Demir Olmayan Metallerin Sertleştirilmesi

Günümüz endüstrisinde teknolojik yenilikler hızla ilerlemekte, bilinen malzemeler yerine bunların yerini tutabilecek daha ekonomik ve daha üstün özellikler taşıyan gereçler üretilebilmektedir.

Teknolojik değişimler çelik olmayan alüminyum, bakır, magnezyum, nikel gibi malzemelerin ve alaşımlarının kullanma sahalarını gittikçe arttırmaktadır.

Demir olmayan bu metallerin sertleştirilmesi çeliğe nazaran oldukça karışık durumlar arzetmektedir. Bu metal ve alaşımlar üzerinde çok eskilerden beri sertleştirme işlemleri tatbik edildiği halde bunların izahı ancak son asırlarda yapılabilmiştir. Dislokasyon teorisinin inkişafı, ısı işlemlerinin mekanizmalarını geliştirmede büyük kolaylıklar sağlamıştır.

Bugüne kadar demir olmayan iki veya daha fazla alaşımlı 24 çeşit esas yapı üzerine çalışma yapılmış ve en çokta alüminyum alaşımları incelenmiştir. Alüminyumdan sonra en fazla üzerinde durulan bakır ve nikel olmuştur.

Demir olmayan metallerin ısı işlemlerinde ve sertleştirilmelerinde en çok kullanılan metotlara bakıldığında çökelme sertleşmesi önem kazanır.

Önerilen Makale: Çelik boru malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için hassas çelik boru sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Çökelme sertleşmesi günümüz endüstriyel alaşımlarını sertleştirmekte kullanılan en önemli metotlardan biri olmuştur. 

Bir katı eriyikte çökelmenin meydana gelebilmesi için gerekli şart, yatık bir solvüs eğrisinin mevcut olmasıdır. Dolayısıyla çökelmenin çok bütün alaşım sistemlerinde ve bunların arasında yüzlerce halde de önemli bir derecede vuku bulduğu bilinmektedir. Hiç şüphe yoktur ki hemen hemen her metal münasip bir şekilde seçilmiş bir alaşım elemanını ilave etmek kaydıyla çökelme yoluyla sertleştirilebilir. 
 

Çökelme sertleşmesi usulüyle bir alaşım sertleştirilmesi üç safhadan meydana gelir. 

a- Bileşimin seçimi, 
b- Eritme ısıl işlemi, 
c- Çökeltme ısıl işlemi. 

Uygulamada çökelme sertleşmesine elverişli bir alaşımın meydana getirilmesi uzun ve oldukça güç bir iştir. 

Pratikte maksimum sertleşme kabiliyetinde olmayan malzemelerde kullanmak mümkündür. Alaşımların döküm kabiliyeti, içlerinde katılaşma esnasında ne kadar çok ötektik bileşen varsa, o kadar iyileşir. 

Döküm için mesela % 9B metali ihtiva eden bir bileşim seçilebilir. Dövme alaşımlarında en fazla % 4B metaline müsaade ederek sıcak şekil değiştirmesi sırasında alfa fazının elde edilmesi sağlanmalıdır. Ekseri hallerde maksimum şekil değiştirme sıcaklığı ikili ötektik sıcaklığı, daha kompleks alaşımlarda ise daha düşük olan üçlü otektik sıcaklığıdır. 

Gerek döküm ve gerekse dövme alaşımlar birbirini andırır veya birbirine benzerler. Yalnız daha yavaş reaksiyon, döküm malzemelerde daha uzun zamanların ve daha yüksek sıcaklıkların seçilmesi lazımdır. İlk kademe eritme ısıl işleminde gaye mümkün olduğu kadar fazla miktarda ikinci fazı alfa katı eriyiği içerisinde erimek ve bu katı eriyiği oda sıcaklığında muhafaza edebilmektir. 

Bunu başarabilmek için alaşım: 

1. Yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılır. Bu sıcaklık aşırı dane büyümesine sebep olacak kadar yüksek olmamalıdır. 

2. Bir saatin bir kesrinden hemen hemen bir güne kadar değişebilen bir süre içerisinde erimenin husule gelebilmesi için bu sıcaklıkta tutulur. 

