02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
METALLER
1.
2.
3.
4.
5.
Alaşımlar ve Faz Diyagramları
Demir Esaslı Metaller
Demirdışı Metaller
Süper Alaşımlar
Metallerin İşlenme Kılavuzu
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Dört Tür Mühendislik Malzemesi
1.
2.
3.
4.
Metaller
Seramikler
Polimerler
Kompozitler (Karma Malzemeler)
1
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Metaller: En Önemli Mühendislik
Malzemeleri
 Geniş bir yelpazede tasarım koşullarını sağlayan
özelliklere sahiptir
 Uzun yıllar boyunca, mamul haline dönüştürüldükleri
imal usulleri geliştirilmiş ve hassaslaştırılmıştır
 Mühendisler metalleri tanır
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Metaller Neden Önemlidir
 Yüksek rijitlik ve dayanım - yüksek rijitliğe, dayanıma
ve sertliğe sahip olacak şekilde alaşımlandırılabilirler
 Tokluk - enerjiyi, diğer malzeme gruplarından daha iyi
absorbe etme kapasitesi
 İyi elektrik iletkenliği -Metaller iyi bir elektrik iletkenidir
 İyi ısıl iletkenlik - ısıyı, seramik ve polimerlerden daha
iyi iletirler
 Maliyet – çeliğin fiyatı, diğer mühendislik
malzemelerininkine göre çok daha uygundur
2
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
İmal Usullerinde Kullanılan
Metallerin Başlangıç Şekilleri
 Dökme metal – başlangıç şekli bir dökümdür
 Yoğruk (dövme) metal – metal dövülebilir veya
döküldükten sonra dövülebilir
 Toz halinde metal – başlangıç şekli, toz metalurjisi
teknikleri kullanılarak parçalara dönüştürülen çok
küçük taneli tozlardır
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Metallerin Sınıflandırılması
 Demir Esaslı - Demir’e dayanır
 Çelikler
 Dökme demirler
 Demir Dışı - diğer tüm metaller
 Alüminyum, magnezyum, bakır, nikel, titanyum,
çinko, kurşun, kalay, molibden, tungsten, altın,
gümüş, platin ve diğerleri
 Süper alaşımlar
3
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Metaller ve Alaşımları
 Bazı metaller saf metal olarak önemlidir (örn.: altın,
gümüş, bakır)
 Çoğu mühendislik uygulaması, alaşımlama ile elde
edilen, geliştirilmiş özellikler gerektirir
 Alaşımlama yoluyla, saf metallere kıyasla dayanımı,
sertliği ve diğer özellikleri arttırmak mümkündür
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Alaşımlar
Bir alaşım = En az biri metalsel olan, iki veya daha fazla
elementin oluşturduğu bir karışım veya bileşik
 İki ana kategorisi:
1. Katı çözeltiler
2. Metallerarası fazlar
4
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Katı Çözeltiler
Bir elementin, tek fazlı bir yapı oluşturmak üzere diğer
bir elementin içinde çözündüğü bir alaşım
 Bir faz = tüm tanelerin aynı kristal kafes yapısına
sahip olduğu bir metal gibi, herhangi bir homojen
malzeme kütlesi
 Bir katı çözeltide, çözen veya temel element
metalseldir ve çözünen diğer element ise metalsel
veya metal dışı olabilir
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Katı Çözeltinin İki Şekli
1. Asal yer (Yer alan) katı çözelti –çözen elementin
atomları, birim hücresi içinde çözünen elementle yer
değiştirir
2. Ara yer katı çözelti – çözünen elementin atomları,
kafes yapısı içinde temel metal atomları arasındaki
boşluklara yerleşir
 Her iki şekilde de alaşımın yapısı, birleşen
elementlerinkinden daha yüksek dayanıma ve
sertliğe sahiptir
5
02.03.2014
Katı Çözeltilerin İki Türü
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
(a) Asal yer (yer alan) katı çözelti, (b) Ara yer katı çözelti
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Metallerarası Fazlar
 Genel olarak bir elementin diğeri içinde çözünürlüğü
sınırlıdır
 Alaşım içindeki çözünen elementin miktarı esas
metalin katı çözünürlük sınırını aştığında, alaşım
içinde ikincil bir faz oluşur
 Metallerarası faz terimi, kimyasal bileşimi kendisini
oluşturan iki saf elementinkinin arasında ortalama
olduğunu tanımlamak için kullanılır
 Kristal yapısı da kendisini oluşturan iki saf
metalinkinden farklıdır
6
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Metallerarası Faz Türleri
1. Metallerarası bileşikler – bir metal ve bir metal dışı
içerir, örneğin Fe3C
2. Metallerarası bileşikler - bir bileşik oluşturan iki
metal, örneğin Mg2Pb
 Bazı alaşım bileşimlerinde ara faz, iki fazlı bir yapı
oluşturmak üzere primer katı çözeltiyle karışmış
haldedir
 Bazı iki fazlı alaşımlar, katı çözeltilere göre çok daha
yüksek dayanım için ısıl işlenebildiklerinden çok
önemlidir
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Faz Diyagramları
Bileşim ve sıcaklığın fonksiyonu olarak bir metal alaşım
sistemini gösteren grafik bir araç
 Atmosferik basınçta iki element içeren bir alaşım
sisteminin faz diyagramına ikili faz diyagramı denir
7
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Faz Diyagramları
 Bileşim yatay eksene, sıcaklık ise dikey eksene çizilir
 Diyagram üzerindeki herhangi bir nokta, denge
koşulları altında bulunan fazın veya fazların ortalama
bileşimini gösterir
 Bakır-Nikel
alaşım sistemi
için ikili faz
diyagramı
Sıvı çözelti
Sıvı + Katı
Solidüs
Sıcaklık, °F
Lİkidüs
Sıcaklık, °C
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Bakır-Nikel Faz Diyagramı
Katı çözelti
% Nikel (Ni)
8
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Bakır-Nikel (Cu-Ni) Alaşım Sistemi
 Solidüs’ün altında tüm bileşim alanı boyunca Katı
Çözelti alaşımı
 Bu alaşım sisteminde ara katı çözelti bulunmaz
