Son güncelleme: 23.08.2023
Günümüzde üretim maliyetleri gelişen teknoloji ile ucuzlarken ham madde(malzeme) fiyatları giderek artmaktadır. Tasarımlarımızda ihtiyaç duyduğumuz verimliliği sağlayabilmek için detaylı malzeme bilgisine ihtiyacımız bulunmaktadır. Bu blog yazısında mühendislik malzemeleri için genel geçer bilgileri paylaşmaktadır.
Metaller
Metaller, en yaygın kullanılan mühendislik malzemesi sınıfıdır. Metal alaşımları kullanımı yaygındır ve bir metalin daha fazla metal ve / veya metal olmayan malzeme ile birleştirilmesiyle oluşturulurlar. Alaşım oluşturulmasının temel amacı, malzemenin özelliklerini istenen bir şekilde iyileştirmektir.
Çelikler
Çelik, çekme ve sıkıştırmada eşit mukavemete sahip homojen bir malzeme olarak kabul edilir ve ayrıca önemli plastik deformasyonlara uğrayabilen sünek bir malzemedir. Dünyada kuşkusuz en çok kullanılan malzemedir. Dikiş iğnelerinden petrol tankerlerine kadar her şeyi imal etmek için kullanılır.
- Karbon Çelik
Karbon çelikleri temelde sadece demir ve karbon karışımlarından oluşur. Küçük miktarlarda başka elementler içerebilirler, ancak karbon, birincil alaşım bileşenidir. Karbon eklemenin etkisi, mukavemet ve sertlikte bir artıştır.
- Düşük Karbonlu Çelik
Düşük karbonlu çelik, yaklaşık % 0,30’dan daha az karbona sahiptir. Düşük mukavemete ve yüksek sünekliliğe sahiptir. Soğuk işlemeyle bir miktar güçlendirme sağlanabilir, ancak ısıl işleme iyi yanıt vermezler. Düşük karbonlu çeliklerin üretimi ucuzdur.
- Orta Karbonlu Çelik
Orta karbonlu çelik, yaklaşık % 0.30 ila % 0.70 arasında karbon içerir. Özellikle daha yüksek karbon içeriği ile mukavemeti arttırmak için ısıl işlem görebilir. Genellikle akslar, dişliler, miller ve makine parçaları için kullanılır.
- Yüksek karbonlu çelik
Yüksek karbonlu çelik, yaklaşık% 0.70 ila % 1.40 arasında karbon içerir. Mukavemeti yüksek ancak sünekliği düşüktür. Yaygın kullanımlar arasında matkaplar, kesici aletler, bıçaklar ve yaylar bulunur.
- Takım Çeliği
Takım çelikleri malzemelerin işlenmesi ve şekillendirilmesi için kullanılan asil çeliklerdir. Örneğin kesici takımlar, matkap uçları, zımbalar, kalıplar ve keskiler gibi imalatta kullanılmak üzere takım yapmak için öncelikle kullanılır. Alaşım elementleri tipik olarak sertliği, aşınma direncini ve tokluğu optimize etmek için seçilir.
- Paslanmaz Çelik
Paslanmaz çelikler, içeriğinde en az %10,5 Krom (Cr) içeren çelik alaşımlarıdır. Paslanmaz çeliklerin ayırt edici özelliği yüksek korozyon dayanımı‘dır. Korozyon, metallerin çevre ile tepkimeye girdiği elektro-kimyasal bir prosestir. Paslanmaz çelik, altın platin rodyum gibi çoğu ortamda çevreyle tepkimeye girmeyen, korozyona uğramayan soy metallerden değildir. Paslanmaz çeliklerdeki yüksek korozyon dayanımını sağlayan unsur; havayla temas ettiği zaman malzeme yüzeyinin üzerinde, yüzeye kuvvetle tutunmuş, yoğun, sünek, çok ince ve saydam bir krom-oksit tabakası oluşmasıdır. Paslanmaz çelik termal iletkenliği, alüminyumdan 10 kat, çelikten 4 kat daha düşüktür. Dış cephelerden soğuğun içeri iletilmesi düşüktür.
Paslanmaz çelikler kendi arasında üretim şekil ve imalat yöntemlerine göre bir çok çeşiti mevcuttur daha detaylı bilgi için bu sayfayı inceleyebilirsiniz.
