Cevap Yaz Yazdır
Gösterim: 91.868|Cevap: 3|Güncelleme: 9 Temmuz 2016

Alaşım Nedir? Alaşımlar Hakkında

5 Haziran 2009 12:23   |   Mesaj #1   |   
ThinkerBeLL - avatarı
VIP VIP Üye

ALAŞIM

Ad:  alaşim7.jpg
Gösterim: 57
Boyut:  35.6 KB

a. Bir metale bir ya da birçok bıı alaşımın katılaşması element (metal ya da ametal) katılarak el sırasında elde edilen yapılar de edilen metalürji ürünü; bu işlem metalin bazı özelliklerini değiştirmeyi, hatta ona yeni özellikler kazandırmayı amaçlar. (Bk.ansikl. böl. Metalurj.)

Sponsorlu Bağlantılar
—Polim. Polimerler karışımı. (Bk. ansikl, böl.)

—ANSİKL. Metalurj. Alaşımın fiziksel, mekanik ve kimyasal (aşınmaya dayanım) özelliklerini iyileştirmek için, taşıdığı elementlerin sayısı, yapısı ve oranı değiştirilir ya da kendisi çeşitli ısıl işlemlerden geçirilir. Ne var ki, bileşenlerin, yapıları ile miktarları arasındaki bağıntılar ve alaşımların özelliklerine etkileri karmaşıktır. Örneğin iki ya da birçok elementin ayrı ayrı etkisi birbirine eklenemez.

Mendeleyev sınıflandırma çizelgesinde yer alan hemen bütün elementler alaşımların bileşimine girer. Dolayısıyla kuramsal olarak şu sonuca ulaşılır: iki bileşenli yaklaşık 5 000 (ikili alaşımlar) ve üç bileşenli 100 000’in üstünde alaşım (üçlü alaşımlar) vardır.

Bununla birlikte bir alaşımda, % pil ya da °/o 0,01 'den yüksek oranda yer alan temel bileşenler ile birkaç p.p.m.’lik (milyonda bir) yan bileşenleri birbirinden ayırmak gerekir. Ayrıca yan bileşenlerin görevi ihmal edilemeyecek kadar önemlidir: örneğin yaklaşık 200 p.p.m.oranında itriyum katkısı, demir, nikel, krom ve alüminyumdan oluşan ateşe dayanıklı kimi alaşımlarda koruyucu oksit katmanlarının yapışma özelliğini önemli ölçüde artırır.

Alaşımların hazırlanması.
Alaşımların çoğunu eritme yöntemiyle hazırlama olanağı vardır. Bur unla birlikte alaşımın bileşenlerini hazma teknikleri,yapılarına, oranlarına, fiziksel (erime sıcaklığı) ya da kimyasal özelliklerine (yükseltgenebilirlik) göre farklılaşabilir. Aynı sıcaklıkta eritilmiş iki ya da daha çok metr.t ya da ametalin karıştırılması çoğunlukla yüzlerce derecelik sıcaklık artışına yol açar. Dolayısıyla olay sanıldığı gibi olağan bir karışım tepkimesi değ;t aksine ien<mi güç kimyasal tepkimeler zinciridir Kaldı ki erime sırasında biieşenienn eritme potalarının astarı, fırın tabanı ya da çevıe ortamla tepkimeye girmesi yüzünden alaşımın anma bileşimi değişebilir; üstelik ur cu elementlerin (çinko, magnezyumu bileşim içindeki oranı her an farklılaşabilir. Bu nedenle alaşım hazırlanırken uygu'anan metalurjik işlemler sırasında bileşenlerin çevrel ortama karşı korunması zorunludur. Bu amaçla çeşitli teknikler kullanılır: en önemlisi boşlukta (vakumda) gaz ya da sıvı akışı altında eritme ve dökümdür.

Öte yandan alaşımın anma Dİleşimi sık sık denetlenir. Oranlar çoğunlukla eritme fırınında element katılaıak ayarlanır ve hızlı tayfçekim çözümlemelerine başvurulur.
Alaşım, metalden yapıımış külçe kalıplarına dökülür, kalıplar ateşe dayanıklı bir bileşikle (silis, alüıı.in) kaplı ya da çıplak olabilir. Elde edilen külçelerin ağırlığı 5 kg’ia (laboratuvar deneyleri için) 70 t (demir-çelik fabrikaları için) arasında değişir.

Az çok homojen bileşimde bir sıvı alaşımın katılaşması, önemli yapısal ayrılıklar doğurur. Öncelikle sıvı halden katı hale dönüşümden kaynaklanan hacim büzülmesi, boşluk oluşumuna yol açar; bu kusuru gidermek için ya külçeyi yeniden ısıtma yoluna gidilir ya da "sürekli döküm"e başvurulur. Ayrıca, külçenin bir kesiminden öbürüne katılaşma sıcaklığı değiştiğinden çok farklı kristalleşme bölgeleri ortaya çıkar Kalıp çeperlerine yakın bölgede (külçe kabuğu) kristaller küçük ve küre biçimindedir; oysa külçenin ana kütlesi, merkez bölgesi dışında uzun ve ince kristallerden oluşur; merkez bölgesindeyse kristaller yeniden küre biçimi alır, ama boyları daha büyüktür. Ayrıca katışkılar ile gazlar bu bölgede toplanır. Ortaya çıkan ham ürünlerden yarımamul ya da mamul ürünler elde etmek için dövme ve haddeleme işlemleri uygulamak gerekir.

Bazı alaşımlar, kalıbı doldurma özellikleri nedeniyle doğrudan doğruyaişlenebilir: dökümcülükte kullanılan alaşımlar bu türe girer. Döküm işlemi ya kum kalıpla (kumla kalıplama) ya da dökmek istenen parça biçiminde hazırlanmış metal kalıpla (kokil kalıpla döküm) gerçekleştirilir. Ayrıca karmaşık parçaları yapmak için basınçla kalıplama yöntemine başvurulur; bu yöntemde sıvı ya da kıvamlı metal, kalıba basınçla püskürtülür: örneğin demir, nikel Ve krom alaşımlarından yapılan dış protez armatürleri bu teknikle elde edilir; bilindiği gibi değerli ya da yarıdeğerli metallerin çok pahalı olması yüzünden dişçilikte bu alaşımları kullanma eğilimi vardır.
Öte yandan bütünüyle farklı bir ilkeye dayanan başka bir yöntem geliştirildi: bu yöntemde preslenerek tıkızlaştırılmış metal tozları, katı ya da kısmen sıvı fazda sinteriendi. Böylece 1922’den sonra tungsten karbürlü "sinterlenmiş sert îlaŞımjar" elde edildi. Bu alaşımlarda Ipngsten karbürle ateşe dayanıklı başka karbürler birleştirildi (titan, molibden, tantal karbürleri) ve bağlayıcı oiarak çoğunlukla °/o.5 ile 10 oranında kobalt kullanıldı. Sözkonusu alaşımların Vickers sertliği 1 600 dolayındadır (yumuşak çeliğin Vickers sertliği 100'dür). Bu nedenle kesme çakılarının yapımında bu alaşımlar kullanılır ve çakıların yararlı ucuna (ağız) ince levhalar biçiminde takılır; kullanım soteleriyse aynı koşullarda hız çeliklerine oranla on kat uzundur. Öte yandan aynı alaşımlar maden ocağı takımlarının, tel çekme haddelerinin, metal tozlarını presleme kalıplarının, kumlama makinelerinde memelerin yapımında büyük ölçüde kullanılır.

Elmaslı alaşımlarsa, elmas tozuyla metal tozu,karıştırılarak toz metalürjisi yöntemleriyle hazırlanır; metai tozları bu alaşımın ya da sözde alaşımın iskeletini oluşturur. Bu tür alaşımlar alet (taşlama taşı, matkap) yapımında kullanılır; bu nedenle temel bileşimlerinde demir-nikel-krom, tungsten-bakır-nikel, özellikle tungsten karbür, titan karbür ve kobalt yer alır. Sözkonusu ürünlerden yapılmış aletlerle çok sert ve yıpratıcı gereçler işlenir (cam, porselen, değerli taşlar, su verme ve nitrürlemeyle sertleştirilmiş yüzeyler).

Alaşımların özellikleri.


