Çeliklerin Özelliklerine Etki Eden Faktörler 2

Darbe Direncine Etki Eden Faktörler

Çentik Etkisi

Çentikli bir parçadan bahsediyorsak, gördüğü baskıya karşı çentiğin tabanında dik bir gerilme meydana gelir. Kırılma bu gerilme ile başlar.

Kalın malzemelerde çok eksenli gerilme görülür. Tek eksenli gerilmeye göre daha yüksek akma ve çekme mukavemeti elde edilmesine rağmen süneklik düşmektedir.

Genel olarak çentiğin gevreklik etkisi yarattığını söylemek doğru olacaktır.

Sıcaklık

Sıcaklığın etkisini anlamak için farklı sıcaklıklarda yapılan deneylere bakmak etkili sonuçlar verecektir. Darbe direncinin sıcaklıkla ilişkisi doğru orantılı olarak değişir diyebiliriz. Sıcaklık düştükçe absorbe edilen enerji dolayısıyla darbe direnci de düşecektir. Yani malzeme gevrek bir davranış gösterecektir.

T1 sıcaklığı altında malzeme gevrek kırılma davranışı gösterir. Klivaj kırılma denilen kırılma şekli ile gelen darbe aniden, beklenmedik bir şekilde kırılır. T2 sıcaklığı üstünde ise sünek davranış gösterir. Gelen darbe önce plastik şekil değiştirmeye zorlar daha sonra da kırılma meydana gelir. Fakat önceden tespiti mümkündür.

Darbe direncinin birden bire düştüğü sıcaklığa geçiş sıcaklığı denir. Malzemeden malzemeye değişen bu sıcaklık birçok etmene de bağlıdır. Kimyasal bileşim, tane boyutu, mikroyapı gibi..

Haddeleme Yönünün Etkisi

Haddeleme yönüne dik uygulanan çentik darbe deneyi sıcaklık arttıkça darbe direnci daha azdır. Haddeleme yönüne paralel uygulananların darbe direnci yüksektir.

Tane Büyüklüğü

Bir önceki yazımda da bahsettiğim gibi ince taneli yapılar kalın tanelilere oranla daha yüksek tokluğu sahiptirler. Tane kabalaşmasının önüne geçmenin birçok faktör vardır. Isıl işlem parametrelerinin ayarlanması, kabalaşmayı önleyici elementlerin yapıya ilavesi gibi..

Üretim Yöntemi ve Isıl İşlem

Bazı durumlarda mukavemeti yüksek istediğimizde hızlı soğutma işlemi sonucu mikroyapının martenzit elde edildiğini söylemiştik. Böyle bir durumda tokluğun düşük olduğunu ve bir nebze arttırmak için temperleme ısıl işlemi yapıldığını, böylece artık östenitten arındırılmış (%100 olmasa da) ve tokluğu arttırılmış bir malzeme elde edildiğini söyleyebiliriz.

Soğuk Deformasyon

Dislokasyonların hareketine engel olarak ve birçok yeni dislokasyon üreterek mukavemeti arttırma yöntemlerinden biri olan soğuk deformasyonun diğer tüm mukavemeti arttırıcı mekanizmalar gibi tokluğu düşürücü etkisi vardır. (Tane boyuntunun ince eldesi hariç) 

Çeliklerin Özelliklerine Etki Eden Faktörler 1

Çeliklerin Özelliklerine Etki Eden Faktörler

Bu yazımda çeliklerin mekanik özelliklerine etki eden faktörleri tek tek ele almaya çalıştım. Öncelikle sertleşmeye etki eden faktörlerden bahsedelim.

Sertleşmeye Etki Eden Faktörler

Tane Boyutu

Bilindiği üzere tane boyutunun küçük olması akma mukavemeti arttırıcı etki sağlar. Bunu Hall-Petch denklemi üzerinden okumak mümkündür.

Dönüşüm sıcaklığı tane boyutu üzerinde etkili bir başka etmendir ki bu sıcaklığın görece düşük olması tane boyutunun küçük elde edilmesi ile sonuçlanacaktır. Tabii bu sıcalığı düşürmenin belli bir sınırı vardır. Belli bir sıcaklığın altına düşmesi de yapının iğnesel beynit denilen ve tokluk özelliğini düşürücü etkisi olan, istenmeyen bir yapıya dönüşümüne neden olacaktır.