- Östenitik Paslanmaz Çelik
Östenitik paslanmaz çelik, paslanmaz çelik türlerinin en çok kullanılan şeklidir. Östenitik Paslanmaz çelikler en yüksek korozyon direncine sahip olan paslanmaz çelik türüdür. Östenitik paslanmaz çelikler, nikel içeriği nedeniyle genellikle diğer paslanmaz çeliklerden daha pahalıdır. Manyetik özelliği yoktur. Bu alaşımlar çok iyi şekillenebilirlik, korozyon direnci ve kaynaklanabilirliğe sahiptirler. Yaygın uygulamalar arasında bağlantı elemanları, basınçlı kaplar ve borular bulunur.
Demir Alaşımları
Demir alaşımlarında temel element olarak demir bulunur. Demir alaşımlarının en büyük avantajı ucuz olması ve üretim kolaylığıdır. Demir alışımının en büyük dezavantajı ise düşük korozyon direncidir. Demir alışımlarındaki daha yüksek karbon elementinin bulunması mukavemeti ve sertliği artırırken sünekliliği azaltır.
- Dökme Demir
Dökme demir, genellikle% 2’den fazla, yüksek seviyelerde karbon içeren demir alaşımıdır. Dökme demirde bulunan karbon, grafit veya karbür formunu alabilir. Dökme demirlerin erime sıcaklığı düşüktür ve bu da onları döküm için çok uygun hale getirir. Basma mukavemetinin yüksektir. İyi mukavemet-ağırlık oranı gösterirler.
- Gri Dökme Demir
Gri dökme demir en yaygın tiptir. Adını demirin kırılma yüzeyi gri renge sahip olmasından almıştır. Gri dökme demir kırılgan bir malzemedir ve basınç dayanımı, çekme dayanımından çok daha yüksektir. Gri dökme demirler mükemmel derecede sönümleme özelliği gösterirler. Titreşim söndürme kapasitelerinin iyi oluşu onları motor bloğu üretiminde alternatifsiz kılar.
- Beyaz Dökme Demir
Beyaz dökme demir, malzemeyi sert, kırılgan ve işlenmesini zorlaştıran karbür biçiminde karbona sahiptir. Beyaz dökme demir, esas olarak aşınmaya dirençli bileşenlerin yanı sıra dövülebilir dökme demir üretimi için kullanılır.
- Dövülebilir Dökme Demir
Dövülebilir dökme demir, beyaz dökme demirin ısıl işlem görmesiyle üretilir. Isıl işlem, yüksek mukavemetini korurken malzemenin sünekliğini arttırır.
Alüminyum Alaşımları
Saf alüminyum yumuşak ve zayıftır, ancak mukavemeti artırmak için alaşım olarak kullanılabilirler. Saf alüminyum, malzeme üzerinde oluşan ve oksidasyonu önleyen bir oksit kaplama nedeniyle iyi bir korozyon direncine sahiptir.
Alüminyum, hafifliği ve korozyon direncinden dolayı özellikle havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılan bir malzemedir. Alüminyum alaşımları, ilk rakamın ana alaşım elementini gösterdiği 4 basamaklı bir sayıya göre adlandırılır. 2000, 6000 ve 7000 serisi alüminyum alaşımlarının tümü ısıl işleme tabi tutulabilir ve bu nedenle bunlar en yüksek dayanımlara ulaşabilir. Diğer alaşımlar soğuk işlemeyle güçlendirilebilir.
Nikel Alaşımları
Nikel alaşımları yüksek sıcaklık ve korozyon direncine sahiptir. Yaygın alaşım bileşenleri arasında bakır, krom ve demir bulunur. Yaygın nikel alaşımları arasında Monel, K-Monel, Inconel ve Hastelloy bulunur.
Bakır alaşımları
Bakır alaşımları genel olarak elektriksel olarak iletken, iyi korozyon direncine sahip ve nispeten kolay biçimlendirilip dökülmesiyle tanımlanabilir. Bakır alaşımları esas olarak pirinç ve bronzdan oluşur. Çinko, pirinçteki başlıca alaşım bileşenidir. Kalay, çoğu bronzda önemli bir alaşım elementidir. Bronzlar ayrıca alüminyum, nikel, çinko, silikon ve diğer elementleri içerebilir. Alüminyum bronz alaşımları çok sert ve iyi giyen özelliklerine sahip ve bu yüzden sık yatak uygulamalarında kullanılmaktadır. Berilyum bakır doğru yağlandığında alaşımlar iyi mukavemet ve yorulma özelliklerinin ve iyi bir aşınma direncine sahiptir.
