Metalurji Mühendisli ğine Giri şMukavemet / yo ğunluk de ğeri çelikten 3 kat fazla oldu ğu için otomobil ve havac ılık uygulamalar ıiçin çok avantajl ıdır. Korozyona

Metalurji

MühendisliğineGiriş

Yrd. Doç. Dr. Rıdvan YAMANOĞLU

Temel Malzeme Grupları

Metaller arasında en çok kullanılan demir ve çelik günlük yaşantımızın her alanında karşımıza çıkmaktadır.

Günümüzde demir, sanayinin temel hammaddesini oluşturmakta ve ülkelerin ekonomik kalkınmasında önemli bir rol oynamaktadır. Ülkelerin ekonomik gelişmişlik göstergeleri kişi başına düşen gayri safi milli hasıla yanısıra kişi başına düşen demir-çelik tüketimi ile de ölçülebilmektedir.

Ham çelik üretimi

Top 10 steel-producing countries


Demir tüm metaller içinde en çok kullanılandır. Saf demir çok yumuşak ve kolay şekil verilebilir özelliğe sahiptir. Saf demirin mekanik özelliklerinin düşük olması nedeniyle konstrüksiyon malzemesi olarak kullanımı imkansızdır.

Demiri çelik yapan karbondur. Karbon miktarı çok az değişmesine karşın çeliğin mekanik özelliklerinde çok büyük değişimler olur. Karbon, α-, γ- ve δ- demiri kristallerinin ara yerlerine yerleşir. Dolayısı ile belli miktarda karbon demir kristallerine yerleşir. Karbon içeren katılaşmış bu haldeki α demirine ferrit, γ demirine ostenit denir. Ferrit yumuşak, kolay şekil verilebilen vemanyetik özelliğe sahiptir.


Fe: 911 oC’ye kadar α Fe, khm911 – 1394 oC arasında γ Fe kym1394-1536 oC arasında δ Fe khm


Çelik en çok bilinen demir alaşımı olup, diğer kullanım formları şunlardır:

Dökme demir: % 2-4 arasında C, % 1-6 Si ve az miktarda Mangan içerir. Pik demirde bulunan ve malzeme özelliklerini olumsuz etkileyen S ve P gibi katışkılar kabul edilebilir seviyelere düşürülmüştür.

Çelik: % 2 C miktarına kadar alaşıma çelik denir.


Demir cevherleri

Demir doğada saf olarak bulunmaz. Demir çelik sektörünün ana hammaddesi demir cevheridir. Bir madenin cevher olarak değerlendirilebilmesi için işletilmesi ve kullanılmasının ekonomik olması gerekir.

En önemli demir cevherleri:Manyetit (Fe3O4), Hematit (Fe2O3), Limonit (2Fe2O3.2H2O), Siderit (FeCO3) mineralleri şeklinde bulunur.

Magnetite Hematite Limonite Siderite

Hematit:%40–60 Fe içerir ve kırmızı renklidirMagnetit:%50–70 oranında Fe içerir

Limonit:%30–40 Fe içerir.Siderit:%30–40 Fe içerir.


Dünyadaki demir cevheri rezervleri 167 milyar ton olarak tahmin edilmektedir.

Ülke Rezerv (x106) ton

ABD 16.000

Avustralya 18.000

Brezilya 11.000

Kanada 12.000

Çin 25.000

Hindistan 5.400

Kazakistan 7.600

Liberya 900

Moritanya 400

Rusya 34.300

Güney Afrika 4.000

İsveç 3.000

Ukrayna 21.800

Diğer 7.400

Toplam 167.000


http://www.dcud.org.tr/tr/page.asp?id=6


Paslanmaz Çelikler

Alaşımlı ve az alaşımlı çelikler korozif etkilere dayanıklı değildirler. Bileşimlerinde en az % 10,5 Cr bulunanlarsa yüzeylerine kuvvetle bağlanan yoğun tok ve çok ince bir krom oksit tabakası nedeniyle pasifleşerek korozyona dayanıklı hale gelirler. Bu tip yüksek alaşımlıçelikler Paslanmaz Çelik olarak adlandırılırlar.