Bunun yanı sıra tanenin görece küçük eldesi mukavemet yanında tokluğu da arttırır. Öyle ki sertleşme mekanizmaları içerisinde bunu sağlayabilen tek mekanizmadır. Bunu da darbe geçiş sıcaklığını düşürmesi ile sağlar.

Ayrıca çökeltilerin de boyutunun küçük olması istenir ki mukavemet daha yüksek olsun.

Katı Ergiyik Sertleşmesi

Bu mekanizma iki türlüdür. Birincisi Yer alan ikincisi ise arayer katı ergiyik sertleşmesi şeklindedir.

Yer alan (Mn, Cr, Ni)

Demir kafesi içerisine doğrudan giriş yapan ve mukavemet artışı sağlayan mekanizmadır. Bunun için demirle aynı atom boyutunda başka bir element atomu eklenmesi gereklidir. Cr gibi…

Fakat darbe geçiş sıcaklığını yükseltirler ve tokluğa olumsuz etkileri vardır.

Arayer (C, N, B)

Bunlar da kafesin içerisine doğrudan değil de arayer denilen ve daha sonra dislokasyon-empürite etkileşimi yaratacak ve çok yüksek mukavemet artışı sağlayacak diğer yerlerde çözünürler. Yer alan atomlarına göre daha az etkide tokluğu düşürürler diyebiliriz. Fakat yine de olumsuz etkileri vardır.

Dislokasyon Sertleşmesi (Soğuk Deformasyon)

Dislokasyon hareketlerinin engellenmesi ile elde edilen sertleştirme mekanizmasıdır. Böylece mukavemet artar fakat tokluk düşer. Arayer atomlarının dislokasyonlarla olan etkileşimi de tokluğu düşürücü etkide bulunur. Etkisini kaybetmesi rekristalizasyon denilen bir ısıl işlem ile mümkündür.

Çökelme Sertleşmesi

Kafes içerisinde çözünemeyen Cr, V, W, Mo gibi elementlerin karbür olarak ikincil bir bileşen halinde yapıda çökelmesi sonucu elde edilen sertleştirme mekanizmasıdır. Özellikle takım çeliklerinde, 3 aşamalı bir proses izlenerek uygulanır ve ikincil sertlik denilen olguyu oluşturur.

Burda da oluşan çökeltilerin boyutları ince istenir. Bunun için temperleme sıcaklığına ve süresine dikkat edilmelidir.

Bunlar dışında hızlı soğutma teknikleri ile yapının ferrit yerine perlit, beynit, martenzit gibi mukavemeti daha yüksek elde edebileceğimiz yapılara dönüştürmek de mümkündür. Burada dikkat edilecek hususlar soğutma hızının ayarlanması, daha sonradan tokluğu arttırmak için yapılan ısıl işlem koşulları, artık östenitin min. eldesi gibi faktörlerdir. Bu arada şunu da belirtmeliyim ki artık östenitin %100 giderilmesi diye bir kavram söz konusu değildir. 

Magnezyum Part 2

Alaşım Elementlerinin Etkisi

Magnezyumun mekanik özelliklerini arttırmak amacıyla alaşım elementleri ilavesi yapılarak katı ergiyik sertleşmesinden yararlanılır. Böylece çok yüksek mukavemet/ağırlık oranı elde etmek mümkündür. Bunun dışında bir başka sertleştirme mekanizması ise çökelti sertleştirmesidir. Bir elementin diğerinin kafesi içerisinde çözünmesinin belli başlı koşulları vardır elbette. Bunlar atom çapı, kafes yapısı uygunluğu, iki atom arasındaki çapın %15’i aşmaması gibi… Magnezyum da birçok elementi kafes içerisinde çözer, çözemediğini de çökelti –intermetalik faz- oluşturur.

Alüminyum

Alüminyum Mg için ana alaşım elementlerindendir diyebiliriz. Döküm kabiliyetinden çekme dayanımına, sertliğine kadar magnezyumun birçok özelliğini iyileştirir fakat sünekliğini ve tokluğunu düşürür. Al12Mg17 intermetalik fazını oluşturur ve ısıl işlem kabiliyetini arttırır.

Çinko

Çökelti sertleşmesine katkıda bulunan bir element de çinkodur. Fakat tane sınırlarında çökeldiği için sıcak yırtılmaya neden olabilir. Bu nedenle kullanımı %2 ile sınırlıdır. Çinko malzemenin korozyon direncini de arttırır. Ayrıca tane sınırındaki ötektik miktarını arttırarak alaşımın katılaşma sıcaklığını düşürür.

