I •

MAKINA MÜHENDİSLİĞİE L KİTABI

Cilt 1

ÜRETİM VE TASARIM

Baskıya HazırlayanA. Münir CERIT

( Makina Yük. Mühendisi)2. Baskı

TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI

Ekim 1994

Yayın no: 169

tmmobmakina mühendisleri odası

Sümer Sokak 36/1-A 06440 Dcmirtepc / ANKARATel : (0-312) 231 31 59 - 231 80 23 Fax : (0-312) 231 31 65

Yayın no : 169

ISBN : 975-395-124-8 (Tk. No)ISBN : 975-395-125-6 (1. Cilt)

Bu Yapıtın yayın hakkı Makina Mühendisleri Odası'na aittir. Kitabınhiçbir bölümü değiştirilemez. MMO'nın izni olmadan kitabın hiçbirbölümü elektronik, mekanik vb. yollarla kopya edilip kullanılamaz.

Kaynak gösterilmek kaydı ile alınlı yapılabilir.

Ekim 1994 - Ankara

Dizgi: Ali Rıza Falcıoğlu (Makina Mühendisleri Odası)Baskı: MF Ltd. Şti. Tel: (0-312) 425 37 68

BOLUM 2

MÜHENDİSLİK GEREÇLERİ

Hazırlayanlar

A. Münir CERİT, Mak. Yük. Mühendisi, DanışmanProf. Dr. Erdoğan TEKİN, ODTÜ Metalürji Müh. BölümüHikmet YAŞAR, Kimya Yük. Mühendisi, DanışmanProf. Dr. Süleyman S ARIT AŞ, G.Ü. Makina Mühendisliği BölümüProf. Dr. Ahmet ÇAKIR, 9 E. Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü

DEMİR VE ÇELİKA. Münir CERÎT

Prof. Dr. Erdoğan TEKİN

Sayfa

1. Genel Bilgiler ve Tanımlar 03

2. Terimler ve Sınıflandırma 03

3. Özellikler 06

4. Başlıca Kullanım Yerleri ve

Seçimi 22

KAYNAKÇA 42

İLGİLİ TSE STANDARTLARI 42DEMİR DIŞI METALLER

VE ALAŞIMLARIHikmet YAŞAR

1. Alüminyum ve Alaşımları 43

2. Magnezyum ve Alaşımları 49

3. Bakır ve Alaşımları 51

4. Çinko ve Alaşımları 57

5. Nikel ve Alaşımları 59

6. Titan ve Alaşımları 59

Sayfa

7. Özel Alaşımları 61

KAYNAKÇA 63

TOZ METALÜRJİSİ

Prof. Dr. Süleyman SARITAŞ

1. Genel Bilgiler ve Tanımlar 64

2. Metal Tozu Üretim Teknikleri 65

3. Tozların Özellikleri 66

4. Tozların Biçimlendirilmesi 69

5. Pişirme (Simterleme) 71

6. Pişirme Sonrası ve Tam

Yoğunluk Teknikleri 72

7. Toz Dövme 72

8. T/M Uygulamaları 75

KAYNAKÇA 82

İLGİLİ TSE STANDARTLARI 82

2-01

MÜHENDİSLİK GEREÇLERİ

BİLEŞİK GEREÇLERProf. Dr. Süleyman SARITAŞ

Sayfa

1. Genel Bilgiler ve Tanımlar 83

2. Bileşenlerin Özellikleri 83

3. Bileşenlerin Şekilleri 84

4. Bileşik Gereç Tasarımı 85

5. İşleme, Biçimlendirme ve Montaj 88

6. Hasar Analizi 90

7. Uygulamalar 90

KAYNAKÇA 92

KORUYUCU GEREÇLERProf. Dr. Ahmet ÇAKIR

1. Kullanım Yerine Göre Gereç

Seçimi 94

2. Boyalar ve Koruyucu Kaplamalar 95

3. Plastik Kaplamalar 96

4. Metal Kaplama 96

Sayfa

KAYNAKÇA 98

ÎLGÎLÎ TSE STANDARTLARI 99

SERAMİKLERProf. Dr. Süleyman SARITAŞ

1. Genel Bilgiler 100

2. Seramik Gereçlerin Üretilmesi 100

3. Alışılmış ve Teknik Seramikler 103

4. Seramiklerin Elektriksel Özellikleri 104

5. Seramiklerin Mekanik Özellikleri 106

6. Seramiklerin Isıl Özellikleri 109

7. Seramiklerin Optik Özellikleri

(Camlar) 112

KAYNAKÇA 115

İLGİLİ TSE STANDARTLARI 115

M

2-02

DEMİR VE ÇELİK

A. Münir CERİT, Mak. Yük. MühendisiProf. Dr. Erdoğan TEKİN

1. GENEL BİLGİLER VE TANIMLAR

TanımlarDemir: Periodik sistemin sekizincisi olan bir kimyasal elementtir. Fe simgesi (Latince ferrum sözcüğünden)

ile gösterilir. Atom numarası 26, atom ağırlığı 5S.8S dir. Demirin 4 kararlı ve 6 radyoaktif izotopu vardır. Yerkabuğunda ikinci en bol bulunan maden ve dördüncü en bol bulunan elementtir. Elemanter dununda çok enderrastlanır.

Saf demir gümüşümsü, tok, işlenebilir, 7.87 yoğunluğunda, ergime noktası 1S3S°C ve kaynama noktası3000°C olan bir metaldir. Nemli havada çabucak korozyona uğrar ve oksijen ortamında şiddetle yanar. 4 allotro-pik biçimi vardır. Bunlar a, p\ y, 5 Grek harfleriyle gösterilir. Bunlardan a formu güçlü biçimde manyetiktir.

Demir, iki geniş bileşik ailesi oluşturur. Bunlardan biri 2 değerlikli (ferro bileşikleri), diğeri 3 değerlikli(ferri bileşikleri) dir.

2. TERİMLER VE SINIFLANDIRMA

Dökme Demir (Cast Iron) : Demir ve karbonun alaşımı olan bir dökümdür. Karbon tutumu %2.5 ile 4.5 ara-sında değişir. Ayrıca, az oranda manganez, fosfor, kükürt ve silisyum içerir. Bu sonuncu element en önemlisidir.

Dökme demir, pik demir (yüksek fırından elde edilen metal) kupola fırınında yeniden ergitilerek elde edilir.Bu işlem, ön ısıtma bir tarafa bırakılırsa, yüksek fırındaki işleme benzer.

Dökme demir, genel olarak, gerecin kırılma yüzeyine göre sınıflandırılır :

-Beyaz döküm : Alaşımdaki karbonun hemen tümü demir karbür (sementit) halindedir. Bu gereç sert ve gev-rektir.

-Gri döküm : Gri bir kırılma yüzeyi verir. Bu gereç yumuşaktır. Yapısındaki karbonun büyük bölümü yumu-şak grafit halindedir. Ergime sıcaklığı, beyaz döküm türlerinden daha yüksektir.

-Benekli döküm (Mottled cast iron) : Kırık yüzeyi ve özellikleri bakımından yukardaki iki ana tür arasındayer alır.

Sfero döküm (Nodular cast iron): Oldukça yeni bir yapım gerecidir, ingiltere'de British Cast Iron ResearchAssociation tarafından geliştirilmiştir. Ergimiş demirin cerium ya da magnezyum ile işlem görmesinden eldeedilir. Yapısındaki grafit pulları küresel biçime getirilmek yoluyla çekme, akma gerilmelerinin ve birim uzaması-nın değerleri yükseltilmiştir.

Dökme demirin kırılma yüzeyi ve özellikleri, silisyum tutumuyla denetlenebilir. Bu element karbonun çözü-nürlüğünü geniş çapta etkiler. Örneğin, yeterli oranda siiiisyum varsa demir karbürün tümü grafite ayrışır. Bu dademirin çekme gerilmesini düşürür, ancak ona kolay izlenebilirlik kazandırır.

2-03

DEMİR VE ÇELİK

Şekil.1- Dökme demirin nıikro fotoğrafı (250 kez büyütülmüş)

Yetersiz orandaki silisyum ise -özellikle kükürt ve mangenez tutumları yüksekse- dökme demiri tümüylebeyaz döküme düştürür.

Çok düşük karbon tutumlu dökme demir yan-çelik ya da düşük-alaşımlı çelik adını alır. Çünkü mekanik vefiziksel özellikleri bakımından demirden çok çeliğe yakındır.

Dökme demir, ergimiş durumda çok akışkandır ve en karmaşık kalıplara bile kolayca dökülebilir.

Dökme demirin basınç gerilimi iyi, fakat çekme gerilmesi düşüktür. Özel olarak alaşımlandırılmamışsa hiçbir sıcaklıkta dövülmez ve uygun biçimde işlenemez.

Gri döküm içindeki grafit pullan, kütlenin sürekliliğini kurar ve onu yumuşak yapar. Ferrit ve perlitten oluş-muştur. Bu sonuncu yapıcı, yaklaşık %0.85 oranında birleşik durumda karbon içerir. Karbonun kalan kısmıgrafit pullarıdır.

Beyaz döküm perlit ve sementitten oluşur. Bu, metali sert ve kırılgan yaparsa da yüksek sıcaklıkta uzun sü-reli ısıtma ile sementiti ferrit ve grafite ayrıştırarak gereci yumuşak duruma getirmek mümkündür. Bu durumagetirilmiş metale işlenebilir dökme demir adı verilir. Bu işlem, 900 - 1000°C arasında ve 100 saat süreyle yapı-lır.

ABD'de geliştirilmiş bir yöntemle beyaz döküm, demir oksit içinde yüksek sıcaklığa ısıtılıp yavaş soğutul-maya bırakılırsa karbon tutumu yaklaşık %20 oranında azalır ve dökme demirin özellikleri çeliğinkine benzer.

Beyaz, gri ve benekli dökme demirlerin tanınmış 10 kadar derecesi ve bunların geniş bir yelpazeye yayıl-mış özellikleri vardır.

Bu ana kategori ve derecelere ek olarak metale nikel, molibden, krom ve bakır gibi elementler kaUlarak özelnitelikler kazandırılabilir.

ÇelikEgemen elementleri demir ve karbon olan alaşımdır. %1.5 oranına kadar karbon içerir.

Eğer karbon çeliğinden söz ediliyorsa yapısındaki karbon yüzdesine; alaşımlı çelikten söz ediliyorsa başlıcaalaşım elementlerinin yüzdesine göre sınıflandırılır.

2-04

DEMİR VE ÇELİK

Elde Edilişi : ilk endüstriyel üretimi 1700 İÜ yıllarda İngiltere'de Abraham Darby tarafından bulunmuştur.Bunu izleyen geniş çapta üretim 1850 de Henry Bessemer tarafından başarılmıştır. Bu yöntemin temeli ergimişdemir üzerine hava üfleyerek karbonunu ve katışkılannı yakmaktır. Bessemer dönüştürücüsü (converter) asitduvarlıdır.

Bunu izleyen dönüştürücü, Sidney Thomas tarafından geliştirilen dolomit (bazik) duvarlı Thomas dönüştü-rücüsüdür.

Bundan sonra gelen üretim yöntemi 1873 de gerçekleştirilen Siemens-Martin projesidir.

Bu iki yöntem (asit ve bazik dönüştürücüler ve Siemens - Martin fırını) 1930 lara kadar uygulanagelmiştir.

Bundan sonra bulunan modern üretim yöntemleri şunlardır :

1. Açık-ocak (Open-hearth) süreci: Özellikle hurdaya dayalı ve büyük çapta üretim yapan Siemens-Martintipi fırınlardır. Daha bir süre uygulamada kalacakları söylenebilir.

2. Oksijen dönüştürücüleri (Oxygen Converters) : Bessemer ilkesine dayanırlar, ancak kapasite bakımındandaha büyüktürler. Kendisinden önceki fırınların iyi yanlarını birleştirmişlerdir.

3. Elektrik ark fırınları : Hem hurdaları yeniden ergiterek normal çeliklerin hem de yüksek alışımlı çelikle-rin üretiminde kullanılırlar. Fırın atmosferinin ve sıcaklığının denetlenmesi kolay olduğundan istenenkalitede alaşımlı çelikler üretilebilir.

En son uygulanan üretim yöntemleri ise vakum altında çalıştırılan elektirk ark fırınları ve elektrik akımı ilecüruf ergiten (electroslag) fırınlardır.

Bunlar, elektrik ark fırınlarından daha yüksek üretim maliyetleri verdiklerinden, ancak özel çeliklerin üretil-mesinde kullanılırlar.

Yüksek karbonlu çeliklerde, sertleştirme ve menevişlemeden sonra yapıda artık karbür bulundurulabilir. Budurumda sertleştirilmiş martenzit ile sert karbürlerin birleşiminden daha yüksek aşınma-dirençli bir gereç üretil-miş olur. Tungsten-krom-vanadyum ve molibdenle, demirdekinden daha sert karbürler elde edilir. Böylece, yük-sek karbonlu çeliklerin öz sertliği yükseltilmiş olur. Bu, yüksek karbonlu takım çeliklerinin üretiminin temelidir.

Paslanmaz ÇelikYüksek alaşımlı çeliklerin bir bölümüne verilen addır.

Paslanmaz ve ısı-dirençli çelikler, önemli oranda krom içerirler. Bu gerecin koruyucu özelliği, açık yüzeyin-de çabucak oluşan krom oksit filminin, daha sonraki oksitlenmeleri önlemesinden ileri gelir.

Paslanmaz çeliklerin bileşimlerinde kromdan sonraki en önemli alaşım elementi nikeldir. Nikel, ısı-dirençliçeliklerin temel alaşım elementini oluşturur, çeliğin oksitlenme direncini artırır.

Paslanmaz çeliklerin niteliklerini yükseltmek için katılan diğer elementler şunlardır :

Molibden : Çeliklerin sertleşebilirliklerini ve dayançlarını artırır. Aşınma ve sürünme dirençlerini yükseltir.

Vanadyum : Bu element de sertleşebilirliği belli oranda artırır. Azot ile birleşip nitrürleri oluşturduğundançeliklerde ferritli ince yapıyı oluşturmak amacıyla tane küçültücü olarak kullanılır.

Volfram : çeliğin dayananı artırır. Volframın oluşturduğu karbürler, çeliklerin aşınma direncini çok artırır.

Titan : V, Mo, W ve Nb gibi güçlü bir karbür oluşturucudur. Özellikle ostenitik paslanmaz çeliklerde, duyar-laşmaya karşı bir dengeleyici olarak bileşime katılır.

Selen : Özellikle paslanmaz çeliklerde kolay talaşlı işlenebilirlik istendiğinde onların bileşimine katılır. Çe-liğin yenim (korozyon) direncini diğer benzer elementlere göre daha az düşürür.

Azot: Yüksek sıcaklıklarda sertlik ve akma dayancını artırmak amacıyla bileşime özellikle katılır.

2-05

DEMİR VE ÇELİK

3. ÖZELLİKLER

Fiziksel ÖzelliklerÇelik uygulamalarında geçerliliği olan fiziksel özellikler doğrudan uygulama gereklerine bağlı olarak önem

kazanır. Fiziksel özellikler, genelde, ısıl özellikler, elektriksel özellikler, manyetik özellikler ve yoğunluksalözellikler olarak alt bölümlere ayrılırlar. Bunlar üzerinde durmayacak, yalnızca kısaca bir iki noktaya değinece-ğiz.

Isının önemli bir değişken olduğu uygulamalarda, çeliğin türüne bağlı olarak, ısıl iletkenliğinin bilinmesi vetasarımda göz önüne alınması gereklidir. Bununla ilişkili ikinci bir önemli özellik ısıl genleşmedir. Alüminyumgibi çeliğin iki katı genleşen bir metal, çelik ile birlikte kullanılacaksa tasarımcı mühendisin bunu, tasarımındaçok iyi değerlendirmesi gerekir.

Elektrik ve manyetik özellikler trafo sacı gibi uygulamalar için yapılan çelik seçimlerinde önem kazanır.

Fiziksel özellikler çelik seçiminde çok özel uygulamalar için önem kazanırlar. Genellikle, en önce değerlen-dirilen özellikler değillerdir.

Mekanik ÖzelliklerÇelik seçiminde öncelikle ve de en çok değerlendirmeye giren özellikler mekanik özelliklerdir. Kuşkusuz,

hiçbir uygulamada bu etmen tek ve yalnız başına kullanılmamalıdır. Bununla birlikte tasarımda ilk düşünülüpdeğerlendirilen bu etmendir.

Tasarım işinde kullanılan çeliklerin dayanç ve süneklik değerleri çekme deneyinden elde edilir. Çeliklerinuygulamadaki davranımlannı, çekme deneyinden elde edilen bu tür özellik değerlerinden kestirmek olasıdır. Ma-,kina ya da yapı tasarımında kullanılan bir parçanın çekme deneyinden elde edilmiş dayanç ve süneklik ya dauzama değerleri, gerek uygulama koşullarında karşılaşılan yük ve süneklik değerlerine çok yakın bulunur. Bunedenle, tüm çelik tasarımlarında çeliklerin sünek davranımı çelik tasarımının olağan ve doğal bir yanı gibi gö-rülür. Fakat, aşağıda da değineceğimiz gibi, bazı yükleme koşullan altında çelikler gevrek davranım da gösteripbeklenmedik kırılmalara yol açabilirler, tşte bu davranım biçimlerine ışık tutan en yaygın ve belki de en yararlıdeney çekme deneyidir.

Çekme Özellikleri: Çekme deneyleri Şekil. 2 de basitçe gösterilen çekme aygıtında standart deney çubuklankullanılarak yapılır.

Bu aygıtlarla ayarlanabilen uygulama hızlan ve yükleri kul-lanılarak, ister çekme deneyi ister basma deneyi yapılabilir.Çekme deneyleri aşağıda bazı örnekleri sıralanan çekme deneyistandartlarına uygun olarak yapılmalıdır :

ISO/82-1974

DİN 50 145-1975

ASTM A 370

SAEJ416b

BS 18 part 2-1971

NF 18 part 2-1971

JISZ 2001-1968

TSE 138

Uluslararası standartlarda çekme deneyine ilişkin olarak Çi-zelge. 1 de verilen simgeler ve birimler kullanılmaktadır.

2-06

Şekil.2- Çekme deneyi aparatı

r t

DEMİR VE ÇELİK

Çizelge. 1- Uluslararası Standartlarda Kullanılan Çekme Deneyi Simgeleri ve Birimleri

Kırılma UzamasıîlkÇapEsneklik (Elastiklik) ModülüYükEn Yüksek Yükİlk UzunlukSon Uzunluk (= Kırılma Uzunluğu)Akma Gerilimi%0.2 Akma GerilimiÜst Akma GerilimiAlt Akma GerilimiÇekme Dayancıİlk Kesit AlanıSon Kesit Alanı (= Kırılma Kesit Alanı)Alan DaralmasıGerinimEsnek GerinimOrantısız GerinimKalıcı GerinimToplam GerinimGerilim (Gerilme)

AdoEFF r a

UURP

Rp0.2

ReH

ReLRmSoSu

z€

ee

ePe r

e t

o

%mmN/mm2 (=MPa)NNmmmmN/mm2 (=MPa)N/mm2 (=MPa)N/mm2 (=MPa)N/mm2 (=MPa)N/mm2 (=MPa)mm2

mm2

%%%%%%N/mm2 (=MPa)

Çekme deneyi uygulamasında bir yandan uygulanan yük ve diğer yandan standart deney çubuğunun uzamasıbelirlenip, Şekil.3 de görüldüğü gibi bir yük-uzama eğrisi çıkarılır. Bu eğriden daha belirtgen olarak kullanılangerilim-gerinim eğrisi de çizilebilir (Şekil.4).

Fm

RpOi

£zs•i

Esneklik Kısırı(Orantaol Ksıt)V

/

/

/

Çekme dayancı

--^r^T —•*-«/ ı % 0.2 Akma doyancı

/ //

/

//

//

o 0.2 Germimi

GERİNİM, cm/cm

b

Şekil.3- Yük-uzama eğrisi Şekil.4- Gerilim-gerinim eğrisi

2-07

DEMİR VE ÇELİK

Anılan eğrilerden yararlanarak bazı tanımlamalar yapalım : Gerilim, birim alana düşen yüktür : o = F/So (N/

mm2) Gerinim, birim boya düşen uzama ya da kısaca, uzama oranıdır : e

Esnek bölgebölgesidir.

Çeliğin, uygulanan yük kalktıktan sonra tümüyle ilk boyutlarına dönebildiği esnek davranım

Yoğruk bölge : Çeliğin yoğruk bozunma (=plastik deformasyon) a uğrayıp kalıcı uzama, ya da daha başkabir deyişle, biçim değişikliği gösterdiği davranım bölgesidir.

Orantısal kısıt : Esnek davranımdan yoğruk davranıma geçilen gerilim değerine verilen addır. Esnek bölge-de gerilim, gelinimle doğru orantılıdır. Bu orantı katsayısı, esneklik katsayısı (=elastiklik modülü) ya da Youngkatsayısı ve bu kural da Hooke Yasası diye bilinir. Orantısal kısıt, Hooke Yasası'nın uygulanma kısıtlarını belir-tir. Esneklik katsayısı, çeliğin esnemezlik ya da bükülmezlik özelliğinin bir ölçüsüdür. Yük altındaki esnememiktarını belirttiği için tasarımda çok önemlidir.

Akma gerilimi: Düşük karbonlu çelikler esnek davranımdan yoğruk davranıma geçerken gerilimin artmama-sına karşın gerinimin arttığı çok belirgin ve farklı bir davranım gösterirler. Bu olaya akma; akmayı sağlayan ge-rilime de akma gerilimi denir. Belirgin bir akma gerilimininin olmadığı durumlarda akma dayancı ndan söz edi-lir.

Her çelik belirgin bir akma göstermez. Bu gibi durumlarda önceden saptanmış bir gerilimi (%0.2, %0.5 gibi)sağlayan gerilim değerleri kullanılır. Bu nedenle de akma gerilimi yerine %0.2 akma gerilimi, %0.2 öteleme geri-limi gibi deyimler kullanılır.

Düşük ve orta karbonlu çeliklerde gerilim-gerinim eğrisi, Şekil.4 de gösterildiği gibi bir üst akma noktası vebir de alt akma noktası ndan geçer. Bu davranım, yoğruk bozunumun iç yapı içinde eşdağılımlı olmamasındankaynaklanır ve gerilim yoğunluğunun yüksek olduğu noktalarda başlar. Yoğruk bozunumun böylece aşamalıolarak gelişmesi yüzeyde gözle görülebilir çizgiler biçimine dönüşür. Bunlar Lüder çizgileri diye anılır.

RSH

RflL

_ J

a:LJtD

Üst akmanoktası

ti

/

Alt akmanoktası

Çekme dayancı

• ^ Belverme - M

GERİNİM. E

• \ T

Kopmanoktası

Şekil.5- Düşük ve orta karbonlu çeliklerde akma davranımı

2-08

KU'M.

DEMİR VE ÇELİK

o-01ÜJ

— Gerçek gerilim-gerinim eğrisi 1 ^^— Mühendislik gerilim-gerinim eğrisi] ^***~*KnpmQ

JS En yüksek çekme/ gerilimi

/ , ' ^ • *

i^~— AkmoI noktası

/

GERÇEK GERİNİM [n

la - 5oio So

Şekil.6- Gerçek gerilim-gerinim ile mühendislik gerilim-gerinim eğrileri karşılaştırması

Çekme deneyinde, standart çekme çubuğu kopuncaya dek deney sürdürülür. Kopmuş parça üzerindeki ya dakopma anındaki uzama oranı ya da belverme oranı, beliren kesit alanı küçülmesinin oranı, çeliğin süneklik özel-liğniinn ölçüsü olarak alınır.

% uzama = AL / LoX 100

AL = uzama farkı; Lo = ilk boy (genellikle 50 mm ya da 100 mm)

% alan küçülmesi = AS / Sox 100

AS = kesit alanı farkı; So= ilk kesit alanı

Genellikle, % uzama ve % alan küçülmesi ne denli yüksek olursa, çelik o denli sünektir; kopmaksızın biçim-lenebilir. Tek rakamlı değerlerde kalacak olursa, çeliğin biçimlenebilirlik özelliği çok düşük olur; soğuk bükmeve derin çekme (= sıvama) işlemlerinde kullanılmazlar. Bu işlemler için %3O-5O arasında süneklik değerleri ge-reklidir.

Binalarda, köprülerde, direklerde, borularda, taşıtlarda ve benzeri birçok durağan (=statik) yük uygulamala-rında yalnızca esnek bozulum söz konusudur; bu nedenle yalnızca akma gerilimini bilmek tasarım için yeterlidir.

Haddeleme, dövme, sıkma, tel çekme, presleme vb. işlemler ise çeliğin çatlama ve kırılmaya varmadanbiçim değişimine, daha doğrusu, yoğruk bozumuna bağlıdır. Burada çeliğin hem süneklik özelliği ve hem de ça-lışma sertleşmesi hızı ya da diğer adıyla pekleşme hızı önemlidir.

Birçok metallerde pekleşme, yani soğuk yoğ.uk bozunum ile yapının sertliğinin ve dayancının artması olgu-su, kabaca şu eksponensiyel eşitliğe uygun olarak gerçekleşir.

o T = K . e n

Burada, K = bir değişmez, n = pekleşme üst-katsayısı (<1), O = gerilim, e = gerinimdir.

2-09

DEMİR VE ÇELİK

Çizelge.2- Çekme Dayancı Çevirme Çizelgesi

11bf = O 453 592 37 kp 1 kp = 9 806 65 N

ksi-N/mm2<MPa)1 in = O 025 4 m 1 KSı = 1 000 psi

KS)

010203040

5060708090

100110120130140

150180170180190

200210220230240

250280270280290

300310320330340

350380370380390

400410420430440

450490470480490

500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

N/mm1 =. MPa

68.95137.90206 84275 79

3447441369482.63551.5862053

689 48758 43827 37896 32965 27

1 034.211 103 161 172111241061 310.00

1 378 951 447.901 516851 585 791 654.74

1 723 691 792.641861581930.531999.48

2 068.432 137.372 206.322 275.272 344.22

2 413.172.482.112 551 062 620.012 688.96

2 757.902 826.852 895.802 964 75303369

3102 643171593 240.543 309.483378.43

3 447.38

6.9075.84

144 79213 74282.69

351.63420 58489 53558.48627 42

69637765.32834.2790321972.16

1041 111 110 061 179.001 247.951 31690

1 385.851454.791 523 741 592.69166164

1 730.581 799 531868 481 937.432006.37

2075.322 144 272 213.222 282.162351.11

2 420.062 489.012 557 952 626.902 695.85

2 764.802 833.752 902.692 971.643 940 59

3 109 543 148.783 247 433 316.38

3454 27

13798274

15169200.63289.58

358.53427.4849642565.37634.32

70327772.21841 1691011979.06

1048 001 116.951 185901 254 851 323.79

1 392.741461691530.641599.581668 53

1 737.481806.431 875.371 944.322 013.27

2 082.222151.162 220.112 289.062 358.01

2 426.952 495 902 564.852 633 802 702 74

2 771.692 840.642 909.592 978 543 047 48

3 116.433 185.363 254.333 323.273 392 22

3461.17

20.6889 63

158 58227 53296.48

365 42434.47503.325722764121

71016779.11848.06917.00965 95

1 054 901 123851 192791261.741330 69

1399.641468 581 537.531606.481 675.43

1 744.371 813.321 882.271951.222020.16

2 089.112158062 227.012 295.952 364.90

2 433 852 502.802 571.742 640 692 709 64

2 778 592 847.532 916.482 985 433 054 38

3 123.333 192 273 261.223 330 173 39912

3 468 06

27 5896.53

16547234 4230337

372 3244126510.2157916648.11

717.06786.00854.95923.90992 85

1061.791 130741 199.691268.641337.58

1406.531 475.481544.431 613.371 682.32

1 751.271820.221889.161958.112 027.06

2 096.012164.952 233.902 302.852 371.80

2 440.742 509 692 578.642 647.592 716 53

2 785.482 854.432 923.382 992.323 06127

3 130.223199173268.113 337.063 406.01

3 474.96

3447103 42172.37241.32310.26

37921448.16517.11586.05655.00

723.95792.9086185930 7999974

1068 691 137.631206.581 275.531344 48

1 413.431 482.371 551.321 620.271689.22

1 758.161827 111896.061965.012 033.95

2 102.902171.852 240.802 309.742 378.69

2 447.642 516.592 585.532 654.482 723 43

2 792.382 861.322930.272 999.223 068.17

3137.113 206.063 275.013 343.963 412 90

3 481.85

41.37110.32179 26248.2131716

386.11455 0552400592 95661.90

730.84799 79868.74937.69

1006.63

1 075.581 144.531 213 481 282 42135137

1420.321 489 271558.221 627 161696.11

1765.061834.011902.951971.902040.85

2109.802 178.742 247.692 316.642 385.59

2 454.532 523.482 592.432 661.382 730.32

2 799 272 868.222 937.173006113 075 06

3144.013 212.963 281.903 350.853419.80

3 488.75

48 26117 211861625511324 05

393 00461.95530 90599.84668.79

73774806 69875.63944 85

1 013.53

1082.481 151.421 220.371 289.321358.27

1 427.211 496 161565.111634.061 703.01

1 771.951840 901909.851 978.802 047.74

2116.692 185.642 254.592 323.532392.48

2 461.432 530.382 599.322 668.272 737.22

2806172 875.112 944.063 013.013 081.96

3150.903 219.853 288.503 357.753426.69

3 495.64

55 16124.1119305262 00330 95

39990468.84537 7960674675.69

744 63813.58882 53951 48

1 020 42

1 089 371 158 321 227.271 296 211 365.16

1434.111503.061 572.001640.951709.90

1 778.851 847.791 916741 985.692 054.64

2 123.592 192.532 261.482 330.432 399.38

2 468.322 537.272 606.222 675.172 744.11

2 813.062 882.012 950.963 019.903 088.85

3157.803T226.753 295.693 364.643433.59

3 502.54

62 05131 00199 95268 90337 84

406.79475.74544 69613.63682 58

751.53820.48889.42958.37

1 027 32

1096.271 165.211 234 161303.111 372.06

1441.001509.951 578.901 647.851 716.79

1785.741854.691923.641992.582 061.53

2 130.482199.432 268.382337.322406.37

2 475.222 544.172 613.112 682.062 751.01

2 819 962 888.902957.853 026.803 095.75

3 164.693 233.643 302.593 371543 44048

3 509 43

2-10

DEMİR VE ÇELİK

iki çelik için n ve K değerleri örnek olarak verilirse şöyledir :

K. N/m2

Tavlanmış 1020Menevişlenmiş 1060

45 x 107

127 x 107

0.300.15

Bu denklemle tanımlanan davranımı gösteren metallerde gerçek gerinim = 0 olduğunda, belverme başlar.Gerçek gerilim-gerçek gerinim eğrisinin altında kalan alan J o . d6 olarak hesaplanabilir.

Bu alan lal lde I = kg/cm2 x cm/cm = kg/cm2 birimiyle, tokluk özelliğinin bir ölçüsü olarak alınabilir: Bu alanne denli büyükse tokluk o denli yüksektir.

Şekil.7- Kesme deneyi düzeneği

Basma Özellikleri : Gevrek davranım gösteren gri dökme demir gibi alaşımların çekme özellikleri zayıftır;yapılarında bulunan kılcal çatlaklar çekme gerilimleri altında büyüyerek gevrek kırılmaya yol açar. Bu tür davra-nımda çekme dayana genellikle düşüktür; fakat, yüksek olduğu durumlarda bile çekme dayançlan akma dayanç-lanna çok yakındır. Bu tür davranım gösteren alışımlar basma gerilimi altında çok daha yüksek dayanca sahip-tir.

Basma özelliklerini belirlemek için basma deneyi uygulanır. Bu deney de çekme aygıtında yapılır. Basmagerilimi kesit alnını artırdığından basma deneyinde belverme görülmez; şişme vardır. Basma gerilim-gerinimeğrileri de biçimsel olarak çekme gerilim-gerinim eğrilerine benzerler

Kesme Özellikleri: Birçok uygulamada yükleme biçimi kesme yaratır : Civatalar, perçinler kamalar, sürgülervb. genellikle kesme gerilimleri altında yarılırlar. Kesme dayancı, kesme gerilimi altında yarılma ya da kırılma-yı başlatan gerilime verilen addır. Şekil.7 de gösterilen biçimdeki bir düzenek, çekme aygıtında kesme deneyiuygulaması için kullanılabilir. Kesme gerilimi değerleri çekme gerilimi değerleri gibi kolay bulunur çizelgelerdurumuna getirilmiş değildir. Bir ilk yaklaşımla (kesme gerilimi = 0.40 x çekme gerilimi) eşitliğinden çıkarıla-bilir.

Sertlik Özelliği: Sertlik, çeliğin yoğruk bozunumuna gösterdiği dirence verilen addır. Bunu ölçmek için sert-likölçer aygıtları kullanılır. Sertliği ölçülecek yüzeye ya sert bir bilya ya da sivri uç uygulanarak çıkarılan izinalanı ya da derinliği ölçülür. Bu değer, çeliğin sertliğinin bir ölçüsü olarak kullanılır.

2-11

DEMİR VE ÇELÎK

Aşağıda çeliklerde en çok kullanılan sertlik ölçüm yöntemleri ve uygulama alanları özetlenmiştir.

Sertlik Deneyi İzaçar Yük Uygulama

Knoop

Vickers

Rockwell C

Rockvvell B

Rockvvell T

Rockwell N

Brinell

Elmas

Elmas

Elmas

Çelik bilya

Çelik bilya

Elmas

Çelik bilya

10N-20N

10N-20N

1500N

1000N

150, 300.450N

150, 3OO,45ON

5-30 kN

Incesertlik (mikrosertlik)

încesertlik (mikrosertlik)

Kalın ve sert metaller

Sertliği yüksek olmayan çelik vedemirdışı metaller

Çok ince ve yumuşak metaller

Sert ve ince metaller

Sertliği 40 HRC ye dek çelikler

Çarpma Özellikleri (- darbe özellikleri) : Çeliklerin çekme, basma, kesme ve burma gibi durağan yükler al-tındaki davranımlan çarpma gibi devingen yükler altındaki davranımlarından oldukça farklıdır. Çeliklerin, çarp-ma davranımlannı çarpma özellikleri belirler. Çeliklerin çarpma özelliği, çarpma yükleri altında kırılmaya kçrşıgösterdikleri dirençtir. Bu özellik kısaca tokluk diye bilinir.

Çarpma dayancı ya da tokluk çarpma yükü altında çeliğin kırılması için gereken enerji değeridir; ya Joule(J) ya da J/cm3 birimiyle ölçülür.

Ölçek

Son konum //İlk konum

TOKLUKo^hj-h,)

Şekil.8- Çarpma deneyi aygıtı

Çeliklerin çarpma dayançlan çarpma aygıtlanyla Şekil.8 ve Şekil.9 da gösterildiği gibi ölçülür, iki tür çarp-ma deneyi vardır : Charpy ve Izod. Bunlann her ikisi de belli ağırlıktaki bir sarkacı belli yükseklikten salarakdeney çubuğunu kırmak için tüketilen enerjiyi bulma temeline dayanır. Izod ve Charpy deneyleri arasındaki fark,Şekil 9 da gösterildiği gibi, deney çubuğunun duruş biçimine ilişkindir. Charpy deneyinde deney çubuğu yataykonumda, Izod deneyinde ise düşey konumdadır.

2-12

DEMİR VE ÇELİK

ii4

-Numune ,

W7~7\ Çarpma / İ | K

* rj-' Yönü / |I|K

CHARPY EOD

^-Numune

. Çarpma^ /? Yönü

V

Şekil.9- Charpy ve Izod çarpma değerleri

Tokluk Özelliği: Tokluk çeliklerin çarpma davranımlarını belirleyen özelliktir. Zor kırılan, yani çarpma da-yancı yüksek olan çeliğin tokluğu yüksek; kolay kırılan, yani çarpma dayancı düşük olan çeliğin tokluğu ise dü-şüktür. Çeliğin tokluğu yüksek ise SÜNEK DAVRANIM gösterir, çarpma yükleri altında kolay kırılmaz; tokluğudüşük çelikler ise GEVREK DAVRANIM gösterir. Davranım biçimlerine bağlı olarak çelikler, su verilmiş takımçelikleri gibi gevrek, ya da tavlanmış düşük karbonil çelikler gibi sünek olarak adlandırılabilirler.

Çarpma deneylerinde, özel durumlar dışında, hep çentikli deney çubukları kullanıldığından bazı yerlerde"tokluk" yerine "çentik-tokluğu" deyimi kullanılır. Çarpma deneyi sonuçları Charpy V ya da çentikli-Izod diyebelirtildiği sürece yalın "tokluk" deyimi bu özelliği anlatmak için yeterlidir. Gerçekte burada en doğru deyim,çarpma-tokluğu olmalıdır.

Çarpma deneyleri ile belirlenen çarpma-tokluğu, aslında, çeliklerin iç yapıları içinde bulunan kılcal çatlaklar,gevrek ikincil çökeltiler, tane sınırlan vb. ile yüzeysel kusurlardan doğan gerilim artırıcı etmenlerin yarattığıçentik-duyarlılığı nı yansıtır. Ancak, deney çubuklarının küçüklüğünden ve ayrıca, durağan çarpma özelliğindenötürü üçlü eksenel gerilim durumu ve gerilimin eşdağılımsızlığı söz konusudur. Halbuki devingen yırtma deney-lerinde gerilim, temel olarak, çekme gerilimi özelliğindedir; aynca eşdağılımlıdır. Çarpma deneylerinde çentikdibi çevresinde varolan gerilim durumu çelik numunenin kalınlığına ve büyüklüğüne göre değşir ve çeliği deneysonuçlarının belirlediğinden daha gevrek bir davranıma iter. Değişik büyüklük ve kalınlıklar kullanarak çarpmadeneyi sonuçlarını birleştirmek olası değildir. Bununla birlikte, özellikle, çeliklerin bileşim, iç yapı, ısıl işlem,pekleşme gibi etmenlerin çarpma tokluğuna etkilerini göstermek için bu çarpma deneyleri yararlı olarak kullanı-labilir.

Tokluk özelliği üzerine geniş çapta ve ciddi olarak araştırmalar, II. Dünya Savaşı sırasında AmerikanLJBERTY türü kaynaklı gemilerin Amerika'dan Kuzey Atlantik'e yük taşırken kış koşullarında ikiye bölünme-leri sonucu başlatılmıştır. Çok soğuk havalarda ve büyük dalgaların şiddetli çarpmaları sonucu, kaynaklanmışçelik gemiler gevrek davranım göstererek gevrek kırılma ya uğramışlardır. Olağan olarak sünek olması gerekendüşük karbonlu çelik belirli koşullarda gevrek davranıma geçmektedir, işte bunu daha iyi anlayabilmek içinçarpma deneylerinden yararlanılmıştır.

Standart çarpma deneyi çubukları kullanılarak çelikler üzerinde değişik sıcaklıklarda çarpma deneyleri ya-pıldığında, çarpma dayancı ya da tokluk değerinin sıcaklığa karşı çizilen eğrisi Şekil. 10 daki gibidir. Bu eğrinin2 belirgin özelliği hemen görülür. Çelikler, özellikle yalın karbonlu çelikler ile düşük alaşımlı makina yapı çe-likleri, belirli sıcaklık aralığında sünek davranım gösterirlerken, düşük sıcaklıklarda gevrek davranım içine gir-mektedirler.

2-13

DEMİR VE ÇELİK

Çizelge J- Çekme Dayancının Sertlik Eşdeğerleri

2-14

CMım*O*yanc,

N/mm'

255270285305320335350370385400415430450465480

510530545560575595610625640660675690705720740755770785600820835850865880900915930

ti?9951030106010951125115511901220125512901320135013851420145514851520155515951630

166517001740177518101845188019201955199520302070210521452180.

Vkrken-

Sartlığl

(FS9BN)

8085909510010511011512012513013514014515015516016517017518016519019520020521021522022523023524024525025526026527027528028529029530031032033034035036037U380390400410420430440450460470480490500

51052053054055056057058059060061062063064065066067068069070O720740760780800820840860880900920940

Brlnell-

. h N .10.102 30 1\ D1 mm» /

76 080,785.590.295.099.810510914119124128133138143İT?152156162166171176181185190

19519920420921421922322823323824224 725225726!2662712762802852953043143233333423523613713803903994094184284374471456){46611475)

(485)(494)504(513)(523)

532(542ı551561)570İ

580

599)608618)

HRB

41.048İ052.056.2

62.3

66.7

71.2

75.0

78.7

81.7

85.0

87,1

89,5

91.5

92.593.594.095.096.096.7

98.1

99.5

(1011

1102)

1104ı

1105ı

HRF

82.6

87.0

90.5

93.6

96.4

99.0

101.4

103.6

105.5

107.2

108.7

110.1

111.3

112.4

113.4

114.3

115.1

ROCKVVELL SERTLİSİ

HRC

20.321.322.2

23.124.024.825.626.4

27.127.828.529.229.8

31.0

33 334 4

35636.637.7

38839.840.8

41.842.743.644.5

45346.146 947 748.449 1

49.8

51J52,353.053.654.154.755.255.756.356.857.357.858,358.859.259.760.161.061.862.563.364.064.765.365.966.467,067,568.0

HRA

60.761.261.662.062.462.763.163.563.864.264.564.865.265.866.467.067.668 t68 769 269870.370.8?1471.872.372.873.373.674 174.574.9

75.776.1

ÎK77.077.477.878.078.478.6

78.979.279,579.880.0

80.380.680.881.181.3

81.882.282.683.083.4

83:884.184.484.785.085.385 6

HRD')

0.31 11.72.23.13.74.34.95.36.06.57 17.5

48.449450.251.151.952.853.654.455.356.056.857,558.258.859.460.160761.361.662,2

62.9

ti%\\\65.465.8

İt?67.0

67.567.968.368.769,0

69.469.870.170.570.8

71.572,172.673.373.8

74.374.875.375,776.1

76.5

769

HR15N

69.670.170.671.171.672.172.673.0

73 473.874.274.674.9

75 676,276.8

7 M78,078,679.279.880.380861.481882.382.683.2

İÜ84384.785.0

85 4

İ87.2

t?:!88.0

88,2m89,089.289,589,7.89.890.190.390.791.091.291.591,8

92.192.392.592.792.993.0932

HR30N

1.72.53 4

4.25.05.76.47.27.88419.09.750İ251.352.353.654.455 456.457.458.459.360261.161 962.763.564.364.965.766.467.167,7

88.369.069,570.0701571,271,772,172.773.2

73.774.274,675.175.5

75.976.476.877.277.6

78.479.179,780.481.1

61.782.282.783.183.6

84.084.4

HR4SN

19.921.122.2

23.224.325226.227,1

27.928.729.530.431,1

32İ533.935.236.537.839.140.441.742.944 145.346.447.448 449.45Oİ451.352.253.153.9

54.755,6m57.6

IS:!61.261.782,463,063.564,164.765.365.766.266.767.768.669.470.271.071.872,273.173.674,274.875.4

DEMİR VE ÇELİK

<a.et<o

SÜNEK KRLMA

GEVREKKIRILMA

DENEY ÇUBUĞU SICAKLIĞI, °C

Şekil.10- Çarpma dayancının sıcaklığa bağımlı olarak değişimi

Sünek davranım biçiminden gevrek davranım biçimine geçişi simgeleyen bir geçiş sıcaklığı, Tg vardır.Sünek davranımdan gevrek davranıma geçiş, gerçekte tek bir sıcaklık değerinde değil, bir sıcaklık aralığı içindeolur. Kimi çeliklerde bu sıcaklık aralığı 30°C gibi geniş ve yaygın, diğer kimilerinde ise 3-5°C gibi çok dar birdeğer aralığında olur. Geçiş sıcaklığı aralığı ne denli dar ise sünek davranımdan gevrek davranıma geçiş o denliani ve beklenmedik olur.

Geçiş sıcaklığı kavramı çok yararlı ve yaygın olarak kullanılmasına karşın, davranandaki geçiş farklılıkla-rını tam olarak yansıtmayabilir. Geçiş sıcaklığının üstündeki sıcaklıklarda çelik sünek davranım, altındaki sı-caklıklarda ise gevrek davranım gösterecektir. Fakat, geçiş sıcaklık aralığı geniş olan çeliklerde bu geçiş dahayavaş; dar olanlarda ise beklenmedik kırılmalara yol açacak biçimde birden olur : Kuzey Denizi'nde kış koşulla-rında kırılan petrol platformları, ikiye ayrılan gemiler, kışın fırtınada çöken asma köprüler vb. bunlara birerörnek olarak verilebilir.

Çeliklerde Kırılma Olgusu : Çelik iç yapıların kırılma oluş biçimi, çelik seçimi açısından bilinmesi gerekenbir olgudur. Çeliklerin kın İma olguları, değinegeldiğimiz gibi, iki üç biçimde incelenebilir : Sünek kırılma vegevrek kırılma. Tehlike yaratan kırılma, gevrek kırılmadır : Hem hızlı, hem kolay ve hem de beklenmedik biranda doğabilir. Eğer kırılma çok az yoğruk bozunum içererek ya da hiç içermeden oluşursa gevrek kırılma ola-rak adlandırılır. Geçiş sıcaklığı altındaki kırılmalar bu tür kırılmalardır. Eğer kırılmadan önce belirli bir oran-da yoğruk bozunum olursa kırılma sünek kırılma diye adlandırılır. Çekme deneylerinde görülen kırılmalardabelverme olarak ortaya çıkan yoğruk bozunum bardak-kapak türü kırılma* biçimine yol açar. Sünek kırılmada,genellikle, belverme ile birlikte başlayan yoğun yoğruk bozunum içyapı içindeki kalıntı, çökelti vb. parçacık sı-nırlarından kaynaklanan kovukcuklar oluşturur. Bu kovukcuklar çekine uzaması ile birlikte büyüyüp birbirleriylebirleşirler ve çekme yönüne dik bir çatlak oluştururlar. Bu aşamada, çekme yönünde 45°C eğimle ve en yüksekkesme gerilimi doğrultusunda hızlı bir çatlak büyümesi başlar ve kesme yanağı diye adlandırılan kınlına yüzey-leri oluşur.

• Böyle denmesinin nedeni kırık yüzeylerden birinin bardak diğerinin ise ona uyan bir kapak gibi oluşmasındandır.