3. Bu eriyik (aşırı doymuş olarak muhafaza edilebilmesi için) su verilmek suretiyle soğutulur. Eritme işleminden sonra alaşımın sertliği nispeten düşük, fakat yavaş soğutulan tavlanmış malzemeninkinden daha yüksek olur. 

Bu alaşımların tam olarak sertleşmesi, katı eriyikten ikinci bir fazın çökeldiği, çökelme işlemi sırasında olur. Bazı hallerde bu çökelme makul bir zaman süresi içinde oy da sıcaklığında vuku bulur. Bu takdirde alaşıma tabii olarak yaşlanan ulaşım denir. Çökeltme işleminin sıcaklığı iki faktör tarafından tayin edilir. 

1. Yeterli derecede reaksiyonun vuku bulması için geçecek zaman pratikteki ısıl işlemler için çok uzun olmalıdır. Umumiyetle sıcaklık ne kadar yüksek ise, zaman o kadar kısalır. 

2. En önemli faktör çökelme sırasında muhtelif özelliklerin farklı hızlarla değişmesidir. Örneğin mukavemet eğrileri çökeltme sıcaklığı ne kadar düşük ise o kadar yüksek maksimum değerlere çıkar. 

Genel olarak sertlik gibi özellikler çökelme sırasında belirli bir sıcaklıkta maksimuma yükselirler. Bundan sonra aşırı yaşlanma neticesi olarak tedrici şekilde azalırlar. Bu nihai yumuşama, belirli bir sıcaklıkta, zaman geçtikçe ulaşımın denge durumuna yaklaşmasının tabii bir neticesidir. 

Gerçekten de büyük ölçüde aşırı yaşlanmış bir alaşım, esas itibariyle tavlanmış bir ulaşıma özdeş olacaktır. Çünkü, tavlanmış alaşım eritme işlemi sıcaklığından itibaren yavaş soğuma neticesinde denge haline erişmiş bir alaşımdır. 

Bileşim ve ısıl işlem şartlarından başka eritme ısıl işlemini müteakip yapılan bir soğuk şekil değiştirmede bazı alaşımlarda elde edilen özellikler üzerinde byük rol oynar. Bazı hallerde, soğuk şekil değiştirme müteakip çökelme işlemi sırasında maksimum özellik değerlerinin elde edilmesine engel olur. Fakat konstrüksiyon hesaplamaları için çok önemli olan akma mukavemeti ekseriya bu usulle yükseltilebilir.
 

Halihazırda çökelme sertleşmesi mekanizmasını en iyi şekilde izah eden teoridir. Bu teoriye göre mevzi değişmelerde vuku bulan istatistik çalkanmalar neticesinde çökeleğin iptidai çekirdekleri teşekkül eder. Bu çekirdekler eriyen metal atomları cinsinden zengin olup dolayısıyla bunların büyümesi de ancak eriyen atomların bu çekirdeklere doğru yayınması ile vuku bulabilir. 

Çökelmenin ilk safhalarında ikinci faz hemen teşekkül etmekte fakat, ikinci fazınkine benzer bir billur yapısı, katı eriyikle sıkı temas halinde büyümektedir. 

İki yapı arasındaki bir atom dizilişi uygunluğu (koherans) mevcut ise, katı eriyik distorsiyona uğramaktadır. Çökelek başlangıçta umumiyetle küresel değil fakat levha veya çubuk şeklindedir. Boyutları küçük olduğu müddetçe bu parçacıklar normal difraksiyon resmi yerine Guiner- Preston lekeleri denilen özel X-Işını aksleri husule getirirler. 

Birçok çökelme sertleşmesi sistemlerinde ara billur yapıları transizyon kafesi teşkil edecek derecede inkişaf edemeden ana kafesten ayrılır ve denge halinde çökelek durumuna geçerler. Her ne kadar denge çökeleği içinde husule geldiği katı eriyiğe nazaran belirli doğrultularda bulunuyorsa da, ara billur yapılarını teşkil eden bu iki kafes arasında atom atoma bir uyma, yani koherane hali yoktur.