MALZEME BİLGİSİ

 I- Malzemeleri Tanıma
            Modern malzeme tekniği ile birçok malzemeleri tanıyabiliriz; örneğin, bakır, plastik, lastik, keramik ve kesme maddeleri vb.

Malzemeler belirli yapılara ve farklı özelliklere sahiptir.
Örneğin: matkabın kesici kısmı sertleştirilmiş takım çeliğidir. El breyzinin, el tutma yeri ise elektrik enerjisini izole etmek için plastiktir.
Uygun malzemeyi seçebilmek ve işleyebilmek için malzemeyi iyi tanımak gerekir.

Malzemeler; birçok özellikleri göz önünde bulundurularak sınıflandırır. Bu malzemeler ayrı ayrı veya birlikte kullanılabilirler.

Çelik:
   Çelikler büyük makine parçalarının üretiminde dökülerek gerektiği şekilde biçimlendirirler. Büyük dayanıklılığa sahiptirler. Çeliklerden bütün makine parçaları üretilebilir. Çelikler kuvvetlerin taşınması için de kullanılırlar: mil, dişli çark vb.

Dökme –Demir:
              
            Dökme demir malzemesi iyi dökülebilirliğe sahiptir. Titreşim azaltıcı özelliği vardır. Zor şekilli makine parçaları dökülerek üretilir. Örneğin torna gövdesi vb.

Ağır Metaller:     (g>5 kg/dm3 )

Ağır metaller bakır, çinko, kurşun, nikel ve krom dur. Ağır metaller çoğunlukla özellik isteyen yerlerde kullanılır. Diğer malzemelerle birleştirilerek yeni tip bir malzemenin elde edilmesinede yararlar.

Hafif (Yumuşak) Metaller:  (g<5 kg / dm3 )
          
            Hafif metaller Aluminyum, Magnezyum ve Titan dır. Bunlar yüksek dayanıklılığa sahip olabilirler. Ana kullanım amacı hafif yapı elemanlarıdır. Bunlar örneğin uçaklarda sıkça kullanılan metallerdir.

Doğal Malzemeler:

            Doğal malzemeler sert taş (Örneğin granit) ve ya ağaç dır. Doğal malzemeler özel amaçlar için kullanılır. Örneğin. Kontrol masasının üst plakası granitten yapılır.

Yapay Malzemeler:

            Yapay malzemeler plastik, cam ve keramik gibi malzemelerdir. Plastik malzemeler sert ve dayanıklı üretilebilirler, elektirik izolasyonlarında kullanılabilirler. Bunlardan çeşitli makine parçaları yapılabilir. Örneğin dişli çark gibi.

Birleştirilmiş Malzemeler:

            Birleştirilmiş malzemeler birçok malzemenin birlikte kullanılmasıdır. Kullanılan malzemeler ile kendine has özelliklerde yeni malzemeler elde edilir. Kullanım amacına göre pozitif özelliklere sahip olurlar. Örneğin yüksek dayanıklılık, yumuşaklık, hafiflik gibi.

1.2 Demir’ in tanınması

            Demir (Fe) yeryüzünde en sık rastlanan elemanlar arasında; oksijen (O), silisyum (Si) ve alüminyumun (Al), ardından dördüncü sırada gelmektedir. Buna rağmen demir insanlık tarihinin akışı içerisinde kullanım metali olarak çok yüksek bir konuma sahiptir ve bunu korumaktadır.
Bunun nedeni nedir?
            Başka metaller gibi demir de doğada saf değildir, bunun anlamı işlenmesi gerekmektedir ve avantajı da budur.
            Demir oldukça düşük maliyetle işlenebilir ve teknikteki yaygın kullanımı buradan kaynak-lanmaktadır. Girişte belirtildiği üzere demir bir kullanım metalidir. Bu ifade tam anlamıyla yerindedir. Demir iyi “kullanılabilen” bir iş malzemesidir. Bu da demir iş malzemesinin bir dizi değişken özelliklere sahip olduğunu içerir. Özellikle kapsamı;

kadar birkaç örnekle uzanmaktadır.