2-15

DEMİR VE ÇELİK

Kırık yüzeylere bakıldığında, kovukcukların birleşmesi ile oluşan bölgenin pütürlü yüzü ile sonradan olu-şan ve daha düzgün görünümlü kesme yanağı bölgesi hemen tanınabilir. Tüm sünek kırılmalar şüphesiz tam buanlatılan görünümde olmazlar. Örneğin, birçok menevişlenmiş çeliklerin kırık yüzeyleri incelendiğinde pütürlübölge ortada küçük bir alanda ve kesme yanağı bölgesi de en dışta ince bir katman olarak görülür. Bu iki bölge,hızlı çatlak büyümesini simgeleyen girintili çıkıntılı geniş bir ara bölge ile birbirinden ayrılır.

Sünek kırılma, genellikle, yüksek süneklik ve yüksek tokluk özellikleri taşıyan çeliklerde görülür. Çekme da-yancı ve akma gerilimi düşük olan çeliklerde daha çok görülür.

Genellikle, tasarımda kullanılan dayanç ve süneklik değerleri basit çekme deneyi sonuçlarından çıkarılır.Yapı çeliklerinin uygulamada davranım biçimleri bu deneylerden elde edilenlerden çok farklı olmamaktadır. Bunedenle, çelik yapılarda esnek davranım bir sorun olarak görülmez. Uygulamada, özellikle yapı çeliklerinde kar-şılaşılan durum, gevrek kırılmaya yol açan yüklemelerle doğan beklenmedik ve hızlı kırılma biçimleridir.

Gevrek kırılmada çelik kütlesi belirli kristal yüzeylerinden yarılma gösterir ve yoğruk bozunum söz konusudeğildir. Özellikle, hacim merkezi küp (hmk), kristalli yapılarda bu yanlma, temel çekme gerilimine dik olarakkonumlanmış küp yüzeylerinin ayrılması ile olur. İşte, çeliklerde görülen gevrek kırılma davranunı da çeliğin içyapısında bulunan hmk kristal yapılı ferrit evresinden kaynaklanmaktadır. Çekme deneyinde görülen gevrek kı-rılmada ferritin küp yüzeylerinden ayrılma olur. Ayrılmanın olduğu kristal yüzeylere yarılma yüzeyleri adı veri-lir.

Yapı çelikleri, yalın ve tek eksenel yüklemelerde, oda sıcaklıkları ve daha yüksek sıcaklıklarda genelliklesünek davranım gösterirler; çarpma deneyinde olduğu gibi karmaşık ve çok eksenel yüklemelerde ve ayrıca odasıcaklığı altındaki yalın çekme yüklemelerinde gevrek davranıma girerler. Kırık yüzeyler incelendiğinde deneysıcaklığının düşmesiyle yarılma kırılmasının arttığı görülür; yapı çekilerinin süneklik özellikleri, sıcaklık düş-tükçe düşmektedir. Buradan da anlaşılacağı gibi yapı çelikleri, sıcaklık düştükçe sünek davranımdan gevrekdavranıma geçmektedirler. Ayrıca, çok eksenli karmaşık yüklemeler ile hızlı yüklemeler, gevrek davranım yara-tırlar. Bu nedenlerle, yapı çeliklerinin gevrek davranım yatkınlıkları düşük davranım yatkınlığının belirlenmesiiçin çarpma deneyinin kullanılması ve bunun sonucu belirlenen geçiş sıcaklıklannın önemi buradan doğmakta-dır.

Kırılma Tokluğu : Kırılma mekaniği, katı gereçlerin kırılma nedenleri ile koşullarını araştıran bir bilim dalıdiye yorumlanır. Mekanik metalbilimde kırılma mekaniği, dar anlamda, kırılma tokluğu Kc, diye tanımlananözelliği saptamak için uygulanan yöntem ya da işleme verilen addır. Kc değeri bulununca bu değerden, çeliği

kırmak için gereken Of geriliminin değeri hesaplanır.

Çelik sac ve levhalar için oda sıcaklıklarında ve çekme gerilimi altında varolan koşullara düzlem gerinim ko-şulları adı verilir. Bu koşullar altında elde edilen kırılma tokluğu da Kıç simgesi ile gösterilir. Çeliğin içyapısın-da varsayacağımız en büyük elips biçimli çatlağın uzunluğu 2 c ise,

eşitliğiyle verilir.

Görüldüğü gibi Kıç değeri ölçülüp saptanabilirse bu, içyapı içinde bulunan en büyük çatlağın gerilim-yeğinliği etmeni, V (tt.c) değerine bölündüğünde, o çeliğin kınlmasına yol açacak çekme gerilimi elde edilebilir.Bu çeliğin Kıç değerini saptamak için standart deney çubuklarında yapay olarak oluşturulmuş ve belli uzunluktabir çatlak açılıp kırma deneyi uygulanır. Deneyler sonucu bulunan Of değerleri iNn.c değerlerine göre çizildiğin-de elde edilen doğrunun eğimi o çeliğin Kıç değerini verir.

Akma gerilimleri farklı olan değişik çeliklerin Kıç değerleri çeliklerin akma gerilimlerine karşı çizilrse tersbir eğri elde edilir : Yüksek dayançlı çeliklerin kırılma tokluğu, KK düşük; düşük dayançlı çeliklerin ise Ktc de-ğeri yüksektir.

Bu olgu düşük karbonlu çeliklerin yüksek karbonlu çeliklerden neden daha tok ve sünek olduğunu da açıkla-maktadır. Yapı çeliği olarak kullanılan yüksek dayançlı çelikler için kırılmaya karşı daha özenli önlemler alın-ması gerekir.

Tasarımda kullanılan gerilimin at değerinden düşük olması gerekir. Uygulamada bu, gemilikle, 0.75 Of ola-rak alınır. Kırılma tokluğu özelliği yalnızca varsayılan kılcal çatlaklardan etkilenmez; kalıntı ile ince uzun çö-keltiler de benzer etki yaratır.2-16

M

DEMİR VE ÇELİK

Yorulma Olgusu : Şimdiye dek üzerinde durduğumuz özellikler durağan (=statik) yük uygulamaları altındakidavranımları yansıtır. Yinelenen ya da çevrimsel yük uygulamaları için daha başka tür bir mekanik davranımsöz konusudur : Örneğin, pek düzgün olmayan yollarda saatte yaklaşık 100 km hızla giden bir taşıtın mil ya daakslarından biri saniyede belki de 10 kez çekme-basma gerilimlerinin çevrimi altında kalır. Taşıtların olağanömürleri boyunca bu tür milyonlarca çevrimsel yük uygulaması olur. Yorulma adını verdiğimiz olgu çevrimselyük uygulamaları altında çeliğin bir davranım biçimidir. Yorulma kırılmasını önleyebilmek için, yorulma kırıl-ması nı başlatan gerilim ile yorulma kırılmasının nedenleri hakkında bilgi edinmek zorundayız. Aşağıda kısacabu konuya değinmekteyiz.

Yorulmaya yol açan çevrimsel gerilmeler (ya da gerinimler) çoğunlukla akma gerilmeleri altında, fakat herdurumda çekme gerilimi altındadırlar. Köprülerde, vinçlerde, uçaklarda, füzelerde ve benzeri yapı ve taşıtlardauzun süre alan titreşimler ya da yinelenen yükler söz konusudur. Yorulma adı, bu durumlarda, kırılma olgusununuygulama başlangıcından oldukça uzun bir süre sonra ortaya çıkmasından doğmuştur.

Yorulma kırılmasına uğramış çeliklerin kınk yüzeyleri incelendiğinde deneyimli gözler yorulma kırılmasınıhemen tanıyabilirler : Yorulma kırılması gösteren kırık yüzeyin belirli bir bölgesi, yinelenen yük uygulaması so-nucu düzgünleşmiştir; geri kalan bölgelerin pürüzlü görünümünden ayırdedilebilir duruma gelmiştir. Bu düzgüngörünümlü bölgeler yakından incelendiğinde deniz kabuklarının yüzeyini ya da küçük dalgalardan etkilenmişkıyı kumsallarının düzenli çizgililiğini anımsatır. Bunların her biri çevrimsel yük uygulamasından doğmuştur.Bunlara bakarak yanlış bir kanıya vanlmamalıdır : Yorulma kırılması bir gevrek kırılmadır. Yorulma sırasındaaçılan yüzey bu düzgün görünümlü bölgedir. Geri kalan bölüm yükü kaldıramaz duruma gelince, çelik kopar.İşte bu son kopan bölgenin kopuk yüzey üzerindeki görünümü kaba ve pütürlüdür. Bu son kopma, çoğunlukla,sünek kırılma özelliği gösterir. Yorulma gösteren bölgenin diğer bölgeye oranı çeliğin dayanç düzeyine uygula-nan yükün uygulama hızına ve çelik parçanın biçimine göre değişil'. Dönen millerin yorulma kırılmasına uğra-yan yüzeyleri genillekle 2/3 oranında düzgün bölge içerirler.

Yorulma kırılması çeliğin iç yapısı içindeki en yüksek gerilim noktasından başlar. Bu nedenle, gerek çelikparçanın yüzeyinde ve gerekse içyapısında gerilimi arttırcı çenti, çizik, girinti, çökelti, kılcal çatlak gibi nesneleryorulmanın başlama noktalarını oluştururlar.

Sürünme Olgusu : Çeliklerin ve genelde tüm metallerin dayançlan sıcaklık arttıkça düşer. Bu nedenle buharkazanları, buhar türbinleri, gaz türbinleri, jet motorları, roket motorları ve çok yüksek hızlı uçak ve uydular gibibirçok ısı içeren uygulama için çelik seçimi önemli bir sorun oluşturur. 60-70 yıldan beri buhar türbinleri, rafine-riler ve kimya sanayiiinin çeşitli dallan yüksek sıcaklık uygulamalarının belli başlı alanlarıydı. Buralardaki ısıkazanlarında, buhar türbinlerinde ve birçok kimya üretim biriminde sıcaklık pek 55O°C üzerine çıkmazdı. Fakatgaz türbinlerinin ortaya çıkmasıyla birlikte çalışma sıcaklıkları 800°C üzerine çıktı. Hatta yüksek güçlü jet mo-torlarında 1000°C sınırına ulaşmaktadır, işte tüm bu örnekler yüksek sıcaklık uygulamalarına uygun en iyi ala-şımların geliştirilme ve seçilmelerini gündeme getirmiştir.

Yüksek sıcaklık uygulamalarında ilk düşünülmesi gereken, yüksek sıcaklıklardaki dayançtır. Yüksek sıcak-lık dayancının en önemli ve belirgin yanı onun belirli bir süreye bağımlı olarak değiştiğidir. Bilindiği gibi, çelik-lerin çekme dayançlan uygulama açısından süre bağımsız özellik taşır : Çekme deneyi 2 dakikada da yapılsa, 2saatte de bitirilse çekme dayancı aynı değerdedir. Fakat, yüksek sıcaklıklarda dayanç, hem süreye ve hem de ge-rmim hızına son derece bağımlıdır. Yüksek sıcaklıklarda değişmez bir çekme yükü uygulanan bir çelik, uygula-ma sürecine bağımlı olarak uzar. İşte, sürünme diye anılan metalbilimsel olgu budur.

Çeliklerin ve diğer tüm metal ve alaşımların sürünme özellikleri ya sürünme deneyi ya da gerilim-kopma de-neyi uygulanarak saptanır.

Çeliğin değişmez bir gerilim altındaki yavaşça uzaması, yani sürünme özelliği, yukarıda anılan deneylerdenbiri ile saptanıp sürünme eğrileri çıkarılır. Bir örneği Şekil.11 de görülen sürünme eğrileri belirli bir sıcaklıktagerinimin süreye göre değşimini özetleyen eğrilerdir.

Sürünme eğrileri genelde 3 temel bölge içerir ve her bir bölge ayrı ayrı sürünme oluş biçimlerini simgeler.Anılan şekilde de görüldüğü gibi, bu bölgeler sırasıyla aşağıda belirtilmiştir. Sürünme eğrisinin herhangi birbölgesindeki eğimi de/dt ya da £0 sürünme hızı adıyla analır.

ilk hızlı uzamayı simgeleyen £0 geriniminden hemen sonra gelen bölge birincil sürünme ya da geçici sürün-me adıyla anılır. Son bölge ise üçüncül sürünme diye bilinir.

Sürünme, en basit biçimde, işlem sertleşmesi* ile sıcaklığın yarattığı toparlanma süreçlerinin karşılıklı etki-

* "pekleşme" diye de anılmaktadır.

2-17

DEMİR VE ÇELİK

leşimi diye düşünülebilir. Böyle bir yaklaşım içinde geçici sürünme, işlem sertleşmesinin toparlanma olgusun-dan daha üstün olduğu bir aşama; sürekli durum sürünmesi ise iki sürecin karşılıklı olarak dengeleştiği biraşama olarak düşünülebilir. Sürekli durum sürünmesinin sonunda tane sınırlarında çatlama ve açılmalar başlar;çelik bu aşamada belverir. işte, üçüncül sürünme adı verilen bu aşamada yumuşama işlem sertleşmesini aşmışdurumdadır ve çelik hızla uzayıp kopar.

2S

T= derişmez Kapra

Birincil

Sürünme

ikincil Sürünme

Sürünme

SÜRE, (St)

Şekil.ll- Sürünme eğrisi

Aşınma Olgusu ve Aşınma Direnci: Aşınma, dış etmenlerin etkileriyle katı maddelerin yüzeylerinden parçakopmasına verilen addır. Çeliklerin aşınması da onların yüzeylerine gaz, sıvı ve katıların değmesi ya da başkatürlü etki etmeleri sonucu doğar. Aşınmanın oluş biçimi tüm ayrıntıları ile bilinmemekte ise de genellikle, şusüreçlerin aşınma sırasında olduğu varsayılır :

- Birbirine değerek çalışan iki metal yüzey, birbirinin içine doğru kazarak girme eğilimi içindedir. Bununsonucu ya parça kopması olur ya da atomsal düzeydeki etkileşimden iki yüzey birbirine kaynayabilir.Sertlik yüksek olduğu sürece hem bu eğilim hem de aşınma olgusu yavaşlar ve çeliğin ömrü uzar. Sertlikdeğeri yüksek ise çeliğin aşınma direnci de mutlak yüksektir. Yüksek sertlik, çeliklerde martensitli içyapıoluşturarak ve ayrıca, çok sert olan alaşım karbürleri çökelterek sağlanır. Martensitli iç yapı oluşturmakiçin çeliğin bileşiminde yüksek karbon, alaşım karbürleri oluşturmak için de alaşım elementlerinin bu-lunması gereklidir.

- Aşınma olgusuna katkıda bulunan ikinci süreç ise yoğruk bozunum (=plastik deformasyon) ve kopmadır.Küçük bölgecikler yoğruk bozunuma uğrayıp koparlar. Tokluk özelliği yüksek olan bir çelikte ise bu sü-rece karşı bir direnç oluşur. Hem yüksek sertlik ve hem de yüksek tokluk aynı zamanda sağlanamadığın-dan, genellikle, yüksek sertlik yüksek tokluğa yeğlenir.

- Oksit, sülfür vb. yenim (=korozyon) bileşiklerini yüzde taşıyan çeliklerin aşınmaları çok daha kolaydır.Bu tür yenim ürünleri, aşındırıcı yüzeyle ya da parçacıklar tarafından yüzeyden rahatlıkla uzaklaştırılır.Bu nedenle yenimli ortamlarda kullanılacak olan çeliklerin yenim direnci yüksek olan türlerinin aşınmadirençleri ile bunun sonucu, ömürleri daha uzundur.

Aşınma direncine ilişkin değerlendirmeler genelde nicel değil nitel özelliktedir. Bunun temel nedeni iseaşınma direncini ölçen evrensel deneylerin geliştirilmemiş olması ve aşınma olgusunun genel bir kuramınınbulunmayışıdır. Belirli uygulama koşulları altında değişik gereçlerin aşınma dirençleri daha çok nitel olarakkarşılıştırılır. Değişik gereçlerde sürtünme aşınması göreceli olarak Sekili2 de görülmektedir. Evrensel olarakuygulanan aşınma deneylerinin olmamasına karşın çeliklere uygulananların birçoğunda çamurlu su içinde çeli-ğin aşınması ölçülür. Eğer inşaat çeliği standart olarak alınırsa, aşınmış inşaat çeliğinin hacminin aşınma di-renci denenen çeliğin hacmine ters oranı direnç sayısı diye bilinir ve R ile gösterilir. Bazı çeliklerin göreceli

2-18

DEMİR VE ÇELİKaşınma dirençleri aşağıda verilmiştir.

Çelik

tnşaat ÇeliğiHız ÇeliğiD. Türü Takım ÇelikleriKromlu ÇeliklerS AE 52100Kır Dökme DemirNi-Hard

Sertlik HVN

130772840470-545800420600-800

R

1.04.56.01.7-2.23.53.64.8-5.5

HACİMSAL AZALMA, CfT?

1 " ' I

CAM

SAE 1018

Dutuk karbonlu olotımlı çalık

SAE »095

SAE 4140

27Cr D-D |

Ni-Cr B«yQi DO |

20Cr -2Mo M y n D.D. [

15Cr-3Mo D D. j

17Cr-l5 M D - 2 V t»yat D D.

% C onlar |

WC-Co tlntTJ

ı ı > ı 11I| 1 l

I1

~ı3

, ; , , , , , ı ,

• • l l . ' l 1

|

Şekil.12- Değişik gereçlerde göreceli sürtünme aşınması direnci

Metalbilim açısından önemli olan şudur : Çeliklerin iç yapılarında sert karbür ve nitrür gibi bileşiklerinyüksek oranlarda bulunuşu çeliğin aşınma direncini arttırır. Takım ve kalıp çeliklerinin iç yapılarında oluşansert karbürler onlara yüksek aşınma dirençlerini kazandırmaktadır. Yalnız, aşınma direncini yükselten sert kar-bürlerin salt içyapıda varoluşu yetmez; bunların en verimli etkiyi yaratabilmesi için karbür tanelerinin kUçük eşbüyüklükte ve eşdağılımlı olması gerekir.

Diğer yandan, makina yapı çeliklerinde aşınma direnci yüzey sertleşme yöntemleriyle artırılır. Bu yöntem-lerle çeliğin yüzeyinde martensitli ve karbürlü ya da nitrürlü bir katman oluşturulur. Karbonlama, nitrürleme, si-yanürleme, karbonnitrürleme, silisleme, metal kaplama, alevle sertleştirme, endüklemli sertleştirme yüzey sert-leştirme yöntemlerinin başlıcalarıdır. Bu yöntemlerle çeliklerden üretilen bilyalı ve makaralı yataklar, dişliler,kam milleri, civata ve somunlar, kalıplar ve takımlar yüzey sertleştirilir.

Yapımsal ÖzelliklerYapımsal özellikler, çeliklerin kullanım amaçlarına uygun olarak üretilecek parçaların, araç ve aygıtların,

yapıların yapım yöntemlerine ilişkin olan özellikleridir. Bunlar arasında en önemlilileri olarak dökülebilirlik, ta-laşlı işlenebilirlik, biçimlenebilirlik ve kaynaklanabilirlik sayılabilir. Çelik seçiminde öoemli olan hususlardanbiri de uygulanacak olan yapım yönteminin çelik açısından kolayca gerçekleştirilebilmesinde yatar. Bu nedenlebu özelliklere de kısaca ve metalbilimsel olarak değineceğiz.

DökülebilirlikDöküm yöntemi çok yaygın olarak kullanılan bir yapım yöntemidir. Fakat, her çelik kolaylıkla eritilip isteni-

len döküm parçası elde edilemez. Her çeliğin akışkanlığı ya da akıcılığı parça döküm üretimine elverişli değil-dir. Bazı çelikler katılaşınca çok fazla çeker ve çekim boşlukları yaratırlar. Örneğin, bir 41XX türü - %1 Cr, -%0.25 Mo içeren bir çelik ergitilip kolaylıkla istenilen biçimde dökülemez; döküm parçası gözenekli olur hattaçatlayabilir, işte, çeliklerin ve genelde metal ve alaşımların kolayca ve sorunsuz dökülebilmesi özelliklerine ve-

2-19

DEMİR VE ÇELİKrilen ad dökülebilirlik özelliğidir.

îşlenik çeliklerin standartlan dökümlük çeliklerin standartlarından farklıdır. Dökümlük çeliklerin, akışkan-lıklarını artırmak ve katılışmada çekim oranının azaltmak amacıyla, bileşimlerinde ayarlamalar yapılmıştır.Döküm için seçilecek çelikler dökümlük çelikler arasından seçilmelidir.

Talaşlı İşlenebilirlikTalaşlı işleme, yapım yöntemleri içinde çeliğin iç yapısına en yakından bağımlı bir yöntemdir. Talaşlı işle-

mede, hızlı çalışma ve talaş kırılması, düzgün bir işlenmiş yüzey ve uzun bir kalem ömrü amaçlanır. Talaşlıişlemede kesik ve kırık talaş oluşumu amaçlanır; uzun ve kesintisiz talaş oluşursa işlenen parçaya sarabilece-ğinden işlem sürdürülemez. Hem yüzey düzgünlüğü hem işleme maliyeti, kesik ve kırık talaş oluşumu ileolumlu yönde etilenir. Talaşlı işlenebilirlik özelliği, en düşük maliyetle en iyi yüzey düzgünlüğünü sağlayabil-me diye tanımlanabilir.

Talaşlı işlenebilirliği yüksek olan çeliklerde aranan iki temel özellikten ilki işleme sırasında kesik ve kırıktalaş oluşması; ikincisi ise çeliğin göreceli olarak yumuşak olmasıdır. Anayapısı (= matris) yumuşak fakat ikin-cil çökelti ve parçacıkları gevrek olan çelikler bu özelliği taşırlar. Düşük karbonlu çelikler göreceli olarak sert-likleri düşük olan çeliklerdir. Bunlara fosfor ve kükürt katımı ya da kurşun katımı yapılacak olursa istenen ta-laşlı işlenebilirlik değeriner ulaşılır. Özel katımlı bu tür çelikler otomat çelikleri ya da kalay işlenebilir çeliklerdiye bilinen çelik türünü oluşturur. Bunların yapılan içinde oluşan, örneğin, kükürt bileşikleri ya da kurşun par-çacıkları, talaşlı işleme sırasında kesik ve kırık talaş oluşumuna yol açar. Hem yalın karbonlu standart otomatçelikleri ve hem de alaşımlı çelikler ile paslanmaz çeliklerin özel olarak üretilen kolay işlenebilir türleri vardır.

KaynaklanabilirlikTüm metaller kendilerine kaynaklanabilir. Fakat, bir metalin başka bir metale kaynaklanabilmesi ve kaynak

tutsa bile kaynağın istenilen özellikleri taşıyıp taşımadığı bambaşka bir sorundur, işte, bir metalin diğer birmetale kaynak tutması ve kaynağın istenilen özellikleri taşıması kaynaklanabilirlik diye tanımlanabilir. Arı me-taller için geçerli olan bu tanım alaşımlar ve çelikler için de geçerlidir.

Kaynaklanabilirliği etkileyen en önemli etmen kimyasal bileşimdir. Kaynak yapılan alaşım, üzerine kaynak-lanan alaşım ile metalbilimsel açıdan çözünürlük sağlamalıdır. Denge çizgesi düşük çözünürlük gösteren du-rumlarda kaynak yapılamaz. Bunun sonucu olarak da kaynak çatlayabilir; gözenekli olur ya da aşırı kırılgandır.Çeliklerin kaynaklanabilirlik özelliğini düşüren etmenler arasında yüksek kükürt, paslı yüzey, yüzey karbonu vesu vermede sertleşme sağlayan alaşım elementleri sayılabilir. Yüksek kükürt özellikle kolay işelenebilir (= oto-mat) çeliklerin kaynaklanmasında sıcak gevreklik yarattığından sorun oluşturur. Karbon ile alaşım elementleri-nin yüksekliği ise soğuma sırasında martensit oluşumuna yol açtığından, kaynaklı bölgede kırılganlığı artırır,çatlama yapar. Bu son anılan tür kaynaklama sorunları, kayanaklanacak çeliğe bir önısıtma ile ardısıtma işlem-leri uygulayıp önlenebilir. Genellikle, karbon bileşeni %0.30 değerinin üzerinde olan çeliklere kaynaklama önce-si ve sonrası ısıtma uygulanmalıdır. Daha sonra değineceğimiz sertleşebilirlik özelliği arttıkça çeliğin kaynak-lanma sonrası çatlama olasılığı da artar. Bazı belirgin alaşım elementlerinin sertleşebilirlik özelliğini artıran,kaynaklanabilirlik özelliğini azaltan toplam etkileri karbon eşdeğeri olarak gösterilir. Aşağıdaki denklem buamaçla kullanılanlardan biridir.

K E = % c + % M n + % N L + % Ç r + % M o + % V :6 0.15 5 4 4

KE değeri arttıkça kaynaklanabilirlik de düşer. Yüksek Ke değeri, sertleşebilirliğin yüksek olduğunu göste-rir. Bu ise.daha yavaş soğumalarla martensit oluşabilecek demektir. Diğer yandan, bileşim içinde karbonun yük-sek olması sünekliğin düşük olduğunu ve çeliğin çok kırılgan olabileceğini gösterir. Her iki etmen de sonundakaynakta çatlamaya yol açacak niteliktedir. Her iki durumda da çatlama olasılığı önısıtma ve ardısıtma ile gide-rilebilir.

Kaynaklanabilirlik özelliği paslanmaz çeliklerde çok belirgini bir önem taşır. Paslanmaz çelikler ilk elde 3temel türe ayrılırlar : Yapılan ferrit olan ve ısıl işlemlerle evre dönüşümleri oluşturulamayan ferritli paslanmazçelikler, düşük kaynaklanabilirlik özelliği taşır. Bunun temel nedeni tane büyümesi ve sigma evresinin çökelimi-dir. Martensitli paslanmaz çelikler ise her yüksek karmbonlu yüksek alaşımlı çelikte karşılaşılan sorunlan taşır-lar. Kaynaklanabilirliği göreceli olarak en yüksek olan tür ise ostenitli paslanmaz çeliklerdir. Fakat bunlarda dakrom karbür çökelmeleri sonucu yenim direnci düştüğünden duyarlılaşma adı verilen bir olgu doğar. Bunu önle-mek için çok geniş çapta kaynaklanan bu çeliklerin düşük karbonlu (%C < % 0.03) ya da özel Ti, Nb vb. katı-lımlı türleri kullanılır.

2-20

DEMİR VE ÇELİK

Biçimlenebilirlik*Biçimlenebilirlik özelliği çelik sacların sıvama (= derin çekme) yöntemleriyle kolayca biçim alabilmesine ve-

rilen addır. Biçimleme işlemleri genel adı altında toplanabilen tüm, işlemelerde biçim verilen çelik sacın çatla-madan, yırtılmadan biçim alabilmesi istenir. Biçimlenebilirlik özelliği yüksek olan çelik saclar bu amaçla seçilir-ler.

Biçimlenebilirlik özelliğini belirlemek için kullanılan değişik deneyler vardır. Fakat SAE J863C standardın-da anlatılan deney bu özelliği evrensel biçimde tanımlayabilmektedir : Yeğinlik deneyi** diye de anılan bu bi-çimlenebilirlik deneyi uygulama bakımından da kolaydır. Denenecek çelik sacın üzerine elektro-kimyasal yön-temler ya da doğrudan boyamayla düzgün ve eşit biçimde dayireler çizilir. Sıvama işeminden sonra boyutdeğiştirmiş olan bu dayirelerin yeni boyutları ölçülür. Sıvama yönündeki gerinim £ı simgesiyle gösterilip büyükgerinim ve aynı düzlemde buna dik yöndeki gerinim de £2 simgesi ile gösterilip küçük gerinim adını alır.

Değişik yeğinlik (=şiddet) düzeylerinde uygulanan biçimleme deneyi sonunda ölçülen Eı ve £2 değerleri çizi-lecek olursa, yeğinlik eğrisi ya da diğer adıyla biçimleme kısın çizgisi (BKÇ)*** ve biçimleme kısıtı eğrisi(BKE)**** elde edilir. Bu eğriler her tür çelik sac için çıkarılabilir ve sıvama işlemlerinde belverme ya da yarıl-maya yol açacak gerinim değerlerinin elde edilmesine yarar.

SertleşebilirlikMetalbilimsel özelliklerin en başında hiç şüphesiz sertleşebilirlik gelir.

Sertleşebilirlik, bir çelikte su verme işlemi ile oluşturulan sertliğin yüzeyden içe doğru dağılım ve derinlikyaratma özelliğine verilen addır. Eğer yüzey sertliği derinlere dek inebiliyorsa bu tür çelikler derin sertleşen çe-likler; yüzey sertliği yalnızca yüzeyin hemen altındaki bir katman içinde kalıyor ve daha aşağılarda hızla düşü-yorsa sığ sertleşen çelikler den söz edilir. Sertleşebilirlik yüksek ise yüzey sertliği değerini yitirmeden yüzeydençeliğin merkezine doğru gider. Düşük sertleşebilirlik söz konusu olduğunda ise su verme sertliği yalnızca yüzey-de ve onun hemen altında oluşur fakat merkeze doğru inildikçe bu sertlik değeri hızla küçülür.

Burada önemli bir husus sertlik kavramı ile sertleşebilirlik kavramının birbirine kanştınlmamasıdır. Örne-ğin, suverme sertliği yüzeyde 45 HRC olan 20 mm çapında bir çelik çubuğun sertliği merkezde 40-42 HRÇ ara-sında kalabiliyorsa sertlik yüzeyden içeriye pek düşmemiş demektir. Bu olay, anılan çeliğin sertleşebilirliğininçok yüksek olduğunu gösterir. Halbuki, su verme sertliği yüzeyde 62 HRC olan bir çelikte sertlik 1-2 mm derin-de, diyelim 50 HRC ve 3-4 mm derinde 40 HRC değerlerine düşüyorsa bu çeliğin sertleşebilirliği düşüktür.

Dikkat edilirse yukarıdaki örnekte ilk çelik derin sertleşen çeliklere bir örnek, ikincisi ise sığ serteleşen çe-liklere bir örnektir, ilk çeliğin yüzey sertliği ikinciye oranla çok daha düşük olmasına karşın iki çeliğin sertleşe-bilirlik özellikleri sertlik özelliklerinin tam zıddı bir durumdadır. Buradan da anlaşılacağı gibi sertleşebilirlik,sertliğe doğrudan bağımlı değil fakat sertliğin derinlemesine dağılımı ile doğrudan ilişkilidir.

Isıl işlem uygulanacak olan çeliklerde amaç belli bir bölge ve derinlikte istenilen sertliği elde etmektir. Bunedenle ısıl işlemlik çeliklerin seçiminde en önemli etmen sertleşebilirlik özelliğidir.

Sertleşebilirlik Kuşakları : Burada sertleşebilirlik deneylerinin ayrıntısına ve tartışmasına girmeyeceğiz.Bunlar iki ayrı yayında incelenmektedir.***** Burada kısaca değineceğimiz, çeliklerin seçiminde kullanacak ol-duğumuz, uca su verme deneyi ya da kısaca Jominy deneyi dir. Anılan kaynaklarda uygulama yöntemleri anlatı-lan bu deney, belirli boyutlarda hazırlanan deney çubuğuna belirli koşullar altında yalnızca bir uçtan su vererekdeney çubuğu boyunca sertliğin değşimini saptamaya dayanmaktadır (Şekil.13). Tane büyüklüğü bilinen bir çeli-ğe böyle bir deney uygulandığında uçtan itibaren sertlik değerindeki değişim, serteleşebilirlik eğrisi olarak beli-

FormabilityServerity testForming limit diagram (FLD)Forming limit curve (FLC)SEGEM YAYINLARI:1. Demir Alaşımlarının Uygulamalı Optik Metalografisi-E. TEKÎN,2. Takım çeliklerinin Isıl işlemi- E. TEKİN.

2-21

»O 10 (O (

SOĞUMA HIZI7 0 0 "C DA Q C / t n

DEMİR VE ÇELİK

'Av/Z7?

# 2 5

ınç

çubuğu

T

,-eo

t 12.5 mm

70 60 50 40 30 20

SERTLİK, HRC

Şekil.13- Jominy Deneyi

Bu gibi eğriler belli tür bir çeliğin bir tek örneği üzerinden elde edilen eğrilerdir. Halbuki, bir standart çeliğindeğişik dökümlerinden çok sayıda deney çubuğu çıkarılacak ve bu deney yinelenecek olursa, değer sapmalarınınoluşturduğu bir sertleşebilirlik kuşağı elde edilir. İşte, çelikler, serteleşebilirlik özellikleri açısından karşılaştı-rılmak istendiğinde bu kuşaklar kullanılır.

4. BAŞLICA KULLANIM YERLERİ VE SEÇİMİ

DemirGri döküm içten yanmalı motor bloklarının, makina parçalarının, tarım aletlerinin, basınçsız ve basınçlı bo-

ruların, kapların, ingot kalıplarının, soba ve fırın parçalarının yapımında kullanılır.

Beyaz döküm, maden makinalarının aşınmaya dirençli parçalarının ve çelik hadde merdanelerinin yapımındakullanılır.

Sfero döküm ise korozyon direnci ile yüksek dayanımın ve sünekliğin birlikte istendiği makina parçalarınınyapımında kullanılır.

ÇelikKullanım alanı çeliğin uygulama koşullarını içerir. Belirli bir kullanım alanı için seçilecek çeliğin özellekle-

rinin uygulama koşullarını karşılayacak düzeylerde olması beklenir. Bazı uygulamalarda çelik, örneğin, çarpmayüklemesi, diğer bazılannda ise çevrimli yükleme altında çalışır, tikinde çeliğin tokluğu ikincisinde ise yorulmadirenci önemlidir. Bazı uygulamalarda aşınma direnci en önemli özellik durumundadır. Uygulama yüksek sıcak-lıklarda ise çeliğin sürünme özelliği önem kazanır. Tüm bunların dışında çelik yenimli (=korosif) bir ortamdaçalışıyor olabilir.

1. Çarpmalı (darbeli) uygulamalar için çelik seçimi:

- % C düşük olmalı,- Çeliğin bileşimi geçiş sıcaklığını düşüren elementlerden arındırılmalı ya da bunları en az düzeyde içer-

meli,- Özellikle Mn ve Ni uygulamaya bağımlı olarak belirlenmeli,- P ve S olabildiğince düşük düzeylerde tutulmalı,- Elverdiğince durgun çelikler kullanılmalı,- Haddeleme bitirme sıcaklığı 925°C üzerinde olmamalı,- Isıl işlem uygulanan çelikler %100 menevişli martensit ya da %100 beynit içermeli; karışık yapılardan

kaçınılmalı,- Meneviş gevrekleşmesi önlenmeli,- Tane küçülten her işlem yeğlenmelidir.

2-22

DEMİR VE ÇELİK

2. Titreşimli ya da çevrimli (cyclic) gerilim uygulamaları için çelik seçimi:

- Çeliğin sağlamlık ve temizlik düzeyleri yüksek olmalıdır. Çelik iç yapısı katışkı ve kalıntılar ile çatlak veboşluklardan ne denli arındırılmış olursa yorulma ömrü o denli uzun olacaktır. Çelik üretiminde gaz gi-derme ve özellikle de vakum altında gaz giderme bu bakımdan son derece yararlı ve gereklidir.

- Yüzeyi, olabildiğince ayna düzgünlüğünde olmalıdır.- Yüzeyde basma gerilimleri yaratan yüzey serteleştirme yöntemleri uygulanmalıdır.- Isıl işlem uygulanan çelikler içinde, en yüksek yorulma ömrüne ulaşmak için %100 menevişli martensit

içerenler yeğlenmelidir.- Yorulma uygulamaları için işlenen çelik parçalar haddeleme boyuna koşut çıkarılmalıdır : Boyuna yorul-

ma kısıtı enine yorulma kısıtından %25 e dek daha yüksek olabilmektedir. Çelik üretiminde kalsiyum üf-leme ya da diğer kalıntı denetimi sağlayan yöntemler uygulaması ile mekanik özelliklerde eşyönlülük artı-rılabilir.

ASTM A517 standardında verilen karbonlama çelikleri yorulma uygulamalarında en yaygın olarak kullamlı-lanlardandır.

3. Yüksek sıcaklık uygulamaları için çelik seçimi: Yüksek sıcaklık uygulamaları için kullanılan yalın kar-bonlu ve düşük alaşımlı çelikler ASME, ASTM, AISI ve AMS standartlarında belirtilmektedir. Amerikan Maki-na Mühendisleri Derneği (ASME) kazanlar ve basınçlı kaplar için bir dizi çelik standardı oluşturmuştur. Bunla-rın her biri çeliklerin bileşimleri ile mekanik özelliklerini kapsamaktadır. ASME standartları aynı konudakiASTM standartları ile eşdeğerdir. Ancak ASME standartları (SA) simgesiyle, ASTM standartları ise (A) simgesiile belirtilirler.

Bunlardan başka SAE tarafından özellikle uzay araçları sanayii için çıkarılan AMS standartları da (Aerospa-ce Material Specifications) yüksek sıcaklık uygulamaları için yüksek dayançlı çelikler önermektedir.

AISI, yüksek sıcaklık uygulamaları için kullanılabilecek çeliklere 6XX simgesini verir; örneğin 601, 602gibi. 610 simgesi Hl l sıcak iş çeliği için kullanılır.

Yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılacak parçaların tasarımında kısa süreli uygulamalar için en önemlimekanik özellikler çekme ve akma dayancı ile esneklik modülüdür. Bazı sıcak biçimleme işlemlerinde % alanküçülmesi ile basma özelliklerinin bilinmesi de yararlıdır.

Bileşim elementlerinin etkilerini belirlemek için çekme ve akma dayançlannın %60 değerine indiği sıcaklık-lar saptanır. Çekme dayancımn en yüksek kalabildiği krom oranı, %0.5-1.0 Mo içeren çeliklerde %2.25 Cr oldu-ğu açıkça görülmektedir.

Bu nedenle en yaygın kullanımı olan sürünme dirençli çeliklerden birinin bileşimi %2.25 Cr + %1.0 Moiçermektedir. 2 1/2 Cr + 1 Mo çeliği diye anılan bu çelik tüm sürünme dirençli çeliklerin karşılaştırıldığı örnekçelik durumuna gelmiştir.

4. Aşınmaya dirençli çelik seçimi: Birçok durumda bir tek tür yerine birkaç tür aşınma birden etkili olabilir.Bir gerecin ve özellikle bir çeliğin aşınması laboratuvar koşullarında denenebilir. Fakat, en gerçekçi değerlen-dirme gerçek uygulama koşullarında yapılan denemelerden çıkarılan sonuçlarla olabilir. Laboratuvar koşullanaltında elde edilene sonuçlar şöyle bir sıralamaya sokulabilir :

Çelik Türü Hacim Azalması, cm3

SAE 1018 0.10

SAE 1095 0.07 (0.03)

SAE 4140 0.02

15 Cr - 3 Mo kır döküm 0.002

B4C (sinter) 0.001

WC - Co (sinter) 0.0009

2-23

DEMİR VE ÇELİK

Türlü aşınma deneyleri sonucunda, genel bir yaklaşunla,değişik demir temelli alaşımlar arasında aşınmadirencine göre azdan çoğa şöyle bir sıralama yapmak olasıdır. :

1. Alaşımsız kır dökme demirler,

2. Ni - Cr alaşımlı kır dökme demirler (ısıl işlemsiz),

3. Kaba perlitli yüksek karbonlu çelikler,

4. Ostenitli Hadfield çeliği,

5. İnce perlitli yüksek karbonlu çelik,

6. Perlit yapılı alaşımlı çelikler,

7. Alaşımlı yüksek karbonlu martensitli çelikler,

8. Martensitli Ni - Cr alaşımlı çelik, kır dökme demirler,

9. Martensitli Cr - Mo alaşımlı kır dökme demirler,

10. Martensitli Cr - Mo - V alaşımlı kır dökme demirler.

Aşınma olgusunun bir sorun olarak ortaya çıktığı durumlarda çeliğin aşınma direncine göre seçilmesi, ya dayüzey sertleştirme / ısıl işlem uygulaması gerekir. Koşullar elverdiği ölçüde seçilen çelik ya da olası çeliklerkullanılarak aşınma uygulaması denemeleri yapılıp son karar ona göre verilmelidir. Fakat bu yapılmaz ise bazıtemel ilkeler göz önünde tutularak seçim yapılabilir :

Düşük karbonlu (< % 0.3 C) çelikler aşınma direncinin gerekli olduğu uygulamalar için seçilmezler. Kulla-nılmaları kaçınılmaz ise yüzey sertleştirmesi ya da sert krom gibi yüzey kaplama işlemlerinin uygulanmsı gere-kir. Şaft olarak kullanılmaları durumunda tunç ya da babbitt gibi yatak gereçleri ile birlikte kullanılırlar.

Aşınma direncine göre çelik seçimi yapıldığında çeliğin % C düzeyi çok önemlidir. Aşınma direnci çeliğinsertilği ile arttığından, yüksek karbon oranı aşınma direncini yansıtan sertlik değerini arttırdığı için önemlidir.Bir çeliğin ulaşabileceği en yüksek sertlik, onun bileşimindeki % C ile iç yapısında oluşturulan martensit oranı-na bağlıdır.

Karbonlama gibi bir yüzey sertleştirme işlemi uygulanmadığı sürece, belirli bir çeliğin yapımda oluşan mar-tensit bir sıfıraltı işlemi ile artırılabilir. Bu yöntemlerle çeliğin aşınma direnci yükseltilebilir. Ancak, burada uy-gulamaya ilişkin önemli bir konu vardır : Martensit yarı dengeli bir evre olduğundan kolayca ayrışabilir. Bu ne-denle, menevişlenmeden kullanıldığında su verilmiş çelik yüksek sıcaklıklarda ya da sürtünme ısısının, parçasıcaklığını 200°C üzerine çıkardığı uygulamalarda kullanılmamalıdır. Ayrıca, taşlama işlemi gibi işlemlerinuygulandığı durumlarda da su verilmiş çeliğin menevişlenme ve yumuşama olasılığı vardır.

5. İşlenebilirlik açısından çelik seçimi : Kolay işlenebilir çeliklerin bileşimlerindeki % Mn, tüm kükürdüMnS olarak bağlayabilecek kadar yüksek olmalıdır. Bu sülfür kalıntılar uzun ve süreli talaş oluşumu yerinekırık ve kesik talaş oluşumuna yol açarak talaşlı işlenebilirliği artırır. Doğal olarak bu çeliklerin fiyatları kar-bon çeliklerinin fiyatlarından daha yüksektir. Bu nedenle, bunlar seçilirken ödenecek olan yüksek fiyat düşük iş-leme maliyeti ile dengelenebilmelidir. Genellikle, %10 oranından daha az talaş kaldırılan işlemler için bu çelik-lerin seçimi ekonomik olmaz. Talaş kaldırma %20 oranını geçtiğinde bu çelikler kullanılabilir.

Fosfor katılımının yarattığı etki daha başkadır : Fosfor, ferrit içinde çözündüğünde onu gevrekleştirir vekolay kırılmasını sağlar. Ancak, çok yüksek oranlarda fosfor zararlı duruma girer. Bazı özel durumlarda selen-yum ve teluryum katılımlarıyla da kolay işlenebilir çelikler üretilir. Bunlar genellikle kükürt ile birlikte katılırlarve oluşan sülfür kalıntıların yuvarlak biçimde kalmalarını sağlarlar.

Kurşunlu kolay işlenebilir çelikler ise %0.15 - 0.35 Pb katılımlarıyla üretilirler. Kurşun, demirde çözünme-diğinden ayrı parçacıklar oluşturur ve genellikle de sülfür kalıntılann yakınında ve çevresinde bulunurlar.

Son yıllarda bizmut katımlı kolay işlenebilir çelikler üretilmeğe başlanmıştır. Bunların kolay işlenebilirlik-lerinin oldukça yüksek olduğu bildirilmektedir.

En çok kullanılan kolay işlenebilir SAE çeliklerinin talaşlı işlenebilirlikleri aşağıya çıkarılmıştır :

2-24

Simge

DEMİR VE ÇELİK

Talaşlı Işlenebilirlik % Sertlik, HB

1117

1137

1140

1144

1151

1212

121512L14

12L14*

90

70

70

80

65

100

136

160

295

137

197

170

217

207

163

137

* Bi - Se ya da Te katılımlı

DİN 1651 standardında verilen kolay işlenebilir çelikler Çizelge.4 de gösterilmiştir.

Çizelge.4- DİN Kolay İşlenebilir Çelikleri (Otomat Çelikleri)

DİN 1651 D Ö K Ü M A N A L İ Z İ

ÇELİKSİMGESİ

GEREÇSAYISI

EURONORM87

ISO.DR1364 Si Mu Pb

9 S 209 SMn 289 SMnPb289 SMn 369 SMnPb 36

ISIL İŞLEM UYGULANMAYANLAR

1.07111.07151.07181.07361.0737

10 S 2211 SMn 2811 SMnPb2812 SMn 3512 SMnPb 35

122Pb33Pb

<0.13<0.14<0.14<0.15<0.15

<0.05<0.05S 0.05<0.05<0.05

0.60-1200.90-1.300.90-1.301.00-1.501.00-1.50

0.1000.1000.1000.1000.100

0.18-0.250.24-0.320.24-0.320.32-0.400.32-0.40

—0.15-0.30

0.15-0.30

KARBONLAMA İŞLEMİ UYGULANANLAR

10 S 2010 SPb20

1.07211.0722

10 S 2010 SPb 20

44Pb

0.07-0.130.07-0.13

0.10-1.400.10-0.40

0.5O-.0900.50-0.90

0.0600.060

0.15-0.250.15-0.25 0.15-0.30

ISIL İŞLEM UYGULANANLAR

35 S 2045 S 2060 S 20

1.07261.07271.0728

35 S 2045 S 2060 S 20

710

0.32-0.390.42-0.50

1

0.57-0.65

0.10-0.400.10-0.400.10-0.40

0.50-0.900.50-0.900.50-0.90

0.0600.0600.060

0.15-0.250.15-0.250.15-0.25

Bu çeliklere ilişkin mekanik özellik değerleri de Çizelge.5 de verilmiştir.

6. Cıvata, somun vb. bağlantı parçaları için çelik seçimi: Civata, somun vb. bağlantı parçalan geniş bir bi-çimde SAE standartlarında kapsanmaktadır. Çelikten yapılmış civata, somun vb. bağlantı parçalarını kapsayanSAE standartları şunlardır :

SAESAESAESAESAESAE

JJJJJJ

SAEJSAE JSAEJ

429 h82995 c1102430933 c78 b811061 a

2-25

DEMİR VE ÇELİK

Cıvata için seçilecek çeliklerde önemli olan, dayanç düzeyinin tutmasıdır; çeliğin bileşimi ikinci derecedeönem taşır. Civatanın çapı arttıkça önem kazanan diğer bir özellik de sertleşebilirlik özelliği olur. Bu nedenle,dayanç düzeyi yüksek istenen civatalar için düşük alaşımlı çelikler seçilir.

