Kalpazan

ALAŞIM ELEMENTLERİNİN ÇELİKLERE ETKİLERİ

Maksimum %2,06 karbon içeren demir karbon alaşımları çelik olarak adlandırılır. Çelikler yalın karbonlu olabileceği gibi, çeşitli özelliklerin geliştirilebilmesi için bazı alaşım elementleri içerebilirler. Çelik bünyesinde bulunan elementler; istenerek katılan alaşım elementleri ve bunların yanında uzaklaştırılmak istenen, özelliklere kötü yönde etkili elementlerdir. Çeliklerin alaşım elementleri ve etkileri şunlardır:

Karbon (C):

Karbon miktarı, çeliklerin mekanik özelliklerini en çok etkileyen faktördür. Karbon, çeliğin akma ve çekme mukavemetini artırır, yüzde uzamayı, şekillenebilirliği ve kaynak kabiliyetini azaltır. İşlenebilirliğin ön planda olduğu çeliklerde karbon miktarı düşük tutulmalı, dayanım değerlerinin yüksek olması gerektiği durumlarda ise çeliğin karbon içeriği yüksek olmalıdır.

Mangan (Mn):

Mangan çeliğin dayanımını arttıran etki gösterir. Bunun yanında sertleşebilme ve kaynak kabiliyetini de artırır, östenit kararlaştırıcı bir elementtir. Manganın en önemli özelliği kükürtle MnS bileşiği yapması ve demir kükürt FeS bileşiği oluşumunu engellemesidir. FeS sıcak kırılganlığa neden olur.

Silisyum (Si):

Çeliğin akma, çekme dayanımını ve elastikiyetini artırır. Yaygın olarak yüksek elastikiyet gerektiren yay çeliklerinde kullanılır.

Fosfor (P):

Fosfor çeliğin akma ve çekme dayanımını arttırır, yüzde uzamayı ve eğme özelliklerini çok fazla kötüleştirir, soğuk kırılganlık yaratır, talaşlı şekillendirme kabiliyetini arttırır. Fosfor çelik içinde üretim işlemlerinden kalan bir elementtir ve istenmeyen özellikleri nedeniyle mümkün mertebe yapıdan uzaklaştırılır.

Kükürt (S):

Akma ve çekme mukavemetine etkisi yok denecek kadar azdır. Fakat malzemenin yüzde uzamasına ve tokluğuna etkisi çok fazladır. Kükürt malzemenin tokluğunu ve sünekliğini önemli ölçüde azaltır. Ayrıca kaynaklanabilirliği kötü yönde etkiler. Kükürt demirle birleşerek FeS fazını oluşturur. Bu faz düşük ergime sıcaklığına sahip olduğu için haddeleme sıcaklığında ergiyerek sıcak kırılganlığa sebep olur. Bu olumsuz etki kükürdün manganla birleşmesi sağlanarak önlenir.Sadece talaşlı şekillendirilmeye uygun otamat çeliklerinde kükürt miktarı yüksek tutulur.

Kaliteli ıslah çeliklerinde maksimum kükürt miktarı %0.045, asal ıslah çeliklerinde ise %0,035 dir.

Krom (Cr):

Krom, korozyon ve oksidasyon direnci sağlar. Sertleşebilme kabiliyetini artırır. Yüksek karbonlu çeliklerde aşınma direncini yükseltir.

Nikel (Ni):

Nikelin darbe tokluğunu ve tavlı çeliklerde dayanımı artırır. Nikel östenitik paslanmaz çeliklerin kromdan sonra ikinci en önemli alaşım elementidir. Östenitik paslanmaz çeliklerde ki nikel miktarı %7-20 arasındadır.

Molibden (Mo):

Tane büyümesini önler, sertleşebilme kabiliyetini artırır. Meneviş gevrekliğini giderir. Ayrıca molibden çeliklerin sürünme dayancına ve aşınma direncini yükseltir. Alaşımlı takım çeliklerinde önemli bir alaşım elementidir. Paslanmaz çeliklerde özellikle oyuklanma korozyonunu engellediği için korozyon direncini önemli ölçüde artırır.

Kobalt (Co):

Alaşımlı takım çeliklerinde kullanılan bir alaşım elementidir. Takım çeliklerinin sıcakta sertliğini muhafaza etmesi için kullanılır.