            Bu özelliklerden daha önemlisi, bu özelliklerin bizim belirlediğimiz sınırlar içerisinde değişken olması. Bu değişiklikler iki yöntem ile sağlanır:

Her iki önlem karşılıklı ilişki içerisindedir. Bu demir-karbon durum tablosu yardımıyla açıklığa kavuşacaktır.

1)Malzemelerin sınıflandırılmasını tablo şeklinde gösteriniz.
2)Evinizdeki kapı kolu,mandal,yemek tabağı… gibi sürekli kullandığınız gereçlerin malzeme cinslerini araştırınız.

1. Çelik gruplarının, kullanım amaçları ve sınıflandırılması

Bir iş parçasının kullanım amacı sertleştirilipsertleştirilmeyeceğiveya İslah edilipedilmeyeceğinibelirler.
Yumuşak kalmaları istenen, yani sertleştirme gerektirmeyen iş parçalarını, bu durumda sertleştirilebilen çelikten üretmek gerekmez. Bu durumda; halk dilinde "inşaat çeliği" (demir) olarak bilinen düşük karbon oranlı bir çelik seçilir. İnşaat çeliği gibi düşük bir karbon oranına sahip, sementasyonçelikleri olarak tanımlanan bir dizi çelik daha vardır. Bunların inşaat çeliğine göre avantajı, karbon oranlarının garanti sabitolmasıdır ki, bu inşaat çeliği için sözkonusu değildir. Ayrıca cüruf içermesi bakımından (Metalik olmayan kirlenmeler) sementasyon çeliklerinin saflığı daha uygundur. Bu nedenle, örn. yüksek maliyet gerektiren ve sertleştirilmesi istenmeyen iş parçalan için çoğunlukla inşaat çeliği yerine sementasyon çeliği seçilir. Kural olarak bunlar C10 veya C15 norm çelikleri olacaktır; bunlar alaşımsız sementasyon çelikleri olup, karbon oranları % 0,1  ile %0,15 arasındadır.                    

Alaşımsız ıslah çeliği

Islah edilecek iş parçaları, ıslah çeliğinden üretilir. Bu çelikler, tam sertliğe getirilmesi gereken çeliklerden daha düşük karbon oranına sahip sertleştirilebilen çeliklerdir. Karbon oranları %0,25  ile %0,6  arasındadır. Bu miktarlar, iş parçalarına isteğe bağlı olarak takr. 900 N/mm2.......1700 N/mm2 dayanıma ıslah etmek için yeterlidir.

Alaşımlı çelikler                                                                                  
Şimdiye dek inşaat çeliği dışında sementasyon çeliği ve ıslah çeliği tanıtılmıştı. Bu çelik grublarında tek alaşım elemanı olarak (Katkı maddesi) sadece karbondan söz edilmişti. Bu tür çelikler meslek dilinde alaşımsızsementasyon, ıslah ve takım çeliği olarak tanımlanır. Bu alaşımsız çelikler istenen talepleri daima yerine getirmeyebilir.

Yüksek ısıya dayanıklı çelikler

örneğin X 4 NiCrTi 25 15, X 45 CrNiVV 18 9, 700°C'ye kadar geniş ölçüde dayanımını korur. Bu çelik türü, tahrik ünitelerinde örneğin ventil ve türbün kanatlarının yapımında kullanılır.

Hız çelikleri

Bunlar özel olarak torna, vargel kalemleri ile matkap ve frezelerde hemen hemen tüm çelik parçaların yumuşak işleminde kullanılır:.Bu çeliklerin çok ağır yükleri karşılama durumunda oldukları; torna, delme, freze veya vargel işlerindeki aşırı zorlanmalar gözönünde bulundurulduğunda   kolayca anlaşılır. Kesici, aşırı iş yükünde ısınır ve alaşım elemanı olmasa çabuk körelirdi. Bu çeliklere, istenilen taleplere uygun olmaları için   % 10.... %50  alaşım elemanları ilave edilir. Hızlı iş çeliklerine özellikle krom, volfram, kobalt, molibden ve vanadyum ilave edilir.

