Bakır (Cu) - Abdullah Demir

ALÜMİNYUM VE ÖZELLİKLERİ










Alüminyumun yoğunluğu (2,71 g/cm3) ,çeliğin yoğunluğunun (7,83
g/cm3) üçte biri kadardır. (Hafiftir.)
Elastik Modulus düşük , E = 71 GPa
Kristal Yapısı: YMK, bu yüzden her sıcaklıkta süneklik kabiliyeti var
Mekanik özellikleri iyi ( Dövülebilir ve işlenebilir.)
İnert gaz ile kaynak yapılabilir.
Ekonomik bir üründür. (Bakır fiyatından daha düşük)
Yorulma mukavemeti düşük. (Özellikle çökeltme sertleşmesi ile
sertleşmiş alaşımların)
Elektrik ve ısı iletkenliği yüksek.
Korozyon direnci yüksek.- (Oluşturduğu doğal ince oksit tabakası)

Çökeltme sertleşmesi görülen numunelerde korozyon direnci düşük. ( gerilimkorozyon çatlağı)
Manyetik değildir.

Alaşımlama:
 1.25 % Mn ve 3.5 % Mg kadar
katı eriyik mukavemeti
 4.5% Cu, 7% Zn or (3% Mg + 1% Si) kadar
çökeltme
sertleşmesi
 0.5% Cr kadar
tane küçültme
 Diğer tane küçültücü alaşımlar
▪ - Alüminyum-Titanyum (Al-Ti)
▪ - Alüminyum-Bor (Al-B)
▪ - Alüminyum-Titanyum-Bor (Al-Ti-B)
 17% Si, 7% Cu, 10% Mg kadar
döküm alaşımlanması
Çökelti
Oluşumları
Tane sınırlarına çökelen
çökeltiler yakınında yer
alan atomlarda
konsantrasyon farkına
neden olur. Ayrıca
mekanik özellikleri zayıflar
Çözüm
Bu durumu telafi etmek
için ısıl işlem uygulaması
gerçekleştirilir.
“quench and age” ani
soğutma ve yaşlandırma
işlemi gerçekleştirilir.
Alüminyum alaşımlarında gerilim korozyon
çatlağı çok görülür. (En çok da bu seride)



Bunu azaltmak için :
Zn:Mg = 3:1 olmalı
Mg ve Cu alaşım elemanları eklenmeli
Si. Fe gibi empuritelerin kontrolu
sağlanmalı
Alüminyum 7045 (krank) ve
7120 (gövde) serileri bisiklet
yapımında oldukça sık
kullanılmaktadır.
Anti şoklu trekking
kolları 7075-T6





Lityum hafif ve yoğunluğu ise 540 Kg/m3

Her bir % 1 Li için yoğunluk % 1 azalır.
Alüminyum yüksek sıcaklıklarda en fazla
%14’e kadar Lityum’u çözer.


Sıcaklık düştükçe çözünürlüğü düşer.
Arafazlarla sertlik artışı sağlanabilir. (δ` - Al3Li )

%10 Li ilave %20 Elastik M.
Katı eriyik mukavemeti (Çap farkı fazla ALi > AAl)
Elastik modulu artırır.
Oluşan Problemler:
 Lityum çabuk oksitlenir. Dikkatli kullanım gerektirir.
 Döküm sırasında segregasyon meydana gelir.
 Na, K içeren empüritelerde mikroyapı görünümü tane
sınırları boyunca uzanan ayrık merceksi parçacıkları
şeklindedir. Mekanik özellikleri zayıflatır. (Düşük Tm )
 Aşırı yaşlandırmada tane sınırlarına δ fazı çöker.
7475 – 8090 Kıyaslanması
AKSLAR :


Alüminyumun akslarda kullanımı nispeten daha yenidir.
Çok zor koşullarda işlev gören bu parçada alüminyum kullanımı yüksek
mukavemet, hafiflik ve korozyona dayanım sağlamıştır.
 Bu uygulamalarda alüminyumun hafifliği aracın sadece genel performansı
ve yakıt ekonomisini arttırmakla kalmamakta aynı zamanda titreşim ve
gürültüyü de azaltmaktadır
Yüksek oranda alüminyum kullanılan bir
otomobil arka aksı

Korozyon direnci yüksek ( Oksit tabakasının
varlığı)

Korozyon direnci: Alalaşım < Alsaf
(Alaşım elementleri korozyon direncini düşürür.)
Oksit tabakası için:
 Atmosferde oluşan amorf
 Su buharında oluşan kristalin
yapılıdır.