Civataların çoğu, soğuk ya da sıcak başezme (=şişme) yöntemiyle üretilirler. Yapılarındaki sülfürlerdenötürü kolay işlenebilir çelikler (=otomat çelikleri) sıcak işlemlere gelmez ve yanlırlar. Bu nedenle, sıcak şişir-me ile üretilecek civatalar için bu çelikler seçilmezler. Civataların çok az bir bölümü çubuklardan doğrudan işle-nerek çıkarılırlar. Bu gibi durumlarda kolay işlenebilir çelikler seçilebilir.

ilgili DİN standardı, yalnızca soğuk işlemler uygulamasıyla üretilecek civata türü beşezmeli (=şişirmeli)çelik ürünleri için DİN 1656 standardı çelikler önermektedir. DİN 1654/2 ısıl işlem uygulanmayacak karbonluçelikleri kapsamaktadır. Bunlar en çok %0.40 P ve S içeren, ayrıca silis oranı %0.10 Si değerinden az olan top-lam %0.02 Al içeren çeliklerdir. Aşağıda kısaca özetlenmişlerdir (Çizelge.5).

Çizelge.5- DİN 1654/2 Standardı Civata Yapımına UygunIsıl İşlenişiz Kullanılan Çelikler

Normalleme, Uygulanmış ÇeliğinMekanik Özellikleri

DİNGEREÇ

SİMGE SAYISI %C

En Az ÇekmeAkma Dayancı Dayancı

% M Ü MPa MPak Uzama ISO-VEn Az En Az

Q St 32-3

Q St 34-3

Q St 36-3

Q St 38-3

1.0303

1.0213

1.0214

1.0234

0.06

0.05-0.10

0.06-0.13

0.10-0.18

0.20-0.40

0.20-0.40

0.25-0.45

0.25-0.45

170

180

200

220

290-400

310-420

320-430

360-460

30

30

30

25

27J

27J

27J

27J

Diğer yandan, DİN 1654/2 ise su verilip menevişleme uygulanarak kullanılacak soğuk şişirmeli civata çelik-lerini borlu ve borsuz olarak iki ayrı bölümde vermektedir (Çizelge.6).

Çizelge.6- DİN 1654/2 Standardı Su Verilip MenevişlenecekSoğuk Şişirmeli Civata Çelikleri

BORSUZ ÇELİKLER

SİMGE DİN GEREÇ SAYISI

. BORLU ÇELİKLER

SİMGE DİN GEREÇ SAYISI

Cq22Cq35Cq45

38Cr246Cr234Cr437Cr4

41Cr425 Cr Mo 434 Cr Mo 442 Cr Mo 434 Cr Ni Mo 630 Cr Ni Mo 8

.1152

.1172

1.1192.7003

1.70061.70331.70341.70351.72181.72201.72251.65821.6580

22B228B235B2

1.5508

1.5510

1.5511

2-26

DEMİR VE ÇELİK

Yukarıda verilen çeliklerin bileşim ve mekanik özellik ayrıntıları anılan standartlara başvurularak çıkarıla-bilir.

ASTM standartlarından ASTM A 193 bir dizi farklı dayanç düzeyleri için çelikler önermektedir. Özellikle450°C, 650°C sıcaklık aralıklarında kullanılacak civata vb. bağlantı parçaları için önerilen çelikler, genellikledüşük alaşımlı Cr-Mo y ada Cr-Mo-V türü çeliklerdir. Yenim direnci gerekli olan uygulamalar için de 422 pas-lanmaz çelikler önerilmektedir.

7. Yaylar için Çelik Seçimi

Yaylık A1SI/SAE Çelikleri

Soğuk sarılmış yaylar : Bunlar için seçilen çeliklerin karbonu diğerlerine oranla daha yüksektir; yüzey düz-günlüğü daha yüksek ve daha fazla soğuk işlem görmüş durumdadırlar.

Soğuk biçimlenmiş yassı yaylar için seçilen çeliklerin karbon ve mangan aralıkları sıcak sarılmış olanlardangenellikle daha dardır.

Soğuk işlemlerle biçimlenen yaylar için kullanılan çelikler ve özellikleri Çizelge.7 de özetlenmiştir. Bu çi-zelge yüksek sıcaklık uygulamalarını kapsamamaktadır. ASTM 313 standardı yaylar için 650°C sıcaklığa dekdayanıklı paslanmaz çelikleri içermektedir.

Yay çeliklerinin sertlik ve çekme dayançları kesit kalınlığına bağlı olarak değişir. Değişik kalınlıklarda eşitdeğerde mekanik özellikler karbon yüzdesini ayarlayarak elde edilebilir, Yay çeliğinin sertliği şerit kalınlığıdüştükçe artar.

Yaprak yaylarda kullanılan 1050, 1074 ve 1095 gibi çelikler biçimlemeleri zor ise, önce tavlı ve yumuşakdurumda iken biçimlenir ve sonra su verilip menevişlenirler. Özellikle ötektoidüstü karbon çeliği (1095) gerekenen kısa sürelerle ostenitlenirler; yapılarındaki tüm karbürlerin çözünmesi sağlanmaya çalışılmaz. Önemli olanince karbür dağılımlı menevişli yapıyı sağlamaktır. Bundan da önemlisi bu çeliklerin ısıl işlemleri sonucu yü-zeylerinde oluşabilecek karbonsuzlaşma olabildiğince önlenmelidir; ısıl işlem görmüş yayların karbonsuzlaş-ma derinliği devingen (=dinamik) yük uygulamalarında yorulma dayancını azalttığı için çok önemlidir. Benzernedenlerle yayların yüzey raspalaması yorulma dayançlarını artırmak için uygulanır. Burada dikkat edilmesi ge-reken husus hem iç ve hem de dış yüzeylerin raspalanması gereğidir.

Sıcak sarılmış yaylar : Bu tür yapılan yaylar soğuk sarılmış yaylardan genellikle daha büyüktür. Bu nedenlede ısıl işlemlerden elde edilecek sonuçlar kesit alanlarına bağlıdır. Sıcak sarılmış yaylar için kullanılan çeliklersertleşebilirlik özelliklerine göre seçilirler.

1070 ve 1095 gibi %0.70 - 1.0 C arasında karbon içeren çelikler hem durgun (=statik) ve hem de devingen(=dinamik) yüklemeler için kullanılan küçük boydaki ya da düşük gerilimli uygulamalardaki sıcak sarılmış yay-lar için çok kullanılırlar. Bu gibi uygulamalarda yüksek sertleşebilirlik gerekmediğinden karbon çelikleri kulla-nılır. Fakat, sıcak sarılmış büyük yaylar için sertleşebilirlik daha bir önem kazanır. 825°C gibi sıcaklıklardanyağda su verilen %0.50 - 0.65 C içeren alaşımlı çeliklerin birçoğunda tam kesit merkezinden en az 50 HRC sert-lik ve yüzeyde ise 60 HRC değerine ulaşabilmesi istenir. Menevişleme ancak bundan sonra uygulanır. Genellik-le gerilim düzeyi, durağan yüklemelrde 950 MHa ve devingen yüklemelrde 825 MPa düzeyinin üzerinde ise sert-leşebilirlik için merkezde en az 50 HRC değeri aranır. Daha düşük gerilim düzeylerinde ise 45 HRC ve dahadüşük değerlere inilebilir.

Sıcak sarılmış yaylar sıcak haddelenmiş çelik çubuklardan üretildiklerinden yüzey düzgünlükleri ve karbon-suzlaşma durumları kötüdür; bu nedenle de bu yayların yüzeylerine özen gösterilmesi gerekir. Bunlarda karşıla-şılan karbonsuzlaşma derinlikleri 0.13 - 0.38 mm arasındadır; yüzey düzgünsüzlükleri ise genellikle 0.25 mmderinlik altında kabul edilmez.

Yaprak yaylar: Bu tür yaylar en geniş uygulama alanını otomotiv sanayiinde bulurlar. Bunlar için çelik seçi-mindeki temel özellik sertleşebilirlik özelliğidir. Su verildiklerinde, çelik lamanın kalınlığı boyunca tam olarakmartensit oluşumu sağlanmalıdır. Bu, yorulma dayancını en yüksek düzeyde tutabilmek için gereklidir.

Bu tür yaylar için en çok kullanılan çelikler şunlardır : 9260, 4068, 4161, 6150, 8660, 5160, 5160H, 51B60.

Yaylık DİN Çelikleri: Su verilip menevişlenen yaylar için kullanılan sıcak haddelenmiş çelikler DİN 17221standardında kapsanmaktadır. Eşdeğer iki diğer standart Euronorm 89 - 71 ve ISO/DIS 683/XIV 1972 standartla-

2-27

Soğuk ÇekilmişÇelik ürün

TELLERYüksek karbonluçelikler

AlaşımlıÇelikler

ŞERİTLER

KarbonluÇelikler

AlaşımlıÇelikler

Standart

ASTM A 228müzik teliASTM A 227sert çekilmiş

ASTM A 679Yüksek çekme da-yançh sertçekilmiş

ASTM A 229Yağda meneviş-lenmişASTM A 230Karbonlu valfyayları nitelikliASTM A 231

A 232Cr +VASTM A 401Cr +Si

ASTM A 682Orta karbonluASTM A 682

ASTM A 682Yüksek karbonlu

AMS 6455Cr+V

Cr +Si

% Bileşim

C: 0.70—1.00Mn:0.20 --0.U0C: 0.45 — 0.«f>Mn:0.30 — 1.30

C: 0.65—1.00Mn:0.20 — 1.30

C: 0.55-0.85Mn:0.30 — 1.20

C: 0.60-0.75Mn: 0.60-0.90

C: 0.48-0.53Cr: 0.80 — 1.10V: 0.15

C: 0.51-0.59Cr: 0.60-0.80Si: 1.20 — 1.60

1050

1074

1095

C: 0 .48-0 53Cr: 0.80 — 1.10V: 0.15

9254

Çekme özelikleri

Esneklik Çek-me Dayancı(Ml'a)

ır.no 27 50

1)1(111) l ' J 5 0

11) 1 ISO 2 2 3 0

ir.-ıo 2410

1)1140 -202011) 1320--2330

1480 - 1650

1310-2070

1620 - 2070

1100 - 1930(menevişli)

1100 - 2210(menevişli)

1240 - 2340(menevişli)

1380 - 1720

1720-2240

EsneklikKatsayısı.

(MPa)

210

210

210

210

210

210

210

210

210

210

210

BuruimazlıkKatsayısı

(GPa)

80

80

80

80

80

80

80

—

_

—

—

Sertlik(HRC)

41 - 6 0

31 - 52

41-60

42-55

45-49

41-55

48 — 55

38 — 50(menevişli)

38 - 50(menevişli)

40 — 52(menevişli)

42-48

47 - 51

En YüksekKullan ı/nSıcaklığı

(°C)

120

1 2 0

120

Uygulama

Yüksek nitelikliyaylarUrta düzeydekigerilimi**

Yüktek nküliU;yaylar

120 'Yapım öîicfc^ı ı.- :

12ü

220

245

120

120

120

220

245

i Iti-a üyga'la.ıt/:genel amaçlı \d.yiâ<'

Yapım on^-t t ı-.,iişlem; yiiii*-jvdüzgürJcığii

\i*piin oncfeisi I.,LisltiV.; (,-axprna yÜKi e i i n e JLÜJCŞJ

Y a p a n >J'AI\JÜ, ısı

işium; ca. ^i-iâ yükleriıiö karsj

YatMij yay Ur \-.,r> *-.,yaygım kuij^a.-.ı

YüKyek g«i'üî:;U(

üfâüı'n ÖUCCII ısıl

mei*;niie i^arşı.

Yap»m oac-Jbi ı»ıiişie/n; çarpma yukîe-mbiiiime karşı. j

•nre

Ire" O

IIu5" Cfl

H

>

vı

î

DEMİR VE ÇELİK

ndır. Yaylar için soğuk haddelenmiş çelik şeritler DİN 17222; alaşımsız çelikten çekme teller DİN 17223/1 vemenevişlenmiş alaşımsız çelik teller DİN 17223/2; yaylık paslanmaz çelik tel ve şeritler DİN 17225; yaylıkyüksek sıcaklık çelikleri ise DİN 17225 standartlarında İcapsanmaktadır.

DİN 17221 standardının kapsadığı ve en yaygın olarak kullanılan sıcak haddelenmiş yay çelikleri Çizelge.8de gösterilmiştir.

%

Simgesi

38 Si 7

51 Si 7

60 SiCr7

55Cr3

50 CrV 4

51 CrMoV

K İ M

GereçSayısı

1.0970

1.0903

1.0961

1.7176

1.8159

1.7701

Çizelge.8- DİN 17221 Standardı Sıcak Haddelenmiş

Y A S A ]

C

0.35/0.42

0.47/0.55

0.55/0.65

0.52/0.59

0.47/0.55

0.48/0.56

L B İ L

Si

1.5/1.8

1.5/1.8

1.5/1.8

0.15/0.40

0.15/0.40

9.15/0.40

E Ş İ M

Mh

0.50/0.80

0.50/0.80

0.70/1.00

0.70/1.00

0.70/1.10

0.70/0.10

( D

" m a x

0.045

0.045

0.045

0.035

0.035

0.035

Ö K Ü

smM

0.045

0.045

0.045

0.035

0.035

0.035

Yay Çelikleri

M A N A L İ Z İ )

Cr V Mo

— — —

0.20/0.40

0.60/0.90

0.90/1.20 0.10/0.20

0.90/. 12 0.07/0.12 0.15/0.25

8. Dişliler için çelik seçimi: Gerçekte, bir dişli herhangi tür çelikten yapılabilir. Hemen tüm dişlilerde aranı-lan iki temel özellik yüksek aşınma direnci ile yorulma dayancıdır. Aşınma direncini sağlamak için en uygunçözüm olarak yüzey sertleştirmesi ve yorulma dayananın yüksek olmasını sağlamak amacıyla da genellikledüşük karbonlu çelikler seçilir. Her iki özelliği birlikte sağlamak amacıyla karbonluma, nitrürleme ve karbonit-rürleme işlemlerine uygun çelikler ile indüklemli ya da alevli yüzey sertleştirmesine uygun orta ve yüksek kar-bonlu çelikler dişli yapımına en uygun çe-Mkler olarak kulanılırlar.

Dişli çeliklerinde kimyasal bileşim, sertleşebilirlik, iç yapı temizliği ve sağlamlığı, aranan en önemli özel-liklerdir.

Otomotiv sanayiinde dişli yapımında en çok kullanılan AISI / SAE alaşım çelikleri şunlardır :

4046

4118*; 4140*4320; 4320*46264820

5140*; 5140*

8115

8617, 8620, 8622, 8640

8720

8822*

Bunlar arasında (*) simgeli olanlar modern otomotiv sanayiinde en yaygın kullanılan dişli çelikleridir. Buçeliklerin düşük karbonlu olanlarına karbonlama işlemi uygulanır; orta karbonlu olanlarından 4140 ve 4340 nit-rürleme 5140 ve 8640 karbonitrürleme ve 5150 de indüklemli yüzey işlemiyle sertleştirilir.

Alaşım çeliklerinin dışında ayrıca karbonlu çelikler de kullanılmaktadır. Bunlar arasında 1022, 1522 ve1524 türlerine karbonlama ve ardından indüklemli sertleştirme uygulanır. 1030 çeliği ise karbonitrürlenir.

Karbonlu çeliklerin bileşimlerinde bor bulunan türleri setleşebilirlik özelliği açısından daha güvenilir sonuç-lar verdiğinden son 15 yılda çok yaygınlık kazanmış durumdadır. Bunların düşük karbonlu olanları 10B16,10B18, 10B20, 10B26 türlerini ve orta karbonlu olanları ise; 10B30, 10B35, 10B40, 10B46, 10B48 türlerini içer-mektedir.

DİN 17210 standardı karbonlama çeliklerini nitelikli çelikler ve yüksek nitelikli çelikler diye 2 ayrı gruptavermektedir. Nitelikli olanlarda fosfor ve kükürt en çok %0.045; yüksek nitelikli olanlarda ise %0.035 düzeyin-dedir.

2-29

to

O

ÇEL

SİMGE

U H I

H l

HM

17Mn4

19Mn6

15Mo3

13CrMo4 4

10CriMo9 10

K

GEREÇSAYISI

1.0348

1.0345

1.0425

1.0481

1.0473

1.5416

1.7335

1.7380

C

< 0,14

<0.16

<0.20

0,14to0,20

0,15to0,22

0.12to0,20

0,08to0,18

0,06to0,15

Si

< 0,35

<0,35

<0.40

O,30to0,60

0,10to0,35

0,10to0,35

îSO.50

U n

0,20to0,80

0,40lo1.20

0.50to1,30

0.90to1.40

1,00to1.60

0.40to0,90

0.40toT,00

0,40to0,70

P

0.035

0.035

0,035

0,035

0.035

0,035

0.035

0,035

S

ma».

0.030

0,030

0.030

0.030

0,030

0.030

0.030

0.030

—

> 0.020

2 0,020

> 0.020

> 0.020

3 )

3 >

3 |

DÖKOH

Cr

< 0.30')

< 0,25'). *|

< 0,25'I,2)

< 0.25'). 2)

< 0,25'). 2)

< 0.25')

0,70to1.10

2,00to2.50

4 ANALİZİ

Cu

max.

0.30'). 2)

0,30'). J)

0,30'),')

0.30'|

0.30')

0,30')

0,30')

Mo

< 0,10'),')

< 0.10').')

< 0.10'l,2)

< 0.10'). 2)

0.25to0.35

0.40to0,60

0,90to1,10

Nb

-

0,01')

0,01')

0,01')

0,01')

Ni

—

0.30'),'I

0.30'I.')

0.30'). 2)

0.30'). 2)

0,30')

Ti

0,03')

0,031)

0.031)

0,03')

V

m»x.

0,03')

0,03')

0.03')

0,03')

«o

I5S«II o

3»3

1. Bu değerlere uyma denetimi yöntemi anlaşmaya bağlıdır.2. Cr, Cu, Mo ve Ni yüzdeleri toplamı % 0.70 değerini geçemez.3. Dökümün % Al değeri saptanıp, belgede (döküm sertifikası) belirtilmelidir.

ÇEUİK

SİMGE

UH 1

H 1

H l l

17Mn4

19Mn6

1SMo3

13 CrMo 4 4

10 CrMo 9 10

GEREÇSAYISI

1.0348

1.0345

1.0425

1.0481

1.0473

1.5415

1.7335

1.7380

< 1 6

195

235

265

290

355

275^)

300

310

ÜST A

> 16to

<40

185

225

255

285

345

270

295

300

EN AZ«MA GE

R e H < «

>40,<°

^ 6 0

N/mm2

175

215

245

280

335

260

295

290

R İLİ Mİ

> 60to

•i ıoo

-

200

215

255

315

240

275

270

> 100to

^ 1 5 0

-

185

200

230

295

220

255

250

Çl

ÇELİK

<60

280 to 400

360 to 480

410 to 530

460 to 580

510 to 650

440 to 590

440 to 590

480 to 630

; K M € D A Y A NR m

ÜRÜNÜN KA

> 60to

^ 100

N/mm2

-

360 to 480

410 to 530

450 to 570

490 to 630

430 to 580

430 to 580

cı

-INLIÖI, mm

>100to

< 150

-

350 to 480

400 to 530

440 to 570

480 tq 630

420 to 570

420 to 570

460 to 63Ü i 450 to 630

% UZ

1-0 =

<60

<)

25

24

22

21

20

20

20

18

AMA

5d 0

> 60to

£150

-

23

21

20

20

19

19

17

Ç'

< 6 0

atC

-

31

31

31

31

-

-

-

İSO V - (\ R P M A L

> 60to

S 150

°C

i

-

31

31

31

31

-

-

-

;'.'Nrıi\> i Y"AN(

< 60

at +

-

-

-

31

31

31

J

> t'.. •to

< 1 S-.,

^o °c

j

-

-

-

27

27

27

(1) 150 mm'den daha kaim olanların değerleri için sipariş anında anlaşma gereklidir.(2) Keıin bir akma noktan görülmeyen durumlarda, belirtilen değerler % 0.2 öteleme gerilim! olarak alınmalıdır.(3) Bu değer yalnızca kalınlığın < 1 0 mm olduğu durumlarda geçerlidir.(4) üç deney sonucunun ortalaman.

•O

I9gz

in

İ öo. &.

İ P55

I

i

DEMİR VE ÇELİK

Çizelge.ll- DİN 17155 Standardı Kazan Saclarının Sürünme Özellikleri

ÇELİKSİMGESİ

H l

M )l

17Mn4

19Mn6

15Mo3

13ClMo44

10CrMo9 10

SICAKLIK

°c3803904004104204304404504604704 8 0

3803904004104204304 4 0450460470480490500

4504604704 8 0490500510520530

450460470480490500510520530540550560570

450460470480490500510520530540550560570580590600

% 1 SÜRELİAKMA DAYANCı'2'

10.000 M«tN/mm»

164150136124113101

9180726253

195182167150135120107938371635549

216199182166149132115

9984

245228210193173157139122106

90766453

240219200180163147132119107

94837365575044

10.000 a ı lN/mm»

118106

958473655749423530

153137118105

928069595144383329

167146126107

8973594636

191172152133116

9883705746363024

166155145130116103

90786 858494135302622

SÜRÜNME DAYANCI(3)

10.000 MatN/mm»

229211191174158142127113100

8675

291266243221200180161143126110

968474

298273247222196171147125102

370348328304273239209179154129109

9176

306286264241219196176156138122108

9f>85756861

100.000 uat

N/mm»

165148132118103

917969595042

227203179157136117100857363554741

245209174143117

93745947

285251220190163137116

947861494033

2212051881701-J21.15118103

9078685851443834

200.000 u«N/mm»

145129115101

39786757484033

206181157135115

9782706052443730

228189153121

9675574536

260226195167139115

96766250393226

201186169152130120105

917968585043373228

(1) Bu çizelgedeki dayanç değerleri uzun süreli sürünme olgusu için elde edilen değerlerin ortalamalarınıvermektedir. Bu değerlerin en düşüğü ortalama değerden % 20 daha düşük varsayılabilir.

(2) Bu, 10.000 ya da 100.000 saatlik bir uygulama sonuna:

(= deformasyon) veren gerilimdir.(3) Belirtilen ürelerde kopmaya yolaçan gerilim.

kesil alanına ilişkin % 1 kalıcı bozunum

<İ A

2-32

DEMİR VE ÇELİK

9. Kazan Sacları İçin Çelik SeçimiKazan sacları: ASTM standartları arasında doğrudan ve yalnızca kazan saclarını kapsayan bir standart yok-

tur. Ancak, daha önceki bölümlerde örnekleri verildiği gibi, çelik levha ve sacları kapsayan bir dizi standart var-dır.

DİN 17155 standardı Sürünme Dirençli Levha ve Şerit başlığı altında buhar kazanları, basınçlı borularınüretiminde kullanılmaya uygun standart çelikleri vermektedir. Bunlar alaşımlı ve alaşımsız olmak üzere iki altbölümde toplanmaktadır.

Bu saclar, son ikisi dışında, normalleme ısıl işlemi uygulanmış durumda; 13 CrMo 4 4 ve 10 CrMo 9 10 isehavada sertleştirilip menevişlenmiş durumda üreticiden çıkarlar. Kaynar çeliklerin azot oram en çok % 0.008 N,durgun çeliklerin ise % 0.010 N olarak verilmiştir.

Kazan saclarının kimyasal bileşimleri Çizelge.9 da verilmiştir. Bunların genel mekanik özellikleri Çizel-ge.10 da, sürünme özellikleri ise Çizelge. 11 de verilmiştir.

Gemi Sacları : ASTM A 131 standardı gemi yapımı için kullanılacak sacları da içeren yapı çeliklerini ver-mektedir. Genellikle gemi yapımında kullanılan sacların kalınlığı 50.8 mm yi geçmez.

Gemi sacları bu standarda uygun olarak alındığında yüzey bozuklukları giderilme zorunluluğu doğarsa,sacın kalınlığı %20 değerinden daha fazla incelmemelidir.

Kalınlığı 12.7 mm ve altında olan saclar dışındakiler kaynar çelik olarak üretilmezler.ASTM A 131 standart gemi sacları 3 ayrı nitelik düzeyinde üretilirler : Olağan dayançlılar ile 2 ayrı bölüm-

den oluşan yüksek dayançlılar. Olağan dayançlı gemi saclarının bileşimleri Çizelge. 12 de mekanik özellikleriÇizelge. 13 de gösterilmiştir :

Element

% C max

%Mn

%Pmax

%Smax

%Sİ

Çizelge. 12- Olağan Dayançlı Gemi

A

0.23

= 2.5 x % C

0.05

0.05

—-

Çizelge.13- Olağan

Çekme Dayancı

En Az Akma Dayancı

En Az % Uzama (50 mm)

Çizelge.14- Yüksek

Çelik Türü

Çekme Dayancı

En

En

Az Akma Dayancı

Az % Uzama (50 mm)

i Sacları

% BİLEŞİM

B ve D

0.21

0.70-1.40

0.04

0.04

0.35

Dayançlı Gemi Saclarının

Dayançlı Gemi Saclarının

AH32; DH32; EH32

470 - 585 MPa

315 MPa

22

E

0.18

0.70-1.50

0.04

0.04

0.10-0.35

Mekanik Özellikleri

CS ve DS

0.16

1.0-1.35

0.04

0.04

0.10 - 0.35

400 - 490 MPa

235 MPa

24

Mekanik Özellikleri

AH36; DH36; EH36

490 - 620 MPa

350 MPa

22

V-Çentikli (-20)Charpy Tokluğu

(-40)

(DH32) boyuna 34J

enine 23J

(EH32) boyuna 34J

enine 23J

(DH36) boyuna 34J

enine 23J

(EH36) boyuna 36J

enine 23J2-33

*.*

DEMİR VE ÇELİK

Yüksek dayançlı gemi sacı çelikleri şu genel bileşimi içerirler :

%Mn%Sİ% Pmala,

= 0.18= 0.90-1.60= 0.10-1.50= 0.040

= 0.065ile ayrıca düşük oranda Cr, Ni, Mo, Cu, V ve Nb da bulunur.

10. Emayelik saclar : Emaye ya da porselen emaye diye bilinen nesne 730 - 87O°C arasındaki sıcaklıklardafırınlanan ve çelik saclar üzerine koruyucu görevi görmesi amacıyla kaplanan inorganik maddelerdir. Porselenemaye altın, demir, alüminyum, bakır, paslanmaz çelik üzerine kaplanabilirce de en çok düşük karbonlu çelikyüzeylere uygulanır.

AISI tarafından belirlenen emayelik saclar için 5 temel tür çelik vardır. Bunların tanım ve bileşimleri Çizel-ge. 15 de çıkarılmıştır :

Çlzelge.15- Emayelik Saclar

Sıra No. ÇELİK TÜRÜ

1 Soğuk HaddelenmişKaynar Çelik

2 Soğuk Haddelenmiş(Al) Durgun Çelik

3 Emayelik Demir

4 KarbonsuzlaştırılmışKaynar Çelik

5 Arayer Atomsuz Çelik

Cmax

0.08

0.08

0.03

0.008

0.010

Bu çeliklerin mekanik özellikleri Çizelge. 16 da

Çizelge. 16- Emayelili

Çelik Türü

Soğuk Haddelenmiş KaynarÇelik

Soğuk HaddelenmişDurgun Çelik

Emayelik Demir (Terimsel)

Emayelik Demir (DemirÇekmelik)

Karbonsuzlaştırılmış(Tecimsel)

Karbonsuzlaştırılmış(Derin Çekmelik)

Arayer Atomsuz Çelik

Mn

0.35

0.35

0.05

0.25

0.30

* max

0.025

0.025

0.025

0.025

0.015

0.025

0.025

0.025

0.025

0.025

verilmektedir.

I Sacların Mekanik Özellikleri

Çekme AkmaDayancı Dayana(MPA) (MPa)

310

296

345

276

296

276

324

207

172

241

172

258

172

172

% Uzama

39

40

22

38

37

45

42

SertlikHRB

45

40

50

40

40

35

42

Al

—

0.05

—

—

0.05

% AkmaUzaması

1.5

0

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

NbveV

—

—

—

—

0.060

YoğrukBozunum

Oranı

1.2

1.5

1.0

1.0

1.2

1.6

1.7

2-34

DEMİR VE ÇELİK

Soğuk haddelenmiş ve alüminyum ile oksijen giderilmiş çelik derin çekme nitelikli bir sacdır.

Soğuk haddelenmiş kaynar çelik ise biçimleme işlemi daha basit olan uygulamalar için kullanılır ve sarkma-yı azaltmak için 790°C altında fırınlanır.

Em ay elik demir diye bilinen düşük karbonlu çelik ya da tecimsel nitelikli arı demirdir. Bu tür, iki kez fırın-lanma gördüğünden emayeler pahalıya çıkar; fakat bunlarda diğer türlerde görülen sarkma ve karbon kaynamasıgörülmez.

Karbonsuzlaştırılmış emayelik saclar astar uygulamadan doğrudan emaye kaplama yapabilmek için gelişti-rilmişlerdir. Bu çelikler kaynar ya da Al ile durgunlaştırılmış olarak dökülebilirler. Al ile durgunlaştırılmışolanlar uzun süre stoklama sonucu yaşlanabilme olsılığının bulunduğu durumlarda kullanılır. Karbonsuzlaştır-ma, gevşek sarılmış kangalların tavlanması sırasında oluşludur. Bu türün bir tehlikesi aşın tane büyümesi ola-sılığıdır.

Arayer atomsuz emayelik saclar da tek kat emaye kaplama uygulananlardandır. Bunların yüzeyleri pek düz-gün değilse de aşırı tane büyümeleri ve sarkma tehlikeleri yoktur; derin çekilebilirler.

Emayelik çelik saclar ASTM A 424 standardında kapsanmaktadır.

11. Trafo sacları: Bu ad altında Türkiye'de kullanılan saclar, standartlarda yassı haddelenmiş elektrik çeliğiya da silisli çelik saclar diye anılır. Bu çelikler, genellikle, kimyasal bileşim kısıtlarına göre sipariş edilmez vesatılmaz. Çünkü kimyasal bileşimi eşdeğer olan fakat farklı yöntemlerle üretilmiş saclar farklı mıknatıs özellik-leri gösterirler. Özellikle yüksek silis oranlarına doğru gittikçe döküm, katılaşma ve ilk haddeleme işlemlerindesorunlar doğar. Bu nedenle bu işlemlerde çok sıkı denetim gerekir.

ASTMA 665

27 GO 53

30 GO 58

35 GO 66

ASTM A

27 H 076

30 H 083

35 H 094

Çizelge.17- ASTM

Eski AISISimgesi

M-4

M-5

M-6

725

M-4

M-5

M-6

A 665 ve A 725 Standardı Trafo Sacları

Kalınlık(mm)

0.27

0.30

0.35

0.27

0.30

0.35

15 kg daEn Fazla Kayıp

W / kg 50 Hz

0.89

0.97

1.11

1.27

1.39

1.57

Bu çeliklerde kullanılan yüksek orandaki silis tavlama sırasında tane büyümesine yardımcı olarak histeresiskayıplarını azaltır. Silis, özgül direnci artırarak eddy-akım kayıplarını azaltır. Silis, ayrıca, tanelerin zorunlukonum içinde büyüyerek daha kolayca mıknatıslanmasını da sağlar.

AISI tanımlamalarına göre 4 temel tür trafo sacı vardır :1) Konumsuz tam işlemli (NO-FP)2) Konumsuz yarı işlemli (NO-SP)3) Konumsuz tam sert (NO-FH)4) Tane konumlu tam işlemli (GO-FP)

12. Sıcak ve soğuk haddelenmiş çelik sac ve şeritlerin seçimi: SAE J126 standardı karbonlu çeliklerden üre-tilmiş sac ve şeritlerin seçimini kapsamakta ve bunun için kullanılabilecek yöntemi önermektedir. Anılan bu

2-35

DEMÎR VE ÇELÎKSAE standardının içerdiği konulara ilişkin ASTM standartları ise şunlardır :

ASTM A 109 Soğuk Haddelenmiş Karbonlu Çelik Sac.

ASTM A 569 Tecimsel Nitelikli (HRCQ) Sıcak Haddelenmiş (en çok %0.15C) Karbonlu Çelik Sac.

ASTM A 621 Çekme Nitelikli (HRDQ) Sıcak Haddelenmiş Karbonlu Çelik Sac.

ASTM A 622 Çekme Nitelikli Özel Durgunlaştınlmış Sıcak Haddelenmiş Karbonlu Çelik Sac.

ASTM A 568 Sıcak Haddelenmiş ve Soğuk Haddelenmiş YDDA ve Karbonlu Çelik Sacların Genel Şart-name Koşullan

ASTM A 366 Tecimsel Nitelikli (CRCQ) Soğuk Haddelenmiş Karbonlu Çelik Sac.

ASTM A 619 Çekme Nitelikli (CRDQ) Soğuk Haddelenmiş Karbonlu Çelik Sac.

ASTM A 620 Çekme Nitelikli Özel Durgunlaştınlmış Soğuk Haddelenmiş Karbonlu Çelik Sac(CRDQSK)

ASTM A 749M Sıcak Haddelenmiş YDDA ve Karbonlu Çelik Şeritlerin Genel Şartaname Koşulları

ASTM A 635 Tecimsel Nitelikli Sıcak Haddelenmiş Karbonlu Çelik Sac ve Şeritlerin Kalın Kangalları

Anılan bu SAE standardında temel alınan özellik ve durumlar şunlardır :

(A) Sıcak ya da soğuk haddelenmiş(B) Sac ya da şerit(C) Çekme yeğinliği (=çelik niteliği)(D) Yüzey durumu(E) Kenar durumu(F) Boyutlar

13. Çelik Seçim Yöntemi : Belirli bir uygulama için bu özellik ve durumların hangilerinin önemli olduğu be-lirlenerek çelik seçimi ona göre yapılır.

A. Sıcak ya da soğuk haddelenmiş ürün : Çizelge.18 ve Çizelge.19 kullanılarak, istenen kalınlık ve yüzey du-rumuna göre, seçilmesi gereken çelik ürünün sıcak haddelenmiş mi ya da soğuk haddelenmiş mi olacağma kararverilir.

Çizelge.18- Boyutlarına Göre Çelik Sac ve Şeritlerin Ürün Bölümlemesi

Üretim Biçimi

SıcakHaddelenmişSac

SıcakHaddelenmişŞerit

SoğukHaddelenmişSac

SoğukHaddelenmişŞerit

Kalınlık, mm

1.2-6.01.2-4.5

6.0-12.54.5-12.5

1.2-5.01.2-6.0

6.00-1.25

0.35 - 2.0

>0.35

<6.00

En, mm

> 300-1200

> 300 - 1200> 1200-1800

5 200> 200 - 300

> 200 - 300

> 50 - 300

>300

> 12-600

Ürün

Kangal ve Boya Kesik

Kangal

Kangal ve Boya Kesik

Kangal

Döküm analizi maks %C = 0.25;Kenar kesimliÖzel kenar kesimsiz

Döküm analizi maks %C = 0.25;Kenar kesimliEni 50 - 300 mm, kalınlığı0.35 - 2.0 mm olanlar "sac"

ASTM Standardı

A569M.A621M

A635M

A569M.A621MA622M

A635M

A 366M, A619MA620M

A109M

2-36

DEMİR VE ÇELİK

Çizelge. 19- Çelik Sac ve Şeritlerin Yüzey Durumuna GöreTanımlama Simgeleri ve Seçimi

Yüzey Durumu

Mat görünümlü; atmosfere açık olmayan otomobil vb. parçalaniçin gerekli yüzey; tavlanmış durumda.

Mat görünümlü; atmosfere açık olan ve boya gerektiren otomobilvb. parçaları için gerekli yüzey; gerinim çizgileri içermeyendüzgün yüzey; yüzey haddelenmiş (temper rolled)

Bir üstteki gibi, ancak yüzey parlak görünümlü

Bir üstteki gibi, ancak yüzey çok parlak görünümlü

No.l ya da mat görünümlü, Laklama ve boyamaya elverişli; çek-meye uygun

No.2 ya da olağan parlak (oldukça düzgün). Birçok uygulama içinelverişli ancak kaplanacak parçalar parlatılmalı

No.3 ya da en iyi parlak yüzey. Kaplanacak parçalar içinen uygun

Haddelendiği gibi ya da oksitli (oksit ve tufal alınmamış)

Dekape (tufal alınmamış) ancak yağlanmamış

Bir üstteki gibi, ancak yağlanmış

Çelik Ürün

Soğuk haddelenmiş sac

Soğuk haddelenmiş sac

Soğuk haddelenmiş sac

Soğuk haddelenmiş sac

Soğuk haddelenmiş sac

Soğuk haddelenmiş sac

Soğuk haddelenmiş sac

Sıcak haddelenmiş sacve şerit

Sıcak haddelenmiş sacve şerit

Sıcak haddelenmiş sacve şerit

Simge

Ua ya daClass2

Eb ya daClassl

B

L

1

2

3

A

P

O

B- Sac ya da şerit ürün : Hangisinin kullanılması gerektiği aşağıdaki etmenler göz önüne alınarak saptanır

Parçanın büyüklüğü ve özellikle de yapılacak parça için gerekli yassı ürünün büyüklüğü;- Parça için gerekli yassı ürünün kalınlığı;

Sıcak ya da soğuk haddelenmiş çelik ürün;- Soğuk haddelenmiş sentin işlem durumu (=temper) belirlenmesi; (Çizelge.20).

Parçanın üzerinde üretileceği aygıt, makina :- Çelik ürünün boyutlara göre bölümü (Çizelge. 18).

2-37

DEMİR VE ÇELÎK

Çizelge.20- Soğuk Haddelenmiş Şeritlerin İşlem Durumuna Göre Seçimi

Ürün SertlikKalınlığı, mm Rockwell

> <

1.8 —1.0 1.80.6 1.0— 0.6

1.0 —0.6 1.0— 0.6

1.0 —0.6 1.0— 0.6

1.0 —0.6 1.0— 0.6

1.0 —0.6 1.0— 0.6

En Az

B84B9030T 76.015T90.0

B7030T 63.5

B6018T80.015T85.5

z

z

En Çok(yaklaşık)

—

B85*30T73.515T88.5

B75*30T 67.015T88.5

B65*30T 60.015T82.0

B55*30T53.015T78.5

Kıvırma Deneyi uygulaması

Hiçbir yönde kıvırma gerekmiyor

Kalınlığa eşdeğer bir yarıçap çevresindehaddelemeye dikey yönde 90°kıvrılabilmeli

Kalınlığa eşdeğer bir yarıçap çevrekindehaddeleme yönünde 90° ve haddelemeyedikey yönde 180° kıvnlabilmeli

Herhangi bir yönde kendi üstünekıvrılabilmeli

Bir üstteki gibi

İşlem Durumu (Temper)

No.l (Sert)

No.2 (Yarım sert)

No.3 (Çeyrek sert)

No.4 (Yüzey haddelenmiş)

No.5 (Tam yumuşuak)

No.4 ve No.5 işlem durumundakiler bazen %0.15 - 0.25 C aralığında sipariş edilebilirler.Her bir siparişte en yüksek sertlik değeri karşılıklı olarak anlaşmaya bağlanmalıdır.

* Bunlar yalnızca gönderilme sırasındaki sertlik değerleridir. Daha sonraki sertlikler yaşlanmadan ötürü biraz daha yük-sek olabilir.

14. Biçimlenebilirlik özelliğine göre çelik sacların seçimi: Soğuk haddelenmiş karbonlu çelik saclar ilesıcak haddelenmiş çelik saclar ve şeritler biçimlenebilirliklerine göre 3 ayrı nitelik düzeyinde üretilirler . Bu ni-telik düzeyleri CQ, DQ ve DQSK simgeleriyle belirtilir.

Hangi nitelik düzeyinin gerektiği, Biçimleme Yeğinliği İndisine, BYÎ (=FSI) göre saptanır. Belirli bir parçave üretim biçimine uygun nitelik düzeyi aşağıdaki yöntemle bulunur :

1. SAE J863 standardında açıklanan yöntemle, niteliği belirli bir parçadan numune çıkararak biçimlenebilir-lik deneyi uygulanır. Örnek kırılırsa daha yüksek nitelikli bir çelik seçilir.

2. Kırılmayan örnek üzerinde, SAE J863 standardında gösterildiği biçimde, eı ve e2 gerinimleri ölçülür.3. Aşağıda verilen denklemler kullanılarak kritik bölge/bölgeler için biçimleme yeğinliği indisi, BYİ

(=FSI), hesaplanır. En fazla germe bölgesindeki e2 gerinimi, %0 ile + %30 arasında ise

gerinimi %0 ile - %30 arasında ise

denklemleri kullanılır. Burada:

t = kalınlık, mm.eı = % büyük gerinime2 = % küçük gerinim

2-38

= (0.6e2+15+13.8t)-eı

BYI = (1.5e2+15 + 13.8t)-e,

DEMİR VE ÇELİK

ve &2 geriniminüı değeri (-) işareti gözönüne alınmakszın daima (+) olarak uygulanır.

Yukarıda verilen denklemlerin geçerliliği, 3 mm den kalın saclar için belirlenmiş değildir. Bu nedenle buyöntemin güvenirliliği, kalınlığı < 3 mm olan saclar için yüksektir.

Yukarıdaki denklemdeki 15 değişmezi, olası kırılmaları karşılayabilmek için karşılıklı anlaşma ile değişti-rilebilir. 15 değeri genelde kalıp, yağ, basınç ve ej gerinimininin çelik içyapısına bağımlı değişimlerden kaynak-lanan — %10 gerin ün farklılığının güvenilirlik etmesine karşılıktır. Değişmez 15 yerine 20 olarak alınırsa güve-nilirlik etmeni gerinimin %5 ine; 10 olarak alındığında ise güvenilirlik etmeni gerininün %15 ine eşdeğerdir.

4. Bundan sonra aşağıda Çizelge.21 de verilen değerlere göre eldeki uygulama için gerekli olan çelik sacınnitelik düzeyi seçilir.

Çizelge.21- Biçimleme Yeğinliği İndisi KullanılarakÇelik Sac ve Şeritlerin Nitelik Düzeninin Belirlenmesi

Deneyde KullanılanÇeliğin Özelliği

DQSKDQCQ

Deney Sonuçlarına GöreSeçilmesi Gerekli Çelik Niteliği

BYI

(-20)-(-11) (-10) -(-1) 0-(+5) > + 6

DQSKa DQSKb DQSK DQDQSK" DQSK DQ CQDQSK DQ CQ CQC

a) Bu durum, saçtan çok fazla nitelik beklenildiğini belirtmektedir; parçanın tasarımının değiştirilmesi ya dadaha küçük parçalara ayrılması gerekebilir,

b) Bu durum, parçanın çok zor biçimlenebildiğim belirtmektedir; niteliği artırmak söz konusu olamadığındantakım, tasarım, çekme parçalan vb. yeniden gözden geçirilmeli. Bunlar değiştirilemez ise özel çelik sipari-şi vermek gerekebilir,

c) Biçimleme işleminde hiçbir sorun beklenmemeli; işlem ekonomisini etkileyen etmenlere bakılmalı.

5. Yelerince uzun bir süre uygulamadan sonra SAE J424, Çelik Saclann Kırılma Toleranslarının Saptanma-sı, standardına göre kullanılan çeliğin niteliği gözden geçirilmelidir. Uygulama yüksek hurda oranı göste-riyorsa takım, yağ ya da seçilen çelikten kaynaklanan bir sorun var demektir. Eğer sorunun çelik niteli-ğinden geldiği saptanırsa, daha yüksek nitelikli bir çelik seçimine gidilmelidir. Eğer hurda oranı çokdüşük çıkarsa bu durumda daha ucuz nitelikteki bir sac seçilebilir.

Örnekler:

Örnek. 1- 2.00 mm kalınlığındaki bir sacın SAE J863 standardına göre yapılan biçimlenebilirlik deneyindeelde edilen gerinim değerleri şunlar olsun :

er = %33, e2 = +%10

Bu durumda,

BYI = [0.6 (10) + 15 + 13.8 (2)] - 33BYI =16

Eğer denenen sac CRCQ nitelikli bir çelik sac idiyse, NRDQ nitelikli olanı (ASTM A621); eğer denenenHRDQ nitelikli bir çelik sac idiyse HRCQ nitelikli bir sac (ASTM A569) seçilebilir.

Örnek.2- 0.9 mm kalınlığındaki bir sacın SAE J863 standardına göre yapılan biçimlenebilirlik deneyindeelde edilen gerinim değerleri şunlar olsun :

2-39

DEMİR VE ÇELİK

d = %55,

Bu durumda

BYI = [1.5 (15) + 15 + 13.8 (0.9)] - 55BYI = -5

Eğer CRCQ nitelikli bir çelik sac kullanıldı ve biçimleme işleminde sorunla karşılaşıldı ise CRDQ nitelikliçelik sac (ASTM A619); denenen CRDQ nitelikli idiyse CRDQSK nitelikli çelik sac (AS A620) kullanılabilir.Denenen ve sorunla karşılaşılan çelik sacın niteliği CRDQSK ise, bu durumda biçimleme işlemlerinde ya daparçanın tasarımında değişiklik düşünülmelidir.

D- Yüzey Durumu : Çizelge. 19 kullanılarak A, B ve C ye göre seçilmiş olan çelik ürünün gerekli yüzey duru-mu belirlenir.

E- Kenar durumu : Aşağıda verilen Çizelge.22 kullanılarak, A, B ve C ye göre seçilmiş olan çelik ürününgerekli kenar durumu belirlenir.

F- Boyutlar : Üretilecek parçanın tüm boyutları gözönüne alınmalıdır. Kalınlık toleransları için ASTMA568 geçerlidir.

Boyutlar daima kalınlık, en, boy sırasında belirtilir. Değerleri verilirken mm birimi kullanılırsa kalınlık içinvirgülden sonra ilk ondalık; en ve boy için ise yalnızca tam sayılar kullanılır. Kangal olarak sipariş verildiğindeboy için C simgesi kullanılır.

