BAKIR ve BAKIR ALAŞIMLARI

Transkript

BAKIR ve BAKIR ALAŞIMLARI
28.11.2008
Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN
EKER
28.11.2008
EKER
1
SAF BAKIR
•
•
•
•
•
•
Özgül ağırlık :8,92 g/cm-3
Ergime sıcaklığı:1083 °C
Isıl genleşme katsayısı:17,7.10-6 1/K-1
Isıl iletkenlik:0,91 cal/cm.s.grd
Elek. İletkenliği:40-59 m/Ωmm2
Elastik modülü:125000-128500 N/mm2
Haddeleme ve
tavlama
Çekilme
Döküm
Çekme
Mukavemeti
200-250
350-450
150-200
Akma dayanımı
40-80
250-350
Kopma uzaması
30-45
28.11.2008
6-2
15-27
EKER
SAF BAKIR
•
•
•
•
•
Bakır ve bronz insanların ilk kullandıkları metal malzemelerdir.
Bakırdan daha yüksek dayanımlı olan bronzun M.Ö. 2500 yıllarında
üretilmesiyle, günlük kullanım araçlarında metal malzemelerin üstün tokluk
özelliklerinden tam anlamıyla yararlanılmaya başlanmıştır.
Dolayısıyla Bronz Çağı insanlar için önemli bir aşamayı temsil eder. Tarihin
ilk zamanlarından orta çağa kadar, insanlar tarafından en fazla kullanılan
metal olan bakır, demir esaslı malzemelerin silah yapımında kullanılması ile
yerini ona bırakmıştır.
19. yüzyılın sonuna doğru elektrotekniğin gelişmesi, elektriği çok iyi ileten
saf bakıra duyulan gereksinmeyi giderek arttırmıştır.
Öte yandan bu tür bakır daha çok elektrolitik arıtma, yani elektrik enerjisi
yardımıyla elde edildiğinden, elektroteknik ve bakır üretimi birbirlerini
karşılıklı destekleyerek gelişmişlerdir.
28.11.2008
EKER
2
SAF BAKIR
• Endüstriyel bir malzeme olarak bakır, plastik şekil verme yeteneğinin
yüksekliği yanında elektrik ve ısıl iletkenliğinin yüksekliği ile daima
ön plandaki yerini korumuştur.
• Bu özelliklerinden kaynaklanarak bakır;
İşlenebilme yeteneğinden dolayı hediyelik eşya üretiminde
Elektrik iletkenliğinden dolayı kablo üretiminde
Isıl iletkenliğinden dolayı da ısıtma/soğutma sistemlerinde geniş
.
olarak kullanılmaktadır
28.11.2008
EKER
SAF BAKIR
• Bakır 300-70 0C arasında gevrekleşir (sıcak kırılganlık); sıcak şekil
verme işlemleri 700-900 0C arasında gerçekleştirilir.
• Soğuk deformasyon yeteneği herhangi bir ara tavlama işlemine
gerek bırakmayacak derecede yüksektir.
• Bu özellikleri ile saf bakır, teknik malzeme olarak, yüksek elektrik ve
ısıl iletkenlik gerektiren yerlerde öncelikle kullanılır.
• Diğer bilinen çok geniş kullanım yerleri, alaşımlandırma ile kazanılır
ve geliştirilen mukavemet özellikleri, korozyon dayanımları ve
işlenebilirlik özelliklerine (döküm kaynak plastik şekil verebilme,
özellikleri yanında talaş kaldırmaya, lehimleme, parlatma ve
galvanizasyona uygunluğu) bağlı olarak bu alanların daha da
geliştirilmesi beklenir.
28.11.2008
EKER
3
SAF BAKIR
• Bakır veya bakır alaşımları aşağıda sıralanan özelliklere sahiptir. Ve
bu özelliklere bağlı olarak ihtiyaç duyulan yerlerde kullanılmaktadır.
• Elektrik ve ısı iletkenliği (saf bakır)
• Korozyon direnci (nikelli alaşımlar)
• Görünüş, mimari (bronz, pirin. Vs.)
• Toksik olmaması (gıda, şeker sanayi)
• Yatak olmaya elverişlilik (kayma – sürtünme özelliği)(kalay, bronz
vs.)
• Daha birçok kullanım yerine uygun avantajlar sıralanabilir. Fakat
bakır metalurjisinin pahalı bir teknoloji olması ve dünyadaki zengin
bakır yataklarının artık iyice azalması, maliyet faktörlerinin etkinliğini
arttırmıştır. Fiyat – avantaj dengesi, bakır ve alaşımlarının
kullanımını sınırlamaktadır.
28.11.2008
EKER
SAF BAKIR
Bakır mikroorganizmaların büyümesini geciktirdiği için biraların
mayalanmasında kullanılmaktadır. Bu kaplar çoğu zaman bakır olarak
adlandırılmakla beraber zamanımızda çoğu ucuz olması sebebi ile paslanmaz
çelikten yapılmaktadır.
28.11.2008
EKER
4
BAKIR ÜRETİMİ
28.11.2008
EKER
28.11.2008
EKER
5
28.11.2008
EKER
SAF BAKIRA İLAVE EDİLEN ALAŞIM
ELEMENTLERİ
28.11.2008
EKER
6
SAF BAKIRA İLAVE EDİLEN ELEMENTLER
28.11.2008
EKER
BAKIRIN BAŞLICA KULLANIM ALANLARI
• Günümüzde bakır kullanımının % 75’i iletkenlik özelliğinden
faydalanmaktadır. Bakırın başlıca kullanım alanları aşağıdaki şekilde
özetlenebilir:
• Enerji kabloları, telekomünikasyon kabloları, tesisat kabloları olarak
enerji, haberleşme, inşaat, otomotiv, elektronik sektörlerinde, beyaz
eşya ve elektrikli ev aletleri üretiminde kullanılmaktadır.