Korozyon direnci oluşan tabakanın homojenliğine
bağlıdır.

Korozyon direnci ortama bağlı olarak
değişmektedir.
BAKIR






Özgül ağırlık :8,92 g/cm-3
Ergime sıcaklığı:1083 °C
Isıl genleşme katsayısı:17,7.10-6 /K-1
Isıl iletkenlik:0,91 cal/cm.s.grd
Elek. İletkenliği:40-59 m/Ωmm2
Elastik modülü:125000-128500 N/mm2





Saf Bakır Cevheri
Kristal Yapı
Atom Numarası
Atom Ağırlığı
-3
Yoğunluk (gr/cm )
o
Ergime Sıcaklığı (C )
Yüksek elektrik iletkenliği
Yüksek ısı iletkenliği
Korozyon direnci nispeten yüksek.
İşlenebilir ve dövülebilirlik
Kabul edilebilir çekme dayanımı
YMK
29
63.546
8.933
1084








Bakır cevher ocaklarından çıkarılması ve hazırlanması.
 Cu2S(kalkosit ), CuFeS2(kalkoprit), Cu2O (kuprit)
Öğütme
Flotasyon (Zenginleşme)
Ergime ile mat ve curufa ayrıştırma
Konvertörde da hava üfleme ile mattan blister bakır
üretimi
Anot fırınında anot bakırda dönüştürme
Elektrolizle katot bakır yapımı
Katot bakırın ergitilerek kütçe haline getirilmesi
ve satışa sunulması
Kuprit
Kalkoprit
Kalkosit





Bakır veya bakır alaşımları özelliklerine bağlı olarak ihtiyaç
duyulan yerlerde aşağıdaki gibi sıralanmaktadır.
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.)
Çekme Mukaveneti (Mpa)
Akma Dayınımı (Mpa)
Kopma Uzaması (%mm)
Haddeleme ve Tavlama
200-250
40-80
30-45
Çekilme Döküm
350-450 150-200
250-350
6-2
Bakır tramvay tel
Elektronik Ürünler
Bakır Kupa
Bakır Plaka
1-) Alaşımsız Bakır
3-) Bronz
Bakır – Kalay Alaşımları
2-) Pirinç
Bakır – Alüminyum Alaşımları
Bakır - Çinko
Alaşımları
Bakır – Silisyum Alaşımları
Pirinçleri
Bakır – Berilyum Alaşımları
4-) Bakır – Nikel
Bakır – Kurşun Alaşımları
Bakır – Çinko Alaşımları Kalay ve
Alüminyum Katkılı
Nikel Bakırı ( CuCu- Ni)
Ni)
Nikel Gümüş (Cu
(Cu--NiNi-Zn
Zn))





İyi elektrik ve ısıl iletkenlik
Yüksek korozyon dayanımı
Kolay üretim
Nispi ölçüde dayanım
Lehimleme ve kaynaklanabilirlik

Dökme bakırlar içerdiği oksijen ve bakıra
göre sınıflandırılır.
 Üç ana gruba ayrılır:

Bünyesinde %4-%5 oksijen ihtiva eden
 Deokside edilmiş bakır
 Oksijensiz elektrolitik bakır
Bakır –oksijen faz diyagramı
Bünyesinde %4 oksijen
ihtiva eden bakırın
mikroyapı görüntüsü
Bünyesinde %4 oksijen
ihtiva eden bakırın sıcak
işlendikten sonraki
mikroyapı görüntüsü
850 o C ‘de H2 gazına
maruz kalan bakırın
mikroyapısı
Atmosferdeki CO ve N oranlarını azaltılmış ortamda gerçekleşen ergitme
ve katılaşma ile meydana gelen bakırdaki mikroyapı değişimleri
Düşük alaşımlar için : (80-95%Cu, 20-5%Zn)
Mukavemet
Sertlik
Süneklik
%Zn
Renk Değişimi
Kırmızı
Yüksek alaşımlar için : (60-80%Cu, 40-20%Zn)
Mukavemet
Sertlik
%Zn
Süneklik
β fazı(HMK)
%Sn
Altın
Yeşilimsi Sarı
α+β Alaşımları
Soğuk işlem
α+β Alaşımları
Cu 59.0-62.0, Zn 36.7-40.0, Sn 0.51.0, Pb 0.20, Fe 0.10)
730-900oC ‘de Sıcak İşlenebilme
Düşük Alaşımlardaki Tavlamalar
(%40-50 Oda sıcaklığında )
Süneklik
İncreasing Sn content gives a
microstructure of α phase (yellow) in β
matrix (dark)
+
β
Mn, Fe, Sn
Mukavemet
Sertlik
Gerilim Korozyon Çatlağı
>15% Zn
Tane Sınırları
(Taneler arası çatlama)
Intergranular stressstress-corrosion cracking in
cartridge brass (70%Cu(70%Cu-30%Zn) due to
exposure to corrosive atmosphere
Çinkosuzlaşma
Zn bakırda tercihli olarak yenim meydana
getirir ve yapıda gözenekli kalıntı bırakır
Dezincification of cartridge brass (70%Cu(70%Cu-30%Zn)