Mangan

Daha çok korozyon direncine etkisi olduğu için eklenir. Bunun dışında sürünme direncini arttırır. Yani yüksek sıcaklıklarda mukavemetin düşmesi engellenir.

Kurşun

Magnezyum kafesinde %45 oranlarına kadar çok yüksek miktarlarda çözünebilir ve Al12Mg17 bileşiğinin incelmesinde katkıda bulunur. Bu da daha yüksek mukavemet anlamına gelir. Ayrıca Mg2Pb intermetalik fazını da oluşturur.  

Silisyum

Eğer alaşımda Fe varsa korozyon direncini azaltacak etkide bulunacaktır. Fakat yüksek sıcaklıkta dayanımın artması Si sayesinde olur. (Bir diğeri Mn) Mg2Si intermetalik fazını oluşturur.

Kalay

Alaşımın sünekliğini ve işlenebilirliğini arttırır. Mg2Sn intermetalik fazını oluşturur.

Titanyum

Magnezyum kafesi içerisinde çok az çözünür fakat tane inceltici etkisi vardır.

Zirkonyum

Titanyum gibi tane inceltici etkisi vardır. Zn, RE (Toprak Alkali Elementler), Th içeren Mg alaşımlarında özellikle bu nedenden dolayı kullanılmaktadır.

Bakır

Dökülebilirliği arttırır. Korozyon direncini düşürür. Sürünmeyi arttırır. (Mn, Si)

Magnezyum Part 1

Genel Özellikleri

Magnezyum hafif, otomobil sektöründen elektronik sektörüne birçok alanda kullanılmakta olan, özel alaşımlama ile birçok özelliğin arttırıldığı bir malzemedir. Saf haldeki elementin özellikleri;

Atom Numarası	12
Kaynama Noktası	1090 °C
Ergime Noktası	650°C
Yoğunluk	1.74g/cm3
Kristal Yapısı	Hekzagonal sıkı paket
Çekme Dayanımı	80-180 Mpa
Young Modülü	45 GPa

Mg üretimi iki şekildedir ve hammaddeleri, magnezit (MgCO3), dolomit (MgCa (CO3)2), karnolit (K2MgCl4.6H2O) veya doğal/yapay yeraltı ve tuzlu sularıdır.

Alaşımları ve Sınıflandırma

ASTM sistemine göre standartlandırılmış magnezyum iki hark ve iki rakam ile ifade edilir. İlk ikisi harftir ve o alaşımda sırasıyla en fazla olan elementleri söyler. Daha sonra gelen sayılar ise yine o alaşımların miktarını en yakın tam sayıya yuvarlamış halidir. Örnek; AZ91

Buna göre bu alaşımda en fazla Al ardından Zn bulunuyor ve miktarları sırasıyla %9 ve %1.

A	C	D	E	H	K	L	M	Z
Al	Cu	Cd	RE	Tr	Zr	Li	Mn	Zn

Kullanım Alanları

Magnezyumun en büyük avantajı Al ve çelikten daha hafif olmasıdır. Fakat bu nedenden dolayı saf halde kullanılması dayanımının düşük olması bağlamında imkânsızdır. Böylece magnezyum alaşımlandırılmış ve ısıl işlemlere tabii tutularak kullanılmıştır. Örneğin Al-Mg-Zn alaşımı korozyona karşı dirençlidir ve yapısal uygulamalarda kullanılmaktadır.

Tabii hafifliğinin ön plana çıkması ile Al ve çelikten daha yüksek özgül mukavemete sahip olması büyük bir avantajdır ki bugün otomobil, uzay ve havacılık, elektronik, savunma sektörü gibi birçok sektörde magnezyum ve alaşımları kullanılmaktadır.

Otomotiv sektörü bugün gittikçe hafif ve bir o kadar dayanımı yüksek malzeme kullanımı konusunda israrcı diyebiliriz çünkü böyle bir malzeme beraberinde düşük yakıt oranlarını getiriyor. Yakıt ekonomisine katkıda bulunan magnezyum ve alaşımlarından özellikle bir tanesi ön plana çıkıyor ki bu alaşım hem dökülebilirliği kolay olduğundan hem korozyona karşı güçlü direnci olmasından hem de yüksek dayanımından dolayı tercih sebebidir. AZ91 yani Al-Mg-Zn alaşımı yukarıda ki resimde de gördüğünüz gibi tekerlek jantından direksiyona kadar birçok otomotiv parçasını oluşturur.