Örnek:

boya kesimli 0.9 x 900 x 2150kangal 1.2 x 1200 xC

Amerikan standartlarına göre karbonlu çelik sac ve şeritlerin seçimi için aşağıda verilen Çizelge.23 de özet-lenen bilgiler kullanılabilir:

2-40

Ürün Adı

Soğuk HaddelenmişÇelik Sac

Sıcak HaddelenmişÇelik Sac

Sıcak HaddelenmişÇelik Şerit

Soğuk HaddelenmişÇelik Şerit

Nitelikva da

tşlem Durumu

Tecimsel Nitelikli

Çekme Nitelikli

özel DurgunlaştınlmışÇekme Nitelikli

Tecimsel Nitelikli

Çekme Nitelikli

özel DurgunlaştınlmışÇekme Nitelikli

Tecimsel Nitelikli

Çekme Nitelikli

özel DurgunlaştınlmışÇekme Nitelikli

tşlem Durumu (TEMPER)No. 1No. 2No. 3No. 4No. 5

ASTMStandardı

A 366

A 619

A 620

A 569A 635

A 621

A 622

A 569

A 621

A 622

A 109

Yüzey Durumu

Tanım

Atmosfere açık Atmosfere kapalı(yüzey haddelenmiş) (tavlanmış)

mat —— mat

çok parlak —

Haddelendiği gibi (kara)Dekape - kuruDekape ve yağlı

Haddelendiği gibi (kara)Dekape - kuruDekape ve yağlı

matolağan parlaken parlak

Simge

. . . E

. . . U

. . . B

AP0

AP0

123

Kenar Durumu

Tanım

Kesik (Cut)

Hadde (Mili)

Kesik (Cut)

Hadde (Mili)

KöşeliKesik

ÇizelgeVII. 26'ebakınız

Simge

—

M

C

M

SC

12345

1

DEMİR VE ÇELİK

KAYNAKÇA

(1) TEKİN E., Mühendisler için Çelik Seçimi, MMO Yayını, Ankara, 1992.(2) CRAFTS, W, LAMONT, (Çeviren; İZAR N.) Çelik Seçimi ve Sertleşebiime, MMO Yayını, An-

kara, 1971.(3) New Caxton Encyclopedia.. Iron ve Steel Maddeleri, London, 1968.(4) KENTS Mechanical Engineers' Handbook, John VViley & Sons ine., New York, 1958.

İLGİLİ TSE STANDARTLARI

TS 653,680,1780-81,1831-33,1895,2038,2106, 2242-43,2324,2346-47,2413-14, 2425-28, 2520-21, 2591,2626,2719,2799,2831,2849, 2866,2880-82,2921-22,2975-77 (1968-78)

TS 3027-29,3048,3062-63,3131-32,5264, 5292 (1978-87)

TS 5726,5781, 5859-60 (1988)

TS 601,602 (Mart 1968)

TS 882 (Kasım 1970)

TS 965 (Nisan 1971)

TS 1381 (Niasn 1973)

Demir ve Çeliklerin Kimyasal Analiz Metotları (Çe-şitli elementlerin aranması)

Demir ve Çeliklerin Kimyasal Analiz MetotlarıPaslanmaz Çelikler, Yüksek Sıcaklığa DayanıklıÇelikler ve Benzeri Krom-Nikel-Demir Alaşımlan(Çeşitli elementlerin aranması)

Demir, Nikel ve Kobalt Alaşımları (Krom, Beril-yum, Titan. Molibden Tayini)

Çeliklerin Kimyasal analiz Metotları (Karbon ve Si-lisyum Tayini)

Çeliklerin Ostenit Tane Büyüklüğünün MikrografıkTayini

Biçimlenebilen Çeliklerden Numune Alınması veDeney Parçasının Hazırlanması

Çeliğin Ucuna Su Vererek Sertleşebiime Deneyi(Jominy Deneyi)

2-42

DEMİR DIŞI METALLERVE ALAŞIMLARI

Hikmet YAŞAR, Kimya Yük.Mühendisi

1. ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARI

Bulunuşu ve ÖnemiFeldspat, kil, boksit gibi 250 değişik mineral halinde yer kabuğunun % 8 ini oluşturan alüminyum, bugün

demir-çelik ten sonra en fazla üretilen bir gereçtir. Hafif bir metal olması yanında yüksek iletkenliği, korozyondirencine sahip olması, kolayca sıcak ve soğuk şekillendirilebilmesi gibi özellikler, alüminyumun önemini arttır-maktadır. Saf halde yumuşak ve mekanik özeliklerinin düşük olmasına karşılık alaşımları çelik ölçüsünde özel-liklere sahiptir.

İnşaat, otomotiv, ulaşım, gıda ve kimya sanayiinde fazla miktarlarda tüketilen alüminyum, uzay ve havacılıkalanındaki kullanımıyla stratejik önem kazanmıştır. Keza toz halinde boya ve vernik yapımı ve alüminotermidekullanımı da bu metalin önemini arttırmaktadır.

Alüminyum Standartları ve SınıflandırmalarAlüminyum ve alaşımları yurdumuzda TSE tarafından standartlaştırılmıştır. Bu standartlara ait bazı örnekler

aşağıda gösterilmiştir:

TS 709 : Alüminyum levha, şerit, oluklu saclar

TS 1628 : Alüminyum külçeler

TS 1629 : Talaşlı işlenenler

TS 2349 : Alüminyum alaşımları, vb.

Yurdumuzda alüminyum ve alaşımlarını üreten Seydişehir Alüminyum Tesisleri de "Etial = Eti Normu" adıaltında bir özel standartlaştırma uygulamaktadır (Bak. Çizelge. 1).

Alüminyum ve alaşımlarının yurt dışı ülkelerde milli ve özel kuruluşlarca uygulanan bir çok standardı bulun-maktadır. Bu Standard örnekleriyle eşdeğerlikler de Çizelge. 1 de verilmiştir.

Alüminyum ve alaşımlarını.

- İşlem alaşımları,

- Döküm alaşımları,

- Toz metal.

olmak üzere üç grupta incelemek adet olmuştur.

ABD özel kuruluşlarından The Aluminium Association işlem alaşımlarına 1000, 2000, .... 9000 gibi seri nu-maralan vermiş ve bir çok milli ya da özel kuruluşlar bu numaralandırma ya da sınıflandırmayı benimsemiştir.ASA da aynı sınıflandırmayı esas almıştır.

İşlem Gösterilişleri ve Temel İşlemlerTemel işlemler diğer sayfada gösterildiği gibi belirtilir:

2-43

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARIHarf Temel İşlem

F Üretildiği gibi

O Tavlanmış - Yalnız işlem alaşımları

H Gerilim - Sertleştirilmiş (soğuk işlenmiş)

W Çözelti ısıl işlemi uygulanmış - Doğal Kaynaklar

T F, O ve H dışındaki etkileri meydana getirmek için ısıl işlem görmüş.

Bu temel işlemlerin alt bölümleri ve anlamları da şöyledir:

- EC Elektrik iletimi işlerinde kullanılan alüminyum içindir. Saflık derecesi en az % 99.45 tir. Çok az

bakır ve bor içerir. Safsızlıklar çok sıkı denetlenir.

- O Tavlanmış, yenilenmiş (yeniden kristalleşmiş) alaşımlar için kullanılır, en yumuşak durumu belirtir.

- F Alaşımın üretildiği durumda olduğunu belirler.

- H Yalnızca gerilim sertleştirilmesi ile sertleşebilen alaşımlara uygulanır.

- Hl Gerilim sertleştirilmiş (soğuk işlenmiş) durumu belirtir. Bunu izleyen 1...8 rakamları gittikçe artansertlik anlamı taşır.

- H2 Gerilim sertleştirilmiş ve kısmen yenileme süreci uygulanarak yumuşatılmış sertlik durumunun belir-

tilmesi gereken alaşımlar için bir ikinci rakam kullanılır. Örnek: H24 = yan sert.

- H3 Magnezyumlu gerilim sertleştirilmiş alaşımlar.

- W Çözelti ısıl işlemi, sonra doğal yaşlandırılmış.

- Tl Sıcak işlenmiş, soğutulup doğal yaşlandırılmış (döküm ve sıcak ekstrüzyon), esas itibariyle kararlı

durum.

- T2 Tavlanmış alaşım (yalnız dökümler).

- T3 Çözelti ısıl işlemi sonunda soğuk işlemle sertleştirilmiş, daha sonra yaşlandırma uygulanabilir.

- T4 Isıl işlem sonu doğal yaşlandırılmış.

- T5 Yalnızca yapay yaşlandırma, döküm ve sıcak ekstrüzyon sonucu yaşlanma olursa kullanılabilir.

- T6 Çözelti ısıl işlemi ve yapay yaşlandırma uygulanmış.

- T7 Çözelti ısıl işlemi, sonra kararlı duruma getirilmiş.

- T8 Çözelti ısıl işlemi, soğuk işleme ve yapay yaşlandırılmış.

- T9 Isıl işlem, yapay yaşlandırma ve soğuk işlenmiş alaşım.

- T10 Birbirini izleyen kısmi çözündürme ısıl işlemi, yapay yaşlandırma ve soğuk işleme görmüş alaşımlar-dır.

Özellikleri

Atom ağırlığı 27

Ergime noktası 658 °C, kaynama noktası 2500 °C

Yoğunluğu 2,7 g/cm3

2-44

Çizelge. 1- Alüminyum İşlem ve Döküm Alaşımları ile Eşdeğerleri

ETİBANK

ETİAL-F1

ETİAL-0

FTUL-3

ETİAL-5

ETtAL-6

6TİAL-7

ETİAL-S

ETİAL-5E

ETİAL-6E

6TİLA-7E

ETİAL-20

ETİAL - Î1

ETİAL-22

ETİAL • 24

ETİAL-30

ETİAL-31

ETİAL - 33

ETİAL - 35

ETİAL - »3

ETİAL - 44

ETİAL-50

ETİAL-51

ETİAL - £2

STİAL - 53

ETİAL. 54

ETİAL - 60

ETİAL-ti

ETIAL - METİAL-65

ETLAL - 95

ETİAL-110

ETİAL -120

£TİAL-1«FTI/M - I 4 Î

ETİ/.L - K 5

ETlAL-IEO

E T İ A I . 160

CTİAL - 175

"•n/.L • 175

hTİAL . 1 7 7p.T:.',ı. • 175

;:v.-'.L -ı-:-o

ırr..».!. -iç?L-:I<.L - r :-

ı~:iı. -~;ı

Cu

0.15

0.05

0.05

0.04

0.03

0.03

" U

?-•*•3.S-4.S

0.014.20

0.25

0.10

O.X

1.0-2.0

0.20

0.20

0.10

0.05

0.15

0.10

0.10

0.03

0.15440

0.10

• w0.10

0.100 2 0

0*1.5

1.B-IJO

3.04.0

0 12.S-3.S

0.02

10.3.20

0.72.S

0.80

t u t

<&S0

F»

0004*0

0.70

0.60

0.40

0.30

0.2S

0.15

0.40

0.30

0.2S

0.70

0.70

0.7

0.50

0.7

0.7

0.7O

0.70

0.50

0.5

0.70

0.7O

0.30

0.40

0.50

0.3O

0.40

0.20

0.70

0.8

0.50

0.60

1.100.60

1.0

1.0

0.50

0.60

0.15

0.4O

1.0

0.6

0.300.30

Si

0.35

0.2S

0.35

0.25

0.20

0.15

0.10

0.15

0.10

0.10

0.40

0.5-1.0

U 4 1

0.50

0.6

0.3

0.5

0.6

0.4

0.4

0.3

0.3

0.2

0.3

0.40

0.3-0.7

171.1

0.65

* W 4 * 0

< ı u

4.5-0.0

11.5-13.5

11H1S

11.HS.0

11.CM3.0

7.S-100

• » 1 0 0

t.0-10.»

IM-7.40

S»S.S

•.»11i

17.0 ıftO

0.3500.30

Zn

0.06

0.08

0.05

0.05

0,04

0.03

0.30

0.25

0.25

0.25

0.10

0.25

0.20

0.40

S.H.1

0.25

0.25

0.2-0.0

0.15

0.10

0.10

0.05

0.25

0.10

0.20

0.10

0.100.10

0.2

0.70

1.0

0.1

0.5

0.04

0.50

2.0

0.20

0.100.10

Mn

0.05

oj-1.2

14-1.0

1.»1.5

l.»1.5

O*1.S

0.34J

0.20

B.300.24.7

0.10

0.10

0.05

0.104.»

0.20

0.44.»

0.15

0.10

0^4.0

0.20

0.400.30

0.2

0.50

0.50

0.44.0

0.3

0.030.10420

0.5

0.2

0.100.10

Ma

024J

0404J

0.10

1 * 1 . 1

0.30

0*40

28-3.4

2.1-2*

05-1.1

L M J

12-U

17-37

1.7-2.4

U 4 I

«44»

0.SS4.CS

100-1JO

0.05

0.15

0.10

0.100.20

M U

0.40

0.30

0.3445

«7-1.2

03044S

0054.10

0.3

0.8

0.100.05

M

0.30

0.10

0.100.10

0*1.1

0.30

0.20

0.1

0.3

0.02

0.30

0.5

00-1.3

0.100.10

T l

0.05

0.05

0.04

0.03

0.02

0.15

0.15

0.10

0.10

0.2

0.2

0.2

0.15

0.10

0.10

0.15

0.08

0.20

0.20

O

0.10

0.10

0.10

0.20

0.104.35

0.104.2S

0.1

0.10

•154.»

0.300.15

0.05

0.20

0.5

«044.15

o.os

ttoAlr

0.05

0.05

0.05

0.03

0.03

0.03

0 0 2

0 0 2

0.02

0.02

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0 0 5

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.05

0.050.151»*OS,P.».ıO.05

0.10

0.15 1*

0.20

0.15

0.15

0.15

0.2

0.10

0.1S4.3

İ0.05JI.IO.KBOJ .05

0.05

0.05

0.05

0.66

0.15

0.15

0.10

0.10

0.10

0 10

0.10

0.10

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.25

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.150.15

0.15

0.15

0.15

0.15

0.15(SBAOB 0.17. PbftOS. SnOOS

(P*:0.10.Sn:O.OS|

0.05

0.05

0.05

0.15

0.15

0.15

TSE

AI99.0

A L » .5

Al 99.7

AL 99.8

M M

«CUMkl

MtnCu

MWnıUoi

AIMnl

AtMnO.S«taO^

AI-MO2

AIMO3

WW0lMn0.1

AI-MoSI

AIZIMo

E-AlMoSİ

«•Miattı

AlFeSI

AI-Sİ5

AI-SI12AI-Sİ12F!

M-SCCU3F*

AICU4Sİ

DİN

AI99.0

A199.5

Al 99.7

Al 99.8

E-M9O.S

E-AI 00.0

E-M0B.7

tLcumn

ACutJUn

noMn

MMnCu

MMnlMel

AlMn

MMnOSMDO.»

MZnUaCvl.l

M U 1

Mla»0-5

AIMOSI1

E-AIMaSI

«UoıSCı;

AlFeSI

AI-SI5

G-AISI12GO-ASİİ2

OAIS&CV3

S ı t C M S

AICU4Tİ I G*JCo4n

AA

1100

1030

1050

1060

1070

1080

EC

EC

EC

2011

2014

2017

3003

3004

3103

3105

7178

7075

5005

5050

5052

5164A

5251

6351

6463

6061

8011

319

B443

A413413

A332

A380

A36O

Fs332

A357

392.1

M.F

A45

M

JWA8

A7A8A5/L

ASA.

A6A.

M m e ı

A-U4S0

İMMO

A-M1

A-MIG

A-M

N31

^zsou

A-G0.6

A-G1.5

MKSC

A-G3

A-G2M

A-GS

A-SGW

A-GSA.

6061

A-Min

A-Sİ13ASI 2it-S12UN

AS0U3A

ASttGU

AUSGT

ALCAN

D25

MTM10I

«oon 00201

99.80

cısnS040f

B1SH0040I

16040

28S

18§17S24S

D35

4S

6227

75S

B57S

A57S

57S

C54S

~ 5 K

B51S

rcsos65S

123

160xB160

162

C143

B150

B143

225226

UNI

3567

4507

M I P 4 « 7

P4LP400

pmcu4.4a4iT0fa

Pwnı<MaUn

PAftOılJCo

PAM*l1.2Ud

3568

P-M24.0HaCy

PAMol.l

m uP-AM13.5

P<HMog»

P-MM.4I0J

P.«M.5tta

M l M 0 » 1 O l

OO-MSISFa

G-AISI13A-S10G

GOASM2CU2F*

GMSOCU7*

GAICU4 5

G-AlCu

B.S

1C

1B

L 4 8

1A

1E

1E

1E

FC1

H15

1-97

N3

N3

0OT5074A

N41

N4

NS

L8O

H9

H3O

91-E

H-20

LM4

LM18

LM6LM20

LM13

LM24

LM26

LM2

L91

LM11

CSA

9900

9950

9 9 7 0

C 8 6 0

CM41

CG42

MC10

ZG62

B57S

A57SG A Z O

MS7S

G S 1 0

SK31UP

SC53

S5

S12P

L2551

L2630

C135

225226

KS.JM

1100

EH1060

CB60A

2014

CM41A

2024

3O03

3004

7075

G1B

ER50

5062

5154

6063

SC640

S5A

A13S12C

SN122A

380

360SC103A

AO3831

392

AI99.0

AI99 5

AI99.7

Aicuoan

ft-cvtmuo

AIMnl Cu

AI-Mn1Cu

AlMol

AL-M02

AI-MO5

Aİ-SIMa

AI-Sİ5CU3

AI-Sİ5

AI-SI12

İV-aiO-Cu3F«

AI-Cu4Tı

0O5T

AD1A1.A5

A0.A6

A7

A1M

AK8

1100

1160

AMIS

AMK-2

W9fi.

VV95A

AM91

1520

1530

1310

1350

AI31

AI6

AK

AK12AK

AI3O

AI4

AKMN

AI7

JIS

A1100

A1.1

A1.0

A2011

A2014

A2017

A 2024

A3003

A 3004

A7075

A5005

A28A

A5052

A5154

A 6063

AC2B

AC8C

W5 EBLEHİ

SAE25

KC2C».U«EAJ4Cun

SAE260

SAE26

SAE24

SAE20

UNE Al 7?nlfeCu

VSMAMOl.UNEL-3710

SAE207

SAE201

SAE208

SAE212

VSMAlSiMa

SAE326

GO-AISBFs

0-MS13Oll»tant14

SAE305

SAE321

»«•.o.yaosoTs

W S«Cu3Mg. SAE332

AI-Sİ10Cu2Fe

SAE32

VSMG-AICU5Tİ

I2

72

>

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARI

Isı iletkenliği 228 W/(m.°C)

Isı kapasitesi 0,896 kJ/(kg.°C)

Uzama katsayısı 2,36.10'5 mm/mm °C

Elektrik iletkenliği 266 ohm. mm2/m

Alüminyum metali kesildiği zaman gümüş gibi parlaktır. Havada bekletildiğinde ince, koruyucu bir oksit fil-miyle kaplanır. Eloksal işlemiyle korozyon direnci daha yüksek hale gelir. Bu tabaka da istenilen tona renklendi-rilebilir. Alüminyum, asitlere dayanamaz. Ancak saf halde ise derişik nitrik aside dirençlidir. Kuvvetli bazlar daalüminyumu çözer.

Alüminyumun hafifliği ve iletkenliğinin yüksek olması bakıra rekabet edecek derecededir.

Kolayca değerli alaşımlar haline getirilebilir. Alaşım katkı maddelerinin başlıcaları bakır, magnezyum, silis-yum, çinko ve mangandır. ASA ya da AA sınıflandırmasında sınıfların önemli özellikleri ve genel kullanım yer-leri aşağıda verilmiştir.

1000 Serisi: Saf ya da çok az alaşım elemanı bulunduran malzemeler olup levha, folyo ve profil haline kolay-ca getirilebilir. Derin çekme işlemine de uygundur. EC grubu iletkenlerin yapımında, diğerleri fazla dayanım iste-meyen korniş, kapı, pencere profili, folyo, mutfak eşyaları ve çeşitli eşyanın yapımında kullanılır.

2000 Serisi: Bu serideki temel alaşım elementi bakırdır. Isıl işlem gerektirir. Sertleştirilen alaşımın çekme da-yanımı artar, iyi işlenirler. Çekme dayanımı 490 Mpa (490 N/mm2) a yaklaşır. Korozyon direnci azdır, galvanikengellemeyi gerektirebilir. Başlıca otomotiv, vagon, uçak ve mühimmat sanayiinde yüksek dayanım ve hafifliğingerekli olduğu yerlerde kullanılmaktadır.

3000 Serisi: Ana alaşım elemanı % 1 - 1.5 dolaylarında mangandır. Çok az miktarlarda demir ve silisyum daalaşımı karakterize eder. Orta dayanımlı, iyi işlenebilen alaşımlardır. Daha çok tanklar, toplama kapları, karavan-lar yapımında ve diğer levha çalışmalarında kullanılırlar.

4000 Serisi: Ana alaşım elemanı silisyumdur. Düşük ergime sıcaklığı, esneklik ve dekoratif görünüm bu seri-nin önemli özellikleridir. Lehim teli, mimari uygulamalar ve radyatör dilimleri başlıca kullanım yerleridir.

5000 Serisi: Etkili alaşım elemanı magnezyumdur. Yüksek çekme dayanımı, sertlik, aşınma direnci, deniz at-mosferine karşı korozyon direnci ve iyi kaynak edilebilirliği önemli özellikleridir. Soğuk şekillendirmeye uygundüşmez. Sertlik ve dayanım istenilen özel konsüüksiyoıılar için kullanılmaktadır.

6000 Serisi: Bu seriyi silisyum ve magnezyum beraberce karakterize eder. Orta derecede mekanik dayanım,iyi şekillendirilme. ısıl işleme yatkınlık ve korozyon direnci önemli özellikleri olup bu seri alaşımlar ilaç, kimyave gıda sanayilerinde, ambaljlamada ve makina parçalan (otomat parçaları gibi) imalatında kullanılmaktadır.

7000 Serisi: Ana katkı maddesi olan çinko % 5 dolaylarında kullanılır ve alaşımlara çok yüksek çekme daya-nımı verir. Tavan vinçleri, kamyon kasaları, vidalı makina parçaları, uçak, roket ve mühimmat sanayi parçalanbaşlıca kullanım yerleri olmaktadır.

8000 Serisi: % 2 dolaylarında alaşım katkı maddesi olan lityum seriye hafiflik, yüksek çekme ve akma daya-nımı sağlar. Uzay ve havacılık sanayiinde kullanılmaktadır. Yüksek yorulma dayanımına sahiptirler.

Alüminyum işlem ve döküm alaşımlannın çok kullanılanlarına ilişkin mekanik özellikler Çizelge. 2 ve Çizel-ge. 3 de görülmektedir.

2-46

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARIÇizelge. 2- Alüminyum İşlem Alaşımlarının Mekanik Özellikleri

Alaşım türüve tcmpcri

1060-01060-H121060-H161100-01100-11121100-161350-0135O-H121350-162011-T32014-T42014-T6Alclad 2014-T62024-T02024-T42025-T62036-T42117-T42219-T422219-T873003-03OO3-H1230O3-H163OO3-H183004-03004-11343004-11383105-03105-H164032-T65005-05OO5-H125OO5-H185050-05O5O-H345O5O-H385052-05052-H345O52-H385O56-H385154-H385252-H385254-05254-H385454-05454-H345456-05456-H1166061-06061-T66063-T46063-T66063-T8326101-T66262-T96463-T67001-07001-T67O49-T737O5O-T135117075-07075-T6, T6517178-T68176-H24

ÇekmedayanımıMPa

6982110901101458297124379428483469186469400338297359476110131179200179241283117193379124138200145193221193262290414331235241331248304310352117310172241290221400241255679517497228573607117

AkmaMPa

27761033410313828821102972904144147632425519316618639341124172186692002485517231741131193559020090214255345269172117269117241159255482809021426919337921415262845543510350453897

KesmeduyanımıMPa

485560626982556276221262290283124283241.193__7697103110110124145821102627697110103124138124145166221193159152193159179-2077620797152186138241152-_304_152331

69

Uzama 50 mm de %

Çubuk ka-lınlığı 1.6 nın)

4316835126

_--

_102020_24-20103010542095244_25104248625107-10527102210--251222121215.12--

_17111015

Çubuk ka-lınlığı 13 mm

_452517-_

152013-221919-27__4020141025126--9-

---_3014815

.----2416-17-

-

10-1491212161111-

Sertlik, Brinell10 0 bilya ve4900 Nyüklemede

192330232838-__95105135_47120110,70__28354755456377--12028_-365363476877100607558806281

90-95-7395711207460160135-60150-

2-47

.1 .1.

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARI

Çizelge. 3- Alüminyum Döküm Alaşımlarının Mekanik Özellikleri

Alaşım türüveTemperi

Çekmedayanımı

MPa

Akma

MPa

Kesmedayanımı

MPa

Uzama 50 mm de %

Çubuk Çubukkalınlığı kalınlığı1.6 mm 13 mm

Sertlik Brinell10 mm0 bilya ve

4900 Nyüklemede

K U M D Ö K Ü M

201.0-T7

208.0-F

222-T61

295.0-F

319.0-T6

355.O-T6

520.0-T4

7O7.O-T7

771.0-T6

851.0-T5

-

204.0-T4

208.0-T6

222.0-T65

296.0-T6

319.0-F

355.0-T6

A357-T61

A380-T6

B443-F

707.0-T7

852.0-T5

414

131

207

159

214

221

290

255

290

117

331

241

280

241

193

255

310

315

145

310

186

345

82

-

90

138

138

152

207

241

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

3

1.5

-

1.5

1.5

2

12

1

5

3

D A İ M İ K A L I B A D Ö K Ü M

200

152

-

-

97

-

248

250

41

241

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

8

2

,

2

1.5

1.5

3

1.5

2.5

3

3

110-140

40-70

100-130

55-85

65-95

70-105

60-90

65-95

75-105

30-60

-

75-105

125-155

75-105

70-100

75-105

85-115

88-120

30-60

80-110

55-85

2-48

m

&

Eıl i

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARI

2.MAGNEZYUM VE ALAŞIMLARI

Bulunuşu ve ÖnemiMagnezyum doğada Magnezit (MgCO3) ve dolomit (MgCO3.CaCO3) halinde bulunmaktadır. Saf olarak pi-

roteknide ve laboratuvarlarda, aynca bazı metallerin (B, Si gibi) elde edilmesinde kullanılmakta ise de daha çokdeğerli alaşımların hazırlanması bakımından önem taşımaktadır. Hafifliği, işlenebilirliği ve oksitlenme direnci bualaşımların hazırlanması için avantajlardır. Bu alaşımlar uzay ve havacılık sanayiinde çok kullanılmaktadırlar.

Magnezyumun Standardizasyonu ve Sınıflandırılması ve Kısa GösterilişiDaha çok ASTM ve SAE standardlan yaygındır. Her ikisi de bileşim ve temperleri açıklamaktadır. Kısa gös-

termede ilk iki harf, alaşımı oluşturan fazla miktardaki (ana) elementleri belirler. Eşit miktarda ana katkı element-leri için alfabetik sıra uygulanır. Sonraki rakamlar katkı yüzdesini, daha sonra gelen harfler de küçük katkı mad-delerini gösterir. Kullanılan harflerin anlamları:

A : Alüminyum, E : Nadir toprak metali, H : Toryum, K : Zirkonyum,

M : Mangan, Q : Gümüş, S : Silisyum, T : Kalay ve Z : Çinkodur.

Temper durumunu bildiren harf ve rakamlar:

F : Yapıldığı gibi

O : Tavlı

H 10, H 11 : Gerinim sertleşmeli

H 23, H 24, H 26 : Gerinim sertleştirilmiş ve tavlanmış

T 4 : Isıl işlemle sertleştirilmiş

T 5 : Yapay yaşlandırılmış

T 6 : Isıl işlemle sertleştirilmiş ve yapay yaşlandırılmış

T 8 : Isıl işlemle sertleştirilmiş, soğuk işlenmiş ve yapay yaşlandırılmış.

Özellikleri

Atom ağırlığı

Ergime noktası

Kaynama noktası

Yoğunluğu

Uzama katsayısı

: 24,31

: 650 °C

: 1107 "C

: 1,74 g/cm3

: 2,73.10"5 mm/mm °C

Magnezyum gümüş gibi parlak olmasına rağmen açık havada hemen gri oksit tabakasıyla kaplanır. Kuru ha-vada bu tabaka ana metali korursa da nem ya da su magnezyumu oksit filmine rağmen etkiler. Hatta suya bırakı-lan magnezyum yavaş da olsa tamamen çözünerek hidroksite dönüşür. Tel ya da şerit halinde, ergime derecesininbiraz üstünde tutuşarak çok parlak bir ışık verir, yanma sonunda oksit ve nitrürleşir.

Magnezyumun önemli alaşımlarının bileşim ve özellikleri Çizelge. 4 de gösterilmiştir.

2-49

Alaşım

AM 100 A-61AZ 63 A-T6AZ 81 A-T4AZ91C-T6EZ 33A-T5HK31 A-T6HZ 32A-T5Kİ A-TFQE 22A-T6QH21 A-T6ZE41A-T5ZE 63A-T6ZH 62A-T5

AM 60A-FAS 41 A-FAZ 91 A,B-F

AZ 10A-FAZ31B.C-FAZ 61 A-FAZ 80 A-T5HM 31 A-T5MIA-FZK 60 A-T5

Al

10.06,07,68.7—————————

6.04..

9.0

1,23.06,58.5———

B ı

Mn

0,10,150.130,13

—————————

0,130,350,13

0.2———1,21,2—

1 e ş

Th

————3.33.3———60——1.8

——

———3,0

—

i m , %

Zn Zr

Kum

—3.0———2,1————

4.25.85,7

————

0.60,70,70.70.70,70,70.70.7

Ba

_—

0,7 —

F ı ş k i r t m

0.41.01,00.5

5,5

———

0.45

Diğer

^ekmeday.MPa

Akma d a y a n ı m ı

ÇekmedeMPa

BasmaMPa

ve Kokil Döküm————

3.3 RE———

2,5Ag,2.1RE2.5Ag, l.ORE

1.2 RE2,6 Re

—

280280280280159221186179202280207304241

s ı n ç l ı Döküm

1.0 Si207221228

152131

8214511010390—

193207138193172

15213182

14511010390—

193207138193172

117152152

117152166

a Ç u b u k v e P r o f i l l e r

—

—

241262310379290255366

145200228280228179304

6997

13124118682

248

Yarak-lamaMPa

—359304359280280255124——

352—

338

_

—

228283

—345193407

Uzama50 mm de

%

15

156284134

3.5104

643

1015167

101211

Kesmedayanımı

MPa

14512414514514513855——

159—

166

_

138

131138166152124179

Sertlik

R 10"500 kg

69735566505557—80—62

60-8570

_

435

338414566

304607

L e v h a l a r

A31B-H24HK31A-H24HM21A-T8

3,0——

—0,6

',02.0

1,0——

_0.6—

_——

290228235

221200172

179159131

3242X3269

159

11

159138124

504469

—

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARI3. BAKIR VE ALAŞIMLARI

Bulunuşu ve ÖnemiDoğada kuprit, halkopirit, malahit, azurit gibi filizler halinde, ayrıca nisbeten soy bir metal oluşu itibariyle de

ham bakır olarak fazla miktarda görülebilen bir elementdir. Filizlerinden kolayca indirgenir.

Tarihin çok eski yıllarından beri kullanılagelen bakır, değerini önemli özelliklerine borçludur. Çekme dayanı-mı ve sertliğinin az olmasına rağmen elektrik ve ısı iletkenliği çok iyi olup bu özellikleri bakımından gümüştenhemen sonra gelir. Korozyon direnci ve yorulma dayanımı yüksektir. Lehiınlenebiliıiik, kaynak edilebilme, dövü-lebilme ve haddeleme gibi işleme kolaylıklarına sahip, güzel pembe renkli ve hoş görünümlü bir metaldir.

Alüminyum, paslanmaz çelik ve kaliteli camlardan önce. mutfak kaplan imalinde fazla miktarlarda kullanıl-mış olan bakır, aynı amaçla bugün de az oranda tüketilirken asıl kullanım yerini elektrik iletkenleri ve alaşımları-na bırakmıştır. Elektrolitik bakırdan bobin telleri ve diğer iletkenler yapılırken az miktarda da altın ayarı, mermive roket parçalan (bakır koni gibi) yapılu'. Dekoratif eşya da bakırın kullanıldığı bir yerdir.

Bugün ancak tarihi bir değeri olan bakır-kalay karışımı tuncun yerine çinko, berilyum, alüminyum, nikel gibikatkılarla bakırdan çok değerli alaşımlar yapılmaktadır.

Bakır Standartları ve Sınıflandırmalar

Bakır ve alaşımları yurdumuzda TSK tarafından standardlaştırılmıştır. Bu standardlara ait bazı örnekler aşağı-da gösterilmiştir.

TS 188 Sınıflandırma (yerine TS 4515, 4516, 4517, 4518. 4519 geçmiştir.)

TS 1383 Kısa gösterilişler

TS 1384 Kısa gösterilişler

TS 380 Bakır borular, dikişsiz

TS 417 Bakır-çinko alaşımı borular, dikişsiz

TS 553 Bakır çinko alaşımı levhalar ve şeritler

TS 554 Bakır levha ve şeritler

TS 564 Pirinç ve kurşunlu pirinç teller ve profil çubuklar

TS 597 Bakır alaşımlı yaylık teller

TS 1653 Elektrolitik katod bakır

TS 1718 Bakır ve alaşımları, Rockwell sertlik deneyi, vb.

TS 3586 Düz ve içi dolu mamuller

Bakır ve alaşımları için yabancı ülkelerde milli ve özel kuruluşlarca uygulanan birçok standardlar bulunmak-tadır. Bu Standard örnekleriyle eşdeğerlikler Çizelge. 5 de verilmiştir.

Bakır alaşımları:

- işlem Alaşımları,

- Döküm Alaşımları,

olmak üzere iki grupta incelenirler.

Kısa gösterilişler

Cu - ETP : Elektrolik özlü bakır

Cu - Di İP : Deokside edilmiş yüksek fosfor kalıntılı bakır

Cu - FRIIC : Ateşte rafine edilmiş iletkenliği yüksek bakır.

2-51

Çizelge. 5- Bakır ve Alaşımlarının Standardı

<

a:

Adı

Bakır (sıradan, normal)

Bakır, sertifikalı

Bakır, deoksıde. fosforlu

Bakır, gümüşlü, yalaklık

Bakır, gümüşlü, yalaklık

Bakır, gümüşlü, yataklık

Bakır, kükürtlü

Pırını,. (MS '>())

Pırını,. 'MS 85)

Pırını,. (MS 80)

Pırını, (MS 70. 72)

Pırını,, kurşunlu (MS 158)

Pırın*,, kurşunlu (MS 162)

l'ırıik ikwk,rKm,-,la\ . M S 8 5 4 )

B K . I I / k. l lavl l

Rii>n/ k a l u v l ı

H u m / k.ıi.ıvlı

\ ı k t ' l s:tınHJşu

N ıkt-f. ızuııııışü

B.ıkıı n i k e l . i l . ı s ın ı lan

B.ı^ ıı n ı k . ı . t t . ı smılar ı

N k r l s i l ise um hr• >n/u

" M i l l l l l ' • ] - ' İ l / i r

S n ı ı i ! 1 . I i°/:,

ISO Normu

Cu-OF

VV.NrVDINAlmanya

2.0040OF - Cu

Cu-ETP £*&

Cu-DHP Z«™

Cu Ag 0.0.1 (OF) c u 2 ^ " ' , , ,

Cu Ag 0.05 (OF)

Cu AgOOl (OF)

Cu Cr 1 Zr

C\ıS

Cu Zn 10

Cu Zn 15

Cu Zn 20

1 1203Cu A&0.1

ri293Cu Cr Zr2. 1498Cu SP ,2.0230 '

CuZn 102 0240

Cu Zn 152 0250

Cu Zn 20

CuZn 30 , 2 065/(2 061)(CuZn^l : CuZn 30/(28)

CuZn39Pb2 ^ ^

CuZn36Pbl „ }A\l\\, «CuZn36Pbl.5

CuZn 35 Pb2 . —

Cu Zn 35 Mn2 -AlFc """"

^ i âT6,, c , ' KİK)( u S " 6 Cu Sn 8r- ç u * ~ -<>™'"( u Sn 8 ^ r u N l 12Zn 24

CuNı 12 Zn 24 " 2 0740Çu\ıl8Zn2O_

( u.Nı 18 /n 20 C u N | ,_,

Cu Nı 25 ' 2OK72"CuNı 10 Fc

( u Nı 10 Fc- 1 Mn ( - u \ ^ s ,

BSİngiltere

C 103Cu-OFC 101

Cu - ETPC 106

Cu-DHP

C 103

C 103Çu-A£-OE-i__

C 103Cu-Ag-OF-4

CC 102A2/2

C 111

CZ 101

CZ 102

CZ 103

CZ 106

CZ 122

CZ 131(CZ 132)

CZ 114

PB 102

Pb 103

Pb 104

NS 104

NS 106

CN 105- •

CN 102- -

A 3 1 2

UNSAmerika

C10200OF

C11000ETP

CI22OODHP

NFFransa

Cu-Cl

Cu-cl

Cu-bl

C 10400OFS ~

C10500_QfS. ,

—

C 10700OFS

C18100 !

C14700 —

C 22000

C 23000

C 24000

CuZn 10

CuZn 15

Cu Zn 20

C 26000 CuZn 30

C 37800 CuZn 39 Pb2

C 35330 CuZn 35 Pb2

1 CuZn+Classe 1

C.51000 ; Cu Sn 4 P

C 51900 C u S n ö P+

C 52100 : C u S n S P

C 75700 CuNı 12 Zn 24

C 75900 ; Cu Ni 18Zn 20

C 71300 CuNı 25

C 70600 Cu.Ni 10 FeC 64700 " ~ ^ ' ~ "" ""

(C I8OOO)

* U S , : M ı . ( ı is^M,> 1 : r 6 M I X )

ı u Sı ' Mıı 11 1 •> 2.^

C u S ı . ' M n(S 101 C föMKI

sş / sisİsveç

5011

5010

5015

—

-

5030

—

5112CuZn 15

5114Cu Zn 20

5122Cu Zn 30

5168Cu Zn 39 Pb2

5238CuZn35Mn2AlFe

-

5428Cu Sn 6

5243CuV,J12_Zn24..

5246..ÇuNi.l8Zni().

5667CuNılOFe i Mn

NSNorveç

16011Cu-OF

16010Cu-ETP

16015Cu • DHP

—

—

SFSFinlandiya

2905Cu-OF

2908Cu-ETP

2907Cu-DHP

-

—

16032 1 2910CuAgO.KOF) | CuAgO.l(OF)

—

16106CuZn 10

16108CuZn 15

16110Cu Zn 20

—

2915Cu Zn 10

2916CuZn 15

2917Cu Zn 20

16115 1 2918CuZn 30 ; CuZn 30

16135 2921CuZn 39 Pb2 : CuZn39 I*b2

16150 2923CuZn 36 n 1 CuZN36 Pb 1

1979~~ CuZn35Mn2AIFe

16304Cu Sn 4

16306 ! 2933Cu Sn6 j Cu Sn 6

İ6424 | 2936CuNıl2Zn24 , CuNU2Zn24

16420 i 2935_ _CuNı i8Zn2O _l_ _CuNj 18Zn20 .

16410 2938ÇuNıl_0Fe!_Mn...ı_ CııNilO Fc-IMıı

t

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARI

Alaşım elementleri, belirtilen anma alaşım miktarlarına göre sıralanmalıdır. Alaşım elementleri azalan yüzdesırasına göre yazılır. Örneğin (Cu Zn 36 Pb 3) ya da yüzde miktarları eşit ise kimyasal simgeler alfabetik sırayagöre yazılır (Cu Al 10 Fe 5 Ni 5 gibi).

Uygulanan Esas İşlemlerin Gösterilişleri

Harf Temel İşlem

M tmal edildiği şekilde

O Yumuşak tavlanmış (döküm mamuller için)

H Soğuk Biçimlendirme Sertleşmesi (biçimlenebilenler için)

T M, O veya H dan Başka Isıl İşlemler ile Elde Edilen Özellikler

T dan sonraki ikinci harf, belirli işlemlerin sırasını ifade eder.

İşlem ayrıntıları TS 1384 de bulunmaktadır.

Özellikleri

Atom ağırlığı

Ergime noktası

Yoğunluğu

Isı iletkenliği

Isı kapasitesi

Uzama katsayısı

Elektrik iletk.

63,64

1083 °C, kaynama noktası 2595 °C

8,96

38.61 W/(m.°C)

0,129 kJ/(kg.°C)

1,7.105 mm/mm °C

167 ohm.mm/m

Bakır, pembe-kırmızı renkte, yumuşak çok ince levha ve tel haline getirilebilen, çok iyi iletken bir metaldir.Korozyon direnci de iyi olmak birlikte nitrik asit, sıcak tuz asiti ve sıcak sülfirik asit metali çözer. Açık havadapatina denen yeşil renkli, ana metali daha fazla korozyondan koruyan bir tabaka ile kaplanır.

Bakır, kolayca değerli alaşımlar haline getrilebilir. Alaşım katkı maddelerinin başlıcaları çinko, kalay, kur-şun, alüminyum, nikel ve silisyumdur. Bu alaşımlarla ilgili bileşim, özellik ve tipik kullanım yerleri Çizelge. 6 daverilmiştir.

Çizelge. 6- Bakır ve Pirinç İşlem Alaşımları, Özellik ve Kullanım Yerleri

Anma adı Anma Çekme Akma Uzama Talaşlı İmalat özellikleri ve tipikve UNS No. bileşimi dayanımı dayanımı (50 mm de) işlenebilme uygulama alanları

Bakır, oksijensizc 10 200

Bakır, oksijensiz,

Bakır, oksijensiz

99,95 Cu 221-455 69-366 55

99,99 Cu 221-455 69-366 55

99,95 Cu 221-352 69-345 50

20 Çok iyi işlenebilirlik, soğuk vesıcak çalışma uygunluğu, forging vepresleme, zımbalama, sıvama ve ben-zer işlemler. Troleybüs iletkenleri,metalik conta, dalga kılavuzları, vb.

20 Yukarıdaki gibi, iyi iletken tel ve kab-lolar

20 İşlenebilirle 10200 gibi, iyi lehim, oto-büs barası, kaba elektrik iletkenleri

2-53

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARI

Çizelge. 6- Bakır ve Pirinç İşlem Alaşımları, Özellik ve Kullanım Yerleri (Devamı)

Anma adı Anma Çekme Akmave UNS No. bileşimi dayanımı dayanımı

Uzama Talaşlı İmalat özellikleri ve tipik(50 mm de) işlenebilmc uygulama alanları H

Bakır, oksijensizgümüşlü, yalaklıkC10400, 10500.10700

Pirinç, Ms 90C22000(Ticari bronz)

Pirinç Ms 85C23000

Pirinç Ms 80C24000

Pirinç Ms 70(Kovanlık)C26000

Pirinç, düşükkurşunlu boru nılz.C33000

Pirinç, yüksekkurşunlu boru nılz.C 33200

Pirinç yüksekkesme hızlıC36000

Pirinç, dövmelik(forging)C37700

Pirinç, NovalC 46400-46700

Tombak(Gilding melal)C21000

Pirinç, yüksek İn/.Ms58

Mimari bronzC 38500

BronzC42500

99.95 Cu

90Cu+10Zn

85Cu+15Zn

8OCu+2OZn

7OCu+3OZn(72Cu+28Zn)

66Cu+33,5+0,5 Pb

65,0 Cu+33,5 Zn+1,6 Pb

61,5 Cu +35,5 Zn +3,0 Pb

59,0 Cu +39,0 Zn +2,0 Pb

60,0 Cu +39,25 Zn +0,75 Sn

95Cu+5Zn

58Cu+42 Zn(+Pb)

57Cu +40 Zn +3Pb

88,5 Cu+9,5 Zn +2,0 Sn

221-455

255-497

269.724

280-862

304-897

324-517

359-517

338-469

359(Ekstrüzyon)

373-607

235-442

350-450

414(Eksiriizyon)

310-635

69-366

69-428

69-435

82-448

76-448

103-414

138-414

124-310

138

172-455

69-400

130-300

138

124-524

55

50

55

55

66

50

50

53

45

50

45

42

30

49

20 işlenebiliri!k 10200 gibi. Otocontası, radyatör, iletken tel,otobüs barası, baskılı devrekomü-tatör seymeni, svieteminel..

20 Çok iyi soğuk işlenebilme, çekmesıvama, presleme için iyi sıcak işlene-bilme. Madalya, mermi gömleği, kap-sül, süs eşyası, vb.

30 Çok iyi soğuk, iyi sıcak işlenme, ilet-kenler, soketler, yangın söndürücü, ısıeşanjör borusu, radyatör.

30 Çok iyi soğuk, iyi sıcak işlenme.Pil kapsülü, müzik aletleri, saat kadra-nı pompa parçası, esnek hortum.

30 Çok iyi soğuk işlenme, mermi kovanıtesisat mlz. radyatör, ışıklandırmaaksesuarı, dekoratif eşya, pim, perçin.

60 Soğuk işleme ve talaşlı işlemeyeuygun. Delme, zımbalama ve bükmeiçin uygun. Pompa, güç silindiri, mü-himmat kapsülü, tesisat malzeme

80 Çok iyi talaşlı işlenme, delme vezımbalamaya uygun. Genel amaçlıvidalı parçalar.

100 Üstün talaşlı işi. röle ile vidaaçılabilir. Dişli, pinyon ve otomatparçaları.

80 Çok iyi sıcak işlenme. Sıcakpresleme parçalan.

30 Çok iyi sıcak işlenme, sıcakpresleme parçalan. Şaft, tambur,cıvata, somun, valf gövdesi, kaynakçubuğu, gemi aksesuarı.

20 Çok iyi soğuk, iyi sıcak işi. Çekme,sıvama, zımbalama, delme vb. Mermigömleği, madalya, kapsül, süs eşyası.

85 Çok iyi talaşlı işlenme.Otomat parçaları.

90 Çok iyi talaşlı ve sıcak işlenebilme,sıcak presleme. Mimari ekstriizyon,süsleme, menteşe kilit gövdesi, for-ging parçalar.

30 Çok iyi soğuk işlenme, delme, şekil-lendirme, derin çekmeye uygunluk.Elektrik anahtarı, yay, terminal, kon-nektör, kalem raptiyesi.