Tungsten (W):

Aşınma direncini artıran, sıcakta sertliğin muhafazasını sağlayan bir alaşım elementidir.

Vanadyum (V):

Tane küçültme etkisi yaparak çeliklerin akma ve çekme dayanımlarını oldukça artırır. Ayrıca sertleşebilme kabiliyetini artırır, menevişleme ve ikinci sertleşmede olumlu etkileri vardır. Alaşımlı takım çeliklerinde kullanılır. Vanadyum, tane küçültücü ve karbür yapıcı etkisi ile,mikro alaşımlı çeliklerde niyobyum ve titanyum ile birlikte kullanılan bir mikro alaşım elementidir

Titanyum (Ti):

Vanadyum gibi tane küçültücü etkisi vardır. Mikro alaşımlı çeliklerde mikro alaşım elementi olarak kullanılır. Ayrıca paslanmaz çeliklerde krom karbürün olumsuz etkisini giderebilmek için karbür oluşturucu alaşım elementi olarak kullanılır.

Niyobyum (Nb):

Mikro alaşımlı çeliklerde tane küçültme etkisi en yüksek olan mikro alaşım elementidir. Paslanmaz çeliklerde titanyumla birlikte veya tek başına kullanılır.

Alüminyum (Al):

Oksijen gidermek için kullanılır. Akma dayanımını ve darbe tokluğunu arttırıcı etki gösterir.Ayrıca alüminyumun tane küçültücü etkisi vardır, nitrasyon çeliklerinin temel alaşım elementidir

Kalay (Sn):

Akma ve çekme dayanımlarını pek etkilemez, fakat sıcak haddelemelerde sorunlar yaratır. Kalay düşük ergime sıcaklığına sahip bileşikler yaparak haddeleme sırasında kopmalara neden olur.

Bakır (Cu):

Akma ve çekme dayanımını arttırır, yüzde uzamayı ve şekillenebilirliği azaltır. Soğuk çekilebilirliği kötü yönde etkiler. Korozyon direncini yükselten etki gösterir.

Kurşun (Pb):

Haddelenebilirliği azaltır, yüzey kalitesini olumsuz yönde etkiler. Kurşun çeliklerin talaşlı şekillendirme kabiliyetine artırır, bu yüzden otomat çeliklerinde alaşım elementi olarak kullanılır.

Azot (N):

İstenmeyen bir elementtir. Azot kırılganlığına neden olur, eğme özelliklerini çok kötüleştirir.

Hidrojen (H):

Hidrojen gevrekliğine neden olur. Azottan daha tehlikelidir. Malzemenin elastikiyetini azaltır.

__________________

Kalpazan

ALAŞIM ELEMENTLERİNİN

ALÜMİNYUM ALAŞIMLARINA ETKİLERİ

Alüminyum alaşımları üretim metodları esas alınarak işlem ve döküm olmak üzere iki ana alt gruba ayrılabilir.Plastik deformasyonla şekillendirilen işlem alaşımlar, döküm alaşımlardan oldukça farklı mikro yapı ve kompozisyona sahiptir. Her ana grup içindeki alaşımlar, ısıl işlem yapılabilir ve yapılamaz alaşımlar olmak üzere, iki alt gruba ayrılabilir. Isıl işlem yapılabilir alaşımlarda, yaşlandırma ile dayanım artışı sağlanabilirken, ısıl işlem yapılamayan alaşımlar ise katı eriyik, pekleşme, dağılım mukavemetlenmesi ile mukavemetlendirilir.

İŞLEM ALÜMİNYUM ALAŞIMLARI

İşlem alüminyum ve alaşımları için dünyada en yaygın kullanılan simgeleme dizgesi, Amerikan Standartlar Birliği tarafından belirnenen dizgedir. Dört rakamlı sayısal simgenin ilk rakamı, hangi temel alaşım elementini içeremn alüminyum alaşımı olduğunu belirtmektedir.