28.11.2008
EKER
7
28.11.2008
EKER
• Emaye bobin teli olarak televizyon, radyo,video, müzik seti ve
benzeri elektronik cihazların, trafo, transformatör ve elektrik
motorlarının, büro ve hesap makinelerinin üretiminde
kullanılmaktadır.
• Elektrolitik bakır lama, yassı tel ve çubuk olarak ise çeşitli soğutucu,
ısıtıcı (şofben, termosifon, elektrikli radyatör, fırın gibi) üretiminde,
otomotiv sektöründe ve çeşitli araç-gereç sanayinde
kullanılmaktadır.
28.11.2008
EKER
8
BAKIRIN ÖN ALAŞIMLARI (KUPROALYAJLAR)
•
İçinde diğer elementlerle birlikte ağırlık itibariyle % 10'dan fazla
bakır bulunan ve işlenmeye elverişli olmayıp diğer alaşımların
hazırlanmasında katkı maddesi olarak veya demir dışı metallerin
metallurjisinde de-oksidan, de-sülfüran maddeleri olarak veya
benzeri amaçlarla kullanılan alaşımlardır.
28.11.2008
EKER
Çubuklar
•
Bunlar, enine kesitleri bütün uzunlukları boyunca daire, oval,
dikdörtgen (kare dahil) ikizkenar üçgen veya düzgün konveks
çokgen şeklinde ve aynı olan (karşılıklı iki kenarı konveks eğriler,
diğer iki kenarı düz, eşit uzunlukta ve paralel olan "yassılaştırılmış
daireler" ve "şekli değiştirilmiş dikdörtgenler" dahil) haddeleme,
ekstrüzyon, çekme veya dövme suretiyle elde edilmiş, rulo halinde
olmayan içi dolu ürünlerdir.
28.11.2008
EKER
9
• Enine kesiti kare, dikdörtgen, üçgen veya çokgen şeklinde olan
ürünlerin köşeleri bütün uzunlukları boyunca yuvarlatılmış olabilir.
• Enine kesiti dikdörtgen, üçgen veya çokgen şeklinde olan ("şekli
değiştirilmiş dikdörtgenler" dahil) ürünlerin kalınlığı, genişliğinin
onda birini geçer. Bu tanıma aynı boyut ve şekillerde olup, imalattan
sonra basit bir yüzey temizleme ve kenar düzeltme işleminden daha
ileri bir işleme tabi tutulmuş, döküm veya sinterleme ile imal edilmiş
ürünler de dahildir.
• Ancak bu işlem sonucunda elde edilen ürünler, diğer
pozisyonlara giren eşya veya ürün niteliğini kazanmamış olmalıdır.
28.11.2008
EKER
Profiller
•
•
Bunlar, çubuk, tel, sac, şerit, yaprak, ince ve kalın boru
tanımlarından herhangi birine uymayan, enine kesitleri bütün
uzunlukları boyunca aynı olan, haddeleme, ekstrüzyon, çekme,
dövme veya şekil verme suretiyle elde edilmiş rulo halinde veya
rulo halinde olmayan ürünlerdir.
Bu tanıma aynı şekillerde olup, imalattan sonra basit bir yüzey
temizleme veya kenar düzeltme işleminden daha ileri bir işleme
tabi tutulmuş döküm veya sinterleme ile imal edilmiş ürünler de
dahildir.
28.11.2008
EKER
10
Teller
•
Enine kesitleri bütün uzunlukları boyunca daire, oval, kare,
dikdörtgen, ikizkenar üçgen veya düzgün konveks çokgen
şeklinde ve aynı olan (karşılıklı iki kenarı konveks eğri,
diğer iki kenarı düz, eşit uzunlukta ve paralel olan
"yassılaştırılmış daireler" ve "şekli değiştirilmiş dikdörtgenler"
dahil) haddeleme, ektrüzyon veya çekme suretiyle elde edilmiş
rulo halinde içi dolu ürünlerdir.
Enine kesitleri; kare, dikdörtgen, üçgen veya çokgen şeklinde
olan ürünlerin köşeleri bütün uzunlukları boyunca
yuvarlatılmış olabilir. Enine kesitleri dikdörtgen şeklinde
("şekli değiştirilmiş dikdörtgenler" dahil) olan ürünlerin
kalınlığı, genişliğinin onda birini geçer.
•
28.11.2008
EKER
Levhalar, Saclar, Şeritler ve Yapraklar
•
Bunlar, enine kesitleri dikdörtgen (kare hariç), köşeleri
yuvarlatılmış olsun olmasın (karşılıklı iki kenarı konveks eğri ve
diğer iki kenarı düz, eşit uzunlukta ve paralel olan "şekli
değiştirilmiş dikdörtgenler" dahil), her yeri aynı kalınlıkta, rulo
halinde veya rulo halinde olmayan yassı ürünlerdir
28.11.2008
EKER
11
İnce ve Kalın Borular
•
•
•
Bunlar, bütün uzunlukları boyunca sadece bir adet kapalı boşluğu
olan, enine kesitleri, daire, oval, dikdörtgen (kare dahil), ikizkenar
üçgen, düzgün konveks çokgen şeklinde, et kalınlıkları aynı olan,
rulo halinde veya rulo halinde olmayan içi boş ürünlerdir.
Enine kesitleri, dikdörtgen (kare dahil), ikizkenar üçgen veya
düzgün konveks çokgen şeklinde olup, bütün uzunlukları boyunca
yuvarlatılmış köşeleri bulunabilen ürünler, iç ve dış enine kesitleri
birleşik merkezli, aynı şekil ve aynı kullanıma mahsus olmaları
şartıyla ince ve kalın boru sayılırlar.
