýmlý Dökmedemirler)
1-Aþýnmaya dayanýklý dökmedemirler 2-Korozyona dayanýklý dökmedemirler Alaþým Malzemesi Simgesi
Alaþýma Etkisi
Magnezyum Mg Dökmedemir içerisindeki karbonun küresel olmasýný, dolayýsýyla yumuþak olmasýný sað lar. Nikel Ni Dayanýmý, sertliði, korozyon dayanýmýný yükseltir. Tala þl ý imalatý kolaylaþtýr ýr. Krom Cr Karbonun grafitleþmesini önler. Sertliði, ýsý ve korozyon dayanýmýný yükseltir. Nikel - Krom Ni - Cr Dökmedemir içerisindeki karbonun karbür ve grafitleþmesini önler. Sertlik ve dayanýmýný arttýrýr. Dökmedemirlerin Kuvvetler karþýsýndaki dayanýmýný Molibden Mb arttýrýr.Isý ve aþýnma dayanýmýný yükseltir.Tüm yapýn ýn sertleþmesini saðlar, ancak talaþlý imalatý güçle þtirir. Vanadyum V Dökmedemir içerisindeki karbonun karbürleþmesini saðlar. Sertlik ve ýsý dayanýmýný yükseltir. Alüminyum Al Dökmedemirlerin pullanmasýný önler, ancak azottan etkilenir. Kobalt Co Sertlik ve ýsý dayanýmýný, büyük oranda da dayanýmý arttýrýr. Wolfram W Çekme ve ýsý dayanýmýný yükseltir. Karbon C Dayaným ve sertlið i hale arttýrýr. Sertlrþtirme iþlemlerine uygun getirir. Hidrojen H Gevrekleþmeye neden olur. Azot N Gevrekleþmeye neden olur. Fosfor P Çekme dayanýmý, uzama sýnýrý ve korozyon dayanýmýný yükseltir. Silisyum Si Çekme dayanýmý, uzama sýnýrý ve korozyon dayanýmýný yükseltir. Çizelge 3.1 Dökmedemirlerde alaþým elementleri ve etkileri (Þahin, 1997)
28
4. ÇELÝK Demire endüstriyel özellik kazandýran içerisindeki karbondur. Çelik ise içerisindeki karbon oranýna göre, karbonun meydana getirdiði sementit ile saf demirin (Ferrit) karýþýmýndan oluþan bir alaþýmdýr. Bunun yanýnda çelikler karbonla beraber çelik katký elementleri (manganez, silisyum v.b.) veya alaþýmlý çelikler ise büyük oranda alaþým elementleri içerirler. Çelikte karbon fazla ise karbonun demirle yapacaðý kimyasal bileþik olan sementit de fazla olacaðýndan çelik sertle þir. Çünkü sementit sert, kýrýlgan ve biçimlendirilme özelliði olmayan bir fazdýr. Çelikte karbon az ise bu kez ferrit fazla olacaðýndan yumuþak ve biçimlendirilme özelliði yüksek olur. Çelik, herhangi bir iþlemden geçmeden dövülebilen ve genellikle % 1,7’den fazla karbon içermeyen bir demir-karbon alaþýmýdýr. Özel durumlarda % 2 karbon içeren yüksek alaþýmlý çelikler, orandaki alaþým maddeleri nedeni ile çelik grubuna girer. Hamdemirde büyük miktarda karbon, ayr ýca da katký elementleri bulunur. Bu katký elemanlarýndan manganez ve silisyum % 0,8’den fazla olmamak þartý ile çelikte istenen elementlerdir. Kükürt ve fosfor ise her oranda zararlýdýr ve mümkün olduðu kadar uzaklaþt ýr ýlmalýdýr.
4.1. ÇELÝK ÜRETÝMÝ
Demirin içerisinde katký elementleri vardýr. Ýstenmeyen bu katký elementleri hamdemirin içerisinden hava ile birlikte oksijen yardýmý ile yakýlarak çýkar ýlabilir. Bu oksidasyon iþlemine 4.1.1. Bessemer-Thomas Yöntemi üfleme iþlemi denir. Oksidasyon için gerekli oksijen çeþitli þekillerde sisteme verilebilir. Bu da çelik üretiminin yöntemini belirler.
Þekil 4.1 Konvertör (Baydur, 1979) Bessemer yönteminde reaksiyonlar armut biçimindeki konvertör denilen, dýþý çelik, iç kýsmý özel tuðlalarla kaplanmýþ bir kapta meydana gelir. Bir eksen etrafýnda dönebilen konvertör 30 - 100 ton hamdemir alabilir. Oksijen alttan hava ile birlikte üflenir. Basýnçlý havanýn içerisindeki oksijenin etkisi ile hamdemirdeki karbon büyük bir þiddetle yanar.(1600 Co ) 15-20 dk. süren reaksiyondan sonra hava üflemesi kesilir ve saf demir özelliðine sahip eriyik konvertörden alýnýr. Karbon ve diðer katký elemanlar ýnýn oranlarýný ayarlamak için konvertöre veya eriyiðe uygun miktarda ferromangan ve ferrosilisyum katýlýr. Bessemer yöntemi ile üretilen çeliklerde kýrýlganlýk ve biçimlendirme güçlüðü gibi kötü özellikler görülmüþtür. Bu olumsuzluklara tam yanma olmamasý nedeniyle hamdemirdeki kükürt ve fosfor neden olmaktadýr. Thomas adlý ingiliz bilim adamý, konvertörün içerisini kaplayan silika tuðlalarýn (%90 SiO2) hamdemirdeki kükürt ve fosforun yanmasý için yeteri kadar ýsýya dayanýklý olmadýðýný saptamýþ, bunun yerine yüksek sýcaklýklara dayanýklý Dolamit tuðlalar ý (MgO + CaO) kullanarak ve konvertöre kireçtaþý atarak Bessemer’den elde edilen çeliklerdeki olumsuzluklarýn giderilmesini saðlamýþtýr. Bessemer çelik üretim yöntemi eski bir sistemdir. Yerini Thomas yöntemine býrakmýþtýr (Baydur, 1979).
29
4.1.2. Siemens-Martin Yöntemi
Þekil 4.2 Siemens-Martin fýrýný (Baydur, 1979)
Bessemer-Thomas yöntemi ile iyi kalitede ve ekonomik çelik üretimi saðlanmaktadýr. Ancak daha kaliteli ve katkýlý çelik üretimi Siemens-Martin yöntemi ile elde edilmektedir. Hurda malzemelerin üretimde kullanýlarak deðerlendirilmesi de bu yöntemle mümkün olmaktad ýr 4.1.3. Oksijen (Þekil 4.2).Üfleme Yöntemi Thomas çeliklerinin yüksek miktarda azot ve fosfor içermeleri gibi kötü özellikleri Bu yöntemde de oksijen sisteme birlikte nedeniyle, Thomas yönteminde düþük azot ve fosfor hava miktarlýile çelikler üretmeküflenir. amacýyla Siemensçalýþmalar yapýlmýþ ve bazý deðiþiklere gidilmiþtir. Bu yöntemde teknik olarak saf olan oksijen Martin Fýrýnlarýnda su soðutmalý bakýr borudan geçirilerek üflenir. Kazan þeklindeki reaksiyon kabý, kapalý bir hava,ve kolayca baca yer gazlarý ile ýsýtýlýp, fazladan oksijen verilerek 2000 tabana deðiþtirebileceði bir sisteme sahiptir (Þekil 4.3). Bu yöntemde konvertöre üstten bir borudan oksijen üflenir. Oksijen üflenerek üretim °C’a ýðý kadar sýcaklýk elde edilebilir. saðland için Oksijen Konvertör yöntemi olarak da bilinir. Diðer yöntemlerden daha üstün çelik üretilir. oksijen hem kimyasal etki ve yaparakbirçok ve hem de yanarak ve CO2 Bu Konvertöre sýcaklýküflenen hurda malzeme katkýCO elementinin oluþturur. CO ve CO2 konvertörde þiddetli kaynamaya yol açar. Karbonun yanmasý sonucunda eritilmesine Bu yöntemle konvertör sýcaklýðýyeterlidir. 1610°C ‘ye ulaþýr. Ýþlem bittikten sonra konvertör eðilerek, ergiyik çelik potalara dökülür. Gerekiyorsa potalara Ferromangan ve Ferrosilisyum ilavesi ile çeliðin büyük miktarlarda hurda malzeme deðerlendirilir. Bu yöntemde Manganez ve silisyum miktar ý ayarlanýr. çelik içerisinde daha az fosfor ve azot kalýr.
Þekil 4.3 Konvertör (Baydur, 1979)
30
4.1.4. Elektro-Çelik Yöntemi Üstün kalitede ve kýsa sürede çok miktarda çelik üretmenin mümkün olduðu bir yöntemdir. Elektrikle çelik üretiminde Ark ve Endüksiyon fýrýnlarýndan yararlanýlýr. Ark fýrýnýnda üç kömür elektrotla ark sað lanarak ergitme ýsýsý elde edilir. Endüksiyon fýrýnlarýnda büyük frekanslý akýmýn geçtiði sargýlar arasýndaki bir pota fýrýn iþlevini görür. Kýsa sürede büyük ýsýlar elde edilir. Yüksek alaþýmlý çeliklerin ergitilmesinde kullanýlýr (Þekil 4.4).
Þekil 4.4 Elektrik Ark ve Endüksiyon frýrý nlar ý (Baydur, 1979)
4.2. ÇELÝKLERÝN SINIFLANDIRILMASI Çelikleri beþ grupta sýnýflandýrabiliriz; 1-Üretim yöntemine göre
2-Kullaným alanlarýna göre 3-Kimyasal bileþimlerine göre 4- Kaliteye göre 5-Sertleþtirilme ortamlar ýna göre 4.2.1. Üretim Yöntemine Göre Çelikler Bessemer- Thomas, Siemens-Martin, Oksijen konvertör ve benzeri yöntemlerle
üretilir. Çelik hangi yöntemle üretilmiþ ise o ismi alýr, Siemens Martin çeliði gibi. 4.2.2. Kullanma Alanlarýna Göre Çeliklerin taþýdýklar ý özellikler oldukça fazladýr. Bu nedenle her çelik kendi özelliðine
uygun yerde kullanýlýr ve kullanýld ýðý yere göre isim alýr. Takým çeliði, yay çeliði gibi. 4.2.3. Kimyasal Bileþimine Göre Bu grupta çelikler, içerisindeki elemanlara göre sýnýflandýrýlmaktadýr. Bunlar; Sade Karbonlu Çelikler: Ýçinde yaln ýzca karbon bulunan çeliklerdir. Þu þekilde sýnýfland ýrýlýr.• Ötektik Altý Çelikler; içerisinde %0,85’den az karbon bulunan çeliklerdir. • Yumuþak çelikler (%0,1 – 0,2 karbonlu çelikler) • Az karbonlu çelikler (%0,2 – 0,3 karbonlu çelikler) • Orta karbonlu çelikler (%0,3 – 0,85 karbonlu çelikler) • Ötektik Üstü Çelikler; içerisinde %0,85’den fazla karbon bulunan çeliklerdir.
31
Katkýlý Çelikler: Ýstenilen özelliklere sahip olabilmeleri için içlerine katký elemanlarý eklenerek • Basit AlaþýmlýKatkýlý Çelikler;çelikler Bu tip çeliklerde katký elemaný karbondan baþka elde edilen çeliklerdir. de kendi aralarýnda þu olarak þekilde sýnýflandýrýlýr. yalnýzca bir eleman vardýr. Ýçerisinde Nikel varsa Nikelli çelik, Krom varsa Kromlu çelik gibi adlar alýrlar. • Çift Alaþýmlý Çelikler; Bu çeliklerde karbondan baþka iki çeþit katký elemaný vardýr. Buna göre adlandýrýlýrlar. Örneðin Krom-Nikelli Çelik gibi. • Çok Alaþýmlý Çelikler; Bu çeliklerde katký eleman sayýsý sýnýrlý deðildir. Çelikte istenildiði kadar katký elemaný bulunabilir. 4.2.4. Kaliteye Göre Kalitesi dikkate alýndýðýnda çelikler aþaðýdaki þekilde sýnýflandýrýlýr. • Biçimlendire özelliði bakýmýndan (dökmeye ve dövmeye elveriþli çelikler gibi.) • Yapýsal özellikleri bak ýmýndan (Korozyona, ýsýya, aþýnmaya dayanýklý çelikler gibi.)
• Mikroskobik yapý bakýmýndan (Ferritik, Perlitik çelikler gibi.) 4.2.5. Sertleþtirme Ortamlarýna Göre Çeliklerin sertleþtirilmesinde kullanýlan sývý, yað ve havaya göre isimlendirilir. Örneðin su
çeliði, ya ð çeliði, hava çeliði gibi.
4.3. KATKI ELEMANLARININ ÇELÝÐE KAZANDIRDIÐI GENEL ÖZELLÝKLER Katký elemanlarýnýn çeliðe kazandýrdýðý özelliklerin en önemlileri aþaðýda sýralanmýþtýr. 1. Dayanýmý ve sertliðini artýrýr. 2. Sertleþtirmeyi kolaylaþtýrýr, çekirdeðine kadar sertleþtirmeyi saðlar. 3. Korozyona karþý direncini yükseltir. 4. Mýknatýslanma özelliðini geliþtirir. 5. Yüksek sýcaklýklara kar þý dayanýmýný artýrýr. 6. Elektrik direncini yükseltir. 7. Isý etkisi alt ýnda genleþmeyi ayarlar. 8. Kristal yapýsýn ý inceltir.
4.4. ÇELÝKTE KATKI ELEMANLARI 4.4.1. Karbon Çelikteki en önemli katký elemanýdýr. Çeliðin özelliklerini baþlý baþýna belirler. Çeliðin oksitini alýr, sertleþtirir ve austenitin dönüþme sýcaklýðýný 910°C’dan 723°C sýcaklýða düþürüp elektrik direncini yükseltir.
4.4.2. Silisyum Çeliðin oksitini alýr, yabancý maddeleri curuf halinde yüzeyde toplar. Dayaným ve akma sýnýrýný yükseltir. Çekirdeðe kadar sertle þmeyi saðlar. Silisyumlu çelikler yay, yapý ve ýþlah çelikleri olarak kullanýlýrlar. Ýçerisinde %14’e kadar silisyum bulunan çelikler kimyasal etkilere dayanýmlý olur.
4.4.3. Manganez Her çelikte bulunur. Kuvvetli oksit giderici bir elemandýr. Çelið in yapýsýný kabalaþtýrýr ve ýsýl iþlemlere kar þý hassaslaþtýrýr. Manganezli çelikler kesmeye ve aþýnmaya büyük direnç gösterirler. Kasa ve hapishane parmaklýklarý yapýmýnda kullanýlýrlar. %1 manganezli çelikler ýsýl iþlemden sonra ölçü deðiþtirmedikleri için sýcak iþ kalýplarý yapýmýnda tercih edilirler.
32
4.4.4. Fosfor Çeliklere zararlý etkisi olan bir elemandýr. Çeliklerde genellikle %0,05 - %0,005 bulunduðu zaman döküme akýcýlýk kazandýrýr ve az miktarda dayanýmý yükseltir. Buna karþýlýk arasýnda elektrik direncini ve asitlere dayanýmýný azalt ýr.
4.4.5. Kükürt Çeliði gevrek ve kýrýlgan yapar. Çelikte genellikle % 0,02 - % 0,035 arasýnda bulunur. Kükürdün zararlý etkisini önlemek için, iki katý kadar manganez çeliðe ilave edilir.
4.4.6. Oksijen Oksijen çelikte istenmeyen bir elementtir. Çeliði sertle þtirir ve kýrýlgan yapar. Oksijenin giderilmesi için üretim sýrasýnda ortama manganez, alüminyum ve vanadyum gibi elementler katýlýr.
4.4.7. Azot Genellikle çeliði gevrek ve kýrýlgan yapar. Gaz boþluklarý meydana getirir. Bu nedenle zararlýdýr. Ancak korozyon önleyici etkisi vardýr. Bunun dýþýnda çeliðin yüzeyine azot emdirilerek yap ýlan nitrürasyon iþleminde, çeliði sertleþtirmek amacýyla kullanýlýr.
4.4.8. Hidrojen Hidrojenin çeliði gevrekleþtirici etkisi vardýr, ancak 200°C’lýk sýcaklýklarda ýsýtýldýðýnda
bu gevreklik kaybolur.
4.4.9. Bakýr Bak ýr çeliðin dayanýmýný yükseltir. Asit ve korozyon direnci sað lar. Paslanmaz çeliklerin üretiminde katký elemaný olarak kullanýlýr. Fosforla beraber bulunduðu zaman atmosfer etkilerine direnci daha da arttýrýr.
4.4.10. Krom Çeliklerde en çok kullanýlan katký elemanlarýndandýr. Karbonla birleþerek çok sert olan krom karbürü meydana getirir. Dönüþme hýzýný yavaþlatýr. Kromlu çelikler mýknatýs yapýmýnda kullanýlýr. %1’e kadar kromlu çelikler suda, daha fazla kromlu çelikler yaðda ya da havada sertle þtirilirler. Krom dövme ve ýsýl iþlemlere hassasiyeti artýrýr. Çeliklere korozyona dayaným, ýsý ve yüksek aþýnma direnci ile kesme özelliði kazandýr ýr.
4.4.11. Nikel Nikel çeliðin dönüþme sýcaklýðýný düþürür. Dayanýmýný yükseltici etkisi olmasa da elastikliðini artýrýr. Bakýrla birlikte katýlýrsa korozyon direncini yükseltir. Otomobil endüstrisinde çok kullanýlýr. %22 nikelli çelikler tuzlu su ve korozyona dayanýklýdýrlar. %24 – 32 nikelli çelikler elektrik direnç telleri yapýmýnda kullanýlýr. %36 – 46 nikelli çelikler 0 – 100°C arasý sýcaklýklarda genleþmezler.
4.4.12. Wolfram Wolfram, çelikte sertliði artýrýp, yüksek kesme özelliði kazandýran bir elementtir. Dönüþme hýzýný düþürür. Bu nedenle havada sertleþtirilir. Mýknatýs yapýmýnda ve kesici takýmlarýn imalatýnda kullanýlýr. Sýcak iþ kalýplarýn ýn imalatýnda da % 4 - 9 W bulunur.
4.4.13. Molibden
Molibden, çelikte yalnýz baþýna bulunmayýp daima krom ve nikelle birlikte kullanýlan bir ala þým elemanýdýr. Dayaným ve akma sýnýrýný yükseltir. Gevrekliðini ortadan kaldýr ýr. Darbeli ve vuruntulu yerlerde kullanýlmaya elveriþlidir. Molibdenli çelikler uçak, dizel motorlarý v.b. makine parçalarýnýn yapýmýnda kullanýlýrlar.
33
4.4.14. Vanadyum Çeliklere az miktarda katýlan, buna karþýlýk çok büyük özellik deðiþimi sað layan bir katký elemanýdýr. Dönüþme sýcaklýðýný yükseltir. Sertlik ve dayanýmý arttýrýr. Vanadyumlu çelikler darbeli ve vuruntulu çalýþan makine elemanlarý için uygundur. Vanadyum hava çeliklerinin en önemli katký elemanýdýr. 4.4.15. Kobalt Kobalt çeliðin manyetik özelliklerini iyileþtirir. %5 – 40 kobaltlý çelikler mýknatýs yapýmýnda kullanýlýr. Çeliði ýsý iþlemlerine elveriþli hale getirir. Hava çeliklerine önemli oranda kobalt katýlýr.
4.4.16. Alüminyum
Alüminyum çelikte silisyuma benzer etkiler yapar. Oksitleri gidererek oksijeni zararsýz hale getirir. Çeliði iri taneli yapar. Yüksek sýcaklýklarda oksitlenmeyi engeller. %5 oranýnda alüminyum çeliklerde gaz giderici etkiye sahiptir.
Çizelge 4.1 Ala þým elementlerinin çeliklerin özelliklerine etkileri (Eker ve ark. 1994)
34
4.5. ÇELÝK STANDARDLARI Çelikler TSE tarafýnda ilk defa 1972 yýlýnda TS 1111 numara ile Demir-karbon döküm malzemesi, sýnýflar ve iþaretler adý alt ýnda standardlaþtýr ýlmýþtýr. TSE çelik standardlarýný 5 (beþ) ana gurupta toplamýþtýr. 1- Çelik ve Demir-karbon alaþýmlar ýnýn sýnýflandýrýlmasý 2- Çelik ve Demir-karbon alaþýmlar ýnýn eritme ve ýsýl iþlemleri 3- Alaþýmsýz ve alaþýmlý çeliklerin ýsýl iþlemleri 5- Çeliklerin kýsa gösterilme 4- Çeliklerin genel sembol sayýlarý þekilleri ile gösterilmesi 4.5.1. Çelik ve Demir-Karbon Alaþýmlarýnýn Sýnýflandýrýlmasý Çelikler
Dökme demirler
Kütle Çeliði Az Alaþýmlý Alaþýmsýz Çelik
Özel Dökmedemirler
Çok Alaþýmlý
Kalite Çeliði Alaþýmlý Otomat Çeliði
Dökme Çelikler
Alaþýmsýz
Asal Çelik
Beyaz DD Austenitik
Alaþýmlý Alaþýmsýz Lamel Grafitli Alaþýmlý Çelik Az Alaþýmlý Çok Alaþýmlý
Küresel Grafitli
Dökmedemirler
Grafitli Temper Dökmedemirler Siyah TD Beyaz TD
Þekil 4.5 Çelik ve deimr-karbon alaþýmlarý (Baydur, 1979)
4.5.2. Çelik ve Demir-Karbon Alaþýmlarýnýn Eritme Ve Isýl Ýþlemleri Üretim Ýþlemleri Isýl Ýþlemleri M- Siemens-Martin çelikleri Sr – Sertleþtirilmiþ I - Endüksiyon elektrik ocaðý çelikleri Me - Meneviþlenmiþ E – Elektrik ark ocaðý çelikleri Yt - Yumu þatma tavý görmüþ D – Oksijen konvertör çelikleri Nr - Normalleþtirme tavý görmüþ B – Bazik çelikler Gt - Gerilim giderme tavý görmüþ A – Asit çelikler Is - Islah edilmiþ S - Sakin dökülmü þ Sy- Yarý sakin dökülmüþ K – Kaynar dökülmüþ Y – Yaþlanmayan çelik
35
4.5.3. Alaþýmsýz Ve Alaþýmlý Çeliklerin Sembol Sayýlarý Kütle ve Kalite Çelikleri
Asal Çelikler Özel fizik karekteristiði olan Çelikler 10 Makine Yapým Çelikleri
Otomat Çelikleri 07 Sade Karbonlu Çelikler Az Alaþýmlý Kalite Çelikleri 03 08 - 04- 09 - 05 - 06
11 - 12 ; ÝGÇ. 13 - 14 Takým Çelikleri 15 - 16 - 17 - 18; ÝGÇ.19 Takým Çelikler i Genel Amaçlar için Adi Çelikler 20 - 28 ; IGÇ.29 00 Çeþitli Çelikler Genel Yapý Çeliði 30 - 39 01 Genel Yapý Çeliði Dýþýndaki Çelikler 02
Kimyasal Etkilere Dayanýklý Çelikler 40 - 49 Makine Yapým Çelikleri 50 - 85 Sert Kesici Uçlar 86 - 87 - 88 - 89
Þekil 4.6 Çeliklerin sembol sayýlarý (Baydur, 1979)
4.5.4. Çeliklerin Genel Sembol Sayýlarý Ýle Gösterilmesi
X
XXXX
XX
Malzeme Ana Sembol Sayýsý Çelik Tip Numaralarý Çelik Üretim Yöntem Çelik = 1 ve Kimyasal Bileþim ve ýsýl iþlemleri A - B
XX Tiplerin Numaralarý
XX Sýra Numaralarýna göre Kimyasal Bileþimler
Çelik üretim ve yöntem ve (Baydur, ýsýl 1979) iþlemleri ile ilgili Þekil 4.7 Çeliklerin genel gösteriliþleri olan üçüncü sembol grubunda A = Çelik üretim ve iþlemlerini, B = Çeliðin ýsýl iþlemlerini belirtmektedir.