Simge


Temel Alaşım Elementi


Yapısı

1xxx


Arı Alüminyum


Tek fazlı

2xxx


Bakır


İki fazlı

3xxx


Mangan


Tek fazlı

4xxx


Silisyum


İki fazlı

5xxx


Magnezyum


Tek fazlı

6xxx


Magnezyum - Silisyum


İki fazlı

7xxx


Çinko


İki fazlı

8xxx


Diğer elementler


9xxx


Kullanılmayan dizi


DÖKÜM ALÜMİNYUM ALAŞIMLARI

Alüminyum dökümler ile döküm alaşımları için kullanılan simgeleme dizgesi de işlem alüminyum ve alaşımlarına benzer. Bunlarda da dört rakamlı bir sayı simge vardır fakat dördüncü rakam bir nokta ile ayrılmıştır.

Simge


Temel Alaşım Elementleri

1xx.x


Alüminyum - en az % 99

2xx.x


Bakır

3xx.x


Silisyum - Bakır ve/veya Magnezyum

4xx.x


Silisyum

5xx.x


Magnezyum

6xx.x


Kullanılmayan dizi

7xx.x


Çinko

8xx.x


Kalay

9xx.x


Diğer elementler

Isıl işlem Uygulanamayan İşlem Alüminyum Alaşımları:

1xxx Ticari saflıkta Al (>%99Al) -Yaşlandırılamaz

3xxx Al-Mn alaşımları -Yaşlandırılamaz

5xxx Al-Mg alaşımları -Yaşlandırılamaz

Isıl işlem Uygulanabilen İşlem Alüminyum Alaşımları:

2xxx Al-Cu alaşımları -Yaşlandırılabilir

4xxx Al- Si alaşımları -Eğer magnezyum varsa yaşlandırılabilir

6xxx Al-Mg-Si alaşımları -Yaşlandırılabilir

7xxx Al-Mg-Zn alaşımları -Yaşlandırılabilir

Isıl işlem Uygulanamayan Döküm Alüminyum Alaşımları:

1xx.x Ticari saflıkta Al -Yaşlandırılamaz

4xx.x Al-Si alaşımları -Yaşlandırılamaz

5xx.x Al-Mg alaşımları -Yaşlandırılamaz

Isıl işlem Uygulanabilen Döküm Alüminyum Alaşımları:

2xx.x Al-Cu alaşımları -Yaşlandırılabilir

3xx.x Al-Si-Cu veya Al-Mg-Si alaşımları -Biraz yaşlandırılabilir

7xx.x Al-Mg-Zn alaşımları -Yaşlandırılabilir

8xx.x Al-Sn alaşımları -Yaşlandırılabilir

Isıl İşlem Uygulanamayan İşlem ve Döküm Alüminyum Alaşımları:
The footer

__________________

Kalpazan

1xxx Serisi Alaşımlar:

Bu alaşımlar minimum %99,0 alüminyum, empürite olarak da silisyum ve demir içerirler. Bu alaşımlar yüksek oranda haddelenerek levha veya folyo haline getirilerek kullanılırlar. 1100 alaşımının tavlanmış durumda çekme mukavemeti 90 MPa dır.

3xxx Serisi Alaşımlar:

Bu serinin en önemli alaşımı 3003 tür . Bu alaşım 1100 alaşımına %1,25 mangan ilavesi ile oluşturulur. 3003 alaşımının tavlanmış durumda çekme dayanımı 110 MPa dır. Bu serinin alaşımları iyi işlenebilirliğin gerektiği yerlerde kullanılabilen genel amaçlı alaşımlardır.

5xxx Serisi Alaşımlar:

Bu serinin ana alaşım elementi olan magnezyum katı eriyik mukavemetlenmesi sağlar ve miktarı %5 e kadar çıkabilir. Bu serinin endüstride kullanılan en önemli alaşımı 5052 dir. Bu alaşım %2.5 Mg, %0,2 Cr içerir ve tavlanmış durumdaki çekme dayanımı 193 MPa dır.

Isıl İşlem Uygulanabilen İşlem Alüminyum Alaşımları:

2xxx Serisi Alaşımlar:

Bu seri alaşımlarının bir çoğuna bakırın yanında magnezyum ve düşük miktarlarda diğer elementler eklenir. 2xxx serisi alaşımları birim ağırlık dayanımının yüksek olması gereken uçak sanayi gibi alanlarda kullanılır. Bu alaşımlar katı eriyik mukavetlenmesi ve çökelti sertleşmesiyle dayanım kazanırlar. Endüstriyel uygulama alanı bulabilmiş en önemli alaşım 2024 alaşımıdır. 2024-T6 alaşımı %4,5 bakır, %1,5 magnezyum ve %0,6 mangan bulundurur ve çekme dayanımı 442 MPa dır.