 Ancak, solidüs ve likidüs tarafından sınırlanan bölge
içinde bir faz karışımı (Sıvı + Katı) bulunur
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Fazların Kimyasal Bileşimleri
 Alaşımın ortalama bileşimi, yatay eksen boyunca
konumu tarafından belirlenir
 Ancak, sıvı ve katı fazların bileşimleri aynı değildir
 Bu bileşimler, ilgilenilen sıcaklıkta bir yatay çizgi
çizerek bulunabilir
 Çizginin solidüs ve likidüs’ü kestiği yerler,
sırasıyla katı ve sıvı fazların bileşimlerini gösterir
9
02.03.2014
Kalay-Kurşun Faz Diyagramı
(Ötektik bileşim)
Sıcaklık, °F
Sıvı (L)
Sıcaklık, °C
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
 Kalay-Kurşun
alaşım sistemi
için ikili faz
diyagramı
(% Kalay (Sn)
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Kalay-Kurşun (Sn-Pb) Alaşım
Sistemi
 Elektriksel bağlantıları oluşturmak için yumuşak
lehimlemede yaygın şekilde kullanılır
 Sn-Pb sistemi, alfa () ve beta () olmak üzere iki
katı fazı içerir
-fazı = diyagramın sol tarafında Kurşun içindeki
Kalay’ın katı çözeltisi
-fazı = Diyagramın sağ tarafında yaklaşık
200°C’de Kalay içinde Kurşun’un katı çözeltisi
 İki katı çözelti arasında iki katı fazın karışımı  + 
bulunur
10
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Kalay-Kurşun Alaşım Sisteminde
Erime




Saf Kalay 232C’de erir
Saf Kurşun 327C’de erir
Kalay-Kurşun alaşımı düşük sıcaklıklarda erir
Diyagram, saf metallerin erime noktalarında başlayan
ve % 61,9 Sn’lik bir bileşimde birleşen iki likidüs
çizgisi içerir
 Burası, Kalay-Kurşun sistemi için ötektik
bileşim’dir
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Ötektik Alaşım
Bir alaşım sisteminde, Solidüs ve likidüs’ün aynı
sıcaklıkta olduğu belirli bir kimyasal bileşim
 Ötektik sıcaklık = ötektik bileşimin erime sıcaklığı
 Ötektik sıcaklık daima bir alaşım sistemindeki en
düşük erime noktasıdır
 Ötektik (eutectic) terimi, anlamı “kolay eriyen” olan
eski Yunanca’daki eutektos, sözcüğünden
türetilmiştir.
11
02.03.2014
Demir’e dayanan, insanoğlu tarafından bilinen en eski
metallerden biri
 Mühendislik bakımından önemli olan Demir esaslı
metaller Demir ve Karbon’dan oluşan alaşımlardır
 Bu alaşımlar iki temel gruba ayrılır:
 Çelik
 Dökme Demir
 Birlikte, dünyadaki metal tonajının yaklaşık % 85’ini
oluştururlar
Demir-Karbon Faz Diyagramı
Sıvı (L)
Katı
Sıcaklık, °F
 Yaklaşık % 6’ya kadar
Karbon içeren DemirKarbon ikili faz
diyagramı
Sıcaklık, °C
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Demir Esaslı Metaller
Katı
% Karbon (C)
12
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Demir’in Değişik Fazları
 Oda sıcaklığındaki faz, Ferrit (HMK=Hacim Merkezli
Kübik) denilen alfa ()’dır
 912C’de Ferrit, Ostenit (YMK=Yüzey Merkezli Kübik)
denilen Gamma ()’ya dönüşür
 Bu dönüşüm 1394C’de Delta ()’ya (HMK) dönüşür
 Saf Demir 1539C’de erir
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Ticari Bir Ürün Olarak Demir
 Elektrolitik Demir – Saf metalin gerekli olduğu
araştırma ve diğer amaçlar için yaklaşık % 99,99’luk
en saf hali
 İngot Demir – Yüksek süneklik veya korozyon direnci
gereken uygulamalarda kullanılan, (yaklaşık % 0,01
Karbon dahil) yaklaşık % 0,1 safsızlık içerir
 Yoğruk (Dövme) Demir – yaklaşık % 3 curuf ancak
çok düşük karbon içerir ve dövme gibi sıcak
şekillendirme yöntemleriyle kolayca şekillendirilir
13
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Karbon’un Demir içindeki
Çözünürlük Sınırları
 Ferrit fazında 723°C’de sadece yaklaşık % 0,022
Karbon çözünebilir
 Ostenit, 1130C’de yaklaşık % 2,1 Karbon çözebilir
 Alfa ve Gamma arasındaki çözünürlük farkı, ısıl
işlemle dayanım arttırma fırsatları sunar
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Çelik ve Dökme Demir’in Tanımları
Çelik = % 0.02 ila % 2.1 arasında Karbon içeren
bir Demir-Karbon alaşımı
Dökme Demir = % 2.1 ila yaklaşık % 4 veya % 5
Karbon içeren bir Demir-Karbon alaşımı
 Çelikler ve Dökme Demirler, Karbon’un
dışında başka alaşım elementleri de içerebilir
14
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Demir-Karbon Sistemindeki Sementit
 Denge koşulları altında oda sıcaklığında DemirKarbon alaşımları, sıfır’ın hafifçe üzerinde olan
Karbon seviyelerinde dahi iki fazlı bir sistem oluşturur
 İkinci faz, Sementit olarak da bilinen Fe3C’dir
Sementit = bir ara faz: sert ve gevrek bir Demir ve
Karbon metalsel bileşiği
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Ötektik ve Ötektoid Bileşimler
Fe-C sistemindeki Ötektik bileşim = % 4.3 C
 Faz, 1130C’de katı ( + Fe3C)’dan sıvı’ya dönüşür
Fe-C sistemindeki Ötektoid bileşim = % 0.77 C
 Faz, 723C’nin üzerinde ’dan  ‘ya dönüşür
 % 0.77 C’nun altında, hipoötektoid (ötektoid altı)
çelikler olarak adlandırılır
 % 0.77 ila % 2.1 C arasında hiperötektoid (ötektoid
üstü) çelikler olarak adlandırılır.
15
02.03.2014
Demir ve Çelik Üretimi
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
 Demir yapımı – Demir, cevherinden indirgenir
 Çelik yapımı – Daha sonra Demir istenen saflık ve
bileşim (alaşımlama)’ya ulaşmak üzere saflaştırılır
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Demir-üretimindeki Demir-Cevherleri
 Demir ve çelik üretiminde kullanılan temel cevher
Hematit (Fe2O3)’dir
 Diğer demir cevherleri arasında Magnetit (Fe3O4),
Siderit (FeCO3) ve Limonit (Fe2O3-xH2O, burada x
değeri tipik olarak yaklaşık 1.5’dur) bulunur.
