Metalürji Nedir?

METALÜRJİ a. (fr. mâtallurgie; bil. modern. lat. metallurgia; yun. metallurgein, bir madeni işletmek'ten). Metalleri ve alaşımlarını elde etme, hazırlama, biçimlendirme ve işleme yöntem ve tekniklerinin tümü. (Eşanl. METALBİLİM.)

—ANSİKL. Tarihçe. Tarihöncesi çağlarda da kullanılan bakır, altın ve demirden başka, gümüş, kurşun, cıva, antimon ve daha sonra kalay, İ.Ö. 5000 yılında Kaideliler, Asurlular ve Mısırlılar tarafından çıkarıldı. Mısırlılarda, Sina yarımadasından ve Kıbrıs adasından elde edilen doğal bakırdan yapılmış eşyalara rastlanmıştır. Yunan ve Roma Antikçağında, hazırlama ve koruma güçlükleri yüzünden demir ve alaşımlarının yerine yaygın olarak bronz ve daha sonra pirinç kullanılmıştır Temel metalürji teknikleri bu eski çağlarda bile biliniyordu; Çinliler, Mısırlılar ve Yunanlılar mum kalıp yöntemiyle bronz heykeller (Theodoros) döküyorlardı. Kaynak Glaukos'un buluşudur (İ.Ö. VII. yy.) ve Odysseia'da çeliğe su vererek uygulanan ısıl işlemden söz edilir. Diğer metallerin birçoğu simyacıların araştırmaları sayesinde XVI. yy.'dan sonra çıkarıldı, oysa Ortaçağ’a kadar metalürji yöntemleri çok az gelişme göstermişti. Yalnızca teknikler ve yöntemler bazı bölgelerin servet yapmasına yetiyordu. Böylece altın işçiliğinde ün yapan Galyalılar, Germenlerle (Rheinland ülkeleri, üor- raine) birlikte demir ya da işlenmiş çelikten silahlar ve takımlar yapmada ustalaştılar. Fransa’da, Chartreuxler Alpler'de demir cevherlerini indirgeme yöntemlerini iyileştirdiler. XIII. yy.’da ilk yüksek fırınlar (Siegen ülkesi) yapıldı ve dökme demir elde edildi; dökme demirin kalıplanması XV. yy.'da yaygınlaştı. XVIII. yy.'ın sonunda İngiliz metalürji uzmanları takımların yapımı için potada eritilmiş çelik elde etme yöntemini büyük ölçüde uyguladılar ve pud- lajı (Henry Cort) buldular. XIX. yy.'ın ikinci yarısında, demir-çelik sanayisi için çok önemli metalürji yöntemlerinin bulunuşu ve atılımı yaşandı: dökme demiri çeliğe dönüştürmede uygulanan Bessemer yöntemi (1855); çeliği reverber fırınında arıtmaya dayanan ve daha sonra Siemens kardeşler tarafından ısıl gerikazanma sistemiyle iyileştirilen Siemens-Martin yöntemi (1865); fosforlu cevherleri işlemeyi sağlayan, bazik ortamda Thomas ve Gilchrist dönüştürme yöntemi (1878). Aynı dönemde, elektrotlu elektrik fırınları (Höroult, 1900), Sainte-Claire Deville tarafından incelenen ve alüminyum üretimi için kullanılan erimiş tuz elektrolizi fırınları, rezis- tanslı fırınlar ve son olarak da alçak ya da yüksek frekanslı indükleme fırınları geliştirildi. Metallerin ve alaşımların tanınması, Röaumur’ün (1722) çalışmalarıyla kuramsal ve bilimsel bir özellik kazandı; ancak, metalografi bilimi, XIX. yy.'ın sonu ile XX. yy.'ın başında, Fransa'da Osmond, Werth, Le Çhatelier, Chevenard, Guillet, Chaudron, İngiltere'de Roberts-Austen, MacCance, Almanya'da Martens, Maurer vb.'nin çalışmaları sayesinde gelişti. Böylece ısıl işlem olayları daha iyi anlaşıldı ve yeni alaşımlar elde edildi.
Giderek daha arı metaller hazırlamadaki ilerlemeler, XX. yy.'da, yeni arıtma yöntemleri sayesinde sağlandı: fiziksel yöntemler (süblimleştirme, damıtma), kimyasal yöntemler (Mond, Van Arkel, Krofl yöntemleri), elektrokimyasal yöntemler (bakır ve alüminyum). W. G. Ptann tarafından geliştirilen bölgesel eritme yöntemiyle çok ileri derecede arı malzemeler (özellikle silisyum, germanyum) hazırlandı.
Demir-çelik sanayisi, klasik yöntemlerin (Thomas, Siemens-Martin) yerini alan oksijen yöntemlerinin ortaya çıkışıyla, ilk devriminden bir yüzyıl sonra ikinci bir süratli ve derin dönüşüm dönemi yaşadı. Yeni biçimlendirme yöntemleri (sinterleme) ortaya çıktı.