6xxx Serisi Alaşımları:

Mg2Si intermetalik bileşikleri, çökelti sertleştirilmesi ile dayanım artışı sağlar. En yaygın kullanılan alaşım 6061 alaşımıdır ve bu alaşım %1,0 magnezyum, %0,6 silisyum, %0,3 bakır içerir. 6061-T6 alaşımının çekme mukavemeti 290 MPa dır. Bu seri, otomotiv sektöründe genel amaçlı yapı elemanı olarak kullanılır.

7xxx Serisi Alaşımlar:

Temel çökeltiler MgZn2 intermetalik bileşiğinden oluşur. Çinkonun ve magnezyumun alüminyum içersinde yüksek çözünebilirliği yüksek yoğunluklu çökeltilerin oluşmasını, bu da dayanımın oldukça yükselmesini sağlar. Bu serinin en önemli alaşımı 7075 tir ve bu alaşım %5,6 çinko, %2,5 magnezyum, &1,6 bakır ve %0,25 krom ihtiva eder. 7075-T6 alaşımının çekme dayanımı 504 MPa dır. Bu seri yüksek dayanımın gerekli olduğu yerlerde kullanılır.

Döküm Alüminyum Alaşımları:

Döküm alüminyum alaşımlarından pek çoğu ötektik reaksiyona neden olan , iyi akıcılık, ve dökülebilirlik sağlayan yeterince silisyum içerirler (%5-12 Si). Alüminyum silisyum alaşımlarının özellikleri,  alüminyum matrisin katı eriyik mukavemetlenmesi, fazının dağılım mukavemetlenmesi, ilk tane boyutu, şekli ve aynı zamanda ötektik oluşumu tayin eden katılaşmayla kontrol edilir.. Belirli alaşımlarda mikro yapıyı ve bu nedenle de dağılım mukavemetlenmesi düzeyini iyileştirmek amacıyla bor ve titanyum ilaveleri ile tane inceltme, ötektik yapıyı değiştirmek için sodyum veya stronsiyum kullanarak modifikasyon veya birincil silisyumu incelterek mukavemetlenme sağlamak için fosfor ilavesi yapılır.

Döküm alüminyum alaşımlarında % 0;3-1,0 magnezyum ilavesi çökelti sertleşmesine bağlı dayanım artışı sağlar.

Bakır, bazı döküm alüminyum alaşımlarında % 1- 4 oranlarda bulunur. Özellikle yüksek sıcaklıklarda dayanım artışı sağlar.

Genel Olarak Alaşım Elemetlerinin Etkileri

BAKIR ( Cu )

Bakır alüminyuma % 12 oranına kadar katıldığında dayancı arttırır, daha fazlası gevreklik yaratır. Genellikle yüksek sıcaklık özellikleriyle işlenebilirliği arttırır. % 4 - 6 arasında katıldığında yaşlandırılabilir alaşımlar oluşturur. Dökümü zorlaştırır ve gerilim yenimini azaltır.

ÇİNKO ( Zn )

Yüksek çinkolu alaşımlar sıcak çatlama ve soğuma çekmesi gösterirler,Çinko diğer alaşım elementleriyle birlikte dayanımı çok arttırır , buna karşı dökülebilirliği düşürür. % 3 çinkodan daha az çinko içeren ikili alüminyum alaşımlarında belirgin bir etkisi görülmez.

DEMİR ( Fe )

Az oranlarda bazı alaşımların sertlik ve dayancını arttırır, dökümlerin sıcak çatlama eğilimlerini azaltır. Demir alüminyum alaşımlarında mümkün olduğunca kullanılmamasının nedeni meydana getirdiği gevrekliktir.

MAGNEZYUM ( Mg )

Katı çözelti sertleşmesi meydana getirir. % 6'dan fazla Mg içeren alaşımlarda çökelme sertleşmesi olur, dökümleri zordur. Mg2Si alaşımını oluşturup Al - Si alaşımlarının dayancını arttırır. Yüksek yenim direncine sahiptir.

MANGAN ( Mn )

Dökülebilirliği arttırmak için demir ile birlikte kullanılır. Metaller arası bileşiklerin özelliğini değiştirir, çekmeyi azaltır, alaşımların süneklik ve tokluk özelliklerini arttırır.