2-54

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARIÇizelge. 6- Bakır ve Pirinç İşlem Alaşımları, Özellik ve Kullanım Yerleri (Devamı)

Anma adı Anına Çekine Akmave UNS No. bileşimi dayanımı duyanımı

Uzama Talaşlı imalat özellikleri ve tipik(50 mm de) işlenvbilıııe uygulama alanları

Fosfor bronzuC51000% 5 lik

95,0 Cu +5,0 SneserP

324-966 131-552 64 20 Çok iyi soğuk işlenme, çekme, kat-lama, bay şişirme, rölelenıe. kesme,zımbalamaya uygun, özel boru, diyaf-ram, kesme pimi. kemer, kilil contası,kimya cihazı, kaynak teli. tekstil dona-

Fosfor bronzuC52400% 10 luk

Fosfor bronzuyüksek hızC54400

Al. bronzu,C61000

Al. bronzu,demirliC61800

BronzC 63200

BronzC 63600

BronzC63800

Bronz, düşüksilisyunıluC 65100

Mangan princiC 66700

Kızıl, silisyumbronzuC69400

Nikel bronzuC71000

Nikel gümüşü(Alman gümüşü)C75200(Alpaka)

90,0 Cu +10,0 SneserP

88,0 Cu +4,0 Pb4,0 Zn4,0 Sn

92,0 Cu +8,0 Al

89,0 Cu +1,0 Fe +10,0 Al

82,0 Cu +4,0 Fe +9.0 Al +15,0 Ni

95,5 Cu +3,5 Al +1,0 Si

95,5 Cu +2,8 Al +1,8 Si +0,4 Co

98,5 Cu +l,5Si

70,0 Cu +28,8 Zn +1,2 Mn

81,5Cu +14,5 Zn +4,0 Si

79,0 Cu +21,0 Ni

65,0 Cu +17,0 Zn +18.0Nİ

455-1014

304-517

483-552

552-586

620-724

442-580

566-897

280-655

315-697

552-694

338-655

386-711

193tavlı

131-435

207-379

269-293

310-366

373-786

103-476

82-638

280-393

90-568

172-620

70

50

65

28

25

64

36

55

60

25

40

45

20 Çukurlaştırma, şekillendirme ve kat-lama gibi iyi soğuk işlenme.Ağır levha ve çubuk aşınma vekorozyona dirençli yay. feling.

80 Çok iyi talaşlı işi. iyi soğuk işi.çekme, katlama, çukurlaştırma.kesme ve zımbalamaya uygun.Yatak, burç, basınç contası, dişli, şaftve valf parçaları.

20 iyi sıcak ve soğuk işlenme, cıvata,pompa parç. şaft, bağlantı çubuğu.

40 Sıcak pres ve forging e uygunluk,burç, yatak, kaynak teli vekorozyon dirençli üretim.

30 İyi sıcak şekillenme, kaynağa uygun-luk. Cıvata, somun, pompa parç.şaft, korozyon dirençli üretim.

40 Çok iyi soğuk işlenme, kutup ele-manı, cıvata (soğuk pres), konnek-tör. vida.

Çok iyi soğuk işlenme ve sıcak tekil-lenme. Yay, anahtar parç., kontak,cam ve seramik sırı.

30 Çok iyi sıcak ve soğuk işlenme,şekillendirme, katlama, baş şişirme,tırtjl çekine, sıvama. Vida. cıvata,lıid.basınç gömleği. ısı eşanjör borusu,elk. donamım.

30 Çok iyi soğuk şekillenme, katlama,zımbalama ve kaynağa uygunluk.Dikiş ve punto kaynaklı çeşitli prinç-parça.

30 Çok iyi sıcak (forging) şekillen-dirme, vida çekme. Korozyon dirençlive yüksek day. valiler.

20 İyi sıcak ve soğuk şekillenme, kay-nağa uygunluk. Röle parç. kondansörve parç., elektrik yaylan, buharlaştırı-cı ve ısı eşanjör borusu.

20 Çok iyi soğuk işlenme, katlama, derinbaş şişirme, rövolver ile vida ve tırtılaçma. Perçin, vida, tepsi, kameraparç. dekorasyon, isimlik, radyo kad-ranı, vb.

2-55

DEMlR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARIÇizelge. 6- Bakır ve Pirinç İşlem Alaşımları, Özellik ve Kullanım Yerleri (Devamı)

Anma adı Anma Çekme Akmave UNS No. bileşimi dayanımı dayanımı

Uzama Talaşlı İmalat (izcilikleri ve tipik(50 mm de) işlenebilme uygulama alanları

Gümüşlü bakırC 80100

C81300

C81800

C82000

C 82200

99,5 Cu+Ag 172nıin 0.05Diğer maks. 0.05

98,5Cumin. 3660,06 Be, 0,80 Co

62

248

95,6Cumin. 345-(704) 172-(517)1,0 Ag-0,4 Be1,6 Co (2)

96,8 Cu 345-(690) 138-(517)0.6 Be, 2,6 Co

99.5 Cu nün. 393-(655) 207-(517)0,6 Be, 1,5 Ni

40 10 Elektrik ve ısı iletkenleri, korozyonve oksitlenmeye dirençli uygula-malar.

11 20 Sert elektrik ve ısı iletkenleri.

20-(8) 20 Direnç kaynak elektrodu, kalıplar.

20-(8)

20-(8)

C83400

C 83600

C84400

C 85200

C85500

C 87800

Kalay bronzuC 90200

Kalay bronzuC 90500

Kalay bronzu,Nikelli C 91600

BronzC92300

Bronz, yüksekkurşunluC93200

Bronz, yüksekkurşunlu93700

Bronz, yüksekkurşunluC94300

Bronz, nikelliC94700

90 Cu, 10 Zn

85 Cu, 5 Sn5 Pb, 5 Zn

81 Cu, 3 Sn7Pb,40Zn

72 Cu, 1 Sn3 Pb, 24 Zn

58 Cu, 1 Sn1 Pb, 40 Zn

82 Cu14 Zn, 4 Si

93 Cu, 7 Sn

88 Cu10 Sn, 2Zn

88 Cu10,5 Sn, 1,5 Ni

87 Cu8 Sn, 4 Zn

83 Cu, 7 Sn7 Pb, 3 Zn

80 Cu, 10 Sn10 Pb

70 cu, 5 Sn25 Pb

88 Cu, (Sn2 Zn, 5 Ni

241

255

235

262

379

586

202

310

304-(414)

280

241

241

186

345-(586)

69

117

103

90

207

345

110

152

152-(221)

138

124

124

90

159-(414)

30

30

26

35

15

25

30

25

16

25

20

20

15

35 (10)

20 Akım taşıyıcı parç., kontak ve analılarlevhası, burç, yatak, sac havyası(direnç kay. için)

20 Kavrama ringi, fren kasnağı, dikişkaynak elektrodu, su ile soğutmadonamını, manşon.

60 Az mukavim, az iletken döküm,mermi sevk çemberi.

84 Valf, flanş, fiting, su tesisat parç.Pompa, küçük dişli, süs eşyası.

90 Genel eşya, süs dökümü, tesisat(su) iniz., şamdan.

80 Su tesisatı parç. valf, baslık, süseş. şamdan.

80 Basınçlı döküm alş. düşük mukave-metli, genel amaçlı.

40 İnce cidarlı. yüksek mukavemetlibasınçlı döküm, silah kabzası, 6 köşesomun.

20 Yatak, manşon.

30 Yatak, burç, pompa parç., pistonringi, valf, conta, fiting.

20 Dişli imali

42 Çok iyi talaşlı işlenme. Valf, filting,yük. basınç buhar tesisatı dökümü.

70 Yatak, burç, kovan.,genel kulamın mlz.

80 Yüksek bas. pompalar için yatak,korozyon dirençli uygulamalar vedöküm mlz.

80 Hafif yüklü, yüksek hızlıyatak imali

30 Valf, pompa gövdesi, flanş, denizsuyuna dirençli malz.

2-56

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARI

Çizelge. 6- Bakır ve Pirinç İşlem Alaşımları, Özellik ve Kullanım Yerleri (Devamı)

Anma adıve UNS No.

Al. BronzuC 95200

Nikel bronzuC96400

C 96700

Nikel gümüşüC97400

C99300

Anına Çekmebileşimi dayanımı

88 Cu 5523 Fe, 9 Al

69,1 Cu, 46930 Ni, 0,9 Fe

67,6Cu, 30Nİ (1207)0,9Fe, l,15BeO,15Zr,O,15Ti

59 Cu, 3 Sn 2625Pb,17Ni,16Zn

71,8Cu, 15Nİ 6550,7Fe, 11 Al,1,5 Co

Akınadayanımı

186

255

(5527

117

379

Uzama(50 mm de)

35

28

(10)

20

2

Talaşlıişleııebilme

50

20

40

60

20

İmalat özellikleri ve tipikuygulama alanları

Asit dirençli pompa, yatak, dişli,valf, burç, silindir.

Valf, pompa gövdesi, İla aş. denizsuyuna dirençli mlz.

Korozyon dirençli plastik kalıbı, dz.suyuna dirençli, yük. mukavemetliparçalar.

Valf, fitting, süsleme eşyası, madenieşya.

Cam eşya imal kalıbı, cam levharulosu, denizcilik eşyası.

4. ÇİNKO VE ALAŞIMLARI

Bulunuşu ve ÖnemiEn önemli çinko filizleri, çinkoblend (ZnS), kalamin (ZnCO3) ve çinko silikat (çinko camt)dır.

Saf halde elektro kaplama ve eritme kaplamada kullanılır. Alaşımları sanayide çok yaygın olup özellikleZamak ticari adıyla sanayide basınçlı döküm malzemesi olarak, ayrıca bakır ve alüminyumla verdiği alaşım türle-ri çok önemlidir. Suda eriyen çinko bileşikleri zehirlidir.

Çinko Standardları ve SınıflandırmalarTSE tarafından çinko ve çinko alaşunlan sınırlı olarak standardlaştırılrmş, çalışmalar sürdürülmektedir:

TS 414 : Mg-Al-Zn alaşımları, dökümlük

TS 2274 : Mg-Zn-Zr alaşımları, dökümlük

DİN Normu, ASTM ve diğer ülke normları da çinko ve alaşunları için standardlar hazırlamıştır. YaygınASTM örnekleri:

B-69-62T : Çinko Levhalar.

B-86-64 : Çinko Alaşımları, Basınçlı Döküm için (AG40A, AC41A).

B-240-64 : Çinko Alaşımı Ingotlar, Basınçlı Döküm İçin.-

Çinko ve alaşımları başlıca:

- Korozyon önleyici olarak, levha ve kaplama halinde (galvaniz),

- Döküm, özellikle basınçlı dökümde,

- Çinkografide,

- Bakır ve alüminyum başta olmak üzere bir çok değerli alaşımların hazırlanmasında,

- Değerli bir boya pigmenti olan çinko oksit in yapımında kullanılmaktadır.

2-57

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARI

Özellikleri

Atom ağırlığıErgime noktasıYoğunluğuKaynama noktasıUzama katsayısıÇekme dayanımıElektrik iletkenliği

65,37419°C7,14906 °C4.10-5mm/mm°C250-270 MPa606 ohm. mm2/m

Çinko metali, gri mavi renkte, çok sert olmadığı için levha haline getirilebilen, açık hava korozyonuna çokdirençli bir malzemedir. Alüminyumda olduğu gibi ince oksit tabakası ana metali korur.

Çinkonun bakır ve alüminyumla verdiği alaşımlar daha önce görüldüğünden presdöküm malzemelerindenASIM örnekleri Çizelge. 7 de bilgi için verilmektedir.

ASTM B 86 AG 40A : Cu 0,25-Al 3,5-4,3-Mg 0,02-0,05-Fe, maks. 0,100-Pb 0,05- Cd o,04-Sn0,03- Çinko, kalanı

AC 41A : Cu 0,75-1,25-Al 3,5-4,3-Mg 0,03-Fe0,100-Pb 0,05-Cd 0,04-Sn 0,03-Çinko, kalanı

Çekme dayanımı, AG 40A : 284 MPa, 41A : 323 MPaUzama, 50 mm de % Ag 40A : 10 , " : 7Brinell sertliği : 82 , " : 91

10 0 bilya5000 N yük30 saniye

Çizelge. 7- Çinko Alaşımları

ALAŞIM

B i l e ş i m %

Cu Al Mg Pb Cd Sn Fe

Özellikler

Çekmeday. MPa

Basmaday. MPa

SertlikBıinell

Uzama50 mm?

Tipik KullanımYerleri ve Noktalar

D ö k ü m A l a ş ı m l a r ı

A G 4 0 A(SAE 903)

AG41 A(SAE 925)

0,03

0,751,25

3,9-4,3

3,9-4,3

0.03-0,06

0,04

"

0,02 0,075

"

0,075

«

283

328

414

600

82

91

10

7

Basınçlı dökümEşd.Zamak3,QQ-Z-363

Basınçlı döküm ve kumdöküm, eşdeğeri

Zamak 5, Gomak 5

t ş l e m A l a ş ı m l a r ı

Haddeli çinkoTicari

"

Klişe çinkosu(sert)

-

-

0,005

-

-

-

-

-

0,0050,025

0,08

0,06

0,15-0,35

-

0,06

0,15-0.30

-

-

-

-

-

0,014-0,025

-

-

-

-

-

-

38

43

43

-

-

-

Pilkovanı.balıkgözü.eli-ket, diğer direnç çekme

mlz. Adres plaketi

"

Foto klişesi yükseksertlik, iyi dağlan-

ma Özelliği

2-58

III, lıl J iı.J

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARI

5. NİKFX VE ALAŞIMLARI

Nikel, yüksek korozyon ve oksidasyon direncine sahip olan demir renginde bir değerli metaldir. Kaliteli çelikimali dışında da yüksek mekanik özelliklere sahip ve bu özelliğini 1000 °C nin üstünde de koruyan nikel alaşım-larının imalinde kullanılır. Ticari saflıktaki nikel, çok iyi manyetik ve elektrik özelliklerine sahiptir.

Nikel alaşımları, çelikle mukayese edildiğinde açıkça çok iyi mekanik özelliklere sahiptir, tşlem alaşımlarınçoğu sıcak ve soğuk işlenmeye, başarıyla kaynak edilmeye uygundurlar. Yüksek oranda alaşımlandırılmış nikelişlem alaşımlarından bazılarının (dövme süperalaşım gibi) işlenmelerinin güçlüğü istisnadır.

Döküm alaşımları talaşlı işleme, taşlama, lehim ve kaynağa uygundur.

Nikel ve nikel alaşımları TSE tarafından standardlaştırılmaya başlanmış olup bazı örnekler aşağıda gösteril-miştir:

TS5180 Rafine Nikel

TS 8841 Nikel-Demir Alaşımları, Biçimlenebilen, Kimyasal Bileşimler.

TS 8889 Nikel - Krom Alaşımları, Biçimlenebilen, Kimyasal Bileşimler.

Amerika Birleşik Devletleri, UNS kuruluşunca nikel ve alaşımları standardlaştınlmıştır. UNS No., isimlen-dirme, bileşim, mekanik özellikler ve kullanım yerleri bilgileri Çizelge. 8 de gösterilmiştir.

6. TİTAN VE ALAŞIMLARI

Titan, gri renkli, hafif (d= 4,5 g/cm3), iyi mekanik özelliklerde, manyetik olmayan, yüksek korozyon direnci-ne sahip değerli bir metaldir. Kuvvetli oksitleyici asitler, hipoklorit ve klor çözeltilerine, salamura ve deniz suyuile daha bir çok kimyasal maddeye karşı direnci yüksektir. Hidrojen, oksijen ve azota karşı ilgisi fazla olup bugazlar ve karbon titanı kırılgan yapar. Uçak motor kompresörleri için çok uygun düşer. Elektro kaplamacılıkta daiş parçaları askısı, tekne ve benzeri donanım için rakipsiz bir malzemedir.

Titanın biçimlendirilmesi paslanmaz çeliğinkine benzer. Titan ve alaşımları talaşlı işlenebilir, taşlanır. Bu-nunla birlikte işin sertleşmemesi için takımların keskin, beslemenin devamlı olması gerekir. Kılavuz çekme, me-talin yolunması olduğundan zordur.

Dökümlük titan alaşımları grafit kalıplama ile dökülürse de kalite için vakumlu fırın kullanımı gerekir.

Genelde titan parçalar Gaz-wolfram ark kaynağı yöntemi ya da Plasma arkı yöntemiyle kaynatılabilir.Ancak, çok iyi bir temizlik ve maskeleme gerekir. Alfa-beta titan alaşımları yüksek dayanım için sulanabilir,fakat kaynak edilemezler.

Beta ve alfat-beta alaşımlar biçimlendirme tasanmlannda kullanılabilirler. Bunun için önce yumuşak biçim-lendirme, sonra ısıl işlem yapmak gerekir.

2-59

Çizelge. 8- Nikel ve Nikel Alaşımları

ML

AR

I

I—it»<

W

rAL

LE

R

5es

DE

Mİ

UNSNo

N02200

N 044000

N 06002

N60O3

N6600

N 07750

N08800

N 08825

N 09901

N10001

N10004

N10276

N13100

Tanımlama

Ortak ad

Ticari saf nikel(Ni 200)

Nikel-Bakır alş.(Monel 400)

Ni-Cr alş.(Hastelloy X)

Ni-Cr alş.(Nichrome V)

Ni-Cr alş.(Inconel 600)

Ni-Cr alş. yaşlan-dırma sertleştirilmiş(Inconel x 750)

Ni-Cr-Fe alş.(Incoloy 800)

Ni-Cr-Fe alş.(Incoloy 825)

Ni-Cr-Fe alş.Yaş. sertleştirilmiş

Ni-Mo alş.(Hastelloy B)

Ni-Cr-Mo alş.(Hastelloy W)

Ni-Cr-Mo alş.

Ni-Co alş.

Anma Bileşimi

(Ağırlık % si)

99,5 Ni

65 Ni, 32 Cu, 2 Fe

60 Ni, 22 Cr, 19Fe

80 Ni, 20 Cr

75 Ni, 15 Cr, 10 Fe

73 Ni, 15 Cr, 10 Fe

32 Ni, 21 Cr, 46 Fe0,4 Ti. 0.4 Al

32 Ni, 21 Cr, 46 Fe3 Mo, 2 Cu, 1 Ti, Al

43 Ni, 12Cr,36Fe,6 Mo, 3 Ti+Al, B

67 Ni, 28 Mo, 5 Fe

59 Ni, 5 Cr, 25 Mo,5 Fe, 0,6 V

57 Ni, 15 Cr, 16 Mo,

60 Ni, 10 Cr, 15 Co,

Tipik Özellikler, N/mm2

Çekme

462

545

786

690

620

620

600

628

1207

835

847

800

1014

Akma

152

207

359

414

248

278

290

241

897

393

366

359

848

Uzama %

47

48

43

30

47

20

44

50

14

63

55

60

9

Form

işlem

işlem

işlem

işlem

tşlem

İşlem

İşlem

tşlem

İşlem

işlem

tşlem

işlem

Döküm

Tipik Kullanım

Yerleri

Gıda ve kimya proses cihazları

Valf, pompa, mil, denizcilik malz. Elk. vepetrol donanımı

Türbin ve fınn parçaları, petrokimyadonanımı

Isıtıcı, direnç, elektronik parça

Kimya, elektronik, gıda proses ve ısıl işi.donanımı

Türbin par. nükleer reaktör yayı, cıvata,ekstrüzyon kalıbı, biçimlendirme takımı

Isı eşanjörü, fırın parç. kimya ve güç tesisiboruları

Isıl işlem ve kimya kullanım donanımı

Türbin parçaları

Kimya cihazları

Birbirine benzemeyen metaller içinkaynak teli, motor bakım ve onarım malz.

Kimya cihazları

Türbin parçaları

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARI

7. ÖZEL ALAŞIMLAR (DEMİR DIŞI)

Günlük hayatta ve teknolojide sık rastlanılan bazı önemli demir dışı alaşımların bileşimleri aşağıda verilmiş-tir.

Düşük Erginıeli Alaşımlar

Ergime Sıcak."C

46,8

58

70 (Vood alş.)

95

124

142

183 (Lehim, yumuşak)

Yatak Metalleri

Bi

44,7

49

50

52,5

55,5

-

-

Türler % Sn

Hafif yükleme, Alman

Ucuz yatak metali

Ağır yükleme, Alman

Çok sert yatak metali

Mıknatıs Alaşımları

Cunico 50Cu,

Remalloy 12Co.

Alnicol 12 Al,

Alnico IV 8 Al,

80

290

12

21 Ni, 29 Co

Pb

22,6

18

26

32

45,5

30,6

38,14

Sb

12

2

8

82

, 20 Mo, Fe (kalanı)

20 Ni, 5 Co,

14 Ni, 24 Co,

Fe (kalanı)

Sn

8,3

12

13,3

15,5

-

51,2

61,86

Cu

8

8

-

4

3 Cu, Fe (kalanı)

Cd

5,3

-

10

-

-

18,2

-

Zn

-88

2

2

Diğer

19,1 indiyum

21 indiyum

-

-

-

-

-

Elektrik Direnç Telleri

Alaşım

71 Ni, 29 Fe

80 Ni, 20 Cr

75 Ni, 20 Cr, 3(A1+Cu)

60 Ni, 16 Cr, 24 Fe

35 Ni, 20 Cr, 45 Fe

Direnç, 0,0254 mm 0ohm/foot, 20 'C

120

675

800

675

610

2-61

Termoelement AlaşımlarıDEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARI

Alaşım Olun

75 Fe. 22 Ni, 3 Cr

72 Mn, 18Cu, 10 Ni

67 Ni. 30 Cu, 1,4 Fe, 1 Mn

470

675

340

Tuz Asidine Dirençli Malzemeler (Her sıcaklık ve derişimde)

a) Hastelloy B,

b) înconel alaşımları

(Bak. Çizelge. 8)

Sülfürik Asite Dirençli Malzemeler

a) Paslanmaz çelik, Nr. 1.4505,

b) Kurşun, % 2-4 antimon içeren.

Çok Yüksek Kimyasal Dirençli Malzeme

lllium G : 56 Ni, 22,5 Cr, 6,5 Mo, 6,5 Cu

Sert Lehim

a) 58 Cu, 42 Zn, Ergime derecesi 900 °C, yaklaşık (TS 5650)

b) 44 Cu, 49 Zn, 4 Sn, Ergime derecesi 900 °C, yaklaşık

Gümüşlü Sert Lehim

a) 72 Ag, 28 Cu, Ergime derecesi 779 °C

b) 50 Ag, 15,5 Cu, 16,5 Zn. 18 Cd

Amalgam

Ag 33, Hg 52, Sn 12,5, Cu 2, Zn 0,5

Alman Gümüşü (Nikel gümüşü, Alpacca)

Cu50-66,Znl9-31,Nil3-18

Klişe Metali

Sn 48, Pb32,5,Bi9,SblO,5

Basınçlı Döküm Pirinçleri

ASTM No. Alaşım elementleriCu Sn Pb

Çekme dir. UzamaZn MPa %

Z30AZ533

Z5144

İA

A

5765

81,5

30 372,5 15

kalan 392 15

kalan 617,5 25

2-62

OİIE

DEMİR DIŞI METALLER VE ALAŞIMLARI

KAYNAKÇA

(1) Metals Handbook, Vol. I., American Society for Metals.

(2) B AUMEISTER, T., AVALLONE, E.A.,Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers.

(3) OBERG, E., JONES, F.D, HORTON, H.L., Machinery's Handbook.

(4) PERRY, J.H., Chemical Engineers1 Handbook.

(5) 300 Procedes et Formules, DUNOD

2-63

TOZ METALÜRJİSİ

Prof. Dr. Süleyman SARITAŞ

1. GENEL BİLGİLER VE TANIMLAR

GirişToz Metalürjisi metal tozu ve ondan kütlesel gereçler ve şekillendirilmiş parçalar üretme teknoloji ve sanatı-

dır (1).T/M üretim yöntemleri diğer metal şekillendirme yöntemlerinden tamamen farklıdır ve seramik parça üretim

teknolojisine benzemektedir (2). İşleme her iki halde de tozların bir kalıp içinde sıkıştınlmasıyla başlanır.Oluşturulan şekil pişirilerek (sinterleme) gerekli mukavemete kavuşturulur. Seramiklerin şekillendirilmesiylemetal tozlarının şekillendirilmesi arasındaki en önemli fark metal tozlarından üretilen pişirilmiş parçaların kuv-vet altında kolayca şekil değiştirebilmeleridir.

Toz Metalürjisi (T/M) bilinen en eski metal şekillendirme yöntemidir (1). îlk insanlar doğada saf haliyle bul-duğu metalleri ergitemediğinden onları çekiçlerle döverek birleştirmeyi gerçekleştirmişlerdir. Mısırlılar, M.Ö.3000 yılında sünger demirden çeşitli el aletleri üretmişlerdir. Yeni Delhi Kolonu 6.5 ton ağırlığında olup, M.S.300 yılında sünger demirden şekillendirilmiştir.

Ergitme yöntemlerinin geliştirilmesiyle bakır, gümüş ve demir gibi metallerin şekillendirilmesinde T/Myöntemi önemini kaybetmiştir. Ancak, platin gibi refrakter metallerin elde edilmesinin tek yolu T/M yöntemidir, j fİspanyolların Güney Amerika'yı keşfinden çok önce tnka'lann platin işlemeyi bildikleri anlaşılmıştır. Wollas- jh ' iton, 1829 yılında platini endüstriyel olarak üretmeyi başarmıştır. Goetzel (3) e göre bu başarı T/M Teknolojisi- '$$ğnin başlangıcıdır. 19. yüzyılın ortalarında tungsten, molibden ve osmiyum tozlarından elektrik lambası fılamanı L i *. ,.üretilmiştir İlk kendi kendini yağlayan yatak 1870 yılında gerçekleştirilmiştir (1). Krupp firması 1914 yılında **"*•''Sert Metal üretimini denemiş ve 1927 yılında piyasaya sürmüştür.

T/M yönteminde modern gelişmeler 1. Dünya Savacı yıllarında başlamıştır. Gözenekli gereçler, mıknatıs-lar ve emdirilmiş demir tozu parçalar bu yıllarda üretilmiştir. Otomotiv sanayiinde olan büyük gelişmeler T/Myöntemlerini birlikte büyütmüştür. 1940 lı yıllarda T/M ürünü olarak en çok bakır esaslı kendi kendini yağlayanyataklar üretilmiştir. 1950 li yıllardan itibaren demir ve çelik tozlarından üretilen dişliler, kamlar ve çeşitli şe-killer piyasaya egemen olmaya başlamıştır. 1960 larda tam yoğun T/M gereçler üretilmiştir. Dövme çelik parça-lar, takım çelikleri, yayılma sertleştirilmiş bakır ve izostatik preslenmiş süper-alaşımlar gibi.

Dünya T/M piyasası yıllık %12 oranında genişlemektedir (5). En çok kullanılan metal tozu %85 le demir-çelik tozudur. İkinci sırada $6-7 ile bakır alaşımları gelir. Şekil.l de A.B.D. de yıllara göre demir tozu tüketimigösterilmektedir. Şekil.2 de toz kullanımının sektörlere göre dağılımı verilmiştir. Otomotiv sektörü %71 ile enbüyük T/M parça kullanmıştır.

BÜYÜK VE KUÇUKALETLER

Şekil.l- A.R.D. de yıllara göre demir tozu tüketimi(Kaynak : MPIF)

2-64

Şekil.2- Metal tozu tüketimininsektörlere göre dağılımı

TOZ METALÜRJİSİ

2. METAL TOZU ÜRETİM TEKNİKLERİ

Metal tozu üretim teknikleri; atomizasyon, doğrudan indirgeme, öğütme, elektroliz ve çökeltme olmak üzerebeşe ayrılır. Bir metal tozunu üretmek için bu yöntemlerin birkaçını kullanmak gerekebilir. Mesela, oksit tozları-nın kimyasal indirgenmesiyle elde edilen tozlar, sonradan öğütülerek daha da küçültülürler.

AtomizasyonAtomizasyon ençok metal tozunun üretildiği tekniktir. Atomizasyon sıvı metalin mekanik olarak 50 (im al-

tında damlacığa parçalanması işlemidir (1). Damlacık daha sonra soğuyarak katılaşır ve metal alaşım tozunuoluşturur. Çeşitli atomizasyon teknikleri Şekil.3 de verilmiştir. Sıvı metalin su jeti ile parçalanan "suyla atomi-zasyon" gaz jeti ile parçalanması "gazla atomizasyon" ve santrifüj kuvvetle parçalanması "santrifüj atomizasyon"olarak bilinir.

Yüksek basınçkollektörü

Atomızasyon tankı

• S u a l ı n a

Şekil..3- Atomizasyon tekniklerininşematik gösterilişi

Şckil.4- Suyla atomizasyon tankı

Tipik bir suyla atomizasyon tankı Şekil.4 de verilmiştir. Potaya boşaltılan sıvı metal istenen hızda ve kesittetanka akar. Çevresel olarak yerleştirilmiş olan memelerde oluşan basınçlı su jetleri sıvı metali keserek parçalar-lar. Oluşan damlacıklar tankın dibine doğru hareket ederken soğuyarak katılaşırlar ve dibe çökelirler. Su çok iyibir soğutucu olduğundan, suyla atomizasyon tankları kısadır (1 m civarında). Gazla atomizasyon da benzeri şe-kilde oluşur, ancak gazlar iyi soğutucu olmadıklarından gazla atomizasyon tanklan 6 m den uzundur.

Doğrudan İndirgeme1965 yılına kadar kimyasal indirgeme en çok metal tozu üreten teknik olmuştur. Demir, bakır, tungsten, mo-

libden, nikel ve kobaltın oksitlerinden indirgeme yoluyla tozlarının üretilmesi çok bilinen endüstriyel yöntemler-dir.

Toz haline öğütülen oksitler indirgeyici atmosfer altında uygun sıcaklıklara ısıtılarak indirgenirler. En ucuzindirgeyici ortam karbondur, ancak hidrojen de bu amaçla kullanılmaktadır. 1900 yılında isviçre'de geliştirilenHöganâs metoduna göre; magnetit (Fe3 O4), kok, kireç taşı karışımı 1260°C de 68 saat bekletilerek demir tozuüretilmektedir. F.lde edilen demir tozlan bu sıcaklıkta birbirlerine kaynak oluşturarak kekleşirler. Ancak, soğu-tulduktan sonra öğütülerek istenilen toz büyüklüğüne kırılmaları kolaydır. Tozlar sünger görünüşünde oldukla-nndan "Sünger Demir" olarak bilinirler.

ÖğütmeÖğütme hem bir metal tozu üretim tekniğidir, hem de diğer tekniklerle üretilmiş ancak kümeleşmiş tozların

kınlması için kullanılır. Öğütme en çok bilyah değirmenlerde yapılmaktadır. Öğütülecek metal, içinde büyükçaplı sert ve aşınmaya dirençli bilyaların bulunduğu kaba önceden kaba kırılmış olarak yerleştirilir. Kab dönc-

2-65

TOZ METALÜRJİSİ

rek veya titreştirilerek bilyalan harekete geçirir. Bilyaların çarpışması sırasında tozlara ne olacağı parçacığınözelliğine bağlıdır. Şekil.5 de görüldüğü gibi parçacık gevrek ise çarpışma neticesinde çok küçük tozlara bölü-nür. Ancak, parçacık sünek ise çarpışma neticesinde şekil değiştirerek yassılaşır. Sünek maddeler ancak aşın«-sertleşmesi neticesinde gevrekleşerek küçük tozlara bölündüklerinden bunların öğütülmeleri uzun sürer.Öğütmenin bir sıvı içinde ıslak yapılması hem öğütme süresini kısaltır, hem de daha ince toz elde edilmesinisağlar. Sıvı olarak, su, alkol ve heptan gibi hidrokarbon bileşikleri kullanılmaktadır. Yayılma sertleştirmesi uy-gulamalarında kullanılan oksit tozlarını sıvı ortamda öğüterek 0.1 Hm den daha küçültmek mümkündür.

ElektrolizÇeşitli metallerin tozları elektrolitten yöntemiyle elde edilebilir. Elektroliz hücresinde, katod üzerinde olan

metal birikmesi ya gevşek bağlantılı tozlar halinde (bakır ve gümüş gibi) veya sıkı ancak gevrek bir tabaka ha-linde (demir ve manganez gibi) oluşur. İler iki halde de, katodda toplanan metal kolaylıkla öğütülerek ince tozhaline getirilebilir.

( a ) (b)

Şekil.S- Çarpışmanın etkisi : (a) Gevrek parçacık, (b) sünek parçacık

Elektrolizle üretilen tozların yıkanarak elektrolitten ve tuzlardan iyice temizlenmeleri gerekir. Kurutma inertgaz altında yapılarak oksitlenme önlenmelidir. Elektroliz yöntemi çok temiz toz üretmesine rağmen kullanımalanı tozların pahalı olmasından dolayı sınırlıdır.

ÇökeltmeÇökeltme bir sıvı veya tuz çözeltisinden yapılmaktadır. Bu yöntem Hidro-Metalurji olarak da bilinir. Çözelti-

den, önce bir hidroksit çökeltilir, daha sonra bu hidroksit ısıtılarak parçalanır. Halen bakır, nikel ve kobalt tozuhidro-metalurji ile üretilmektedir (Sheritt Gordon Yöntemi).

3. TOZLARIN ÖZELLİKLERİ

T/M tekniklerinin başarısı kullanılan tozların tane olarak ve kütle olarak fiziksel ve kimyasal özelliklerinebağlıdır. Tozların sıkıştırılması, pişirilmesi ve elde edilen malzemenin mekanik özellikleri, orijinal tozun bü-yüklüğüne, şekline, yapısına ve kimyasal bileşimine bağlıdır.

Numune AlmaTozların test edilmeleri için nasıl numune alınacağı ASTM - B 215 standardında belirtilmiştir. Alınan numu-

ne miktarı çok az olduğundan, gerçeği temsil etmesine çok itina edilmelidir. Bir varilden numune alırken onunher derinliğinden toz çekmek gereklidir.

Kimyasal TestlerBilinen kimyasal analiz teknikleriyle tozların bileşimleri ve içlerindeki istenmeyen maddeler tesbit edilir.

Tane Büyüklüğü TestiMetal tozlarının tane büyüklüğü genellikle elek analizi ile yapılmaktadır. 1970 de ASTM tarafından kabul

edilen Standard elek takımı Çizelge.1 de verilmiştir. Deney döküm kum tane büyüklüğü tesbiti gibi yapılmakta-dır. 45^m in altında tane büyüklükleri için elek metodu iyi netice vermez. Çok ince tozlar için çökelme (sedi-mantasyon), ışık dağılması, Fisher -elek- altı yöntemleri kullanılır.

2-66

TOZ METALÜRJİSİ

Çizelge.l- Standard Elek Takımı

Elek No.

(Mesh)

30

40

50

60

80

100

140

200

230

325

Delik, u,m

. .. 600

425300

250

180

150

106

75

.. . .... 63

45

Toz Tane ŞekliMetal tozlarının en önemli iki temel özelliği tane şekli ve büyüklüğüdür. Toz üretim teknikleri üretilen tozla-

rın şekillerini belirlerler (Şekil.6). Toz şekli tayini ışık ve elektron mikroskoplarıyla yapılmaktadır. Tozlarınşekilleri, biçimlendirmede çok etkilidir. Akış, görünür yoğunluk, sıkıştınlabilirlik ve ham mukavemet toz şekli-ne çok bağlıdır.

ııiar

ar drop

lendritic

Şekil.6- Toz şekilleri ve üretim yöntemleri

Görünür yoğunluk: Görünür yoğunluk, belli bir hacimdeki gerçek toz tütlesinin yoğunluğudur ve g / cm3 ola-rak ifade edilir. Pres kalıplarının tasarımında en önemli toz özelliğidir. Görünür yoğunluk; toz şekline, tane bü-yüklüğüne ve metalin yoğunluğuna bağlıdır. Taneler küçüldükçe ve şekilleri küreselden uzaklaştıkça görünüryoğunluk azalır.

ASTM - B 212 ye göre görünür yoğunluk tayını Hail hunisi ile yapılır (Şekil.7). 30-35 cm3 kuru toz Hail hu-nisine doldurulur ve altına yerleştirilen 25 cm3 lük kaba akıülır. Düz bir cetvelle taşan tozlar dökülür. Kaptakitozlar tartılır ve g / cm3 olarak görünür yoğunluk tayin edilir.

Akış hızı : Akış hızı 50 gram kuru tozun Şekil.7 de gösterilen Hail hunisinden kendi halinde akış zamanı-

2-67

TOZ METALÜRJİSİdır. Akış hızı, seri imalatta kalıbın doldurulma zamanı ile doğrudan ilgili olduğundan çok önemlidir. Küreseltozların akış hızları çok iyidir. Ancak, küresellikten uzaklaştıkça akış hızı düşer. Pul tozlar kolay kolay akmaz-lar ve kalıplan doldurmak çok zordur.

Sıkıştırılabilirlik : Belirli bir metal tozu kütlesinin basınç altında yoğunlaşma kabiliyetinin ölçüsüdür. Sı-kıştınlabilirlik tozun biçimlendirme sırasındaki davranışını belirlediğinden çok önemlidir.

3.2 m m t V g i n . )

Yoğunluk kabı

İr- j — -, \Şekil.7- Hail hunisi ile toz akışkanlığını ölçme

Bir tazon sıkıştırılabilirliği : (1) Tozun sertliğine, (2) toz şekline, (3) toz tane büyüklüğü dağılımına, (4) kul-lanılan yağlayıcılara bağlıdır.

Tam mukavemet: Sıkıştırılmış toz kütlesinin pişirmeden önceki mukavemetidir. Ham mukavemet tozlarınbirbirlerini kitlemelerinden ve kısmen de soğuk-kaynaklaşmadan oluşur. Presten çıkartılan parçaların boyutları-nı koruyabilmeleri ve taşınabilmeleri için ham mukavemetleri çok önemlidir. Ham mukavemete etki eden faktör-leri (1) toz şekli, (2) toz tane büyüklüğü, (3) sıkıştınlabilirlik ve (4) eklentiler diye sayabiliriz.

Tozların Belirgin ÖzellikleriToz üretim teknikleri, toz şeklini ve tane büyüklüığünü belirler. Bu özellikler de tozdan üretilecek parçaların

mekanik özelliklerini belirler. Çeşitli yöntemlerle üretilen tozlaın belirgin özellikleri Çizelge.2 de verilmiştir.

ÜretimYöntemi

Atomizasyon

İndirgeme

Elektroliz

Öğütme

Çökeltme

Çizelge.2-

Temizlik

Yüksek

99.5 +Orta

98.5 - 99.0 +

Yüksek99.5 +

Orta99.5 +

Yüksek

Çeşitli Yöntemlerle Üretilen Tuzların Belirgin Özellikleri

Toz Şekli

Karmaşık,

küresel, yoğun

Karmaşıksüngerimsi

Karmaşık

Pul, yoğun

Küresel

TaneBüyüklüğü

Kaba saçmadan

325 meşe

100 meş ve altı

Her meş

Her meş

çok küçük

Sıkıştırılabilirlik

Düşük-yüksek

Orta

Yüksek

OrtaOrta

Gör. Yağ

Yüksek

Düşük

Orta-yüksek

Orta-yüksekOrta-yüksek

HamMukav.

Düşük

Yüksek

Orta

DüşükDüşük

2-68

13 M

TOZ METALÜRJİSİ

4. TOZLARIN BİÇİMLENDİRİLMESİ

Metal tozlarından parça üretebilmek için tozları parçanın şekline biçimlendirebilmek ve tozlar arasında bağoluşturmak gereklidir. Biçimlendirme yöntemleri parçaya şekillerini verir, ancak gerekli mukavemet ancak pi-şirmeden sonra oluşur. Biçimlendirilmiş mukavemetin (ham mukavemet), parçanın taşınabilmesi için gereklimukavemetin üzerinde olması yeterlidir.

Pek çok toz biçimlendirme yöntemi vardır. Ancak bunlardan sadece birkaçı ticari açıdan önemlidir. Biçim-lendirme yöntemleri (i) basınçsız, (ü) basınçlı diye ikiye ayırılabilir.

Basınçsız yöntemlerde ya toz bir kalıp içinde gevşek halde doğrudan sinterlenerek biçimlendirilir ya da çokince küresel tozlar bir akışkan taşıyıcı ile karıştırılarak dökümle biçimlendirilir. Ticari uygulamaları çok azdır.

Basınçlı yöntemler soğuk veya sıcak olarak gerçekleştirilebilirler. Otomasyona çok uygun olduklarından, ençok soğuk basınçlı biçimlendirme yöntemleri kullanılmaktadır. Başlıca basınçlı biçimlendirme yöntemleri metalkalıplarda presleme, ekstrüzyon, haddeleme, izostatik presleme, metal enjeksiyon kalıplama ve patlayıcı (explo-sive) ile kalıplamadır.

Metal Kalıplarda PreslemeTozlar bir metal kalıba dolduruldukları zaman belirli bir yoğunluk alırlar. Bu görünür yoğunluk, toz şekline,

tane büyüklüğüne ve dağılımına, katkı maddelerine ve kısmen de kalıp şekline bağlıdır. Basıncın uygunlanma-sıyla yoğunlaşma (Şekil.8) 3 kademede oluşur. Birinci kademede tozlar yer değiştirerek daha yoğun bir paketle-me oluştururlar. Basıncın artırılmasıyla ikinci kademede tozlarda önce elastik ve daha sonra plastik şekil değiş-tirme oluşur. Basıncın çok yüksek değerlere çıkması halinde yoğunlaşmanın üçüncü kademesine geçilebilir. Bukademede gevrek tozlar kırılarak daha küçük tozlan oluştururlar.

s*Meta

/

y/A///

a) b)Şekil.8- (a) Metal kalıpta presleme, (b) yoğunluğun basınçla değişimi

Tozların birbirlerine göre bağıl hareketleri, toz ara yüzeylerinde ve toz-kalıp duvarı arasında sürtünmeyesebeb olur. Bu sürtünme, zımbanın uyguladığı kuvvetin tozlara aktarılmasını yavaşlatır ve zımbadan uzaklaş-tıkça yoğunluk azalır. Boy / çap oranı arttıkça parçaların alt uçlarında yoğunlaşma elde etmek güçleşir. Uzunparçalar için Şekil.9 da gösterildiği gibi çift hareketli zımbalar kullanılmalıdır. Homojen yoğunlaşma elde etme-nin ve sıkıştırılabilirliği artırmanın bir diğer yolu da yağlayıcılar eklemektir. En çok kullanılan yağlayıcılarçinko stearat ve stearik asittir. Karbon eklenmesinin problem yalatmayacağı uygulamalarda (demir gibi) grafittozu katı yağlayıcı olarak kullanılabilir.

Kalıp duvarlarının tozlardan çizilmemesi ve aşınmaması için çok sert olması gereklidir. Bugün genelliklesert metal kalıplar kullanılmaktadır.

Tozların HaddelenmesiŞekil. 10 da gösterildiği gibi tozlar bir besleyiciden haddelerin arasına akıtılarak sıkıştınlabilirler ve böylece

sürekli biçimlendirme gerçekleştirilebilir, istendiği takdirde ikili, üçlü sandöviç haddeleme mümkündür. Haddesilindirlerinden sonra yerleştirilecek bir fırınla sürekli pişirme ve onu takiben sıcak haddeleme işlemleri kullanı-larak sac malzeme üretilebilir.

2-69

TOZ METALÜRJİSİ

VUİ', LEME VE

Şekil.9- Metal kalıplarda preslemede yoğunluk dağılımı (a) Tek hareketli kalıp, (b) Çift hareketli kalıp

Şekli. 10- Toz haddeleme : (a) Tek metal, (b) İki metal

izostatik Preslemeİzostatik presleme, tozların bir akışkan basıncıyla preslenmesidir. Presleme genellikle bir yağ ya da su içinde

ve oda sıcaklığında (CİP) (Cold Isostatic Pressing) yapılır. Parçanın şeklinde esnek bir kalıp hazırlanır(Şekil.İla) ve içi tozla doldurulur., içindeki hava boşaltılır ve gerekli sızdırmazlık sağlandıktan sonra basınç ka-zanına atılır. îzostik preslemede kalıp süıtümeleri olmadığından ve basınç her yönde eşit olduğundan yoğunlukdağılımı ve mekanik özellikler izotropiktir. Yöntemin dezavantajları hasas boyutsal tolerans elde edilememesi veyavaş olmasıdır. Bununla birlikte 700 MPa a kadar basınçlarda ve 1200°C ye kadar sıcaklıklarda (IIP) izostatikpresleme ile her türlü refrakter metal ve seramik biçimlendirilebilir. Süper alaşım uçak türbini diskleri ve takımçeliği kütükleri başlıca örneklerdir.

2-70

TOZ METALÜRJİSİ

Yüksek basınçpompasından

(a)

(6)

Şekil. 11- Izostatik presleme tipleri : (a) Islak, (b) Kuru

5. PİŞİRME (SİNTERLEME)

Soğuk olarak biçimlendirilmiş toz metal malzemeler çok kırılgandır. Toz taneleri, basınç altında mekanikolarak birbirlerini kilitlemişlerdir ve kısmen de soğuk kaynak oluşmuştur. Ancak, her iki mekanizma ile de olu-şacak mukavemet parçaya yük taşıma özelliği vermez. "Ham mukavemet" olarak adlandırılan bu mukavemetinparçanın taşınması ve stoklanması için gerekli mukavemet kadar olması yeterlidir.

Soğuk biçimlendirilmiş metal tozları ergime sıcaklıklarının altında, kaynak oluşması sıcaklığında pişiril-dikleri zaman toz taneleri arasında metalurjik bağ oluşur (Şekil. 12a) ve parçanın mukavemeti ham mukavemeti-nin 100 katından daha yüksek değerlere ulaşır. Pişirmenin başarılı olması için toz tane yüzeylerinin oksitlerdentemiz olması gereklidir. Pişirilme sırasında ortamdaki hava yok edilmeli ve koruyucu atmosferler kullanılmalı-dır. Pişirme atmosferi olarak genellikle indirgeyici gazlar kullanılmakta ve böylece toz yüzeylerinde

Şekil.12- Pişirmenin mikroyapıya etkisi : (a) soğuk biçimlendirilmiş, (b) sinterlenmiş.

önceden oluşmuş oksit tabakaları pişirme sırasında indirgenmektedir. Hidrojen en iyi indirgeyici gazdır, ancakpahalıdır. Bugün hidrojen üretici ortam olarak kırılmış amonyak kullanılmaktadır. Kırılmış amonyakta %25inert azot ve %75 indirgeyici hidrojen vardır. Ayrıca, indirgeyici CO gazını içeren hidrokarbon atmosferler depişirmede kullanılmaktadır. Doğal gazın hava ile karıştırılarak kontrollü yakılmasıyla elde edilen "Endogaz" ve"Eksogaz" ortamlar bu tip atmosferlerdir (1).

Demir esaslı malzemelerin pişirilmesi 1100°C - 1200°C arasındaki sıcaklıklarda kırılmış amonyak ve endo-gaz içinde yapılmaktaıdr. Pişirme sırasında : (1) Tozlar arasında metalurjik bağ oluşur, (2) toz yüzeylerindekioksitler indirgenir. (3) yağlayıcı olarak eklenen grafit demire yayılarak malzemenin son karbon seviyesini oluş-

2-71

TOZ METALÜRJİSİturur ve (4) kısmi yoğunlaşma oluşur. Şekil. 13 de demir - grafit tam karışımının mekanik özelliğinin pişirmesıcaklığına bağlılığı verilmiştir.