Metallerin kimileri (altın, gümüş, platin, bakır) doğal halde bulunmakla beraber, çoğu, cevherlerde mineraller halinde bulunur: oksitler, sülfürler, karbonatlar, silikatlar, klorürler, vb. Bu mineraller genellikle karışımlar halindedir: bakır ve demirin çifte sülfürü, Kaledonya nikel cevherini oluşturan karmaşık silikat. Bu cevherlerde metal bileşik, ayrılması gereken gangı oluşturan değersiz ürünlerle karışmış durumdadır. Dolayısıyla gerçek metalürji işlemlerinin hepsinden önce, cevher, madenden çıkarıldıktan sonra, kırma, öğütme, manyetik ayırma, özel sıvılarda yıkama, havalandırma ya da yüzdürmeyle ayırma gibi işlemlerle temizlenir, ayrılır ve deriştirilir. Yararlı mineralleri ganglarından ayırmaya ve bunları kendi aralarında sınıflandırmaya yarayan mekanik, fiziksel ve kimyasal yöntemlerin bütünü cevher hazırlamayı oluşturur.

Aşağıdaki metal hazırlama işlemleri ayırt edilir:
• Kuru yöntem işlemleri. Bu işlemler, 100 °C’ta başlayarak 3 000 °C'ı aşan sıcaklıklardaki eritme ve kavurma uygulamalarını kapsar.
1. Eritme doğrudan ya da kimyasal değişimli olabilir. Doğrudan eritme, metali cevherinden (doğal metal) doğrudan özütlemeyi ya da kolayca eriyen bir cevheri, deriştirmek amacıyla (antimon cevheri stibinin durumu) gangından ayırmayı sağlar. Kimyasal değişimli eritme en yaygın olarak uygulanan metalürji işlemidir. İndirgeyici, yükseltgeyici, kükürtleyici, karbürleyici, cüruflandırıcı olabilir ya da bir çökelmeye yol açabilir.
2. Kavurma da doğrudan ya da kimyasal değişimli olabilir. Doğrudan kavurmadın amacı bir cevheri ufalamak için parçalama ya da gaz geçirgenliğini artırma, bir yaş yöntem işlemi sırasında elde edilmiş bir ara maddeyi ya da cevheri kurutma olabilir. Kimyasal değişimli kavurma birçok metalin hazırlanmasındaki ara aşamalarda kullanılan önemli bir metalürji işlemidir. Kavurma yükseltgeyici, indirgeyici, klorürleyici ya da buharlaştırıcı olabilir.

• Yaş yöntem işlemleri. Kuru yöntem işlemlerine göre daha az kullanılan bu işlemler bazı metalleri geri kazanma ya da arıtma aşamalarında kullanılır. Sülfürlü bir
bakır cevherini demir-lll klorür eşliğinde çökeltmeyle çözündürme çözünebilen bakır klorür verir. Amalgamlama yalnızca, doğal durumda altın ya da gümüş içeren cevherleri cıvayla işlemede kullanılır.

• Buharlaştıncı işlemler. Bu işlemlerde tepkime, kaynama yoluyla, metalin (çinko, magnezyum) daha sonra yoğuşturulan bir buhar halinde elde edilmesini sağlar. Bu yolla, metallerin farklı kaynama noktalarından yararlanılarak arı metaller (arı olmayan çinkodan kurşunu ve kadmiyumu ayırma) tek başına elde edilebilir.