Paslanmaz çeliklerde en önemli alaşım elementi kromdur. Kromun oksijene karşı olan ilgilisi-afinitesi demirden daha fazla olduğu için mevcut oksijen ile birleşerek Cr2O3 tabakası oluşturur.

Paslanmaz çeliklerde diğer önemli alaşım elementi nikeldir. Nikel oksitleyici ve redükleyici ortamlara karşı dayanım getirir.

Paslanmaz çelikler gıda ve kimya sanayi elemanlarının, tıbbi cihazların, korozif ortamlarda çalışacak makina parçalarının ve çeşitli ev aletlerinin üretiminde kullanılır.


Paslanmaz Çelikler

Paslanmaz çelik bir Fe, Cr ve C alaşımıdır. Krom içeriği ne kadar fazla olursa pasif koruyucu film o kadar etkili olur. Mo ve N gibi elementler koruyucu filmin mukavemetini arttırırken korozyon direncini de yükseltirler. Eğer pasif koruyucu film kaldırılır veya zarar görürse hava veya su ile temas halinde tekrar oluşacaktır. Nikel ilavesi ile kaynaklanabilirlik, işlenebilirlik ve tokluk gibi üstün özellikler kazanılır.

http://www.sassda.co.za


Paslanmaz Çelikler

300 Serisi Alaşımlar krom ve nikel içerirler. 300 serisi paslanmaz çelikler dünya paslanmaz çelik üretiminin yaklaşık %70 ‘ini oluştururlar. Dekorasyonda, makine imalatında, beyaz eşyada, kimya sanayinde ve evye imalatında kullanılır.

400 Serisi Alaşımlar çelikler ise krom içerir. Bu paslanmaz çelikler genelde nikel içermeyip yüksek krom içeren (%12 ile %30 arasında), molibden, titanyum vanadyum gibi alaşım elementleri içeren bir paslanmaz çelik gurubudur. Genelde içerdikleri yüksek krom oranı çok yüksek bir korozyon direnci sağlar. 400 serisi paslanmaz çelikler, 300 serisinin tersine manyetiktirler.

http://www.somcelik.com.tr


Paslanmaz Çelikler

Gıda, mutfak, mutfak eşyaları, ev eşyaları, otomotiv ve tıp endüstrisinde, evye üretimindeDepolama tankları ve kazanlardaOtomotiv sanayinde, mutfak aletlerinde ve dekoratif uygulamalardaeksoz borularında


Paslanmaz Çelikler

Çamaşır yıkama makineleri, köprüler

http://www.worldstainless.org/Files/issf/Animations/Winner/Flash.html

�Demir Dışı Metaller

�Bu malzemeler demir esaslı malzemelere göre bazı üstünlükleri nedeniyle endüstride önemli kullanım alanlarına sahiptirler.

�Düşük yoğunluk

�Korozyon dayanımı

�Yüksek ısıl özellikler

�Yüksek elektriksel özellikler

�Kolay işlenebilme

�Negatif olarak pahalıdırlar.



�Saf demirde olduğu gibi demir dışı metallerde de saf halde mukavemet değerleri düşüktür.

�Alaşımlandırma

�Isıl işlem

�Soğuk şekillendirme ile mukavemet değerleri oldukça yüksek değerlere ulaşabilir.




Yoğğğğunluk g/cm3 Ergime Derecesi oC

Aluminyum 2,7 660

Bakır 8,9 1084

Magnezyum 1,7 650

Titanyum 4,5 1668

Kalay 7,2 232

Çinko 7,1 419

Nikel 8,9 1455

Pb 11,3 327





Aluminyum, (Al)

Alüminyum, yumuşak ve hafif bir metal olup mat gümüşümsürenktedir. Bu renk, havaya maruz kaldığında üzerinde oluşan ince oksit tabakasından ileri gelir. Alüminyum, zehirleyici ve manyetik değildir. Yoğunluğu, çeliğin veya bakırın yaklaşık üçte biri kadardır. Kolaylıkla dövülebilir, makinede işlenebilir ve dökülebilir. Çok üstün korozyon özelliklerine sahip olması, üzerinde oluşan oksit tabakasının koruyucu olmasındandır.