36
4.5.5. Çeliklerde Garanti Edilen Özelliklerin Tanýtma Sayýlarý Tanýtma Akma Katlama Sayýsý sýnýrý veya Þiþirme
1 2 3 4 5 6 7 8
X
X X
Vurma Aþýnma Dayanýmý ýsý Dayanýmý
X
X
X X
X
X X X
X
9
Çizelge 4.2 Tanýtma Sayýlar ý (Baydur, 1979) Karbonlu Çelikler Sade karbonlu Otomat çelikleri Manganlý çelikler, Nikelli Çelikler %0,5 Ni %1,5 Ni %2,5 Ni %5 Ni Nikel – Kromlu Çelikler %1,25 Ni, %0,65 Cr %1,75 Ni, %1,00 Cr %2,50 Ni, %1,57 Cr %2,00 Ni, %0,80 Cr Korozyon ve ýsýya dayanýklý çelikler 303xx Molibdenli Çelikler Krom Krom – Nikel Nikel Kromlu Çelikler Düþük kromlu Kromlu Yüksek kromlu Krom – Vanadyum çelikler Tungstenli çelikler Yüksek alaþýmlý çelikler Silisyum – Manganlý çelikler Kurþunlu çelikler
10xx 11xx 13xx 20xx 21xx 23xx 25xx 31xx 32xx 33xx 34xx 41xx 43xx 46xx ve 48xx 50xx 51xx 52xx 6xxx 7xxx 8xxx 9xxx 11Lxx
Çizelge 4.3 SAE – AISI çelik standartlar ý (x % karbon miktar ýný gösterir) (Ýpek, 1999)
37
Tipi Karbon Oraný SAE
Numarasý
Kullaným Yeri
Karbonlu çelik
1006 Soðuk þekillendirilebilir. 1008 Tel, çivi, cývata, perçin 1010 Sac üretimi 1015 Kaynak çubuklar ý, fan Düþük 0,05 ile 0,30 1020 Mil, imalat þekilleri (profil, lama) 1030 Dövme, karbürlenmiþ parçalar 1111 Otomat çelikleri 1113 Otomat çelikleri 1040 Isýl iþlemle kuvvetlendirilen ve yüksek tokluk gerektiren yük taþýyan çeþitli millerin imalatý Orta 0,30 ile 0,60 1060 Yüksek mukavemet ve yüksek tokluk
Yüksek 0,60 ile 2,0
gerektiren yay testere lamasý, diþli bileziði, süpab yaylarý 1070 Takým malzemesi, zýmba 1080 Müzik aleti teli, kesici alet, yaprak yay 1095 Eðe, marangoz kesici takýmý, yaprak yay, býçak 5210 Bilyalý yataklar, zýmba, kalýp
Dökmedemirler Gri Kesilebilir dökmedemirlerden motor
bloklarý, boru, diþli, tezgah yataklarý
Beyaz
Talaþl ý imalatý çok zor, aþýnma direnci yüksek makine parçalarý Dövülebilir Kam mili, krank mili Küresel Piston, silindir bloðu ve kafasý, dövme kalýplarý Çizelge 4.4 Çeliklerde karbon oranlarý ve kullanma yerleri (Ýpek, 1999)
38
Türk Standartlarýna Göre Malzeme Çeþitleri Adý TS Nr. Gösterilmesi Kullaným alaný Yaþlanmayan Çelik 3364 yFe35 - yFe41 yFe45 - yFe52
Uzun bekleme ile sünekliði ve ilk yapýldýðý duruma göre belirli mekanik özelliklerinin korunmasýnda
Cývata ve Somun Çeliði 2837 Fe36 – Fe38 – Fe44 Cývata ve somun yapýmýnda Sýcak Ýþ Takým Çelikleri 3920
55 Ni Cr Mo V6, 56 Ni Cr Mo 7, Çalýþma sýrasýnda yüzey sýcaklýðý 38 Cr 5 Mo 1 V, 40 Cr 5 Mo 1 V 200°C’nin üzerine çýkan takýmlarýn 32 Cr 3 Mo V yapýmýnda
Filmasinler (Deðiþik profillerde kangal halinde yarý mamül çelik)
C5-1, C7-1, C9-1, C12-1, C6-2, C8-2, C15-2, C20-2, C26-2, C35-2, C45-2, C55-2, C65-2, C75-2, C85-2, C95-2
Burulma, kýrýlma ve çatlama olmamasý gereken yerlerde
Fe33, Fe37-2, Fe37-3, Fe44-2, Fe44-3, Fe50-2, Fe52-3, Fe60-2, Fe70-2
Dayanýmýn fazla olmasý istenen yerlerde
2348
Genel Yapý Çelikleri 2162
Yüksek Hýz Çelikleri 3703
Yay Çelikleri 2288
Kazanlar Ýçin Çelik ve Sac Levhalar 3650 Alaþýmsýz Çelik Þerit Saclar (Yumuþak Çelik)
3811
H 6-5-3, HC 6-5-2, H 7-5-2-5, Çok iyi tokluk ve kesme özelliðine H7-4-2-5, H 10-4-3-10, sahip kaba talaþlý imalat takýmlarý, H12-1-4-5, H 18-1-2-5 torna kalemleri ve freze çakýlarýnda 38Si6, 60SiCr7, 60SiMn5, Yaylarýn, segmanlarýn ve esneme 38Si7, 66Si7, 66SiMn5, 46Si7, özelliði olan makine elemanlarýnýn 67Si7, 55Cr3, 51Si7, 67SiCr5, yapýmýnda 50CrV3, 55Si7, 58CrV4, 50CrMV4, 65Si7 Sade Karbonlu: HI, HII, HIII, HIV Az alaþýmlý : 17Mn4, 19Mn5 Kazanlarýn yapýmýnda 15Mo3, 13CrMo44 Fe12 (sert) Fe13 (orta sert) Fe14 (yumuþak)
Soðuk þekillendirmeye uygun yerlerde
Alaþýmsýz ve genel yapý çeliði saclar 3812 Fe37, Fe42,Fe52, Fe50 Fe60, Fe70 Sacdan yapýlan elemanlarda Perçin Çeliði 1909 Fe34, Fe40, Fe44 Sýcak ve soðuk perçinlerde Alaþýmsýz Yumuþak Çelikler 3813 Fe12, Fe14, Fe13 Soðuk haddelenerek yapýlan çelik
þerit ve saclarda
Alaþýmsýz Takým Çelikleri 3941 C60T, C70T, C80T, C85T, C105T
Yüzeyleri sert ve aþýnmaya dayanýklý olmasý istenen yerlerde
Çizelge 4.5 Çelik Türleri (Þen ve Özçilingir, 2004)
39
Türk Standartlarýna Göre Malzeme Çeþitleri Adý TS Nr. Gösterilmesi Kullaným alaný X 210 Cr 12 W, 155 Cr V 3 X 210 Cr 12, 100 Cr 6 X 165 Cr 12 Mo V, 145 W 33 X 155 Cr 123 V 1 Mo, 21MnCrV8 X 45 Ni 4 Cr Mo, 90 Mn Cr 5 X 19 Cr 17 Mo, 60 W Cr V 7
Alaþýmlý Soð uk Ýþ Takým Çelikleri 3921
Alaþýmsýz Parlak Çelikler 3186
Yüksek Sýcaklýða Dayanýklý Cývata Ve Somun Gereçleri
3149
Fe 34.6 C 10 Ck 22 Fe 37.1 C 15 Ck 35 Fe 37.2 Ck 10 Ck 45 Fe 42.1 Ck 15 Ck 60 Fe 42.2 C 22 Fe 50.1 C 35 Fe 50.2 C 45 Fe 60.2 C 60 Fe 70.2 Ck 35, 40 Cr Mo V 47 Cq 35, X 19 Cr Mo V NBN 111 21Cr MoV57, X8CrNiMoBnb1616 24 Cr Mo 5, X 22 Cr Mo V 121
Otomat Çelikleri 3051 9 S 20, 9 S Mn Pb 28 9 S Mn 28, 9 S Mn 36
Sementasyon Çelikleri 2850 Nitrürlenebilen Çelikler 2556
Zincir Çelikleri 2835
Biçimlendirilebilen Paslanmaz Çelikler 2532
Islah Çelikleri 2525
Ck 10, 20 Mn Cr 5, 15 Cr Ni 8 Ck 15, 20 Mo Cr 5, 17 Cr Ni Mo 8 15 Cr 3, 25 Mo Cr 4, 21Ni Cr Mo2 16 Mn Cr 5, 15 Cr Ni 6 31 Cr Mo 12, 34 Cr Al Mo 5 39 Cr Mo V 139, 41 Cr Al Mo 7 34 Cr Al Ni 7 KFe 35-2 15 Mn 3 Al SFe 35-2 21 Mn 24 Fe 35-3 21 Mn Al 4 SFe 41-2 21 Mn Si 5 Fe 41 27 Mn Si 5 Ferritik: X7Cr13, X8Cr17, X8Cr17Nb Martensitik: X10Cr13, X22 Cr17Wr X12Cr17Mo3, X40Cr13 Ostenitik: X2Cr18Ni9, X10Cr18Ni12Mo X10Cr18Ni9Ti, X2Cr18Ni10Mo X5Cr18Ni9, X5Cr18Ni10 X10Cr18Ni10MoTi, X2Cr18Ni13MoW
Çalýþma esnasýnda 200°C’yi geçmeyen takýmlarýn yapýmýnda
Parlak çelik çubuk yapýmýnda
Yüksek sýcaklýða dayanýklý cývata ve somun yapýmýnda Hýzlý talaþ kaldýrma iþleminde talaþ alma iþçiliðinin kolay olduðu yerlerde (yüzey sertleþtirmeye uygun olan çelikler) Yüzey sertleþtirmeye uygun olan yerlerde Nitrürasyonla yüzey sertleþtirmeye uygun olan yerler
Zincir halkalarý yapýmýnda
Paslanmaya karþý dayaným gerektiren yerlerde
C22, C35, C45, C55, C60 40 Mn 4, 28 Mn 6, 38 Cr 2, 46 Cr 2, Sertleþmeye elveriþli olan ýslah 34 Cr 4, 50 Cr Mo 4, 36 Cr Ni Mo 4, edilmiþ durumda yüksek özlülük 30 Cr Ni Mo 8, isteyen yerlerde Ck22, Ck35, Ck45, Ck55, 25 Cr Mo 4, 42 Cr Mo 4, 37 Cr 4, 41 Cr 4
Çizelge 4.6 Çelik Türleri (Þen ve Özçilingir, 2004)
40
Demir – Karbon Döküm Malzemeleri
TS 1111 (DIN 17006)
Demir Karbon Döküm Malzemelerin Sýnýflandýrýlmasý ve Sembolleri: Alaþýmsýz : Normal kalite, özel kalite Dökme Çelik (DÇ) Alaþýmlý : Sýcaða dayanýklý, ýslah edilmiþ yüksek dayanýmlý, alev ve indüksiyonla sertleþtirilen, paslanmaz, yüksek sýcaklýða dayanýklý, mýknatýslanmayan Siyah temper dökme demir : DDTS Temper Dökme Demir (DDT)
Beyaz temper dökme demir : DDTB Beyaz dökme demir : DDB
Dökme Demir (DD)
Lamel grafitli dökme demir : DDL Küresel grafitli dökme demir : DDK Ostenitik grafitli dökme demir : DDO Az alaþýmlý : Sert döküm, sert yüzeyli döküm Grafitli dökme demir : DDG
Özel Dökme Demir Yüksek alaþýmlý : Az karbonlu, çok karbonlu Lamel(DDÖ) Grafitli Dökme Demir Kýsa Adý Malzeme Nr GG - 15 0.6015 155 245
Çekme Gerilmesi Rm N/mm2
Brinell Sertliði HB 30 Kullanýldýðý Yerler Az ve normal gerilmeli parçalar, kol, destek ve yatak gövdeleri
GG – 20 0.6020 205 270 GG - 25 0.6025 250 285
Sýcaða ve basýnca dayanýklý parçalar
GG – 30 0.6030 270 285 GG - 35 0.6035 315 285 Yüksek gerilmeli parçalar
Küresel Grafitli Dökme Demir Kýsa Adý Malzeme Nr
Çekme Gerilmesi Rm N/mm2
Akma Gerilmesi Rp N/mm2
% Uzama Sayýsý
Malzeme
Yapýsý Kullanýldýðý Yerler
A5
GGG - 40 0.7040 400 250 15 Ferritik Ýþlenebilme özelliði iyi olan, aþýnmaya karþý
GGG - 50 0.7050 500 320 7 Ferritik-
az dirençli yerlerde; makine gövdelerinde
Perlitik
GGG - 60 0.7060 600 380 3 Ferritik-
Perlitik
GGG - 70 0.7070 700 440 3 Perlitik GGG - 80 0.7080 800 500 2 Perlitik
Ýþlenebilme özelliði iyi olan, orta derecede mukavemetli yerlerde; baðlama parçalarý, pres gövdesi ve pres kollarýnda Yüzey sertleþtirmesi iyi olan, diþli aðýzlarý, krank mili ve kavrama parçasý, zincir gibi yerlerde
Genel Kullaným Amaçlý Çelik Döküm Kýsa Adý Malzeme Nr
Çekme Gerilmesi Rm N/mm2
Akma Gerilmesi Rp N/mm2
% Uzama Sayýsý
C % Kullanýldýðý Yerler
A5
GS - 38 1.0420 380 200 25 = 0,15 GS – 45 1.0446 450 230 22 = 0,25 GS – 52 1.0552 520 260 18 = 0,35 GS - 60 1.0558 600 300 15 = 0,45
Orta ve yüksek gerilmeler etkisinde olan, tekerlek çatalý, valf gövdesi gibi parçalarda
Çizelge 4.7 Döküm Malzemeler (Þen ve Özçilingir, 2004)
41
4.5.6. Demir – Karbon Malzemelerin Kýsa Gösterilme Þekilleri • Çeliðe katýlan alaþým elementlerinin miktarýný ifade etmek için çelikteki % miktarlar aþaðýdaki katsayýlarla çarpýlmalýdýr (Þen ve Özçilingir, 2005). Cr, Co, Mn, Si, Ni, W --------------------- 4 Al, Be, Cu, Mg, Nb, Ta, Ti, V, Zr ------- 10 P, S, N, Ce, C ------------------------------- 100 B ---------------------------------------------- 1000 • Normal olarak verilen element miktarlar ý aþaðýda verilen deðerleri geçmezse yazýlmaz (Þen ve Özçilingir, 2005). Mn: % 1 Si: % 0,5 N : % 0,5 V : % 0,6 Cu : % 0,4 Cr: % 0,25 Mo: % 0,1 B : % 0,01 Fe 33 33 daN/mm2 dayanýmlý genel yapý çeliði
Fe 44 – 2 44 daN/mm2 dayanýmlý, 2. kalite genel yapý çeliði
4.5.6.1. Kütle Çeliði IA
Eritme þekli(Endüksiyon elektrik ocaðý-asit çelik) Eritme þekli ile ilgili özel nitelik(yarý sakin dökülmüþ) Çelik sembolü (demir) En küçük çekme dayanýmý Kg/mm² veya daN/mm²) Garanti edilen özellik tanýma sayýsý(aþýnma ýsý dayanýmý) Isýl iþlem durumu (Sertleþtirilmiþ)
Sy
Fe 42
8
Sr
42
4.5.6.2. Kalite Çelikleri yapýlýr. M
S
C 20
3
Siemens-Martin Çeliði Sakin dökülmüþ Karbon Karbon yüzdesi % 0,20 Vurma dayanýmý garanti edilmiþ Isýl iþlem durumu (yumuþatma tavý görmüþ) 4.5.6.3. Otomat Çelikleri
35
S
20
Karbon yüzdesi % 0,35 Kükürt Kükürt yüzdesi % 0,20 45
S
Karbon yüzdesi % 0,45 Kükürt Mangan (mangan oraný % 0,35-1olduðu için gösterilmez) Kurþun Kurþun yüzdesi % 0,20
Mn
Pb
20
Yt
43
4.5.6.4. Alaþýmlý Kalite Çelikleri 25
Mn
6
Karbon %0,25 Manganez Manganez % 1,5(x4) 65
Mn
Si
8
Karbon % 0,65 Manganez %1'den az miktarý yazýlmaz Silisyum Silisyum % 2 (x4) 4.5.6.5. Alaþýmsýz Asal Çelikler – Takým Çelikleri C
60 T1
C
100
Karbon Karbon yüzdesi % 0,35 1.Kalite takým çeliði
Karbon Karbon yüzdesi % 1 Özel takým çeliði
Tö
44
4.5.6.6. Alaþýmsýz Asal Çelikler – Makine Yapý Çelikleri C
85
Cf
Karbon
65
Karbon (Alev ve endüksiyonla Yüzey sertleþtirme)
Karbon yüzdesi % 0,85
Karbon yüzdesi % 0,65 Cq
20
Ck
Karbon (Soðuk ezmeye uygun ýslah çeliði)
Karbon (Fosfor ve kükürt oraný %35'ten az olanlar)
Karbon yüzdesi % 0,20
Karbon yüzdesi % 0,1
4.5.6.7. Az Alaþýmlý Asal Çelikler 25
Ni
8
15
Cu
30
Karbon yüzdesi % 0,25 Nikel Nikel yüzdesi % 2(8/4=2)
Karbon yüzdesi % 0,15 Bakýr Bakýr yüzdesi % 3(30/10=3)
10
45
4.5.6.8. Yüksek Ala þýmlý Asal Çelikler
X 10 Cr 18 Ni 8 Yüksek alaþýmlý çelik Karbon yüzdesi % 0,1 Krom Krom yüzdesi % 18 Nikel Nikel yüzdesi % 8 X 35 Ni 13 Mn 9 Cr 8 N Yüksek alaþýmlý çelik Karbon yüzdesi % 0,35 Nikel Nikel yüzdesi % 13 Manganez Manganez yüzdesi % 9 Krom Krom yüzdesi % 8 Azot (% 0,5'in altýnda)
46
4.5.6.9. Dökme Çelikler Dç
52
Dç
C15
Dç
C20 D50
Dökme Çelik Dayaným 52 daN/mm²
Dökme Çelik Karbon oraný % 0,15
Dökme çelik Karbon oraný % 0,20 Dayaným 50 daN/mm² Dç
S
C15
MnSi
Dökme çelik Sakin dökülmüþ Karbon oran ý % 0,15 Manganezli ve Silisyumlu
4.5.6.10. Lamel Grafitli Dökmedemirler DDL 25
Lamel grafitli dökmedemir
Dayaným 25 daN/mm² 4.5.6.11. Küresel Grafitli Dökmedemirler DDK 60
Küresel grafitli dökmedemir Dayaným 60 daN/mm²
47
5. ÇELÝKLERÝN ISIL ÝÞLEMLERÝ 5.1. TANIMLAR Faz: Metallerin kafes yapýsýna FAZ adý verilir. Katý Eriyikler (Tek Fazlý Ala þýmlar): Alaþýmý oluþturan elementlerin kafes sistemlerinde bir deðiþim olur ve elementlerden birisinin kristal kafesinde her iki elementin de atomlarý yerleþir. Bir tek faz meydana gelir. Sonuç olarak yeni özelliklere sahip bir malzeme (alaþým) oluþur. Ötektikler (Çift Fazlý Alaþýmlar): Alaþýmý meydana getiren elementlerin kafes sistemlerinde bir deðiþim olmaz. Elementler kendi kafes sistemlerini ayný þekilde korurlar. Bu tip alaþýmlar orana baðlý olarak homojen bir yapýda her iki fazýn da özelliðini gösterirler. Bu nedenle bu tip ala þýmlar üstün özellikli deðildir ve sýnýrlý özellik deðiþimi saðlanabilir. Homojenliðin saðlandýðý oran ÖTEKTÝK ORAN ve sýcaklýkta ÖTEKTÝK SICAKLIK olarak adlandýrýlýr. Ötektik sýcaklýk Ötektoit: Katý eriyiklerin yapmýþ olduklar ýýnýn bir ötektiktir. Katý eriyikler sýcaklýk deðiþimi ile ala þým elemanlar ýnýn ergime sýcaklýklar alt ýnda bir sýcaklýktýr. baþka yapýlara dönüþürler. Bu dönüþme katý durumda meydana geldiðinden aradaki farký belirleyebilmek için ötektoit adý verilmektedir. Ferrit: Oda sýcaklýðýnda 9 atomlu, hacim merkezli, kübik kristal kafeslerinden olu þmuþtur. Saf demirdir.