Kısacası tüm AZ serisi yani Al-Mg-Zn serisi hafifliği ve dayanımı ile öne çıkar ve sadece otomotiv sektöründe değil havacılık, kamera, bilgisayar, mobil telefonlarda da kullanılır. AM serisi ise yani Al-Mg-Mn alaşımı yüksek toklukları ve enerji absorblama özellikleri ile ön plana çıkarlar ve yine otomotiv sektöründe kullanılırlar.

Süper hafif Mg-Li alaşımı ise bilgisayar elemanı olarak özellikle plastik malzemelerin yerine kullanılan malzemelerdir. Yukardaki kamera kutusu ve cep telefonu kutuları da döküm ile üretilmiş Mg-Li alaşımıdır.

Biyomalzemeler

Biyomalzemeler

Biyomalzemeler vücutta kullanılan ve buna göre belirli mekanik ve fiziksek özellikleri sağlaması gereken hassas döküm veya toz metalürjisi yöntemleriyle üretilen bir malzeme grubudur. Biyomalzemelerin ortopedide ve diş dolgu malzemesi olarak kullanıldığını söyleyelim.

Özellikle ortopedi alanında kullanılan malzemelerin belirli bir dayanımı ve yorulma direncine sahip olması gerekmektedir. Ayrıca bilindiği gibi vücutla uyum sağlaması da gerekmektedir ki her metal bu uyumu sağlayamaz. İşte bu nedenle bu malzemelerin seçimi ve üretimi için belli başlı şartlar vardır ve bu şartlar sağlanmalıdır. Bu yazımda da özellikle, protez olarak kullanılan biyomalzemelerin sağlaması gereken özelliklerinden bahsedeceğim.

Protez Malzemeleri için İstenen Özellikler

Mekanik Özellikler

Akma ve çekme mukavemeti, elastisite modülü (young modülü), tokluk ve süneklik gibi mekanik özellikler bakımdan üstün özellikler göstermelidir. Birçok kez titreşime uğrayacağından yorulma dayanımının iyi olması gerekmektedir. Yorulma dayanımı ayrıca önemlidir çünkü bazı hastalarda bu malzemeler bir ömür boyu vücutta kalabilir ve ilerde hiçbir sorun çıkmaması adına alınması gereken bir önlemdir. Bir diğer taraftan korozyon faktörü de yorulmaya etki edeceğinden bunu da düşünmek, korozyon direnci yüksek bir malzeme seçmek veya geliştirmek gerekmektedir. Aksi halde tuzlu ortamda olacak olan malzeme öyle ya da böyle korozyona uğrayacak yorulma hasarına yol açacaktır.

Tüm bunların yanında insan vücudunun taşıyabileceği, vücudun gerilimlerinin hesaplandığı bir yol izlenmelidir, işin sadece malzemede bitmediği, vücudun da malzemeye vereceği bir tepki olduğu göz ardı edilmemelidir.

Korozyon Direnci

Dediğimiz gibi korozyon direnci yorulma hasarı oluşturabileceği gibi sağlık açısından da insanları etkileyebilir. Bazı toksik protezlerin yüzeyi yalıtılmış halde de olsa kullanılır ve korozyonun etki etmesi sonucu vücuda kanserojen madde etkisi olduğunu söyleyebiliriz. İnsan vücudunda ki sıvıların da korozif bir ortam oluşturduğu göz önüne alındığında şansa bırakılmayacak bir durum olduğu gerçektir.

Toksik Oluşturmama

Çoğu malzeme doku ile vücut sıvılarına etkisi sonucu toksik oluşturur. Bu nedenle kesinlikle yalıtımının yapılması, direk temasın engellenmesi gereklidir.

Kimyasal Kararlılık

Korozyon ile yakından ilişkilidir. Vücutta hiçbir tepkimeye girmemesi istenir. Fakat bazı durumlarda gerilmeli korozyona yol açan bir durum görülür ki bu da malzemenin vücut sıvısını absorblaması sonrası oluşur.

Tasarım ve Üretim

Yukarıda bahsedilen birçok özelliği bir arada barındıran ve ekstra olarak vücutla biyolojik uyumluluk sağlayabilecek bir tasarım geliştirmek temel hedef olmalıdır. Yani üretilecek malzeme hem dayanıklı hem tok hem korozyon direnci yüksek aynı zamanda da kemiğin yerini tutabilecek özellikte olmalıdır. Üretimi de seri üretime elverişli olmalıdır. 