Pas ve Asite Dayanıklı Çelik

Pas ve asite dayanıklı çelikler özel olarak krom ve nikel alaşımlıdır. Bu şekillerde krom ve nikel oranı toplamı %50’ye kadar olabilmektedir. Bu çelikler çoğu zaman sertleştirilemez veya kısmen sertleştirilebilirler.Sertleştirme için gerekli karbon oranı özellikle düşük tutulur ki, pasa karşı güvenli krom elemanı çelikte serbest kalsın ve gerektiğinde karbon (mevcut) varlığından dolayı kromkarbit olarak bağlanmasın .Böyle bir bağ, pas ve asite karşı dayanıklılığı olumsuz yönde etkiler.      Bu nedenle bu gurubun sertleştirilebilen (Karbon içeren) çelik sınıfları, sertleştirilmemiş durumda pasa karşı dayanıklı değildir. Ancak sertleştirilmiş durumda krom ve karbon çoğunlukla çözülmüş durumda mevcut olduğundan pasa karşı dayanıklıdır.

Isıya dayanıklı çelikler

Isıya dayanıklı çelikler yüksek ısılarda dahi (1100 °C’ye kadar) çok az curuf kabuğu oluşturmalıdır. Bu nedenle bu çeliklere %20  ve daha fazla krom ve nikel katılır. Aşırı durumlarda bu alaşımlar  %100’e  varan oranda krom ve nikel den oluşur. Bu iki element yüksek ısılarda dahi çeliği aşırı curuflanmadan korur.

Azotlu çelikler

Azotlu çelikler; islah çelikleri grubuna dahil edilebilir. Normal ıslah edilmiş çeliklerle arasındaki fark, azotlama sayesinde çok sert bir kenar tabaka üretilir ve çekirdek ise sementasyon çeliklerinde olduğu gibi etki dışında kalır. Alimünyum, krom ve molibden elementleri "bu çeliklere %2' ye varan oranlarda ilave edilir.Çok sert olan azot tabakası çok iyi kayma özelliklerine sahiptir ve olağanüstü dayanıklıdır.
Genel Yapı Çelikleri
Genel yapı çelikleri için bir ısıl işlem öngörülme­miştir (Şekilde genel yapı çeliğinden yapılmış frezeleme başlığı gösteriliyor). Kullanımında, çekme dayanımı dikkate alınır. Bu değerin göstergesi işaretleme içinde ifade edilir. Örneğin St 50-2. çekme dayanımı, C oranının artışı ile yükselir, fakat aynı zamanda özlülüğü (sıkılığı), şekil verilebilirle kabiliyeti ve kaynak elverişliliği düşer.
St 37-2, St 37-3, St 44-2, St 44-3, St 52-3 çelikleri, ark ve gaz ergitme kaynakları için elverişlidir.

Kaynağa Elverişli İnce Taneli Yapı Çelikleri
Kaynak edilmeye elverişli ince taneli yapı çeliklerinin en düşük akma sınırı, 255 N/mm2 ila 500 N/mm2'lik sınırlar arasında yer alır. Kimyasal bileşimi ve C oranının % 0,2'de sınırlandırılması, kaynak elverişliliği ile ilgilidir. 410 N/mm2'lik en düşük akma sınırı olan kaynak edilmeye elverişli ince taneli yapı çeliği olan StE 420, TStE 420 sembolü ile soğuğa dayanıklı çelik olarak işaretlenir.

Nitrürleme çelikleri
Nitrürleme çelikleri, kendi bileşimde yer alan krom, alüminyum ve titan gibi nitrit oluşturucu maddelerden dolayı yüksek süreklilik dayanımı olan aşınmaya dayanıklı yapı parçaları için kullanılan örneğin 31 Cr Mo12 gibi alaşımlı çeliklerdir.

Yay Çelikleri
Yay çelikleri elastiki, sürekli titreşime dayanıklı ve ayrıca yüksek bir dayanıma sahip olmak zorundadır. Genel olarak makinalarda ve taşıt yapımında kullanılan yay çelikleri, C 75 gibi, alaşımsız kalite çelikleri, Ck 75 gibi alaşımsız yüksek vasıflı çelikler ve 66 Si 7 gibi alaşımlı yüksek vasıflı çeliklerdir.