Enine kesitleri yukarıda belirtilen şekillerde olan ince ve kalın
borular, parlatılmış, kaplanmış, diş açılmış, çekiçle dövülerek şekil
verilmiş, genişletilmiş, konik şekilde olabileceği gibi, flanş, bilezik
veya halka ile donatılmış olabilir.
28.11.2008
EKER
BAKIR ve ALAŞIMLARININ
STANDARTLARLA GÖSTERİLİŞİ
28.11.2008
EKER
12
BAKIR ve ALAŞIMLARININ STANDARTLARLA
GÖSTERİLİŞİ
28.11.2008
EKER
BAKIR ve ALAŞIMLARININ
STANDARTLARLA GÖSTERİLİŞİ
28.11.2008
EKER
13
BAKIR ALAŞIMLARI
•
Bakırın teknik beklentilere cevap verebilmesi, çoğu zaman sertlikmukavemet değerlerinin artırılmasına bağlıdır; bu sonuç alaşımlandırma ile
sağlanabilir. Bakırın elektrik ve ısıl iletkenliği gibi özellikleri, mukavemet
artırıcı elementlerin kullanılmasıyla, teknik beklentilerin altına düşerek
kaybolabilir.
•İletken malzeme olarak kullanımda bakırın teknik saflığının yüksek
olması gerekir (%Cu ≥99,90). Başka özelliklerin kazanımı için özellik
kombinasyonun gerektiği kullanım yerlerinde, (sertlik ve mukavemet
gibi) zorunlu görülen alaşımlandırmalarda, elektrik iletkenliği
malzemeyi katı eriyik iç yapısından kurtarmak sureti ile artırılabilir.
Sözgelimi yaşlandırılabilir bakır alaşımları, esasen yöntemin gereği
olarak, alaşım elementleri oranının düşük olması ve yapı içerisinde
çökeltilmesi dolayısı ile, beklenen özellikleri bünyesinde toplayan
optimum çözümlere ulaştırabilirler.
28.11.2008
EKER
BAKIR ALAŞIMLARI
•
•
Paramanyetiklik (manyetize edilemeyiş) ve korozyon dayanımlarının yüksek
oluşları ile genel Cu alaşımlarının “yaşlandırma”dan bağımsız karakteristikleridir.
Buna göre Cu alaşımları elektrik iletkenliği, paramanyetiklik ve/veya korozyon
dayanımının yanında –ve onlara ek olarak- mukavemet beklentilerinin de yüksek
olduğu teknik parçaların üretiminde öncelikli kullanım alanı bulurlar.
28.11.2008
EKER
14
BAKIR ALAŞIMLARI
•
•
•
•
Bakır alaşımlarını öncelikle alaşım elementlerine göre ayırmak yaygındır.
Mekanik ve teknolojik özelliklerini iyileştirmeye katkılarıyla kendilerini kabul ettirmiş
alaşım elementleri Zn, Sn, Al ve Ni’dir.
Özellikle bakırın çinko ile alaşımları özel işlem görür, teknolojik özelliklerinin
farklılığı ve kullanım alanlarının genişliği dikkat çekerler ve PİRİNÇLER diye ayrı bir
isim ile anılırlar.
Diğer temel elementlerle oluşturulan Cu alaşımına (%Cu 60) ise genel olarak
BRONZ adı verilir; temel alaşım elementinin zikredilmesi ile birbirinden ayırt edilir
(Al-Bronzu, Be- Bronzu, P-Bronzu gibi; herhangi bir bileşenin verilmemesi, alaşımın
Sn-Bronzu olduğunu gösterir).
28.11.2008
EKER
BAKIR ALAŞIMLARI
•
•
•
Doğurduğu temel özellik farklılıkları dikkate alınarak bakır alaşımları iç yapılarına
göre de, “tek fazlı veya homojen” ve “çift fazlı veya heterojen” alaşımlar olarak
ayırmak ta mantıklıdır.
Cu-Ni alaşımları tamamen tek fazlı iken, başta pirinçler (Cu-Zn) olmak üzere, Al-,
Sn-, bronzlarıda hem tek cins katı eriyiklerden oluşabilir, hem de oda sıcaklığında
çift faz yapısına sahip olabilirler. Her iki faz yapısınında özellikle tercih edildiği
kullanım alanları vardır.
Çoğu zaman bakır alaşımlarının gruplandırılması, malzeme seçimini de içine alan,
teknik parçadan beklenen özellik kombinasyonlarına göre yapılmış olur.
28.11.2008
EKER
15
BAKIR ALAŞIMLARI
Beklenen fonksiyon ve uygun özellikler, Cu alaşımlarının kullanım
alanlarını da tarif ederler.
•
Mukavemeti yüksek Cu alaşımları (yüksek oranda mekanik zorlanmalara maruz
aletler, makine ve konstrüksüyon parçaları (yaylar, membranlar, -zarlar-, dişli çarklar,
bağlantı elemanları, kıvılcım çıkarmaz el aletleri): CuSn-; CuAl-; CuBe; alaşımları
gibi).
•
Tribolojik özellikleri öne çıkan bakır alaşımları (kaymalı yataklar, sürtünme ve aşınma
plakaları, salyangozlar, bilezikler gibi sürtünme ve aşınmaya maruz makine
elemanları: CuSn-; CuAl-; CuSnPb- alaşımları gibi).
•
Korozyona dayanıklı ve işlenmesi kolay bakır alaşımları (gemi inşası ve çeşitli cihaz,
alet ve sistemlerin üretiminde gerekli iletim boruları, armatürler, soğutma ve ısı
değiştirme üniteleri: CuSn-; CuZn-; CuAl-; CuNi-; alaşımları gibi).