Temel Malzeme GruplarıAluminyum

� Yoğunluk 2,7 g/cm3, demirin üçte biri kadar. Ergime derce 665 oC.

� Alaşımsız halde çekme mukavemeti 90 N/mm2, alaşımlama ile çekme mukavemeti 220 N/mm2, ısıl işlem ile çekme mukavemeti 440 N/mm2

� Bu nihai değer bazı çeliklerin mukavemetine yakındır.

� Mukavemet / yoğunluk değeri çelikten 3 kat fazla olduğu için otomobil ve havacılık uygulamaları için çok avantajlıdır.

� Korozyona oldukça dayanıklıdır (yüzeyde oluşan oksit tabakası aluminyumu korozyona karşı korur)

� Elektrik iletkenliği yüksektir (bakırın % 60’ı kadar, fakat bakırdan üç kattan daha az yoğun oluğundan birim ağırlık başına düşen iletkenlik yönünden bakırdan daha üstün) Bu nedenle geniş aralığa sahip yüksek gerilim hatlarında çelik taşıyıcılar ile birlikte en uygun iletken aluminyumdur.

� Çok rahat plastik şekil değiştirebilir (haddeleme sonucu % 99 oranında şekil değiştirerek folyo haline getirilebilir).

� Ayrıca toksik olmadığından gıda endüstrisinde ve paketlenme işlemlerinde çok yaygın kullanılır.


Aluminyum

Yıllara göre dünya alüminyum üretim miktarları


Aluminyum ve üretimi

� Yerkabuğunda bol miktarda (%7,5 - 8,1) bulunmasına rağmen serbest halde çok nadir bulunur ve bu nedenle bir zamanlar altından bile daha kıymetli görülmüştür. Alüminyumun ticari olarak üretiminin tarihi 100 yıldan biraz fazladır.

� Alüminyum ilk keşfedildiği yıllarda cevherinden ayrıştırılması çok zor olan bir metal idi. Alüminyum rafine edilmesi en zor metallerden biridir. Bunun nedeni, çok hızlı oksitlenmesi, oluşan bu oksit tabakasının çok kararlı oluşu ve demirdeki pasın aksine yüzeyden sıyrılmayışıdır.


Aluminyum geridönüşümü

Alüminyumun hurdalardan geri kazanımı, günümüz alüminyum endüstrisinin önemli bir bileşeni haline gelmiştir. Geri kazanım işlemi, metalin basitçe tekrar ergitilmesi esasına dayanır, ki bu yöntem metalin cevherinden üretimine nazaran çok daha ekonomiktir. Alüminyum rafinasyonu çok yüksek miktarlarda elektrik enerjisi gerektirir, buna karşılık geri kazanım işlemi, üretiminde kulanılan enerjinin %5'ini harcar. Geri döndürülen alüminyum kaynakları arasında otomobil parçaları, pencere ve kapılar, cihazlar, ve konteynerler sayılabilir.



Metalsel alüminyumun üretimi genellikle farklı tesislerde gerçekleştirilen üçadıma ayrılabilir:

1.Gerekli hammaddenin (boksit ve diğer cevherler) madenden çıkarılması

2.Cevher hazırlanması ve cevherden alümina (Al2O3) üretilmesi

3.Alüminadan birincil alüminyum üretilmesi

Cevherden Al üretimi: Birincil Aluminyum

Hurdadan Al üretimi: İkincil Aluminyum



Alüminyum oksit (beyaz toz), yaklaşık %30-40 demir içerdiği için kırmızı renkli olan boksitin rafinasyonu ile üretilir. Bu işlemin adı Bayer işlemidir .

Boksit: Alüminyum üretiminde kullanılan en

önemli cevherdir. Farklı oranlarda su içeren

oksitlenmiş alüminyum mineralleridir.

Dünyadaki metal alüminyum üretiminin % 90'ı bu cevherden temin edilmektedir. Bu bakımdan boksit cevheri dünya ticaretinde önemli bir yer tutmaktadır.