SİLİSYUM ( Si )

Akışkanlığı ve yenim direncini arttırır, sıcak çatlama eğilimini azaltır. % 13'den fazla silisyum içeren alaşımların işlenmesi çok zordur.

KROM ( Cr )

CrAl7 şeklinde metaller arası bileşik oluşturur. Tane küçültücü etkisi vardır, yenim direncini arttırır.

FOSFOR ( P )

Ötektik altı Al - Si alaşımlarında ötektik silisyum parçacıklarını irileştirir, ötektik üstü alaşımlarda ise küçültür.

TİTANYUM ( Ti )

Bor ile birlikte tane küçültücü etkisi vardır, dayanımı arttırır.

NİKEL ( Ni )

Yüksek sıcaklıklarda sürünme dayancını arttırır.

__________________

Kalpazan

ALAŞIM ELEMENTLERİNİN BAKIR ALAŞIMLARINA ETKİLERİ

Bakır gerek alaşımsız durumda, gerekse diğer elementler katılarak alaşımlı durumda yaygın olarak kullanılan bir mühendislik metalidir. Alaşımsız durumda mühendislik uygulamaları için çok üstün özelliklere sahiptir. Bunlardan bazıları; tüksek elektrik ve ısı iletkenliği, iyi yenim direnci, kolay işlenme, orta çekme dayanımı, lehimleme ve birleştirme özellikleridir. Yüksek dayanımdaki bir dizi pirinç ve tunç alaşımı birçok uygulamada kullanılmaktadır.

Bakır alaşımlarının sınıflandırılması ABD'deki Bakır Geliştirme Derneği tarafından belirlenen bir siteme göre işaretlenmiştir. Bu sistemde C1O1OO'dan C79900'a kadar olan işaretler işlem alaşımları, CSOOÜO'dan C99900'a kadar olan işaretler ise döküm alaşımlarını göstermektedir.

İŞLEM BAKIR ALAŞIMLARI

Alaşımlar


Temel Alaşım Elementleri

C1xxxx


Yüksek bakırlı alaşımlar ( en az % 99,3 )

C2xxxx


Çinko ( pirinçler )

C3xxxx


Çinko - Kurşun ( Kurşunlu pirinçleri )

C4xxxx


Çinko - Kalay ( Kalay pirinçleri )

C5xxxx


Kalay ( Kalay tunçları )

C6xxxx


Alüminyum - Silisyum - Çinko

C7xxxx


Nikel ve Nikel - Çinko

DÖKÜM BAKIR ALAŞIMLARI

C8xxxx - Döküm bakırlar, yüksek bakırlı döküm alaşımları, çeşitli türde döküm pirinçler, döküm mangan tuncu alaşımları ve döküm çinko - silisyum alaşımları.

C9xxxx - Döküm bakır - kalay alaşımları, bakır - kalay - kurşun alaşımları, bakır - kalay - nikel alaşımları, bakır - alüminyum - demir alaşımları, bakır - nikel - demir alaşımları ve bakır - nikel - çinko alaşımları.

Bakır Çinko Alaşımları (Pirinçler)

Bileşiminde %37 den az çinko bulunan pirinçler yalnız  fazından oluşmuştur. Bunlarapirinci denir. pirincinin en özelliği soğuk şekillendirilebilme kabiliyetinin iyi olmasıdır.  pirinci yapısında kurşun bulunmadığı sürece sıcak şekillendirilebilirler.

%37-47 arasında çinko içeren pirinçler  fazından oluşur. Bu pirinçlerin plastik şekil alabilme kabiliyetleri düşük, döküm ve talaşlı işlenebilme kabiliyetleri yüksektir. %47 ten fazla çinko içeren pirinçler ise  fazından oluşur. Bu pirinçlerin de döküm ve talaşlı işlenebilme kabiliyeti yüksektir.

 fazı 456-468 0C arasında 1 fazına dönüşür ve 1 fazı  fazından daha sert ve gevrektir.  pirinci oda sıcaklığında zorlukla ve ancak küçük oranlarda soğuk şekillendirilebilir. Yüksek sıcaklıklarda ise (~500 0C ın üzerindeki sıcaklıklarda) kolayca şekil verilebilir.  pirinçlerinde bakır oranı az olduğu için düşük korozyon mukavemetine sahiptirler. Bu pirinçler kurşun ve kalay gibi elementlerin taneler arası saldırısına açıktır.