Alaşımların özellikleri, sanıldığı gibi, bileşenlerin özelliklerinin ortalaması değildir. Örneğin bir alaşımın erime noktası, onu oluşturan arı metallerin erime noktalarından düşüktür. Buna karşılık temel birleşenlere oranla daha sert, dövülgenlikleri ve sineklikleriyse daha zayıftır. Ayrıca alaşımlar genellikle bileşenlerinden daha kötü iletkendir. Nitekim direnç üretiminde özgül dirençleri ‘arı metallerden daha yüksek,ama sıcaklık değişimlerine daha az duyarlı alaşımlar kullanılır. Ne var ki bu özellikleri genelleştirmede acele etmemek gerekir; çünkü gerçekleştirilen yeni alaşımlar (Invar, Constantan) sözü geçen gözlemlerin her zaman geçerli olmadığını kanıtlamıştır. Alaşımların temel yararı arı metallerden farklı fiziksel (özgül kütle, ısıl ve elektrik iletkenlik, manyetik özellikler, renk), mekanik (çekmeye, sertliğe, akmaya ve rezilyansa dayanım) ya da kimyasal (aşınmaya direnç) özellikler göstermesidir. Kullanım özellikleriyse çok sayıda etkene bağlıdır.
Önemli olan her şeyden önce alaşımın anma bileşimidir; bir fazlar diyagramıyla bu bileşikte yer alan bileşenlerin yapısı, kimyasal bileşimleri ve oranlan her fazda tanımlanır; tanımlamada ayrıca alaşımın hazırlanışı sırasında termodinamik dengeye uyma koşulu aranır. Öte yandan katı çözeltiler, ara fazlar ya da tanımlı bileşikler farklı katı fazları oluşturur.

Nihayet alaşımın mikrografik yapısı gündeme gelir; bu yapı-ısıl, mekanik ya da ısıl-mekanik işlemlerle her an değiştirilebilir. Genellikle fiziksel, kimyasal ve mekanik dönüşümler hızla gelişirken, yapısal dönüşümler çok daha yavaş gerçekleşir ve katı halde yayınım mekanizmalarına bağlıdır.

Alaşım elementlerinin çeliğin özellikleri üstündeki etkisi
Ad:  alaşım1.JPG
Gösterim: 65
Boyut:  101.3 KB
Ad:  alaşım2.JPG
Gösterim: 65
Boyut:  103.7 KB
Ad:  alaşım3.JPG
Gösterim: 64
Boyut:  91.9 KB
Alaşımların, katı çözelti ya da bir iskelet içinde çökelti fazları biçiminde oluşması, sertleştirme mekanizmalarının farklılaşmasına yol açar. Bu nedenle üretici, alaşımın temel metalurjik halini (ya da temel hal) açıkça belirtir; ham alaşım olduğu ya da soğuk sertleştirmeden geçirildiği, sıcak sertleştirmeden sonra tavlama ve kararlaştırma işlemleri uygulandığı, katı çözeltiyi izleyen tavlama ve menevişleme işlemleri vb gördüğü açıklanır.

Sanayi alaşımları.


Temel metale bağlı alaşımları içerir:
  • bir ya da birçok ana katkı maddesinin oranı hem elde edilmek istenen dayanım özelliklerinin olası aralığını, hem de kullanım güçlüklerinin düzeyim belirler;
  • çok sayıda ikincil katkı çok düşük oranlarda yer alır ve özgün işlevleri, kullanım özelliklerinin (mekanik, fiziksel ya da kimyasal) yanı sıra biçimlenme (soğuk ve sıcak biçim değiştirme, işlenme) özelliklerini de iyileştirmektir;
  • ürünlerin hazırlanışı sırasında külçe kalıbına bağlı katışkılar.
Sanayi alaşımları yukarıda belirtildiği gibi çok sayıda element içerir ve bu elementlerin oranı klasik çözümleme yöntemleriyle her an belirlenebilir. Günlük dilde alaşımlar yalnızca temel bileşenlerle tanımlanır. Nitekim en çok kullanılan çelikler, karmaşık bileşimlerine rağmen demir-karbon alaşımları olarak göz önüne alınır (oysa az miktarda kükürt, fosfor, oksijen, silisyum, azot vb. içerirler). Aynı şekilde, hiçbir halde ikili ya da üçlü alaşımlar olmamalarına rağmen alüminyum.

— silisyum alaşımından ve demır-nikel-krom alaşımından söz edilir.Görüldüğü gibi sanayi alaşımları ya alaşımları oluşturan temel elementlerin adlarıyla (demır-krom, demir-krom-manganez alaşımları), ya kullanımda edindikleri özel adlarla (pirinç, bronz, Düralümin) ya da simgelerle belirtilir (ürünlerin yapısını, bileşimini, ısıl işlemleri belirten norm ve standartlar). Öte yandan sayılarının çokluğu nedeniyle alaşımları, temel metali (alüminyum, nikel, kurşun vb.) göz önüne alarak sınıflandırmak da yerinde olur.

—Parac, Eski çağlarda para alaşımlarının temeli altın ve gümüştü. Anadolu'daki bazı paralar, altın ve gümüşün doğal, ya da yapay bir alaşımı olan elektrum'öan yapılmıştı. Para basımında kullanılan alaşımlarda XIX, yy.’ın sonuna dek pek bir değişiklik olmadı. Ana maddeler hep altın, gümüş ve tunç idi. Metalurj eki gelişmeler, XX.yy.'ın başında, nikeı,n saf ya da bileşik olarak (bakır-nikel alaşımı, mayşor, daha sonra alüminyum tuncu) para basımında kullanılmasına vol açtı, iki dünva savaşındaki maden kıtlığı, para yapımında yeni alaşımların kullanılmasını gerektirdi. Alumag (magnezyumla sertleştirilmiş alüminyum), Zamak (alüminyumla sertleştirilmiş çinko), hatta yumuşak demir farmako demiri). 1950'den bu yana teknilişmeler, paralardaki alaşımlara paslanmaz çelik ve kaplanmış metalleri de k attı.

—Polim. Metallere özgü bu terimin anlamının zorlanarak genişletilmesine karşın, "alaşım” sözcüğü belli özellikler taşıyan polimer karışımlarını belirtmek için gittikçe sık kullanılmaya başlanmıştır; bu karışımlar kimi zaman İngilizce "polymer biends" ya da "multipolymer systems” adları altında tanımlanır. Genellikle, iki polimerin karışımı arayüzeyler düzeyinde zayıf bir bağlanma gösteren iki fazdan oluşur; bu yüzden orta düzeyde özellikler sunar. Bununla birlikte, bazı polimer alaşımları, ilginç özellikler taşır; bu özellikler bileşenlerin türüne ve her birinin doldurduğu hacme bağlıdır. Polimerlerden biri sürekli bir örgü oluşturur; öbürü ise bu örgü içinde küre, elips ya da lif biçiminde dağılmış taneciklerden oluşan süreksiz bir faz gösterir. Alaşımın özellikleri belli bir sistemi karşılar ve büyük ölçüde karışımın yapısına bağlıdır; nitekim, eşit oranlarda karıştırılmış iki A (bükülmez) ve B (esnek) polimeri, A içinde B küresei tanecikler biçiminde dağılmışsa bükülmez bir alaşım, B içinde A dağılmışsa esnek bir alaşım verir. Arayüzeyler düzeyinde iki polimerin bağlanma gücü alaşımın özellikleri üstünde büyük etki gösterir. Alaşım hazırlamada, doğrudan karıştırma işleminden, bir polimer eşliğinde bir monomerin polimerleşmesine değin birçok yöntem vardır Alaşımlar bağdaşık polimerlerin (yani iyi bir karışma gösterenler) karışımıyla sınırlı değildir; nitekim hiç bağdaşmayan polietilen ve polistiren bir bağdaştırıcı katılarak alaşım haline getirilebilir. Günümüzde bilinen birçok alaşım arasında (1980'de otuza yakın) şok (darbe) polı- stirenleriyle (polistiren - polibütadien) vinil poliklorür alaşımları ve bütadien - akrilo- nitril eşpolimerleri sayılabilir.