Sementit (Fe3C): %93,3 Ferrit ile %6,67 karbonun oluþturduðu kimyasal bileþiktir. Özgül aðýrlýðý düþük, sert ve kýrýlgandýr. 215°C sýcaklýkta Perlit:: %87 Ferrit ve %13 sementitin yaptýðý bir ötektiktir. mýknatýslanma özelliðini kaybeder. Yapýsý mikroskop alt ýnda incelendiði Biçimlendirilebilme özelliði yoktur. Austenit: yüzey merkezli karýþýk kristallerine zaman inci14 gibiatomlu parlak olduðu görülür. verilen isimdir. Sýcaklýk yükselmesi ile karbon eritkenliði artarak %1,7’ye kadar yükselir. Saf veya karbon eritmiþ halde Ledeburit: Yüksek sýcaklýklarda Austenit ile Sementitin, oda sýcaklýðýnda ise perlit ile edilen mýknatýslanmaz. Nikel ve manganez karýþýmý ile elde sementitin meydana getirdiði bir yap ýdýr. ve alçak sýcaklýklarda da yapýsý Isýl Ýþlem: Metal ve alaþýmlarýnýn özelliklerini deðiþtirmek için katý halde iken uygulanan Austenit olan çelikler de elde edilmektedir. Bu çelikler ýsýtma ve soðutma iþlemleridir. Parçalarýn ýsýl iþlem sonunda iç yapýlarýnda deðiþme olur, dýþ mýknatýslanmazlar. Biçimlendirme þekilleri özelliði çok yüksektir. Isý ve elektriði iyi iletmezler. deðiþmez. Isýl iþlemler üç ana grupta toplanýr. 1-Tavlama
2-Sertleþtirme 3-Islah etme
48
5.2. ISIL ÝÞLEMLERÝN AMAÇLARI Çeliklere uygulanan ýsýl iþlemlerin genel olarak amaçlar ý aþaðýda sýralanmýþtýr. 1. Soðuk ve sýcak þekillendirme gerginliklerini gidermek. 2. Talaþ çýkaran iþçilikleri kolaylaþtýrmak. 3. Sertlik ve dayaným kazand ýrmak. 4. Darbelere direnci yükseltmek. 5. Elektrik ve manyetik özellikleri geliþtirmek. 6. Kristal yapýyý deðiþtirmek. 7. Isý ve korozyon direncini yükseltmek. 8. Kimyasal bileþimi deðiþtirerek özellik kazandýrmak. 9. Zamanla sertleþmeyi sað lamak. 10. Metal ve alaþýmlarýn ýn gazlarýný uzaklaþtýrmak.
5.3. DEMÝR-SEMENTÝT DENGE DÝYAGRAMI
Demir malzemenin endüstriyel amaçlara uygunluðu, içerisindeki sementit miktarýna baðlýdýr. Sementiti meydana getiren karbon olduðuna göre, demirin özelliklerini de belirleyen karbondur. Demir içerisindeki karbonun element halinde olmayýp hemen bileþik meydana getirmesi ve bu bileþiðin de ana malzeme demirle ala þým yapmasýndan dolayý bu alaþýma demir – sementit Delta Bölgesi ala þýmý, denge diyagramýna da demir – sementit Demir – sementit denge diyagramýna (Þekil 5.4) bakýld ýðýnda, kristallerinin 1400°C denge diyagramý denir. sýcaklýkta kristal kafeslerine dönüþtüðü görülmektedir. Bu bölge endüstride büyük önem taþýmaktadýr. ile saf gösterilen bölgede saf ( ) kristalleri, ile ifade edilen bölge sýcaklýklarda ve Bir miktar demir ergitilir ve içerisine 1900°C kristallerinden olu þmaktadýr. ’üncü bölge ise + sývý bölgesini göstermektedir. aðýrlýðýn toplam %6,67’si Ötektoit Bölge karbon katýlacak olursa karbonun hepsi demir oranýnda Bu bölge içerisinde %0,008 karbon bulunan (pratikte sýfýr karbon) sýnýr ile % 1,7 karbon içerisinde erir. Sýcaklýk oda sýcaklýðýna bulunan sýnýra kadardýr. Saf demir ile austenitin vermiþ olduðu bir ötektik olmasýna raðmen ötektoit adý verilir (Þekil 5.3). Saf demir, 910°C sýcaklýkta kristallerine dönüþür. Demire karbon inerek katýlaþtýðý zaman Fe3C kimyasal bileþiðindeki katýldýðý zaman durum ötektiðe benzemekte ve dönüþüme 910°C sýcaklýktan daha alçak sýcaklýklara demirkarbür düþmektedir. oluþur. DönüþmeDemir ötektoit sýcaklýk ve karbonun olan 723°C sýcaklýkta bir tamamlanýr. Ötektoit oran % 0,85 karbon oranýndadýr. Karbon bu bölgede saf demrden yeteri kadarý ile sementit yapar arada bulunduðu malzemenin hepsi, karbon oranýna baðlý ve bu sementit de belirli orandaki demirle perlit adýný verdiðimiz yapýyý oluþturur. Demirdeki karbon oraný ötektoit sýnýr olan %0,85’e ulaþýncaya kadar yapýda ferrit ile olarak, saf demirle sementitin meydana perlit bulunur. Karbon miktarý %0,85 olduðu zaman yapýda ötektoit olan perlit bulunur. Oran getirdiði seri alaþýmlar oluþturur. %0,85’ten fazlabir olacak olursa, karbonun ancakdizisi %0,85 kadar ý ötektoit yapacaðýndan fazla karbon yapýda sementitdiyagramý olarak bulunur. Buincelenecek nedenle ötektoit bölge Þekil 5.1’de görüldüðüve gibi sementitin karbon Denge olursa demir oraný %0,85’ten az, %0,85 ve %0,85’ten fazla olmak üzere üçe ayr ýlýr. Sýcaklýk 723°C üzerine birçok faz yap meydana getirdiði, çýkýnca ötektoit ý hemen austenite dönüþür. Yap ýda karbon oranýna baðlý olarak ferrit ve sementitin austenite dönü þmeleri ötektoit ise þekilde bulunan kendi eðrileri aþýldýðý zamanolan gerçekleþir. gerek ötektik, gerek ve gerekse katý eriyik bir dizi Ferrit ve sementit daha yüksek sýcaklýklarda dönüþümlerini tamamlarlar. Dönüþüm tamamlandýðý alaþýmlar zaman bütün yapýgörülür. austenite dönüþür.
49
Þekil 5.1 Ötektoit bölge (Baydur, 1979)
Ýçerisinde %0,3 karbon bulunan X noktasýndan baþlayarak diyagram incelendiðinde (Þekil 5.1) austenit bölgesinde a noktasýnda 900°C sýcaklýktan soðutmaya baþlanan yapý b noktasýna gelindiðinde dönü þüme uðrayarak ötektoit orandan fazla olan ferrit oluþmaya dönüþür. 723°C sýcaklýk alt ýnda oda sýcaklýðýna kadar yap ýda baþlar. Kalan oraný (saf demirin ayrýlmasýndan dolayý) yükselmeye baþlar. ferrit austenitin + perlit karbon bulunur. Sýcaklýk (0) Karbon ötektoit oran uyar olanýncaYalaþýmda noktasýnda noktasýna geldiði zaman daha önce oraný ötektiklerde yapýlan inceleme oluþan ferrit bakýldýðýnda, S noktasýna kadar herhangi •miktarý Ötektiklerde olduðu gibi ötektik fazlasý olan ferritin önce oluþmasý gerektiðinden austenitten kalan austenit ve kalan austenitteki karbon oranýnýn bulunmasý mümkündür. bir dönüþme olmadan austenit olarak kalan yapýnýn, bu noktada ve ferrit ayrý lýr. Kalan austenitin karbon oranýda bu nedenle artar. Austenitteki •karbon Austenit 14 atomlu, merkezli kristal kafeslerinden ibarettir.ferrit Bu noktada austenitte oraný O’dan yüzey inilenbirdenbire dik ile bulunabilir. b noktasýndaki oluþumunu ise þöyle 723°C sýcaklýkta erimiþ olan karbon miktarý çok azdýr. Bu nedenle içerisinde karbon eritilmemiþ olan açýklanabilir. dönüþmeye daha dönüþtüðü kolay imkan bulur ve ferrit bu þekilde oluþmuþ olur. Sýcaklýk vekristalleri tamamen Perlite görülür. düþmeye devam ettikçe, ferrit oluþumunun artmasý karþýsýnda, kalan austenitin karbon oran ý bölgesinde ise,zaman yapý D noktasýnda austenit yapý da artar veZ sýcaklýk 723°C olduðu austenitin karbon oraný ötektoit oran olan %0,85varken olur. sýcaklýk düþmesi ile b’ noktasýna C noktasýnda görülen sýcaklýðýn alt ýnda karbon oraný %0,85’e ulaþan austenit perlite
eriþilince (SE çizgisi en fazla karbon eritme çizgisi olduðundan) austenitte eriyebilecek en fazla karbonun eritilebileceði sýnýra eriþilmiþ olur. Bu sýcaklýk alt ýnda austenit daha az karbon eritebilir. Bu nedenle sýcaklýk b’den aþaðý indiði zaman austenitin eritemiyeceði karbon atomlar ý austenitten çýkacak fakat serbest kalamayacaðý için de bir miktar demir atomlarý ile birleþerek sementiti oluþturacaktýr. Bu noktadan sonra yap ýlacak inceleme aynen X noktasýndaki inceleme þeklinde devam edecektir. Tek fark ferrit yerine sementitin yer almasýd ýr. Çeliklerin ýsýnmasý sýrasýnda olaylar tersine bir þekilde geliþir. Yukarýda anlatýlan olaylar yavaþ soðuma ile gerçekleþir. Hýzlý soðuma ile yapýda farklý olaylar oluþur.
50
Perlit Oluþumu Karbon atomlar ý austenitte ancak 723°C üzerinde erimiþ olarak bulunabilir. Bu sýcaklýðýn Ötektik Bölge alt ýnda karbon atomlar ý austenitte kalamazlar ve austenit kristallerinden ayrýlarak serbest hale Bu bölge içerisindeki yap ýý imkansýz %1,7 olduðundan karbonbirbulunan geçerler. Ancak serbest olarak da bulunmalar kýsmý demiraustenit atomlar ý ile birleþerek sementit meydana getirirler. yine içerisinde %6,67 karbon
ile
bulunan sementitin meydana getirdiði bir ötektiktir. Ötektik oran %4,3 karbon ve %95,7 demirden ibarettir. Ötektik sýcaklýk 1130°C’týr. Ýçerisinde %2,5 karbon bulunan bölge incelendiðinde, sývý 5.2 Perlitik yapý (Baydur, 1979) bölgeden soðutmaÞekil baþladýðý Austenitönce dönüþümü ile bir(içerisinde taraftan sementit gelirken zaman austenitin %1,7 meydana karbon vardýr) diðer yandan karbon katýlaþmaya baþladýðý görülür. Çünkü bu atomlar sementit yapmasý sonunda geriyefazladýr. kalan safSýcaklýk demir de noktadaýnýn austenit oraný ötektik orandan ferrit kristallerini oluþturur. düþtükçe sývýnýn karbon oran ý Yalnýz bu oluþum, prensiplerine olduðundan plakalar yükselmeye baþlar.ötektik Sýcaklýk 1130°C göre olunca kalan sývýnýn halindedir. Önce bir sementit karbon oraný %4,3’e ulaþýr. Bu noktada plakasý ve etrafýný hemen yap ferritý plakalar ý kaplar.meydana Böylece sývýnýnoluþur katýlaþmasý ile ötektik yani ledeburit bütün austenit bitinceye kadaraþaðý gelir. Sýcaklýk 1130oC’tan dönüþme devam eder (Þekil 5.2). düþmeye baþlayýnca daha önce açýkland ýðý gibi austenit ancak %1,7 karbon eritebileceðinden ve bu sýcaklýk alt ýnda eritebileceði karbon miktarý azalacaðýndan austenitte bir kýsým karbon açýða çýkarak sementit meydana getirir. 1130°C alt ýndaki sýcaklýklarda yapýda ledeburit + sementit + austenit bulunur. Sýcaklýk 723°C alt ýna düþünce austenitte daha önce açýklanan biçimde karbon oraný ötektoit orana düþeceði için, bu oranda da karbona sahip austenitin perlite dönüþmesi ile yapýda perlit + sementit + ledeburit bulunur. Ötektoit orana bakýld ýðýnda (Þekil 5.3) C noktasýndaki 1130°C sýcaklýða kadar herhangi bir dönüþme olmaz. Karbon %4.3 oranýnda kaldýðý sürece sýcaklýk düþmesiyle bütün yapý yalnýz ledeburite dönüþür ve sýcaklýk oda sýcaklýðýna eriþinceye kadar da aynen devam eder. Ötektik orandan fazla karbon bulunan bir alaþýmda önce sementit olu þur. Sýcaklýk 1130°C olunca kalan sývý ledeburit olur ve bu sýcaklýktan oda sýcaklýðýna kadar baþka bir deðiþiklik meydana gelmez.
51
Þekil 5.3 Demir-Sementit denge diyagramý (Erdoðan, 1998)
52
Þekil 5.4 Demir – Sementit Denge Diyagramý (Baydur, 1979)
53
6. TAVLAMA Tavlama, çeliðin demir – sementit denge diyagramýnda görülen katýlaþma eðrisi alt ýnda belli bir sýcaklýð a kadar ýsýtýlmasý, bu sýcaklýkta belirli bir süre bekletildikten sonra soðutulmasý iþlemlerine denir.
6.1. TAVLAMA ÇEÞÝTLERÝ
Tavlama amacýna göre deðiþik sýcaklýklarda yap ýlýr. 1. Normalizasyon tavlamasý 2. Yumuþatma tavlamasý 3. Gerilme giderme tavlamasý 4. Difüzyon tavlamasý 5. Yeniden kristalleþme tavlamasý (Yalçýn ve Gürü, 2002)
Þekil 6.1 Karbon miktarýna baðlý olarak çeliklerin tavlanma sýcaklýklar ý (Erdoðan, 1999)
6.1.1. Normalleþtirme Tavý Haddeleme, döküm, çekme gibi iþlemlere tabi tutulmuþ çelik ile kaynak edilmiþ parçalar ýn kaynak bölgesinde, yüksek sýcaklýkta bekleme sonucunda iri taneli bir yapý meydana gelir. Ýri taneli çelik yap ýsýnda sekil deðiþtirme sýrasýnda kopmaya karþý eðilim oluþur. Normalleþtirme tavý, çeliðin ince taneli yapýsýna geri dönmesini saðlar ve çeliðe çekme dayanýmý, süneklik gibi özelliklerini geri kazand ýrýr. Demir karbon denge diyagramýnýn çelik bölgesindeki %0,8 karbon oraný sýnýrýnýn solunda kalan bölge ötektoit altý, saðýndaki bölge ise ötektoit üstü çelikleri ifade etmektedir. (Sekil 6.1) Bu bölgelerde bulunan çeliklerin yap ýlar ý ve özellikleri birbirlerinden oldukça farklýdýr. Ötektoit alt ý çelikler Ferrit + perlit ötektoit üstü çelikler ise perlit + sementit yapýdan meydana gelir. Özellik farklýlýðý, ötektoit üstü ve alt ý çeliklere uygulanacak ýsýl iþlemlerin farklý olmasýný gerektirir. Ötektoit altý çelikler, demir karbon denge diyagramýnýn çelik bölgesinde bulunan GS eðrisi üzerinde austenitin soðutulmasýndan oluþurlar. Ötektoit altý demirin ýsýtýlmasý ile austenit yapý hemen oluþmaz. PS eðrisi üzerinde perlit kaybolur. Perlit içerisindeki ferrit kristalleri dönüþüme ( + ) uðrarlar. Oluþan austenit kristalleri zamanla irileþmeye baslar. Bu nedenle
54
normal yapýya dönmeleri için sýcaklýðýn derhal PS ergisinin alt ýna düþürülmesi gerekir. Ýnce taneli austenit so ðutma sonucu gene ince taneli olan ferrit + perlit haline dönüþür. Bileþiminde %0,85 ila %1,7 karbon bulunan çelikler ötektoit üstü çeliklerdir. Bu çelikler tamamen austenit yap ýya dönüþemezler. Yapý içinde miktar sementit de bulunur. SK eðrisi üzerine çýkýld ýðýnda sadece perlit kýsmý ayný þekilde ince taneli austenit yap ýya dönüþür. Sementit aðý önceleri parçalanmaz, ancak SE eðrisi sýcaklýðý geçilince yavaþ yavaþ austenit içinde çözünmeye baslar. Yüksek tavlama sýcaklýðý nedeniyle tane irileþmesinin meydana gelmesi önlenemez. Bu yüzden ötektoit üstü çelikler için tavlama sýcaklýðý SK eðrisi üzerindedir. Yüksek sýcaklýk ve yavaþ so ðuma, iç yapýnýn iri taneli olmasýna yol açar. Dolayýsýyla da ötektoit üstü çeliklerin tavlanmasý sirasinda ortaya çýkan iri tanelerin ortadan kaldýrýlmasý gerekir. Bu iþlem normalleþtirme tavlamasýyla yapýlýr. Normalleþtirme tavlamasý sonucunda ötektoit üstü çeliklerde iri taneli yapý kaybolur ve malzeme daha iyi mekanik özelliklere kavuþur. Normalleþtirme tavýnda çelik, her noktasý ayný ýsýda olacak þekilde 600°C sýcaklýða kadar yavaþ olarak tav fýrýnlarýnda ýsýtýlýr. Daha sonra 723°C'deki dönüþüm bölgesi sýcaklýðýnýn 30–50°C üzerine kadar hýzlý olarak ýsýtýlýr ve bu sýcaklýkta malzemenin merkezi de tamamen dönüþüme uðrayana kadar bekletilir. Bu bekletme süresinin, malzemenin her 1 mm’si için 2 dakika olmasý yeterlidir. Daha sonra hýzlý so ðutma ile dönüþüm bölgesi sýcaklýðýnýn alt ýna inilir(Yalçýn ve Gürü, 2002).
6.1.2. Yumuþatma Tavý Yumuþatma tavý, çeliði ulaþabileceði en yüksek yumuþaklýða eriþtirmek için uygulanýr. Yani dayaným ve sertliði düþürüp, yüksek uzama gösterebilecek hale getirmek amacý ile yapýlýr. Bu þekilde tavlama ile yüksek karbonlu çeliklerde talaþ kaldý rma kolaylaþtýrýlmýþ olur. Yumuþatma tavý çeliklerde elveriþli bir içyapý kazandýrmak için, %0,5’den daha fazla
karbonlu çeliklerde ise, su verme sertliðini gidermek amacý ile uygulanýr. Malzeme birkaç saat perlit alt ý çeliklere ait PSK eðrisi civar ýnda tavlanýr. Perlit üstü çeliklerde sýcaklýk bu eðri boyunca iniþli çýkýþlý deðiþmelidir (Þekil 6.1). Ardýndan 600°C 6.1.3. Gerilme Giderme (Temperleme) sýcaklýða kadar Tavý yavaþ soðutma yap ýldýktan sonra parçalarýn Dökülmüþ ve sýcak dövülmüþ parçalar, genellikle düzensiz soðurlar. Parçanýn þekline baðlý olarakbaðlý içinde ve dýþýndaoda sýcaklýk farký olur. Bu da içte çekme gerilmeleri, dýþta basma þekline olarak sýcaklýðýnda gerilmesi oluþmasýna neden olur. Malzeme kullanýldýðý sýrada da baþka gerilmelerin etkisinde soðutulur. kalýr. Üst üste gelen gerilmeler toplanarak malzemenin çatlamasýna neden olur. Ýç yap ý gerilme Bütün çeliklerde talaþsýz iþlemler için elveriþli bir baþlangýç iç giderme tavlamasý sýrasýnda deðiþime uðramaz. Ýþlem sonunda sözü edilen gerilmeler yapýsý oluþturmak, giderilerek ýsýtýlýr veiþlenme burada yaklaþýk 4arttýrýlýr. saat süre ile tavlanýr. Soðutma parçanýn bütün kýsýmlarý ayný parçanýn yeteneði karbon %0,5’den fazla içeren çeliklerde tala þlý iþlemlere sýcaklýkta kalacak ýþekilde yavaþ yapýlýr. Makina parçalar 550 – 600°C sýcaklýklar arasýndaki bölgeye yavaþ eriþecek þekilde Sýcak dövülmüþ ve dökülmüçeliklerinde þ çeliklere talaþ kaldýrma iþleminden önce, dar toleranslý hazýrlama, takým parçalara yüzey temizlemeden önce ve kaynak yap ýlmýþ parçalara uygulanýr. Büyük kaynak sertle þtirmeye hazýrlýk, su verme sertlið gidermek amaçlar ý konstrüksiyonlar ýnda kaynak dikiþinin yanýndaki bölgeler, bölgeselini olarak alevle tavlanýr ve hemen arkasýndan su püskürtülerek gerilmeler giderilir. ile uygulanýr. Gerilme giderme tavlamasý, normalizasyon ve yumuþatma tavlarý ile birlikte de düþünülebilir. Bunun için normalizasyon veya yumuþatma tavý sýrasýnda 600°C sýcaklýktan sonra yavaþ soðutma gerilmeleri giderme için yeterlidir. Gerginlik giderme iþlemi meneviþleme ve ýslah etme olmak üzere iki þekilde yapýlýr.