Paslanmaz Çelikler

Paslanmaz Çelikler

Paslanmaz çelikler, korozyona karşı direnci sağlama amacıyla üretilen ve yaklaşık %11 ve üstü oranında Cr içeren malzemelerdir. Burada korozyonu önleyici etmen Cr’nin oluşturduğu krom oksit (ince ve yüzeye sıkı tutunmuş) tabakanın varlığından dolayıdır. Cr’nin yanında Mo ve Ni elementleri de korozyonu arttırıcı etkide bulunurlar.

Bir önceki yazımda da –alüminyum- bahsettiğim gibi Cr’nin çelik içerisinde fazla miktarda bulunuşu tane sınırlarında çökelen krom karbür bileşiğini oluşturur ki bu paslanmaz çelikler de istenmeyen bir durumdur çünkü Cr’nin çelik içerisindeki çözünürlüğünü düşürür. (En az %11 bir çözünme oranı istenir.) Bu yüzden paslanmaz çeliklerin C miktarı genelde düşüktür. (%0.02-1) Bu durumu engellemenin başka bir yolu ise krom karbürün oluşumunu engellemek için yapıya katılan başka elementlerdir fakat bu maliyet açısından sıkıntı yaratır.

Genel olarak paslanmaz çelikler 4 sınıftan oluşur.

- Östenitik

- Martenzit

- Ferritik

- Dubleks

Östenitik Paslanmaz Çelikler

Oda sıcaklığında östenitik yapının bulunması bir takım alaşım elementleri ilavesi ve hızlı soğutma işlemlerini içerir. Yani bir yüksek sıcaklık fazı olan östenit Cr ve Ni elementlerinin ilavesi ve hızlı soğutma ile oda sıcaklığından ergime sıcaklığına kadar stabil hale getirilir. Tabii ki bunun için martenzit sıcaklığı gibi faktörlerinde devreye girildiği unutulmamalıdır. Nispeten yüksek Ms sıcaklığına sahip paslanmaz çelikte martenzit oluşması kaçınılmazdır.

Ni elementinin %18 Cr çeliğine eklenmesi ile östenitik bölge oldukça genişler. Artan Ni miktarının çeliğe önemli iki etkisi vardır.

- Östenitik bölgeyi arttırır. Böylece çözündürme sıcaklığında yapı östenit olur. Buna rağmen Ni düşük miktarda olması hızlı soğutma sonucu martenzit yapının oluşmasına neden olur. Östenit değil.

- Ms sıcaklığını düşürür. Dediğimiz gibi bu sıcaklığın yüksek olması hızlı soğutma sonucu martenzit oluşturacaktır. Buradaki amaç Ms sıcaklığını oda sıcaklığının altına indirmektir ki östenit oda sıcaklığında stabil kalabilsin.

Östenitik paslanmaz çeliklerin dayanımlarını arttırmak yapısından kaynaklanan nedenlerden dolayı sadece dövme ve katı ergiyik yöntemleri ile mümkündür. Kaynak kabiliyeti iyidir.

Martenzitik Paslanmaz Çelikler

%12-18 arasında Cr içeren bu tür, östenitik bölgedeyken yapıya hızlı su verilmesi ile elde edilir. Korozyon dayanımını ve tokluğu arttırmak için yapıya Mo ve Ni ilavesi yapılır. Mo yapıya kırılganlık etkisi veren artık östenitin oluşumunu engeller.

Ferritik Paslanmaz Çelikler

Genelde otomotiv sektöründe kullanılan bu türün diğer 3 türe göre daha fazla çeşidinin olduğunu söyleyebiliriz. Yapıda ferriti stabilleştirmesi için Si ve Nb elementleri bulunur. %11-27 Cr içeren bu çelik sünek, manyetik özelliği olan, korozyona karşı dirençli ve fakat yüksek sıcaklıklarda bu özelliklerinde düşüş gösteren bir çeliktir. Ayrıca Nb, krom karbür oluşumunu engelleyerek tokluğu arttırır.

Dubleks Paslanmaz Çelikler

Yapıda hem östenit hem de ferrit bulunduran paslanmaz çelik türüdür. Bu nedenle hem östenitik paslanmaz çelikten hem de ferritik paslanmaz çelikten üstün özellikler gösterir. Akma mukavemetini iki katına çıkaran bu yapılar da ferritik çeliklere göre tokluk ve süneklik artarken, östenitik çeliklere göre daha yüksek korozyon direnci eldesi sağlanır.