Kaynak: Büyük Larousse

Son düzenleyen Safi; 21 Haziran 2016 05:53
5 Haziran 2009 12:29   |   Mesaj #2   |   
HayLaZ61 - avatarı
VIP BuGS_BuNNY

ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLAR


Malzeme biliminde uygun bir ısıl prosedür ile gerçek şekline veya boyutuna geri dönebilme yeteneğine sahip metalik malzemeler, şekil hafızalı alaşımlar olarak isimlendirilir. Şekil hafızalı alaşımlar ısıl değişimlere duyarlı fonksiyonel malzemelerdir. Temel karakteristikleri, kritik dönüşüm sıcaklığının üzerinde ve altında iki farklı şekil veya kristal yapısına sahip olmalarıdır. Nispeten düşük sıcaklıklarda deforme edilebilen bu malzemeler, daha yüksek sıcaklıklarda deformasyon öncesi şekillerine dönebilmektedirler. Bu malzemeler sadece ısıtma halinde
"tek yönlü şekil hafızaya sahip malzemeler" olarak tanımlanırken, yeniden soğutma halinde ise "iki yönlü şekil hafızalı malzemeler" olarak tanımlanmaktadırlar [1].

Şekil hafızalı alaşımların çoğu termoelastik martenzitik yapı sergileyen malzemelerdir. Martenzitik yapılı şekil hafızalı alaşım, dönüşüm sıcaklığının altında ikizlenme ve kayma mekanizmaları ile deforme edilebilir. Ana faza dönüşüm için ısıtma uygulandığı zaman ikizlenmiş olan yapı eski haline döner, dolayısıyla deformasyon yok edilebilmektedir

Uygulamada şekil hafıza etkisi gösteren çok sayıda alaşımların olduğu bilinmekle birlikte bunlar arasında en çok ilgi görenler nikel-titanyum alaşımları ve bakır esaslı alaşımlardır (Tablo 1).

Tablo 1. Şekil Hafızalı Alaşımlara Ait Bazı Özellikler
Ad:  A1.png
Gösterim: 2068
Boyut:  28.3 KB

Bu alaşım sistemlerinden NiTi ve bakır esaslı birkaç alaşım üzerine araştırmalar yoğunlaşmıştır. Öte yandan bu alaşımlara olan ilginin yüksek olmasının nedeni olarak, şekil değişimi esnasında önemli büyüklükte kuvvet üretebilmeye sahip olmaları söylenebilir.

Şekil hafızalı dönüşüm ilk kez AuCd alaşımlarında 1932 yılında Chang ve Read tarafından anlaşılmış, 1938'de de söz konusu yapısal dönüşüm pirinç malzemede de olduğu görülmüştür. 1951 yılında ise AuCd alaşımlı bir çubukta şekil hafızası tespit edilmesinden sonra 1962'de Buehler ve arkadaşları tarafından eş-atomlu nikel titanyum alaşımlarda şekil hafıza etkisi belirlenmiştir.Bunun sonunda bu alaşımların hem ticari kullanımlarına, hem de metalurjik araştırmalarına hız verilmiştir.

Günümüzde ise şekil hafızalı alaşımlar, eş zamanlı algılayıcılar ve eyleyiciler olarak kullanıldığından büyük ilgi çekmektedir.Bunun sonucu olarak, çok kullanılan şekil hafızalı alaşımların detaylı bir şekilde açıklanması bu makalede amaç olmuştur.

ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN GENEL KARAKTERİSTİKLERİ


Şekil hafızalı alaşımlarda, yüksek sıcaklıktaki ostenitik fazın uzun süren dönüşümü sonucunda termoelastik martenzitin meydana gelmesi işlemi martenzitik dönüşüm olarak isimlendirilir.Atomların yer değiştirme miktarı çok büyük olmamasına rağmen, hepsinin birden hacimsel yönde aynı doğrultuda taşınmasından dolayı, dönüşüm sonucunda makroskopik bir şekil değişimi gerçekleşir. Sonuç olarak normal metal ve alaşımlardan farklı niteliklere sahip olan şekil hafıza etkisi ve süperelastisite gibi eşsiz ve üstün özellikler açığa çıkar.

Her alaşımın katılaşma sıcaklığı farklı olduğundan martenzitik dönüşüm, belirli bir sıcaklık aralığında tamamlanmaktadır (Şekil 1). Dönüşümün başlangıç ve bitişi gerçekte geniş bir sıcaklık aralığını kapsamasına rağmen çoğu zaman dar bir sıcaklık aralığında meydana gelmektedir. Dönüşüm sürecinde ısıtma ve soğutma sıcaklıkları arasında oluşan fark histerizis olarak isimlendirilir ve alaşım sistemine bağlı olarak değişir.

Şekil 1. Sabit Yük Altındaki Bir Numunede Isıtma ve Soğutma Durumunda Tipik Dönüşüm-Sıcaklık Eğrisi.
Ad:  A2.png
Gösterim: 1736
Boyut:  131.0 KB
T: sıcaklık; Th: dönüşüm histerezisi; Ms: martenzit başlangıcı; Mf: martenzit bitişi; As: ostenit başlangıcı; Af: ostenit bitiş.

Bilindiği gibi termoelastik martenzit, düşük sıcaklık ya da gerilme değişimleri ile harekete geçebilen düşük enerjisine ve parlak arayüzeyine göre karakterize edilir. Bunun sonucu olarak termoelastik martenzit, dönüşüm esnasında simetri kaybı yüzünden sınırlandırılmış olarak tersinebilir.Atermal martenzitin balıksırtına benzer şekildeki yapısı esasen kendiliğinden şekillenen ünitelerin etkileşimli kaymış halidir (Şekil 2b). Üniteler arasındaki şekil değişimi, ünitelerin birbirini pasifleştirmesine neden olduğundan küçük değerde makroskopik bir gerinim açığa çıkar. Gerilme kaynaklı martenzit oluşumu durumunda veya gerilme ile kendiliğinden yerleşen bir yapı durumunda bu üniteler biçimini değiştirebilir ve uygulanan gerilme doğrultusunda meydana gelen en büyük şekil değişimi kararlı hale gelene dek değişim devam eder. Sonuç olarak Şekil 2c'de görüleceği üzere birim ünite mevcut konfigürasyonda egemen olur. Bu süreç sonunda yaratılan makroskobik gerinim, tersine dönüşüm sayesinde kristal yapının ostenite geri dönüşmesi sonucu geri kazanılabilir .

Şekil 2.
Ad:  A3.png
Gösterim: 1710
Boyut:  44.3 KB

T: Sıcaklık; (a) Beta fazlı kristal; (b) Soğutma ve martenzite dönüşüm sonrası kendiliğinden yerleşen A,B,C ve D ikizlenmiş üniteler; (c) A ünitesi uygulanan gerilme sonunda konfigürasyonda egemen olur ve ısıtma durumunda malzeme beta fazlı yapısına dolayısıyla orijinal şekline yeniden döner.

Konunun daha iyi anlaşılabilmesi için Şekil 3'de ise bakır esaslı ve nikel esaslı alaşımlara ait optik mikroskop altında çekilmiş yapı fotoğrafları verilmiştir.

Şekil 3. Çeşitli Şekil Hafızalı Alaşımlarda Görülen Yapı Görüntüleri.
Ad:  A4.png
Gösterim: 1646
Boyut:  186.4 KB
(a) Bakır esaslı şekil hafızalı bir alaşımda martenzitik yapı. (b) Ti-Al bir alaşımda TiAl ve Ti3Al fazlara ait yapraksı (lameler) yapı

ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN ISIL KARAKTERİZASYONU


Şekil hafızalı alaşımların mekanik özellikleri, belirli bir sıcaklık aralığında gerçekleşen yapısal dönüşümlerine bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Bu durum, nikel-titanyum alaşımına ait gerilme-gerinim eğrisinde kolayca görülebilir (Şekil 4).

Şekil 4. Farklı Sıcaklıklarda Dönüşüme İlişkin Tipik Gerilme-Gerinim Eğrileri
Ad:  A5.jpg
Gösterim: 1690
Boyut:  15.5 KB

Bu şekil alaşıma ait dönüşüm sıcaklık aralığında, dönüşüm sıcaklığının altında ve üzerinde NiTi alaşımlı numuneye çekme testi uygulanması sonucunda oluşturulmuştur.Bilindiği gibi martenzit, oldukça düşük bir gerilme değerinde dahi birkaç yüzde gerinim üretecek şekilde kolaylıkla deforme edilebilmektedir. Oysa yüksek sıcaklık fazı olan ostenit daha fazla akma dayanımına sahip olduğundan kolaylıkla deforme edilemez özellik gösterir. Şekilde martenzit eğrisi üzerindeki kesikli çizgi gerilmenin ortadan kalkmasından sonra ısıtma durumunu işaret etmektedir. Numunenin malzeme yapısı ostenite dönüştüğünde şekil değişiminin olmadan önceki şeklini hatırlaması ile orijinal boyutlarına korunur. Ostenit fazda iken ısıtma veya gerinme olması geri kazanılabilir bir şekil tutumu sağlamaz. Çünkü yapıda faz değişimi meydana gelmemektedir.