•
Kolay işlenebilir alaşımlar (optik, hassas mekanik, ölçme tekniği cihaz ve aletlerinin
üretiminde gereken çeşitli borular, halkalar, cıvatalar, kalıpta delme ve basma
parçaları: CuZn-; CuZnPb-; alaşımları gibi).
28.11.2008
EKER
28.11.2008
EKER
16
28.11.2008
EKER
BAKIR ALAŞIMLARININ ÜRETİMİ
28.11.2008
EKER
17
BAKIR ALAŞIMLARININ ÜRETİMİ
28.11.2008
EKER
28.11.2008
EKER
18
BAKIR – ÇİNKO ALAŞIMLARI
(PİRİNÇLER)
•
•
•
Bakır çinko ile her
oranda alaşım
yapabilmektedir. Fakat
%45 ‘in üzerinde çinko
içeren alaşımlar pirinç
olarak adlandırılır.
Çinko arttıkça
kırmızıdan sarıya doğru
renk değiştirir.
Cu-Zn diyagramına
bakıldığında bakırı
zengin saha içinde Cu –
Zn alaşımlarında a katı
çözeltisi vardır. α- katı
çözeltisi, çelikteki γ- katı
çözeltisine benzer
olarak kübik yüzey
merkezlidir.
28.11.2008
•Cu-Zn Denge Diyagramı
EKER
• Katı çözelti, bakır ve çinko atomlarının çapları birbirine yakın
olduğundan yer alan katı çözeltisi oluştururlar ve kafeste bakır
atomlarının yerini çinko atomları alabilir.
• Çinko atom çapı, bakıra göre daha büyük olduğundan, atomlar arası
mesafe artar ve kafes parametresinde kısmen büyüme gözlenir.
• Böylece meydana gelen gerilmeler, sertliği arttırır.
28.11.2008
EKER
19
28.11.2008
EKER
• Çinko miktarı %37’yi aşarsa her zaman α+β princi elde
edilir.
• İç yapıda kübik hacim merkezli (khm) β fazının varlığı
dayanım ve sertliği arttırırken sünekliğin de düşmesine
neden olur. Soğuk şekillendirme güçleşmesine karşın
talaşlı şekillendirme kolaylaşır.Kısa talaş verme özelliğini
daha da geliştirmek için prince %2 dolayında kurşun
ilave edilir.
• Talaşlı işlemeye elverişlilik bakımından sadece bazı
alüminyum alaşımları CuZn40Pb2’ den daha üstündür.
• İnce mekanik saat endüstrisi ve tornalama yoluyla seri
üretimde örn. Tükenmez kalem ucu yapımında öncelikle
kurşunlu piriçler seçilir.
28.11.2008
EKER
20
Özel Pirinçler
•
•
•
Korozyona dayanıklılığı ve diğer özellikleri Ni, Sn, Al, Si ve Mn alaşım
elementleri ile geliştirilmiş Cu-Zn alaşımlarıdır.
Çinkonun korozyona uğramasını yani çinkosuzlaşmayı (dezinfikasyon)
önleyebilmek için %0.020-0.035 arsenik katılmış CuZn20Al ve
CuZn28Sn1(gemici pirinci) alaşımları en başta gemi konderserlerinin
yapımında kullanılır.
Bileşimlerindeki %40-43 çinko ve olası kalay ve mangan katkıları nedeni ile
döküm alaşımlarına benzeyen lehim pirinçleri, bakır esaslı malzemelerin ve
çeliklerin sert lejimlenmesi için kullanılır. Lehimlenecek çelikte iç gerilmelerin
bulunması, ergimiş pirincin tane sınırları boyunca çelik iç yapısına
girmesiyle lehim kırılganlığı denen çatlamalar meydana gelir.
28.11.2008
EKER
28.11.2008
EKER
21
28.11.2008
EKER
28.11.2008
EKER
22
28.11.2008
EKER
Pirinçlerin Kullanım Alanları
28.11.2008
EKER
23
NİKEL GÜMÜŞÜ ( ALMAN GÜMÜŞÜ)
•
•
•
•
•
•
Bakır-Nikel-Çinko alaşımlarının genel adıdır.
CuNiZn alaşımları (%45-67 Cu; %4,5-45 Zn; % 10-26 Ni; % 0-2,5 Pb
içerirler.
Gümüş görünümünde, fakat gümüşe göre çok daha ucuz malzeme olarak,
optik ve saat sanayiinde ve müzik aletleri yapımında, tıbbi cihaz ve aletlerin
üretiminde, süs eşyaları, ev ve mutfak eşyaları üretiminde tercihen
kullanılırlar.
Nikelin etkisiyle gümüşe benzer bir renk alan bu malzemelerin kararmaya
dayanıklılığı prinçten daha iyidir. Kurşun katılmamış olanları zayıf akım röle
yayları, gümüş kaplı çatal-bıçak takımları yapımında kullanılır.
Kurşun katılmış olanları ise, optik aletler ve pergel yapımında kullanılır.
Priçler ve nikel gümüşü gerilme korozyonuna karşı düşük dirence
sahiptirler. Bulundukları ortamda örn. yanma gazlarından gelebilecek çok
az miktarda amonyak ve nem olması durumunda dış gerilmelerin belirli bir
düzeye erişmesi sonucunda pirinç ve nikel gümüşü çatlayarak hasara uğrar.
28.11.2008
EKER
BRONZLAR
Bronz terimi yalnız bakır ve kalay alaşımlarını tarif etmekle beraber;
çinko katkısı durumunda paris bronzu, alüminyum ve berilyum
katkılarıyla oluşan alaşımlara da alüminyum bronzu ve berilyum
bronzu ismi verilmektedir.
PARİS BRONZU
İçinde % 10 çinko bulunan bir bakır alaşımıdır.