55
6.1.3.1. Meneviþleme Çeliklere düþük sýcaklýklarda uygulanan bir ýsýl iþlemdir. Meneviþleme ile çelikteki gergin yapý giderilerek darbe, sarsýntý ve vuruntulara daha dayanýklý hale getirilir. Sade karbonlu çeliklerde 100–300°C, alaþýmlý çeliklerde 200-400°C sýcaklýklar arasýnda uygulanýr. Meneviþleme sýrasýnda kristal kafesler içerisinde hapsedilmiþ olan karbon atomlar ýnýn çok küçük bir kýsmý ayrý larak serbest karbür tanecikleri oluþturur.
sýrasýnda malzeme sertleþtiði için iþlemler arasýnda malzeme yeniden þekil deðiþtirilebilir hale getirilmelidir. Bu nedenle yap ýlan yeniden 6.1.3.2. Islah Etme Su verilerek sertleþtirilmiþ çeliklerde dönüþme sýcaklýðýna yakýn 400–675 °C sýcaklýklar kristalleþtirme tavlamasýna tavlama denilir. arasýnda tavlamak þeklinde uygulanan bir ýsýl iþlemdir.ara Isýl iþlemi ile yapýdakida martenzit tamamen yok edilerek özlü ve darbelere dirençli bir yapý elde edilir. Derin çekme parçalar ýnda düþük sekil deðiþtirmiþ 6.1.4. Difüzyon Tavý Yüksek sýcaklýklarda çelik birçok çözündürme bölgelerin oluþmasýna engelmaddeyi olunamaz. Bu yeteneði olan austenitten bölgelerdeki iri taneli yapý, normalizasyon meydana gelir. Çözünebilir bileþenlerin iç yapýda düzenli bir tavlamasý ile saðlamak giderilebilir. Kullanýlan düþük þekilde daðýlmasýný karbonluyapýlýr. Parça içerdiði karbon miktarýna göre 1000 – amacýyla 1300°C sýcaklýklar arasýnda uzun çeliklerde normalizasyon sýcaklýðý yüksektir. Enerji 6.1.5. Yeniden Kristalleþtirme Tavý süre tavlanýr ve sonra soolmasý ðutulur. Soðuk sekil deðiþtirme iþlemlerinden sonra bozulan kristal yapýyýbu düzeltmek sarfiyatýnýn fazla nedeniyle gibive uzama yeteneðini yeniden kazandýrmak amacý ile uygulanýr. oranda Çelik, kuvvetli bir soðuk sekil Difüzyon tavlamasý, yüksek kükürt içeren otomat deðiþtirmeden sonra 500°C’de, zayýf bir soðuk sekil deðiþtirmeden sonra ise, yaklaþýk 300°C’de durumlarda yalnýzca bir yeniden kristalleþtirme çeliklerine uygulanýr. Alaþým yeniden kristalleþtirilir. Yarý mamul malzemelerde sac, tel, boru ve profil) ergiyen soðuk sekil verme iþlemi tavlamasý uygulanýr. elementlerinin yüksek(incesýcaklýklarda karbürleri eriyik içerisinde ilk önce katýlaþtýklarý için kaba kristaller meydana getirirler. Difüzyon tavý ile bunlar daha düzenli olarak daðýlýrlar. Bu nedenle çözündürme veya daðýtma tavlamasý da denir.
56
7. SERTLEÞTÝRME Sertleþtirme, çeliklerin yapýsýný deðiþtirmek için yapýlan kontrollü so ðutmad ýr. Çeliklerin sertle þtirilmesinde amaç malzemenin dayanýmýný arttýrmaktýr. Bu nedenle çelikler 700°C sýcaklýðýn üzerinde ýsýtýlýr. Isýtma sýrasýnda çelikteki baðlar kopar. Isýtýlan çelik ani soðutma ortamýnda (suda ya da yaðda) soðutulduðunda kopan baðlar ilk hallerine dönüþemediklerinden yeni bir doku elde edilir. Çeliðin ani soðutulmasý ile gerginlik kazandýrýlmýþ dolayýsýyla malzeme sertle þtirilmiþ olur. Sertleþtirilme sonucunda dayaným önemli ölçüde artar. Sade karbonlu çeliklerde dayanýmý bu þekilde üç katýna kadar çýkarmak mümkündür. Sade karbonlu çeliklerde su verme ile saðlanan sertlik, dönüþümün hýzlý olmasý nedeniyle yüzeyde yüksek, çekirdeðe inildikçe düþüktür. Katkýlý çeliklerde ise dönüþüm yavaþ olduðundan çekirdeðe kadar sertleþme saðlanabilmektedir.
Þekil 7.1Sertleþtirme ortamý (Serfiçeli, 2000)
7.1. ÇELÝKLERÝN SERTLEÞTÝRÝLMESÝ Çeliðe özellik kazand ýran en önemli ýsýl iþlem sertleþtirmedir. Sertle þtirme için çeliklerin austenit bölgesine kadar ýsýtýlmasý gerekir. Çelik bir ferrit-sementit alaþýmýdýr. Bu alaþýmýn karbon oraný %1,7’ye kadar bir ötektoit yapar. Ötektoit oranda karbon %0,085 ve sýcaklýk 723°C dýr. Ötektoit sýcaklýk üzerinde çelik bir yapý deðiþimine uðrar. Isýl iþlemine tabi tutulmadan önce çelik çift fazlýdýr. Bu fazlar karbon oranýna göre ferrit + perlit veya perlit + sementit’tir. Ötektoit sýcaklýk üzerinde perlit yapý austenit’e dönüþür. Diðer fazlar ferrit ve sementit ise GSE çizgisi üzerinde dönü þmesini tamamlayarak austenit olur. Austenit karbon eritme özelliði olan 14 atomlu yüzey merkezli bir kristal yapýdýr. Isý verilmeye baþlandýðýnda ötektik sýcaklýk üzerinde perlit ve sementitin dönüþmesi sonucunda serbest kalan karbon atomlarý austenitik yapýda merkez boþluðuna girerek yerleþir ve katý eriyik meydana getirir. Isý arttýkça boþluklar büyüyeceðinden daha fazla karbon atomu eritme (içine alma) yeteneði kazanan kristaller %1,7’ye kadar karbon alacak duruma gelir. Çelik soðumaya baþlad ýðýnda iþlem tersine iþleyerek yine sementit ve perlit yapý olu þur. Hýzlý so ðutma yapýlarak buna zaman verilmezse karbon atomlarý bulunduðu kristal kafes içerisinde kalmýþ olur. Yeni kristal yap ý karbon eritme yeteneðine sahip olmadýðý halde zoraki karbon atomu bulundurur. Fazladan karbon atomlar ý olduðu için bu kristaller düzgün kübik þekilde olamazlar. Düzgün olmayan bu kristal yapý martenzit adýný alýr ve þekil bozukluðu gerginliklere neden olur. Sertliðin sebebi de budur.
57
S (Bain) diyagramlar ý herhangi bir çelið in, hangi sýcaklýkta, hangi hýzla, hangi yapýya dönüþtüðünü belirleyen diyagramlardýr (Þekil 7.2).
Þekil 7.2 S (Bain) diyagramý (Baydur, 1979)
7.2. SERTLEÞTÝRME ÝÞLEM ÝNÝN AÞAMALARI 7.2.1. Ön Isýtma Çelik malzeme oda sýcaklýðýndan hemen su verme sýcaklýðýndaki fýrýna konulacak olursa, dýþ yüzeyler yüksek ýsýyla karþýlaþýrken, iç kýsýmlar baþlangýçta soðuk kalýr. Bu sýcaklýk farký büyük iç gerilimlere ve sonucunda da çatlamalara neden olur. Bunu önlemek için çelik esas fýrýnlamadan önce, daha düþük sýcaklýktaki bir fýrýnda ön ýsýtmaya tabi tutulur. Ön ýsýtma sade karbonlu çeliklerde 650-700°C, alaþýmlý çeliklerde ise 800-900°C sýcaklýklarda yapýlmalýdýr. Ön ýsýtmada zaman genellikle önemli deðildir.
7.2.2. Austenite Dönüþtürme Sade karbonlu çeliklerde austenite dönüþtürme sýcaklýðý perlitin dönüþme sýcaklýðý olan 723°C ‘týr. Ötektoit üstü çeliklerde austenite dönüþtürmek için SE çizgisinin üstüne çýkmaya gerek yoktur. Çünkü 723°C’ta perlit austenite dönüþmektedir. Sementitin austenite dönüþtürülmesine gerek yoktur. Dönüþmede elde edilecek martenzit de sementit kadar serttir. Ancak ötektik alt ý çeliklerde bütün yapýnýn austenite dönüþmesi gereklidir. Alaþýmlý çeliklerde ala þým elemanlar ýnýn karbürlerinin erimesi için daha yüksek sýcaklýklar gereklidir.
7.2.3. Bekletme – Isý Emdirme
Çeliklerin su verme sýcaklýðýnda dönüþmesinin tamamlanmasý için bir süre bekletilmesi gerekir. Bu bekletme iþlemi genellikle her cm kalýnlýk için 5 dakikadýr. Katkýlý çeliklerde dönüþüm daha geç olduðundan 20- 30 dakika daha fazla bekletme gerekir.
7.2.4. Sertleþtirme- Martenzite Dönüþtürme Su verme sýcaklýðýna kadar tavlanmýþ olan çelikler S diyagramýnda ki Ms çizgisine kadar soðutulacak olursa Martenzit yap ý elde edilir. Sertleþtirme genel olarak Austenit bölgesinden, elle tutulabilecek bir sýcaklýða kadar yapýlýr.
58
7.3. SU VERME Martenzit yapý elde etmek için ýsýtýlan çeliðin hýzla soðutulmasý için yap ýlan iþlemlere
genel olarak su verme adý verilir. Çeliklerin sertle þtirilmesinde çeþitli soðutma sývýlar ý kullanýlýr. ortamý Perlit bölgesi ve hýzlarýn Ms sýnýrýnda Çizelge 7.1’de Soðutma so ðutma maddeleri ý görülmektedir. 723 – 550°C 200°C %10 tuzlu su 1.96 0,98 Su 0°C 1,06 1,02 Su 18°C 1,00 1,00 Cýva 0,78 1,62 Hýzlý soðutma yaðý 0,27 0,04 Yavaþ soðutma yaðý 0,14 0,02 %10 yað emülsiyonlu su 0,11 1,33 Su 100°C 0,044 0,71 Hava 0,03 0,007 Vakum 0,011 0,004 Çizelge 7.1 So ðutma sývýlarýnýn so ðutma hýzlarý (Baydur, 1979)
Sertleþtirmede su verme iþlemi iki þekilde uygulanýr. 1-Basit su verme 2- Kademeli su verme
Þekil 7.3 (Baydur, 1979) Basit su verme, en basit ve en fazla uygulanan yöntemdir. Sertle þtirilecek çelik su verme sýcaklýðýna kadar ýsýtýldýktan sonra su veya yað banyosuna dald ýrýlmak suretiyle hýzla soðutulur. Soðutma banyosu uygun seçilmezse çatlama ve çarpýlmalar olabilir. Kademeli su verme yönteminde ise su verme sýcaklýðýna çýkarýlmýþ çelik perlit burnuna (Þekil 7.3) kadar hýzla soðutulduktan sonra bu ýsýda bir süre bekletilir. Kademeli su verme iki þekilde yapýlýr. 1. Austemperleme: Bu iþlemde çelik hýzla perlit burnuna kadar so ðutulup, bu ýsýda dönüþüm saðlanýncaya kadar bekletilir. Austemperleme sonucu elde edilen yapý, sünekliði yüksek, darbe ve vuruntulara dayanýklýdýr. 2. Martemperleme: Bu iþlemde ise perlit burnunun alt ýna kadar hýzla soðutulan çelik bir süre bekletilir. Dönüþüme baþlamadan hýzla tekrar so ðutulur. Martemperleme ile çelik yine martenzit yapýda olmakla beraber iç gerginlikleri az, çatlama ve çarpýlmalar en az düzeye inmiþ olur.
59
7.3.1. Su Vermede Kullanýlan Sývýlar Çeliklerin sertle þtirilmesinde çeþitli soðutma sývýlarý kullanýlýr. Kullanýlan sývýlar genellikle su, tuzlu su, özel eriyikler, ergimiþ tuz ve kurþun banyolar ýdýr. 7.3.1.1. Su En ucuz ve basit su verme ortamýdýr. Çeliði büyük bir hýzla so ðutur. Soðutma hýzý yaðdan üç kat daha fazladýr. Sade karbonlu çelikler için en uygun soðutma sývýsý sudur. Su ile sertle þtirmede soðutma hýzýnýn yüksekliðinden ileri gelen iç gerginlikler çeliðin çatlamasýna ve çarpýlmasýna neden olabilir. Büyük parçalar için su sýcaklýðý 10°C, Kar ýþýk þekilli parçalar için ise 27°C civarýnda olmalýdýr. Genellikle su sýcaklýðý 18 – 20°C olur. 7.3.1.2. Tuzlu Su Aðýrlýk oraný bakýmýndan %10 yemek tuzu karýþt ýrýlmýþ sudur. Korozyona neden olabileceðinden yaygýn olarak kullanýlmaz. Su verme iþleminden sonra parçalarýn yýkanmasý gerekir. Tuz suyun kaynama noktasýný yükselttiðinden buharlaþmayý azaltýr ve daha iyi sertleþme saðlar. 7.3.1.3. Özel Bileþikler %10 Sodyum Hidroksitli (Na OH), Sülfürik asitli veya Potasyum Hidroksitli (P OH) su banyolarýdýr. En hýzlý soðutma saðlayan banyolardýr. Su verme iþleminden sonra çelik yüzeyinin parlak kalmasýný sað lar. 7.3.1.4. Yaðlar Yaðda sertleþtirmede, çeliklerde daha az iç gerginlik doðar. Buna baðlý olarak da çatlama ve çarpýlmalar da daha az olur. Yüksek sýcaklýklarda ayrýþmayan madeni yað lar kullanýlýr. 7.3.1.5. Ergimiþ Tuz ve Metal Banyolarý Bazý çelik türleri için 200 – 600°C sýcaklýklar arasýnda ergiyik tuz ve metal banyolar ý kullanýlmaktadýr. Tuz banyolarýndaki soðutma hýzý yað banyosundan daha üstündür. Yap ýlan araþtýrmalarda 250 °C sýcaklýktaki tuz banyosu 20°C sýcaklýktaki yað banyosu ile ayný soðutma hýzýna sahiptir.
7.4. YÜZEY SERTLEÞTÝRME Sertleþtirilmesi istenen makine elemanlarýnýn çalýþma þartlar ý göz önüne alýnýrsa, tümüyle sertle þtirilmesinin istendiði durumlar yanýnda, sadece gerekli kýsýmlarýnýn sertleþtirilmesi de istenebilir. Genellikle makine parçalarýnda aþýnmamasý gereken yüzeylerin sertle þtirilmesi gereklidir. Darbeli ve vuruntulu çalýþma koþullar ý için çeliðin özlü olmasý; özlü olabilmesi için de çekirdeðine kadar sertle þmemesi gereklidir. Bu nedenle çelikler yaln ýz yüzeyde ince bir katmanýn sertle þtirilmesi ile çalýþma koþullarýna uygun hale getirilirler. Bu iþleme de yüzey sertleþtirilmesi denir.
Yüzey sertleþtirme iþlemleri iki gruba ayr ýlýr. 1. Yüzeyin kimyasal bileþimini deðiþtirerek yapýlan yüzey sertleþtirme 7.4.1. Yüzeyin Kimyasal Bileþimini Deðiþtirerek Yapýlan Yüzey Sertleþtirme 2. Yüzeyin kimyasal bileþimini deðiþtirmeden yüzey Çekirdeðine kadar sertle þme yeteneðine sahip olmayan çeliklere uygulanýr.yapýlan Sertle þmeye yetecek kadar karbonu olmayan bu çeliklerin yüzeyine ince bir katmanýn sertleþtirme sertleþmesine yetecek karbon veya azot verilir. Yüzeyde ince bir katmanýn kimyasal bileþimi sertle þme yeteneð i kazanacak kadar deðiþtirilir. Bu þekildeki yüzey sertleþtirme sementasyon veya nitrürasyon iþlemleri ile saðlanýr.
60
7.4.1.1. Sementasyon Karbürasyon adý da verilen bu yöntemle çelik yüzeyine atomik difüzyon yolu ile karbon
atomlar ý emdirilir. Çelik yüzeyinin karbon oraný yükseltilerek sertle þme yeteneð i kazandýrýlýr. Bu iþleme sementasyon denir. Sementasyon iþlemi ile yüzeyde 1- 3 Sementasyon Çeþitleri mm’lik bir katman karbon Katý Sementasyon Katý karbonsertleþtirilir. verici maddeler kullanýlarak yapýla sementasyondur. Karbon verici maddeler emdirilerek meþe kömürü, kok ya da linyit, kemik kömürü, deri, kösele, týrnak ve boynuz tala þlarýdýr. Sementasyon edilecek parça katý karbon vericilerle zel çelik kasalar içerisine yerleþtirilip kapatýlýr. Çelik parçalarýn etrafý en az 30 mm kalýnlýðýnda sementasyon maddesi ile kaplanmýþ olmalýdýr. Kasanýn kapaðý sýzdýrmaz bir þekilde kapatýlarak, kasa fýrýna yerleþtirilir. Fýrýn sýcaklýðý 875 – 950°C olmalýdýr. Sementasyon kasasý fýrýnda 8 – 16 saat süre ile bekletilir. Bunun sonucunda malzeme yüzeyi yeterli oranda karbon emerek sertleþmiþ olur (Þekil 7.4). Gaz Sementasyon Gaz sementasyon özel fýrýnlarda cývata, vida, pim gibi küçük makine parçalarýna uygulanýr. Gaz sementasyonda metan, etan, asetilen, hava gazý v.b. gaz karbon vericiler kullanýlýr. Gaz sementasyonu uzun zaman alýr, buna karþýlýk kabuk ince olur. Fýrýna gönderilen karbon verici gaz, sementasyon sýcaklýðýnda karbon atomlarýn ý çelið e vererek etki eder ve kabuktaki karbon yüzdesinin yükselmesini saðlar (Þekil 7.4). Sývý Sementasyon Sývý karbon vericilerle yapýlan sementasyon iþlemidir. Sodyum Siyanür (Na CN), Potasyum Siyanür (K C N), Kalsiyum Siyanür (N2) sývý sementasyon iþleminde kullanýlan bileþiklerdir. Bu maddeler ergitilerek sývý hale getirilir. Çelik parçalar 800 – 875°C sýcaklýða kadar ýsýtýlýp sývý siyanür banyosuna daldýrýlýr. Bu banyoda 15 – 45 dakika bekletilir. Bu süre içerisinde malzeme yüzeyinin sertle þtirilmesi gerçekle þir. Ekonomik olduðu için en fazla kullanýlan yöntemdir. Sývý sementasyona Siyanür banyosu ad ý da verilir (Þekil 7.4).
Þekil 7.4 Sementasyon (Erdoðan, 1999)
61
7.4.1.2. Nitrürasyon Az karbonlu ve az katkýlý (krom, molibden ve alüminyumlu) çeliklere uygulanan yüzey sertle þtirme yöntemidir. Sementasyondan farklý olarak çelik yüzeyine karbon yerine azot atomlar ý emdirilir. Azot atomlarý çelik yüzeyinde bir nitrür tabakasý oluþtrur. Bu tabaka ayr ýca sertle þtirmeye gerek olmayan sert olan bir katmandýr. Nitrürasyon fýrýnlar ýnýn sýcaklýðý 450 – 540°C’dir ve fýrýndan sürekli amonyak gazý geçirilir. Nitrür tabakasýný, parçalanan amonyak gazýndan serbest kalan azot atomlarý çelik yüzeyine girerek oluþturur. Bu oluþum 72 saatte gerçekleþir. Elde edilen bu tabaka yüksek sýcaklýklarda da sertliðini korur.
7.4.2. Yüzeyin Kimyasal Bileþimini Deðiþtirmeden Yapýlan Yüzey Sertleþtirme (Isý Birikimi Ýle Yüzey Sertleþtirme) Yapýsýnda sertleþmeye yetecek kadar karbon bulunan çeliklere uygulanan yüzey sertle þtirme yöntemidir. Ýçerisinde %0,35 – 0,70 karbon bulunan çeliklerin yüzeylerinde ince bir katmanýn sertle þtirilmesi iþlemidir. Çeliklerin merkez kýsmý deðiþime uðratýlmadan yüzeyde bir tabakanýn sertle þtirilmesi ýsý birikimi ile yapýlýr. Çeliðin ýsý iletme yeteneði düþüktür. Kuvvetli ýsý verilirse bu ýsý yüzeyle ayný ölçüde iç kýsýmlara geçmez, yüzeyde birikir ve kýsa zamanda bu kýsým sertleþtirme sýcaklýðýna yükselir. Su verme sýcaklýðýna ulaþýldýðýnda su ve yað püskürtülerek soðutma iki þekilde yapýlýr. • Alevle yüzey sertle þtirme
• Endüksiyon akýmý sertleþtirme 7.4.2.1. Alevle Yüzey Sertleþtirme
ile
yüzey
Ýçerisinde karbon oraný %0,35 – 0,70 arasýnda bulunan krom-nikelli, krom-molibden
katký elemanlý ve sade karbonlu çeliklere uygulanýr. Sertleþtirilecek yüzey, alev yardýmý ile kýsa zamanda su verme sýcaklýðýna kadar ýsýtýlýr. Isýtýlan yüzeye su püskürtülerek soðutma iþlemi yapýlýr. Yapýlan bu iþlemle yüzeyde 1 –3 mm kalýnlýktaki bir kýsým sertleþtirilmiþ olur. Alevle yapýlan yüzey Þekil sertle þtirme iþlemi fýrýna sýðmayacak kadar 7.5 Alevle yüzey sertle þtirme (Erdoðan, 1999) büyük parçalara uygulanýr (Þekil 7.5).
7.4.2.2. Endüksiyon Akýmý Ýle Yüzey Sertleþtirme Frekansý 10.000 – 1.000.000 arasýnda deðiþen bir akýmýn geçtiði sargýlar arasýna konulan çelik parçalar çok kýsa bir zamanda yüzeyden ýsýnýrlar. Akým kesilip, ýsýnan yüzeye su püskürtülerek so ðumasý dolayýsýyla sertleþmesi saðlanmýþ olur. Krank milleri, diþliler, miller v.b. parçalar bu yöntem ile sertleþtirilir. Parça yüzeyinden ince bir tabaka sertleþtiði için parçada iç gerginlik meydana gelmez(Þekil 7.6).