1500 I7O0 1900 2100100

500

300

101)

I

/

-

I25 £

800 900 1001 1100 1200

Sınter leme s ı c n k l ı g ı ,"C YÜKLEME VE... BOYUTLAMA DURUMU

Şekil.13- Pişirme sıcaklığının mekaniközelliklere etkisi

Şekil.14- Bir burcun pişirme sonrası ütülenmesi

7. PİŞİRME SONRASI VE TAM YOĞUNLUK TEKNİKLERİ

Pişirme pek çok T/M parça için son işlemdir. T/M malzemler de, alışılmış döküm-hadde malzemeler gibiısıl işlem, yüzey temizleme, kaplama ve birleştirme işlemlerine tabi tutulabilirler. Ancak, malzemeler pişirilmişhalleriyle gözenekli olduklarından bu işlemler sırasında daha dikkatli davranılmalıdır.

Pişirilmiş T/M malzemelere, ayrıca iki işlem daha uygulanabilir. Bunlar : (1) Pişirme sırasında oluşanboyut değişmesini düzeltmeye yarayan ütüleme işlemi ve (2) tam yoğunlukta malzeme istendiği zaman dövmeişlemi.

ÜtülemeHer pişirme işleminde tozlar arası kütle transferi olduğundan yoğunlaşma, çarpılma ve boyutlarda daralma

olur. Pekçok uygulama için bu boyutsal farklılık önemli değildir. Ancak, yataklar kamlar ya da pistonlar gibi birmil ya da yuvaya hassas olarak geçmesi gereken parçaları sinterlemeden sonra ütülemek gerekir. Utüleme işlemibiçimlendirme işlemine çok benzer. Şekil.14 de bir burcun ütülenmesi gösterilmiştir. Uygulanan kuvvet biçim-lendirme kuvvetinden daha azdır. Parça çok az şekil değiştirerek istenilen toleranslara getirilir.

6. TOZ DÖVME

liklerT/M malzemelerin mekanik özellikleri kalıcı gözeneklere bağlıdır. Bu gözenekler yok edilirse.mekanik özel-er ve özellikle darbe mukavemeti çok artar, parçanın kırılganlığı azalır. Pişirilmiş T/M malzemelerin en

büyük dezavantajları gevrek olmalarıdır. Dinamik yük uygulamalarının olduğu parçaların, pişirmeden sonra dö-vülerek tam yoğunluğa kavuşturulmaları gerekmektedir. Şekil. 15 de, toz dövme için başlangıçtan sonuna kadar,işlem sırası verilmiştir. Toz dövme alışılmış dövme gibi sıcak ya da soğuk olarak yapılabilir. Parça kuvvet al-tında plastik şekil değiştirerek istenen son şekli alırken bir taraftan da tam yoğunluğa kavuşur (6).

Toz Dövme Parçaların Mekanik ÖzellikleriPişirilmiş malzemelerin mekanik özelliklerinin pişirilmiş yoğunluğa bağlı olduğu çok iyi bilinen bir gerçek-

tir. Bununla birlikte, sıcak dövme yoluyla tam yoğunluğa kavuşmak mümkündür. Tam yoğunluğa kavuşukluğuzaman T/M parçaların mekanik özellikleri alışılmış dökme -dövme malzemelere eşittir ve bazan da üstündür. T/M parçaların mekanik özelliklerini, alışılmış hadde parçalarla mukayese ederken bazı güçlükler vardır. Haddeparçalar izotropik değildir. Hadde yönünde oldukça yüksek mekanik özelliklere sahipken, hadde yönüne dikyönde özellikler düşüktür. Ancak, çelik kataloglarında genellikle hadde yönündeki değerler verilir. T/M parçalaroldukça izotropiktirler.

2-72

TOZ METALÜRJİSİ

DONDUR BRİKETLE

TAM

YOĞUNPARÇA

SICAK DÖVME KONTROLLÜ ORTAM

Şekil.15- Toz dövmede işlem sırası

Bazı T/M parçaların çekme ve darbe mukavemetleri Çizelge.3 de, yorulma mukavemetleri Şekil. 13 de haddeparçalarla karşılaştırılmaktadır.

Çizelge3- Hadde ve T/M Çeliklerinin Özelliklerinin Karşılaştırması

Malzeme

Mn-Mo

Hadde

Hadde yönü

Dik yön

T/M Ni-Mo

UTSMPa

920-980

910-950

900-930

Uzama%

17-19

5-12

13-15

Kesit daralması%

60-62

8-24

40-50

Darbeenerjisi, J

100

10

27

T/M çeliklerin yük taşıma kabiliyetleri bazen hadde çeliklerden bile üstündür.Bu durum T/M sonunda elde edilen çok iyi yüzey kalitesine bağlanmıştır. Şekil. 16 da T/M ve çekiç dövme

biyel kolları yorulmaya karşı dayanımlan bakımından karşılaştınlmışlardır. Yorulma deneyi, motor silindirin-deki şartlara benzer durumda yapılmıştır.

±50

±40

2C

>- ±30

± 2 0

Çekiç dövme

1OC10'

OMUR

Şekil. 16- Çekiçle dövme ve T/M biyel kollarının yorulma özelliklerinin karşılaştırılması

2-73

TOZ METALÜRJİSİKalıcı Gözeneklerin Etkisi

Pek çok araştırma göstermiştir ki çekme mukavemeti ve mıknatıslık özellikle kalıcı gözenek ile yavaş de-ğişmektedir. Siineklik çok hızlı (Şekil. 17) değişmektedir.

Yorulma (Şekil.18) ve bilhassa darbe de kalıcı gözeneklerin hem miktarına hem de şekline kritik olarak bağ-lıdır. Şekil. 18 de gösterildiği gibi yoğunluk arttıkça S-N eğrisi hadde değerine yaklaşmaktadır. Darbe enerjisi vetokluk değerlerinin malzemenin dövme sırasında yana doğru kaymasına bağlı olduğu belirtilmektedir.

O 4 8 12 O 4 8 12

%GÖZENEK

Ş\kil.l7- Kalıcı gözeneğin mekanik özelliklere etkisi

Oksijen Miktarı (Kalıntı) nın EtkisiT/M parçaların mekanik özelliklerine oksijen miktarı (dolayısıyla kalıntı miktarı) da çok etki etmektedir. Sü-

neklik, darbe mukavemeti, darbe tokluğu ve yorulma mukavemeti oksijen miktarı ile önemli oranda değişmekte-dir. Şekil. 10 darbe enerjisinin oksijen miktarına bağlılığını göstermektedir.

35

30

25

2 20

| 15

10

5

0

10° 10" 10" 10" 10' 10"

1 1 .1

^ DÖKÜM

s 6

3

, 2

... /•1

10ÖMÜR

Şekil.18- Kalıcı gözeneğin yorulmaözelliklerine etkisi

0 1000 2000 3000OKSİJEN MIKTARI.ppm

Şekil. 19- Oksijen (kalıntı) miktarınındarbe enerjisine etkisi

,f A

2-74

TOZ METALÜRJİSİ

8. T/M UYGULAMALARI

Bugün T/M, pekçok uygulamada diğer yapım yöntemleri ile başabaş yarışmaktadır. T/M ile üretilen parça-lar binlerle ifade edilmektedir. Şekil.20 de bazı T/M parçalan gösterilmiştir.

Talaşlı İmalat Gerektirmeyen Makina ParçalarıTalaşlı imalat gerektirmeyen makina parçalarının çoğu otomotiv sanayiinde kullanlmaktadır. Bu parçalar

tozun sıkıştırılıp pişirilmesiyle doğrudan son şekillerine sokulmaktadırlar. Malzeme tasarrufu %100 dür.1950 li yıllara kadar genellikle düşük dayanım ve yoğunluklu parçalar üretilmekte idi; araba kapısı, kilit par-

çası gibi. Ancak. 1960 lardan sonra dayanım 550 MPa in üzerine çıkarılmıştır. Ayrıca, kullanılan toz alaşımlarısoğukta sertleşebilir seçilerek bu parçalara pişirmeden sonra ısıl işlem gereği de kalmamıştır. Şekil.21 de hiçtalassız üretilen yakıt pompası elemanları görülmektedir. Bu elemanlar T/M yöntemleriyle üretilerek %50 mali-yet ucuzlaması sağlanmıştır. Amortisör pistonu, hız kutusu senkromeşleri, zincir dişlileri, tekstil dişlileri, çeşit-li sektör dişliler, mandallar ve daha yüzlerce parça T/M yöntemiyle talassız üretilmektedir.

Şekil.20- T/M ile üretilen bazı parçalar Şekil.21- T/M yakıt pompası elemanları

Takım ÇelikleriT/M yöntemiyle üretilen takım çelikleri dökümle üretilen takım çeliklerine göre daha tok ve uzun ömürlüdür-

ler. Bu üslünlUğUn sebebi dökümle üretilen çelikte karbürler belirli bölgelere toplanıp irileşirken T/M çelikte çokince ve homojen olarak dağılmaktadırlar (Şekil.22). Çizelge.4 de T/M ve dökme takım çeliklerinin mekanik özel-likleri karşılaştınlmıştır.

Şckil.22- (a) Dökme takım çeliği, (b) T/M takım çeliği

2-75

TOZ METALÜRJİSİ

Çizelge.4- T/M Dökme Takım Çeliklerinin Mekanik Özellikleri

Çelik Sertlik Darbe Enerjisi Bükme Dayanımı Taşlama OranıHRL Jul MPa

Dökme T15T/M T15Dökme m 4T/M m 4

66

67

64

65

5

19

14

43

2150

4750

3640

5460

0.6

2.2

1.1

2.7

Sert MetallerSert metaller çok sert ve aşınmaya dayanıklı T/M yöntemleriyle üretilmiş malzemelerdir. İlk patentler 1920

li yıllarda Krupp tarafından Almanya'da alınmıştır. Ana bileşimde tungsten karbür sert faz, ısıya dayanıklı ko-balt fazıyla bağlanır. Karbür ve metal tozları karıştırılıp sıkıştırıldıktan sonra kobaltın ergime sıcaklığındasıvı-fazlı pişirme yapılarak karbür taneleri birbirine kobalt ile bağlanır. Olay çimentonun çakılı bağlamasınabenzediğinden "Semente Karbür" olara da isimlendirirler.

Sert metaller aşınmaya dayanıldık uygulamalar için geliştirilmişlerdir. Bugün kesici takım, kaya delici, taşkesici ve şeklinedirme kalıbı olarak kullanılmaktadırlar.

İlk geliştirilen sert metalde %3-13 arasında kobalt vardır ve gerisi tungsten karbürdür. Karbür taneleri 1-8Hm arasındadır. Bu bileşim dökme demir ve çeşitli demir dışı alaşımların talaşlı imalatında kesici olarak kulla-nılır. Çeliğin kesilmesi için geliştirilen sert metalde %3-12 kobalt, %60-85 WC, %4-25 TiC ve %25 e kadar TaCbulunur. Kobalt miktarının sertliğe ve kırılma mukavemetine etkisi Şekil.23 de verilmiştir.

Son yıllarda sert metallerin verimini daha da artırmak için yüzeyleri kaplanmaya başlanmıştır. Çeşitli kapla-ma teknikleriyle yüzeyler TiC ve / veya TİN ile 5 |im kalınlığında kaplanmaktadır. Böylece yüzeydeki sürtünme ' .düşürülerek kesici takım ömrü artırılmıştır. !|j ı i

5 450

ğ 400

Ş. 350

| 300

6 250

£ 200

ıS '50

96en94 I

92 ^

90

86

842 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Şekil.23- Kobalt tutumunun sertlik ve dayanım üzerindeki etkisi

SermetlerSermet, seramik ve metal kelimelerinin ilk hecelerinin birleştirilmesinden oluşmuştur. Çeşitli seramik fazla-

rın bir metal ya da alaşımla bağlanmasını anlatır. Seramik fazın miktarı hacimce %15 ile %85 arasında değişe-bilir. Seramik ile metal faz arasında çok az çözülme vardır. Bileşik gereçlerin tersine, sermetlerde seramik fazelyaf ya da tabaka halinde değildir ve eş eksenli tanecik kabul edilebilir.

Seramik taneciklerinin büyüklüğü sisteme bağlı olarak değişildik gösterir. Nükleer yakıt elemanı olarak kul-lanılan uranyum oksit için 50-100 (im olduğu gibi, ince taneli karbürler için 1-2 (im de olabilir.

2-76

TOZ METALÜRJİSİ

Sermetler ilk üretildiğinde bunların ısıya dayanıklılık, korozyon direnci, süresi ve iletkenlik açısından çokiyi malzemeler olacağı düşünülmüştür. Ancak, bugüne kadar olan gelişmeler metal fazın verdiği sünekliğin jetmotoru türbin kanatları için yeterli olmadığını göstermektedir.

Sermetlerde seramik faz olarak uranyum oksit, uranyum karbür, zirkonyum borit, silikon karbür, silikonoksit, alüminyum oksit, titanyum karbür, grafit ya da elmas kullanılmaktadır. Metalik bağlayıcı faz olarak nikel,kobalt, demir, krom, molibden, tungsten ya da paslanmaz çelik, bronz ve süper alaşımlar kullanılabilir.

Kaymalı YataklarKendi kendini yağlayan kaymalı yataklar T/M nin 1920 lere kadar uzanan en eski ve başarılı uygulamasıdır.

Hala T/M uygulamalarının en büyük bölümünü oluşturmaktadır. Parçadaki gözenekler yağ deposu olarak çalı-şır. Mil dönmeye başlayıp ısınınca yağlar mile doğru akarak yağlamayı sağlar. Milin durarak soğuması halindeise kılcal hareketlerden dolayı yağ tekrar gözeneklere döner. Pek çok kaymalı yatak ömür boyu yağlama etkisinidevam ettirir. Ancak, bazı ağır hizmet yataklarında bir hazneden yağ sağlanabilir.

Gözenekli kaymalı yataklar üç gruba ayrılır : Sinterlenmiş bronz yataklar, demir esaslı sinterlenmiş yataklarve demir-bronz sinterlenmiş yataklar, ilk ve en çok kullanılan T/M yatak %90 Cu - %10 Sn lı bronz yataktır.

Sinterlenmiş bronz yataklar ASTM B438 e göre kurşunlu ve kurşunsuz olarak iki alt sınıfa ve onlar da göze-nek miktarına göre dört türe ayrılırlar (Çizelge.6). Çizelge.7 de çeşitli T/M yatakların mekanik özellikleri veril-miştir.

Gözenekli Metaller ve FiltrelerBu gruba gözenekleri birbirine bağlı olan : filtreler, alev engelleyiciler, sıvı depolayıcılar ve damperler gir-

mektedir. Kullanılması gerekli toz uygulamaya göre değişmektedir. En çok bronz, paslanmaz çelik, nikel, titan-yum ve alüminyum tozlan kullanılmaktadır.

Çizelge.5- Bronz Yatakların Kimyasal Bileşenleri

Element I-1. Derece-

Bileşenler %-I

-2. Derece -A sınıfı B sınıfı A sınıfı B sınıfı

BakırKalayGrafitKurşunDemirDiğer

87,5 - 90,59,5 - 10,5

Maks. 0,1

Maks. 1,0Maks. 0,5

87,5 - 90,59,5 - 10,5

Maks. 1,75

Maks. 1,0Maks. 0,5

82,6 - 88,59,5 - 10,5

Maks. 0,12,0 - 4,0

Maks. 1,0Maks 1,0

82,6 - 88,59,5 - 10,5Maks. 1,752,0- 4,0Maks 1,0Maks 1,0

Çizelge.6- T/M Bronz Yatakların Yoğunlukları ve Yağ Miktarları

Tip Yoğunluk, g / cin* Yağ miktarı, % hacim

I

nmIV

5,8 - 6,2

6,4 - 6,8

6,8 - 7,2

7,2 - 7,6

27

19

12

8

2-77

TOZ METALÜRJİSİ

Çlzelge.7- T/M Gözenekli Yatakların Özellikleri

Bronz Demir Demir - Bronz

Çekme mukavemeti, MPa

Sertlik. B.S.

Maksimum statik yük, MPa

Maksimum yavaş dönme yükü, MPa

Maksimum hız, m/s

Maksimum PV, MPa m/s

Makisumum çalışma sıcaklığı^ °C

80-10030-40

22-28

1,7 - 3,9

7,6

40000-50000

65

40-50

1,6-4,8

4,0

30000-40000

65

80-200

28

1,4-2,8

25000 - 50000

Filtreler gözenekli metallerin en geniş uygulama alanını kapsar. Organik filtreler kolay şekil değiştirdiğin-den ve kağıt filtreler zayıf olduğundan toz metal filtreler tercih edilmektedir. Ayrıca, toz metal filtreler dahageniş sıcaklık aralığında çalışabilirler.

Filtre imalatında kullanılan tozlar küresel tozlardır ve oldukça iri olarak kullanılırlar. Tane büyüklüğü filtreedilecek maddelerin büyüklüğüne bağlıdır. Ancak, en çok 600 um - 1000 (im arası kullanılırken, 12,5 (im - 180(im arası gibi incelikler de kulanılmaktadır. Gözenek miktan %40 ile %50 arasında tutulur. Çizelge.8 de çeşitliT/M filtrelerin özellikleri verilmiştir.

Çizelge.8- T/M Filtrelerin Özellikleri

Tipi SüzmeBUyüklüğU

mikron

GeçirgenlikDarcy x 10 '

ÇekmeMukavemeti

MPa

BükülmeAçısı, °

MinimumKalınlık, mm

Bronz 3

5

1225

37

1,8

3,0

15,0

45,0

75,0

2524201816

50

47

40

35

30

1,60

1,60

2,40

2,40

3,00

PaslanmazÇelik

PaslanmazÇelik

Tel örme

1020

40

1020

40

0,65

2,40

6,50

1,147,96

15,30

7560

40

110

95

80

18080

50

>180

>180

>180

1,251,25

2,50

1,25

0,90

7,00

Sürtün.rie ElemanlarıSürtünme elemanları, makine parçalarının temaslarından oluşan mekanik enerjiyi ısıya çevirirler. Isı enerjisi

emilir ya da iletilerek o bölgeden uzaklaştırılır.

Metal esaslı sürtünme elemanları ağır hizmet uygulamalarında kullanılır : Uçak, tank, iş makinalan vebüyük preslerin frenleri ve debriyaj balataları gibi. Bazı örnekler Şekil.24 de verilmiştir.

2-78

TOZ METALÜRJİSİ

Şekil.24- T/M sürtünme elemanlarından örnekler

Isıyı iletici toz olarak bakır ve kalay, sürtünme sağlayıcı toz olarak silikon karbür ya da alümina kullanılır.Ayrıca, sürtünme katsayısını istenen değerde ayarlamak için kurşun, çinko ve grafit tozları eklenir. Bakır vedemir esaslı sürtünme elemanlarının nominal bileşimleri Çizelge.9 da verilmiştir.

Çizelge.9- Bakır ve Demir Esaslı Sürtünme Elemanlarının Bileşimleri (%)

Tip

Bakır esaslı

Bakır

65-75

Demir Kurşun

2-5

Kalay

2-5

Çinko

5-8

SiC

2 - 5

Grafit

10-20

Elektrik ve Magnetik UygulamalarBu grubun içerisine direnç kaynağı elektrodlan, tungsten ve molibden fılamanlar, elektrik kontak malzemele-

ri, metal - grafit fırçalar, süper-iletkenler ve çeşitli mıknatıslar girmektedir.Oksit yayılma-sertleştirilmiş bakır direnç kaynağı elektrodlan, normal elektrodların 65 katına kadar uzun

ömür göstermektedir. Çeşitli gümüş alaşımları her türlü elektrik kontaklarında kullanılmaktadır. En sık olarak%85 Ag - %15 Ni alaşımı kullanılır. Çeşitli elektrik kontak malzemelerinin özellikleri Çizelge. 11 de verilmiş-tir.

Metal-grafit karışımı fırçalar elektrik motorlarının can damarlarıdır. Çizelge. 10 da verildiği gibi metal mik-tarı %20 ile %99 arasında değişebilir. Metal olarak bakır ya da gümüş kullanılmaktadır.

Tungsten ampul filamanlannın tek üretim yolu T/M teknikleridir. Yapıya toryum oksit ve potasyum tozları-nın katılması tane büyümesini engellediğinden filaman ömrünü uzatmaktadır.

Çizelge.10- Çeşitli Metal - Grafit Fırçaların Özellikleri

Kodu

261 C261 DFQ179 P179 V22 A-S2462 - S1 -S

Bileşimi %

21 Cu - 79 C35 Cu - 65 C50 Cu - 50 C65 Cu - 35 C75 Cu - 25 C40 Ag - 60 C65 Ag - 35 C80 Ag - 20 C93 Ag- 7C

Yoğunlukg/cm3

2,22,52,753,54,02,73,84,67,0

Özgül dirençQ.m

0,0240,0160,0060,00160,00080,0080,0010,00080,0001

MaksimumAkım yoğunluğu

A/m2

125.000125,000130,000190,000235,000150,000190,000235,000270,000

Tipikvoltaj

V

<72<72<36<18<15<36<18

<9<6

Scleroscopesertliği

282828201830202310

2-79

TOZ METALÜRJİSİ

Süper-iletkenler son bir kaçyılın en çok ilgi çeken araştırma konusudur. Süper-iletkenlik enerji tasarrufu içinideal olarak görülmektedir. 1954 yılında Nb3 Sn intermetalik bileşiğinde süper-iletkenliğin keşfedilmesindenberi bu alanda çok mesafe alınmıştır. Her ay içerisinde geçmiş beş-on yıldır yapılan ilerlemelerden daha fazlasıyapılmaktadır.

T/M teknikleri yumuşak magnetik malzemelerin ve daimi mıknatısların üretiminde büyük ekonomi sağla-maktadır. Tozdan son şeklehiçbir talaşlı imalat gerekmeden geçilebilmektedir. Kutup parçaları, röle göbeklerive bilgisayar yazıcıları gibi yumuşak magnetik malzemeler demir, demir-silikon, demir-fosfor ve demir nikelalaşımları tozlarından üretilmektedir. Bunların magnetik özellikleri yeterli olmadığı zaman daha üstün olan Ni -Fe - Mo ve Ni-Fe alaşımları kullanılabilir.

Çizelge. 11- Elektrik Kontak Malzemelerinin Özellikleri

Malzeme Yoğunluk(g/cm3)

Sertlik Elektrik iletkenliği(HV) % IACS

GümüşGümüş - CdOGümüş - GrafitGümüş- MolibdenGümüş - TungstenGümüş - NikelGümüş - Tungsten karbürBakırBakır - TungstenTungsten

10.59.8 -10.08.7 - 9.7

10.412.5-15.6

10.012.5-13.2

8.912.8-15.2

19.3

2658

30-40170

110-22060

110-20035

140 - 240290

10675-8255-8650

36-6175

36-57100

28-4131

Alnico olarak isimlendirilen Al - Ni - Co esaslı daimi mıknatıslar çoğunlukla dökümle üretilmektedirler.Ancak bu mıknatısların küçükleri ve samaryum eklenmiş daimi mıknatıslar T/M teknikleriyle üretilmektedir.Tozlar şekillendirilmeden önce magnetik olarak yönlendirme işlemine tabi tutulurlar. Çizelge. 12 de görüldüğügibi samaryumlu daimi mıknatısların Koersit kuvvet ve maksimum enerji terimleri çok yüksektir.

Çizelge. 12- Bazı Daimi Mıknatısların Özellikleri

MıknatısRemancns (Br)

TKoersit

Kuvvet (Hc)kA/nı

MaksimumEnerji Terimi

kT.A/m

Alnico 130 (T/M)Alnico 130 (Döküm)

SmCo5

0.500.57

1.0

550

580

3024

3.4

5.4

605.2

Diğer UygulamalarTahribatsız çatlak muayenesi için demir oksit tozu kullanılmaktadır. Bu uygulamada kullanılan tozların

kolay mıknatıslanır olması gereklidir.

Fotokopi ve benzeri kopyalama uygulamalarında tünerlerin içinde çeşitli metal ve termoplastik tozlar kulla-nılmaktadır. Metal tozu "taşıyıcı" olarak çalışır. Şekil.25 de gösterildiği gibi metal tozu bir reçine ile kaplanırve bu reçineye termoplastik renk vericilerin yapışması sağlanır. Metal tozu olarak küresel demir tozları kullanıl-maktadır. Kullanılan metal tozu temizlenip yeniden kaplanarak tekrar kullanılabilir.

Demir tozları ot tohumlarının tahıl tohumlarından otomatik yöntemlerle ayırılmasında kullanılmaktadır.Hafif su serpilen karışıma demir tozlan püskürtülür ve karışım bir manyetik tambur etrafından dolaştırılır. Is-lanan şekli bozuk ot tohumlarına demir tozu yapışır ve tamburdan geçerken mıknatıs tarafından çekilerek aynl-mış olur.

2-80

TOZ METALÜRJİSİ

Taşıyıcı kaplaı

Taşıyıcı çekirdekmetal

Şekil.25- Fotokopi tonerinin şekli Şekil.26- l'ul alüminyumun x 500 kendi foto.

Çeşitli yakıt ve patlayıcı sistemlerinde melal tozlan kullanılmaktadır. Alüminyum, magnezyum, zirkonyumve titanyum tozlarının yüksek yanma sıcaklıkları vardır. Bu tozlar egzotermik olarak yanallar ve yüksek ısı ve-rirler. Çizelge. 13 de başlıca özellikleri verilmiştir. Metal tozlan patlayıcılarda gaz oluşmasını engelleyici ola-rak, roket yakıtlarında şiddetli enerji verici olarak ve işaret fişeklerinde ışık oluşturucu olarak kullanılır.

Demir tozu gıda zenginleştirici olarak kullanılmaktadır. Demiı-eksikliği kansızlığa yol açmaktadır. Demirsülfat, saf demir ve çeşitli demir tozları doğrudan gıdaya eklenmektedir. Sülfatlar suda kolay erirler, ancak reak-tiftirler. A.B.D.'de yılda 500 ton saf demir tozu gıda zenginleştirici olarak kullanılmaktadır.

Diş dolgu amalgamlannın önemli bileşeni güınüş esaslı melal tozlarıdır. Gümüş miktarı %65 den fazla,%30 a kadar kalay ve %30 a kadar bakır olan alaşımdan talaş kaldırma ya da atomizasyonla toz üretilir. Toz,sıvı civa ile karıştırıldığında gümüş ve kalay civa içinde çözülür. Ancak, çözünürlük sınırlı olduğundan tekrarçökelme ile metaller arası bileşik oluşturarak ayrışular. Sonuçta yapı reaksiyona girmemiş toz ve gümüş-cıvametaller arası bileşiklerden oluşan bir bileşik malzeme haline gelir.

Çeşitli metalik boyalar ve yaldızların üretiminde metal pulları kullanılmaktadır. Yaldız teknolojisi, altın pu-lunun süslemelerde kullanılmasıyla geçmiş yüzyıllarda başlamıştır. Bugün altın renkli bronz pullar daha ucuzolduklanndan bu amaçla kullanılmaktadır. Malen bronz, bakır, alüminyum, nikel, çinko, gümüş ve paslanmazçelik pulları çeşitli metalik boyaların esasını oluşturmaktadır.

Şekil.26 da gösterildiği gibi alüminyum pullarının kalınlığı mikrometre mertebesinde ve eni ile boyu 50-100mikrometredir. Bu boyutlardaki pul bir taşıyıcı sıvı yapışkan ile bir yüzeye uygulandığında o yüzeye paralelolarak yerleşir ve kaplama yapar.

Pul metaller ya folyodan ya da atomize edilmiş tozlardan üretilirler. Folyo pulun kalınlığını, atomize toz daenini-boyunu belirler. Daha sonra bilyalı değirmenlerde bir koruyucu ortam (çeşitli alkoller) içinde öğütülerekson boyutlara getirilir.

Çeşitli ferro-alaşımlar ve metal tozlan kaynak elektrodu örtüsünde kullanılmaktadır. Krom, bor, manganez,silikon ve vanadyumun ferro-alaşunlannın ve nikel, manganez ve krom ve demir metallerinin tozları elektrodörtüsünde kullanılmaktadır. Bu amaçla kullanılan demir tozunun miktarı toplam demir tozu tüketiminin %10 unavarmaktadır.

Sert yüzey kaplamalarda aşınmaya dayanıklı alaşımların tozlan kullanılmaktadır. Bu kaplamalar alaşım tel-lerinden de yapılabilir. Ancak, toz kullanılması yapıyı daha homojen yapmaktadu-. Aynca, tozun ergitilmesidaha kolay olduğundan ana yapı aşın ısıya maruz kalmamış olur. Bu amaçla en çok kobalt ve nikel esaslı ala-şımların tozlan kullanılmaktadır. Çizelge. 13 de kobalt ve nikel esaslı sert kaplama tozlarının bileşimleri ve çe-şili özellikleri verilmiştir.

2-81

TOZ METALÜRJİSİ

Çizelge. 13- Kobalt ve Nikel Esaslı Sert-Kapalama Tozlarının Özellikleri

Alaşım B C

Kobalt Esaslı

No.lNo.6No.12 -No.21 -

Nikel Esaslı

No.40 1.7No.6 2.4No.12 3.5

2.51.11.40.25

0.350.450.80

Co

kalankalankalankalan

-

Cr

30282927

7.51115.5

Fe

3(2)3(2)

3(2)

5.5«>

1.534

Bileşim, %Mo Mn

1(2)

1(2)

1(2)

1(2)

-

1(2)1(2)1(2)

-

Ni

g g g oo

en en en es

kalankalankulan

Si

111.42(2)

3.544.3

W

12.548

-

Sertlik '»OrtalamaHV Aşınma

Kaybı, mm3

550-685385-425480-550285-320

340-415525-575710-790

46655570

211211

(1) 2000 d/dak hız. 130 N yük, 230 mm lastik tekerlek ve kuru kum ile test edildi.(2) Maksimum

KAYNAKÇA

(1) Metals Handboo'c, 9. baskı, Cilt. 7, Powder Metallurgy, A.S.M.. U.S.A., 1984.

(2) HANSNER, H.H and MAL- M.K., Chemical Pub. Co., 1982.

(3) GERMAN, R.M., Powder Metallurgy Science, MPIF, 1984.

(4) SANDS, R.L. and SHAKESPEARE, C.R., Powder Metallurgy, Practice and Application, George New-nes Ltd.. Londra, 1966.

İLGİLİ TÜRK STANDARTLARI

TS 2304, TS 2306, TS 2309, TS 3087, TS 4222, TS 4230,TS4231, TS4378, TS 4481, TS 4482, TS 4483,

2-82

BİLEŞİK GEREÇLER

Prof. Dr. Süleyman SARITAŞ

1. GENEL BİLGİLER VE TANIMLAR

Bileşik gereçler birden fazla farklı malzemenin makroskopik olarak birleştirilmesiyle elde edilirler. Farklımalzemeler arasındaki ara yüzey kolaylıkla gözlenebilir. Malzemelerden biri destekleyici diğeri de birleştirici yada ana yapı olarak görev yapar.

Bileşik gereçler, çeşitli şekillerde sınıflandırılabilirler. En basit sınıflandırma destekleyicinin şekline göre :Tanecik destekli, elyaf destekli ve tabaka destekli olarak yapılabilir. Elyaf destekli bileşik gereçler; sürekli ve sü-reksiz olarak tekrar ikiye ayrılırlar.

Destekleyicinin bütün boyutları birbirine yaklaşık olarak eşitse "tanecik" olarak kabul edilebilir. Küre,çubuk, yonga ve benzeri şekiller gibi. Elyaf destekli bileşik gereçlerde elyafın boyu diğer boyutlarından çok bü-yüktür. Genellikle, boyu parçanın boyu kadardır. Destekleyici tabaka ise iki boyutu üçüncü boyutundan çok bü-yüktür.

Bileşik gereçlerin geliştirilme gerekçesi hiçbir homojen yapının istenen özellikleri kar.şılamamasıdır. Kar-bon elyaflı epoksi bileşik gereçlerin çekme dayanımı/yoğunluk oranları çelik ve uzay teknolojisi için geliştirilenalüminyumun yaklaşık dört ile altı katıdu-.

2. BİLEŞENLERİN ÖZELLİKLERİ

Bileşik gereçlerin davranışlarını anlayabilmek için bileşenlerin özelliklerinin bilinmesi gereklidir. Çekmedayanımı gerektiren uygulamalarda daha çok elyafın özellikleri önemli iken yüksek sıcaklığa dayanıklılık gibiuygulamalarda ana yapının özellikleri önemlidir. Bazı uygulamalarda da. bileşik gerecin davranışı bileşenlerinhac im s al oranlarıyla doğru orantılıdır.

Elyaf ve ana yapıların geliştirilmeleri birbirinden bağımsız olarak gerçekleşmiştir. Geliştirilen başlıcaönemli lifler : E-caını, S-camı, para-aramid, silikon karbür, bor, alumina. silika ve karbon / grafit dir. Ana yapıolarak %80'i poliesterlerdir. Ancak, üstün performans gerektiren uygulamalar için epoksiier ve polimidler kulla-nılmaktadır. Son yıllarda, plastiklerin yetersiz kaldığı uygulamalarda ana yapı olarak çeşitli metaller kullanılma-ya başlanmıştır.

DestekleyicilerÇeşitli destekleyicilerin özellikleri Çizelge. 1 de karşılaştırılmalı olarak verilmiştir.

Cam elyafı, sıvı camın 0,793 ile 3,175 mm çaplar arasında bir delikten fışkırtılması ve daha sonra hızlı birşekilde çekilmeleri ile üretilir. Tipik elyaf çapı 3-20u. m arasındadır. E-camı kalsiyum oksitçe daha zengindir vegenel amaçlı elyaf üretiminde kullanılır. S-camı magnezyum oksitçe zengindir ve çekine dayanımı çok yüksek-tir.

Karbon / grafit elyafı yüksek elastiklik modülü ve çekme emniyet gerilmesine sahiptirler. Uzun karbon lifle-rinin tümü bir organik öncüden üretilir. Organik öncü olarak rayon, PAN (polyacrylonitrile) ve izotropik zift kul-lanılmaktadır. Kısa karbon lifleri (saçak) ise, demir katalizör ve bir hidrokarbon gazından buhar-sıvı-katı büyüt-me yöntemiyle üretilir. Rayon ve izotropik zift düşük elastik modüllü elyaf üretiminde, PAN ise yüksek elastikmodüllü elyaf üretiminde kullanılır. Üretilen öncü elyaf 800°C üzerinde karbonlaştuma / grafitleştirme işleminetabi tutulur. Elyafın elastiklik modülü sıcaklık arttıkça artar.

Bileşik gereçlerde destekleyici olarak kullanılabilecek çekme özelliklerinde ilk organik elyaf para-aramiddir.Para-aramid kevlar olarak da bilinir ve kimyasal yapısı poly paıa-phenylenether phthalamide dir. Bir sıvı kristalolan bu polimer bir delikten fışkırtıldıktan sonra çekilerek elyaf üretilir.

Bor ve SiC elyafı kimyasal buhar çökeltme (CVD) yöntemiyle üretilirler. Çeşitli seramik lifler değişik yön-temlerle üretilmektedirler.

Ana YapılarAna yapı olarak çeşitli polimerler ve metaller kullanılmaktadır. El kitabının çeşitli bölümlerinde polimerle-

rin ve metallerin özellikleri verilmiştir.

Ana yapı olarak, çoğunlukla poliesterler kullanılmaktadır. Polimidler ve metaller yüksek sıcaklıklarda kulla-

2-83

BÎLEŞÎK GEREÇLERnılırken epoksiler üstün mekanik özellikler gerektiren uygulamalarda kullanılırlar.

Çizelge.l- Çeşitli Destekleyicilerin Özellikleri

Özellik

Yoğunluk, p, 1000 kg/m3

Çekme dayanımı, om> GPa

Elastiktik modülü, E, GPa

erm / p, 10* x m2 s - 2

E/p,10 9 xm 2 s- 2

E-Camıelyafı

2,62

1,7

91,3

0,65

31,0

S-Caınıelyafı

2,50

2,4

88,9

0,96

35,5

Karbon Elyafı

Düş.Mod.

1,76

3,3

230

1,87

130

Yük. Mod.

1,90

2,4

390

1,26

205

Para-aramid(Kevlar-49)

elyafı

1,44

4,0

131

2,77

91

BorElyafı

2,57

3,6

400

1,40

155,6

SiCElyafı

3,0

3,9

400

1,3

133,3

AI2O3(SalTıl)elyafı

3,3

2,0

310

0,60

94

SijN4

(SilikonNitrür)saçağı*

3,18

7,0

380

2,20

119,5

(*) Saçak : Kısa elyaf (Whisker) anlamında kullanıldı.

3. BİLEŞENLERİN ŞEKİLLERİ

Birden fazla malzemenin birleşmesi Şekil.1 de gösterildiği gibi üç değişik bi-çimde oluşabilir. Ancak, bunlardan sadece ikisi bileşik gereç oluşturmaya uygun-dur. Bileşik gereçlerde, malzemelerden biri ana yapıyı diğeri de destekleyiciyioluşturur. Ana yapı süreklilik gösterirken destekleyici, süreklilik göstermeyip anayapı içine gömülebilir.

Bileşenlerin şekilleri hangi yöntemle üretildiklerine çok bağlıdır. Isıl işlem(yaşlandırma) ve yönlendirilmiş katılaştırma ile elde edilen bileşik malzemelerinşekilleri çok değişik olabilir ve kontrol edilmesi kolay değildir. Şekil.2 de Al-AI3Nİ ötektiğiııin yönlendirilmiş katılaştırma ile elde edilmiş ınikro yapısı veril-miştir.

AI2O3saçağı*

3,96

21

430

5,30

108,5

SİCsaçağı*

3,2

6,9

690

2,15

215,6

Karbonsaçağı*

2,2

20

700

9,1

318,2

il

İM' A

İL'''I!

*> İki süreksiz f:ız b) İki sürekli faz c) Bir süreksiz fuz ikinci sürekli faz içine gömülmüş

Şekil.1- Farklı iki malzeme ya da fazın birleşme biçimleri

2-S4

BİLEŞİK GEREÇLER

Şekil.2- Yönlendirilmiş katılaştırilmış Al-AljNi ötektiğinin mikroyapısı (a) dik yön, (b) eksenel yön.

Aşınmaya dayanıklılık uygulamalarda kullanılan sert metallerden bileşik malzemelerin diğer bir özelliğidir.Sert metallerde ana yapı %10-15 arasındadır ve görevi %85-90 arasındaki sert karbür tanelerim bağlamaktır.Karbürlerin şekilleri genellikle açısal köşeli taneciklerdir.

Elyaf destekli bileşik malzemelerde destekleme Şekil .3 de gösterildiği gibi iki ve üç boyutlu olabilir. Ayncalifler kumaş gibi dokunabilir.

Şekil.3- Elyaf destekli bileşik nıalzemelc-

4. BİLEŞİK GEREÇ TASARIMI

Destekleyicilerin sahip oldukları geniş özellikler Çizelge. 1 de verilmiştir. Yoğunıuk, organik elyaf için 1,47g/cm3 den alümina saçağı için 3,96 g/cm3 e kadar değişmektedir. Çekme dayanımı, E-camı için 1700 MPa danalümina saçağı için 21000 MPa a değişirken elastiklik modülü E-camı için 81,3 GPa dan karbon saçağı için700GPa a kadar değişmektedir. Böylece, bileşik gereç tasannu yapacak mühendise alışılmıştan çok geniş me-kanik özellikler aralığı verilmiştir.

Bütün destekleyici gereçler (organik hariç) çekme dayanımının sonuna kadar doğrusal gerilme-uzama ilişki-si gösterirler (Şekil.4a).

2-85

BİLEŞİK GEREÇLER

O 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5Gerinim

Şekil.4- Çeşitli destekleyicilerin ve ana yapıların gerilme-uzama ilişkileri

Görüleceği gibi yüksek modüllü liflerin uzaması %1 den azdır. Buna karşılık organik ve cam lifler r/< 4 ekadar uzayabilirler.

Ana yapı malzemeleri polimerlerder. metallere ve seramiklere kadar çok geniş bir alanı kapsar. Polimerlerdüşük yoğunluk, oldukça düşük dayanım ve doğrusal olmayan gerilme-uzama ilişkisi ile bilinirler. Polimer anayapılı bileşik gereçler kolay imal edilirler ve oldukça bol destekleyici içerebilirler. Bu nedenlerden ötürü anayapı olarak genellikle polimerler kullanılmaktadır.

Elastiklik ModülüBileşik gereci oluşturan elemanlar elastik davranırlarsa bileşik gereç de elastik davranır. Bileşiğin elastiklik

modülü, Eb, destekleyici ile ana yapının elastiklik modülleri arasında bir değer alır. Destekleyicinin hacmi Vd,elastiklik modülü Ed, ana yapının hacmi Va ve elastiklik modülü Ea ise, bileşiğin elastiklik modülü Eb iki değişikşekilde hesaplanabilir.

(a)

1(b)

Şekil.5- Bileşik gereçlerin elastiklik modülleri: (a) Eksenel elyaf, (b) Tabakalı,(c) Elastiklik modülünün hacim oranı ile değişmesi

(i) Sürekli elyafın yük yönünde olduğu (Şekil.5a) halde bileşik gereçteki ortalama gerilme

Ob = V d Od + V a CJa

olur. Burada Od destekleyicideki, aa ana yapıdaki gerilmedir. Yükün çok aşırı olmadığı hallerde destekleyici veana yapı aynı miktarlarda uzarlar. Bu durumda

olur.(ii) Bileşik gereç tabakalı ve yükün tabakalara dik yönde (Şekil.5b) olduğu halde her elemandaki gerilme

2-86

eşittir ve birim uzama farklı olur.

yada

BİLEŞİK GEREÇLER

eb = Vd ed + Va e a

R.= EdE"VjEd+V.Ea

olur.

DayanımElyaf destekli bileşik gereçlerin dayanımı, uygulanan gerilmenin yönünün liflerin yönüne göre yaptığı açıya

bağlıdır. Eğer gerilme yönü liflerin yönüne paralel ise bileşik gerecin dayanımı kanşımlar kanununa uygun ola-rak bulunur. Yani. bileşik gereçteki gerilme :

Ob = V<j Od + V a (Jaolur.

Bileşik gerecin nasıl kırılacağı bileşenlerin davranışına bağlıdır. Şekil.öa da olası altı değişik kırılma biçi-mi gösterilmiştir.

Elyafın ve ana yapının gevrek olması halinde kırılma her ikisinde de aynı anda olur. Çatlak her ikisini de ke-serek ilerler (Şekil.öa). Ancak, uygulamaların çoğunda elyaf gevrek ve ana yapı süreklidir. Ana yapı daha fazlauzamaya dayanabilirken, lifler dayanamayacaklarından koparlar. Ana yapı yükü yalnız başına taşıyamıyarak sü-rekli bir şekilde kırılır (Şekil.öb ve 0- Liflerin ana yapıya iyi bağlanmaması halinde yük altında ara yüzey ayrıl-ması olur (Şekil.fid ve e).

(a) İl (b)

(c) (d)

(e) (f)

Şekil.6- Bileşik gereçlerin kırılma biçimleri

Çeşitli elyaf destekli epoksilerin emniyet gerilmeleri Çizelge.3 de verilmiş ve bunlar 2024 Al alaşımlı ve4130 çelik ile karşılaştırılmışlardar.

2-87

BİLEŞİK GEREÇLER

Çizelge.2- Elyaf Destekli Epoksi Bileşik Gereçlerin Emniyet Gerilmeleri(Elyaf Hacını Oranı: %60)

GereçYoğunluk Elastiklik

g/cm3 Modülü, GPaKayma Puisson

Modülü, GPa OranıEks. ÇekmeEınn. Geril.

MPa

Eks. BasmaEmn. Geri 1

MPa

Kesme Enin.Gerilmesi

MPa

E-camıKevlar 49T-300(Karbon ely.)GY-70(Karbon ely.)Bor(Karşılaş-tırma için)2024-T3

4130

1.94

1.30

1.47

1.61

1.86

2.77

7.84

45

76

132

320

274

72

207

4.4

21

6.5

4.1

5.2

27.6

82.7

0.25

0.34

0.25

0.25

0.25

0.31

0.25

1000

1380

1240

690

1310

462

655

550

280

830

620

2480

345

1100

40

55

62

96

100

276

380

TasarımBileşik gerecin işlevini yerine getirebilirliğini tesbit etmek için tasarımın kapsamı, malzemenin anizotropik

oluşu, çevre etkisi, kabul edilen hasar miktarı, imalat ve montaj kolaylığı ile onarıma uygunluğun dikkate alın-ması gerekir.

Elyaf destekli bileşik gereçlerin anizotropisi metallerden daha farklıdır. Dayanım, ısıl genleşme katsayısı venemle genleşme yöne göre 10 katı farklılık gösterebilir.

Isı, nem, ultraviole ışık ve asitler bileşik gerece zaman içinde etki ederek mekanik özelliklerini bozabilir.Aşırı sıcak / nem şartlarında mekanik özellikler yarıya inebilir. Bileşik gereçler korozyona dayanıklı olarak bi-linirler, ancak önceden çevre şartarına dayanıklılık deneyleri yapılmalıdır.

Tasarımın ilk adımı istenen özellikleri verecek bileşenleri ve hacım yüzdelerini seçmektir. Seçilen malzeme-ler, elde edilecek tek-yönlü bileşik gerecin özelliklerini verecektir. Ancak, uygulamalar çoğunlukla çok yönlüözellikler gerektirir. Bu nedenle tasarımın ikinci adımı, tek-yönlü elemanların çok yönlü olarak tasarlanmasıdır.Bu noktada tasarım metallerinkine benzer şekilde sürdürülür. Ancak, bileşik gereçlerde tabakaların tasarlanmasıve değiştirilebilmesi olası çözümleri çoğaltır. Böylece "Tasarım Çevrimi" kavramı oluşmuştur. Çevrim sonundabeklenen fonksiyon gerçekleşmezse, bileşenlerin miktarları ve yönleri değiştirilerek tasarım çevrimi yenilenir.