Alüminyum Part 3

Alüminyum Alaşımların Sertleştirilmesi için Uygulanan Isıl İşlemler

Alüminyum için uygulanan ve amacı mekanik özellikleri yani doğrudan mukavemeti arttırmak olan 3 çeşit yöntem vardır. Bunlar, soğuk şekillendirme, alaşım elementinin Al kafesi içinde çözündürülmesi/katı çözelti, çökelme sertleşmesi işlemleridir.

Özel olarak ısıl işlem uygulanan yöntem ise çökelti sertleşmesi adını alan yöntemdir.

Bu yöntemi gelin yaygın olarak kullanılan bir diyagram üzerinde anlatalım.

Diyagramda T1 sıcaklığının altına inildiğinde bilindiği gibi sıvı olan alaşımımız katı duruma geçmeye başlar. T2 sıcaklığında ise katılaşma tamamen bitmiştir. Bitmiştir fakat elimizde hala alüminyumun mekanik özelliklerini arttırmak için eklediğimiz diğer alaşım elementinden (%B) vardır. Yani tamamı alüminyum içinde çözünememiş, kafese girememişlerdir. Böyle bir durumda oda sıcaklığına kadar bu kalan alaşım elementi genellikle tane sınırlarında olmak üzere çökelmeye başlayacaktır.

Tane sınırlarında çökelen bu yeni faz yapıyı kırılgan hale getirdiği için bu şekilde kullanılması hiçbir yarar sağlamaz. Amaç bu çökeltiyi daha düzgün bir şekilde yapıda dağıtmak homojenlik sağlamak olmalıdır. Bunun için 3 aşama takip edilir.

Çözündürme

Hızlı Soğutma

Yaşlandırma işlemleri.

Çözündürme Isıl İşlemi

Bu işlem diyagramda gösterilen T3 sıcaklığının üzerinde fakat Tö sıcaklığının hemen altında yapılır. Homojen yapıyı sağlamak için bir süre o sıcaklıkta tutulur. Difüzyon hızının artması sıcaklığının artması ile paralel olduğundan Tö sıcaklığının hemen altında bu işlemin yapılması çözündürmeyi daha iyi elde etmemizi sağlar.

Hızlı Soğutma

Buradaki amaç çözündürmeden hemen sonra çökelmeye izin vermeden aşırı doymuş bir yapı eldesi sağlamaktır ki bu da yapıyı suda soğutma ile mümkündür. Bu bir ara yapıdır ve dengeli değildir. Bunu takriben yaşlandırma işlemi yapılır ki çökelme sertleşmesi sağlanabilsin.

Yaşlandırma

Buradaki amaç hızlı soğutma ile oluşan ara ve dengesiz, aşırı doymuş yapıyı çökeltme işlemine tabii tutarak sertlikte ve dayanımda artış sağlamaktır. Bunun içinde alaşım, belirli bir sıcaklıkta bir süre bu artış meydana gelene kadar tutulur. Yine bir diğer amacımız oluşacak olan çökeltilerin yapı içerisinde homojen bir şekilde dağılması ve ince yapılı olmasıdır. Çökeltilerin büyümesi ve bir arada olması mekanik özellikleri olumsuz yönde etkiler ki bu da amacımıza ulaşamadığımız anlamına gelir.

Çökelme sertleşmesinin en iyi görüldüğü alaşım Al-Cu alaşımıdır. 

a- Al içinde Cu’nun maks. çözünürlüğü

b- Yaşlandırma işlemi ve oluşan mikroyapılar

Bu örnekteki çökelti CuAl2’dir. 

Alüminyum Part 2

Alaşım Elementlerinin Etkisi

Alüminyum birçok elementle sıvı halde kolayca karışabilir bir elementtir. Katı halde ise bu oran çok düşüktür. Birçok alaşımda bu elementler yüksek alaşımlama sonucu farklı bileşikler oluşturur ve mekanik özelliklere olumsuz etki eder. Bu nedenle alaşımlama %15’i geçmemelidir.

Genellikle kullanılan alaşım serileri, 2xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx, 7xxx’dir.

Alüminyum ile uyum sağlayan, Mg, Cu, Ni, Si, Mn gibi elementler Al için temel alaşım elementleridir ki bu uyumu da faz diyagramlarında rahatlıkla okuyabiliriz. Hepsi de sıvı haldeyken/yüksek sıcaklıktayken yüksek çözünme, düşük sıcaklıkta –oda sıcaklığı- düşük çözünme özelliğine sahiptir. İşte bu nedenle düşük sıcaklıkta çökelme denilen olay meydana gelir. Daha sonra yaşlandırma işlemi denilen ısıl işlem uygulanması sonucu da mukavemet artışı sağlanır. Bu işlemler dizisine çökelme sertleşmesi adı verilir.