Þekil 7.6 Endüksiyonla yüzey sertleþtirme (Erdoðan, 1999)
kimyasal korozyon denir. Kimyasal korozyon zýt elektrik yüklü iyonlarýn birbirlerini çekmeleri 62 sonucunda kimyasal bileþik oluþturmalarýd ýr. 8. KOROZYON Madensel malzemelerin oksijen, kükürt, azot, yoðun Madensel malzemelerin dýþ etkenlerle aþýnmasýna korozyon adý verilir. Bir baþka deyiþle malzemenin çevresi ile girdiði kimyasal ya da elektrokimyasal reaksiyonlar sonucu gördüðü asitler, bazlar ve tuzlar tarafýndan zarara KOROZYON denir. Ancak metallerin birbirleriyle sürtünmeleriyle oluþan aþýnma korozyon deðildir. Korozyon yüzeyde baþlar. Malzemenin özelliðine göre yüzeyde kalabilir ya aþýndýr bir kullanýlamaz kimyasal da derinlere iþleyebilir ýlmasý ve bir süre sonra malzemeyi hale getirir. korozyondur. Korozyon þu yollarla oluþur. 1- Malzeme yüzeydenbileþik korozyona uðrar (Demirin paslanmasý). Metallerin kimyasal yapmasý yüksek 2- Alaþýmlarda alaþým elemanlar ýndan birisi korozyona sýcaklýklarda olabildiði için kimyasal korozyon sýk uðrar. görülmeyen korozyon türüdür. birleþtirmelerde temas 3Vida,birperçin ve kaynaklý 8.1.Kimyasal KOROZYON ÇEÞÝTLERÝ korozyon normal havanýn, endüstriyel noktalarýnda korozyon oluþur. Korozyon kimyasal ve elektrokimyasal olmak üzere 4- Farklý malzemelerin birbirleriyle temaslarý sonucunda havanýn, deniz suyunun etkisi ile oluþur. meydana geliþ þekli bakýmýndan korozyon oluþur. ikiye ayrý lýr. 8.1.1. Kimyasal Korozyon Normal hava oksitlenmeye, endüstriyel havada 5- Yüksek gerilim alt sebep ýndaki malzemelerde korozyon Metalik malzemelerin, korozyona olan bir malzemenin doðrudan etkisinde oluþur. olmaksýzýn, kendigazlar kendine bazý(CO2, maddelerdenSO2, etkilenip H2S, kimyasal bileþikler bulunan NH3oluþturarak , NO2aþýnmasýna ) havanýn nemi ile birleþip asitleri olu þturarak aþýnmaya, deniz suyu ise içindeki tuz ile deniz araçlar ýnýn zarar görmesine yani korozyona neden olur.
63
8.1.2. Elektrokimyasal Korozyon Madensel malzemelerin elektrik ak ýmý ile aþýnmasýdýr. Elektrokimyasal korozyonun olabilmesi için elektrik akýmýnýn olu þabileceði bir ortamýn (iletken ve elektrolit) var olmasý gerekir. Elektrolit; su, nem ya da ter olabilir. Elektrokimyasal korozyon genellikle kimyasal olaylardan doðar. Elektrokimyasal Korozyon Çeþitleri
Elektrokimyasal korozyon, iki metalin birbirine deðmesiyle, metali kendi içerisinde, dýþarýdan aldýðý veya malzemenin kristalleri arasýndaki 8.1.2.1. Deðme Yoluyla Korozyon meydana gelen bir elektrik akýmý ile Elektrolit bulunan bir ortamda iki metal temas halinde olursa oluþabilir. deðme noktasýnda bir elektrik ýmýKorozyon oluþur. Elektrokimyasal gerilimi az olan metal 8.1.2.2. Kendiak Kendine Ýki metalin bir arada bulunmadýðý, tek metalin kendi kendine korozyona uðramasýdýr. diðerini aþýndýrýr. Bu tip bir korozyon Kendi kendine korozyon dört þekilde oluþur. deðme yoluylakorumak korozyondur. • Korozyondan için yapýlan örtünün hatalý olmasýndan, • Metal veya alaþým yapýsýnýn homojen olmamasýndan, • Metal yüzeyinde yabancý maddeler bulunmasýndan, • Kaynak noktalar ýndaki dikiþin farklý özellikte oluþundan. Dökmedemirde grafitin katot olmasý sonucunda da aþýnma meydana gelir. Bir malzemenin üzerinde biriken is de korozyona nedendir. Bu tip korozyonlar kendi kendine korozyondur. 8.1.2.3. Dýþ Akýmlardan Doðan Korozyon Bir metalden doðru akým geçecek olursa akýmýn kaynaðý anot olacaðý için malzeme sürekli zarar görür. Bu þekildeki korozyona elektrik direklerinde, yeralt ý kablolarýnda, gemilerde ve elektrik santrallerinde rastlanýr. 8.1.2.4. Kristaller Arasý Korozyon Metal ala þýmlarýnda görülen en tehlikeli korozyondur. Farklý elektrokimyasal gerilime sahip kristaller arasýnda piller olu þur ve malzemeyi içten korozyona uðratýr. Kristaller arasý korozyon tehlikelidir, çünkü malzemenin yüzeyinde korozyon görülmez ve bir süre sonra birden bire parçalanma olur.
64
8.2. KOROZYONDAN KORUNMA Ýþ parçalarýn ýn ve makine parçalar ýnýn kullaným süreleri ve iþletme güvenliði çoðu kez korozyon olayýnýn önlenmesine baðlý olur. Korozyondan korunmanýn tüm yöntemleri, ya pil oluþumunu, ya da kimyasal çözülme etkisi gösteren malzemenin etkisini önleme amacýyla geliþtirilmiþtir. Madensel malzemelerde korozyondan korunma dört þekilde sað lanýr. 1- Alaþým yaparak 2- Korozyona neden olan cisimleri uzaklaþtýrarak 3- Katodik koruma yolu ile 4- Kaplama yolu ile
8.2.1. Alaþým Yaparak Korozyondan Koruma
Korozyondan korumak istenilen malzemenin içerisine baþka malzemeler katarak koruma yapýlýr. Korozyondan korunmada en güvenilir yol olmasýna raðmen pahalýdýr. Korozyon 8.2.2. Korozyona Neden Olan Cisimleri yüzeyde Uzaklaþtýrmak Korozyondan korunmada güvenli bir yol olmasýna raðmen kullanýmý her zaman mümkün oluþtuðu halde alaþým yap ýlarak malzemenin tamamý deðildir. Kimya endüstrisinde kimyasal maddelerle temasý kesmek, kalorifer kazanlarýnda kazan korozyondan korunur. Örneðin krom havanýn oksijeni ile çeliðin sacý ile suyun temasýný, ýsý iþlemleri yaparken çeliðe yüksek sýcaklýklarda temasýný önlemek her zaman mümkün deðildir. Örneðin suyun demirle temasýný kesmek için oto katýlarak korozyon önlenir. radyatörlerinde %0,6 oranýnda potasyum kromat katýlarak korozyon önlenebilir. 8.2.3. Katodik Koruma Elektrokimyasal korozyon malzemenin iyonlaþarak üzerinde toplanan elektronlar ý baþka bir iletkene vermesi ile tekrar iyonlaþarak aþýnmasý olayýdýr. Eðer malzemeye dýþarýdan elektron verecek olursak malzemenin iyonlaþmasý önlenmiþ olacak ve korozyon oluþmayacaktýr. Sonuç olarak bu þekilde korunacak malzemeye dýþar ýdan ak ým vermek katodik korumanýn bir yoludur. Baþka bir yol ise korozyondan korumak istediðimiz malzemeye daha aktif bir malzeme baðlamaktýr. Bu þekilde daha aktif olan malzeme korozyona uðrayacak, kulland ýðýmýz malzeme zarar görmeyecektir.
8.2.4. Kaplama Ýle Koruma Korozyondan korumada en çok kullanýlan yöntemdir. Korunmak istenen malzeme uygun
bir kaplama maddesi ile kaplanýr. Korozyondan koruma örtüleri üç çeþittir. Her üç yöntemde de 8.2.4.1. Madensel Koruyucu Örtülerörtüsü yeterli kalýnlýkta ve dayanýmda korozyondan koruma Çinko, krom, kadmiyum, kalay, kurþun, nikel, bak ýr gibi madenlerle yapýlan yüzey olmalý ve gözenek bulunmamalýdýr. kaplama yöntemidir. Bu madenler korozyonu önleyecek kalýnlýkta ve gözeneksiz olarak elektroliz, ergitilmiþ banyolara daldýrmak, ergiterek yüzeye püskürtmek suretiyle korunacak yüzeye kaplama þeklinde uygulanýr. 8.2.4.2. Organik Koruyucu Örtüler Yaðlýboya, vernik, lak, katran, yað, kauçuk, plastik gibi organik maddelerle yap ýlan kaplama iþlemidir. Bu maddeler korozyon etkisine sahip ortamla malzemenin temasýný keserek koruma sað larlar. 8.2.4.3. Ýnorganik Koruyucu Örtüler Çimento, emaye gibi organik olmayan maddelerle yapýlan kaplamadýr.
65
9. DEMÝR OLMAYAN METALLER Demir olmayan metaller metal iþleme endüstrisinde birçok ürünün imalatý için gerek duyulan metallerdir. Metaller özgül aðýrlýðý suyun özgül aðýrlýðýnýn beþ katýndan fazla olanlar aðýr metaller, daha az olanlar hafif metaller olarak iki ana gruba ayrý lýr. Baþka bir deyiþle özgül aðýrlýðý 5 kg/dm3’den fazla olanlar aðýr metaller, 5 Kg/dm3’den az olanlar hafif metaller sýnýfýna girer (Erdo ðan, 1999) Önemli aðýr metaller; bak ýr, çinko, kalay, kurþun, nikel, krom, wolfram, molibden,
kobalt, manganez, antimon, kadmiyum, bizmut, cýva ve soy metaller olarak da gümüþ, altýn, platin sayýlabilir. En önemli hafif metaller ise; alüminyum, magnezyum, titan, berilyumdur. Bu 9.1. BAKIR tek baþlar ýna dayanýmý az ve yumuþaktýrlar. Ala þým metaller Bak ýr doðada saf veya bileþik þeklinde bulunan, ýsý ve elektriði iyi ileten, kolay yapýlarak özellikleri iyileþtirilir vesimgesi Cu, özgül aðýrlýðý 8,93 kg/dm3, iþlenebilen, korozyona dayanýklý bir metaldir. Kimyasal ergime ýsýsý 1083°C, çekme dayanýmý 1600 kg/cm2’dir. istenilen özelliklere ulaþýrlar. Sertlik ve dayaným artar, uzama Bak ýr doðada saf olarak bulunabildiði gibi, halkopirit, azurit, malahit, bornit, halkozin, kurpit, filizler þeklinde de bulunabilir. azalýr. tedrahit Elektrik gibi iletimi, korozyon direnci genellikle 9.1.1. Bakýr Alaþýmlarýkötüleþir. Talaþ kaldýrma iþlemleri kolaylaþýr. Bak ýr, endüstride alaþýmlarý yapýlarak kullanýlýr. Bak ýr alaþýmlarý genel olarak aþaðýda sýralanan özelliklere sahiptir. • Yüksek dayanýma sahip ve serttir. • Soðuk biçimlendirme ile mekanik özellikleri geliþtirilebilir ve ýsý iþlemlerine elveriþli hale getirilir. • Döküme elveriþlidir. • Korozyon dirençleri daha fazlad ýr. • Çinko ile yaptýðý alaþým daha ucuzdur. • Bakýra göre daha elastikidir. Bak ýr birçok metalle alaþým yapar. Bu alaþýmlar ýn en önemlisi çinko ile yaptýðý alaþým sonucu meydana gelen pirinçtir. Pirinç, bak ýr oraný en az %50 olan ve en çok kullanýlan bakýr ala þýmýdýr. Bakýr oraný ne kadar artarsa o kadar iyi tala þsýz ya da soðuk þekillendirilebilir. Bakýr ýn çok kullanýlan bir diðer alaþýmý Kalayla yaptýðý ve tunç olarak da bilinen bronzdur. Sert, dayanýklý, korozyondan etkilenmeyen bir metaldir. Bu özelliklerinden dolayý çevre etkilerinin yo ðun olduðu yerlerde kullanýlýr. Bronz içerisindeki kalay oraný arttýkça dayaným artar, ancak gevrekleþir ve üretim maliyeti artar.
66
9.1.1.1. Dökme Bakýr Alaþýmlarý Alaþým % aðýrlýk oraný Kullanma alanlarý Kýzýl döküm Bakýr 85 Çinko 5 Kalay 5 Kurþun 5 Diþliçark yapýmýnda Sarý döküm Bakýr 60 Çinko 38 Kalay 1 Kurþun 1 Süs eþyasý dökümlerinde Döküm mangan bronzu Bakýr 58 Çinko 39,7 Alüminyum 1 Pervane göbekleri Demir 1 Manganez 0,3 % 10’luk alüminyum bronzu Bakýr 86 Demir 3,5 Alüminyum 10,5 Diþliçarklar, yataklar, burçlar Kurþunlu kalay bronzu Bakýr 88 Çinko 4,5 Kalay 6 Kurþun 1 Valfler, diþliçarklar, yataklar Gun metal Bakýr 88 Çinko 2 Kalay 1 Cývatalar, pompa parçalar ý % 10‘luk alüminyum bronzu Bakýr 86 Demir 3,5 Alüminyum 10,5 Alüminyum bronzlarý sertleþtirilebilme özellið ine kum döküm, sertleþtirilmiþ sahiptir. Çizelge 9.1 Dökme bakýr alaþýmlarý 9.1.1.2. Dövme Bakýr Alaþýmlarý Alaþým % Aðýrlýk oraný Kullanma alanlar ý 1-Yýldýz metali Bak ýr 95 Çinko 5 Para ve altý n kaplama alaþýmlar 2- Ticari Bronz Bak ýr 90 Çinko 10 Ucuz ziynet eþyasý 3- Kýzýl pirinç Bak ýr 85 Çinko 15 Su tesisat malzemeleri 4- Adi pirinç Bak ýr 80 Çinko 20 Müzik aletleri, pompa v.b. 5-Kartuþ pirinci Bak ýr 70 Çinko 30 Radyatör, tulumba v.b. 6-Sarý pirinç Bak ýr 65 Çinko 35 Reflektör, yay, baðlayýcýlar 7-Muntz metal Bak ýr 60 Çinko 40 Valf gövdeleri, cývata, somun 8- Kurþunlu adi pirinç Bak ýr 64,5 Çinko 35 Kurþun 0,5 Su tesisatý v.b. 9- Kurþunlu orta pirinç Bak ýr 64 Çinko 35 Kurþun 1 Diþliçark, vida v.b. 10-Otomat pirinci Bak ýr 62 Çinko 35 Kurþun 3 11- % 5’lik alüminyum Bak ýr 95 Alüminyum 5 Korozyona dayanýklý boru tesisatý bronzu 12- Manganez bronzu Bak ýr 58,5 Çinko 39,2 Kalay 1 Pervane göbekleri Demir 1 Manganez 0,3 13-Fosfor bronzu % 5’lik Bak ýr 94,8 Kalay 5 Fosfor 0,2 Diyaframlar, anahtarlar 14-Fosfor bronzu % 10’luk Bak ýr 89,8 Kalay 10 Fosfor 0,2 Köprü yatak yaylarý, özel yaylar
Çizelge 9.2 Dövme bakýr ala þýmlar ý
67
9.2.ALÜMÝNYUM Alüminyum saf iken dayanýmý az, iþlenebilirliði kolay, çabuk oksitlenen, oksitlenme ile sert bir yüzey tabakasýna sahip olan, ýsý ve elektrik iletkenliði iyi olan bir metaldir. Kimyasal simgesi Al, özgül aðýrlýðý 2,7 kg/dm3, ergime ýsýsý 658°C, çekme dayanýmý 90-120 kg/mm2, genleþmesi %3,25’dir. Doðada filizler þeklinde çok bulunan (yer kabuðunun yaklaþýk %6’sý), demir dýþýndaki metaller içerisinde üretim ve kullaným miktar ý açýsýndan baþta gelen hafif bir metaldir. Çok kullanýlmasýnýn sebebi ise iþlenebilirliði, hafifliði, ýsý ve elektrik iletkenliði, korozyon direnci, yeniden kullanýlabilirliði gibi özellikleridir.
9.2.1. Alüminyum Alaþýmlarý Saf alüminyumun yumuþak, dayanýmýnýn düþük oluþu nedeni ile kullaným alaný sýnýrlýdýr. Bu nedenle alüminyum, mekanik özelliklerini iyileþtirmek için alaþým yapýlarak kullanýlýr. Alaþým sayesinde ýsýl iþlemlere de elveriþli hale getirilir. Soðuk ve sýcak olarak biçimlendirilmesi kolay, makinede tala þ çýkartýlmasý zordur. Makine ile yapýlan iþlemede yüksek hýz ve özel keskin takýmlar kullanýlýr. Alüminyum, alaþým yapýlarak kullaným alaný geniþleyen, ýsýl iþlem sayesinde de (sertle þtirme) 600 N/mm2 dayanýma ulaþabilen bir metaldir. Sertleþtirilemeyen alüminyum ise özellikle deniz suyuna dayanýklýdýr. Otomat alüminyumu içerisinde %5,5 bakýr, %0,5 kurþun ve %0,5 bizmut bulunan alüminyum alaþýmýdýr. Makinede kolayca iþlenebilir. Alüminyum alaþýmlarý Ýkiye ayrýl ýr.
Döküm yapýlarak kum ya da madeni kalýplarda elde edilen 9.2.1.1. Dökme Alüminyum Alaþýmlarý alaþýmlardýr. Özellikleri döküm þekline göre deðiþir. Alüminyum baþta bakýr, silisyum, manganez ve çinko olmak üzere birçok metal ile alaþým yapar. Mimaride, süslemecilikte, deniz motorlar ý gövde ve bloklarýn yapýmýnda, motor parçalarýnda ve korozyona dayaným isteyen yerlerde silisyumlu alaþým kullanýlýr. Manganezle yaptýðý alaþýmda korozyon direnci açýsýndan üstün özelliklere sahiptir. Çinko ile yaptýðý alaþým ise aðýr, ucuz, sertlik açýsýndan oldukça 9.2.1.2. Dövme Alüminyum Alaþýmlarý iyi, ancak korozyon direnci Dövme alüminyum alaþýmlarý, dökme alüminyum alaþýmlarýndan daha üstün mekanik özelliklere sahiptir. Bu üstünlük dövme, haddeleme, çekme ve ýsý iþlemlerinden sonra oluþur. Bu düþüktür. iþlemler alüminyumun yap ýsýný inceltir ve daha homojen bir yapý oluþturur. Dövme alüminyum alaDökme þýmlarý üç alüminyum aþamada elde edilirler. Döküm yolu ile önce büyük bloklar eldesilisyum, edilir. Daha sonra alaþýmlarýndan, %11-13,5 %0-0,5 300 – 500°C sýcaklýklarda soðuk veya sýcak çekme, haddeleme ile uygun profiller haline getirilir. magnezyum içeren Gerektiði zamanlarda ýsýl iþlemler uygulanýr. %3,5–4,9 bak ýr, %0,2–1,9alaþýmý, magnezyum, %0,3–1,1 manganez içeren dövme alüminyum dökme alüminyum çok iyi döküm özelliði gösterir. ala þýmlarý otomat tezgâhlarý için uygundur. % 0,6-1,6 magnezyum, %0,6-1,6 silisyum, % 0,2-1 manganez, %0-0,3 alaþým ise iyi bir korozyon direncine sahiptir. Ayný Talaþlý iþçiliði iyikrom ve içeren korozyon ala þýma toplam %1–3 kadar kurþun, kalay, bizmut ve kadmiyum katýlýrsa tala þlý iþlemler için direnci yüksektir. Zorlanan ince kenarlý ve%0–0,3 çarpmalara uygun hale gelmektedir. %0,6–7,2 magnezyum, %0–0,6 manganez, krom içeren dayanýklý alüminyum dönen parçalar kullanýlýr. ýn tala þlý iþlemleri için uygundur. Özellikle optik ve hassas parçalaralaþýmý ýn imalatýnda alet endüstrisinde kullanýlýr. %9-11 silisyum, %0,2-0,4 magnezyum ve %0-0,5 manganez içeren dökme alüminyum alaþýmý, yüksek zorlanmalý, aðýr ve titreþimli çalýþacak parçalar için dökülür. Kaynak edilebilir ve korozyona dirençlidir. %11 silisyum içeren alüminyum alaþýmý ise aþýnmaya karþý oldukça dirençlidir.
68
9.3. ÇÝNKO Doðada en fazla bulunan metallerdendir. Korozyon direnci yüksek, ancak kimyasal etkilere direnci olmayan bir metaldir. Doðadaki çinko filizlerinin en önemlileri sphalerite, willemite, franklinite, zincite’dir.
Kimyasal simgesi Zn, özgül aðýrlýðý 7,133 kg/dm3, ergime ýsýsý 419°C’dýr. 930°C sýcaklýkta buharlaþýr. Katký elemaný olarak pirinç ve bronz 9.3.1. Çinko Alaþýmlarý üretiminde, pil yapýmý, inþaat levhasý, Çinkoda en fazla %1,6 kurþun, %0,8 demir, %0,75 kadmiyum bulunabilir. Dünya da üretilen çinkoenençokçok kalýpçýlýkta ve pirinç su borularý, da galvanizlemede, çeliklerin korozyona karþý dayanýmý yapýmýnda kullanýlýr. Çinko bunlarýn için kaplanmasý iþlerinde kullanýlýr. dýþýnda deðiþik amaçlarla da kullanýlmaktadýr. Galvanizleme: Demirin çinko ile kaplanmasýdýr. Galvanizleme demirin korozyondan 9.4. NÝKEL korunmasý amacýyla Demir dayaným yüzeyininve çinko ile Nikel, gümüþi beyaz yapýlýr. renkte, yüksek genleþme kaplanmasýnda, özelliðine sahip, ergiyik korozyona çinko içerisine önceden temizlenmiþ demiriiþlenebilen, daldýrmak, kaynak elektrolizlemek ya da toz oldukça dayanýklý, soðuk edilebilen, lehim çinko içerisinde yapýlabilen, tala þl ýsýtýlmasý, ý iþlenemeyen parçametaldir. yüzeyineMagnetik çinko püskürtülmesi yöntemleriyüksektir. uygulanýr.Kimyasal bir ve ýsý iletkenliði maddelere, özellikle de asitlere karþý 9.4.1. Nikel Alaþýmlarý Ana maddesi nikel olan alaþýmlarda en az % 50 nikel bulunur. En önemli nikel alaþýmý dayanýklýdýr. monel’dir. Ýçerisinde 2/3 nikel, 1/3 bakýr bulunan bu alaþýma alüminyum ve titan da katýlabilir. BuKimyasal þekilde özellikleri daha da iyileþir. Monel ýsý iþlemi ile sertleþtirilebilir. Soðukergime biçimlendirme simgesi Ni, özgül aðýrlýðý 8,85 kg/dm3, ýsýsý ile dayanýmý ve sertliði yükselir. Sertlið i 85 – 100 Rb olan monel malzemeden yapýlan 0,75 mm 1453°C, dayanýmý ve daha küçükçekme çaplý tellerde dayaným 10.000-14.000 kg/cm2’dir. Nikelli alaþýmlar genellikle; nikel-krom, nikel-krom-demir, nikel-molibden alaþýmlarý 400–800 N/mm2’dir. Bakýr, demir, manganez filizlerinde nikel þeklinde olur. inkonel ad ý verilen Nikel-Krom-Demir alaþýmlarýn ýn (%80 Ni, %20 Cr veya %60 Ni, %15 Cr+Demir) elektrik direnci ve%85’i ýsý dayanýmý yüksektir. Ýnkonel alkalilere, organik bulunur, ancak üretimin bileþiklere, amonyak, hidrojen, azot, karbondioksit gazlar ýna ve buhar etkilerine büyük dayaným sülfürlü filizlerden elde edilir. gösterir. Sementasyon kasalarý, süt pastörizasyon kaplar ý, fotoðraf banyo küvetleri, fotoðraf makinasý parçalarý, pompalar, miller, makaralar, tekstil makinalar ý imalatýnda kullanýlýr. Nikel – Molibden alaþýmlar ý çok miktarda demir içerir. Dayaným bakýmýndan alaþýmlý çeliklerle karþýlaþtýrýlabilir. Tuz asiti ve nemli tuz asiti gazlarýna büyük dayaným gösterir. 800°C sýcaklýklarda atmosfer etkilerine dayanýklýdýr. Kullanma Alanlarý: Nikel ýsý ve korozyona dayanýklý olmasý nedeniyle galvenize kaplamalarda, alaþýmlý çeliklerin üretiminde, kimya endüstrisinde kullanýlan araç-gerecin yapýmýnda saf veya alaþým elemaný olarak kullanýlýr. Nikelin alüminyum, magnezyum ve berilyum ile yaptýðý alaþým ýsýtýcý elemanlarýn imalatýnda, yüksek dayaným ve genleþme özelliði nedeniyle yaylarda, uçak endüstrisinde kullanýlan perçinlerde tercih edilir. En önemli ve yaygýn kullaným yeri ise Nikel-Krom-Molibdenli yüksek ýsýya ve korozyona dayanýklý çeliklerin üretimidir.