 Demir cevherleri, sınıfına bağlı olarak yaklaşık % 50
ila % 70 arasında demir içerir (Hematit daima % 70
demir içerir)
 Demir ve Çelik üretiminde, hurda demir ve çelik de,
hammadde olarak yaygın şekilde kullanılır
16
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Demir Üretimindeki Diğer
Hammaddeler
 Kömür (C)
 Kimyasal reaksiyonlar için gerekli ısıyı sağlar ve
Demir cevherini indirgemek için gerekli
karbonmonooksit (CO)’i sağlar
 Kireç taşı (CaCO3)
 Erimiş demirdeki safsızlıklarla curuf halinde
reaksiyona girerek onları uzaklaştıran flaks
(dekapan) olarak kullanılır
 Sıcak gazlar (CO, H2, CO2, H2O, N2, O2, ve yakıtlar)
 Kömürü yakmakta kullanılırlar
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Yüksek Fırın’da Demir Üretimi
Yüksek fırın – yüksekliği 40 metre olan ve en geniş
yerinde çapı 11 metre olan 9-11 metre arasında çapa
sahip refrakter astarlı bir kap
 Demiri üretmek için, bir yüksek fırının içine cevher,
kömür ve kireç taşı dökülür
 Yanma ve Demir’in indirgenmesini sağlamak
amacıyla bacanın en alt kısmından yüksek hızlarda
sıcak gazlar üflenir
17
02.03.2014
Gaz besleyici
Gaz çıkışı
Şarj hunisi
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Küçük çan
Temizleme
ünitesine giden
yüksek fırın gazı
Büyük çan
 Çelik
üretiminde
kullanılan
bir Yüksek
Fırın’ın
kesiti
Fırına cevher,
kömür ve kireç
taşı yüklemek için
kayar köprü (veya
konveyör)
Demir cevheri, kömür ve
kireç taşı tabakaları
Çelik kılıf
Refrakter
astar
Üfleme
borusu
Yüksek Fırın=
Blast Furnace (ing.)
= Hoch Ofen
(Alm.)
Tüyer
Curuf kapağı
Erimiş demir
Curuf kepçesi
Sıcak gaz üfleme
Curuf
Yakalama kapağı
Sıcak demir kanalı
Sıcak demir
kepçe arabası
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Demir-Üretimindeki Kimyasal
Reaksiyonlar
 Başlangıç cevheri olarak Hematit kullanarak:
Fe2O3 + CO  2FeO + CO2
 CO2 , CO oluşturmak üzere kömürle reaksiyona girer:
CO2 + C (Kömür)  2CO
 Bu durum FeO’nun Demir haline son indirgenmesini
oluşturur:
FeO + CO  Fe + CO2
18
02.03.2014
Demir-Üretimindeki Hammadde
Oranları
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
 Bir ton Demir üretmek için yaklaşık yedi ton
hammadde gerekir:
 2.0 ton Demir cevheri
 1.0 ton Kömür
 0.5 ton Kireç taşı
 3.5 ton Gazlar
 Yan ürünlerin önemli bir kısmı geri kazanılmaktadır
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Yüksek Fırından Demir
 Yüksek fırından akıtılan (Pik demir denilen) demir %
4’ten fazla C ve ayrıca diğer % 0.3-1.3 Si, % 0.5-2.0
Mn, % 0.1-1.0 P ve % 0.02-0.08 S safsızlıkları içerir
 Dökme demir ve Çelik için ilave saflaştırma gerekir
 Pik demir’i kır dökme demir’e dönüştürmek için
çoğunlukla Kupol denilen bir ocak kullanılır.
 Çelik halinde ise, bileşimlerin çok daha dar kontrolü
ve safsızlıkların ise çok düşük seviyelere
düşürülmesi gerekir
19
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Çelik-Üretimi
 1800’lerin ortalarından beri, pik dökümün çelik haline
saflaştırılması için çok sayıda yöntem geliştirilmiştir
 Günümüzde, iki en önemli yöntem:
 Bazik Oksijen Fırını (BOF)
 Elektrik ark ocağı’dır.
 Her ikisi de, karbonlu ve alaşımlı çeliklerin üretiminde
kullanılmaktadır
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Bazik Oksijen Fırını (BOF)
 Dünyada çelik üretiminin  % 70’i bu yöntemle yapılır
 Bessemer konvertörünün adaptasyonudur
 Bessemer yönteminde, erimiş pik demirin
içindeki safsızlıkları yakmak için içine hava
üflenirdi
 BOF hava yerine saf oksijen kullanır
 Tipik BOF kazanı  5 m iç çapa sahiptir ve bir
ısıtmada 150 ila 200 ton işleyebilir
 Çevrim süresi (boşaltmadan boşaltmaya geçen
süre)  45 dak. sürer
20
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Bazik Oksijen Fırını
 Bir çelik şarjının
işlenmesi
sırasında BOF
Suyla soğutulan oksijen mızrağı
Duman toplama hunisi
Çelik kabuk
Refrakter astar
Boşaltma deliği
CO kabarcıkları
Erimiş curuf
Erimiş çelik
 BOF sırası: (1) curuf ve (2) pik demirin şarjı
(yüklenmesi), (3) erimiş çeliğin üflenmesi ve
(4) boşaltılması, (5) curufun dökülmesi
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Mızrak
Transfer arabası
üzerindeki kepçe
İlaveler
Transfer arabası üzerinde
curuf potası
21
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Bir Bazik Oksijen Fırınının Şarjı
(Yüklenmesi=Doldurulması)
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Elektrik Ark Ocağı
 Tüm çelik üretiminin  % 30’u bu yöntemle yapılır
 Hurda demir ve hurda çelik birincil hammaddeleridir
 Kapasiteleri genellikle bir şarj başına 25 ila 100
ton’dur
 Tam erime yaklaşık 2 saat gerektirir; boşaltmadan
boşaltmaya geçen süre 4 saattir
 Genellikle alaşımlı çeliklerin, takım çeliklerinin ve
paslanmaz çeliğin üretiminde kullanılır
 BOF’a kıyasla daha yüksek kaliteli çelik elde edilir
ancak ton başına daha yüksek maliyetlidir
22
02.03.2014
Çelik Üretiminde Kullanlan
Elektrik Ark Ocağı
Elektrotlar
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Çatı (Sökülebilir
Boşaltma ağzı
Refrakter astar
Curuf ağzı
Şarjın dökülmesi
için eğme yönü
Erimiş çelik
Eğme mekanizması
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Çelik Üretimindeki Döküm İşlemleri
 BOF veya elektrik ark ocağında üretilen çelikler,
sonraki işlemler için ya döküm ingotları ya da sürekli