Şekil 4a'da malzeme ostenit sıcaklığının üzerinde, Şekil 4b'de ostenit sıcaklığında incelenmiştir. Şekil 4c'de ise martenzit sıcaklığında incelenmiştir. Bu sıcaklıkta, martenzit gerilme kaynaklı olabilmekte ve hemen şekil değiştirmeye başlayarak, AB hattı boyunca sabit bir gerilme altında artan bir gerinim sergilemektedir. Yüksüz durumda azalan gerilmeye rağmen malzeme CD hattı boyunca görüleceği üzere daha düşük bir gerilme seviyesinde ostenite dönüşerek şeklini alır. Şekil kazanımı ısı uygulanmasından değil gerilme azalmasından dolayıdır. Bu etki malzemenin aşırı elastik olmasının bir sonucudur ve süperelastisite olarak bilinir. Süperelastiklik lineer olmayıp, söz konusu sıcaklık aralığında hem gerilme hem de gerinime bağlı olduğundan alaşımın Young modülünün belirlenmesi çok zordur.

Çoğu durumlarda hafıza etkisi tek yönlüdür. Yani soğutma durumunda şekil hafızalı alaşım, yapısal olarak martenzit fazlı yapıya dönüşmesine rağmen herhangi bir şekil değişimi sergilemez. Martenzit yapıdaki gerinim miktarı birkaç yüzde değerinde olup malzeme ısıtılıncaya kadar bünyede tutulur ve ısı uygulanınca şekil kazanımı gerçekleşir. Yeniden soğutma durumunda şekil değişimi kendiliğinden olamayacağından eğer şekil kazanımı isteniliyorsa o zaman malzeme, harici olarak gerinmeye maruz bırakılır.

Şekil hafızalı alaşımların bazılarında iki yönlü şekil hafızayı görmek mümkündür. Bu tip alaşımlarda hem ısıtma hem soğutma durumunda şekil değişimi söz konusudur. Burada şekil değişiminin büyüklüğü daima tek yönlü hafızalı alaşımlardan elde edilene nispeten oldukça azdır. Alaşım çok küçük gerilme kullanarak düşük sıcaklıktaki şekline dönmeye çalışır. Isıtma durumunda şekil değişimi için tek yönlü alaşımlara göre çok yüksek gerilmeler harcanabilir.

Öte yandan yapılan ısıl işlemlerin ve uygulanan mekaniksel metotların çoğu iki yönlü şekil hafıza etkisine sahip alaşımlar üretmeye yöneliktir. Amaç tam ve net bir şekil değişimi elde etmeyi sağlayacak olan mikroyapısal gerilmeler üretmektir. Bunun içinde soğuk halde malzeme şekillendirilerek yapıda düzgün sıralı, yoğun martenzit tabakaları oluşturulmalıdır.

Şekil 5'de nikel esaslı şekil hafızalı bir alaşımda ısıl işlem uygulanmadan önce ve sonra elektron tarama mikroskopunda 1000X büyütme ile çekilmiş yapılar görülmektedir. Alaşımın kimyasal bileşimi, Ni 65.5%, Cr 9.2%, Co 9.1%, al 5.1%, Ti 4.5%, Mo 2.5%, Fe 0.06%, ve C<0.02% şeklindedir. Bu bileşim, gaz türbinlerinin rotor kanatlarında en çok kullanılan alaşımı oluşturur[5].

Şekil 5'ten görüleceği gibi, ısıl işlemden önce iğnemsi bir yapıya sahip olan alaşım sisteminde, ısıl işlemden sonra küresel tanecikler teşekkül etmiştir. Bu yeni yapı muhtemelen işlem koşulları ile birlikte düşük soğutma hızının bir sonucudur.

Şekil 5. Nikel Esaslı Bir Alaşımda Isıl İşlem Öncesi
Ad:  A6.jpg
Gösterim: 1571
Boyut:  25.2 KB
(a) ve Sonrası (b) Yapı Görünümü.

ENDÜSTRİYEL AMAÇLI ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLAR


Endüstride en fazla görünen şekil hafızalı NiTi alaşımları ve bakır esaslı alaşımlar önemli ticari değere sahip alaşım sistemleridir. Bu sistemlerin sahip oldukları özellikleri birbirinden oldukça farklıdır.Bakır esaslı alaşımlarda % 4-5 olan şekil hafıza gerinim değeri, NiTi alaşımlarda yaklaşık %8'dir. Daha fazla ısıl karalılığa sahip olan NiTi alaşımları, gerilmeli korozyona karşı hassas olan bakır esaslı alaşımlarla karşılaştırıldığında mükemmel bir korozyon direncine ve çok daha yüksek sünekliliğe sahiptir. Diğer taraftan bakır esaslı alaşımlar daha ucuzdur, eritilmeleri ve açık havada ekstrüde edilmeleri daha kolaydır, daha geniş potansiyel dönüşüm sıcaklık aralığına sahiptirler. Sonuçta her iki alaşım sistemininde de kullanılacağı ortama göre gözönünde bulundurulması gereken avantaj ve dezavantajları olduğu söylenebilir. Aşağıda bu iki şekil hafızalı alaşım detaylı bir şekilde açıklanmıştır.

Nikel-Titanyum Şekil Hafızalı Alaşımlar
NiTi alaşımları ikili alaşım sistemidir ve eşatomlu intermetalik bir bileşiktir. İntermetalik bir bileşik sıra dışıdır. Çünkü bu tür bir bileşik, kabul edilir sınırlar içerisinde fazladan nikel veya titanyum çözebilir ve alışılagelmiş alaşımlarla mukayese edilebilir derecede sünekliliğe sahiptir. Bu aşırı çözebilme yeteneği sayesinde alaşım sisteminin hem dönüşüm özelliklerini hem de mekanik özelliklerini istenilen tarzda değiştirmek için diğer elementler katılabilir. Yaklaşık %1 oranında nikel ilavesi bile alaşım sisteminin özelliklerini etkiler. Bünyedeki fazla nikel, dönüşüm sıcaklığını önemli ölçüde düşürür ve ostenitik durumda akma dayanımını artırır. Sıkça kullanılan diğer alaşımlandırma elementlerinden demir ve krom daha düşük dönüşüm sıcaklığı için ile bakır ise histerizisi azaltmak ve martenzitik durumda daha düşük deformasyon gerilmesi için daha sık kullanılır. Oksijen ve karbon gibi safsızlıkların, dönüşüm sıcaklığını değiştirdiği ve mekanik özellikleri zayıflattığı için bünyede bulunması istenmez.

NiTi alaşımın anafazı, CsCl (a0=0.301-0.302 nm) yapısına benzer, kübik hacim merkezli B2-tipi kristal yapıya sahiptir. Martenzit fazdaki kristal yapısının ne olduğu görüşünde araştırmacıların çoğunun modelleri farklıdır. Fakat hem X ışınları, hem de seçili alan kırınım teknikleri kullanılarak yapılan incelemelerin hepsi aynı sonucu vermektedir. Martenzit fazın birim hücresi, kafes sabitlerinin birbirinden farklı olmasına rağmen monokliniktir. Yakın zamanda, Otsuka ve arkadaşları tarafından Ti-49.75Ni alaşımının kafes parametreleri a=0.2889 nm, b=0.412 nm, c=0.4622 ve b=96.80º olan monoklinik kristal yapısına sahip olduğu tespit edilmiş ve standart olarak kabul görmüştür.

NiTi ikili alaşım sisteminin temel fiziksel özellikleri ve tavlanmış alaşımın mekanik özelliklerinin bazıları Tablo 2'de gösterilmiştir. Eşatomlu alaşımın ostenit bitiş sıcaklığı olan Af değeri 100°C civarındadır. Şekil 6'da ise Ni-Ti alaşımlarda faz diyagramı ile B2 ve Ti3Ni4 fazlar arası faz denge diyagramı da gösterilmiştir[3].

Tablo 2. İkili Ni-Ti Şekil Hafızalı Alaşımların Özellikleri
Ad:  A7.png
Gösterim: 1588
Boyut:  30.0 KB


Şekil 6. Ni-Ti Alaşımın Faz Denge Diyagramı
Ad:  A8.png
Gösterim: 1631
Boyut:  128.1 KB

Seçilen malzemenin sertliğini düşürerek martenzitin deforme edilebilmesini kolaylaştırmak amacıyla uygun ısıl işlemler yapılır ve böylece daha dayanıklı ve kararlı ostenitik bir yapı ile hem ısıtma hem de soğutma durumunda yinelenen özelliklere sahip malzeme tipi yaratılabilir. Bu tip alaşımlarda başlıca sorun malzemeden istenilen özellikleri yerine getirecek uygun işleme metotlarının geliştirilmesidir.