28.11.2008
EKER
24
ALÜMİNYUM BRONZU
• Cu-Al alaşımları “ Alüminyum Bronzu” olarak bilinirler ve yaklaşık %
15 alüminyuma kadar değişik bileşimlerde olabilir.
• Dyagramdan da görüldüğü gibi, α- katı çözeltisinin çözünürlük sınırı,
1035 0C ‘de % 7.4 Al ve 565 0C ‘de % 9.4 Al ‘dir.
• 1035 0C ‘de % 9 Al (β) fazının hakim olduğu noktanın başlangıcı,
565 0C ve % 11.8 Al ise ötektoid dönüşüm noktasıdır.
28.11.2008
EKER
•Al-Cu Denge Diyagramı
28.11.2008
EKER
25
ALÜMİNYUM BRONZU
•
•
•
•
•
•
I.GRUP: % 4 – 9 Al içerir.
α - katı çözeltisinden oluşur.eriyiğinden oluşur.
Homojen yapıya sahiptirler.
Oldukça sünektirler.
Mukavemetlerini arttırmak için ısıl işlem uygulanmaz.
Nikel, demir ve / veya Fe – Mn ilave edilir.
II. Gruba göre korozyon dirençleri de fazladır.
II.GRUP: % 9 – 14 Al içerir. ( α+β ) fazındadır. İlk olarak β
oluşur.
28.11.2008
EKER
ALÜMİNYUM BROZLARININ ÖZELLİKLERİ
•
•
•
•
•
•
•
•
Alüminyum bronzları yüksek ergime sıcaklığına sahiptir(yaklaşık 1038 0 C)
Dar katılaşma aralığı vardır (likidus – solidus arası yaklaşık 110 0C)
Sıcaklığın artması ile α ve α +β fazlarının çözünürlük sınırları değişir.
565 0C ve % 11.8 alüminyumda meydana gelen ötektoid dönüşüm, ısıl
işlemle sertleştirilebilme karakteristiğini vurgular.
Alüminyum brozları dayanımları yüksek, deniz suyu, sülfirik asit ve tuz
çözeltilerine karşı korozyon direnci yüksek alaşımlardır.
Alüminyum brozları dövme ve dökme alüminyum brozları olarak 2 grupta
incelenebilir.
Demir, nikel veya mangan katkılı olabilen türlerinden ötektoid dönüşüm
gösterenler su verilerek sertleştirilebilirler.
Demir alaşımlarından yapıldıkları zaman, işletme sırasında kuvvetli
sürtünme ve adezyondan dolayı yüzey hasarına yol açabilecek kılavuz
makarası, kızak ve takımlar için en uygun malzemedir.
28.11.2008
EKER
26
ALÜMİNYUM BRONZLARINA ALAŞIM
ELEMENTLERİNİN ETKİSİ
• Kurşun: Tornada mükemmel işlenebilme ve yatak olarak kayma
özelliği verir. Bu nedenle dişli çarkları, volanların ve benzer
parçaların dökümünde kurşun ilave edilir. Mikroyapı içinde ayrı
fazda ve yumuşaktır.
• Demir :Tane küçültücü olarak kullanılır ve bu da çekme
mukavemetini arttırır. Genelde demir sert noktalara ve demir
segregasyonuna neden olduğu için, belli oranı geçmesi istenmez.
• Nikel: % 5 ‘e kadar kullanılır ve çekme mukavemetiyle sünekliği
arttırır. Döküm alaşımlarına az miktarda ilaveler mekanik özellikleri
iyileştirir.
• Silisyum: Mükemmel akıcılık ve dökülebilirlik özelliği kazandırıyor.
• Dikkat edilmesi gereken nokta oksit filmi oluşturmasıdır.
Alüminyum bronzları, kimya, kağıt, tekstil ve gemi sanayinde
korozyona dayanıklı alaşım olarak kullanılır.
28.11.2008
EKER
BAKIR – KALAY ALAŞIMLARI
•
•
•
•
•
•
•
Cu-Sn alaşımları olan kalay brozları, çoğu kez fosforla oksit giderme işlemi
gördüklerinden fosfor bronzları olarak da isimlendirilir.
Denge diyagramından da görüldüğü gibi kalayın çözünürlük sınırı 20 0C‘ de % 1’den
az iken, sıcaklığın artışı ile hızla artarak ötektoid yatayında % 15.8 kalay olur.
Prinçlere göre dayanım, korozyon direnci, aşınma ve kaymalı yatak özellikleri
bakımından genellikle üstün olmalarına karşın pahalıdırlar.
Yaklaşık %1.5 Sn içeren brozlar soğuk çekilmiş tel halinde telefon hava hatlarında
kullanılır. Ancak bu iletkenlerin bileşiminde fosfor bulunmamalıdır.
Standart dökme kalay brozları 513’e kadar kalay içerirler. G-CuSn12 veya GCuSn12Ni alaşımlarında, aşınma ve korozyon dayanıklılığı fazla olması gereken
yüksek hızlı sonsuz vida dişlisi, pompa çarkı vb. Gibi makina parçaları dökülür.
%20 kalay içeren dökme kalay bronzu ise aşırı gevrekliği nedeni ile sadece çan
üretimi için uygundur.
Bileşimlerinde alaşım elementi olarak çinko ve gerektiğinde kurşun da bulunan çok
bileşenli kalay brozları kızıl döküm olarak adlandırılırlar. Örn. G-CuSn10Zn ve GCuSn7ZnPb alaşımları düşük hızlı sonsuz vida dişlisi, kaymalı yatak burcu gibi
yerlerde kullanılır.