69
9.5. KALAY Ýyi korozyon direnci nedeniyle çelik saclarýn kaplama malzemesi (Teneke ve konserve kutularý) olarak kullanýlmasý önemlidir. Asit ve bazlardan etkilenir. 10°C’nin alt ýnda yüzeyde gri toz halinde bir tabaka oluþur. Kimyasal simgesi Sn, özgül aðýrlýðý 7,3 kg/dm3, ergime ýsýsý 232°C, Çekme dayanýmý 40–50 N/mm2 uzamasý %40’dýr. Kalay çelik saclarýn kaplanmasýnda, teneke üretiminde, lehim ve alaþýmlarda kullanýlýr. 0,008 – 0,2 mm kalýnlýklarda yaprak halinde üretilebilir. En önemli alaþýmý lehimdir (Örneðin L-Sn 60 Pb). Lehimde % 12 - 90 arasý kalay ve geri kalaný kurþun, antimon ya da kadmiyum bulunur. Kalay kayma ve yük taþýma özelliði bakýmýndan yatak metali (beyaz metal) olarak da kullanýlýr.
9.6. KURÞUN Kuþun, asitleri de içeren iyi bir korozyon direncine sahiptir. Kurþun bileþikleri çok zehirlidir. Bu nedenle özel güvenlik iþaretleri ile belirtilir. Kimyasal simgesi Pb, özgül aðýrlýðý 11,3 kg/dm3, ergime ýsýsý 327°C, çekme dayanýmý 15–20 N/mm2 , uzamasý %50–30’dur. 100°C’ýn üzerinde çabuk kýrýlýr. Kurþun yer kabuðunda deðiþik birçok filizde bulunsa da en fazla galen adý verilen kükürtlü filizden elde edilir. Çok yumuþak olan kurþun kolaylýkla soðuk olarak biçimlendirilir ve biçimlendirme sýrasýnda sertleþmez. Talaþ kaldýrma iþleminde oldukça yumu þaktýr. Kurþun tüm metallerle alaþým yapar. En çok kullanýlan alaþýmý, %5 – 25 antimonla yaptýðý sert kurþundur. Kurþun yatak metali olarak kadmiyumla beyaz metali olu þturur. Aþýnmaya dayanýklýdýr ve iyi kayma özelliði gösterir. Kurþun üretiminin yaklaþýk %50’si akümülatör plakalarýnýn üretiminde tüketilir. Röntgen ýþýnlarýný ve radyoaktif maddeleri iyi absorbe etmesi nedeniyle kuvvetli bir koruyucudur. Bunlar ýn yanýnda kurþun otomobil parçalar ý, çeþitli cihazlar, silah yapýmý, mühür yap ýmý, ambalaj malzemesi, matbaacýlýkta harf ve kalýp yapýmý, asitlere dayanýklý olmasý nedeniyle kazan ve depo kaplamalarý, kaynakçýlýkta lehim yapýmý gibi iþlerde kullanýlmaktadýr.
9.7. KROM Ergitme ve elektroliz yollarý ile elde edilen krom sert ve kýrýlgan olduðu için saf olarak pek kullanýlmaz. Isýya dayanýklý ve korozyondan etkilenmeyen parlak renkte bir metaldir. Elektrik iletkenliðine, so ðuk ve sýcak þekillendirmeye karþý direnç gösterir. Ancak soðuk halde iken delinebilir, eðelenebilir, kaynak edilebilir, pres ve torna edilebilir. Çeliði korozyona ve kimyasal etkilere dirençli hale getirir. Çelikte krom karbür oluþturarak sertlik verir. Kimyasal simgesi Cr, özgül aðýrlýðý 6,8 kg/dm3, ergime ýsýsý 1615°C, soðukken eðilip bükülemeyen ancak 325°C sýcaklýkta kolayca biçimlendirilebilen bir metaldir. Krom katkýlý çeliklerin en önemli katký elemanlar ýndandýr. Özellikle paslanmaz çeliklerin önemli katký elemanýdýr. Isýya dayanýklý olmasý nedeniyle çeliðin ýsý ve elektrik direncini yükselttiði için elektrik direnç telleri yapýmýnda, kromun nikelle yaptýðý alaþým ise ýsýtma elemanlarýnýn yapýmýnda kullanýlýr.
9.8. WOLFRAM Doðada bulunan en aðýr metallerdendir. Kimyasal simgesi W, özgül aðýrlýðý 19 kg/dm3, ergime ýsýs ý 3370°C (metallerde en yüksek ergime derecesi), kaynama ýsýsý 5930°C’dýr. Tungsten olarak da isimlendirilir. Ergime ýsýsýnýn yüksek olmasý nedeniyle normal yollarla þekillendirilmesi mümkün deðildir. Toz metalurjisi yolu ile biçimlendirilebilir. Yüksek ergime ýsýsý olduðu için elektrik ampullerinde, kaynak elektrotlarýnda, oto elektrik kontaklarýnda, uçak ateþleme düzenlerinde, radyoaktif madde saklama kaplar ý yapýmýnda, alaþým katký elemaný olarak yap ým ve takým çeliklerinde ve sert metal için kullanýlýr. Çeliklere yüksek ýsý ve iyi kesilme özelliði kazandýr ýr. Sert karbür kesici uçlarýn (elmas kalemler) yapýmýnda kullanýlýr.
70
9.9. MOLÝBDEN Molibden saf halde gümüþümsü beyaz renkli olup çok sert bir metaldir. Kimyasal özellikleri bak ýmýndan krom ve wolfram ile benzerlik gösteren molibden, yüksek ergime ve kaynama noktasý, yüksek ýsý dayanýmý, yüksek ýsý iletkenliði ve düþük termal genleþme gibi üstün özelliklere sahiptir. Özgül aðýrlýðý 10,28 gr/cm3 olan molibden 2623°C de ergir, 4639°C de kaynar. Soðukta havadan etkilenmez, akkor halindeyken oksitlenir, nitrik ve sülfürik asitlerden etkilenir, yüksek sýcaklýkta su buharýný ayrýþtýr ýr. Molibden, wulfenit (PbMoO4) veya powellit (CaMoO4) gibi minerallerde bulunursa da, asýl ticari molibden kaynaðý molibdenittir (MoS2). Molibden doðrudan madencilik yoluyla ve bakýr madenciliði sýrasýnda yan ürün olarak ta elde edilebilir. Genel olarak kullaným alanlarý þöyle özetlenebilir: • Çeliðin yüksek sýcaklýklarda dayanýmýný arttýrmada, • Hava taþýtlarý ve uzay araçlarýnýn yapýmýnda, • Nükleer enerji uygulamalarýnda, • Elektrik uygulamalar ýndaki tellerin yapýmýnda, • Yüksek sýcaklýklarda yað larýn yapýsý bozulduðu için molibden sülfat kaydý rýc ý yað olarak, • Katalizör olarak, • Boya endüstrisinde renk verici (pigment) olarak.
9.10. VANADYUM Kimyasal simgesi V, özgül aðýrlýðý 5,7 kg/dm3, ergime ýsýsý 1715°C’dýr. Biçimlendirilme
özelliði olan, tel haline getirilebilen, atmosfer etkilerine dirençli bir metaldir. Vanadyum filizi vanadit’ten elde edilir. Ayrýca demir filizi, granit ve ateþ topraðýnda vanadyum bulunur. Çelik grisi renginde ve çok serttir. Çelikler için alaþým malzemesi olarak kullanýlýr. Karbondan sonra çeliðe en fazla etkisi olan alaþým elemanýdýr. Çok az miktarý büyük özellik artýþý saðlar. Bu özellik artýþýný %0,1–0,2 arasýndaki vanadyum saðlar. Daha fazla vanadyum ayný ölçüde özellik artýþý saðlamaz. %0,1–0,15 vanadyum katýlan çeliklerin dayanýmý %50 artar. Vanadyum çeliði ince kristalli yapar ve ýsýl iþlemi sonunda çekirdek kýsmýnýn yumuþak, dýþ kýsmýnýn sert olmasýn ý saðlar. Ýçerisinde %0,3–0,35 karbon bulunan vanadyumlu çelikler, küçük miller, makine parçalar ý, piston kollarý, aðýr darbe etkisi alt ýnda çalýþan makine elemanlar ý yap ýmýnda kullanýlýr. Aþýnmaya dayaným gerektiren ve yüksek sertlik isteyen yerlerde tercih edilir. Az karbonlu krom vanadyumlu çelikler yüzey sertleþtirilmesi ile otomobil, uçak diþlisi, kam mili, piston pimi gibi sertlik ve özlülük gereken iþlerde kullanýlýr. Ayrýca dökmedemirlerde de dayaným arttýrýcý elemand ýr. Aðýr makine imalatýnda, madencilik ve yol yapýmýnda kullanýlan makinelerde, büyük ve aðýr parçalar ýn yapýmýnda dökme yoluyla vanadyumlu çelikler kullanýlmaktad ýr.
1495°C olan, 124 BSD sertlikte bir metaldir. Döküm halinde çekme dayanýmý 25 kg/mm2, basma direnci 90 kg/mm2’dir. Kobalt demire katýldýðý zaman yüksek sýcaklýklarda yumu þamayý önler. Bu KOBALT nedenle hava çeliklerinin en önemli katký elemanýdýr. 9.11. Kobalt kurþuni renkte, kimyasal simgesi Co, özgül aðýrlýðý 8,6 kg/dm3, ergime ýsýsý Yine çeliðe belirli oranlarda (%0,5-%40) ilave edildiðinde mýknatýslanma özelliðini yükseltir. Bu nedenle kobalt mýknatýslarýn vazgeçilmez bir alaþým elemanýdýr. Genel olarak kobalt, cam ve metal birleþtirmelerinde, yüksek sýcaklýða dayaným gereken yerlerde, gaz türbinleri, vida, cývata, egsoz çýkýþ kanallar ý yapýmýnda kullanýlýr. Ýçerisinde %20–65 kobalt bulunan alaþýmlar þiddetli korozyon etkilerine, aþýnmaya ve oksitlenmeye kar þý dirençlidirler.
71
9.12. KADMÝYUM
Düþük sýcaklýkta ergiyen alaþýmlar ýn üretiminde çok yönlü kullanýlýr. %10 kadmiyum içeren bir alaþým 55 –65°C’da ergir. Demir, çelik ve alüminyumda galvenize tabaka oluþturulur. 9.13. BÝZMUT BuHafif tabaka çokrenkte, ince olmasýna raðmen dayanýklýdýr. Özgül pembe çok kýrýlgan bir metaldir. Katýlaþma aðýrlýðý 8,65 kg/dm3, ergimegibi ýsýsý sýrasýnda galyum, antimon 320°C’dýr. Metallerin kaplanmasýnda kullanýlan kadmiyum tek hacmini geniþleten ender metallerdendir. Katýlaþýrken %3,3’e baþýna hiç kullanýlmayan bir kadar hacmi büyür. Kimyasal metaldir. elemaný olarak9,8sürtünmeli yatak simgesi Alaþým Bi, özgül aðýrlýðý kg/dm3, yataklarda ergime ýsýsý elemaný olarak kullanýlýr. 2713°C’dýr. Normal sýcaklýklarda 9.14. MAGNEZYUM
biçimlendirmeye deðildir. Ancak 225°C sýcaklýkta Gümüþi beyaz elveriþli renkte, 1,74 kg/dm3 özgül aðýrlýðý olan, süngerle istenilen 650°C’daþerek ergiyen, çekmebiçim verilebilir. dayanýmý 1200–2300 kg/cm2 olan bir metaldir. Soðuk Kolay ergimesiileistenen alaþýmlarýn ana maddelerindendir. Bu biçimlendirme dayanýmý nedenle basýnçlýyükseltilebilir. gaz, buhar 3300 kg/cm2’ye kazanlar ý, en düdüklü tencereler, yangýn söndürme,Deniz su Magnezyum fazla deniz suyundan üretilmektedir. püskürtme sistemlerinin emniyet tapalarýnda suyunda 9.15. TÝTAN%0,1 kadar kullanýlýr. Genelliklevardýr. hafif metallerden sayýlan madde titan, iyi yapým magnezyum Üretimde yardýmcý olarak da çelikleriyle denk dayanýmda ve deniz hayvanlarýnýn kabuklarýndan korozyona dirençlidir. Kimyasal simgesi Ti, özgül aðýrlýðý yararlanýlýr. aðýrlýðý 21,5 kg/dm3, ergime ýsýs 1770°C’dýr. 4,51 kg/dm3, ergime ýsýsý 1700°C’dýr. Saf ergidiði zaman yanma özelliði vardýr. 9.16. SOYmagnezyumun METALLER Oksitlenmez ve metal parlaklýðýný her Doðadan zaman korur. Genellikle kimyasal birleþme yapmayan, oksitlenmeyen metallerdir. Sert metallerin katký malzemelerindendir. Uçakçoðuüretiminde Donanma fiþeði yapýmýnda zaman saf olarak elde edilirler. Platin, alt ýn, gümüþ en önemlileridir. Bunlarýn dýþýnda osmiyum, çelik veiridyum, alüminyum alaþýmlarýna Asitlerden ve radyum bazlardan etkilenmez. Ýyi manganez mekanik palladyum, rutenyum, v.b. ‘de saf metallerdir. kullanýlýr. Magnezyum içerisine alüminyum, çinko, katký malzemesi olarak katýlýr. katýlarak Bu alaþýmlar çekilir ve pres özelliklere sahiptir. Haddelenir, 9.16.1. Platin kullanýlýr. Platin, osmiyum ve iridyumdan en aðýr metaldir. Kimyasal simgesi Pt, özgül korozyona dayanýklý vesonra yüksek mekanik özelliklere sahiptir.mm edilebilir. 0,025 mm kalýnlýðýnda tabaka ve 0,105
çapýnda tel haline getirilebilir. Platin kendi grubundaki diðer metaller gibi (radyum, iridyum, rutenyum, osmiyum) yüksek sýcaklýklarda kimyasal olarak etkilenmediði ve iyi bir katký elemaný olduðu için kimya, petrol, elektrik, cam sanayii, diþçilik ve týp alanýnda, otomotiv sanayiinde, süs eþyalar ý yapýmýnda kullanýlýr.
ýsýsý 960°C’dýr. Gümüþün en önemli alaþým malzemesi bak72 ýrdýr. Ancak diðer birçok metalle de alaþým 9.16.4. Altýn yapar dasoybu metaller gümüþ ýr ala Element ya olarak metaller grubunda yer alan –alt bak ýnýn kimyasal simgesi Au, özgülkatýlýr. þýmlarýna Süs eþyalarýnda, gýda aðýrlýðý 19,3 kg/dm3, ergime ýsýsý 1013°C’dýr. Sarý renkli, çok endüstrisinde, kolay iþlenebilen, þekil verilebilen, elektrikve endüstrisinde, malzemesi elektrik ýsýyý iyi ileten diþçilikte bir metaldir. (dolgu Doðada genellikle saf halde veyaoptik gümüþaletlerin ve diðer yapýmýnda kullanýlýr. olarak), 9.16.5. Gümüþ metallerle birlikte bulunur. En iyi elektrik ve ýsý iletkenliðine sahip olmasý, gümüþün diðer metaller arasýnda ön plana çýkmasýna neden olmaktadýr Doðada bazen saf olarak bulunabilsekullanýlýr. de genellikle Genellikle gümüþ,(Serfiçeli, bakýr2000). ve nikelle alaþým yaparak Alt kurþun ve bak ýr filizleri ile birliktedir. Kimyasal simgesi Ag, özgül aðýrlýðý 10,5 kg/dm3, ergime ýna iþleme kolaylýðý kazandýrmak için çinko da katýlabilmektedir. Alt ýn süs eþyalarýnda, dekorasyon iþlerinde, elektrolizle kaplamada, çinicilikte, kimya endüstrisinde potalarýn yapýmýnda, elektrik endüstrisinde kullanýlmaktadýr.
73
10. PLASTÝKLER Plastikler, petrol, kömür, kireç taþý, tuz, kükürt, pamuk, odun gibi hammaddelerden kimyasal yollarla elde edilen, organik madde olarak tanýmlanan malzemelerdir. Yapay (sentetik) malzemeler kapsamýnda; doðal maddenin kimyasal deðiþimiyle elde edilen malzemelerin dýþýnda, bitkisel hammaddeden (selüloz) elde edilen selüloz plastiði ve hayvansal hammaddeden (sütten) elde edilen sentetikler de vardýr. Tüm yapay malzemeler, hazýrlanmalarý sýrasýnda genellikle 90 – 200°C sýcaklýklarda dövülebilir (yoðrulabilir) biçimdedir ve plastik þekil verilebilir. Bu nedenle plastik olarak adlandýrýlýrlar. Asit, baz, tuz çözeltilerine ve su, hava etkilerine karsý dirençlidirler. Bu yüzden yüzey kaplamaya ihtiyaç duymazlar. Plastiklerin biçimlendirilmeleri kolaydýr. Dökümden sonra genellikle talaþlý iþleme gerek duyulmaz, ancak talaþ kaldý rýlabilir. Ayrýca yapýþtýrýlabilir, bazý çeþitleri kaynak edilebilir(termoplastlar). Büyük elastikiyete ve özlülüðe sahiptirler. Aþýnmaya karsý dirençlidirler. Ancak ýsý iletkenliðine sahip olmalar ý nedeniyle yatak malzemesi olarak kullanýlmalarýnda özel önlemler gereklidir. Bu bakýmdan kullanýlmalarý sýnýrlýdýr. Düþük basýnçlý ve düþük devirli yataklarda kullanýlýrlar. Gürültü ve titreþimi absorbe etme özelliðine sahip olmalar ý diþli yapýmýnda tercih sebebidir. Yüksek sýcaklýkta çalýþmamalarý dezavantajlar ýdýr. Termoplastlar yumuþarlar ve erirler, duroplastlar ise yanarlar. Kullanýlma sýcaklýklarý genellikle düþüktür (bazen l20°C'nin üstünde) (Sekil 9.1). (Erdoðan, 1999).
Þekil 10.1 (Erdo ðan, 1999)
10.1. PLASTÝKLERÝN GENEL ÖZELLÝKLERÝ • Hafiflik – Özgül aðýrlýk genellikle 0,9 – 1,4 kg/dm3’tür. Ender olarak 2,2 kg/dm3’de olabilir.
• • • • • • • • • • • • •
Nem almama Elektrik yalýtkanlýðý Düþük ýsý iletme Korozyon dayanýmý Düþük sýcaklýklarda ergime ve bu nedenle kolay biçimlendirilme Ýstenilen renkte yap ýlabilme Yüksek kimyasal direnç Katý veya esnek yapýlabilmesi Talaþlý iþleme uygunluk Saydamlýk Ekonomiklik Hurdasý tekrar kullanýlmaz Fizyolojik olarak tehlikelidir Bütün bu özellikler plastiklere geniþ bir kullaným alaný kazandýrmaktadýr. Çok deðiþik özellikte ki birçok plastik mühendislik malzemesi olarak kullanýlmaktadýr.
74
10.2. PLASTÝKLERÝN ÜRETÝMÝ Plastik üretiminde gaz ya da sývý manomerlerinin binlerce molekülleri, plastiklerin büyük (Makro) moleküllerini oluþturmak için, birbirlerine baðlanýrlar. Manomerin bileþimine göre, uygulanan sentez yöntemi, polimerizasyon, polikondenzasyon ve poliadisyon adlarýný alýr. Bu üç yöntem, 3 farklý malzeme dokusu oluþturur. Makro moleküllerinin biçimi, büyüklüðü ve düzenlenmesi yanýnda kimyasal bileþim de plastiðin özelliðini belirler. Polimerizasyonda, ip gibi uzun makro moleküller oluþur. Oda sýcaklýðýnda, ip moleküller çok ya da az düzenli sýkýþýk ve hemen hemen hareketsizdir. Artan sýcaklýkla aralar ýndaki çekme kuvveti azalýr, molekül baðlarý zayýflar ve plastik madde elastikleþir. Sürdürülen ýsýtma ile her bir molekül ipliði birbirinden kayarak uzaklaþýr ve malzeme plastik yumuþaklýða ulaþýr. Isýtma ile kýrýlganlýktan, elastiklikten uzaklaþarak plastik yumuþama durumuna gelen ve so ðutulduðunda yine sertleþen malzemelere termoplast adi verilir. Þekil 10.3) Polikondenzasyonda, iki ayrý baþlangýç maddesi oluþur. Örneðin Fenol ve Formaldehit, su gibi bir yan ürünün ayni zamanda kondenzasyonu (yoguþturmasi) ile büyük molekül baðý oluþur. Oluþan büyük moleküller dar gözlü bir að teþkil edecek biçimde birbirlerine de baðlanýrlar (Sekil 10.3). Moleküllerin birbirlerine baðlarý çok sýkýdýr, ne ýsýtma ile ne de bir eriyikte çözülebilir. Sert ve kýrýlganlýðýnýn dýþýnda kaynatýlamaz ve çözülemez. Bu tip plastik malzemeler termoset plastik (duroplastik) adýný alýrlar. Poliadisyonda da, makro moleküller, büyük gözlü að biçiminde birbirlerine baðlanýrlar. Buradaki fark, baþlangýç molekülleri, yoguþma için ek bir madde istemezler. Makro moleküler yapý, plastiðin üretimi sýrasýnda etkilenir. Bu durumda ayný kimyasal bileþimde olmalarýna raðmen, sertlik ve ýsý dirençleri gibi özellikleri farklý malzemeler elde edilmektedir. Bu þekilde, moleküleri birbirlerine az noktadan bað lý geniþ að oluþturan, plastik malzemelere lastik elastikiyetinde olduðundan elastomer (elastikler) adi verilmektedir.