5. İŞLEME, BİÇİMLENDİRME VE MONTAJ

Bileşik gerecin yapımı, destekleyicilerin istenen yöjıde yerleştirmeleri ve ana yapının bunları kaplayacak veyapıştıracak şekilde doldurulmasıyla gerçekleşir. Yapım yöntemleri kullanılan destekleyici ve ana yapıya göredeğişmektedir. Destekleyici elyaf ise önceden tasarlanan mandıel üzerine sarılabilir ya da örülebilir. Sarma-örmeişlemi ıslak (plastikler için) yapılabilir. Böylece ana yapının sonradan doldurulması problemi kalmaz. Bugün, ti-cari olarak kullanılan elyaf destekli plastiklerin çoğu ıslak sarma-örme ile şekillendirilmektedir. Ancak, enjeksi-yon kalıplama, transfer kalıplama gibi diğer plastik şekillendirme yöntemleri ana yapının destekleyici çevresinedoldurulmasında kullanılabilir. Tahmin edilebileceği gibi sonradan ana yapının doldurulmasında homojenleşme-yi sağlamak çok zordur.

Bir roket motor kılıfının yapımı örnek alarak açıklanacaktır. Şekil.7 de işlem şeması gösterilmiştir. İşlem,üzerine sargının yapılacağı mandrelin tasarlanması ile başlar. Mandreller suda çözülen (kumdan, alçıdan) ya daçok parçalı metalik (borular için) olabilirler. Rotor motoru kılıfı sarmak için suda çözülen kısun mandreller kul-lanılmaktadır.

2-88

BİLEŞİK GEREÇLER

Sarım biçiminin-geliştirilmesi.hesabı

Emprenye Deneme sarımı

Hırdavat takmaEtek bilezikleriKonsollarDiğerleri

MuayeneBoyutsa!AğırlıkGörsel

VüklemeSüreç irdelemesi

Jel kaplamaFilm yapıştırıcı

Yapıcıların sarımıKangallarHelisel /Kutupsal

[Etek sarımı 1I Roket motorları II 1

KürSoğutma

Takımları uînklaştrmaKumu temizlemeAletleri uzaklaştırma

Özellikle roket motoru durumunda

Şekil.7- Roket motoru kılıfı yapımı işlem akış şeması.

Elyaf reçine banyosundan geçirilerek ıslatılır ve mandrel üzerine sarılıf. Sarma işlemi polar ya da helisel ola-bilir (Şekil.8). Reçine miktarı pek çok parametreye bağlıdır : Reçinenin viskozitesi, sarma kuvveti, sarma adımıve mandrel çapı, vb.

Ana yapının katılaşması iki aşamada gerçekleşir. B- aşamasında plastik ısıtılarak (genellikle lambalarla)akıcılığı artırılır. Böylece, fazla plastik yüzeyde toplanarak akmaya uğraşırken plastik fırçalarla sıyınlarak alı-nır. B- aşamasının sonuna doğru ana yapıda çapraz bağlar oluşarak plastik katılaşmaya başlar. Polimerleşmeişlemi otoklav veya gaz-ateşlemeli fırınlarda ısıtılarak gerçekeleşir. Polimerleşme sonucunda mandrel su ile çö-zülerek çıkarılır.

(a) (b)

Şekil.8- Elyaf sarma türleri : (a) Polar, (b) Heliselİşleme

Bileşik gereçlerin talaşlı işlenmesi metallere göre zordur, işleme zorluğunu ana yapı değil de destekleyiciyaratır. Destekleyiciler kesicilerin aşırı aşınmasına neden olurlar. Ayrıca, delme ya da kesme bölgesinde bileşikgereçte tabakalarda ayrışmalar görülür. Kesme işleminde elmas kaplamalı dairesel çakıların kullanılması öneri-lir. Matkapla delme işlemi tabakaları ayırdığından mümkün olduğu kadar kullanılmamalıdır. Matkap uç açılanve şekillerinin seçimi çok kritiktir. Alışılmış kesme tekniklerinin dışında, yüksek basınçlı su, lazer ve elektrondemeti ile kesme işlemleri bileşik gereçlere uygulanmış ve başarılı sonuçlar alınmıştır.

MontajBileşik gereçlerin metalik ya da metal olmayan diğer makina elemanlarına montajları, ya çeşitli yapıştırıcı-

larla ya da vida ve civatalarla yapılmaktadır. Parçalar tekrar birbirinden aynlmayacaksa ve aşırı gerilme varsa

2-89

BİLEŞÎK GEREÇLER

yapıştırma ile montaj kullanılmaktadır. Ayrıca, yapıştırma civatalarla bağlamaktan daha ucuzdur. Ancak, ya-pıştıncının yapıştırılan parçalarla uyumlu olması ve servis şartlarına dayanıklı seçilmesi gereklidir. En çokkullanılan yapıştırıcılar çeşitli epoksilerdir.

Yüksek dayanımlı bileşik gereçler alışılmış civatalarla bağlaiımamalıdır. Alaşımlı çelikler yapıya uymadı-ğından, kadmiyum kaplama çabucak korozyona uğradığından ve perçinler bileşik gereci ezdiklerinden montajdakullanılmazlar. Karbon elyafı destekli bileşik gereçler alışılmış civatalarla bağlandıklarında katodik korozyonauğrarlar. Bunlar için en uygun civata malzemesi titanyum alaşımlarıdır.

6. HASAR ANALİZİ

Metalik malzemelerin kınlına ve hasar analizleri çok iyi bilinmektedir ve bunlar için çeşitli teknikler gelişti-rilmiştir. Bu tekniklerin bileşik gereçlere uygulanması yeteri kadar geliştirilmemiştir. Son yıllarda oldukça çoksayıda kırık yüzey bilgisi birikmiştir.

A.B.D. Hava Kuvvetleri tarafından önerilen hasar analiz adımları şöyledir :

- Parçanın geçmişi hakkında bilgi toplanması,- Tahribatsız testler,- Parçanın şartnamelere uygunluğunun incelenmesi,- Kınlmış yüzey incelemeleri,- Gerilme analizi.

Yukarıda açıklanan bu beş adım aslında metaller için geliştirilen analiz adımlarına benzer. Ancak, bileşikgereçler anizotrop ve heterojen olduklarından önemli farklılıklar gösterirler.

En çok kullanılan tahribatsız testler geçirgen ultrasonik darbeli-yansımalı ultrasonik ve girişken boyalı X-ışınlandır. Liflerin sarılmasında, yönlendirilmesinde, ana yapının polimerleşmesinde yapılan hatalar parçanınerken hasara uğramasına neden olur. Bundan dolayı malzeme ve yapım yöntemleri ile ilgili hatalar incelenmeli-dir. Bileşik gereçlerin kırık yüzeyleri genellikle elyaf ya da tabakalar arasında açılmalardan oluşur. Açılmalarındış yüzeyde mi yoksa ana tabakalarda mı olacağı yük tipine bağlıdır.

Basma yükleri dış tabakalarda, çekme yükleri iç tabakalarda açılmaya neden olur. Bileşik gereçlerde gerilmeanalizi oldukça zordur. Gerecin çok anizotropik olmasından dolayı sayısız miktarda elastiklik modülü ve daya-nım değerleri vardır. Bileşik gereçlerde ana yapı plastik ise ısıl analiz yöntemleri hasar incelemesinde kullanıla-bilir. Plastiğin cam geçiş sıcaklığı çeşitli ısıl analiz teknikleri ile kolaylıkla saptanabilir.

7. UYGULAMALAR

Cam elyafı destekli plastiklerin dayanım, hafiflik, düşük maliyet ve korozyon direnci gerektiren uygulama-larda kullanılmasına başlanalı 50 yıl olmuştur. Cam elyafı destekli plastiklerin başarısı bu dalda daha Üstünözelliklere sahip gereçlerin araştırılmasına öncülük etmiştir. Sonuçta bileşik gereçler çağına girilmiş ve bugünhızlı büyüyen ileri malzeme teknolojisi olmuştur.

İleri bileşik gereçler uzay malzemelerinden spor malzemelerine kadar her dalda uygulama alanı bulmaktadır-lar. Bir yanda protez mafsal ve organlar yapılırken diğer yanda gemi gövdesi ve bina elemanları yapılmaktadır.

Uçak EndüstrisiElyaf destekli bileşik gereçler uçak parçaları için gittikçe daha çok istenir duruma gelmektedir. Bileşik ge-

reçler dayanıklı ve hafiftirler. En çok kullanılan elyaf karbon, aramid ve camdır. Cam elyafı gittikçe yerini kar-bon elyafına terk etmektedir. Ana yapı olarak 120 ile 175ÜC arasında polimerleşen epoksiler kullanılmaktadır.Sivil ve askeri uçaklarda yıllara göre bileşik gereç kullanımı Şekil.9 da ve F-18 savaş uçağındaki bileşik gereçparçalar kullanımı Şekil. 10 da gösterilmiştir.

2-90

I I f l f is.

BİLEŞİK GEREÇLER

| Karbon elyafı ile güçlendirilmiş epoksiYapı ağırlığının V. 10.3'ü

YAPIM GERECİ AĞIRLIĞI,

Silah hücresi kapısı

Avionik kapılar Kanat kaplaması

Döner namlu Kanatçık

Şekil.9- Uçaklardaki bileşik gereçlerinağırlıkta yıllara göre yüzdesi

Şekil.10- F-18 deki bileşik gereçler

Uzay ve Roket EndüstrisiRoket endüstrisinde bileşik gereçlerin ilk kullanılması roket motorun kılıfı uygulamasıdır. Böylece roketle-

rin taşıma yükü ve uçuş menzilleri artırılmıştır.Uzay mekiği metal ana yapılı bileşik gereçlerin bol miktarda kullanıldığı ilk uygulamalardan bilidir. Uzay

mekiğinin ana çatısı 242 tek yönlü bor elyafı alüminyum ana yapılı tüplerden oluşturulmuştur. Bu tüplerle, alü-minyum tüplere göre %44 ağalık tasarrufu sağlanmıştır.

Otomotiv EndüstrisiOtomotiv uygulamaları iki ana gruba ayrılır : Görünüş ve yapısal dayanıklılık. Kaporta için görünüş önem-

lidir, ancak taban gibi yük taşıyan yapısal parçalarda dayanıklılık önemli olup görünüş pek önemli değildir.Otomotiv sanayiinde bileşik gereçlerin uygulaması, ikinci derecede önemli yapısal parçalar ve görünüşün önem-li olduğu panellerle sınırlıdır.

Gemi Endüstrisi50 metreye kadar boydaki tekneler ve gemilerin gövdelerinin bileşik gereçlerden yapılması ekonomik olarak

mümkündür. 50 metreden uzun gemilerde kaynak çelik yapı daha ucuzdur. Diğer taraftan sürat motorları ve lüksyatlar bileşik gereçlerden üretilmektedir.

Metal, Karbon / Grafit ve Seramik Ana Yapılı Bileşik GereçlerKarbon-karbon ve metal ana yapılı bileşik gereçler çok ümit verici malzemelerdir. Seramik ana yapılı bile-

şik gereçlerde, karbon-karbon bileşik gereçler gibi sıcaklık sınırlamaları yoktur.Metal ana yapılı bileşik gereçlerde (mine) destekleyici olarak bor, silikon karbür, karbon, alüminyum oksit

ve tungsten elyafı kullanılır. Ana yapı olarak alüminyum, magnesyum. titanyum ve nikel alaşımları kullanılır.Çizelge.3 de bazı mine bileşik gereçlerin mekanik özellikleri verilmiştir, mmc bileşik gereçler kısa liflerden(visku) de üretilebilirler. Metal ve saçak iki değişik şekilde karıştınlabilir. IZn homojen karıştırma yöntemi tozmetalürji teknikleridir. Saçaklar arasına sıvı metal emdirerek de sokulabilir.

2-91

BÎLEŞÎK GEREÇLER

Çizelge-3- mmc Bileşik Gereçlerin Mekanik Özellikleriı-l A

mmc Çekme Gerilmesi (MPa) Maksimum Birim Uzama

%50 Bor - %50 Al

%41 SİC - %53 Al

%35 SİC - %65 Ti -

%34 Sic - %66 Mg

%35C -%65Mg

9M5SiCSaçak-%85Al

1100

1462

1690

1000

720

718

0.50

0.89

0.96

0.83

5.3

işlem çok ucuz ve kolay olmasına rağmen saçakların homojen dağılımı sağlanamaz. Aynca, toz metalürjisiyöntemleriyle elde edilen yapının mekanik özellikleri daha iyidir. Saçak destekli mmc ler ekstrüzyon, dövme,haddeleme gibi alışılmış yapım yöntemleriyle tekrar şekillendirilebildikleri gibi talaşlı yapımları da mümkün-dür.

Karbon elyafı destekli ana yapılı bileşik gereçler yüksek sıcaklık uygulamaları için geliştirilmişlerder.2800°C ye kadar dayanımlarını kaybetmezler. Roket memesi ve atmosfere giriş parçaları olarak kullanılırlar.Karbon-karbon bileşik gereçlerde sorun, yüksek sıcaklıkta oksitlenmeleridir. Bu tip bileşik gereçler, karboncazengin fenolik polimer reçinelerle karbon elyafından hazırlanırlar. Daha sonra fenolik ana yapı karbonlaştırılır.

Seramikler yüksek basma gerilmesi ve ısıya dayanıklılıkla bilinirler. Ancak, çekme emniyet gerilmeleri çokdüşüktür. Seramik ana yapılar, liflerle desteklenerek çekme dayanımı verilebilir. Şekil. 11 de karbon elyafı des-tekli camın ve normal camın çekme gerilmeleri karşılaştırılmıştır. %40 karbon elyafı destekli camın elastiklikmodülü, normal camın üç katma ve kınlma enerjisi normal camın bin katma çıkmaktadır. W, Mo, Ta, C, SiC veAI2O3 lifleri cam, alümina, zirkonyum gibi seramik ana yapı içerisine toz metalürji teknikleriyle yerleştirilir.

1 o

0.9

0.8

0.7£°- 0.6ı/ı

I 0.5

} O.«g 0.3

0.2

0.1

0

Monolitik reaksiyonla /bağlı Sİ3N4 /

r//

///

- Nippon

Al

lifi

Avcc lifi

\

-

-

^

0.H0

0.105

0.070 E

- 0.035 <

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Son lif uzaması , "/.

Şekil. 11- Cam ve karbon elyafı destekli camın çekme gerilmeleri.

2-92

BİLEŞİK GEREÇLER

KAYNAKÇA

(1) BROUTMAN, L.J. and KRACK, R.H., Modern Composite Materials, Addison-NVesley Pub Co.,1967

(2) Engineers" Materials, Handbook, Vol. 1, Composites. ASM International, 1987

(3) Handbook of Composite Materials, Ed. G. LUBIN, Van Nostrand Reinhold, 1982

(4) SCHVVARTZ, M.M., Composite Materials Handbook, Mc Oraw-Hill Co., 1984

(5) SCHWARTZ, M.M., Ed., Fabrication of Composite Materials : Source Book, ASM, 1985

2-93

KORUYUCU GEREÇLER

Prof. Dr. Ahmet ÇAKIR

1. KULLANIM YERİNE GÖRE GEREÇ SEÇİMİ

Bundan önceki bölümde ele alınan başlıklar altında zaman zaman malzeme seçimine değinilmiş, özellikleBÖLÜM.3 de en yaygın ve çok kullanılan endüstriyel malzemelerin korozyon dayanımları ele alınmıştır. Bu bö-lümde herhangi bir öncelik ya da önem sırası göz önüne alınmadan en yaygın korozyon ortamları (hava, su, top-rak) ele alınıp, bu ortamlarda yaygın kullanılan malzemelerin davranışları göz önünde tutularak, en uygun seçimiçin genel değerlendirmeler yapılacaktır. Bir malzemenin farklı ortamlardaki davranışları (bak. BÖLÜM.3)değil, belli bir ortamda farklı malzemelerin davranıştan ele alınarak, bu ortamda kullanım yerine en iyi uyanmalzemenin belirlenebilmesi için okuyucu aydınlatılmaya çalışılacaktır.

Atmosferik Korozyona Dirençli Malzeme SeçimiAtmosferik korozyona etki eden faktörlerin başında (i) nem, (ii) sıcaklık ve (iii) kirleticiler (SO2, CO2, klor

ve çeşitli metal iyonları) gelir.

Nemli atmosferde paslanma eğilimi yüksek olan imalat çeliklerinde bu eğilim, kuru atmosferlerde az, sıcaklı-ğın yüksek olması halinde deniz kıyısı atmosferlerinde yüksektir. %0.2 ye kadar Cu eklenmesi bu çeliklerin at-mosferik korozyon direncini çok iyi artırır. Cu ile beraber olurlarsa P, Si, Cr metalleri de karbon ve düşük ala-şımlı çeliklerin atmosferik korozyon direncini artırırlar.

Kapalı atmosferik ortamlarda paslanmaz çeliklerin tamamı başarılı sonuç verir. Ancak, parlak görünüşünönemli olduğu, küçük oyukcukların istenmediği açık atmosferik ortamlarda martensitik çeliklerden kaçınılmalı-dır. Ferritik paslanmazlar genelde lekelenmeden parlaklıklıklarını korur. Motorlu araçların dış aksesuarları ya-pımında kullanılırlar. Ostenitik paslanmazlar en dirençli olanlardır, ancak delta ferrit ve krom karbürlerin sebepolduğu kromca fakir bölgelerin varlığı halinde oyulma korozyonu (pitting) meydana gelebilir.

Dökme demirlerin atmosferlerden etkilenme hızları çok yavaştır ve genellikle büyük kesitler halinde kulla-nıldığından paslanma bir problem yaratmaz. Alüminyum alaşımları da atmosfere dirençlidirler, ancak çökeltiiçerenlerde ilk birkaç yıl içinde yüzeysel oyukcuklar meydana gelebilir.

Bakır çok yüksek bir atmosferik korozyon direncine sahiptir, çatı malzemesi ve aydınlatma aksesuarlarındayaygın olarak kullanılır. Atmosferik korozyon sonunda zamanla CuSÖ4 . 3Cu (OH)2 formülüne doğru değişençekici görünüşlü, yeşil patina meydana gelir. Kurşun da çatı ve bina ön yüzeylerinin kaplanmasında yaygın kul-lanılır. Atmosferik korozyon ürünü koruyucu özellikte ve elektriksel izolasyon maddesi olduğundan başarılı birservis sağlar. Çinko da atmosferde iyi bir hizmet sunar, ancak çok aktif ve korozyon ürünü çok iyi bir koruyucuolmadığı için nemli ve kirlenmiş atmosferlerde dikkatli kullanılmalıdır.

Suda Korozyona Dirençli Malzeme SeçimiMalzemelerin sudaki korozyonu, içinde çözünen ya da askıda kalan maddelere, akış rejimine ve sıcaklığa

bağlıdır. Suda çözünmüş maddeler içinde (i) oksijen, (ii) karbon dioksit, (iii) Cl~, SO42", CO, HCO3 iyonları (iv)organik maddeler, korozyona etkili olanlardır. Suyun korozyon etkisini azaltmak için (a) alkalizasyon (pH artışı)ve (b) karbonasyon (HCO~3 konsantrasyonundaki artış) işlemleri yürütülür. Suyun pH değeri 7-9 arasında,CaCC>3 çökelmesinin olmaması için HCO"3 miktarı 70 mg / litre olmalıdır. Alkalizasyon suya NaOH ya da Ca(OH)2 eklenmesi ya da suyun yanmış dolomit [CaMg (003)2] yatağından geçirilmesiyle yapılır. Karbonasyoniçin Ca (OH)2 ve CO2 eklenmesi yeterlidir.

Düşük alaşımlı ferro yapı malzemeleri doğal sularda yaklaşık aynı hızla korozyona uğrarlar. Deniz suyunadaldırılmış bu malzemelerin korozyon hızı 0.13mm/yıl alınabilir. Bu malzemelere %13 Cr eklenmesi korozyonhızını yarıya indirir. Mo içeren ostenitik paslanmaz çeliklerin deniz suyunda korozyon dirençleri çok iyidir. Mar-tensitik paslanmazlar %13 içerseler bile iyi bir servis sunmazlar. Korozyon oyukcuk ya da aralık korozyonu ti-pindedir. Düşük akış hızı ya da durgun sularda korozyon hızı artar.

Dökme demirlerin korozyon hızı deniz suyunda 0.5-0.1 mm/yıl arasındadır. Ostenitik yapılı, yüksek Ni içe-ren (bak. Ayrım.3) dökme demirlerin sudaki korozyon dirençleri çok iyi olup, ferritik dökme demir korozyon hı-zının 1/3 - 1/10 u arasındadır. Yüksek Cr ve Si içeren ostenitik yapılılar, kolay pasiflendiği için korozyon direnç-leri iyidir. Ancak, yüksek Cr eklenmesi çekmeler nedeniyle dökümde güçlük yaratır. %2.5 değerine kadar Sieklenmesi yararlıdır ve sürekli bir pasif krom oksit filmi elde edilmesinde faydalıdır.

2-94

KORUYUCU GEREÇLERAl ve alaşımları saf suda korozyona uğramazlar. Doğal sular içinde yüzeylerinde lekelenme türünde bir tu.

zulma olabilir. Ana alaşım elemanı olarak Cu içeren cinsleri deniz suyunda korozyona karşı çok hassastır.Al-Mg alaşımları deniz suyu ve kirli su ortamlarında en iyi çözümdür.

Bakır ve alaşımları doğal suların her türlü işleminde sık kullanılırlar.Evlerde ve endüsüiyel işletmelerdesıcak ve soğuk su dağıtım şebekelerinde yaygın olarak kullanılırlar. Türbülanslı akış bu malzemelerde koroz-yon hasan yaratan önemli faktörlerin başındadır. Kupro-nikel alaşımı yüksek akış hızına sahip saldırgan ortam-larda kavitasyona en dirençli malzemedir. Bakır alaşımlarında çinkosuzluşma ile oluşan korozyon hasarı parça-ların zayıflamasına neden olur. Çiııkosuzlaşmaya dirençli bakır ulaşımları için bundan önceki bölüme bakınız.

SO427C1~ oranının yüksek olduğu soğuk, derin kuyu sularında oyulma korozyonu meydana gelir.

Ni ve alaşımları tatlı sularda genellikle korozyona dirençlidir. Ancak, düşük pil ve durgun su koşullarındaoksit filmi pasifliği devam ettiremez. Ni-Cu serisi (Moııel) ve Ni-Cr alaşımları deniz sularında başarıyla kullanı-lırlar. Yüzeylerindeki sıkı ve türbülansa dayanıklı pasif film sayesinde yüksek akış hızı şartlarında dirençli ol-maları nedeniyle deniz suyunda çalışan vana ve pompa yapımında kullanılırlar.

Çinko katodik korumada kurban anot olarak önemli bir yere sahiptir. Aktif akış şartlarında meydana gelenkorozyon yüzeyde, içinde Ca ve Mg iyonları ile birlikte çinko hidroksitten oluşan, koruyucu bir fiûn meydanagetirir. Kurban anot olarak aktifliğini sürdürmek amacıyla içine ("d. Al ve Si eklenir. Aksi halde yüzeydeki pasiffilm korozyonu engellediğinden kurban anot görevini yerine getiremez.

Toprakta Korozyona Dirençli Malzeme SeçimiToprağın korozifliğine etki eden faktörler, toprak dokusu ve kompozisyonu, toprakta gömülü bulunan boru-

larda meydana gelen korozyon şekilleri ve sebepleri önceki bölümde etraflıca incelenmiştir.

Toprak altında bulunan malzemelerin büyük çoğunluğu demir, çelik ve beton olmakla birlikte plastikler gide-rek artan uygulama alanı bulmaktadır. Plastiklerin toprakta kullanımı genelde içme suyu dağıtım şebekeleriylesınırlı olmakla birliklte, gaz dağıtım hatları giderek artan oranda orta yoğunlukta polyethylene (MDİ'E) malze-meden yapılmaya başlanmıştır. Plastiklerde iyi darbe mukavemeti, çevre şartlarına bağlı gerilmeli korozyon di-renci, düşük sıcaklık tokluğu gibi konstrüktif açıdan önemli özellikler, moleküler zincir uzunluğu, zincirin kolla-ra ayrılma derecesi ve kristallik durumunun kontrol altında tutulmasıyla optünize edilir. Plastik gaz hatlarınınmaliyeti düşüktür ve minimum servis ömrü yaklaşık 50 yıldır.

Topraktaki çelik yapıların ve boruların korunmasında kullanılan betonun davranışları, zayıf olduğu noktalarve dikkat edilecek hususlar bundan önceki bölümde ele alınmıştır.

Bu malzemelerin yanında sınırlı da olsa kullanım alanı bulan diğer malzemeler arasında bakır, alüminyumve alaşımları sayılabilir. Toprakta gömülü bulunan malzemeler için, özellikle kurşun borular ve kurşun kaplıteflon kablolarında, kaçak akım korozyonu önemli bir tehlikedir. Topraktaki kaçak akımlar belli noktadan yapıyagirer ve iletkenlik bakımından yapıyı terk ettiği noktada korozyon meydana gelir, çünkü bu kısım anot olarakdavranır.

2. BOYALAR VE KORUYUCU KAPLAMALAR

Boyalar ve değişik koruyucu kaplamalar (plastik, beton, metalik) metal yüzeyine uygulanarak ya metali or-tamdan yalıtırlar ya da metal yüzeyindeki mikro-ortamları kontrol ederler. Bunların içinde en yaygın kullanılan-lar boyalardır. Ortalama 25-100 mikron kalınlığındaki boyalar usulüne uygun olarak uygulandığında başarılı so-nuçlar verirler.

BoyalarBoyalar dahil her türlü koruyucu kaplamada başarının sırrı kaplanacak yüzeyin iyi hazırlanmasındadır. Yü-

zeyin her türlü toz. pas, kir, yağ ve diğer petrol artıklarından iyice arındırılmış olması gerekir. Boyaların yüzeyeyapışması için bir miktar pürüzlülük gerekli olabilir Bu gereksinim fosfatlama ya da kromatlama gibi kimyasalkaplamalarla halledilebilir.

Yüzeydeki yağ ve petrol artıklarının temizlenmesi için nafta, alkol, trikloretilen ve tetrakloretilen gibi klor-landırılmış hidrokarbonlar kullanılabilir. Özellikle elektrolitik kaplama için çelik yüzeylerinin, kimyasal ya daelektrolitik olarak, alkali çözeltilerde temizlenmesi iyi sonuçlar verir.

Boyalar genellikle üç ana elementten meydana gelir : (a) Taşıyıcılar, (b) pigmentler ve (c) katkılar. Taşıyı-cılar çözücü ve bağlayıcı maddelerin kanşunı olup, boyaya akışkanlık verir, kuruyarak ya da buharlaşarak yü-zeyde katı bir boya filmi oluştururlar. Boya kuruduğunda taşıyıcının geriye kalan katı kısmı bağlayıcıları mey-dana getirir, pigmentleri yerinde tutar, boya filmini yüzeye bağlar, su, oksijen ve saldırgan iyonların metal

2-95

KORUYUCU GEREÇLERyüzeyine erişmesini engelliyecek bir engel oluşturur. Pigmentler taşıyıcı içinde askıda bulunan, korozyon reak-siyonlarını kontrol eden maddeler olup, boyaya renk veren maddelerdir. Metal yüzeyindeki reaksiyonlan önliye-rek ya da kurban anot gibi davranıp metali koruyarak korozyon işlemlerini kontrol ederler. Oksijen ve neminboya filmini katederek metal yüzeyine ulaşmasını zorlaştırdığından korzoyonun başlamasını geciktirir ve reak-siyon hızlarını yavaşlatuiar. Katkı maddeleri değişik amaçlı olup, kuruma işlemini hızlandırır ve boya filmininçalışma şartlarına daha iyi dayanmasını sağlar.

Temel pigmentler kurşun, çinko ve kadmiyum bileşikleridir. Bunlar demir ve çelik yüzeylerinde Fe(ııı) oksi-ti kararlı hale getirerek korozyon reaksiyonunu engellerler. Kurşunlu pigmentler (PbCO3, Ca2PbÛ4, PbCr4, PbO,Pb3Û4) en etkili olmalarına rağmen zehirleyici olduklarından kulanıınlan sınırlıdır. Çinko oksit ve çinko kromatda anodik pasifleştirici olarak iyi pigmentlerdir. Kromat iyonları havada oluşmuş Fe (m) oksitle reaksiyona gi-rerek kompleks krom / demir oksit kanşımı bir film meydana getirirler. Çinko ve alüminyum tozlarıyla zengin-leştirilmiş boyalar da vardır. Çinko tozu özellikle deniz ortamı ve diğer saldırgan ortamlarda başarıyla kullanı-lır. Manganez de daha az korozif olan kırsal ortamlarda yeterli bir kontrol sağlar. Kuru halde iken %95 oranındaçinko içeren boyaların çok iyi kurban anot görevi yaparak koruma sağladığı belirlenmiştir.

Boya sistemleri boyanın kullanımına ya da bağlayıcının kimyasal yapısına göre çeşitli gruplar altında topla-nabilirler. Herbir grup içinde bir çok boya tipi birbiri ile karıştırılıp, belli kaplama özellikleri sağlanabilir, uygunuygulama yöntemleri yaratılabilir. Boyama işlemi üç aşamada yapılır. Birincisi astar boya tabakası, bir ya da ikikat olabilir, ikincisi orta boya tabakası olup, astar boyaya yapışma özelliğne sahiptir ve toplam boya kalınlığınakatkısı vardır. En üst tabaka sonuncu kattır. Astar tabakayı nemden, havadan ve güneş ışığından korurken, iyibir dış görünüm de sağlar. En üst katın ana yapıcılan pigment ve organik bağlayıcıdır.

Kullanılacak boya kalınlığı ve tipi kullanılacağı ortam koşullarına göre değişir. Deniz ve endüstriyel ortam-larda iki kat astar, bir orta ve bir üst tabaka gerekirken, kırsal bölgelerde bir kat astar bir kat da üst tabaka yeterli-dir. Bazı boya türleri genel başlıkları ile şunlardır : (1) üretim öncesi astarlar (epoksi reçine içinde çinko tozu yada kırmızı demir oksit), (2) ön işlem astarları (alkol reçine çözeltisi içinde çinko tetrahidroksikromat + alkolesaslı fosforit asit), (3) yağ esaslı boyalar (keten yağında kırmızı kurşun (sülyen), (4) vernikler, (5) alkidler (eti-len glikol + keten yağı + ftalik anhidrit), (6) epoksi reçineler, (7) kömür katran epoksi, (8) poliüretan, (9) vinil(kopolimerler), (10) klorlandınlmış lastikler (aromatik çözücülü). (11) su esaslı boyalar, (12) inorganik çinko,(13) kirlenmeye karşı boyalar (bakır ve kalay esaslı).

Boya sistemlerinde meydana gelen hasarların ana nedenleri (1) yetersiz ya da zayıf yüzey hazırlama, (2) bo-yanın uygun olmayan atmosferik koşullarda atılması ya da boyamanın hatalı yöntemle uygulanması şeklindeözetlenebilir. Taşıyıcı ve kür maddesi gibi ayrı ayrı iki maddenin karışımıyla elde edilen boyalarda karışımınyetersiz oluşu ya da kanşım oranının tutturulmaması gibi nedenlerle boya sisteminde hasarlar meydana gelebi-lir.

3 PLASTİK KAPLAMALR

Mekanik özellikleri iyi malzemelerin yüzeyine termoplastik ve elastomer uygulanarak bu malzemelerin ko-rozyona dayanıklı hale gelmesi sağlanır. Asitlere, alkalilere, aşındırıcı akışkanlara, deniz suyuna sürekli daldır-maya, gemilerin ve deniz yapılanılın sıçrama zonlarına dayanıklı kaplamalar geliştirilmiştir. Bunlardan bazısısürekli olarak 250°C ye kadar dayanıklıdırlar. Asit depolarının astarlanmasında, gemi kurtarma dubalannda, yo-ğuşturucularda su deposu ve ayna levha astarı olarak, boruların, kanal ve olukların astarlanmasında kullanılırlar.Tek bir uyglamada lOmm den daha kalın tabakalar elde edilebilir. Bazı plastikler servis şartlarında sıcaklığın yada ultra viyole radyasyonun etkisiyle buharlaşabilen maddeler salarlar. Bu maddeler yakındaki metalik yüzeyler-de korozyon yaratırlar.

Plastiklerin metal yüzeyine uygulanması (a) daldırma ile, (b) spreyleme ile ve (c) merdane çekerek ve fırçalı-yarak yapılabilir. Naylon, PVC ve polietilen gibi plastikler ısıtılmış parçanın bu plastiklerin tozlarının oluştur-duğu akışkan yatağa daldırılması ile kaplanır. İyi bir yapışma sağlamak için parça daha yüksek sıcaklıklara ısı-tılır.

Ana plastik malzemeler olarak naylon, polietilen PVC (Polyvinylchloride) ve PTFE (polytetrafluoroetylene)ve poliüretan sayılabilir. Bunların içinde korozyona en dirençli olan PTFE dir. 250°C yekadar çözücülere, asit vealkalilere dayanır. Ancak, ince bir film halinde uygulanmasında zorluklarla karşılaşılabilir.

4. METAL KAPLAMA

Günlük yaşamda metalik parçaların, araç ve gereçlerin büyük çoğunluğu metalik olarak kaplanırlar. Amaçana malzemeyi korumak ve daha çekici bir görünüm sağlamaktır. Metal kaplamalar ana malzeme ile ortam ara-sında bir engel tabaka oluştururlar. Metal kaplamaların ideal özellikleri şöyle özetlenebilir :

2-96

KORUYUCU GEREÇLER

a) Ortam saldırısına ana metalden daha dayanıklı olmalıdır.b) Kaplamada açılacak çatlaklardan ana metalin korozyonunu teşvik etmemelidir,c) Elastiklik ve sertlik gibi fiziksel özellikleri yapının çalışına gereksinimleri için yeterli olmalıdır,d) Kaplamanın uygulanma yöntemleri, son ürünün üretim teknikleri ile uyum içinde olmalıdır,e) Üniform kalınlıkta olmalı ve gözenek ve çatlaklardan arınmış durumda bulunmalı (bu hemen hemen im-

kansız gibidir).

iler türlü metal kaplama işlemlerinin ön hazırlığı olarak yüzeyin (i) hertürlü kir, yağ ve artıklardan, (ii) kor-ozyon ürünlerinden arındırılması ve (iii) fiziksel özelliklerinin kontrol altında bulundurulması gerekir.

Metalik kaplamalar ana metale göre daha soy (katodik) ya da daha aktif (anodik) olabilirler. Birinci haldekaplama tabakasının gözeneksiz olması gerekir, aksi halde gözenek diplerinden ana metal korozyona uğrar. Bunaen uygun kaplama yöntemi elektrolitik kaplamadır. Kaplama tabakasının anodik olması halinde gözeneksiz ol-ması bir problem yaratmaz, çünkü bu durumda katodik bir koruma söz konusu olur. Çelikler üzerindeki çinko ta-bakası buna bir örnektir. Ancak, çinkonun koruyucu özelliği sağladığı katodik korumadan çok, atmosferik ortam-. ;ı çelikten daha çok korozyon direnci göstermesine bağlıdır. Çinkonun çelikler için katodik koruyuculuğu 50°Cı Hinda geçerlidir. Daha yüksek sıcaklıklarda durum tersine döner, örneğin, galvanizli çeliklerden yapılmış sıcaks tanklarında oyulma korozyonu meydana gelir, çünkü bu sıcaklıklarda çelik çinkodan daha aktif potansiyel ka-

İ-I.HI.

Metalik Kaplama Yöntemleri

En Yaygın Yöntemlera) Elektrolitik Kaplama : Kaplanacak parça elektrolitik hücrenin katodu, kaplama metal çubukları da anodu

durumundadu'. Kaplama metalinin tuzlarından oluşan bir banyo karışımı da elektrolit görevini görür. Çinko,bakır, nikel, krom, kalay, altın ve gümüş gibi saf metal kaplamaların yanında pirinç, çinko - nikel gibi alaşımkaplamalarının yapılmasına uygundur. Banyonun fırlatma gücü (throwing power) önemli bir parametredir. Buparametre anot-katot arasındaki açıklığa göre banyonun düzgün bir kaplama yaratına gücünü ifade eder. Örne-ğin, krom için bu güç zayıftır, dolayısıyla iyi bir krom kaplama elde etmek için çok sayıda anodun kaplanacakyüzeye yakın, uygun pozisyonlarda yerleştirilmesi gerekir.

b) Derin Daldırma : Kaplanacak parça ergimiş sıvı kaplama metal banyosuna daldırılır. Kalınlık kontrolühassas değildir. Yöntem kalay, çinko ve alüminyum gibi düşük ergime noktası olan metallerle sınırlıdır.

c) Püskürtme Kaplana : Püskürtme tabancalarına beslenen kaplama metali ergimiş küçük parçacıklar altındayüksek hızlarla (150 m/s) yüzeye püskürtülür. Çok gözenekli bir yapı verir. Uygulama öncesi yüzeyin kumlamaile temizlenmesi gerekir. Çeliğe göre anodik olan Al ve Zn gibi metaller, çeliklerin spreyleme ile kaplanmasınauygundur. Alevli spreyleme, ark spreyleme ve plasma spreyleme gibi yöntemlerle uygulanır.

d) Metal Astarlama : Belirli mühendisilik özelliği göstermesine rağmen çalışma ortamında korozyon direncizayıf olan metallerin yüzeyine haddeleme ya da patlama (explosive) kaynakla korozyon direnci olan ince bir lev-hanın astarlanınasıdır. Levha ile ana malzeme arasında oluşan bağ çok önemlidir. Yüzey kirleticileri iyi bi yayı-nımı engellediği için oluşacak bağ zayıf olabilir. Durulumine alüminyum, çeliğe kurşun ya da nikel astarlanmasıyaygın uygulamalarıdır.

e) Yayınımla (Difüzyonla) Kaplama : Kaplama metalinin kaplanacak malzeme yüzeyine yayınımla girerekyüzeyde bir tabaka oluşturmasıdır. Karışık şekilli parçaların hile bu yolla kaplanması mümkündür. En yaygınörnekleri çelik yüzeyine çinko (sherardizing), alüminyum (caloıizing) ve krom (ehromizing) yayınım başlıca ör-nekleridir. İlk ikisi metal tozlan içine gömülü parçanın kapalı soy ortamlarda izole edildikten sonra ergime nok-tasının hemen altındaki sıcaklıklarda uzun süre tutulmasıyla uygulanır. Halojen bileşikleri yüzey aktifleyici ola-rak kullanılır. Sonuncusu çelik parçaların kromun uçucu bileşiklerinden oluşan gaz akımı içinde ısıtılmasıylaelde edilir. Bunların herbiri iyi bir korozyon direnci verir. Krom aşınma dilencini artırır. Alüminyum ve kromnikel ve kobalt alaşımları üzerine uygulanır.

hııdüstriycl Kaplamalara) Çinko Kaplama : Çinko galvanik seride demire göre anodik olmasına rağmen oksit, hidroksit ve karbonat

gibi korozyon ürünleri metal yüzeyinde koruyucu bir film oluşturarak korozyon hızını demir ve çeliğin de altınadüşürür. Yukarda verilen her yöntemle uygulanabilir. Çinkoyu Mg. Al ve Ti gi1>i metallerin eklenmesi ile eldeedilen galvaniz kaplamanın akar deniz suyundaki performansı artırılır. Çinko kaplamanın değişik ortamlardakikorozyon hızı ortama göre Çizelge. 10 da verilmiştir.

b) Kadmiyum Kaplama : Standart elektrot potansiyeline göre demire karşı katodiktir, ancak pratikte çeliğe ve

2-97

KORUYUCU GEREÇLERdemire karşı anodik davranış gösterir ve koruma yapar. Korozif ortama karşı yüzeyde engel bir tabaka duru-mundadır, koruyucu görevi kaplama tabakasında bir çatlak olduğu zaman harekete geçer. Deniz atmosferindeçinkodan daha iyi koruma sağlar, ancak kırsal ve endüstriyel ortamlarda çinkoya göre zayıftır. Lehimlemesikolay olduğundan elektronik endüstrisinde çinkoya tercih edilir. Kadmiyum ve korozoyon ürünleri zehirli özel-likte olduğundan gıda endüstrisinden uzak tutulmalıdır.

Çizelge. 10- Çinko Kaplamanın Korozyon Hızları

Ortam

Kırsal atmosfer

Endüstriyel atmosfer

Deniz atmosferiKapalı atmosfer

Hız (um / yıl)

0.5- 1

1 -10

0.5-2<0.15

Ortam

Tatlı su

Deniz suyu

Diiyonize suToprak

Hız (|im / yıl)

2-20

10-25

50 - 2005

c) Alüminyum Kaplama : Spreyleme ya da sıcak daldırma en yaygın uygulama yöntemidir. Küçük parçalardayayınımla kaplama yöntemi de uygulanabilir. Ana metalle kaplama tabakası ara yüzeyinde kırılgan metaller-arası bileşiklerin oluşumunu engellemek için sıcak daldırma banyolarına silisyum eklenir. Kaplama tabakasın-daki mikro gözenekler korozyon ürünleriyle hızlı bir şekilde doldurulur ve yapışkan, sağlam, geçirgen olmayanbir film meydana gelir. Mikro gözenekler kaplamanın son evresinde özel bir işlemle kapatılırlar. Alüminyumkaplı yüzeylerde kurşun bazlı boyalar asla kullanılmamalıdır. Çinko kromat pigmentli boyalar uygundur. Çelik-lerdeki alüminyum kaplamalar endüstriyel atmosferde çinko kaplamalardan daha iyi etkinlik sağlarlar.

d) Nikel ve Krom Kaplamalar: Bunlar çeliğe göre katodiktir ve ortamla metal arasında bir engel tabakası du-rumundadular. Kaplamanın bozulması halinde çeliklerin korozyonu kaplamasız durumdan daha hızlıdır. Gereknikel gerek krom kaplamalar elektrolitik yöntemle yapılırlar. Nikel banyolarına katılan sülfür bileşikleri nikelegöre anodik, parlak bir nikel tabakası oluşturur. Nikel kaplamalar uzun süre atmosfere açık kaldığında parlaklık-larını kaybederler. Nikel üstüne krom kaplama yapılarak, uzun süre paılaklığını koruyan bir yüzey elde edilir.

Krom kaplama tabakası genellikle çatlaklıdır. Ancak çatlak yoğunluğu artuılarak, altında bulanan parlak ni-kelin daha geniş bir yüzeyinin ortama açık kalması sağlanır. Böylece saf nikel ve kroma göre anodik olan parlaknikelin genel korozyona uğraması sağlanarak oyulmanın önüne geçilir.

Korozyona karşı dirençleri artırılmak istenen çeliklerin yüzeyi önce bakır ile kaplanarak, daha sonra yapıla-cak nikel ve krom kaplamalar için düzgün yüzeyler elde edilir. Bu (Cu) kaplama üzerine saf nikel + parlak nikelkaplamalar yapıldıktan sonra en üst kısma ince bir krom kaplama yapılu'.

e) Kalay Kaplama : Gıda endüstrisinde konserve kutularında uygulanır. Kutuların dışındaki kalay kaplamaçeliğe göre katodiktir ve hasar gördüğü zaman korozyonu teşvik eder. Ancak sitrik asit gibi meyve sularındakiasit ve birçok organik asit kutu içindeki kalay kaplama tabakasında potansiyel değişimi yaratarak, tabakanın ano-dik hale gelmesini sağlar. Bu durumda tabakanın yutılması halinde altından çıkan çelik katodik olarak korun-muş olur. M

2-98

KORUYUCU GEREÇLER

KAYNAKÇA

(1) ÇAKIR, A., Metalik Korozyon İlkeleri ve Kontrolü, TMMOB Makina Mühendisleri Odası, YayınNo. 131, ISBN 975 - 3950136, Ankara, 1990.

(2) DORUK, M., Korozyon ve önlenmesi, ODTÜ - Ankara, 1982.(3) DORUK, M. (Editör), 1. Korozyon Sempozyumu Bildirileri, Korozyon Derneği, Ankara, 1988.(4) DORUK, M. (Editör), 2. Korozyon Sempozyumu Bildirileri, Korozyon Derneği, Ankara, 1988.

(5) TRETHEWAY, K.R. and CHAMBERLAIN, J., Corrosion for Students of Science and Engineering,Longman Scientific & Technical, Longman Group UK Limited, ISBN 0 - 582 - 45089 - 6, Essex - Eng-land, 1989.

(6) MATTSSON, E., Basic Corrosion Technology for Students and Engineers, Ellis Horwood Limited,ISBN 0-7458-0686-4 Sussex-England, 1989.

(7) WRANGLEN, G., An Introduction to Corrosion and Protection of Metals, Butler and Tunner Ltd.,Frome and London, 1972.

(8) BARROW, G.M., Physical Chemistry, Mc Gravv - Hill Kogakusha, Ltd., Tokyo, 1973.(9) CRANE, F.A.A. and CHARLES, J.A., Selection and Use of Engineering Materials, Butterworth &

Co. Ltd., 1984.

İLGİLİ TSE STANDARTLARI

BOYALAR

TS 145 Sülüğen (Pb3O4 - Kurşun Kırmızısı) Mayıs 1964 (Tadil Ocak 1971)

TS 789 Parlak Emaye Boyalar (Oto Boyaları) Kasım 1969TS 2436 Boyalar için Mineral Çözücüler Kasım 1976TS 5347-50 Boyalarda Kullanılan Pigmentler Kasım 1977TS 5401-02 Boyalarda Kullanılan Pigmenüer Aralık 1987TS 5810 Alüminyum Silikat (Pigment) Nisan 1988TS 5812-13 Stronsyum ve Bakır Oksit Pigmentler Nisan 1988

KORUYUCU KAPLAMALAR

BÖLÜM. 10- YÜZEY İŞLEMLERİ bölümünün sonuna bakınız.

2-99

SERAMİKLER

Prof. Dr. Süleyman SARITAŞ

1. GENEL BİLGİLER

Seramikler inorganik, metal olmayan gereçlerdir. Yapılarında metaller ve metal olmayan elemanlar iyonikve/veya kovalent bağlar oluştururlar. Kimyasal bileşimleri basit olabileceği gibi çok karmaşık da olabilir.

Seramiklerin özellikleri de oluşturdukları bağlara göre çok değişiklikler gösterir. Genellikle, seramikler çoksert ve kırılgandırlar, tokluk ve süneklilikleri düşüktür. İletken elektronları olmadığından iyi ısı ve elektrik yalıt-kanlarıdır. Bağları çok kuvvetli olduğundan yüksek ergime sıcaklıklaıı vardır ve çeşitli düşman çevrelere daya-nıklıdırlar. Bu nedenlerden ötürü seramikler vazgeçilmez mühendislik gereçleridirler.