döküm ile katılaştırılırlar
 İngotların dökümü – ayrık bir üretim yöntemi
 Sürekli döküm – yarı sürekli bir yöntem
23
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
İngotların Dökümü
Çelik ingotlar = Bir ton’dan daha az miktardan,  300
ton’a kadar ağırlıkta olabilen ayrık dökümler (tüm
şarj)
 Katılaşmış dökümün çıkarılması için başaşağı eğilen
yüksek karbonlu demirden yapılan kalıplar
 Kalıp, altlık denilen bir platformun üzerine yerleştirilir
 Katılaştıktan sonra kalıp, dökümü altlığın
üzerine bırakmak için eğilir
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
İngot Kalıbı
 Çelik yapımında
kullanılan tipik bir
“büyük ucu
aşağıda” ingot kalıbı
Boru
Kalıp
Dökme çelik
Altlık
24
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Sürekli Döküm
 Sürekli döküm, Alüminyum ve Bakır üretiminde geniş
çapta kullanılır; ancak en önemli uygulaması çelik
üretimindedir
 Ayrık bir yöntem olan ingot dökümüne kıyasla, son
derece büyük verimlilik artışı söz konusudur
 İngot döküm halinde, dökümün katılaşması için 10-12
saat gerekebilir
 Sürekli dökümdeki katılaşma süresi büyük
oranda düşer
Kepçe
Erimiş çelik
Tandiş
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Kalıp flaksı
 Sürekli
Kılavuz
döküm
merdaneler
 Çelik tandiş’in
içine dökülür
ve suyla
soğutulan bir
kalıbın içine
akar
 Kalıp içinde
Sürekli slab
aşağıya
doğru hareket
ettikçe
katılaşır
Batırılmış giriş nozulu
Suyla soğutulan kalıp
Erimiş çelik
Katılaşmış çelik
Su spreyi
Çekme merdaneleri
Eğme merdaneleri
Slab doğrultma merdaneleri
Kesme torcu
Slab
25
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Çelik
Ağırlıkça % 0,03 ila % 2,11 arasında Karbon içeren bir
demir alaşımı
 Diğer alaşım elementlerini de içerebilir
 Çelik alaşımları dört sınıfta gruplandırılır:
1. Basit karbonlu çelikler (Alaşımsız çelikler)
2. Düşük alaşımlı çelikler
3. Paslanmaz çelikler
4. Takım çelikleri
5. Özel çelikler
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Basit Karbonlu Çelikler
 Küçük miktarlarda katılan diğer alaşım elementleri ile
birlikte karbon ana alaşım elementidir (yaklaşık % 0,5
Manganez normaldir)
 Basit karbonlu çeliklerin dayanımı karbon içeriğiyle
artar ancak bu durumda süneklik azalır
 Yüksek karbonlu çelikler, daha sert ve dayanıklı
yapmak amacıyla Martenzit oluşturmak üzere ısıl
işlenebilir
26
02.03.2014
Çekme
dayanımı
Sertlik
Çekme dayanımı,
Çekme dayanımı, MPa
 (Sıcak
haddelenmiş)
basit karbonlu
çelikte çekme
dayanımının
karbon içeriğiyle
değişimi
Sertlik, HB
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Çeliğin Özellikleri
% Karbon (C)
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
AISI-SAE Gösterim Şeması
 4-karakterli bir rakam sistemiyle belirlenir: 10XX,
burada “10” basit karbonlu çeliği, ve “XX” ise yüzde
ağırlık cinsinden virgülden sonraki karbon yüzdesini
gösterir
 Örneğin, 1020 çeliği % 0,20 C içerir
 Amerikan Demir ve Çelik Enstitüsü (American Iron
and Steel Institute=AISI) ve Otomotiv Mühendisleri
Odası (Society of Automotive Engineers=SAE)
tarafından geliştirilmiştir, bu nedenle genellikle
AISI 1020 veya SAE 1020 olarak gösterilir
27
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Basit Karbonlu Çelikler
1. Düşük karbonlu çelikler - % 0,20 C’den daha düşük
 Uygulamaları: otomobil saç metal parçalar, imalat
için plaka çelikler, demiryolu rayları
2. Orta karbonlu çelikler - % 0,20 ve % 0,50 C arasında
 Uygulamaları: krank mili ve birleştirme çubukları
gibi makine elemanları ve motor parçaları
3. Yüksek karbonlu çelikler - % 0,50 C’dan daha yüksek
 Uygulamaları: yaylar, kesici takımlar ve bıçaklar,
aşınmaya dayanıklı parçalar
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Düşük Alaşımlı Çelikler
Toplam miktarı ağırlıkça  % 5’ten daha küçük olan
ilave alaşım elementleri içeren Demir-Karbon
alaşımları
 Aynı uygulama için mekanik özellikleri, basit karbonlu
çeliklere göre çok daha yüksektir
 Daha yüksek dayanım, sertlik, sıcakta sertlik, aşınma
direnci ve tokluk
 Bu özelliklere ulaşmak için genellikle ısıl işlem
gerekir
28
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
AISI-SAE Gösterim Şeması
AISI-SAE gösterimi 4-karakterli bir rakam sistemi
kullanır: YYXX, burada YY alaşım elementlerini, ve
XX ise yüzde ağırlık cinsinden virgülden sonraki
Karbon yüzdesini gösterir
 Örnekler:
13XX – Mangan çelikleri
20XX – Nikel çelikleri
31XX – Nikel-Krom çelikleri
40XX – Molibden çelikleri
41XX – Krom-Molibden çelikleri
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Paslanmaz Çelikler (SS)
Korozyon direnci için tasarlanan yüksek alaşımlı çelikler
 Temel alaşım elementi, genellikle % 15’ten büyük
olan Krom’dur
 Cr forms yüzeyi korozyondan koruyan,
geçirimsiz ince bir oksit tabakası oluşturur
 Nikel (Ni), korozyon direncini arttırmak için belirli
SS’lere katılan ilave alaşım elementidir
 SS’i dayanıklı ve sert yapmak için Karbon kullanılır;
ancak yüksek C içeriği, serbest Cr’yi azaltan
Kromkarbür oluşturduğu için korozyon direncini
düşürür
29
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Paslanmaz Çeliklerin Özellikleri
 Korozyon direncine ek olarak paslanmaz çelikler
dayanım ve süneklik kombinasyonuna sahiptir