Þekil 10.2 Bazý termoplastiklerin hammadeleri ve üretimi
75
10.3 . PLASTÝKLERÝN SINIFLANDIRILMASI Plastikler molekül yapýlarýna göre sýnýflandýr ýlýrlar.
Þekil 10.3 (Deveci, 1977)
TERMOPLASTÝKLER TERMOSETLER ELASTÖMERLER Asetaller Alkitler Bütil Akrilikler Alil Neopren Floroplastikler Kazein Buna S Poliamidler Aminoplastlar Stiren butadien Polietilen Fenolikler Silikon Polipropilen Epoksiler Polistiren Dialiftalat Polikarbonat Poliester Polifenilen eter Melamin Polifenilen sülfit Poliüretan Polyamidler Polisülfon Polivinil klorür Poliüretan Selülozikler Çizelge 10.1 Endüstride çok kullanýlan plastikler (Yalç ýn ve Gürü, 2002)
76
Termoplastikler
Uygulama alaný
Makine parçalarý, diþli, kam, piston, supap, pompa pervanesi, fan kanad ý, rotor, çamaþýr makinesi kar ýþtýrýcýsý Hafif hizmet ve dekoratif kullaným, düðme, kol, kamera kutusu, boru fittingi, akü kutusu, direksiyon simidi, gözlük çerçevesi, takým sapý Küçük yuva ve içi bo þ þekiller, telefon gövdesi, baret, pompa, küçük alet gövdeleri Büyük yuva ve iç boþ þekiller, tekne, büyük alet gövdesi, tank, boru, hava kanalý, buzdolabý astarý Optik ve saydam parçalar, emniyet gözlüðü, lens, kar aracý için siper camý, iþaret levhasý, buzdolabý rafý Aþýnmaya dayanýklý parçalar, diþli, burç, yatak, oluk astarý, kayak tekerleði makaralarý, aþýnma þeritleri HD: Yüksek yoðunluklu UHMW: Çok yüksek molekül aðýrlýklý Çizelge 10.2 Bazý plastiklerin uygulama alanlar ý (Yazýcýoðlu, 1999)
77
11. KOMPOZÝTLER Kompozit malzemeler birbirlerinin zayýf yönlerini kapatarak daha iyi özellikler elde etmek amacýyla bir araya getirilen maddelerden oluþan üstün özellikli malzemelerdir. Metal, seramik, plastik gibi farklý malzemeler karýþtýr ýlarak yeni bir doku oluþturulmasý yoluyla elde edilen çok fazlý malzemelerdir. Bir baþka tanýmlamayla; Ýki veya daha fazla sayýdaki ayný veya farklý gruptaki malzemelerin, en iyi özelliklerini bir araya toplamak ya da yeni bir özellik ortaya çýkarmak amacýyla, makro seviyede birleþtirilmesiyle oluþan malzemelere Kompozit Malzeme denir. Ortaya çýkan malzeme; çoðu zaman kendisini meydana getiren malzemelerden dayaným,
tokluk, elastiklik gibi özellikleriyle daha nitelikli hale gelebilir. Dayaným, yorulma dayanýmý, aþýnma dayanýmý, korozyon dayanýmý, termal özellikler, ýsý iletkenliði, akustik iletkenlik, elastiklik, rijitlik, hafiflik gibi bazý 11.1. KOMPOZÝTLERÝN SINIFLANDIRILMASI özelliklerin iyileþtirilmesi Kompozit malzemeler matriks malzemenin cinsine göre dört ana gruba ayr ýlýrlar; amacýyla kompozit malzemeler üretilir. Kompozit malzeme 1- Metal Matriks Kompozit Malzemeler 2- Seramik Matriks Kompozit Malzemeler üretmenin amacý üstün özellikli 3- Polimer Matriks Kompozit Malzemeler 4- Nano Kompozit malzemeler elde Malzemeler etmektir. Takviye malzemelerin þekline göre ise; 1- Tanecik takviyeli kompozitler 2- Lif takviyeli kompozitler 3- Tabakalý kompozitler 11.1.1. Tanecik Takviyeli Kompozitler olmak üzere üç gruba ayrý lýrlar. (Erdoðan, 1999) Çimento (baðlayýcý), kum ve çak ýl (tanecik) su ile karýþt ýrý larak oluþturulan beton, tanecik takviyeli kompozitler için çok bilinen bir örnektir. Benzer olarak, zýmpara tasýnda alüminyum oksit taneciklerini baðlayan cam ya da reçine, toz haline getirilmiþ metallerin yüksek sýcaklýkta piþirilmesi ile elde edilen sinter malzemeler tanecik takviyeli malzemeye örnek olarak gösterilebilir. Sinter malzemeler, sinterleme adý verilen piþirme iþlemi ile toz haline getirilmiþ metallerin birbirine baðlanmasý ile elde edilirler. Birbirinden çok farklý yoðunluk ve özelliklere sahip malzemelerin birbirine baðlanmasý sinterlemenin avantajýdýr. Sinterlerne sývý ve katý olmak üzere 2 farklý yöntemle uygulanýr. Sývý sinterlemede baðlayýcý metal ergir ve karbür taneleri arasýnda sürekli bir faz oluþturur. Sinterleme iþleminden sonra baðlayýcý metal kristalleþir. Baðlayýcý olarak reçine kullanýld ýðýnda, sinterlemeden sonra reçine polimerize olur ve kuvvetli bir bað oluþturur. Baðlayýcý olarak cam (silisli) malzeme de yaygýn olarak kullanýlmaktadýr. Katý sinterlemede ise metal, metal oksit ya da karbür tozlar ý karýþým halinde kalýp içinde preslenir ve piþirilir. Erime noktalarýnýn altý ndaki bir sýcaklýkta ve basýnç alt ýnda bekletilirler. Atom difüzyonu yoluyla parçalar birbirine baðlanýr. Sinterleme ile gözenekli (filtre ve yatak burçlarý gibi) ya da rijit (diþli gibi) malzemeler elde edilebilmektedir. Sinter malzemelerden elde edilmiþ makine parçalarý son ölçülerini almýþ olduðundan tala þlý iþleme gerek duyulmaz.
78
11.1.2. Lif Takviyeli Malzemeler Cam, grafit gibi lif þeklindeki dayanýklý malzemelerle, alüminyum, plastik gibi baðlayýcý (matriks) malzemelerin bir araya gelerek oluþturduðu kompozitlerdir. Lif takviyeli kompozitlerde lifler, kuvvet yönüne paralel, dik ya da rasgele daðýlmýþ olabilmektedir. Bu tür kompozitler dayanýmý yüksek ve hafif malzemelerdir. Örneðin, cam lifi takviyeli epoksi reçinesinin çekme dayanýmý 25 katýna kadar artmaktadýr. Cam yünü takviyeli plastik matriksli kompozit malzemeler geniþ bir kullaným alaný bulmaktadýr. Diþli, boru, su deposu, pülverizatör ilaç deposu vb. elemanlarýnýn yapýmýnda tercih edilmektedirler.
11.1.3. Tabakalý Malzemeler Plak ya da levha halindeki, dayanýklý malzemenin reçine gibi baðlayýcýlar yardýmý ile elde
edilen kompozitlerdir. Sert dokuma, preslenmiþ aðaç, kontrplak örnek olarak sayýlabilir. 11.2. KOMPOZÝTLERÝN YAPISI Kompozit malzemeler matriks (ana) malzeme ile katký malzemelerinden oluþur. Genel olarak takviye malzemesi taþýyýcý, matris faz ise onu bir arada tutmaya ve desteklemeye yarar. Genel olarak matrisin görevi yap ýyý bir arada tutmak, çevresel etkilerden korumak ve yükü eþit daðýtmaktýr. Bir matris malzemesi baþlangýçta düþük viskoziteli bir yapýda iken daha sonra katký malzemelerini sað lam ve uygun bir þekilde çevreleyebilecek katý forma kolaylýkla geçebilmelidir. Örneðin alüminyum içerisine silisyum karbür elementi ilave edersek, burada matriks malzemesi alüminyum, takviye malzemesi de silisyum karbür olur. Oluþan yeni malzeme metal matriks kompozit malzeme olur. Baþka bir deyiþle silisyum karbür takviyeli alüminyum kompozit malzemesidir. Günümüzde en çok kullanýlan kompozitlerden biri de betondur. Çimento ve kumdan meydana gelen malzeme matris çelik çubuklar ile desteklenir. Bir diðer tanýnmýþ kompozit ise kerpiçtir. Çamur ve samanýn karýþtýr ýlmasý ile oluþturulur. Yakýn dönemde yaygýnlaþmýþ ve sýkça kullanýlan bir diðer polimer matrisli kompozit ise anorganik ve organik elyaflar ýn (elyaf olarak: fiberglas, karbon, aramid, polietilen, polipropilen vs.) kullanýldýðý fiberglas bileþiklerdir. Rulman sanayisinde kullanýlan hibrit rulmanlar da kompozit malzemelerin kullanýmýna bir örnektir. Seramik ve takým çeliðinin bir arada kullanýmý ile ortaya çýkan bu ürün çelik rulmanlara göre 6 kat daha uzun ömürlüdür.
11.3. KOMPOZÝTLER MALZEMELERÝN AVANTAJLARI 123456-
Yüksek Dayaným Hafiflik Tasarým esnekliði Boyutsal stabilite Elektrik yalýtkanlýðý Korozyon dayanýmý
7- Kalýplama kolaylýðý 8- Renklendirilebilme 9- Þeffaflýk özelliði 10- Isý Dayanýmý 11- Ýmalat iþlemlerine uygunluk
79
12. MALZEME MUAYENESÝ Endüstride üretim ve malzeme muayenesi birleþmiþtir. Muayene yapýlmadan üretim söz konusu deðildir. Büyük endüstriyel kuruluþlarda kalite-kontrol birimleri üretimin bütün aþamalar ýnda görev yapmaktadýr. Ýþletmeler satmak, satabilmek için üretimlerinin kaliteli ve güvenilir olduðunu kanýtlamak zorundadýr. Ýþletmelerdeki kalite kontrol üniteleri bu açýdan büyük önem taþýrlar. Malzeme muayenesi yapýlamamýþ ürünlerin tüketiciye sunulmasý düþünülemez. Muayenesiz yapýlan, satýlan ya da satýn alýnan her ürün büyük riskler taþýr.
Herhangi bir amaç için malzeme seçimi veya seçilen bir malzemenin yerinde görevini yapýp yapmayacaðýný anlamak için ya da malzemenin özelliklerini belirlemek için uygulanan çeþitliSINIFLANDIRILMASI 12.1. MALZEME MUAYENELERÝNÝN Bir malzemenin muayenesinin baþlýca üç nedeniMalzeme vardýr. deneyler malzeme muayenesi olarak tanýmlanabilir. Malzemenin görevi, muayenesi ileesas hatalý iþlerden malzemenin dayanýmý ve seçerek korozyona karþývedayanýklýlýk gibi sakýnmak, uygun malzeme güvenli ekonomik üretim teknolojik özelliklerini belirlemektir. yapmak mümkündür. Malzeme muayenesi malzemenin çalýþacaðý yerde görevini yapýp 12.1.1. Þekil Bakýmýndan Muayene yapmayacaðý, standardlarla Bu þekilde muayeneler tahribatlý ve tahribatsýz olmak üzere ikiye ayr ýlýr. Tahribatlý muayenelerde malzeme kýrýlýr, ezilir,özelliklere parçalanýr, çökertilir, eðilir, olup þiþirilir, kopartýlýr, kesilir. Sonuç belirlenmiþ teknolojik sahip olmad ýðý gibi olarak bir daha kullanýlamayacak duruma getirilir. Tahribatsýz muayenelerde ise malzemeler ayrýntýlarýn saptanmasýný amaçlar. herhangi bir zarara uðramadan X ýþýnlarý, ultraviyole ýþýnlarý, mikroskop alt ýnda doku kontrolü, sertlik ölçme iþlemleri, ultrasonik muayene, kývýlcým testi gibi yollarla kontrol edilerek özellikleri Malzeme muayeneleri genel olarak, amaç, tip, þekil bakýmýndan hakkýnda bilgi edinilir. üç ana baþlýkta 12.1.2. Tip Bakýmýndan Muayene toplanabilir. Ticari, araþtýrma ve bilimsel olmak üzere üçe ayrý lý r. Ticari muayeneler, anlaþmalarda belirtilen özelliklerin olup olmadýðýný kontrol amacýyla yani ticari amaçlarla yapýlan kontrollerdir. Araþtýrma amaçlý muayeneler, belirli koþullarda malzemenin özelliklerinin ne ölçüde deðiþtiðini saptamak için yapýlýr. Örneðin malzeme özellikleri ço ðu zaman oda sýcaklýðýnda belirlenir. 20 °C sýcaklýk ve normal atmosfer basýncý alt ýnda elde edilmiþ deðerlerin bazen yeterli olmadýðý ve malzemelerin belirli þartlarda hangi özellikleri göstereceði araþtýrýlmak istenir. “– 150Co veya + 350°C sýcaklýklarda bir krom nikelli çeliðin dayaným ve özlülüðü nedir?” gibi sorulara yanýt aranýr. Blimsel muayenede ise, yeni bulunan ya da geliþtirilen bir malzemenin temel özellikleri, bu
özelliklerle ilgili deðerler ve katsayýlarýn bulunmasý için yapýlan muayenelerdir. 12.1.3. Amaç Bakýmýndan Muayene Amaç, malzemelerin temel özelliklerinin belirlenmesidir. Fiziksel özellikler, özgül aðýrlýk, þekil, ölçü, nem oraný, yapýsal durumu, ergime ve kaynama sýcaklýklarý, manyetik özellik, ýsýl genleþme özellikleridir. Mekanik özellikler, malzemelerin çekme, basma, eðme, burulma, kesme dayanýmlarý,
vurma dayanýklýlýðý, % uzama, % kesit daralmasý, sertlik, elastik ve plastik biçim deðiþtirebilme yeteneði, özlülük, kýrýlganlýk ve akma özellikleridir.
80
Termal özellikler, malzemelerin ýsý ve elektrik iletkenliði, genleþme ve uzama deðerleri, özel ýsý deðerleridir. Teknolojik özellikler, dövülebilme, dökülebilme, kesilebilme, kaynak edilebilme, biçimlendirilebilmedir. Fiziko kimyasal özellikler, malzemelerin su emme ve geçirgenlik özellikleri ile bu özellikle ilgili olarak þiþme ve büyüme durumlarýdýr. Kimyasal özellikler, bileþim, atomik yapý ve atom aðýrlýklarý ile atmosfer ve korozyon etkilerine dayaným özellikleridir. Akustik özellikler, ses iletimi ve yansýtma özellikleridir. Optik özellikler, malzeme rengi, ýþýðý yansýtmasý ve ses iletme özellikleridir.
12.2. MALZEME MUAYENE YÖNTEMLERÝ Malzeme muayeneleri, malzemenin kullanýlacaðý yere, özelliðine, muayenenin
ekonomikliðine, malzemenin bulunduðu ortama göre çeþitli þekillerde yapýlabilir. 12.2.1. Atölye Deneyleri Atölye kontrolleri özel cihazlar veya makineler olmaksýzýn yap ýlabilen muayenelerdir.
Malzemenin cinsi, bileþimi, nitelikleri ve kullanýlacaðý yere uygunluðu tam olarak deðil yaklaþýk 12.2.1.1. Görünüþle Belirleme deðerlerle belirlenir. Cinsi ve özelliði bilinmeyen metalin yüzeyi kesici bir aletle tanýnacak hale getirilir. Böylece malzeme hakkýnda bir fikir edinilebilir.
12.2.1.2. Ses Deneyi Malzeme belirli bir yükseklikten serbestçe beton veya düzgün sert bir yüzeye düþürülür. Düþtüðünde malzeme tiz bir ses veriyorsa sert ve sað lam bir malzemedir, tok bir ses veriyorsa yumuþak bir malzemedir, denir. Eðer ses þakýrtýlý ( farklý ) çýkýyorsa malzemede çatlak olabilir. Görünüþ Malzeme Metalýk renk, çelik parlaklýðý, kýrmýzý, sarý, açýk gümüþ Demir, bakýr, pirinç, alüminyum Kabuk bað lamýþ üst yüzeyler, keskin kenarlar,düzlem Yapý çeliði (sýcak haddelenmiþ yüzeyler olabilir.) Düz gümüþ görünüþünde yüzeyler, tam kesit þekli Yapý çeliði (soðuk haddelenmiþ olabilir.) Siyah grimsi renk, pürüzlü üst yüzeyler, yuvarlak Takým çeliði kenarlar Ses ( Çýnlama ) Tiz ses Tok ses Þakýrtýlý ses
Malzeme Sert malzeme Yumuþak malzeme Çatlak malzeme Çizelge 12.1 (Þahin, 1997)
81
12.2.1.3. Kývýlcým Deneyi Kontrol edilecek malzeme zýmpara taþýna tutularak çýkan kývýlcýmýn þekli, rengi ve büyüklüðüne göre malzemenin cinsi tahmin edilir. Þekil 12,1’de bazý malzemelerin kývýlcým deneyi sonuçlar ý görülmektedir.
Þekil 12.1 (Þahin, 1997)
82
12.2.2. Teknolojik Deneyler 12.2.2.1. Bükme Ve Kýrma Deneyi Malzeme parçasý mengeneye baðlanarak bükmeye çalýþýlýr. Bükülüyorsa yumuþak bir malzemedir. Bükülmeden kýrýlýyorsa sert bir malzemedir. Bükülüyor ve kýrýlmadan þeklini koruyor, yani tekrar eski haline geliyorsa elastik malzeme, bükümden sonra kýrýlmýyor ve þeklini koruyorsa plastik malzeme gurubuna dâhil edilir. Döküm malzemeler bükülmeden kýrýlýr. Yumuþak malzemeler bükülebilir, kýrýlmaz. Ancak birkaç kez bükmeden sonra kýrýlýr. Bükmeden sonra kýrýlmýþ yüzey incelenerek malzeme hakkýnda bazý bilgiler de edinilebilir. Bükme Deneyi Malzeme Bükülmez, sert yüklemede kýrýlýr. Sert gevrek malzeme, kýr döküm veya sertle þtirilmiþ, meneviþlenmiþ çelik Büyük kuvvetle bükülmez, geriye Sert, elastik malzeme, yaylanýr. sertle þtirilmiþ, meneviþlenmiþ çelik Kolay bükülür, bükümlerden sonra Yumuþak malzeme, kýrýlýr. yumuþak tavlanmýþ Kýrýlma yüzeyleri Malzeme Kaba taneli, lif halinde kýrýlma yüzeyi Sertle þtirilmiþ çelik Ýnce taneli, düzgün kýrýlma yüzeyi Sertle þtirilmiþ çelik Yüzeyi sertleþtirilmiþ veya Kaba lifli kýrýlma, ince taneli kenar sementasyonla sertleþtirilmiþ çelik tabakasý
Çizelge 12.2 (Þahin, 1997)
12.2.2.2. Eðme Ve Katlama Deneyi Teknolojik eðme deneyi genellikle daire veya dikdörtgen kesitli düz deney malzemelerine uygulanýr. Eðme deneyi, deney parçasýn ýn yön deðiþtirmeksizin ortasýna bir eðme kuvveti uyguland ýðýnda malzeme eðme yüzeyinin herhangi bir yerinde çatlak oluþuncaya kadar bir biçim deðiþtirmesi iþlemidir. Borularda eðme iþlemi bir ucu sabitlenen bir borunun bükülmesidir. Bir iþ parçasý üzerinde uygulanan kuvvet sonucunda oluþan eðme açýsý malzemenin kalite ölçüsü olarak söylenir. Katlama deneyi ise, eðme deneyinin özel bir durumu olup, iþ parçasýnýn iki ucunun birbirine paralel duruma gelinceye kadar katlanmaya çalýþýlmasýdýr. Katlamada kýrýlma derecesi malzemenin kalite ölçüsünü gösterir.
Eðme Deneyi
Katlama Deneyi Þekil 12.2 (Þahin, 1997)
83
12.2.2.3. Derinleþtirme Deneyi Bu deney genellikle sac malzemeler üzerinde uygulanýr. Sac malzeme herhangi bir noktasýndan ucu yuvarlak bir zýmba ile çökertilmeye çalýþýlýr. Bu iþleme yüzeyde yýrtýlma oluþuncaya kadar devam edilir. Çökmenin mm cinsinden derinlik ölçüsü sacýn kalitesini gösterir.
Þekil 12.3 (Þahin, 1997) 12.2.2.4. Kaynak Dikiþ Kontrolü Kaynakla birleþtirilmiþ iþ parçasý bir çekiç yardýmý ile kaynak yerinden kýrýlmaya çalýþýlýr. Kaynak yerinden kýrýlan parçalarýn kendileri, kaynak malzemesi (Elektrod, kaynak teli), kaynaðýn yapýlýþý ve uygunluðu hakkýnda gözle muayene edilerek bir yorum yapýlýr.