Bakır çinko faz diyagramında artan çinko miktarı ile  fazından sonra ortaya çıkan fazların hiç biri plastik şekil vermeye uygun yapılar değillerdir.

Kalay Bronzları (Geleneksel Bronzlar)

Kalay bronzlarının en önemli özelliği yüksek mukavemet ve korozyon direncine sahip olmalarıdır. Yaklaşık %8 e kadar kalay içeren bronzlar  yapısındadırlar ve plastik şekil değiştirebilirler, soğuk işlenebilirler. %8-20 arasında kalay içeren bronzlar döküm ile şekillendirilmeye uygun malzemelerdir. Bronz içindeki kalay miktarı arttıkça dayanım da artar ve %20 kalay miktarına ulaşıldığında dayanım değeri maksimuma ulaşır. Kalay miktarının %20 yi aşması durumda ise yapı içerisinde oluşan intermetalik fazlara bağlı olarak dayanım değerleri düşer.

Alüminyum Bronzları

Bu bronzlar %3-13 arasında alüminyum içerirler. Yaklaşık %9 alüminyuma kadar plastik şekillendirilmeye uygundurlar. Alüminyum bronzları yüksek mukavemete, korozyon ve aşınma direncine sahiptir. Korozyon direncinin yüksek olması yüzeylerinde meydana gelen Al2O3 tabakasına bağlıdır. Alüminyum bronzları yüksek mukavemetli parçaların, dişlilerin, boruların yapımında ve deniz uygulamalarında kullanılabilir. Çinko ve nikel içeren alüminyum bronzları hafızalı metal olarak bilinir.

Berilyum Bronzları

%1-3 arasında berilyum içeren bronzlar bakır alaşımları içinde en yüksek mukavemete sahip ve en pahalı alaşımlarıdır. Çökelme sertleşmesi ile dayanım kazanırlar. Çekme dayanımı değeri 1380 MPa ve sertlik değeri 40 HRC ye kadar yükselebilir. Kıvılcım çıkarmayan bir alaşımdır, maden ocaklarında ki kazıcılarda kullanılırlar.

Silisyum Bronzları

Yüksek mukavemet ve ye korozyon direncine sahiptirler. Her türlü kaynağa uygundurlar. Isı değiştirici tüpler, basınçlı tüpler, boru, tank, perçin ve cıvata yapımında kullanılırlar.

Bakır Nikel Alaşımları (Kupronikeller)

Kupronikeller %3-30 arası nikel içeren bakır alaşımlarıdır. Her zaman  yapısındadırlar, plastik şekil verilmeleri kolaydır. %66 bakır, %30 nikel, %2 mangan, % 2 demir içeren kupronikeller korozyon ve erozyona dayanıklıdır, deniz suyu çarpan yerlerde kullanılır. %10-18 nikel, %10-30 çinko bulunduran kupronikeller ise kolay şekil alan gümüşe benzeyen bir yapı oluştururlar. Bu malzemeye nikel gümüşü veya alman gümüşü denir.

Arsenikli Bakır:

%0,5 arsenik 400 0C da çekme dayanımını yükseltmek için bakıra eklenir.

Gümüşlü Bakır:

%0,03 gümüş ilavesi lehim işleminde yumuşamayı önler, yeniden kristalleşme sıcaklığını yükseltir.

Kurşun, Tellüryum, Selenyum İçeren Bakır:

Bakırın talaşlı imalata uygun hale gelmesini sağlar. Vida, mil ve vidalı makara parçalarının imalatında kullanılır.

Berilyumlu Bakır:

Berilyum ilavesi bakırın ısıl işlem ile mukavemet kazanmasını sağlar.

KAYNAKLAR

1. Malzeme II dersi notları.
2. Staj notları.

3- Principles of Materials Science and Engineering

William F. Smith

4-Alüminyum ve Alaşımları - Prof. Dr. Adnan Tekin ( İTÜ )

5- Malzeme yapısı ve muayenesi dersi notları.

6- Korozyon ve korunma dersi notları.

7- Özel çelikler dersi notları.

13

__________________