Özel Çelikler
Özel çelikler, özel kullanma amaçlarına göre, alaşımsız kalite ve yüksek vasıflı çelikler ve ayrıca alaşımlı Yüksek vasıflı çelikler olarak sayılabilir.

Soğuğa dayanıklı çelikler
(örneğin 10 Ni 14, X 8 Ni 9), -50°C'nin altındaki sıcaklıklarda yeteri derecede dayanıklıdır. Sıvı gazların üretilmesine ve nakledilmesine ait tesislerdeki tanklar, boru tesisatları ve armatürler için kullanılır

Paslanmaz çelikler

Örneğin X 5 CrNİ 18 9, hava rutubetine, suya, deniz suyuna, genel olarak asitlere ve ergiyiklere karşı korozyon bakımından dayanıklıdır. Kimya ve gıda maddeleri sanayinde her türlü tank, boru tesisatları ve makina parçaları yapımı için kullanılır.

Çelik Saclar
Sacdan yapılmış yapı parçaları, uygun biçim verilmek suretiyle, yüksek yüklemeleri karşılayabilir. Çelik saclar, çok ince ve (galvanizli) saclar; ayrıca ince, orta, kaba ve kazan sacları olmak üzere gruplara ayrılır. Saclar, genel yapı, sementasyon, ıslah veya paslanmaz çeliklerden yapılır

Çelik tanımları
Demir çelik malzeme yapraklarında tüm çelikler numaralandırılmıştır (DIN 17006 ve 17007).Bu numaralar malzeme no’su olarak tanımlanır. Bu yapraklarda ayrıca her çeliğin bileşimi ve ısıl işlem verileri bildirilmiştir.

Ayrıca ”Alman Standardizasyon Enstitüsü (DIN)” ve Alman Demir Çelikçiler Derneği tarafından bir çelik tanımı standardize edilmiş ve icat olmuştur ki bu, uzman kişiye belli bir   şemaya göre derhal çeliğin ana bileşenlerini anlatır. Bu anılan malzeme numaralarından mümkündür.
            Çelikler’e ısıl işlem uygulayabilmek için aşağıdaki şekilde tanımlanmaları gerekir.

2.1 Karbon Oranı
      Karbon tanım sayısı karbon oranının 100 katını bildirir. Alaşımsız çeliklerde tanım sayısının önüne karbonun kimyasal sembolü ( C ) eklenir.
  Örnek :
           C 15 alaşımsız bir çelik olup % 0,15 bir karbon oranına sahiptir.

2.2 Alaşım Elemanları
       Tüm alaşımlı çeliklerde karbon sembolü ( C ) yazılmaz ve tanımın ilk sayısı karbon oranının 100 katıdır. Alaşımsız çeliklerde tanım sayısının önüne karbonun kimyasal sembolü ( C ) eklenir.
   Örnek :
           15   Cr 3            % 0,15 bir karbon oranı ile krom alaşımlı çeliktir.
           100 Cr 3             % 1 bir karbon oranı ile krom alaşımlı çeliktir.

       Krom oranı 15 Cr 3 de yaklaşık %0,7 , 100 Cr 6 da %1,5 tir. Yani karbon oranının tersine krom oranı öyle ifade edilir ki yüzde olarak oranı dört ile çarpılır. Aşağıdaki tabloda muhtelif alaşım elemanlarının çarpım sayısı bildirilmiştir.
 
                        Alaşım Elemanı                   Çarpım Sayısı
 

Örnek :
             90 Cr 3 alaşımlı çelikde; ortalama krom oranı %0,8 (Çarpım sayısı 4)  ve karbon oranı %0,9 C (Çarpım sayısı 100).
Tanım sayıları tam sayıya yuvarlanır.

Örnek: 
36 CrNiMo 4’de alaşım elemanı olarak  Krom,Nikel ve Molibden vardır.                   
Bu çelik içerisinde; %0,36 karbon, %1 Krom ve az miktarda nikel ile molibden bulunur. Nikel ve molibden az miktarda bulunduğu için oranı yazılmaz. Birinci alaşım elemanı krom olduğu için ( 4 ) değeri kroma aittir.
           