Boksit tüketiminin % 85-90'ı alümina ve alüminyum üretimine yöneliktir. Boksit ayrıca, kimya ve refakter sanayiinde, çimento ve aşındırıcı yapımında kullanılmaktadır.

Alüminyum üretiminde kullanılan boksit en az % 50 Al2O3 ve en fazla % 15 SiO2 içermektedir. Yaklaşık olarak 4 ton boksitten 1 ton alüminyum elde edilmektedir.

Bauxite mine in Western Australia


Aluminyum ve üretimiBoksit cevherinden alümina üretimi:

Alüminyum üretiminde kullanılabilmesi için boksit içindeki alüminanın saflaştırılması gerekir. Bu işlem için Karl Bayer tarafından 1888 yılında patenti alınan Bayer prosesi kullanılmaktadır.

Boksit cevheri 175 °C’deki NaOH çözeltisi içinde çözülür. Al2O3 + 2 NaOH + 3 H2O → 2 NaAl(OH)4

Yukarıda reaksiyon sonucu cevher içindeki alümina alüminyum hidroksite dönüşürken diğer oksitler çözünmeden katı halde kalırlar. Bu katı oksitler filtrasyon işlemi ile ayrılır. Filtrasyon sonucu elde edilen kırmızı çamur çevre sağlığı açısından sorunlar oluşturur.


Aluminyum, Bayer Prosesi

� Akja Alümina tesisleri Macaristan 4 Ekim 2010, Kırmızı çamur sızıntısı


Aluminyum, Bayer Prosesi

Filtraston işleminden sonra çözelti soğutulur ve alüminyum hidroksit çökelir. Elde edilen çökeltinin 980 °C’de ısıtınca aşağıdaki reaksiyona bağlı olarak gerçekleşir ve saf alümina üretilmiş olur.

NaAl(OH)4→ Al(OH)3 + NaOH

2 Al(OH)3→ Al2O3 + 3 H2O


� Hall–Héroult Prosesi

Bayer prosesinden elde edilen alüminanın metalsel alüminyuma dönüştürülmesi için 1889’da Hall ve Héroult tarafından geliştirilmiş olan proses kullanılır. Bu proseste alümina elektroliz işlemi ile alüminyum ve oksijene ayrılır.

Alümina üretiminden sonraki aşama, alüminanın ergimiş kriyolit (Na3AlF6) banyosunda elektrolizi ile metalik alüminyuma dönüştürülmesidir. Birincil alüminyum, alüminanın alüminyum elektroliz hücrelerinde yüksek akım altındaki 960-970 0C sıcaklıkta elektrolit adı verilen kriyolit-alüminyum florür ergimiş tuz eriği içinde çözünmesi, ayrışması ve indirgenmesi sonucu nötrleşen alüminyum metalinin tabanda birikmesi ile elde edilmektedir.


� Türkiye’de Aluminyum

Talsad: Türkiye Alüminyum Sanayicileri Derneği

� ETİ ALÜMİNYUM� END ALÜMİNYUM METAL MAKİNA KİMYA SAN. TİC. LTD.ŞTİ.� CMS JANT VE MAKİNA SANAYİ A.Ş.� KALE OTO RADYATÖR SAN. VE TİC. A.Ş.� ASAŞ ALÜMİNYUM SAN. VE TİC. A.Ş.� FENİŞ ALÜMİNYUM SAN. VE TİC. A.Ş.� ASSAN ALÜMİNYUM SAN. VE TİC. A.Ş.� TEKNİK ALÜMİNYUM SANAYİ A.Ş.� YILMAZLAR KABLO VE ELEKTRİK SAN. TİC. LTD. ŞTİ.


� Aluminyum alaşımlarının sınıflandırılması


Aluminium-bodied Austin "A40 Sports" (c. 1951)


http://packaging.world-aluminium.org/





Aluminyumun ısı transfer hızı demirden 2.4 kat daha hızlıdır.









http://www.world-aluminium.org/

Documents

Metalurji Mühendisli ğine Giri şMukavemet / yo ğunluk de ğeri çelikten 3 kat fazla oldu ğu için otomobil ve havac ılık uygulamalar ıiçin çok avantajl ıdır. Korozyona