Çökelme sertleşmesi sonucu alüminyumun sadece mukavemeti değil, korozyon özelliği de sağlamlaşır.

Bakırın Etkisi

Söylediğimiz gibi her elementin maksimum sınırı vardır ki bu sınır bakır için %12’lerdir. Bundan sonrası gevreklik yapacağı için eklenmez. Bakırın alüminyum içerisinde çözünürlüğü %5-6 dolaylarında olup düşük sıcaklıklarda oluşturduğu CuAl2 bileşiği sayesinde daha sonradan çökelme yaşlandırması işlemine tabii tutulabilir. En çok yaşlandırma yapılan alaşım bakırın %2-6 arasında olduğu oranlardadır.

Al-Cu alaşımının en meşhuru %4 oranında Cu içeren Duralüminyumdur.

Tabii ki sadece Cu içeren alaşım örnekleri yoktur. Mg, Si, Mn gibi elementlerin daha ufak miktarlarda eklendiği alaşımlarda söz konusudur.

Silisyumun Etkisi

Silisyumun en etkili olduğu alan korozyonu direncini arttırması ve sıcak çatlama denilen olayın olma olasılığını azaltmasıdır. %3 oranından daha fazla eklenmesi gevrekliği arttırdığı için istenmez.

Magnezyumun Etkisi

Magnezyumlu alaşımların dökümleri zor olmasına karşın %6’ya kadar yapıda ihtiva edilebilir ve çökelti sertleşmesine çok uygundur. Mukavemeti yaşlanma işlemi sağlamak mümkündür.

Manganın Etkisi

Süneklik ve tokluk özelliklerini arttırdığı çekme özelliğini düşürdüğü bilinen mangan, dökümü kolaylaştırmak için demir ile ilave edilir. Ayrıca diğer alaşım elementlerinin etkisiyle oluşan metalik bileşiklerin özelliğini değiştirir.

Çinkonun Etkisi

Manganın aksine çinko döküm özelliğini düşürücü etkide rol oynar. Aynı zamanda da silisyum için sıcak çatlamayı engellediğini söylüyorsak çinkonun da yine ters etki yaparak sıcak çatlamayı ve soğuma çekmesini oluşturduğunu da söylemeliyiz. Yapıda %3-10 arasında diğer alaşım elementleri ile birlikte bulunması mekanik özellikleri epey arttırır.

Alüminyum -Part 1-

Alüminyum Part 1

Alüminyum şuan dünyada çok önemli bir yere sahip, birçok alanda üretimi söz konusu olan bir malzeme. Dünyada yaklaşık %8 bulunma oranına sahip bu elementi doğada saf halde bulmak imkansızdır. Doğadan elde edilen Al, boksit haldedir. Saflaştırma işlemi Bayer prosesi adını alan bir dizi işlemlerden sonra mümkündür. Bu prosese değinmeden önce Alüminyumun kullanım amaçları ve yararlarına bakalım.

Al demirden daha hafif ve daha düşük sertliğe sahiptir.

Bir takım sertleşme mekanizmaları ile çok yüksek mekanik özellikler elde edilebilir.

Al iletkenliği yoğunluğunun düşük olması nedeniyle özellikle ağırlığın önemli olduğu yerlerde bakırdan daha yüksek olduğu için tercih sebebidir.

Korozyona karşı direnç sağlar. Bu nedenledir ki birçok alanda korozyona karşı önlem Al ile alınır. Oluşturduğu alüminyum oksit gözeneksiz bir yapıdır ve korozyonun devam etmesini engeller.

MMK malzemeler denilen kompozitlerin matrisini oluşturur ve diğer malzeme ile arayüz bağını muazzam bir şekilde sağlar. Burada ki kullanımında da yine hafifliği ön plana çıkar.

Fakat tüm bunlara rağmen maliyeti yüksektir.

Al sektörde alaşımlı hallerde bulunur ki bunlar standartlaşmış serilerdir.

Seri	Temel Alaşım Elementi
1xxx	Alaşımsız Alüminyum
2xxx	Bakırlı Alüminyum Alaşımı
3xxx	Manganezli Alüminyum Alaşımı
4xxx	Silis
5xxx	Magnezyum
6xxx	Magnezyum + Silis
7xxx	Çinko
8xxx	Diğer Elementler
9xxx	Kullanılmayan Dizi

1xxx %99 oranında saf alüminyumdur. Bundan sonra gelen sayıyı şöyle okumak mümkün;

Örneğin 1042 serisi Al, en az %99,42 oranında saftır demektir.