 Çoğu uygulamada istenmesine rağmen bu
özellikler genel olarak paslanmaz çeliğin
imalatta kullanımını zorlaştırır
 Basit C veya düşük alaşımlı çeliklere oranla önemli
miktarda daha pahalıdır
Paslanmaz Çeliklerin Türleri
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi

Oda sıcaklığında baskın faz yapısına göre
sınıflandırılırlar:
1. Ostenitik paslanmaz - tipik bileşimi % 18% Cr ve
% 8 Ni
2. Ferritik paslanmaz - yaklaşık % 15 ila % 20 Cr,
düşük C, ve Ni yoktur
3. Martenzitik paslanmaz - en az % 18 Cr ancak Ni
yoktur; ferritik paslanmaz’a göre yüksek C
içeriğine sahiptir
30
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Paslanmaz Çelikler için Gösterim
Şeması
 İlk karakter genel türünü, son iki karakter ise türüyle
birlikte özel sınıfını gösterir
 Tür 302 – Ostenitik SS
 % 18 Cr, % 8 Ni, % 2 Mn, % 0,15 C
 Tür 430 – Ferritik SS
 % 17 Cr, % 0 Ni, % 1 Mn, % 0,12 C
 Tür 440 – Martenzitik SS
 % 17 Cr, % 0 Ni, % 1 Mn, % 0,65 C
Diğer Paslanmaz Çelikler
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi


1900’lerin başlarında geliştirilen paslanmaz çelikler
Paslanmaz çelik olarak çok sayıda ilave yüksek
alaşımlı çelik geliştirilmiş ve sınıflandırılmıştır:
4. Çökelme sertleşmeli paslanmaz - tipik bileşim =
% 17 Cr ve % 7 Ni ve ayrıca Al, Cu, Ti ve Mo
gibi alaşım elementlerinden küçük miktarlarda
5. Dupleks paslanmaz - kabaca eşit oranda
ostenit ve ferrit karışımı
31
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Takım Çelikleri
Endüstriyel kesici takımlar ve kalıplar olarak kullanılmak
üzere tasarlanmış (genellikle) yüksek alaşımlı
çeliklerden oluşan bir sınıf
 Bu uygulamaları sağlamak için yüksek dayanıma,
sertliğe, sıcakta sertliğe ve darbe altında tokluğa
sahip olmaları gerekir
 Takım çelikleri ısıl işlem görmüş halde bulunur
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Takım Çeliklerinin AISI
Sınıflandırması
T, M
H
D
W
S
P
Yüksek hız takım çelikleri - kesici takımlar
Sıcak iş takım çelikleri - sıcak işlem kalıpları
Soğuk iş takım çelikleri - soğuk işlem kalıpları
Su verilmiş takım çelikleri
Darbeye dirençli takım çelikleri - saç metal
zımbalama gibi yüksek tokluk gereken takımlar
Kalıp çelikleri - plastik ve lastik kalıplamak için
32
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Özel Çelikler
 Maraging çelikleri – Yüksek Ni içeriğine (% 15-% 25)
ve daha az miktarda Co, Mo ve Ti (ve bazen
korozyon direnci için Cr) içeren düşük C alaşımları
 Çökeltme sertleşmesiyle dayanımı arttırılmış
 Otomat çelikleri – talaşlı işlenebilirliği iyileştirmek için
küçük miktarda S, Pb, Sn ve diğer elementlerle
oluşturulan C çelikleri
 Arayer atomsuz çelikler (IF=Interstitial-free steels) –
derin çekme işlemine uygun mükemmel süneklik için
düşük C içeriği (% 0,005)
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Dökme Demirler
% 2,1’den yaklaşık % 4’e kadar Karbon ve % 1ila % 3
Silisyum içeren Demir alaşımları
 Bu bileşim, malzemeyi döküme son derece uygun
yapar
 Dökme demir dökümünün tonajı, sonradan çubuk,
plaka ve benzer yarı mamule haddelenen dökme
ingotlar hariç diğer tüm dökme metal parça
birleşimlerininkinin birkaç katıdır
 Dökme demirin ortalama tonajı, metallerin arasında
sadece çelikten sonra ikinci gelir
33
02.03.2014
 En önemlisi Kır Dökme Demir’dir
 Diğer türleri temper dökme demir, beyaz dökme
demir, küresel dökme demir ve değişik alaşımlı
dökme demirlerdir
 Temper ve küresel demirler, kır ve beyaz dökme
demirlere benzer kimyasal işlemle oluşturulurlar;
ancak sonunda özel işlemlere tabi tutulurlar
Dökme Demirlerin Kimyası
Kır dökme demir
Silisyum (%)
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Dökme Çeliklerin Türleri
Çelikler
Beyaz
dökme demir
Karbon (%)
34
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Demirdışı Metaller
Demir esaslı olmayan metal elementler ve alaşımlar
 Çok önemli – alüminyum, bakır, magnezyum, nikel,
titanyum ve çinko ve bunların alaşımları
 Çelik kadar dayanımlı olmamalarına rağmen belirli
demirdışı alaşımlar, bazı uygulamalarda çelikle
rekabet edebilecek dayanım/ağırlık oranlarına
sahiptir
 Çoğu demirdışı metaller, kendilerini çeliğin uygun
olmayabileceği uygulamalar için ideal yapacak
mekanik dışı özelliklere sahiptir
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Alüminyum ve Magnezyum
 Alüminyum (Al) ve Magnezyum (Mg) hafit metallerdir
 Mühendislik uygulamalarında çoğunlukla bu
özellikleri nedeniyle kullanılırlar
 Alüminyum toprakta ve magnezyum da denizde
olmak üzere her iki element de yer kabuğunda bol
miktarda bulunur
 Doğal yapılarından kolaylıkla çıkarılamazlar
35
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Alüminyum Üretimi
 Temel cevheri Boksit’tir – çoğunlukla hidratlı
Alüminyumoksit (Al2O3-H2O) + diğer oksitler
 Al’ın Boksit’ten çıkarılması aşağıdakilerden oluşur:
 Cevherin yıkanması ve toz haline kırılması
 Bayer yöntemi – Boksit’in saf alümina (Al2O3)
haline dönüştürülmesi
 Elektroliz – Alümina’nın Alüminyum ve Oksijen
gazı (O2)’ye ayrıştırılması
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Alüminyum’un Özellikleri
 Yüksek elektriksel ve ısıl iletkenlik
 Sert bir ince oksit yüzey tabakası sayesinde
mükemmel korozyon direnci
 Çok sünek metal; şekillendirilebilirliği bakımından