(Dövülmüş) %1.25-10 Sn (Cu-Sn)


+
0.1% P
Fosforlu bronz
P (deokside ajan)
dökümü kolaylaştırır.
Fazla P, yapıdaki reaktifliği artırır.

İşlenmiş bakır – kalay alaşımlar daha mukavemetli özellikle soğuk işlem
uygulamaları için, korozyon dirençleri yüksektir.

%16 Sn içeren bakır – kalay sistemleri yüksek mukavemetli rulman ve dişli
yatakların üretiminde kullanılmaktadır.
Sn (>10%)
Mukavemet
Microstructure of
phosphor bronze
92%Cu-8%Sn-trace
P, showing
recrystallised α
grains with
annealing twins
Dökümde işleme

Al, Cu’da 565°C’de max % 9.4 ‘e
kadar (α fazı) çözer.
•
•
•
•
I.GRUP %4 - %9 Al Al-Cu :
Düşük mukavemet
Yumuşak ve sünek
Korozyon direnci nispi olarak iyi
() fazı içeren alaşımlardır.
•
•
•
•
II.GRUP %9 - %14 Al Al-Cu :
Isıl işlem uygulanabilme
İyi bir mukavemet ve sertlik
Süneklik nispi olarak iyileştirme
() ve () fazları içeren alaşımlardır
•
Alüminyum bronzları yüksek ergime
sıcaklığına sahiptir
•
Dar katılaşma aralığı vardır
•
Korozyon dirençleri yüksektir. (SelfHealing Al)
•
Yüksek mukavemet, aşınma ve
yorulma dayanımları yüksektir.
•
Al ilavesi ile çekme mukavemet
dayanımı artar. (%10’e kadar)







Cu-Si sisteminde Si 843oC’de
maksimum %5.3’e kadar çözer.
Silisyum bronzlar %1-3Si arasında
dır.
Mn , Fe ve Pb eklenerek mekanik
özellikleri genişletilir.
Yüksek Mukavemet(~390-1000 MPa)
Korozyon Direnci (özellilkle asitli ort.)
Kaynaklanabilirlik.
Deoksiden bir elementtir.
Cu-Si faz diyagramı






Element
Cu
Ni
Cu ve Ni elementlerinin kristal
yapıları YMK yapılardır.
Sürekli katı eriyik (Sınırsız
çözünürlük (izomorf))
Mikroyapıda sadece α fazı
bulunur.
Yüksek sıcaklıklarda mukavemet
yüksek
Korozyon direnci yüksek
alaşımlardır.
Yüksek Ni + Mn
Yüksek
elektrik direnci (elektro git. teli )
Elektronegatiflik
1,9
1,91
Atom Çapı
1,57
1,62
Endüstride kullanılan en önemli demirdışı metal ve alaşımları şunlardır;







Bakır (Cu) ve alaşımları
Alüminyum (Al) ve alaşımları
Magnezyum (Mg) ve alaşımları
Titanyum (Ti) ve alaşımları
Kurşun (Pb) ve alaşımları
Kalay (Sn) ve alaşımları
Çinko (Zn) ve alaşımları
Kaynak: Prof. Dr. Ayşegül Akdoğan Eker, 25.12.2008