Seramikler genellikle iki gruba ayrılırlar : (1) Alışılmış seramikler ve (2) Yeni ya da teknik seramikler. Alı-şılmış seramikler üç ana bileşenden oluşurlar : kil, silika ve feldspat. Tuğla, kiremit ve fayans gibi inşaat mal-zemeleri ve elektrik izolatörü olarak kullanılan porselenler alışılmış seramiklere örnektirler. Diğer taraftan, yeniseramikler alümina (AI2O3), silikon karbür (SiC) ve silikon nitrür (Sİ3 N4) gibi saf ya da hemen hemen saf bile-şiklerdir.

2. SERAMİK GEREÇLERİN ÜRETİLMESİ

Alışılmış ve teknik seramikler toz metalürjisi teknikleriyle üretilirler. Tozlar belirli bir biçime sıkıştırıldık-tan sonra pişirilerek (sinterlcme) gerekli bağlar oluşturulur.

Camın dışında bütün seramik gereçler tozların sıkıştırılması ile üretilir. Bitmiş seramik parçadan beklenenözelliklere göre kullanılan hammaddeler değişir. Tozlar, bağlayıcılar ve yağlayıcılar kuru ya da yaş olarak ka-nştırılabilir. Tuğla ve kiremit gibi kritik özellik aranmayan seramik ürünlerin hammaddeleri su ile karıştırılır.Teknik seramikler bağlayıcılarla birlikte kuru olarak öğütülürler.

ŞekillendirmeSeramikler kuru. plastik ya da sıvı şartlarda şekillendirilebilirler, işlemler genellikle soğuk olarak yapılmak-

tadır. Ancak, sıcak şekillendirme de bazı durumlarda kullanılmakladır. Presleme, süspansiyon döküm ve eks-trüzyon çok kullanılan şekillendirme yöntemleridir.

PreslemePresleme kuru ya da çok az su ve organik bağlayıcı karıştırılmış olarak yapılabilir. Şekil. 1 de doldurma ve

sıkıştırmanın aşamaları gösterilmektedir. Kuru presleme çok hızlı olduğundan daha çok kullanılmaktadır. Örne-ğin, teknik alüminalar (alüminyum oksit) ve lenitler (manyetik gereçler) milimetıeden daha küçük boyutlardanbirkaç santimetreye kadar boyutlara 5000 parça / dakika hızla ve hassas olarak preslenebilmektedir.

Şekil.I- Seramiklerin presle ine ile şekillendirilmesi

İzostatik PreslemeToz metalürjisi bölümünde açıklandığı gibi seramik tozlan da izostatik olarak şekillendirilebilir. Şekil.2 de

buji izotatörünün seramik tozlarından izostatik presleme ile üretilmesi gösterilmiştir. Seramik toz esnek kalıp

2-100

i l

SERAMİKLERiçine doldurularak dıştan yağ basıncı ile sıkıştırılır. Yağ basıncı tozları her yönde eşit olrak sıkıştırır ve tozlaresnek kalıbın şeklini alırlar. Kalıptan çıkarılan şekil pişirilerek gerekli dayanıma kavuşturulur. İzostatik presle-me ile refrakter tuğlalar, buji izolatörleri, sert metaller ve potalar üretilmektedir

AkışkanBiçimlendirilecekkarışım

Lastik

Şekil.2- İzostatik presleme Şekil.3- Süspansiyon döküm :(a) Bnşlııklıı cisimler, (b) Dolu cisimler

Süspansiyon DökümSu ile koUoidal süspansiyon halinde hazırlanmış seramikler gözenekli kalıplar kullanılarak dökülebilirler.

Bu yöntem, presleme ile elde edilemeyecek karmaşık seramik şekillerin üretilmesinde kullanılır. Sistem basit veaz sayıda parçalar için ekonomiktir. Şekil.3 de gösterildiği gibi alçıdan hazırlanmış kalıplar içine seramik süs-pansiyon doldurulur. Gerekli kalınlık oluştuktan sonra fazla süspansiyon boşaltılır. Kalıpta kalan seramiğin ku-ruması beklenir ve daha sonra parça çıkarılır ve pişirilir.

EkstrüzyonSu ve seramik karışımı plastik çamur haline getirilir. Bu çamurdan ekstriizyonla çeşitli profiller ve özellikle

boru üretimi yapılır. Elektrik izolatörleri ekstrüzyon ile üretilmektedir. Plastik çamurun içindeki hava ve gazlarvakumla alındıktan sonra (Şekil.4) çelik kalıplardan ektrüzyon yapılır. Özel teknik seramikler vida yerine piston-lu pompalarla yüksek basınç altında ekstrüzyonla üretilirler.

Isıl işlemlerSeramiklerin şekillendirilmesinde ısıl işlemler çok önemlidir.

KurutmaKurutmanın amacı pişirmeden önce seramik parçanın içindeki fazla suyu ayırmaktır. Kurutma 100°C in al-

tında ve büyük parçalar için 24 saate kadar uzun sürelerde yapılır. Organik bağlayıcılar ancak 200 - 300°C yeısıtılarak ayırılabilirler.

Pişirme (Sinterleme)Önceden şekil verilmiş seramik parçalar pişirilerek yoğun ve dayanıklı hale gtirilirler. Pişirme ergime sı-

caklığının altında gerçekleşir. Örnek olarak, alüminadan üretilen buji izolatörü 1600°C de pişirilir (ergime sı-caklığı 2O5O°C). Bu sıcaklıkta bekleme süresinde, temas eden seramik taneler arasında katı-katı yayılmasımeydana gelir. Toz merkezleri birbirine yaklaşırken parçada daralma ve gözeneklerde azalma gözlenir. MgO-CaÖ refrakter tuğlasının pişirme sıcaklığı ve zamanına bağlı olarak gözenek miktarındaki değişme Şekil.5 deverilmiştir.

2-101

SERAMİKLER

• 1 mP() IÇ .

(İlli II

|

Pala kanatlıhelezon hücresi

\

in* m "m IM i h i cp . p . p . p . 4 . d : / ıJ UJ Ul İli Ul Ul VWF

/ // / •

Hava arma / •helezonu / H

Dese atmadelikleri

Vakuma

r_j^3A ri

Eletrüzonkalıbı

siEletrüzonhelezonu

Şekil.4- Vakumlu seramik ekstrüzyon tezgahı

CamlattırmaPorselen, fayans ve elektronik seramiklerin bir kısıntında camsı faz vardır. Bu camsı faz seramiğin daha

düşük sıcaklıklarda pişirilmesini mümkün kılar. Pişirme sıcaklığında cam faz ergiyerek seramik tozlar arasın-daki boşluktan doldurur. Kısmen de olsa cam faz ile refrakter seramikler arasında yayılma oluşarak bağlamasağlanmış olur.

i

0.50

0.40

0.3 0

P

0.20

0.10

0

-N

[\\

= 0.54

\l330"

\

\u.30°C

400 800

t -

o

»o

Statikorta

1200

rmn

hava

P z O . 2 0

IG00 2000

Şekil.5- MgO - CaO refrakter tuğlasında pişirme zamanına göre gözenek miktarında değişme

2-102

A

t » (T.m:

SERAMİKLER

3. ALIŞILMIŞ VE TEKNİK SERAMİKLER

Alışılmış SeramiklerAlışılmış seramikler kil, silika ve feldspattan oluşur. Kilin kimyasal bileşimi Çizelge. 1 de gösterilmiştir.

Çizelge.1- Kilin Kimyasal Bileşimi (%)

KU tipi

Kaolin

Bilya kili

AI2O3

37.4

30.9

SiO2

45.5

54.0

Fe2O3

1.68

0.74

TiO2

1.30

1.50

CaO

0.004

0.14

MgO

0.03

0.20

Na2O

0.011

0.45

K2O

0.005

0.720

H2O

13.9

...

Alışılmış seramiklerde kil malzemenin kolay işlenebilıncsini sağlar ve ana yapısını oluşturur. Silika(kuartz da denir) yüksek ergime sıcaklıklı olduğundan seramiğin refrakter bileşenini oluşturur. Potas feldspatıise (K2O . AI2O3 . 6 SiCh) düşük ergime sıcaklıkhdır ve pişirilme sırasında ergiyerek bağlayıcı camsı fazı oluş-turur. Çizelge.2 de alışılmış seramiklerin bileşimleri verilmiştir.

Çizelge.2- Alışılmış Seramiklerin Bileşimleri (%)

Cinsi

Sert porselenElektrik izolatörü

KU

5041

Tuvalet - lavabo seramiği 50

FayansKemik porselen

5625

Porselen mutfak eşyası 41Diş porseleni

SeramikBileşik

Hafniyum karbür, HfC

Toryum oksit Th O2

Titanyum karbür, TiC

Tungsen karbür, WCMagnezyum oksit, Mg O

Bor nitrür, BNZirkonyum oksit, Zr (>

Berilyum oksit Be 0Silisyum karbür, Sİ C

Bor karbür, B4 CAlüminyum oksit, AljCh

Silisyum nitrür, Sİ3N4Silisyum dioksit, Si O2

5

Feldspat

2526

34

3215

2295

Kuartz

2533

18

1222

15...

Çizelge.3- Bazı Basit Yapılı Teknik Seramikler

ErgimeSıcaklığı, °C

4150

33153120

28502798

27602700

25752500

24502050

19001715

Isıl iletkenlik100°C de

(cal/s.cm.°C)

0.006

0.015

0.0430.005

0.0430.048

0.0480.018

Isıl genleşmeKatsayısı10"' / °C

97

9

37

95

36

12

Diğer

—

...

...

—

38 kemik

2 Ca CO3

...

ElastiktikModülülO'MPa

310

140207

80147

310345

273365

külü

SertlikHV

(Moh)

(6.5)

2800

2100

(6)

(6.5)

(9)3000

35002000

1000

Teknik SeramiklerAlışılmış seramiklerin tersine, teknik seramikler oldukça basit yapılıdırlar. Saf halde metal oksit, karbür ya

2-103

SERAMİKLERda nitrürlerden oluşurlar. Çizelge.3 de bazı basit yapılı teknik seramikler ve özellikleri verilmiştir. Teknik sera-miklerde camsı yapı yoktur. Ham maddelerin çok titizlikle hazırlanması gereklidir. Üretilmeleri kuru tozun sıcakpreslenmesi ile olur.

4. SERAMİKLERİN ELEKTRİKSEL ÖZELLİKLERİ

Seramik malzemeler pekçok elektrik ve elektronik uygulamasında kullanılır. Yüksek ve alçak voltaj izolatör-leri, kapasitörler ve piezoelektrik seramikler gibi.

Dielektrik Özelliklerİzolatörler aynı zamanda dielektrikler olarak da bilinirler. Dielektıiklerin üç önemli özellikleri vardır : (1) di-

elektrik katsayı, (2) dielektirk kınlına dayanımı ve (3) kayıp faktörü. Önemli seramik izolatör gereçlerin elektriközellikleri Çizelge.4 de verilmiştir. Seramiklerdeki iyonik ve kovalent bağlar elektron hareketlerine engel oldu-ğundan iyi elektrik izolasyonu yaparlar.

Gereç

Porselen izolatör

Steatit izolatör

Fosterit izolatör

Alümina izalatör

Cam

Ergimiş silika

Çizelgı

Direnç71.111

10"-10 1 3

>10 1 2

>10 1 2

>10 1 2

—

—-

.4- Bazı Seramik izolatörlerin Elektrik Özellikleri

UielektrikduyanınıKV / mm

2-12

6-11

9.8

—-

UielektrikKatsayısı, K

60 Hz de

6

6

10'Hzde

6

6

9

7.2

3.8

Kayıp Faktörü

6» Hz de

0.06

0.008 0.00

10' Hz de

0.007 - 0.025

0.001 - 0.002

0.008 - 0.009

0.009

0.00004

Elektriksel PorselenTipik elektriksel porselen izolatörün bileşimi Çizelge.4 de verilmiştir. Bu bileşim malzemeye çok iyi plas-

tiklik ve geniş bir pişirme sıcaklığı aralığı verir. Elektriksel porselenin tek zayıf tarafı yüksek kayıp faktörüdür.Kayıp faktörünün yüksek olmasına hareketli alkali iyonları neden olur.

SteatitSteatit izolatörlerin kayıp faktörleri ve nem emmeleri azdır, ve iyi darbe enerjileri vardır. Endüstriyel stealit-

ler %90 talk (3 Mg O. 4 Si O 2 . H2O) ve %10 kilden oluşurlar.

FosteritFosteritin kimyasal formülü Mg2 Si O4 dür ve camsı fazda hiç alkali iyonu yoktur. Steatitlerden daha yüksek

dirençli ve az kayıpları vardır.

AlüminaAlümina izolatörlerde Al 2 O3 kristal fazı camsı ana yapı ile bağlanmıştır. Cam fazında alkaliler yoktur ve

kil ve talktan oluşur. %99 saflıktaki alümina elektronik gereçlerde taban olarak kullanılır.

Kapasitör SeramikleriDisk kapasitörler seramiklerden üretilmektedir (Şekil.6). Bu çok küçük disk kapasitörler Ba Ti O3 (baryum ti-

tanat) dan üretilirler. Baryum titaııatın dielektrik katsayısı çok yüksektir (1200 - 1500). Yapılacak eklemelerlekatsayı binlere çıkarılabilir.

Seramik Yarı-iletkenlcrBazı seramiklerin yarı iletken özellikleri vardır. Termistür Mn, Ni, Fe, Co ve Cu oksitlerin sinterlenmesi ile

elde edilir. Termistörün sıcaklığı arttıkça direnci düşer.

2-104

SERAMİKLER

Gümüş elektrodalehimlenmiş kurşun (el (D (2) (3) (4)

Daldırma fenolikkaplama

Seramik diskin üstünde vealtına konmuş gümüş eletttrodlar

(a) ( b)

Şekil.6- Seramik kapasitör : (a) Kesiti, (b) üretim aşamaları. (1) ateşlenmiş disk,(2) gümüş elektrod eklenmiş, (3) uçlar lehimlenmiş, (4) plastik kaplanmış.

Piezoelektrik EtkiBaryum titanat (Ba Ti O3) kurşun zirkonat (Pb Zr O3) ve kurşun titanat (Pb Ti O3) seramiklerinin piezoelekt-

rik özellikleri vardır. Piezoelektrik gereçler sıkıştırıldıklan zaman üzerlerinde gerilim (voltaj) farkı doğar ya dagerilim farkı uygulandığında boyları değişir.

Tank

• Kütle

Seramik diskler

Taban DestekSeramik diskler

-Bağlama civatası

Reaksiyon kesitleri

(a) ( b )

Şekil.7- (a) Piezoelektrik ivme ölçer, (b) Ultrasonik titreşimli banyo

Piezo-elektrik seramiklerin pek çok endüstriyel uygulaması vardır. Şekil.7 de iki uygulama verilmiştir. Me-kanik hareketler elektrik sinyaline çevirilerek kayıt edilir (Şekil.7a) ve böylece çeşitli titreşim ivmeleri ölçülür.Diğer taraftan Şekil .7b de gösterildiği gibi elektrik akımı uygulanarak piezoelektrik mikro titreşimler yaratılabi-lir.

2-105

SERAMİKLER

5. SERAMİKLERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ

Seramikler çok kırılgandırlar. Çekme dayanımları oldukça değişkenlik gösterir : 0.69 MPa dan alümina vis-kirlar (saçaklar) için 7 x 103 MPa a kadar. Ancak, çekme dayanımları 125 MPa üzerinde olan seramik çokazdır. Seramiklerin basma dayanımları çekme dayanımlarının 5-10 katıdır. Atom bağlarının iyonik ve kovalentolması seramiklerin elastiktik modüllerinin ve sertliklerinin metallerden çok yüksek olmasını sağlar (Çizelge.3).

Seramiklerde kırılma ve çatlak oluşması yapıdaki hatalardan kaynaklanır. Presleme ve pişirme sonucundayapıda oluşan gözenekler ve katlanmalar seramiklerin dayanımını düşürür. Yapıda gözeneklerin artması çarprazkırılma dayanımını hızla düşürür. Şekil.8 de alümina içindeki gözeneklerin çapraz kırılma dayanımına etkisigösterilmiştir.

36

32

28

2A

O

« 20

a

cc* 12

8

4

0

1

- $oi,

•?\

-

-0.1

V• >>*

0.2

Hacimsal

• 25°C

O 750°C

1 1 I

0.3 04 0.5

gözeneklilik

0.6

Şekil.8- Saf alüminanın çapraz dayanımına gözeneklerin etkisi

AşındırıcılarSeramiklerin yüksek sertliği onların kesme, taşlama ve parlatma işlerinde aşındırıcı olarak kullanılmalarım

sağlar. Aşındırıcılarda sertlik kadar tokluk ve sıcaklığa dayanıklılık da önemlidir. Aşındırıcılar genellikle orga-nik ya da camsı bir fazla bağlanarak disk halinde kullanılırlar.

Doğal aşındırıcılarElmas : Kim as bilinen en sert maddedir. Moh skalasında sertliği 10 dur. Mücevher olarak kullanmaya uygun

olmayan kirli elmaslar öğütülerek istenen tane büyüklüğüne ayrılırlar. Metal ya da çeşitli bağlayıcılarla bir çelikdiske bağlanarak ya da serbest toz olarak kullanılırlar.

2-106

SERAMİKLER

Korundum : %93 - 97 saflıkta kristal alüminadan oluşur. Sertliği Moh skalasında 9 dur. Ancak, düzenli ato-mik bağları olmadığından sert imalatta kullanımlarından vazgeçilmiştir.

Emöri (Emery): Yaklaşık %60 alümina içeren kirli korundumdur. Sentetik alüminanın geliştirilmesi emöri-nin terk edilmesine yol açmıştır. Sadece parlatma işlerinde kullanılmaktadır.

Zımpara Taşı : %95 e kadar saflıkta silikadan oluşur. İlk kullanılan endüstriyel aşındırıcıdır. Özelliklerintaştan taşa farklılık göstermesi ve kırılma olasılığının yüksek olmasından dolayı kullanımı terkedilmiştir.

Sentetik AşındırıcılarSentetik aşındırıcıların güvenilir kristal yapıları ve kimyasal bileşimleri sertliklerini ve kesme kalitelerini

güvenilir yapmıştır. En çok kullanılan sentetik aşındırıcılar alümina ve silisyum karbürdür.Alümina : Korundum ile hemen ayni yapıya sahiptir. Ancak, yapısı, büyüklüğü ve tane şekli kullanım yerine

göre kontrollü olarak üretilir. Kristal alümina kırılınca keskin köşeler yaratır. Çelik ve sünek dökme demir gibiyüksek çekme dayanımlı malzemelerin taşlanması için en iyi aşındırıcıdır.

Silisyum Karbür : Sertliği korundum ile elmas arasındadır. Silika kumunun kok içerisinde 2400°C ye ısıtıl-ması ile üretilir. Silikon karbür taneleri çok kırılgandır. Düşük çekme dyanımh ve gevrek malzemelerin taşlan-masında kullanılır.

Bor Karbür : Yeni üretilmiş bir sentetik aşındırıcıdır. Silisyum karbürden daha serttir. Daha çok aşındırıcıtoz olarak kullanılmaktadır.

Taşlama DiskleriBugün kullanılan taşlama disklerinin tamamı ya alüminadan ya da silisyum karbürden üretilirler. Sentetik

olarak üretilen aşındırıcılar istenilen incelikte öğütülürler, içlerindeki demir oksit magnetik ayırıcılar yardımıile ayınlır. Tozlar yıkanarak temizlenir. Daha sonra titreşimle çalışan elekler kullanılarak istenilen tane büyük-lüğüne ayırılırlar. Bağlayıcılar katılarak disk şekli verilir ve pişirilerek gerekli bağlayıcı dayanımı elde edilir.

Cam Bağlayıcı : Kullanılan taşlama disklerinin çoğunda bağlayıcı camdır. Aşındırıcılarda kil ve feldspatçeşitli oranlarda katılarak 1400°C de pişirilir. Gözenek miktarı boldur ve yağ ve asitlere dayanıklıdır.

Silikat Bağlayıcı : Bağlayıcı kil ve sodyum silikattan oluşur. Pişirme oldukça düşük sıcaklıklarda olur. Bağdayanımı düşük olduğundan disk kolay aşınır. Sıcaklığın yükselmemesine dikkat edilmelidir.

Organik Bağlayıcılar : Organik bağlayıcılar yüksek hızlı disklerde (2750 - 5000 d / dak.) kullanılır. Esnekolduklarından ince et kalınlığında diskler halinde üretilirler. Üç farklı organik bağlayıcı vardır : Şelak, lastik veçeşitli sentetik reçineler.

STANDART İŞARETLEME SİSTEMİ ÇİZELGESİ

na 1 2 3 4 5 6Önek Asıntdınu Tane Sınıfı Yapısı Bağlayıcı Yapımcı

Türü Eoyutu Türü5 1 _ A _ 3 6 _ L ^ 5 _ V _ 2 3

Yapımcının simgesiAşındırıcının gerçekc insini gösterir(Gerekirse kullanılır

Alüminyum Oksit _ _A_

Sili syum karbür _ C

YumuşakA B C D E F G H I J K

Di ski özdesleştiı nek

için yapımcının özelmarkalaması(Gerekirse kullanılır)

V_ CamlaşmışS-Sil itcatR_ KauçukB_ ResinsidE_ Şellak

(Gerekirse kullanılır ) O_0ksiklorür

N 0 P Q S T U V W X Y

Sınıflama öleegi

Şckil.9- Tuşlama disklerinin gösterilmesi

2-107

SERAMİKLERTaşlama Disklerinin Gösterilişi

Çeşitli şekillerde üretilen taşlama disklerinin üzerine aşındırıcı cinsi ve tane büyüklüğü, bağlayıcı cinsi, da-yanımı ve yapıda var olan gözenek miktarını gös' . e n bilgiler kodlanır. Şekil.9 da bir örnekle gerekli açıklama-lar yapılmıştır.

Elmas DisklerElmas diskler sert metal takımları, tuğla, fayans, porselen, cam, beton, taş ve mücevherleri kesmek ve taşla-

mak için kullanılırlar. Elmas aşındırıcıların tane büyüklükleri 24 ile 800 meş arasında değişir. Bağlayıcı daya-nımı L ile P arasındadır. Diskte bulunan elmas miktarına yoğunluk denir ve yüzde olarak belirtilir. Genellikle%50 yoğunluk kullanılır. Bağlayıcı olarak metal, cam ya da reçineler kullanılır. Elmas diskler kullanılırkendaima soğutucu kullanılmalıdır.

Aşındırıcı Kaplanmış Kumaşlar, Kağıtlar ve BantlarBu grubun hepsinde aşındırıcı tozlar bir esnek taşıyıcının yüzeyine bir yapışkanla bağlanmışlardır. En çok

"zımpara kağıdı" bilinir. Şerit halindeki esnek taşıyıcıya aşındırıcı tozlar elekktrokaplama yöntemi ile Şekil. 10da gösterildiği gibi kaplanırlar. Böylece, aşındırıcılar şeride düzgün olarak kaplanmış olur. Aşındırıcı tane bü-yüklüğü 16 ile 1200 meş arasında değişir.

Aşındırıcı kaplanmış kumaşlar ve kağıtlar, taşlama diskleri gibi hassas işlerde kullanılırlar. Daha çok hafifve orta ağırlıktaki metal ve metal olmayan parçaların seri zımparalanmasında kullanılırlar. Geniş yüzeylerinzımparalanması, mobilya ve araba gövdelerinin düzeltilmesi diğer uygulama alanlarıdır.

Şekil.10- Aşındırıcı tanelerinin yapışkanlı şeride elektrastatik yöntemle kaplanması

Tambur AşındırıcılarıTambur, küçük ve orta büyüklükteki parçaların çabuk ve ekonomik olarak temizlenmelerini ve yüzeylerinin

parlatılmasını sağlar. Döküm parçaların yüzündeki kumlar, işlenmiş parçaların yüzeylerindeki çapaklar ve kap-lanacak parçalar üzerindeki oksit tabakası kolaylıkla temizlenebilir.

Tamburlarda ortam olarak seramik aşındırıcılardan odun talaşına kadar pek çok madde kullanılabilir. Ençok kullanılan ortamlar : (1) Çeşitli şekiller verilmiş alümina aşındırıcılar, (2) kırılmışve elenmiş taşlar ve (3)serbest aşındırıcı tozlar.

Püskürtme (Kumlama)Aşındırıcıların mekanik olarak ya da basınçlı akışkanlarla bir yüzeye püskürtülmesi giderek daha çok uygu-

lama alanı bulmaktadır. Tambur ile temizlenemeyen büyük yüzeyler püskürtme ile temizlenirler. Aşındırıcı ola-rak kum, dökme demir ya da çelik granül ya da cam bilya kullanılmaktadır.

2-108

ıI un

SERAMİKLER

6. SERAMİKLERİN ISIL ÖZELLİKLERİ (REFRAKTERLER)

Genel olarak, iyonik-kovalent bağlarından dolayı, seramik gereçlerin düşük ısıl iletkenlikleri vardır ve iyiısıl yalıtkandırlar. Şekil. 11 de çeşitli seramiklerin sıcaklığa bağlı ısıl iletkenlikleri karşılaştırılmıştır. Isıya da-yanıklılıklarından dolayı, seramik gereçler "refrakter" gereçler olarak da bilinirler. Refrakterler metal, kimya, se-ramik ve cam sanayilerinde ısıya dayanıklı gereç olarak kullanılırlar.

Şekil.ll-Seramiklerin sıcaklığa bağlı ısıl iletkenlikleri

Alümina ve magnezyum oksit gibi pek vok saf seramik bileşik endüstriyel refrakter olarak kullanılabilir.Ancak, bunlar pahalı ve şekillendirilmeleri zordur. Bu nedenlerden ötürü , bir çok endüstriyel refrakter seramik-lerin karışımından oluşur. Çizelge.5 de bazı refrakter tuğla bileşimleri ve Çizelge.6 da özellikleri verilmiştir.

Endüstriyel refrakter tuğlalar MgO, CaO ve Cn O3 den oluşurlar.

Çizelge.5- Bazı Refrakter Tuğlaların Bileşimleri (%)

Asidik TuğlalarSilika tuğlaSüper hizmet ateş tuğlasıYüksek hizmet ateş tuğlasıYüksek alümina

Bazik TuğlalarMagnezitMagnezit-KromDolomit

Özel TuğlalarZirkonSilikon karbür

SİO2

95-995351-54

0-50

0.5-52 -7

326

A12O3

4237-4145-99

6-13

2

MgO

91 -9850-8238 - 50

Diğer

0.6-418-2438-58

6691

CaOCr 2 O 3

CaO

ZrO 2

SiC

2-109

SERAMİKLER

Asidik Refrakter Tuğlalar , ASilikadan korunduma kadar olan bu tuğlaların özellikleri Şekil. 12 de verilen SiO2 - AI2O3 faz diagramındaki ij »' j

reaksiyonlarla açıklanabilir. En iyi özelliklerin sağlanması için çok çeşitli ham maddeler karıştırılmalıdır. Kul- l^fğlanılan an a hamıruıddeler : Refrakter killer, kaolen, şiferton, silisli malzemeler, silimalit, andaksit, diaspor, bok-sit, vb.

Vt

SiO2

I—50

— I —40

— I —6030

Şekil. 12- SiO2 - AI2O3 faz diyagramı

Ateş Tuğlaları : Ateş tuğlaları refrakter killerden üretilir. En çok kullanılan refrakter tuğlalardır. Içlerindkialumina miktarına göre sınıflandırılırlar. Alümina miktarı %32 den az olursa kalite düşer.

Ateş tuğlaları plastik çamurdan ya da kuru-pres sistemi ile şekillendirilirler. Plastik çamurdan üretildiklerizaman kurutulmasına özen gösterilmelidir. Kurutulmuş tuğlalar tünel fırınlarda aşama-aşama 900°C den1400°C yekadar pişirilirler.

Ateş tuğlaları kazanlarda, dökme demir, çelik ve demir olmayan metal fırınlarında, kalsinasyon fırınlarındakullanılır. Pek çok cürufa dayanıklıdır, en çok yüksek kireçli ve kömür küllü cüruflara dayanamazlar.

Yüksek - Alumina Tuğlalar: Bu tuğlalar diaspor ve boksit gibi aluminaca zengin olan ham maddelerden üreti-lir. İçindeki alumina miktama göre %50, 60, 70, 80 ve 90 lı gruplara ayınlırlar. Doğru biçimde yakıldıklarızaman içlerinde bol miktarda mullit ve az miktarda camsı faz bulunur. Bu tuğlaların çoğunda korundum da bulu-

Yüksek - aluminalı tuğlalar oldukça ağır sıcaklık ve yük şartlarında kullanılırlar : Kireç ocakları, döner çi-mendto fırınları, yüksek fırın sobaları, tünel fırın arabaları ve bazı metalurjik fırınlardan cürufa dayanıklı olarakkullanılırlar.

Silika Tuğlalar : %97 - 98 silika bulunduran kayaların öğütülmesi ile üretilirler. %2 kireç bağlayıcı olarakkullanılır. Pişirilmelri periyodik olarak 1500°C - 155O°C sıcaklıkları arasında bir kaç gün sürer. Yüksek sıcak-lıklarda yüksek dayanım gerektiren uygulamalar için çok uygundurlar. Ateş tuğlalarından sonra en ucuz tuğlalar-dır.

Silika tuğlalar kok fırınlarında, çelik fırınlarında ve cam fırınlarında kullanılırlar. Sıcaklık farklılıklarındankolayca çatlamalarına rağmen, sıcaklık kırınızı rengin altına inmediği sürece çok dayanııklıdırlar. Silika tuğlahfırınların çok yavaş ısıtılmaları gereklidir.

Bazik Refrakter TuğlalarBazik refrakter tuğlalardan, kalsiyum ve magnezyum oksitlerden oluşan seramik ürünler anlaşılır. Çok kulla-

nılan bazik tuğlalar : dolomit, magnezit ve fosterittir.

Magnezit Tuğlalar: Magnezyum karbonat (magnezit) kayaların kalsinasyon ile parçalanmaları yoluyla üreti-

2-110

fa

SERAMİKLER

lirler. İçinde %3-5 demir oksit olan kayalar pişirme daha düşük sıcaklıklarda olacağından tercih edilir. Pişiril-meleri periyodik olarak 900°C ile 1600°C arasında yapılır. Böylece elde edilen yapıya "tamamen yanmış mag-nezit" denir. Magnezit tuğlaların üretiminde deniz suyundan elde edilen ham maddeler de kullanılır, ancak buşimdilik pahalı bir yoldur..

Magnezit tuğlalar yüksek kireçli cüruflara dayanıklılık isteyen çelik fırınlarında, kurşun ve bakır rafınasyontesislerinde ve çimento fırınlarında kullanılırlar.

Dolomit Tuğlalar: Magnezyum ve kalsiyum karbonatlardan oluşan kaya yakılarak MgO + CaO haline getiri-lir. Genellikle gramül halinde fırın tabanlarında kullanılır.

Kromlu Tuğlalar: Magnezit tuğlalar gibi hazırlamışlar. Ticari cevherlerde kromitle birlikte magnezit ve alu-mina da bulunmaktadır.

Kromlu tuğlalar her tür urunfa çok dayanıklıdır. Asitik ve bazik refrakter tuğlalar arasında ayarıma tabakasıolarak kullanılırlar. Demir dışı metallerin rafinasyonunda, çelik fırın duvarlarında ve dövme fırın tabakalarındakullanılır.

Yalıtım (izolasyon) Ateş Tuğlalarıİzolasyon tuğlaları ateş tuğlalarının özel sınıflarıdır. Refrakter killer ve kaolinden yüksek gözeneklilikle üre-

tilirler. Ayrıca hafif ve ısıl iletkenlikleri düşüktür. Gözenekli olduklarından tuttukları ısı azdır. Üretim teknikleridiğer tuğlalardan farklıdır. Kil ve kaoline organik maddeler katılır ve bunların ateşleme sırasında gaz oluştur-ması sağlanır. Gazlar yapıda gözenek oluşmasını sağlar. Kullanıldıkları sıcaklığa göre sınıflandırılırlar : 900,

. 1100, 1250, 1500 ve 1150°C üzeri gibi.

İzolasyon tuğlaları genellikle ısıl işlem fırınlarında kullanıllırlar. Tuttukları ısı düşük olduğundan çabukısınırlar ve enerji tasarrufu sağlarlar. Kimya sanayii, kalorifer kazanları ve laboratuvar tesislerinde de kullanılır-lar. Hiçbir sıvı cürufa dayanamadıldarı unutulmamaınlıdır.

7. ÖZEL REFRAKTERLER

Özel rafrakterler çoğunlukla sın yıllarda üretilen teknik seramiklerden üretilirler. Çizelge.3 de bazı basit ya-pılı teknik seramiklerin özellikleri ve Şekil.13 de ergime sıcaklıkları karşılaştırılmıştır.

.4000-

3000-

2000 -

1000 -

HfC-Sl

TİC^17"

wc —

-

ırle

£3

TQ4 ZrC5

TQC

ZrCTQ2C

SİC

C Q 2 C

BNTİN

AINVN

HİN— TaN

- = - ZrN— UN

Nü

MgOBeO

A1 2 O 3

—

L.İL

O

-ThO 2

UO2"ZrO2 TC19Sİ2

Z r 2 S İ

MoSİ 2

—

Her

ısı

in

-

CeSTİS —L B 2 _ _ ^

rlcr

Ifü

Şekil. 13- Çeşitli üzel refrukterlerin ergime sıcaklıkları

Alumina (AI2O3) : Basit ve diaspordan saf olarak elde edilen alumina tozları özel refrakter olarak şekillendiri-lebilirler. Ateşleme 1700°C de yapılır. Diğer teknik seramiklere göre düşük ergime sıcaklığı vardır, ancak1900°C ye kadar dayanabilir. Bazı uygulamalarda gaz geçilmez hali ile kullanılabilir. Gözenekli haliyle ısı şoku-na daha çok dayanıklıdır. Cürufa direnci azdır. En çok tüp ve pota olarak kullanılır.

Berilya (BeO) : Çok saf olarak kullanılır. 2575UC de ergir, ancak 1650°C üzerinde su buharı ile birleşerekuçucu hidroksit üretir. Isı iletkenliği yüksek olduğundan ısı şokuna direnci iyidir. Metaller ve karbon ile hiç re-aksiyona girmez. Bu nedenle çoğunlukla saf metallerin ergitilmesi işinde pota olarak kullanılır.

Magnezya (MgO): Saf metallerin ergitilmesi işinde pota olarak kullanılır ancak üretimi çok zordur.Torya (ThOz) :En yüksek ergime sıcaklıklı oksittir : 33OO°C. Doğada bol olarak bulunmasına rağmen bazı

nadir toprak elementleri ile birlikle olması, temizlenmesini çok pahalı hale getirir. Genellikle saf metallerin ergi-tilmesi işinde pota olarak kullanılır.

2-111

SERAMİKLER

Zirkonya (7.rÛ2): 2200°C ye kadar pek çok oksitleyici ve indirgeyici gazlara ve metallere dayanıklıdır. %5CaO ile dengelenmiş olarak üretilir. Isı iletkenlik katsayısı çok düşük olduğundan çok iyi yüksek sıcaklık izola-törüdür. Kontinü döküm tesislerinde sıvı metal kalıbı olarak kullanılır.

Zirkon (ZrSiO4): 2420°C de ergiyen asidik rcfraktordir. Asitik camlara dayanıklılığından dolayı cam sanayi-inde ve döküm kumu olarak kullanılır.

Silikon Karbür (SiC) ya da Karborundum : Silis kumu, kok ve tuzun yüksek sıcaklıkta işlenmesiyle elde edi-lir. Kil bağlayıcı olarak kullanarak tuğla haline getirilir. 2000°C ye kadar dayanabilmesine rağmen oksijenle bir-leşerek SİO2 haline döner. Çatlağa karşı direnci çok yüksektir. Çok sert olduğundan kütle ısıtma fırınlarındakızak olarak kullanılır. Boru ya da çubuk halinde elektrik direnci olarak kullanılır.

Refrakter Harç, Kaplama, Plastik, Dökülebilir ve Sıkıştırılabiiir KarışımlarBütün tuğlalar bir cins harç ile birbirine bağlanır. Ilaıç öğütülmüş refrakter kil ya da masseden oluşur. Harç-

lar üç gruba ayrılırlar : Bilinci grup havada sertleşen harçlardır ve içlerinde kimyasal ya da organik bağlayıcıvardır. Bu harçların yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılmamdan gereklidir. İkinci grup 1000°C üzerindepişirilince sertleşen harçlardır. Üçüncü grupta özel harçlar vardır. Bunlar silika, magnezit, silisyum karbür vekrom oksitten oluşurlar. Bu özel harçların herbiri kendi tuğlası ile kullanılır.

Refrakter kaplamalar tuğlaların yüzlerini gaz ve cüruftan korumak için kullanılır. Bu kaplamalar masse ya darefrakter kilden oluşur ve harçtan daha ilidirler. Krom oksit esaslı kaplamalar cüruftan çok dayanıklıdır. Kapla-malar tuğlalara fırça ile sürülebilir ancak tabanca ile püskürtülmesi çok daha iyi sonuç verir.

Plastikler ya da sıkıştırılabiiir karışımlar refrakter kil ve kaba masse karışımdır. Çatlama ve erozyonlahasar gören fırın duvarların onarmakta kullanılırlar.

Dökülebilir karışımlar yüksek alüininalı çimento bulunduran refrakter betonlardır. Ağaç kalıplarla karmaşıkfırın duvarlarının oluşturulmasında çok kullanılırlar. Hafif ağırlıklı dökülebilir karışımlar fırın kapaklarınınörülmesinde kullanılır.

8. SERAMİKLERİN OPTİK ÖZELLİKLERİ (CAMLAR)

Saydamlık, renk, kurma ve yansıtma önemli optik özellikleridir. Seramiklerde metaller gibi serbest elektron-lar bulunmadığından ışığı ememezler; geçilir, kırar ya da yansıtırlar.

Camlar yüksek sıcaklıklarda üretilen seramiklerdir. Diğer seramik yapılardan farkı ergiyinceye kadar ısıtılır-lar ve kiristalleşmeden katılaşırlar. Böylece cam, kristalleşmeden katılaşan ergimenin organik olmayan ürünüolarak tanımlanabilir. Camlarda moleküller düzenli olarak dizilmek yerine restgele dizilirler.

Camlarda diğer mühendislik gereçlerinde olmayan özellikler vardır. Sertlik, saydamlık, yeterli dayanım veüstün korozyon direnci, camı pek çok uygulama için vazgeçilmez gereç yapar. Cam daima çekme yükünde kırı-lır. Hidroflorik asit hariç her türlü asit. baz ve suya karşı çok dayanıklıdır.

i

Şekil.14- Camsı ve kristal yapılı gereçlerin katılaşması

2-112

SERAMİKLER

Şekil. 14 de gösterildiği gibi camların katılaşması kristal yapılı katılardan farklıdır. Metaller sabit sıcaklıktakatılaşırlar ve hacim azalması meydana gelir. Oysa cam, sabit sıcaklıkta katılaşmaz ve AD çizgisini izleyerekgittikçe daha viskoz hale gelir. Bu yumuşak lastiksi yapı daha soğuyunca gevrek camsı yapıyı oluşturur. Yumu-şak halden kırılgan hale geçime sıcaklığına Cam Geçiş Sıcaklığı denir. Şekilde Tg cam geçiş sıcaklığını veTm ergime sıcaklığını göstermektedir.

Camların BileşimleriÇizelge.6 da önemli camların bileşenleri ve özellikleri verilmiştir. Camın ana yapısı silisyum dioksittir (sili-

ka : SİO2). Silikanın yüksek geçirme dağılımı (yelpazesi) spektrumu vardır ve radyasyondan etkilenmez. Bu ne-denle uzay araçlarının pencerelerinde, rüzgar tüneli pencerelerinde ve spektrometıelerde kullanılır. Ancak, silikacamı pahalı ve işlenmesi zordur.

Soda - Kireç CamıÜretilen toplam camların %90 ından fazlası soda-kiıeç camıdır. NaıO ve CaO camın yumuşama sıcaklığını

1600°C den 730°C ye düşülür. Böylece şekillendirme çok kolaylaşır. Eklenen alümina camın dayanıklılığını ar-tırır. Bu cam pencere, çeşitli kaplar, preslenmiş ve şişirilmiş ürünler için kullanılır.

Çizeljje.6- Bazı Camların Bileşimleri (%)

Cam SiO2 Na2O K 2O CaO BaO PbO B 2 O 3 A12O3 Açıklama

1. Silika

2. %96 Silika

3. Smla-kireç camı

4. Kurşun camı

5. Yük- kurşun caııu

6. Bor canı

7. Bor canı

8. Alünıina-bor camı

9. E - caııu

10. Alümina caııu

99.5+

96.3

71-73

63

35

80.5

70.0

74.7

54.5

57

<0.2

12-14

7.6

—-

3.8

.. . .

6.4

0.5

1.0

<0.2

....

6

7.2

0.4

0.5

0.5

....

—

....

10-12

0.3

....

....

0.9

22

5.5

....

1-4

0.2

....

....

—>

. . . .

12

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

. . . .

2.2

. . . .

— -

. . . .

21

58

. . . .

1.2

. . . .

2.9

0.2

. . . .

12.9

25.0

9.6

8.5

5

0.4

0.5-1.5

0.6

. . . .

2.2

1.1

5.6

14.5

20.5

üretinu zor

kolay üretilir

. . . .

. . . .

kristal canı

I.abrv. örn.

Elyaf üretimi

Yük. sıcak.

Bor Camı (Pyrex)Camdaki alkali oksitlerin bor oksit ile değiştirilmesi camın genleşme katsayısını düşürür. Bor camı labora-

tuvarlar için cam eşya, borular, fırın camlan ve araba farı camları üretiminde kullanılır.

Kurşun CamıYüksek miktarda kurşun oksit camın ergime sıcaklığını düşürür ve havya ile sızdırmazlık sağlanması ko-

laylaşır. Yüksek kurşunlu camlar radyasyondan korur, bu nedenle flüoresan lamba ve televizyon tüpü üretimin-de kullanılır. Yüksek ışığı kırma özelliğnden dolayı mercek ve dekoratif kristal üretiminde kullanılır.

Camların ŞekillendirilmesiCam akıcı kıvama ısıtıldıktan sonra dökülebilir, haddelenebilir, preslenebilir, çekilebilir ya da şişirilebilir.

Düz Cam ÜretimiDüz camların %85 den fazlası Şekil.15 de gösterilen yüzdürme (float) tekniği ile üretilir. Fırını belirli bir ka-

lınlıkta terk eden sıvı cam, ergimiş kalay üzerinden yüzerek geçerken katılaşır. Oksitlenmeyi engellemek içinkolay banyosunun üstü kontrollü bir atmosferle kaplıdır. P.lde edilen katı camın her iki yüzü de ayna gibi düzdür.Plaka daha sonra tavlama fırınına girer ve içindeki kalıcı gerilmeler alınır. Tavlama lamındaki taşıma silindir-lerinin yüzey kalitesinin çok iyi olması gereklidir.

Döküm, Presleme ve ŞişirmeCam önceden hazırlanmış kalıplara dökülebilir. Dökümle 6 metre çaplı teleskop aynası üretilmiştir. TV tüp-

lerinin arka hunisi savurma dökümle üretilmektedir. Şişe, kavanoz ve lamba ampulleri cam hortumunun bir kalapiçinde şişirilmesi ile üretilir (Şekil. 16).

2-113

SERAMİKLER

Cam tankı yada fin Yüzdürme hOfysu Tavlar

Şekil.15- Yüzdürme (flout) yöntemiyledüz cam üretimi.

Şekil.16- Presleme ve şişirme ilecam kavanoz üretimi

Tenıper CamCam beton gibi çekme yüküne dayanamayan bir gereçtir. Bu sebeble yüzey çatlaklarını oluşmasının engel-

lenmesi gereklidir. Temperleme yüzeyde kalıcı basma gerilmeleri oluşturarak çatlak oluşmasını engeller.Şekil. 17 de gösterildiği gibi cam tekrar tavlama sıcaklığına ısıtılır. Yumuşayan camın yüzeyi basınçlı hava ilesoğutularak sertleştirilir. Yüzey sertleşirken iç kısım hala yumuşak olduğundan iki kısım arasında daralma fark-lılığı oluşur. Böylece Şekil. 17d de gösterilen kalıcı gerilmeler cam içinde oluşturulmuş olur. Olay öngerilmelibeton uygulamasının aynıdır. Cam devamlı olarak basma yükü altında kalmış olur.

( o ) ( b) (c)

Basma Çekme

( d )

Şekil. 17- Camın tcnıpcrlunnıcsi: (a) Sıcak cam, (b) soğuyan yüzeyde daralma,(c) soğuyan merkezde daralma ve (d) kalıcı gerilme dağılımı

2-114

SERAMİKLER

KAYNAKÇA

(1) KINGEREY W.D. ve UIILMANN D.R., Introduction to Ceramics, 2. baskı, John Wiley and Sons,1976.

(2) REED, J.S. ve RUNK, R.B., Ccramic Fabricatioıı Processes, Cilt.9, Treatise in Materials Science andTechnology, Academic Press, 1976.

(3) Mc LELLAN G.W. ve SHAND, E.B., Glass Engineeriııg Handbook, 3. baskı, Mc Gravv-Ilill, 1984(4) RICHARDSON, D.W., Modern Ceramic Engineering. Marcel Dekker, 1986.(5) American Foundrymen's Society, Rcfractories Muınıal, 1963.

İLGİLİ TSE STANDARTLARI

TS

TS

TS

TS

TS

TS

TS

TS

TS

TS

TS

2652-62

5599

1610

2300-2303

2232-35

2557

2034-2309

3087

4222

4230-31

4277; 4378; 4481-83

Camsı ve Porselen Emayeler (Deneyler ve çeşitli or-tamlara dayanıklılık tayini) Nisan 1977

Cam Şişeler ve Kuplar-Kimyevi Maddelere Dayanık-lılık Deney Metodları Mart 1974

Refrakter Mamuller-Yük Altında Rcfrakterlik tayini Nisan 1974

Biçimlendirilmiş Refrakter Yalıtım Mamulleri (Sı-nıflandırma ve çeşitli deney yöntemleri Nisan 1976

Refrakter Tuğlalar (Boyutlar ve sınıflandırma) 176-1977

Seramik Endüstrilerinde Kullanılan Terimler Şubat 1987

Sinterlenmiş Malzeme (Çeşitli karakteristik / erinimbelirlenmesi) Nisan 1976Toz Metalürji - Terimler ve Tanımları Nisan 1978

Sinterlenmiş Metal Malzemeler - Enine Kırılma Da-yanımlarının Tayini Nisan 1984

Sinterlenmiş Geçirgen Metal Malzemelerde GözenekBüyüklüğünün Tayini Nisan 1984

Metalik Tozların Görünür Yoğunluğunun Tayini (Çe-şitli yöntemlerle) Nisan 1985

2-115