önemlidir
 Saf alüminyum dayanım bakımından nisbeten
düşüktür; ancak ağırlık önemli olduğunda, bazı
çeliklerle rekabet edecek derecede alaşımlandırılır ve
ısıl işlem uygulanır
36
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Alüminyum’un Gösterim Şeması
Bileşimi tanımlamak için dört-karakterli kod rakamı
 Yoğruk alüminyumları dökme alüminyumlardan
ayırmak için iki gösterim vardır
 Aralarındaki fark, dökme alüminyumlarda
üçüncü karakterden sonra bir ondalık nokta
bulunurken yoğruk ürünlerde ondalık nokta
yoktur
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Yoğruk ve Dökme Alüminyum
Alaşımlarının Bazı Gösterimleri
Alaşım grubu
Yoğruk kod
Alüminyum  % 99.0 saflık 1XXX
Bakır alaşımı
2XXX
Manganez alaşımı
3XXX
Silisyum alaşımı
4XXX
Çinko alaşımı
7XXX
Kalay alaşımı
Dökme kod
1XX.X
2XX.X
4XX.X
7XX.X
8XX.X
37
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Alüminyum İçin Gösterim
Şeması
 Al alaşımlarının özellikleri, soğuk işlemeden ve ısıl
işlemden etkilendiğinden, bileşime ek olarak ısıl işlem
durumunun da gösterilmesi gerekir
 Isıl işlem veya olmadığını göstermek için, bu
gösterim 4 karakterli koda eklenir ve bir kesme
çizgisi ile ayrılır
 Pekleştirme işlemini gösteren ısıl işlemler dökme
alaşımlara uygulanmaz
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Alüminyum Alaşımları için Isıl
İşlem Gösterimleri (Kısmi Liste)
Isıl işlem
F
H
O
T
Tanımlama
Üretildiği haliyle - özel işlem yok
Soğuk işleme ile sertleştirilmiş (yoğruk
alüminyumlar)
Soğuk sertleştirmeyi gidermek için
tavlanmış ve sünekliği arttırılmış
F, H ve O dışında kararlı işlemler üretmek
için uygulanan ısıl işlemler
38
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Magnezyum ve Alaşımları




Yapısal metallerin en hafifi
Hem yoğruk hem de dökme formlarda bulunur
Talaşlı işlemesi nisbeten kolay
Magnezyumun tüm işlemelerinde küçük metal
parçacıkları (örneğin küçük metal kesme talaşları)
kolayca oksitlenir
 Yangın hasarından kaçınmak için dikkat edilmesi
gerekir
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Magnezyum’un Üretimi
 Deniz suyu yaklaşık % 0,13 MgCl2 içerir
 Bu madde, ticari olarak üretilen mangenzyum’un
en büyük orijinidir
 Mg’yi çıkarmak için deniz suyu kireç-kalsiyum
hidroksit (Ca(OH)2) sütü ile karıştırılır
 Oluşan reaksiyonda magnezyum hidroksit (Mg(OH)2)
çökelir ve çamur halinde uzaklaştırılır
 (Mg(OH)2) içeriğini arttırmak için çamur daha sonra
filtrelenir
39
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Magnezyum Üretimi – devam
 Çamur, orijinal deniz suyundan çok daha yoğun olan
yoğunlaştırılmış MgCl2 oluşturmak için hidroksit ile
reaksiyona giren hidroklorik asit (HCl) ile karıştırılır
 Tuzu magnezyum (Mg) ve klorür gazına (Cl2)
ayrıştırmak için elektroliz kullanılır
 Daha sonra Magnezyum, sonraki işlemler için
ingotlar halinde dökülür
 Daha fazla MgCl2 oluşturmak için Klorür geri
kazanılır
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Magnezyum’un Özellikleri
 Bir saf metal olarak Magnezyum nisbeten yumuşaktır
ve çoğu mühendislik uygulaması için yeterli
dayanıma sahip değildir
 Ancak, alüminyum alaşımlarıyla kıyaslanabilecek
dayanımlara ulaşmak için alaşımlanabilir ve ısıl
işlenebilir
 Özellikle dayanım/ağırlık oranı, uçak ve roket
parçalarında bir üstünlük oluşturur
40
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Magnezyum’un Gösterim Şeması
Üç ila beş karakterli alfanümerik kod
 İlk iki karakter = birincil alaşımlama elementlerini
gösteren harfler (iki element’e kadar)
 Ardından sırasıyla iki alaşım elementinin en yakın
yüzdesini gösteren iki kararkterli rakam
 Örnek: AZ63A – alüminyum % 6, çinko % 3,
magnezyum % 93
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Magnezyum’un Gösterim Şeması
 Son sembol, bileşimdeki değişimi veya basitçe,
alaşımın ticari bulunabilir olduğu kronolojik sırayı
gösteren bir harftir
 Magnezyum alaşımları ayrıca bir ısıl işlem gösterimini
gerektirir ve alüminyum alaşımlarında kullanılan aynı
temel şama, magnezyum alaşımlarında da kullanılır
41
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Bakır
 İnsanlık tarafından bilinen en eski metallerden biri
 Düşük elektrik direnci - ticari saf bakır elektrik iletkeni
olarak yaygın şekilde kullanılır
 Ayrıca mükemmel bir ısı iletkenidir
 Soy metallerden biri (altın ve gümüş de soy
metallerdir), bu sayede korozyona dirençlidir
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Bakır’ın Üretimi
 Eski çağlarda bakır, doğada serbest bir element
olarak bulunurdu
 Günümüzde bakır Kalkoprit (CuFeS2) gibi
cevherlerden çıkarılır
 Cevher kırılır, yüzdürme ile zenginleştirilir ve
ardından metali cevherinden ayırmak için genellikle
bir kimyasal reaksiyonla eritilir
 Sonuçta oluşan bakır % 98 ila % 99 saftır
 Ticari kullanım için daha yüksek saflık seviyeleri
elde etmek için elektroliz kullanılır
42
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Bakır Alaşımları
 Bakırın dayanım ve sertliği nisbeten düşüktür;
dayanımını artırmak için çoğunlukla alaşımlandırılır
 Bronz – bakır ve kalay alaşımı (tipik  % 90 Cu, % 10
Sn), günümüzde ve eski çağlarda yaygın şekilde
kullanılmıştır
 Pirinç – bakır ve çinko alaşımı (tipik  % 65 Cu, % 35
Zn).