Þekil 12.4 Kaynak dikiþ kontrolü (Þahin, 1997) 12.2.2.5. Borularýn Denenmesi Borulara basýnç, ezme geniþletme ve kývýrma muayeneleri uygulanýr. Basýnç denemesi için sývý kullanýlýr. Basýnç denemesi gaz ve hava ile yap ýlmaz, patlama tehlikesi vardýr. Bunun dýþýndaki deneyler borularýn baðlantý iþlemlerine uygunluðunun araþtýrýlmasý için yapýlýr. Borularýn katlama deneyi normal yassýltma ve sýký yassýltma olarak iki þekilde yapýlýr. Normal yassýltmada boru belirli bir yüksekliðe kadar katlanýr. Sýký yassýltmada ise borunun yüzeyleri birbirine deðinceye kadar katlanýr. Bu sýrada çatlama, yýrtýlma veya açýlma gibi olaylar gözlenir.
Þekil 12.5 Borularýn katlama deneyi (Þahin, 1997)
84
12.2.2.6. Burma Deneyi Bu deneyle metalik tellerin bir yönde burulmasý ile biçim deðiþtirme özelliði ve homojen olup olmad ýðý saptanýr. Deney parçasýnýn bir kýsmýnýn diðer kýsma göre ekseni etrafýnda açýsal olarak döndürülmesi þeklinde yapýlýr. Amaç parçanýn dayanýmýný saptamaktýr.
Þekil 12.6 Burma deneyi (Þahin, 1997) 12.2.2.7. Darbeli Bükme Deneyi Çentik darbeli bükme deneyi bir malzemenin dayanýklýlýðý hakkýnda bilgi edinmek için
yapýlýr. Bu deneyi yapmak için özel cihaz kullanýlýr. Örnek iþ parçasý cihaza baðlandýktan sonra belirli bir uzaklýktan bir çekiç serbest olarak düþürülür ve çekicin 12.2.3. Mekanik Deneyler iþMalzemelerin parçasýna çarpma ve geri belirlemek için malzeme üzerinde özelliklerini dönüþ mesafesi ölçülür. Aradaki fark (JÜL) malzemenin deðiþiklik yapacak þekilde dayanýklýlýk deðerini verir. 12.2.3.1. Çekme deneylerdir. Deneyi uygulanan Bir malzemenin çalýþma sýrasýnda karakteristik deðerlerinin belirlenmesi için, oda
sýcaklýðýnda, silindirik, kare, prizmatik veya dikdörtgen kesitli, boyu çapýnýn beþ katý olan bir örnek parça iki ucundan çekme deneyi cihazýna bað lanýr. Her iki ucundan yavaþ yavaþ çekilir. Ýlk önce parçanýn çapýnda bir deðiþiklik olmaksýzýn bir miktar uzama olur. Daha sonra kesit daralmaya baþlar ve uygulanan kuvvet ile uzama deðerleri kaydedilir. Uygulama devam ettirildiðinde uzama sürer ve sonunda parça kopar. Kopma anýndaki deðer bu parçanýn çekme dayanýmýný gösterir. Çekme deneyinde parça çapý mm veya cm, uygulanan kuvvet kg cinsinden belirtilir. Parça kesitine uygulanan güç ise kg/mm2 veya kg/cm2 olur.
Þekil 12.7 Çekme deneyinde parçanýn durumu ve çekme diyagramý (Þahin, 1997 -Curun,1981)
85
12.2.3.2. Basma Deneyi Basma deneyinde denenecek parçalar genellikle silindir þeklindedir. Özel durumlarda dikdörtgen ya da sacdan deney parçalar ý da kullanýlabilir. Deney parçasý cihaza parça ekseninde ve cihaz baský kalýplarý deney parçasýný tam tutacak þekilde baðlanýr. Deney sýrasýnda deney parçasý üzerine uygulanan güç ve hýz ile deney parçasýnýn boyutundaki deðiþme aralýklar ý ölçülür. Uygulanan gücün deðiþimi ile parça boyutundaki deðiþim saptanýr. Gücün, parçanýn baþlang ýçtaki kesit alanýna bölünmesi parçanýn basma dayanýmýný verir. Basma dayanýmýný bulurken hesaplamada kullanýlan güç ilk çatlamalarýn baþlad ýðý anda ölçülebilen deðerdir.
Þekil 12.8 Basma deneyi (Þahin, 1997) 12.2.3.3. Kesme Deneyi Kesme deneyinde silindirik deney parçasý kesme deney düzeneðinde yavaþ yavaþ büyüyen bir makaslama kuvveti ile kesme etkisinde kalýncaya kadar yüklenir. Kesmenin olduðu andaki güç ölçülür ve parçanýn alanýna bölünerek kesme dayanýmý hesaplanýr.
Þekil 12.9 Kesme deneyi (Þahin, 1997) 12.2.3.4. Yorulma Sürekli yük alt ýnda çalýþan malzemelerde zamanla dayanýmda azalma görülür ve malzemenin belirli bir yerinde aþýnma, çatlama ve kýrýlma oluþur. Yorulma kýrýlmasý ne zaman, nerede ve hangi koþullarda olacaðý bilinemediði için tehlikelidir. Bu nedenle çalýþan malzemeler zaman zaman test edilir. Test çalýþma yerine ve parçanýn görevine göre belirlenir. 12.2.3.5. Sünme Sünme sabit gerilme etkisi alt ýnda çalýþan malzemelerde boy uzunluðu açýsýndan deðer artmasýdýr. Boyuna sünme olayý, gerilme etkisi alt ýnda çalýþan iþ parçalarýnda ergime sýcaklýðýnýn yarýsýna yakýn sýcaklýklarda etkili olur ve malzeme görevini yapamaz hale gelir. Sünme deneyleri iþ parçasýnýn çalýþacaðý yere göre belirli bir sýcaklýk alt ýnda malzemenin boyuna gerilmesi þeklinde yapýlýr.
86
12.2.3.6. Gevþeme Sabit yük alt ýnda çalýþan malzemelerin gerilme dayanýmýnýn azalmasýna gerilme gevþemesi ya da kýsaca gevþeme denir. Gevþeme sünme olayý gibi zamana baðlý olarak ve sünmeden dolayý oluþur. Bu olay cývatalý baðlantýlarda, kazanlar ýn birleþme yerlerinde, çelik kafes ve beton içerisinde çalýþan çelik malzemelerde çok önemlidir. 12.2.3.7. Kayma Kayma malzemenin yapýsýn ý oluþturan kristallerin bir etki ile birbiri üzerinde plastik olarak yer deðiþtirmesidir. Bir kristal yapý içerisinde kaymanýn baþlamasý için kayma direncinin yenilmesi gerekir. Bu direnç azald ýðý zaman malzeme yapýsýnda oluþan kayma, kopma veya kýrýlma olarak görülür. 12.2.3.8. Kýrýlma Bir kuvvet etkisinde kalan malzemelerin iç yapýsýndaki dayaným gücü veya atomlar arasýndaki bað kuvveti belirli bir zorlamadan sonra dayanamaz. Malzeme önce gevþer, uzar, süner ve kopar. Bir malzemenin iki veya daha çok sayýda parçaya ayr ýlmasýna kýrýlma denir. Kýrýlma gevrek ve sünek kýrýlma olarak iki þekilde olur. Gevrek kýrýlmada malzeme plastik þekil deðiþtirmeden aniden kýrýlýr. Sünek kýrýlmada ise malzeme bir miktar þekil deðiþtirdikten sonra veya önce gevþer, uzar ve en sonunda da kýrýlýr. 12.2.3.9. Aþýnma Aþýnma sürtünerek çalýþan malzemelerin yüzeylerinde oluþan kayýptýr. Aþýnma miktarý, malzemenin özelliðine, türüne, sürtünen yüzeylerin kalitesine, sürtünme koþullarýna, çevrenin fiziksel ve kimyasal etkilerine baðlýdýr. Aþýnma miktarý yüzeyin kalitesi ile doðrudan ilgili olduðu için çalýþan yüzeylerin iyi iþlenmesi ve sürtünmeyi kolaylaþtýr ýcý önlemlerin alýnmasý ile aþýnma en aza indirilebilir. 12.2.4. Tahribatsýz Malzeme Muayenesi Bu þekilde muayene ile yarý mamul ve mamul iþ parçalar ýnýn gözle görülmeyen kusurlar ý
saptanabilir. Bu deneylerde herhangi bir deney parçasýna gerek yoktur. Deney doðrudan iþ parçasý üzerinde yap ýlabilir ve sonuçta malzeme yapýsýnda bir bozulma ya da deðiþiklik olmaz. Tahribatsýz deneyler, malzemelerin sýcak iþlenmesinden sonra katýlaþmasý sýrasýnda a) Ultrasonik Muayene b) Rontgen Ve Gama Iþýnlarý Ýle Muayene oluþan sýcak yýrtýlmayý ve iç çekmeyi, iç ve dýþ kýlcal çatlaklarý, c) Mikroskop Muayenesi d) Mýknatýs Akýsý Ýle Muayene so ðuk birleþme yerlerini, malzeme içerisinde oluþan bo þluklar ý ve havayý, malzeme içerisinde kalan curuf, kum gibi kalýntýlarý, gaz gözenekleri gibi hatalar ý belirlemek için yapýlýr. Tahribatsýz malzeme deneylerinin genellikle en çok kullanýlanlar ý aþaðýda sýralanmýþtýr.
87
13. TASARIMDA MALZEME SEÇÝMÝ Tasarýmda malzeme seçimi, makinelerin çalýþma koþullar ý göz önüne alýnarak, gereksinimleri kar þýlayacak en uygun özelliklere sahip malzemeyi saptamak amacýyla yapýlýr. Tasarýmda amaç, istenene yönelik, iþleyebilen, çalýþabilen bir parça, ayg ýt, makine vb. yapmak ya da üretmektir. Çizim aþamasýna gelinceye kadar büyüklükle ilgili sýnýrlar, kapasite, üretim hýzý gibi deðerlerle mekanizmalar ýn biçimi, bað lantý parçalar ý saptanýr. Bütün bunlar maliyet göz önünde bulundurularak yapýlýr. Sistem oluþturulduktan sonra, gerilim, titreþim, hýz, ivme, güç vb. hesaplar ý yapýlýr. Parçalarýn çalýþma koþullar ýna göre sert veya yumuþak olmasý, yüzey kalitesi, aþýnma ve korozyon durumu gibi etmenler deðerlendirilir. Bütün bu bilgiler toplandýktan sonra parçalarýn detay resimlerine geçilir. Burada en önemli iþ amaca en uygun gereci seçmektir. Bu seçim yapýlýrken, kullanýlan malzemenin özellikleri, bulunabilirliði ve maliyeti göz önünde bulundurulmalýdýr. Malzeme seçiminde, belirli bir iþlemi görecek makine parçasý için, belirlenen koþullar alt ýnda çalýþacak en uygun ve olabildiðince ucuz malzeme seçmek amaçlanýr. Bu seçimi en uygun ve en iyi þekilde yapabilmek için bir yandan yapýlacak parçanýn çalýþma koþullarý ile ilgili tüm gereksinimlerini belirlemek, diðer yandan da bu gereksinimlere en uygun özellikleri saðlayacak malzemeyi saptamak gerekir. Malzeme seçiminde, malzemenin yapýsý, özgül aðýrlýðý, ergime ýsýsý, elektrik ve ýsý iletkenliði, düþük veya yüksek sýcaklýk ortamýnda mý kullanýlacaðý, malzeme üzerine gelecek kuvvetler, malzemenin bulunabilirliði, iþçiliðe elveriþliliði, fiziki, mekanik ve teknolojik özellikleri, ekonomikliði, iç ve dýþ etkilere dayanýmý, üretimde hangi yöntemlerin kullanýlacaðý gibi etmenler güz önüne alýnmalýdýr. Malzemelerin kullanýldýðý yere uygunluðu son derece önemlidir. Uygun seçilen malzemeler sayesinde makinelerin, tezgahlarýn, makine parçalarýnýn daha uzun ömürlü ve daha emniyetli olmalarý saðlanacaktýr.
13.1. MALZEME SEÇÝMÝNDE UYULMASI GEREKEN KURALLAR Bir teknik elemanýn malzeme seçimi yaparken göz önünde bulundurmasý gereken beþ önemli faktör vardýr; 1-Malzemenin bulunabilirliði 2-Üretim iþlemlerine uygunluk 3-Fiziksel, kimyasal, teknolojik ve mekanik özellikler 4-Ekonomiklik deðeri 5-Korozyon direnci
13.1.1. Malzemenin Bulunabilirliði Bir iþin üretiminde kullanýlacak malzeme, þekil, miktar, ölçü bakýmýndan her istendiðinde bulunabilmelidir. Malzeme saðlanmasýndaki aksama bir iþletmenin düþük kapasite ile çalýþmasýna neden olur. Sanayi kuruluþlarý ancak tam kapasite ile ekonomik çalýþabilirler ve yaþamlarýný sürdürebilirler. Zaman zaman malzeme bulmakta zorlanan bir iþletmenin zarara uðramasý kaçýnýlmazd ýr. Bir iþletme kuruluþunda malzeme etüdünü tamamlamýþ ve üretimde hangi malzemeleri
kullanacaðýný ve bu malzemeleri nasýl saðlayacaðýný belirlemiþ olmalýdýr. Bu çalýþmalarý sadece bugünü düþünerek deðil geleceðe yönelik de yapmalýdýr.
88
13.1.2. Fiziksel, Kimyasal, Mekanik ve Teknolojik Özelikler Makine elemanlarýnýn kullanýlacaklarý yerde görevlerini yapýp yapmayacaklarý, malzeme özelliklerinin araþtýrýlmasý ve belirlenmesi ile anlaþýlýr. Sertlik, dayaným, özlülük, aþýnma direnci, elektrik ve ýsý iletkenliði, dövülebilme, dökülebilme v.b. bir çok özellik bir malzemenin kullanma alanýndaki uygunluðunu belirler. Malzemenin fiziksel, kimyasal, mekanik ve teknolojik özellikleri malzemenin iç yap ýsý ile ilgilidir. Bir malzemeye uygulanacak herhangi bir iþlemin malzemede ne gibi özellik deðiþiklerine yol açacaðý iç yapýya bað lýdýr. Sonuç olarak malzeme seçiminde, malzemenin özelliklerini bilmek çok önemlidir.
gerekir. Bir makine parçasýn ýn yapýmýnda kullanýlmak piyasadan deðiþik birçok 13.1.3. Ekonomiklik Deðeriüzere Malzeme seçiminde çalýþma koþullarýna uygun olan en ucuz malzemeyi seçmek malzeme önemlidir. Bir makine parçasý için malzeme seçerken fiyat, kullanýlabilme zamaný ile birlikte düþünülmelidir. Ucuz olduðu düþünülerek seçilen bir malzeme, pahalý bir malzemeye göre kýsa bulunabilir. birolur.tanesi en sürede kullanýlamaz Ancak hale gelirse birçok daha büyükmalzemeden ekonomik zarara neden Bir makine parçasýnýn uygun tanýmlanabilir. Uygunluk, belirli bir süreolarak sað lýklý çalýþmasý istenir. Seçilen malzeme belirlenen ömrünü tamamlamadan kullanýlamaz hale gelmiþse ekonomik deðildir. Bunun yanýnda baþlangýçta pahalý olsa bile parçanýn çalýþma koþullarýna uygunluðu yanýnda uzun 13.1.4. Korozyon Direnci süre kullanýlabilen malzeme ekonomiktir. parçanýn üretim yöntemine uygunluðu Korozyon madensel malzemelerin kimyasal ve elektrokimyasal yollarlaolarak aþýnmasý da olayýdýr. Malzemeler bulunur, iþlenir, kullanýlýr bir süre sonra da kullanýlamaz hale gelir. anlaþýlmalýdýr. Ancak bazen bir iþin Malzemenin kullaným yerinde iç ve dýþ etkilerden en az etkilenecek þekildeyapýlmasýnda seçilmesi ve kullanýlmasý, kullanýmýnda ömrünü uzatacak önlemlerin alýnmasý gerekir. Aþýndýrýcý etkiye sahip çok fazla malzeme seçeneði yoktur. bir ortamda çalýþacak makine elemanlarý bu etkiye dirençli malzemedenÖrneðin, yapýlmalýdýr. Örneðin, deniz suyunda çalýþacak bir parça için normal çelik bir malzeme deðil, paslanmaz çelik bir wolfram biçimlendirilmesi çok zoraraçbir malzemedir. malzeme tercih edilmelidir. Ýlaç, gýda, kimya sanayisinde kullanýlan ve aletlerin, Hastanelerdeki operasyon takýmlarýnýn, hassas ölçü aletlerinin, deniz araçlar ýnýn, güzel görünüm Buna karþýlýk elektrik ampullerinde isteyen iþlerin korozyon dayanýmlý malzemeden yapýlmasý gerekir. 13.1.5. Üretim Ýþlemlerine Uygunluk (tel) kullanýlan flaman sadece wolframdan Bir parçanýn malzemesi belirlenirken üretim yönteminin de göz önünde bulundurulmasý yapýlabildiði için kullanýlmasý zorunludur. Çizelge 13.1’de bazý malzemelerin üretim yöntemleri görülmektedir.
89 90
YALÇIN, H., GÜRÜ, M. 2002. Malzeme Bilgisi. Palme Yayýncýlýk:203, Ankara. YAZICIOÐLU, O. 1999. Makine Elemanlar ý. Beta Yayýncýlýk, Ýstanbul.
KAYNAKLAR METALLER
AKKURT, M., KENT, M. 1979. Makine Elemanlarý. Birsen Yayýnlarý, Ýstanbul. metal, istenen þekle kalýp Anonymous, 2007kokil, http://tr.wikipedia.org/wiki/Molibden. Eriþim tarihi 20.08.2007 Döküm: Kum, pres ve hassas döküm, sürekli Sývý haldeki içerisine dökülerek veya enjekte edilerek ASKELAND, D.R.(Çeviri M. ERDOÐAN). 1998. Malzeme Bilimi ve Mühendislik döküm getirilir. Malzemeleri I – II, Nobel Yayýn, Ankara. BAYDUR, G. 1979. Malzeme Bilgisi. Milli EðitimKatý Bakanlýðý Yayýnlarý, Ankara. Biçimlendirme: Dövme, tel çekme, derin çekme, haldeki metal genellikle ýsýtýlarak yüksek eðme ve basýnçla istenen þekle getirilir. Ankara. CURUN, N.bükme 1981. Cisimlerin Dayanýmý. Milli Eðitim Bakanlýðý Yayýnlarý, EKER,B., TAÞERÝ, L., Günayd ýn, L. 1994. Makine Tasarýmý El Kitabý. Trakya Üniversitesi Kaynak: Gaz kaynaðý, direnç kaynaðý, ark kaynaðý, Metal parçalarý, sývý metal, yüksek basýnç Yayýnlar ý214, Tekirdað. sürtünme kaynaðý, sert lehim, yumuþak lehim, veya sýcaklýk kullanarak birleþtirme yoluyla ERDOÐAN, 1999. Makine Malzeme Bilgisi. Ankara Üniversitesi- Ziraat Fakültesi Yayýnlarýþekillendirilir. difüzyonlaD. birleþtirme 1507, Ankara. Makine ile iþleme: frezeleme, Metaller talaþ kaldýrma iþlemleri uygulanarak ÝPEK, R. 1999. PratikTornalama, Malzeme delme, Bilgisi. Cumhuriyet Üniversitesi Yayýnlarý -81, Sivas. kesme þekillendirilir. LAWRENCE, H.V.(Çeviri R.A. SAFOÐLU). 1990. Malzeme Bilimine Giriþ. Birsen Yayýnevi, Ýstanbul. Metal tozlarý yüksek sýcaklýklarda ve basýnçla Toz Metalurjisi: SANDELOWSKY(Çeviri Kemal DEVECÝ). 1977.sýkýþtýrýlýr Plastik Kalýp Konstrüksiyonu. MEB- Mesleki ve piþirilirler(sintirleme). ve Teknik Öðretim Kitaplarý- 127, Ankara. SERFÝÇELÝ, Y.S. 2000. Malzeme Bilgisi. Milli eðitim Bakanlýðý Yayýnlar ý- 3458, Ýstanbul. SERAMÝKLER ÞAHÝN, S. 1997. Malzeme Bilgisi. Þafak Matbaa, Ankara. ÞEN,Ý.Z., ÖZÇÝLÝNGÝR,N, Makine Resmi, DE-HA Yayýncýlýk, 2005istenen Sývý malzeme – katý Ýstanbul, içeren karýþým Döküm:ÖZÇÝLÝNGÝR,N. 2004. Standard Makine Elemanlarý Çizelgeleri. DE-HA Yayýncýlýk, ÞEN,Ý.Z., þekil verilmek üzere kalýba dökülür. Ýstanbul. WEISSBACH, (Çeviri S.presleme, ANIK, E.S. ANIK ve M.VURAL). 1984. Malzeme Bilgisi ve Sýkýþtýrma:W Ekstrüzyon, izostatik Seramiklerin katý ve sývý çamurlarý biçimlendirme sýkýþtýrýlarak þekillendirilir. muayenesi. Birsen Yayýnlarý, Ýstanbul. Sýkýþtýrýlmýþ haldeki malzemenin baðlarý güçlendirilmek üzere yüksek sýcaklýklarda biçimlendirilir.
Sinterleme:
POLÝMERLER Kalýplama: enjeksiyon kalýplama, transfer kalýplama Sývý haldeki malzeme kalýplara dökülerek istenen biçimi almasý sað lan ýr. Biçimlendirme: Sarma ekstrüzyon, vakumlu biçimlendirme
Sýcak haldeki polimer belirli bir þekil vermek üzere bir kalýba veya belirli bir modelin etrafýný doðru basýnç uygulanarak zorlanýr.
KOMPOZÝTLER Kompoziti elde etmek için takviye elemanýnýn etrafýný sývý haldeki ana malzeme ile doldurma
Döküm:
Kompoziti oluþturacak yumuþak elemanla sert eleman ýn birleþmesi basýnç uygulanarak saðlanýr. Kompoziti oluþturacak elemanlar yapýþtýrýcý Birleþtirme: Yapýþtýrýcýlý bað lama, patlamalý baðlama, yardýmýyla, deformasyonla veya yüksek difüzyonla baðlama sýcaklýk etkisi ile birleþtirilir. Biçimlendirme:
Sýkýþtýrma ve sinterleme:
Toz þeklindeki elemanlar yüksek basýnçla sýkýþtýrýlarak piþirilir.
Çizelge 13.1 Malzemelerin üretim yöntemleri (Erdoðan, 1998)