28.11.2008
EKER
27
Cu-Sn Denge Diyagramı
28.11.2008
EKER
BAKIR – KALAY ALAŞIMLARINA DİĞER
ELEMENTLERİN ETKİLERİ
•
•
•
•
•
Kurşun: Yapıda çözünmeyen yığıntılar (segregasyon) şeklinde bulunur.
Tornada iyi işlenebilme, yatak malzemesi ve basınca dayanıklılık özelliği
kazandırır.
Demir: Max % 0.2 oranında bulunur. Çekme mukavemetini ve sertliği
arttırır. Fakat sünekliği düşer.
Çinko: Sertleşme özelliği verir.akışkanlığı mükemmel derecede arttırır.
Deoksidasyon özelliği vardır.
Fosfor: Deoksidasyon amacıyla kullanılır. Alaşımı daha sert ve kırılgan
yapar.
Nikel: sertliği ve mukavemeti arttırır. Max .% 6’ya kadar kullanılır. Yüksek
sıcaklıkta bir katı metal ağı oluşturarak donma noktasını, porozite miktarını
düşürür. Basınç altında kullanılan malzemelerde sızmayı azaltarak
dayanıklılığı arttırır. Kurşun segregasyonunu önler.
28.11.2008
EKER
28
BAKIR – NİKEL ALAŞIMLARI
•
•
•
•
•
Bakır ve nikel ataomları kübik yüzey merkezli olduğundan katı ve sıvı halde
her oranda birbirleri içinde sürekli çözünerek sürekli katı çözelti
oluştururlar.
Bakır nikel alaşımları geniş bir aralıkta (%4-45) Ni-içerebilirler. % 0.5 – 1
demir ilavesi korozyon direncini azaltır
Yüksek sıcaklıklarda mukavemet özellikleri ve korozyon dirençleri çok
iyidir.
Özellikle –yüksek hız ve sıcaklık aralıklarını da kapsayacak şekilde- her
türlü su –temiz su, akar su, deniz suyu, endüstriyel atık sular) işleyen veya
veya yönlendiren sistemlerde öncelikli kullanılır (yapıya bir miktar Mn (≤
%3,5) ve Fe (≤% 1,5) katmak sureti ile korozyon ve erozyon davranışları
iyileştirilebilir (CuNi 10 Fe; CuNi 30 Fe gibi) kimyasallara dayanım artar:
Ayrıca, buhar kazanları tesisatlarında, kimyasal tesislerde, gemi
kondenser boru malzemelerinde ve deniz suyundan tatlı su üretim üniteleri,
vb yerlerde öncelikle kullanılır
28.11.2008
EKER
Cu-Ni ALAŞIMLARI
•
•
•
•
% 25 ‘ten fazla nikel içeren (CuNi25) alaşımlar madeni para (sikke)
üretiminde kullanılır.
Yüksek nikelli alaşımlara Mn ilavesiyle elektrik direnç malzemesi teller
üretilir. Çok az Si deoksidasyon amacıyla kullanılır.
Bu alaşımlar özellikle 0 0C ‘nin altında yüksek mukavemetlidir.
Sıcaklık ölçümünde termoelement malzemesi olarak CuNi 44 (konstantan)
çifti, elektrik direncinin sıcaklıktan bağımsız sayılabilmesi ile, hassas direnç
malzemesi olarak yaygın kullanım alanı bulmaktadır. Söz gelimi sıcaklığa
bağlı “direnç değişimi” bilinen başka bir malzemenin davranışı
karşılaştırılarak ortam sıcaklığı ölçülebilir. Bakır ve demire karşı ısıl
potansiyel farkı (mV) masimuma ulaşan Cu/Ni alaşımının, Cu/Ni 44
olmasından yararlanılır.
28.11.2008
EKER
29
KURŞUN BRONZU
•
•
•
•
•
•
•
Cu-Pb alaşımlarıdır.
Kurşun bronzları, genellikle döküm alaşımları olarak kullanılırlar.
Esas alaşım elementi Pb yanında (≤ %30), kurşun kalay bronzu adıyla %11
mertebelerine kadar Sn içerebilirler.
Teknik beklentilere göre mekanik beklentileri iyileştirmek üzere9 ayrıca, Ni (≤ %2,5)
ve Zn (≤ %3) katkılı olabilirler; boru bağlantı parçaları (fittingler) olarak iyi elektrik
iletkenliğinden yararlanacak yerlerde (cihaz yapımında kullanılırlar.
Tribolojik özelliklerinin uygunluğu bir çok hallerde yatak malzemesi olarak kullanıma
uygun düşerler. (Rm ≈ 200 – 240 N/mm2 ve sertlik 30-90 HB).
Korozyon dayanımları (Alüminyum bronzları gibi özellikle sülfürik asitlere karşı)
yüksektir.
Kaymalı yatak dökümünde kullanılırlar.
28.11.2008
EKER
BERİLYUM BROZU
• Cu-Be Alaşımları dır.
• Cu-Be alaşımları soğuk deformasyon yeteneği yüksek (dövülebilir),
çökelme sertleştirmesi ile de yüksek sertlik ve mukavemet
değerlerine sahip olabilen bronzlardandır (Tç≈1250 N/mm2) .
• A-Cu bölgesinde berilyumun erime oranı en fazla %2,7
değerindedir ve erime yeteneği sıcaklıkla düşer.
• Yaşlandırma sertleşmesinin yeri Cu-Be alaşımlarında çok büyüktür.
Yaşlanma sertleştirmesi ile iyileştirme aralığı Tç = 500-1300 N/mm2
aralığına çıkarılabilir. Yaşlandırmadan önce uygulanacak olan soğuk
deformasyon ile sertlik ve mukavemet artışı daha da büyüyecektir.