Düşük yoğunluk: Hafiflik
Korozyon dayanımı (yüzeyinde oluşan Al2O3 tabakası),
İyi elektrik iletkenlik,
Kolay şekillendirilebilirlik,
Dekoratif görünüm,
Bazı alaşımlar yaşlandırma ile sertleştirilebilir.
Diğerleri ancak soğuk plastik şekil değiştirme ile.
Alüminyum alaşımları, esas alaşım element baz alınarak Alüminyum
birliği (AA) tarafında standartlaştırılmıştır.
 Isıl işlem durumları “temper gösterimleri” ile ifade edilir.
Alaşım standart gösterimi:
• 1xxx: saf Al
• 2xxx: Cu
• 3xxx: Mn
• 4xxx: Si,
• 5xxx: Mg,
• 6xxx: Mg ve Si,
• 7xxx: Zn,
• 8xxx: Li (ve diğer bazı)
Temper gösterimi:
 F: İmal edildiği gibi
 O: Yumuşatma tavlaması
uygulanmış,
 Hx: Deformasyon sertleşmesi
uygulanmış (x derecesinde)
 T3: Çözelti+Soğuk PŞV+Doğal Yaşl.
 T4: Doğal Yaşl.
 T6: Çözelti+Yapay Yaşl.
 T5: Sıcak PŞV+Yapay Yaşl.
 T7: Aşırı Yaşl
 T8: Çözelti+Soğuk PŞV+Yapay Yaşl.
Magnezyum (Mg) alaşımları:
 Düşük özgül ağırlık,
 Korozyondan etkilenir,
 SDH yapılı-gevrektir-PŞV
zordur.
 Bazı alaşımları yaşlandırılabilir.
 Havacılık sektörü, spor aletleri,
spor araç parçaları vs.
SDH yapılı
Titanyum (Ti) alaşımları:
 Yüzeyindeki oksit tabakası
(pasivizasyon) nedeniyle
korozyona dayanıklıdır.
 Yüksek özgül dayanım,
 Düşük elastik modülü,
 200 oC’ye kadar yüksek dayanım
gösterir.
 Bazı alaşımları yaşlandırılabilir.
 Havacılık ve tıp endüstrisinde
yaygın olarak kullanılır.



Bakır (Cu);





Elektrik iletkenliği,
Isı iletkenliği,
Korozyon dayanımı,
Şekillendirilebilirlik,
Estetik

Bazı alaşımları
 Prinç; Cu-Zn alaşımı, çok yaygın
 Bronz: Cu-Pb-Sn-Al alaşımı
 Cu-Be yüksek dayanım ve kıvılcım
üretmeyen takımlarda.
Uygulama alanları:
Elektrik Telleri, Radyatörler,
Denizcilik parçaları, dekoratif
parçalar.

Nikel (Ni)
 Çok iyi korozyon dayanımı
 Çok iyi yüksek sıcaklık
dayanımı
 Süper alaşım imalinde:
Alaşım elementleri Al ve
Ti. (Ni3Al ve Ni3Ti (gama
prime fazı ’) yaşlandırma
ile bağdaşık olarak
çöktürülür).
Bazı alaşımları:
 Monel (Cupro-nikel %66
Ni -%34 Cu) Alman
gümüşü olarak da bilinir.
 Tuzlu su dayanımı
 Yüksek sıcaklık
uygulamaları için
Çinko (Zn):
 Özellikle basınçlı döküme
elverişli.
 “Zamak”, çok bilinen Zn-Al
ile alaşımıdır
 Uygulama alanları:
 Elektrik cihaz parçaları
 Otomotiv parçaları
 Mobilya aksesuarları vs.
Kurşun (Pb):
 Düşük erime sıcaklığı,
 Yüksek özgül ağırlığı,
 Kolay şekil verilebilirlik,
 Toksit - sağlığa zararlı
 X-ışını vs. radyasyona karşı bariyer.
 Uygulama alanları
 Lehimler
 Atalet-ağırlık gereken yerler
Refrakter metaller (W, Mo, vs):
 Yüksek erime sıcaklıkları,
 Düşük oksidasyon dirençleri:
Kullanımlarında inert atmosfer
gerekir.
 Ampullerde filaman olarak vs.
Kıymetli (Precious) metaller: Au,
Ag, Pt, vs.
 Yüksek inertlik
 Yüksek oksidasyon direnci
 Uygulama alanları: Kuyumculuk,
elektronik sanayi, tıp
uygulamaları.