 En yüksek dayanımlı alaşım, yüksek dayanımlara
ulaşmak için ısıl işlenebilen ve yaylarda kullanılan
berilyum-bakır’ (% 2 Be) dır.
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Bakır için Gösterim Şeması
(Bakır için) C harfiyle başlayan beş karakterli bir rakam
kullanılarak metaller ve alaşımlar için UNS (Unified
Numbering System) sistemine dayanır
 Hem yoğruk hem de dökme bakırları ve bunların
alaşımlarını kapsar
 Örnekler:
C10100 – % 99.99 saf bakır
C17000 – % 98 Cu, % 1.7% Be (berilyum-bakır)
C24000 – % 80 Cu, % 20 Zn (Prinç)
C52100 – % 92 Cu, % 8 Sn (Bronz)
43
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Nikel ve Alaşımları
 Bazı yönlerden Demir’e benzer:
 Manyetik
 Elastisite modülü  E demir ve çelik için
 Demirle farkları:
 Korozyona çok daha fazla dirençlidir – (1) çelikte
alaşım elementi olarak ve (2) basit karbonlu
çelik gibi metallerin üzerine metal kaplamada
yaygın şekilde kullanılır
 Ni alaşımlarının yüksek sıcaklık özellikleri çok
üst seviyededir
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Nikel Üretimi
 Nikeli cevherinden çıkarmak için, pentlandit ((Ni,Fe)9S8)
cevher kırılır ve su ile işlenir
 Cevherdeki sülfürleri diğer minerallerden ayırmak için
yüzdürme yöntemi kullanılır
 Daha sonra Nikel sülfür sülfür’ü yakmak için ısıtılır ve
ardından da demir ve silisyumu uzaklaştırmak için eritilir
 Yüksek yoğunlukta Nikel sülfür (NiS) elde etmek için
ilave saflaştırmalar yapılır ve ardından da NiS’den
yüksek saflıkta Nikel elde etmek için elektroliz uygulanır
44
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Nikel Alaşımları
 Nikel alaşımları ticari olarak önemlidir ve korozyon
direnci ve yüksek sıcaklık performansı nedeniyle
tercih edilir
 Ek olarak, çok sayıda Süper alaşımlar Nikel esaslıdır
 Uygulamaları: Paslanmaz çelik alaşım katkısı,
çeliklerin kaplanması, yüksek sıcaklığa ve korozyona
direnç gereken uygulamalar
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Titanyum ve Alaşımları
 Doğada boldur, yer kabuğunun  % 1’i (alüminyum 
% 8)
 Ti’nin yoğunluğu alüminyum ile demir arasındadır
 Ağırlık ve iyi dayanım/ağırlık oranı sağlaması
nedeniyle özellikle son birkaç on yılda havacılık-uzay
uygulamalarında yaygınlaşmıştır
45
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Titanyum Üretimi
 Temel cevherler rutil (98%-99% TiO2) ve ilmenit (FeO
ve TiO2 bileşiği)’dir
 Ti’yi cevherinden kazanmak için Cl gazı ile
reaksiyona sokularak Titanyum tetraklorür (TiCl4)’e
dönüştürülür
 Daha sonra TiCl4 Kroll yöntemi olarak bilinen,
mangezyum ile reaksiyona sokularak metalsel
Titanyum elde edilir
 Elde edilen metal Titanyum ve alaşımlarının
ingotunu dökmekte kullanılır
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Titanyum’un Özellikleri
 Isıl genleşme katsayısı, diğer metallere göre nisbeten
düşüktür
 Al’den daha rijit ve yüksek dayanımlıdır
 Yüksek sıcaklıklarda yüksek dayanımını korur
 Saf Ti, özellikle eriyik haldeyken işlenme problemleri
oluşturacak şekilde reaktiftir
 Ti oda sıcaklığında, mükemmel korozyon direnci
kazandıran, ince ve yapışkan bir oksit tabakası (TiO2)
oluşturur
46
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Titanyum’un Uygulamaları
 Ticari saf durumdayken Ti gemi parçaları ve protez
implantlar gibi korozyona dirençli parçaların
yapımında kullanılır
 Titanyum alaşımları özellikle dayanım/ağırlık oranının
yüksek olması gereken 550 °C’nin üzerindeki
sıcaklıklarda yüksek dayanımlı parça imalatında
kullanılır
 Titanyum’da kullanılan alaşım elementleri arasında
Alüminyum, Manganez, Kalay ve Vanadyum bulunur
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Çinko ve Alaşımları
 Düşük erime sıcaklığı, özellikle metal kalıba döküm
için çinkoyu döküm metali olarak cazip kılar
 Ayrıca çelik veya demir üzerine kaplandığında
korozyona direnç sağlar
 Galvanizli çelik terimi çinko kaplı çelik anlamına
gelmektedir
 Yaygın şekilde Bakır alaşımı (Pirinç) olarak kullanılır
47
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Çinko’nun Üretimi
 Temel cevher Principal ore is zinc blend veya sfalerit
(Çinkosülfür=ZnS)’dir
 Sfalerit’in ilk önce kırılarak yoğunlaştırılması ve daha
sonra bir çamur oluşturmak için suyla taşlanması gerekir
 Çamur, mineral parçacıklarının yüzeyde toplanması ve
sıyrılabilmesi için çalkalanır
 Yoğunlaştırılmış ZnS, daha sona pişirilir ve bu
reaksiyonla Çinkooksit (ZnO) oluşturulur
 ZnO’dan daha sonra elektroliz veya termomekanik
reaksiyonlarla Zn ayrıştırılır
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Kurşun ve Kalay – Kurşun
 Kurşun ve kalay, düşük erime sıcaklıkları ve elektronik
uygulamalarında yumuşak lehim alaşımı olarak
kullanılmaları nedeniyle genellikle birlikte düşünülür
 Özellikleri: düşük erime sıcaklığı (327°C), düşük
dayanıma ve sertliğe, yüksek sünekliğe ve iyi korozyon
direncine sahip yoğun bir metaldir (Yumuşak terimi