28.11.2008
EKER
30
Cu-Be Faz Diyagramı
28.11.2008
EKER
BERİLYUM BROZU
Bazı Cu alaşımları için yaşlandırma sıcaklığı ve yaşlandırma süreleri
Malzeme
Katı Eriyiğe alma
Yaşlandırma
Sıcaklık (°C)
Soğutma
Sıcaklık (°C)
Süre
Soğutma
Cu Be 1,7
750-800
suda
315
3
havada
Cu Be 2
770-810
suda
315
3
havada
Cu Co 2 Be
Cu Ni 2 Be
910-950
suda
480
3
havada
950-1000
suda
450
4
havada
750-850
suda
400-500
1-5
havada
Cu Cr Zr Cu Zr
Cu Ni 1,5 Si
Cu Ni 2 Si
Cu Ni 3 Si
28.11.2008
EKER
31
BERİLYUM BRONZU
Bakır-Berilyum Bronzlarının Genel Kullanım Alanları
• Berilyumlu bakır alaşımları denizaltı telefonlarından, uçakların iniş
takımlarının dişlilerinde, plastik parçalar basan enjeksiyon
kalıplarına kadar geniş kullanım alanı vardır.
• Projeksiyon ve yakma alın kaynağı, paslanmaz çeliklerin punto
kaynağı için elektrotlar, pistonlar, nozüller, plastik kalıplarda hızlı
soğuması gereken yerlerde geçme olarak veya kalıbın tümü, kontak,
zemberek, yaprak, bağlama, spiral yayları, çeşitli diyaframlar, takı
kilitleri ve vidaları
28.11.2008
EKER
BERİLYUM BROZU
• Çeliklerle mukayese edilecek mukavemet değerlerine ulaşan CuBe alaşımları, daha önce belirtilen bakır alaşımlarının genel
üstünlük ve farklılıklarını (korozyon dayanımı, manyetikleşmeme,
yüksek elektrik ve ısıl iletkenlik v.b) kıvılcım çıkarmam özelliği ile
birleştirerek kendilerine özel kullanım alanı oluştururlar.
• Her türlü elektrik ileten veya korozyona maruz zarlar
(membranlar) ve yaylar, redüktör parçaları, pimler ve cıvatalar,
direnç kaynağı elektrotları v.b. Yanında darbeli çalışma
gerektiren veya kıvılcımla yangın veya patlama tehlikesi olacak
yerlerde kullanılacak, yüksek mukavemette ve sertlikte, özellikle
kıvılcım çıkarmayan çekiç, keski v.b.
• Aletlerin imalinde kullanılan özel alaşım grubunu oluştururlar. CuBe alaşımları çeşitli bant, profil ve tel gibi yarı mamüller halinde
de kullanıma hazır üretilirler (CuBe2 veya CuBe2Pb gibi). Pahalı
olmaları kullanımlarını yaygınlaştırmaz, özel durumlara indirger.
28.11.2008
EKER
32
SİLİSYUM BRONZU
• Silisyum bronzu, bakıra mekanik özelliklerin geliştirilmesi için % 1-3
Si ilavesi ile gerçekleştirilen bir alaşımdır.
• Bu alaşımların tane sınırlarında birikintileri düşük ergime
derecelerine sahiptirler (700º C - 825º C).
• Bundan dolayı bu sıcaklık değerleri arasında ve gerilim altında
ancak mikroskop ile görülebilen tane sınırlarında mikro çatlaklar
meydana gelmesine sebep olurlar.
• Kimyasal cihaz parçaları yapımında kullanılırlar.
28.11.2008
EKER
MANGAN BRONZU
• Mangan bronzları, deniz suyu korozyonuna dayanıklıdırlar. Gemi
pervaneleri yapımında kullanılaırlar.
• Titreşim sönümleme özelliğine sahiptirler.
28.11.2008
EKER
33
ÖZEL SERT BAKIR ALAŞIMLARI
Bakır krom alaşımları (Cu Cr)
Bakır krom zirkonyum alaşımları (CuCrZr)
Bakır berilyum alaşımları (CuBe)
Bakır nikel silisyum alaşımları (CuNiSi)
Bakır alüminyum demir alaşımları (CuAlFe)
Bakır alüminyum demir manganez alaşımları (CuAlFeMn)
Bakır alüminyum demir nikel manganez alaşımları (CuAlFeNiMn)
Bakır tungsten alaşımları (CuW)
28.11.2008
EKER
DÖKÜME UYGUN BAKIR ALAŞIMLARININ
AVANTAJLARI
•
•
•
Döküm bakır alaşımları çok kullanımlı alaşımlardır.
Diğer metallerin aksine kullanıcılara sayısız avantajlar sağlar. Döküm
alaşımları kolayca dökülür, islenir, lehimlenir, kaplanır ve değişik değerlerde
fiziksel ve mekaniksel özellikler elde edilir.
Döküm bakır alaşımlarının ortak fiziksel ve mekaniksel özellikleri aşağıda
verilmiştir.
• En iyi korozyon dayanımı
• Uygun mekanik özellikler
• Yüksek ısı ve elektrik iletkenliği
• Deniz organizmalarını önleme direnci
• Düşük sürtünme ve aşınma oranları
• İyi dökülebilirlik
• İyi islenebilirlik
• Döküm sonrası isleme kolaylığı
• Geniş alaşım seçeneği
28.11.2008
EKER
34
BAKIR ALAŞIMLARININ ISIL
İŞLEMLERİ
•
•
•
Endüstriyel bir malzeme olarak bakır, işlenebilirlik özelliklerinin yanında elektrik ve
ısıl iletkenliğinin yüksekliği ile daima ön plandadır.
Ancak bu iyi özellikleri çoğu zaman korozyon, aşınma dayanımı veya mukavemet
artırıcı alaşım elementlerinin kullanılmasıyla, teknik beklentilerin altına düşerek
kaybolabilirler.