Isıl işlem ile istenilen hafıza şeklini vermek için sık sık 500°C-800°C arasında sıcaklıklar tercih edilir ve bu sıcaklık değeri yeterli zamanın ayarlanmasıyla birlikte en az 300°C-350°C olmalıdır. Şekil hafızalı alaşımın ısıl işlemi sırasında arzulanan hafıza şeklinin sağlanması için kontrollü davranmak gerekir. Aksi takdirde hafıza etkisi kazandırılamaz.Kazandırılan maksimum hafıza etkisi, gerinim ve/veya gerilme ile gerekli çevrim miktarına bağlı olarak sınırlıdır (Tablo 3)

Tablo 3. Tahmini Çevrim Sayısı ile Müsaade Edilen Maksimum Gerinim ve Gerilme Arasındaki İlişki
Ad:  A9.png
Gösterim: 1519
Boyut:  7.3 KB


Bakır Esaslı Şekil Hafızalı Alaşımlar

Bakır esaslı alaşımlar, CuZnAl ve CuAlNi alaşımlar şeklinde üçlü alaşımlar olabileceği gibi ayrıca manganezde içeren dörtlü modifikasyonuda mümkündür. Bor, seryum, kobalt, demir, titanyum, vanadyum ve zirkonyum gibi elementler ince taneli yapı elde etmek için bünyeye katılır. Çizelge 4'de bu tip alaşımların en önemli özellikleri verilmiştir.

Tablo 4. Bakır Esaslı Şekil Hafızalı Alaşımların Özellikleri
Ad:  A10.png
Gösterim: 1560
Boyut:  32.7 KB

a) Ms ve As dönüşüm sıcaklıkları arasında şekil hafızalı alaşımların Young modüllerini tayin etmek çok zordur. Bu sıcaklıklarda alaşımlar lineer olarak bir elastisite sergiler ve modül hem sıcaklığa hem de gerinime bağlıdır.

CuZnAl alaşımlarının bileşimleri ve martenzit başlangıç sıcaklıkları arasındaki ilişkiye ait grafik Şekil 7'de görülmektedir. Bu tip alaşımlarda alüminyum miktarı %11-14.5, nikel miktarı ise %3-5 civarındadır. Martezitik dönüşüm sıcaklıkları kimyasal bileşimin değiştirilmesiyle ayarlanabilir.

Şekil 7 ve aşağıdaki (4.1) ve (4.2) no.lu amprik bağıntılardan faydalanılarak alaşıma ait martenzit başlangıç sıcaklığı için tahmini bir değer elde edilebilir (Yüzde olarak verilen değerler ağırlık esaslıdır).

Şekil 7. CuZnAl Alaşımlar İçin Bileşim ve Ms Sıcaklıkları Arası İlişki
Ad:  A11.png
Gösterim: 1509
Boyut:  60.3 KB

CuZnAl: Ms (°C) = 2212 - 66.9 (%ağ. Zn) - 90.65 (%ağ. Al) (4.1)
CuAlNi: Ms(°C) = 2020 - 134 (%ağ. Al)- 45 ( %ağ. Ni) (4.2)

Öte yandan mangan hem CuZnAl, hem de CuAlNi alaşımların dönüşüm sıcaklıklarını düşürür ve yüksek alüminyum içerikli alaşımların ötektoid noktasını değiştirir. Daha iyi süneklilik için alüminyumun yerine katılır.

Bakır esaslı şekil hafızalı alaşımlar doğada metastabil halde olduğundan şekil hafıza etkisini sağlayan beta fazının korunması için bu fazda ısıl işlem ve ardından da kontrollü soğutma yapılmalıdır. Uzun süreli ısıtma çinko buharlaşmasına ve tane büyümesine neden olduğundan kaçınılmalıdır. Su verme sertleştirme işlemi olarak kullanılır. Açık havada soğutma işlemi bazı yüksek alüminyum içerikli CuZnAl ve CuAlNi alaşımları için yeterli olabilir. Sadece soğutulmuş parçalarda dönüşüm sıcaklıkları genellikle kararsız olduğundan dönüşüm sıcaklıklarını kararlı hale getirmek için Af sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklarda soğutma sonrası yaşlandırma yapılmalıdır.

CuZnAl alaşımlarında soğutma hızı yüksek olduğunda martenzit faza direkt dönüşüm olması, martenzitin kararlılığını hassaslaştırır. Bu etki tersinir dönüşümün daha yüksek sıcaklıklara kaymasına neden olur. Bu nedenle dönüşüm gecikir ve tam olarak şekil geri kazanımı sağlanamaz. Ms sıcaklığının üzerindeki ortam şartlarında yavaş soğutma veya beta fazlı halde ara yaşlandırma sureti ile basamaklı soğutma tercih edilmelidir.

Bakır esaslı alaşımların ısıl kararlılığı ayrışım kinetikleri ile sınırlıdır. Bu nedenle CuZnAl ve CuAlNi alaşımların sırasıyla 150~200°C üzerindeki sıcaklıklarda uzun süreli maruz bırakılmasından kaçınılmalıdır. Daha düşük sıcaklıklarda yaşlandırma, dönüşüm sıcaklıklarını değiştirir. Beta fazında yaşlandırma durumunda da benzer sonuçlar doğar. Martenzitik halde yaşlandırılmış alaşımlar yaşlanma kaynaklı martenzit stabilizasyon etkisi gösterir. CuAlNi alaşımları yüksek sıcaklıklarda CuZnAl alaşımlarından daha kararlıdır. Bu yüzden dönüşüm sıcaklıklarının sıkı kontrolünün istenildiği farklı sıcaklık uygulamalarında bu faktörleri dikkate almak gerekir.

ŞEKİL HAFIZALI ALAŞIMLARIN ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI


Genelde bilindiği gibi şekil hafızalı alaşım elemanı, martenzitik durumdayken deforme edildiğinde serbest enerjiye sahip olur ve ısıtıldığı zaman bünyesinde bulundurduğu bu serbest enerjiyi kullanarak minimum iş yaptığı önceki şekline geri döner. Bu fonksiyonel davranıştan yararlanılarak biyomedikal uygulamalarda kullanılan damarlar içindeki kan pıhtılarını yakalayan bir filtre geliştirilmiştir. NiTi alaşımlı telden yapılmış çapa şeklindeki filtre damar içine sokulmadan önce düz bir tel haline getirilir. Damar içine yerleştirildikten sonra tel, vücut ısısı ile harekete geçerek filtre fonksiyonu sağlayacak orijinal şekline döner ve toplardamarın içinden geçmekte olan pıhtıları tutar.

Zorlamalı enerji esaslı ürün tipinin en başarılı uygulaması ise Raychem Şirketi'nin yaptığı Cryofit hidrolik kaplinlerdir. Bu kaplinler birleştirilecekleri metal tüpden çok az küçük olacak şekilde dizayn edilmiş silindirik bileziklerdir. Çapları, malzeme martenzitik fazda iken genişletilir, montajı yapılır ve daha sonra ısıtılarak ostenit faza getirilir. Böylece çap yeniden daralıp eski boyutuna dönmeye çalışır ve sıkı bir şekilde metal tüpe montelenir. Metal tüp kaplinin orijinal çapına dönmesini engeller ve yaratılan gerilme sayesinde kaynak işlemi ile elde edilen bir bağlantıya eşdeğer üstün bir birleşme sağlanmış olur.

Cyrofit kaplinlere benzer biçimde Betalloy kaplinleri CuZnAl alaşımıdır. Bakır ve alüminyum tüpler için Raychem Şirketi tarafından tasarlanmış ve piyasaya sürülmüştür. Bu uygulamada da yine aynı şekilde CuZnAl şekil hafızalı silindir ısınınca büzülmeye başlar ve tüp ile birleşme sağlayarak tübün etrafında çizgisel basma yapar.