2xxx-8xxx’e kadar olanlar ise biraz daha farklıdır. İlk rakam alaşım türünü ikinci rakam ise değişimleri simgeler. Yani 5065 örneğinde 5, Mg-Al alaşımını, 0 ise denetlenmiş, başka bir elementin olmadığını söyler.

Bu serilerin bazılarına ısıl işlem uygulanabilirken (2,4,6,7) bazılarına uygulanmaz. (3,5) Bu serilerin dayanıklıkları Mg ile sağlanır. Ayrıca soğuk deformasyona uğrayarak sertleşirler.

Simge	Temel İşlem
F	Fabrikasyondan sonraki hali
O	Tavlanmış yalnızca işlenik alaşımlar
H	Rekristalizyon sıcaklığı altında plastik şekillendirme sonucu mukavemet artışı
W	Çözelti ısıl işlemi uygulanmış
T	Mukavemeti ve sertliği arttırmak için ısıl işlem görmüş

Burdaki simgelerden anlıyoruz ki 3xxx ve 5xxx serilerine W,T gibi ısıl işlemler yerine H, yani plastik deformasyon ile mukavemet artışı işlemi yapılabilir.

1xxx Serisi

Alaşımlandırılmamış saf bileşimdir. Bu nedenle kolayca levha, folyo ve profil haline getirilebilir. Derin çekme işlemine de uygundur. Fazla dayanım istemeyen korniş, mutfak eşyaları, kapı, pencere profili gibi çeşitli eşyaların yapımında da kullanılır. Soğuk deformasyon ile çok az bir mukavemet artışı sağlanabilir. Korozyon direnci yüksektir.

2xxx Serisi

Temel alaşım elementi bakırdır ve ısıl işlem sayesinde mukavemeti bazı durumlarda çeliği bile geçebilecek noktalara ulaşır. Bunun en büyük sağlayıcısı katı ergiyik mukavemetinin sağlanmasıdır. Bazı durumlarda yaşlandırma da yapılabilir. Korozyon direnci düşüktür. Ayrıca MMK malzemeler için tercih sebebi olabilirler.

3xxx Serisi

Ana alaşım elementi mangandır. Isıl işleme elverişli olmayıp deformasyonla sertleştirme sağlanır. Kaynaklanma özelliği yüksektir. Tanklarda, karavan yapımında ve diğer levha çalışmalarında kullanılır.

4xxx Serisi

Temel alaşım elemanı silisyumdur. Kırılganlık yaratmayacak miktarda eklenir. Esneklik ve dekoratif görünüm için tercih edilmesi bu serinin başlıca özelliklerindendir.

5xxx Serisi

Temel element magnezyumdur. Yüksek mekanik özellikleri yanında korozyona dayanıklıdır ve kaynak kabiliyeti yüksektir. Soğuk deformeye uygun düşmediği gibi ısıl işleme de tabii tutulmaz fakat manganın yaptığı mukavemet etkisinden çok daha yüksek bir etkisi vardır.

6xxx Serisi

Silisyum ve magnezyumdan oluşmuştur. Orta derecede mukavemete ve korozyon direncine sahiptir. Daha çok kimya, gıda sektöründe, ambalajlamada kullanılır. Isıl işleme yatkındır ve en popüler alaşımı 6061 alaşımıdır. Ayrıca MMK malzemelerin matrisini oluşturabilirler.

7xxx Serisi

Çekme dayanımı çok yüksek olan bu serinin temel alaşımı çinkodur. Çekme dayanımının yüksekliğinden dolayı vinçlerde, kamyon kasalarında, uçak ve roketlerde tercih sebebidir. Çok az miktarda magnezyum ilave edilerek ısıl işleme uygun hale gelir ve bu ısıl işlem sonucunda mukavemeti çok yüksek bir alaşım eldesi mümkündür. Metal matrisli kompozitlerin matris tercihi olabilir.

8xxx Serisi

Seriye hafiflik, mukavemeti yüksek bir mekanik özellik kazandırmak %2 miktarında lityum ilavesiyle mümkündür. Yüksek yorulma dayanımına da sahip olduğundan uzay sektöründe tercih edilirler. Bunun dışında Al-Li alaşımı iyi ıslanabilirliği sebebiyle MMK malzemeleri için son zamanlarda tercih sebebi haline gelmiştir.