Bu bakımdan Cu alaşımlarının ısıl işlemleri (hızlı soğutma, su verme-sertleştirmesi,
ıslah etme, genellikle ve esas olarak ta yaşlandırma) teknik kullanıma uygun özellik
kombinasyonlarının eldesi için, (özellikle yaşlandırma) öngörülen vazgeçilmez
işlemlerdendir.
28.11.2008
EKER
YAŞLANDIRILABİLİR BAKIR ALAŞIMLARI
•
Yöntemin gereği olarak alaşım elementleri oranının zaten düşük olmasına ek olarak
faz çökeltilmesi dolayısı ile diğer Cu alaşımlarına göre aşağıda sıralanan genel
özellikleri nedeni ile teknolojik kullanımda tercih edilirler;
• Yüksek elektrik ve ısıl iletkenliklerinde, katı eriyik halindeki alaşım
elementlerinden doğan kayıpların çok daha az oluşu.
• Yüksek mukavemet
• Isıya dayanıklılık (daha yüksek sıcaklıkta, nisbeten daha uzun sürelerde
mukavemetini koruyabilmesi)
• Yüksek aşınma dayanımı (çökeltilen sert intermetalik fazları varlığı ile)
• Deformasyon yeteneğinin iyi oluşu (yaşlandırmadan önce)
28.11.2008
EKER
35
YAŞLANDIRILABİLİR BAKIR ALAŞIMLARI
•
•
•
Cu alaşımlarında yaşlandırma işlemi her zaman intermetalik fazların eldesine
dayanmaz. Genel olarak Cu-Cr alaşımları her ne kadar yaşlandırılabilirse de Cu-Cr
ikilisi intermetalik faz içermediği için ulaşılabilecek mukavemet artışı çok sınırlıdır.
Sertlik artışı Cr esaslı partiküllerin çökelmesi ile sağlanır:
G-Cu-Cr: elektrik iletkenliği (m/Ω mm2) ta≥ 250 N/mm2;
tç ≥ 350 N/mm2; A5 = 10 (%) ; Sertlik (HB) ≥ 100.
28.11.2008
EKER
YAŞLANDIRILABİLİR BAKIR
ALAŞIMLARI
•
•
•
Paramanyetiklik (manyetize edilemeyiş) ve korozyon dayanımları ise genel Cu
alaşımlarının yaşlandırma işleminden bağımsız karakteristikleridir. Buna göre
yaşlandırılabilir Cu alaşımları elektrik iletkenliği, paramanyetiklik ve/veya korozyon
dayanımın yanında, -ve onlara ek olarak- mukavemet beklentilerinin de yüksek
olduğu teknik parçaların üretiminde öncelikli olarak kullanım alanı bulurlar.
Her türlü elektrik ileten veya korozyona maruz zarlar (membranlar) ve yaylar,
redüktör parçaları, pimler ve cıvatalar, direnç kaynağı elektrotları v.b. Yanında
darbeli çalışma gerektiren veya kıvılcımla yangın veya patlama tehlikesi olacak
yerlerde kullanılacak, yüksek mukavemette ve sertlikte, özellikle kıvılcım
çıkarmayan çekiç, keski v.b.
Aletlerin imalinde kullanılan özel alaşım grubunu oluştururlar.
28.11.2008
EKER
36
SERT BAKIR ALAŞIMLARININ KULLANIM
ALANLARI
• Otomotiv Sanayiinde: Özellikle punto kaynak elektrotlarında,
kollarında ve disklerinde tüketim miktarları yüksektir. Bu sektörde
diğer kullanım alanları arasında elektrot tutucuları, TIG kaynağı
uçları vs. sayılabilir.
• Beyaz Esya Sanayiinde: Yine otomotiv sektörü gibi gelisen bir
sektör olan beyaz esya imalatında da yoğun sert bakır alasımları
tüketimi vardır. Örneğin çamasır makinesi ve buzdolabındaki
sacların punta kaynağı ile birlestirilmesi, set üstü ocakların imalatı,
fırın imalatı vs. tümünde sert bakır alasımlarından yapılan
elektrotlara ihtiyaç vardır.
28.11.2008
EKER
SERT BAKIR ALAŞIMLARININ KULLANIM
ALANLARI
• İnsaat Sektoru: Bu sektöre hitap eden mallar üreten fabrikalarda sert
bakır alasımlarına olan talep giderek artmaktadır. Örneğin, panel
radyatör imalatı, su saatleri imalatı, batarya ve musluk imalatı, çelik
hasır ve filigran imalatı vs.
• Kalıpcılık Sektorunde: Dalma erozyon elektrotları (EDM yöntemiyle)
yapımında,plastik enjeksiyon kalıplarında hızlı soğuması gereken
kalıplarında hızlı soğuması gereken kalıplarda tamamen veya
geçme olarak, sisirme kalıplarında, derin sıvama,paslanmaz çelik
sac ve kalaylı sacların sıvamasında kullanılır.
• Bu malzemelerin kalıplarda kullanılması üretim miktarlarını
muazzam ölçüde arttırmaktadır.
28.11.2008
EKER
37
• Kaynak
• Hakan Koçak,‘’Bakır Alaşımları El Kitabı’’,
• Ahmet Aaran-Şefik Güleç’’ Malzeme Bilgisi’’
• Prof.Dr.Bülent Eker ders notları
28.11.2008
EKER
38

BAKIR ve BAKIR ALAŞIMLARI

Transkript

Benzer belgeler

Çıplak Bakır ve Alüminyum Karşılaştırma Tablosu

Suat Bakır, TD-IHK Genel Sekreteri oldu

1. DUYURU

bakır ve alaşımları

İndir - Er

LME Bakır Bülteni