Bazı uygulamalarda şekil hafızalı eleman, düşünülen hareket sınırları çerçevesinde güç üretmek amacıyla tasarlanır. Örnek bir uygulama Beta Phase Inc. Tarafından geliştirilen devre kartlı konnektörlerdir. Elektrikle çalışan rabıtalı sistemde şekil hafızalı eyleyici, rabıta ısındığında bir yayı açmak için kuvvet yaratmak amaçlı kullanılır. Bu kuvvet ile rabıtadaki devre kartının geri çekilmesi sağlanır. Soğutma durumunda NiTi eyleyici zayıf kalır ve yay eyleyiciyi deforme ederken devre kartı rabıtaya sıkıca kapanır. Böylece bağlantı gerçekleşir.

Aynı prensibe dayanarak, CuAlZn şekil hafızalı alaşımların bu alanda birçok uygulamaları mevcuttur. Yine bunlardan biri, yangın durumunda yanıcı ve zehirli gazların çıkışını kapatacak şekilde dizayn edilmiş CuZnAl eyleyicilerden oluşan yangın güvenlik valfleridir[2]. Dönüşümün belirli bir sıcaklık aralığında meydana gelmesinden yararlanarak seçilen belirli bir geri kazanım miktarıyla kesin bir mekanizma hareketi sağlamak için şekilsel geri kazanımın bir kısmı kullanılabilir. Bunu sağlayan düzenek, bir valfi istenilen miktarda kapatmayı veya açmayı sağlayan bir tertibattır. Şekil hafızalı alaşımdan yapılmış yay sıcaklığa duyarlı olduğundan boyutlarını değiştirerek çıkış akışkanının sıcaklığı ayarlar. Alaşımın duyarlı olması istenilen sıcaklık değeri manuel ayarlanır. Şekil 8.'de karıştırma valfi ve parçaları görülmektedir.
Şekil 8. Şekil Hafızalı Alaşım Yay ve Öngerilmiş Yay Kullanılarak Geliştirilmiş Karıştırma Valfi
Ad:  A12.png
Gösterim: 1540
Boyut:  148.1 KB
(a) İç yapı görülmektedir. Makaranın pozisyonu ve çıkış suyunun sıcaklığı sıcaklık kontrolörü döndürülerek ayarlanır. Kontrolörün dönüşü şekil hafızalı alaşımın boyutunu değiştirmektedir.
(b) Karıştırma valfinde kullanılan şekil hafızalı elemanın sıcaklık ve sapma miktarı arasındaki ilişki şematik olarak görülmektedir.
(c) Geliştirilmiş karıştırma valfinin dış görünümü.


Şekil hafızalı alaşımların sahip oldukları elastik ya da süperelastik özelliklerinden faydalanılarak tasarlanmış ve piyasaya sürülmüş birçok ürün vardır. Çok büyük deformasyonları dahi absorbe ederek zarar görmeyen süperelastik NiTi alaşımdan imal edilmiş gözlük çerçeveleri üretilmektedir. Canlının vücudundaki damarlara yerleştirilen, Şekil 9'da görüleceği üzere NiTi kılavuz tellerden ibaret kontrol edilebilir kateterler yapılmıştır[8]. Ayrıca dişlere geniş bir hareket imkanı sağlayan ve yıllardır kullanılan ortodontik düzeltme işlevli kavisli teller şeklinde NiTi ürünler vardır.

Şekil 9. Medikal Uygulamalarda Kullanılan Kateterler İçin Süperelastik Kılavuz Tel
Ad:  A13.png
Gösterim: 1484
Boyut:  107.5 KB
(a) Beyine Ait Bir Uygulama; (b) Kılavuz Telin Görünümü.

NiTi alaşımlar, sahip oldukları üstün özellikler sayesinde özellikle biyomedikal uygulamalarda geniş bir kullanım alanı bulmuştur. Bu alaşımlar korozyona karşı son derece dayanıklı olup mükemmel bir biyouyumluluk gösterir.

SONUÇ

Günümüzde şekil hafızalı alaşım kullanılarak üretilmiş birçok ürün olmasına karşın bu alaşımların gelecekte hayatımızda ne derece yer alacağını önceden söylemek bazı nedenlerden ötürü biraz zordur. Çünkü bu tip alaşımların fiyatı şu an için oldukça yüksek değerlerdedir. Ama kullanım alanlarının artmasıyla maliyetleride gittikçe azalmaktadır.

Nitekim ikili alaşımların özelliklerini geliştirmek için çeşitli üçlü alaşım sistemleri üzerinde çalışmalar halen yapılmaktadır. Son zamanlarda demir esaslı şekil hafızalı alaşımlar üzerinde çalışmalar yapılmıştır. Bu tip alaşımlarda görülen uzun aralıkta düzenlenen termoelastik martenzitik dönüşüm şekil hafıza etkisi için gerekli koşulları sağlamaktadır. Bu alaşımlar arasında FePt, FePd ve FeNiCoTi ısıl işlemlerle termoelastik martenzit dönüşüme sahip olduklarından eğitilerek şekil hafıza özelliği kazandırılabilmektedir. Fakat FeNi, FeMnSi ve FeMnSiCrNi gibi alaşımlar düzenli termoelastik olmayan bir martenzit dönüşüme uğrarlar ve iyi bir şekil hafıza etkisine sahip değildirler. Bu tür alaşımlar diğer bilinen şekil hafızalı alaşımlardan karakteristik açıdan farklıdırlar, şöyleki şekil hafıza etkisi gerilme kaynaklı martenzite bağlıdır, geniş ölçülü dönüşüm histerezisi gösterirler ve genelde geri kazanılan birim şekil değiştirme miktarı %4'ü geçmez. Bu nedenlerden dolayı bu tip alaşımlar henüz ticari bir potansiyele sahip değildirler. Fakat yeni ve istenilen özellikleri karşılayabilen şekil hafızalı alaşımlar ile ilgili bilimsel araştırmalar devam etmekte olup bu araştırmaların çoğu beta-Ti alaşımları ve Fe-esaslı alaşımları kapsamaktadır.


*****
KAYNAKÇA
1. Akdoğan, A. ve Nurveren, K., Akıllı Malzemeler ve Uygulamaları, Machinery MakinaTek, sayı 57, s. 35, 2002.
2. Hodgson,D.E., Shape Memory Applications, Inc., Wu, M.H., Memory Technologies, and Biermann R.J., Harrison Alloys, Inc.,2002.
3. Otsuka, K. and Kakeshita, T., Science and Technology of Shape-Memory Alloys:New Developments, MRS Bulletin, February, 2002.
4. Wert, J.A., Laboratory Manual Chapters, Ch-4, University of Virginia, Department of Materials Science and Engineering, , 1998.
5. Suwardie, J.H., et al., Thermal Characterization of a Nickel-based superalloy, Thermochimica Acta, 392-393, p 295-298, 2002.
6. Humbeeck, J.V., Non-medical Applications of Shape Memory Alloys, Materials Science and Engineering, A273-275, 134-148, 1999.
7. Funakubo, H., Shape Memory Alloys, Translated from the Japanese by Kennedy, J.B., Gordon and Breach Science Publishers, 1987.
8. Otsuka, K. and Ren, X., Recent developments in the research of shape memory alloys, Review, Intermetallics 7, p.526,526, 1999.

Son düzenleyen Safi; 21 Haziran 2016 05:45
Daisy-BT
22 Nisan 2011 22:38   |   Mesaj #3   |   
Avatarı yok
Ziyaretçi

Alaşım


Ad:  alaşım8.jpg
Gösterim: 55
Boyut:  32.2 KB
İki veya birkaç maddenin muhtelif oranlarda beraberce eritilerek meydana getirilen karışıma alaşım denir.
Alaşım, bir metal elementin başka metallerveya başka elementler ile homojen karışımıdır. Metaller sanayide genellikle saf olarak değil, ergitilip karıştırılarak elde edilen alaşımlar biçiminde kullanılırlar. Metal alaşımlarının yapısı üç türlüdür: Alaşım kristali, bileşenleri, karıştırıldığı oranda içerir (gümüş-altın alaşımları); alaşımda metaller saf metal kristalleri hâlinde ayrı ayrı bulunur (kalay-kurşun alaşımları); alaşım kristali, metalleri belirli atom sayıları oranında içerir (sodyum-cıva alaşımları). Her alaşımın kendine özgü özellikleri vardır, ancak genel olarak ergime noktaları bileşenlerininkinden daha düşüktür ve daha kolay dövülür, çekilir, dökülür ya da işlenebilirler. Yüzeyleri parlaktır. Isı ve elektriği iyi iletirler. Çelik, pirinç, tunç ve lehim, en çok kullanılan ve çok çeşitli bileşim oranlarıyla hazırlanan alaşımlardandır. Daha sınırlı bileşim oranlarıyla hazırlanıp özel ad ve kodlarıyla bilinen ve belirli alanlarda kullanılan alaşımlar da vardır. Cıva alaşımlarıysa amalgam adıyla anılır.
İçinde en az bir metal bulunan, saf element hâlinde olmayan ve karakteristik metalik özellikler gösteren madde. Alaşımlar karışımdaki metallerin özelliklerinden farklı özellikler gösterirler. En bilinen alaşımlara; tunç (bakır-kalay), pirinç (bakır-çinko), lehim (kalay-kurşun) ve cıva alaşımları olan amalgamlar örnek verilebilir. Alaşımlar, uygulamaların gerektirdiği fiziksel özelliklere sahip malzemeler üretilmesinde yaygın olarak kullanılır.