Yüksek alaşımlı çelikler
            Yüksek alaşımlı çeliklerin önünde ( X ) sembol işareti bulunur. Alaşım elemanları yüksek miktarlarda olduğu için çarpım faktörleri ile yazılmazlar.

Dayanıklılık

Dayanıklılık çeliklerin önemli özelliklerinden birisidir.
Burada malzemenin ışıl işlemi için herhangi bir bilgiyi göremeyiz.
                                            
Dayanıklılık tanım sayısı ortalama çekme dayanımının yaklaşık 1/10 kadar verilir. Dayanıklılık tanım sayısının çarpım faktörü   9,89 N/mm2  dir.
Örnekte tanım sayısı 37*9,89 N/mm2  (Bu yaklaşık 360 N/mm2  )
Tanım işaretindeki harfler malzemenin özelliklerini belirtir.
Örn: K çeliklerinden haddelenmiş profil anlamına gelir veya WT havadan etkilenmeyen çelik anlamına gelir. 

KSt 37 – 3 ,  WTSt 52 - 3 

Demir Olmayan Metaller
                                       1.Ağır Metaller                                        2.Hafif Metaller           
                               (Özgül ağırlığı ℓ>5kg/dm3)                               (Özgül ağırlığı ℓ<5kg/dm3)     
 
Demir hariç, bütün saf metaller ve katkı elemanı olarak demir miktarı en büyük payı oluşturmayan bütün alaşımlar, demir olmayan metallerden sayılır ve bu şekilde isimlendirilir.

Demir Olmayan Meallerin Nitelikleri,Gruplara ayrılması ve İşaretlenmesi:
Nitelikleri:Genellikle saf metaller yumuşak ve kendi alaşımlarına göre daha az bire mukavemente sahiptir. Saflık derecesi ne kadar yüksek olursa ,  ergime derecesi azalır, elektrik akım kabiliyeti ve işlenebilirliği daha iyi olur.
Alaşım yapımında , iki veya daha fazla metal sıvı halde karıştırılır. Genleşebilirliğin, elektrik iletim kabiliyetinin azalmasına karşılık esas metallere nispetle alaşımın sertliği ve mukavementi genel olarak artar. Talaş kaldırma işleminde talaş şekilleri kısa ve kırılgan olur. Alaşımlar daima almış oldukları saf metalden daha düşük ergime noktasına sahiptirler.
DO(Demir Olmayan) Alaşımlar, en yüksek paya sahip olan metal ismine göre ve döküm alaşımı veya yoğurma alaşımı katkı maddesine göre işaretlenir. Örneğin Alüminyum-Döküm alaşımı veya Nikel-yoğurma alaşımı gibi bakır alaşımları , esas metaller göre ve bir veya iki alaşım metaline göre isim alırlar.

GD-CuZn 15 Si 4.
GD-Basınçlı Döküm
Cu-Esas Metal
Zn-Alaşımlama Metalleri                    Bir Döküm Alaşımının İşaretlenmesi
Si:Alaşımlama Metalleri
4:%4 Silisyum
15:%15 Çinko
%81 Oranında bakır