Titanyum Alaşımları
Titanyum alaşımları hafif, güçlü ve yüksek korozyon direncine sahiptir. Yoğunlukları çelikten çok daha düşüktür ve güç / ağırlık oranları mükemmeldir. Bu nedenle titanyum alaşımları, özellikle havacılık endüstrisinde oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Titanyum alaşımlarının başlıca dezavantajlarından biri yüksek maliyettir.
Üç titanyum alaşım kategorisi vardır: alfa alaşımları, beta alaşımları ve alfa-beta alaşımları. Alfa alaşımları ısıl işleme yanıt vermez ve bunun yerine katı çözelti güçlendirme süreçleriyle güçlendirilir. Beta ve alfa-beta alaşımları, esas olarak çökeltme sertleştirme yoluyla ısıl işlemle güçlendirilebilir.
Polimerler
Her bir molekülü birbirine bağlayan tekrarlı uzun moleküllerden oluşan bir malzemedir. Çoğu polimerlerin oluşumu karbona dayanır bu nedenle organik kimyasal maddede denir. Polimerler termoplastik polimerler, ısıyla sertleşen polimerler (termosetler) ve elastomerler olarak sınıflandırılır. Metallere ve seramiklere göre düşük yoğunluktadır. Yüksek korozyon direnci vardır.
- Termoplastik Polimerler (Plastik)
Termoplastiklerin ve termosetlerin sınıflandırılması, ısıya tepkilerine dayanmaktadır. Bir termoplastik üzerine ısı uygulanırsa yumuşar ve erir. Soğuduktan sonra katı forma döner. Bu oda sıcaklığında katı olan ancak sadece birkaç yüz derece ısıldıktan sonra vizkoz akışkan haline gelen malzemelerdir. Bu özellikleri sayesinde kolay, ekonomik hızlı bir şekilde ürütilebilirler.
- Termoset Polimerler (Plastik)
Tekrarlı ısıtma çevrimlerine maruz kaldığında malzeme özellikleri bozulur kömürleşir. Başlangıçta ısıtılarak akışkan bir davranış elde edilir yüksek sıcaklıkta ise malzeme kimyasal reaksiyona girerek sertleşir. Daha çok kompozit üretiminde kullanırlar. (Epoksi ,polyester…)
Polimerler ile ilgili daha detaylı bilgi için bu konu hakkında özel olarak yazılmış blog yazımızı ziyaret etmek için tıklayınız.
- Elastomerler (Lastik)
Elastomerler düşük mekanik gerilmelere maruz bırakıldıklarında başlangıç boyutunun on katına kadar uzayabilir. Elastomerler genellikle contalar, yapıştırıcılar, hortumlar, kayışlar ve diğer esnek parçalar için kullanılır. Yapının mukavemeti ve sertliği, kükürt eklenmesini ve malzemenin yüksek sıcaklık ve basınca tabi tutulmasını içeren vulkanizasyon adı verilen bir işlemle artırılabilir. Bu işlem, polimer zincirleri arasında çapraz bağların oluşmasına neden olur.
Elostemerler ile ilgili daha detaylı bilgi için bu konu hakkında özel olarak yazılmış blog yazımızı ziyaret etmek için tıklayınız.
Seramikler
Seramikler, metalik veya metalik olmayan elementlerden oluşabilen katı bileşiklerdir. Seramikler genel olarak mükemmel korozyon ve aşınma direncine, yüksek erime sıcaklığına, yüksek sertliğe ve düşük elektriksel ve termal iletkenliğe sahiptir. Seramikler çok kırılgan malzemelerdir.
Malzemelerin Numaralandırılması
Malzeme numaraları kullanışlı bir malzeme tanıma sistemi bize sağlar. İlk basamak malzemenin ana grubunu bize söyler. Noktadan sonra dört basamak malzemenin cinsini belirtir. Altı ile 7 basamak ize malzemenin sayısal numarasını bize verir. Aşağıdaki resimden malzeme numaralandırma sistemini inceleyebilirsiniz.
Doğru malzeme seçimi tasarım için oldukça önemlidir. Sizde bu blog yazısı sayesinde doğru malzeme ailesin tespit edebilirsiniz. Diğer blog yazılarımızı okumak için tıklayınız.
Kaynaklar
- KARBONLU VE ALAŞIMLI ÇELİKLERİN KAYNAĞI, Burhan Oğuz, OERLIKON Yayını, 1985
- POLİMER MALZEMELER DOÇ. DR. N. SİNAN KÖKSAL
- Ek olarak “https://mechanicalc.com/reference/engineering-materials” sayfasından yararlanılmıştır.