Tarihçe

Alaşımların tarihi milattan önce 4. bin yıllara kadar uzanmaktadır. İran ve Mezopotamya bölgelerinde bulunan tunç (bronz) örnekleri bu zaman diliminde tarihlenmiştir. Demirden daha sert olan tunç; silah, kesici ve delici aletler, mutfak aletleri, süs eşyaları vb. yapımında günümüze değin kullanılagelmiştir.
Yapılan arkeolojik çalışmalarda Çin'in Sincan bölgesinde M.Ö. 1000 yıllarına ve Hindistan'ın Merkez Ganj Vadisi ve Doğu Vindhyas bölgesinde M.Ö. 1800 yıllarına tarihlenen çelik buluntulara rastlanmıştır. Sözkonusu buluntular çelik kullanımının en az 3000 yıllık bir tarihinin olduğunu belgelemektedir. Tunça göre daha sert ve dayanıklı olan demir-karbon alaşımı çelik çeşitli araç gereç yapımında yaygın olarak kullanılmışdır.


Alaşımların Üretim ve Kullanımı


Alaşımlar, uygulamaların gerektirdiği fiziksel özelliklere sahip malzemelerin üretilmesini sağlar. Yüksek sıcaklıklar, aşınma, kimyasal etkiler, metal yorgunluğu vb. gibi her türlü etkilere saf metallerin yetersiz kaldığı durumlarda, gerekli olan özellikleri sağlayan niteliklerde alaşımlar kullanılır. Örneğin demirin sertliğinin yeterli olmadığı uygulamalarda, daha sert yapıdaki demir alaşımları olan çelikler kullanılır.

Alaşımda cıva bulunursa malgama adını alır. Cıva yalnız demir ve platin madenleriyle malgama yapmaz. Madenlerin çeşitli özellikleri vardır. Bazı madenler yumuşak yalnız başına kullanılamazlar. Altın ve gümüş gibi. Bazı madenler ise döküme elverişli değildirler. Bakır gibi, bazıları kolayca aşınabilirler. Bazıları dayanıklı veya dayanıksızdırlar. Bazıları yüksek ve bazıları da alçak sıcaklıkta ergirler. İşte madenlerin gösterdikleri bu çeşitli özelliklerden ötürü teknikte layıkıyla faydalanmak için ve daha elverişli olmalarını temin amacıyla alaşımlar yapıldı. Mesela bakır döküme elverişli olmadığından bakırı kalayla birlikte eriterek tunç ve çinko ile eriterek pirinç alaşımları yapıldı. Alaşımlar; kendisini meydana getiren madenlerin erime noktalarından daha aşağı derecede eridikleri için teknikte kullanılmaya elverişlidirler.

Alaşımların Elde Edilmesi


Alaşımlar, birden fazla çeşitli maden parçaları eritilmek suretiyle elde edilir. Madenlerin oksitlenmelerine engel olmak için kömür tozu ile örtülür ve toprak bir pota içerisinde eritilir. Eğer madenlerden biri uçucu ise diğer maden erimekte iken diğeri ile karıştırılır. Uçmadan meydana gelecek eksikliği tamamlamak için biraz fazla miktar maden konur.
Çok miktarda alaşım elde etmek için reverber fırınlarında ergitilerek yapılır

Alaşımların Özellikleri


  • Alaşımlar, yoğun olup maden parlaklığında, ısı ve elektriği iletirler. Bazıları beyazdır. Fakat bakır ve altın gibi renkli madenler yeteri miktarda bulunursa alaşımlar renklidir.
  • Genel olarak alaşımlar, kendini teşkil eden maddelerden daha sert, fakat daha az levha haline gelebilir ve dayanıklıdırlar. Çok fazla levha ve yaprak haline gelebilen altın, antimon veya kurşun ile karıştırıldığı zaman sert ve kırılabilir.
  • Bakırda, kalayla birleştiği zaman levha haline gelebilme özeliğini kaybeder.
  • Alaşımlarda her iki metal, hem katı hem de sıvı halinde birbiri içerisinde ergimiştir.
  • Metaller birbiri içerisinde erimezler. Bu takdirde alelade bir karışım meydana gelmiştir. Bu alaşım mikroskop altında iki çeşit kristal gösterir; Kurşun-Antimon alaşımı gibi.
  • Alaşım kristali, her iki atom sayıları oranında ihtiva eder. Sodyum malgaması, Bakır-Çinko alaşımı, Alüminyum-Bakır alaşımı, Demir- Karbon alaşımı gibi. Fakat bu şekildeki alaşımlar teknik bakımdan kullanılmaya elverişli değildir. Çünkü bunlar çok kırılıcıdır.
  • Alaşımlar genellikle kendilerini meydana getiren metallerden daha az aktiftirler. Örneğin, sodyum malgaması suyu daha yavaş ayrıştırır. Halbuki sodyum suya çok kuvvetli etki yapar.
  • Alaşımlar yapılarına giren az eriyebilen madenlerden daha fazla ve daha kolaylıkla eriyebilir. Bir kısmı bu madenlerden en ziyade eriyebilen madenin erime derecesinden daha aşağı bir derecede erir. Mesele kurşun 335 0C, bizmut 264 0C, kalay 228 0C eridiği halde Bi 8, Pb 5, Sn 3 kısımlardan ibaret olan alaşım 94,5 0C de erir (Darcet darse alaşımı).
  • Bakır ve kalay alaşımı zamanla dayanıklılığını kaybeder. Bakır birçok alaşımların yapısına girer. Kıymetli madenlerden gümüş ve altına sertlik verir. Parlaklık ve renklerini bozmadan, inceliklerini korur.
Kimyasal Özellikleri
Uçabilen bir madeni bulunan alaşımları ısı analiz eder. Bundan altın ve gümüş elde etmekte faydalanılır.Altın veya gümüş tozu önce cıva ile karıştırılır.Güderiden süzülerek cıvanın fazlası çıkarılır ve sonra alaşım ısıtılarak uçabilen madde ayırt edilir. Alaşımlar, alaşımları teşkil eden maddelerden daha az oksitlenebilen ve asitlerden daha az etkilenebilen karışımlardır.
Genel olarak oksijen, alaşımlar üzerine etki eder. Bu halde madenden biri bir asit oksidi, diğeri, bir baz oksidi yapar. İşte bunun içindir ki kalay ve kurşun, antimon ve potasyumdan ibaret alaşımlar alevle yanar. Bazı madenler kimyaca birleşmişler ve birtakım alaşımlar yapmışlardır.
Mesela, Sodyum cıva malgaması, Bakır çinko, Alüminyum bakır, Demir karbon bileşikleridir. Fakat bu alaşımların teknikte kullanılmaları elverişli değildir. Çabuk kırılabilirler. Bu alaşımlar belirli oranlar kanununa göre teşekkül etmişlerdir.
Alaşımların mikroskopla incelenmelerine gelince; bir alaşımın parlak yüzeyi üstüne asitler veya bazı kimyasal ayıraçlar dökülürse alaşımda muhtelif renkler görülür. Etkimeler birbirinden farklıdır. Madenin cinsine göre çeşitli irili ufaklı çukurlar meydana gelir eski şekliyle karşılaştırılır. Mikroskopta incelenir ve fotoğrafı alınır.