• Elektrometalürji, metalotermi, bu sözcüklere bakınız.

Metaller ve alaşımları, hazırlandıktan sonra çeşitli yöntemlerle yarı ürünler (çubuklar, saclar, vb.), ya da bitmiş ürünler haline getirilir.
• Dökümcülük. Bu yöntem metal ve alaşımların eritilmesini ve kalıplara sürekli ya da süreksiz dökümünü sağlar. Alaşımların birçoğu (çelikler, dökme demirler, bronzlar, hafif alaşımlar, vb.) kalıplanmış parçalar elde etmede kullanılır.
• Mekanik biçim değiştirme işlemleri. Sıcak ya da soğuk uygulanan haddeleme, dövme, ekstrüzyon, sıcak dövme kalıplama, soğuk çekme, profil çekme kalıpta dövme, tel çekme işlemleri tonlarca metal işlem görür.
• Metal tozlannı sinterleme. Bu işlemle metal tozlarından ve / ya da ateşe dayanıklı malzemelerden (karbürler, borürler), eritmeyle hazırlanması zor olan, ateşe dayanıklı metallerden, metal karbürlerden ya da sermetlerden oluşan küçük külçeler ya da bitmiş parçalar elde edilir.
• Kaynak. Metal öğeleri bölgesel eritmeyle birleştirmeyi sağlar.
• Yapıştırma. Daha yeni bir teknik olan yapısal yapıştırma, yaprak halindeki metal parçaları bir yapıştırıcıyla birleştirmeyi sağlar.

Metallere ve alaşımlara bazı özellikler kazandırmak için, gerek dönüştürme aşamasındaki parçaya, gerek bitmiş parçaya, tavlama, suverme ve ardından gerekiyorsa menevişleme, yapısal sertleştirme gibi ısıl işlemler uygulanır; alaşımın yapısını önemli ölçüde değiştirerek belli mekanik özellikleri elde etmeyi sağlayan bu işlemler genellikle denetimli atmosfer altında yapılır. Isılkimyasal işlemler bir metal ya da alaşım yapısının yüzeysel olarak değişmesine yol açar. Böylece aynı parçanın yüzeyinde ve özünde farklı özellikler bir arada bulundurulabilir. Semantasyon yöntemleri en yaygın olarak kullanılanlardır. Yüzeysel olarak, azot (nitrürieme ve karbonitrürleme), alüminyum (alüminyum emdirme), krom (kromlama), çinko (sherard yöntemi) gibi elementler bağlanabilir Kimyasal ya da elektrokimyasal işlemler, metalin yüzeyini, örneğin asitlerle temizlemeye ya da kimyasal tepkime yoluyla (çeliği fosfatlama, hafif alaşımları kromatlama) ya da elektrolitik olarak (krom kaplama, nikel kaplama, kalaylama, vb.) koruyucu bir katmanla kaplamaya yarar.

Mekanik deneyler, metallerin ve alaşımların kalitesini, çeşitli iç kuvvetler (çekme, bükülme, kesme, sertlik, darbe, soğuk çekme) etkisinde kalan yerlerdeki kullanımları bakımından kontrol etmeye yarar. Fiziksel deneyler (ısıl çözümleme, radyografi ve gamagrafi, X ışınları ve elektonların kırınımıyla kristalografî yapısını inceleme) kimi işlemlerin gelişimini izlemeye ya da katışkıların varlığı, fiziksel özellikler (yoğunluk, elektriksel iletkenlik, genleşme, esneklik) üzerinde etkili olabileceğinden metallerin arılığını kontrol etmeye yarar. Mikroskobik metalografi uygun bir şekilde parlatılmış ve dağlanmış örneklerin yapı ve bileşimini, gerek gözle ya da büyüteçle (makrografi) gerek optik mikroskopla ya da elektron mikroskobuyla (mikrografi) incelemeyi sağlar.
Kimyasal deneyler gerek maddelerin gerçek kimyasal çözümlemesi, gerek metallerin ya da kaplamaların korozyona yol açan ortamlardaki davranışlarını incelemek amacıyla korozyon deneyleri yapmak için uygulanır.