Kurşun’a uygundur)
 Uygulamaları: yumuşak lehim alaşımı olarak kullanıma
ek olarak tesisat borusu, yatak, cephane, x-ışın kalkanı,
akü ve titreşim sönümleme malzemesi
48
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Kurşun ve Kalay - Kalay
 Özellikleri: Kurşun’dan da düşük erime sıcaklığına
(232°C) sahip, düşük dayanım, düşük sertlik ve iyi
sünekliktir
 Kullanımı: en eski kullanımı, Mezopotamya ve
Mısır’da bakır ve kalay arasındaki alaşım olan
bronz’dur
 Uygulamaları: yiyecek depolama için kullanılan kalay
kaplı çelik (teneke) ve kuşkusuz yumuşak lehim
metali
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Refrakter Metaller
 Yüksek sıcaklığa dayanıklı metaller – yüksek
sıcaklıklarda yüksek dayanım ve sertliklerini korurlar
 En önemli Most refrakter metaller:
 Molibden
 Tungsten
 Diğer refrakter metaller:
 Kolumbiyum
 Tantalyum
49
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Molibden
 Özellikleri: yüksek erime sıcaklığı, rijitlik, dayanım, iyi
derecede yüksek sıcaklıkta dayanım
 Saf metal olarak (% 99.9+ Mo) ve alaşımlı olarak
kullanılır
 Uygulamaları: ısı kalkanları, ısıtıcı elemanlar, direnç
kaynak elektrotları, yüksek sıcaklık parça kalıpları
(örn.: metal döküm kalıpları) ve roket ve jet motoru
parçaları
 Ayrıca çeliklerde alaşım elementi olarak yaygın ekilde
kullanılır (örn., yüksek hız çeliği) ve süper alaşımlar
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Tungsten
 Özellikleri: metaller arasında en yüksek erime
sıcaklığı, en yoğun ve en rijit (en yüksek elastiklik
modülü) ve ayrıca tüm saf metallerin en sert olanı
 Tipik olarak Yüksek işlem sıcaklıklarıyla karakterize
edilen uygulamaları: akkor ampullerdeki flaman tel,
roket ve jet motorlarının parçaları ve TIG ark kaynak
elektrotları
 Ayrıca takım çeliklerinde, ısıya dirençli alaşımlarda ve
TiC’de element olarak yaygın şekilde kullanılır
50
02.03.2014
Nadir Metaller
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
 Altın, platin ve gümüş
 Kimyasal olarak inert olduklarından soy metaller
olarak adlandırılır
 Sınırlı uygulamalarda kullanılır
 Uygarlık tarihi boyunca para yapımında ve banknot
sigortalamakta kullanılmıştır
 Mücevher ve benzer uygulamalarda kullanılmaktadır
 Özellikleri: yüksek yoğunluk, iyi süneklik, yüksek elektrik
iletkenliği ve korozyon direnci, ortalama erime sıcaklıkları
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Süper Alaşımlar
Yüksek sıcaklıklarda yüzey bozulmalarına karşı direnç
ve dayanım taleplerini karşılamak için tasarlanan
yüksek performans alaşımları
 Çoğu süper alaşım tek bir esas metal ve alaşım
elementleri yerine üç veya daha fazla metalden
oluşur
 Çok pahalı olduklarından ticari olarak önemlidir
 Eşsiz özellikleri nedeniyle teknolojik olarak önemlidir
51
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Süper alaşımlar neden önemlidir
 Oda sıcaklığındaki dayanım özellikleri iyidir ancak
aşırı değildir
 Yüksek sıcaklık performansı mükemmeldir – çok
yüksek sıcaklıklarda çekme dayanımı, sıcak sertlik,
sürünme direnci ve korozyon direnci
 İşletme sıcaklıkları genellikle ~ 1100C’dir
 Uygulamaları: gaz türbinleri - jet ve roket motorları,
buhar türbinleri ve nükleer santrallar (yüksek
sıcaklıklarda daha etkin çalışan sistemler)
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Üç Grup Süper Alaşımlar
1. Demir esaslı alaşımlar - bazı durumlarda demir, toplam
bileşimde % 50’den daha azdır
 Ni, Cr, Co ile alaşımlandırılır
2. Nikel esaslı alaşımlar - alaşımlı çeliklere göre daha iyi
yüksek sıcaklık dayanımı
 Cr, Co, Fe, Mo, Ti ile alaşımlandırılır
3. Kobalt esaslı alaşımlar -  % 40 Co ve  % 20 krom
 Ni, Mo, ve W ile alaşımlandırılır
 Hemen tüm süper alaşımlara çökeltme sertleştirmesi ile
dayanım kazandırılır
52
02.03.2014
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Metaller için İmal Usulleri
 Metaller temel şekillendirme yöntemlerinin tümüyle
şekillendirilir: döküm, toz metalurjisi, plastik şekil
verme ve talaş kaldırma
 Ek olarak, metal parçalar kaynak, lehim ve mekanik
tespit yöntemleriyle grup oluşturmak üzere
birleştirilirler
 Özelliklerini iyileştirmek için ısıl işlem uygulanır
 Metal parçaların görünüşlerini iyileştirmek ve/veya
korozyondan korumak için yaygın şekilde bitirme
işlemleri (örn., elektrokaplama ve boyama) uygulanır
Prof.Dr. Murat VURAL – İTÜ Makina Fakültesi
Metallerin Mekanik Özelliklerinin
Geliştirilmesi
 Alaşımlama – metallerin dayanımlarını arttırmak için
 Soğuk deformasyon – dayanımı arttırmak (aynı
zamanda sünekliği düşürür) için şekil verme sırasında
şekil değiştirme sertleştirmesi
 Metalin dayanımının artışı, şekillendirme işlemi
sırasında bir ek sonuç olarak da oluşur
 Isıl işlem – mekanik özelliklerini olumlu yönde
değiştirmek için uygulanan ısıtma ve soğutma çevrimi
 Metalin özelliklerini belirleyen mikroyapısını
değiştirme işlemi
53
Download

ch06-Malzeme Bilgisi