Önemli Alaşımları Bulunan Elementler


Bakır (Cu)
Bakır, önemli alaşımların çoğunun bileşimine girer. Değerli madenlerle karışarak , onlara, renk ve parlaklıklarını bozmaksızın sertlik ve ince kısımlarını bile koruma özelliği verir.
Bronzlar (tunçlar); Bakır, kalay ile çok önemli olan tunçları teşkil eder. Topların tuncu dayanıklılık bakımından önemlidir. Çanların tuncu, top tuncuna göre kalayın daha çok oranda bulunduğu tunçtur. Bu tunç kırılabilir, fakat çok tınlar.
Bakır alüminyum ile çok sert bir tunç meydana getirir. Silisli ve fosforlu tunçlar da vardır.
Bakır, çinko ile pirinci oluşturur. Çinko ve nikel ile de mayekor (taklit gümüşü) yapar.

Çinko (Zn)
Çinko, daima alaşımları halinde kullanılır. En önemli alaşımları pirinç, bronz ve beyaz metaldir. Pirinç; çinko ve bakır alaşımı olup, alaşımda bu iki metalin oranları çok değişiktir. Fakat en çok kullanılan tipinde bakır %60, çinko %40 oranında bulunur. Bronz; Bakır ve kalay alaşımı olup, bir miktar çinko ilave edilir. Beyaz metal; çinko bakır,alüminyum ve magnezyum metalleri karışımından ibaret bir alaşımdır. Son zamanlarda, otomobil endüstrisinde karbüratör, yakıt pompası, radyatör, kapı kolları v.b. gibi parçaları yapmakta çok kullanılır.
Çinkonun ikinci derecede önemli bir alaşımı Alman gümüşüdür (Yeni gümüş). Bileşimi; bakır, nikel ve çinko metallerinden ibarettir. Alaşımın gümüşle ilgisi olmamasına rağmen, gümüşe benzediği için bu isim verilmiştir.

Alüminyum
Alüminyum tunçları, ekonomi bakımından, elektrik fırınında 70 kg bakır ile 40 kg korenden veya boksitle kömür parçalarından oluşan karışım ısıtılarak yapılır; alümin Al2O3 indirgenir. Karbon monoksit çıkar ve %14 alüminyumu bulunan bir alaşım elde edilir. Bu alaşım yeter miktarda bakır ile beraber eritilirse, tunçtan daha çok dayanıklı alaşımlar elde edilir.
Demirli alüminyum; işlemde bakır yerine font konularak, %90 demir ve %10 alüminyumu bulunan demirli alüminyum (Ferro-Alüminium) elde edilir. Bu alaşım demir veya çeliği arıtmak için kullanılır. 10 kısım alüminyum ve 90 kısım bakırdan ibaret alaşımlar alüminyum tuncunu yapar; bu alaşım altın parlaklığını ve demirin sağlamlığını haizdir. Bu alaşım, 1 kg bakır ve 1 kg çinko ile beraber tekrar edilirse adi pirinçten daha sağlam ve daha sert alüminyum pirinci meydana gelir. Alüminyum pirinci nikel ile beraber tekrar eritilirse, gayet dayanıklı ve kolaylıkla kalıba dökülebilir bir yeni alaşım meydana gelir. 10 kısım kalay ve 100 kısım alüminyumdan ibaret alaşım, alüminyumun renk ve bir dereceye kadar hafifliğini korur. Daha kolay ,işlenir. Alüminyumu lehimler.
Silimin: %86 alüminyum ve %14 silisyumdan ibarettir. Bunlardan başka duralüminyum, magnalyum ve elektron alaşımları da vardır.
Alüminyumun gümüş, altın ile olan alaşımları da ziynet yapmakta kullanılır.

Kurşun (Pb)
Kurşun alaşımlarını yapmada maksat, sert, sert olduğu kadar esnek ve kırılmaya karşı dayanıklı, erime noktaları düşük bir metal karışımı elde etmektir. Bunlar arasında en önemlileri;
Lehim; Erime noktası 182 oC olan bu alaşım %40 kurşun, %60 kalaydan oluşur.
Kurşun-antimon alaşımı: Bileşimi: %13-25 kurşun, %75-87 antimondur. Çok sert olup kırılganlıkları biraz fazladır. Yüksek basınçlara dayanamazlar. Bu kötü özelliği ortadan kaldırmak için karışıma bir miktar kalay ilave edilir. Örnek; %73 kurşun, %15 antimon ve %12 kalaydan ibaret alaşımdan matbaa harfleri yapılır. Sert ve basınca dayanıklıdır.

En Önemli Alaşımlar


Bazı önemli alaşımlar şöyledir:
  • Bakır alaşımları
    • Bakır + Kalay = Tunç
    • Bakır + Çinko = Pirinç
    • Bakır + Çinko + Nikel = Mayakor
    • Bakır + Çinko + Kalay = Teknik eserler tuncu
    • Bakır + Alüminyum = Fen aygıtlarında, deniz valfleri, pervaneler, dümenler.
  • Altın, gümüş ve altın, bakır alaşımları
    • Altın + Gümüş = Yeşil altın
    • Altın + Gümüş = Solmuş yaprak altını
    • Altın + Gümüş = Su yeşili altını
    • Altın + Gümüş + Bakır = Roz altını
    • Altın + Gümüş + Bakır = Sarı, çok beyaz, değerli İngiliz altını
  • Kurşun alaşımları
    • Kurşun + Kalay = Lehim
    • Kurşun + Arsenik = Saçma ve mermi
    • Kurşun + Antimon + Kalay = Matbaa harfleri
  • Demir alaşımları
    • Krom + Demir = Tel-silindir yatakları
    • Demir + Nikel = Fen aletleri
    • Demir + Nikel = Ampul teli
    • Demir + Molibden = Yüksek hızlı dökümde
    • Demir + Volfram = Parça dökümünde (tungsten çeliği)
    • Demirin fosforlu, karbonlu, silisyumlu, çelikleri de önemli alaşımlardandır.


Son düzenleyen Safi; 21 Haziran 2016 05:59
9 Temmuz 2016 04:34   |   Mesaj #4   |   
Safi - avatarı
SMD MiSiM

alaşım


bileşik ya da çözelti halindeki iki ya da daha fazla elementten oluşan metal niteliğinde madde. Çeliğin en önemli bileşenlerinden biri olan karbonun bir ametal olması dışında, alaşımların bileşimine giren elementler de genellikle metaldir.

Sponsorlu Bağlantılar
Alaşımların hazırlanmasında en çok başvurulan yöntem, bileşime katılacak elementlerin karıştırılarak eritilmesidir. Alaşımların önemi çok eski çağlarda keşfedilmiştir; özellikle pirinç (bakır ve çinko) ile tunç (bakır ve kalay) ayrı bir önem taşırdı. Bugünün en önemli alaşımları ise, demir ve karbonun yanı sıra önemli oranlarda başka elementler içeren alaşım çelikleridir. Çeliğin başlıca alaşım elementleri krom, nikel, manganez, molibden, silisyum, tungsten, vanadyum ve bordur. Alaşım çeliklerinin sertlik, kırılmazlık, paslanmazlık, mıknatıs- lanabilirlik, süneklik gibi özel nitelikleri vardır. Özellikle bakır-nikel, tunç ve alüminyum alaşımları gibi demirdışı alaşımlar, madeni para yapımında çok kullanılır. Alaşım yapan metaller ile katışkı maddeleri arasındaki ayrımı belirlemek bazen çok güçtür. Örneğin, alüminyumun paslanmazlık özelliğini azaltmasına karşın çekmeye karşı dayanımını artıran silisyum, alaşımın kullanım amacına bağlı olarak hem katışkı maddesi, hem de yararlı bir bileşen olarak kabul edilebilir.

Kolay eriyen metaller ya da alaşımlar terimi, erime noktası kalayınkinden (232°C’den) daha düşük olan alaşımlar için kullanılır. Bu tür alaşımların çoğu, erime noktaları zaten düşük olan kalay, bizmut, kurşun gibi metallerin karışımıdır. Kolay eriyen alaşımlar, ateşin sıcaklığıyla harekete geçip otomatik olarak su püskürten yangın güvenlik sistemlerinde, akım aşırı artınca elektrik devresini kesen sigortalarda ve metallerin lehimlenmesinde kullanılır.

Kolay eriyen alaşımların çoğu 90-100°C’de eriyecek biçimde hazırlanır. Örneğin Dar- cet alaşımı (50 ölçü bizmut, 25 ölçü kurşun, 25 ölçü kalay) 98°C’de erir. Darcet alaşımındaki kalayı yarı yarıya azaltıp yerine kadmiyum eklendiğinde, erime noktası 70°C olan Wood metali elde edilir. Ayrıca bak. amalgam, demir alaşımı, metal bileşikleri.

kaynak: Ana Britannica

Daha fazla sonuç:
alaşım nedir