Demir Olmayan Ağır Metaller:
       Makine yapımında en sık kullanılan ağır metaller bakır,çinko,kurşun,kalay ve bu metallerin alaşımları olup bundan başka örneğin: wolfram,krom ve ayrıca altın, gümüş ve platin metalleri gibi alaşımlama metalleridir.
Bakır(Cu) Ve Alaşımları:Saf bakır yumuşaktır ve iyi bir iletkendir.1083 ergime sıcaklığına sahiptir.8,93 kg/dm3 özgül ağırlığına sahiptir. Bakır atmosferik etkilere karşı korozyon bakımından dayanıklıdır.Açık havada yüzeylerde bakır karbonattan meydana gelen ince, kahverengi ve yeşil bir koruyucu pas tabakası oluşur.
Genellikle döküm metotlarına göre dökülür.Elektroteknikte en önemli iletkendir.
Bakır Çinko Alaşımları(pirinç) Genellikle demir olmayan ağır metallerdir. Bakır muhteva oranının min.%50 olması gerekir.İyi polisaj olurlar. Parlatılabilir sarı renge sahip olması nedeniyle dekoratif maksatlarla kullanılır.
Bakır Çinko Döküm Alaşımları bütün döküm metotları ile elde edilir.Çok iyi talaş kaldırılarak işlenme özelliğine sahiptir. İçine kurşun katmak suretiyle talaş kaldırma kabiliyeti daha da artırılabilir. Mikroteknikte,saat ve elektrik sanayinde kullanılır.
Bakır Kalay Alaşımları, %83-%98 bakır içeren alaşımlardır. Bunlar çekmeye ve aşınmaya karşı mukavim olmaktan başka,korozyona karşı çok dayanıklıdır.kendine has iyi kayma özelliğinden dolayı yatakların yapımında kullanılır.
Bakır Aleminyum Alaşımları, iyi çekme mukavementine sahiptir.Helisel dişliler ve sonsuz vida dişlileri ayrıca kaymalı yatak yapımında kullanılır.
Bakır Nikel Alaşımları,%40-%50 nikel içerir. Korozyon bakımından en dayanıklı olan malzemelerdir.

Nikel Ve Alaşımları: Nikel iyi parlatılan gümüş beyazı renginde bir metaldir. Soğuk olarak çok iyi şekil alır.Kaynak edilebilir.Yumuşak ve sert lehimi yapılabilir.
Krom-Nikel-Molibdenli Çelikler yüksek ısıya ve korozyona karşı dayanıklıdır.

Çinko Ve Alaşımları:Saf çinko, mavi-gümüşü renginde parıldayan bir metaldir.En fazla ısıl genleşmeye sahip olan metaldir.100-150 derece arasında çinkoya iyi şekil verilir.

Kurşun ve Alaşımları:İyi dökülebilir ve soğuk olarak iyi şekil verilebilir.%50 si akü plakalarını üretmek için kullanılır.Korozyondan koruyucu madde olarak ve cam eşya üretiminde kullanılır.

Kalay ve Alaşımları: Normal olarak çevresel etkilere karşı korozyon bakımından dayanıklı olan gri renge kadar parlayan, gümüş beyazı bir metaldir.Çok iyi dökülebilir. Büyük genleşme özelliğinden dolayı ince folyeler halinde haddelerden geçirilir.

Hafif Metaller:
Aleminyum Ve Alaşımları:Çeliğin özgül ağırlığının 1/3 üne sahiptir.Elektrik akımını ve ısıyı çok iyi iletir. Hurdası %33 geri kazanılmak üzere değerlendirilir. Mukavementi 200N/mm2 ye çıkarılabilir.
Magnezyum,bakır,silisyum,çinko,mangan ve kurşunun az miktarda katkıları ile alaşım yaparak korozyona karşı dayanıklılık dökülebilirlik ve işlenebilirlik özelliklerine göre geniş ölçüde tesir eder.
Demiryolu vagonları, taşıtlar, uçaklar, çatılar, folyolar, tüpler, kutular, fıçılar, kablolar, pano elemanları,büro makineleri,…….yapımında kullanılır.

Mağnezyum Ve Alaşımları:Tabiatta sadece kimyasal bileşik halinde bulunan gümüş grisi renkte bir metaldir.magnezyum talaş ve toz halinde iken beyazdır. Sanayide en hafif metaldir.Alaşımları kum-kokil ve basınçlı döküm yapılarak otomobil endüstrisinde hafif yapı parçaları yapımında kullanılır.

Titan Ve Alaşımları:Yüksek mukavementi büyük sertlik ve sıklığı olan gümüş beyazı renginde hafif bir metaldir. Alaşımları büyük talaş derinliklerinde orta ilerleme hızları ve düşük kesme hızları ile talaş kaldırmakta kullanılır.Rotorlar,ışınlayıcı ünite parçaları,iç yapı parçaları,kaplamalar,taşıt şaseleri…..yapımında kullanılır.