Alaşımların bünyesi

— ANSİKL. Mad. sanay. Bir alaşım meydana getirmenin amacı, metallere yeni özellikler kazandırmak, katılan elementlerle esas metalin katı çözeltiler veya bileşikler vermesini sağlamaktır. Katı çözeltiler, metalik halin özelliklerini muhafaza ederler, şekillendirmeye de genellikle elverişlidirler. Sertlikleri saf metalinkine kıyasla daha yüksektir. Birçok sınaî alaşımın en büyük kısmı bunlardan meydana gelir. Bileşikler, özel bünyeleri dolayısıyle, çok defa kırılgan ve çok serttir. Sınaî alaşımlara bunlardan ancak pek sınırlı bir miktar katılabilir. Bazı alaşımlarda hem katı çözelti billurları, hem de bileşik billurlar vardır; bunlar mikroskopla kolayca ayırt edilebilir. Termeki işlemleri (Bk. SULAMA) bunların alaşımda çok ince ve düzenli bir şekilde dağılmalarını sağlar. Böylelikle her kristaldeki kayma kütleleri de birbirine âdeta perçinlenmiş olur. Bunun sonucu olarak, söz konusu bileşiklerin varlığı, alaşımın sürekli deformasyona karşı direncini, yani esneklik limitini yükseltir. Eritme yoluyle bir alaşım elde etmek istenildiği zaman, önce esas metal eritilir, sonra buna gerekli oranda öteki elementler katılır. Bu elementler, eriyikte çözününce, esas metalin donma derecesini alçaltabilir veya yükseltebilir. Bu durumda, tam bir çözünme sağlayabilmek için, metalin kendi erime derecesinden daha yüksek bir sıcaklıkta ısıtılması gerekir. Elde edilecek en düşük sıcaklık dik koordinatlı bir sistemde çizilen diagramlarla bulunur. Bu koordinatlarda absisler, alaşımların kimyevî bileşimlerini, ordinatlar da sıcaklık derecelerini gösterir. Meselâ, gümüş ve altın alaşımlarını ele alalım. Bu iki metal sıvı durumda da katı durumda da birbirine her oranda katılarak çözünlenebilir. Sıvı durumdan katı duruma geçiş, diyagramdaki iki uç dikme ile gösterilen saf gümüş ve altın için değişmez sıcaklıklarda gerçekleşir, fakat belli bir gümüş-altın alaşımı için, erime belli bir termik aralıkta, yani iki sıcaklık derecesi arasında görülür ve bu aralık, alaşımın X kimyevî bileşimine bağlı X= alaşımda bulunan altın kütlesi x 100 / tüm alaşımın kütlesi oranı ile tanımlanır, öyleyse, bu alaşım için bir donma başlangıcı sıcaklığı bir de donma sonu sıcaklığı vardır. Bu iki sıcaklık derecesi, alaşımın kimyevî bileşimine göre, likidus ve solidus adı verilen iki eğri boyunca değişir. Likidus'un üst tarafında bulunan herhangi bir nokta, tamamıyle sıvılaşmış bir alaşımı, solidus'un altında bulunan herhangi bir nokta tamamıyle katılaşmış bir alaşımı; bu iki eğri arasında bulunan bir nokta ise, donmakta olan, yani kısmen sıvı, kısmen katı durumda bir alaşımı gösterir. X bileşimli bir alaşım, toplam kimyevî bileşimi değiştirilmeden, yavaş yavaş soğutulunca, bunun gösterme noktası bir dikme boyunca yer değiştirir ve Qo donma başlangıcı derecesine gelince, sıvı kütlesi içinde çok ufak ve katı alaşım tanecikleri meydana gelir, bunlar gümüş ve altın atomlarından meydana gelen katı çözelti billurlarıdır ve So noktası ile gösterilir, kimyevî bileşimleri de Xo apsisiyle bulunur. Kendilerini meydana getiren sıvıya oranla altın bakımından daha zengin oldukları görülür. Sıcaklık gittikçe düşerse, billurlar büyür (gitgide daha çok sıvı emdikleri için) kimyevî bileşimleri de bir biçimli kalmakla beraber değişir. Gösterme noktaları solidus eğrisini çizer, buna karşılık, kalan sıvıyı gösteren nokta likidus üzerinde yol alır. 0ı donma sonu noktasında, en son Li sıvı damlası kaybolur ve Sı billurları birbirleriyle temas haline gelir. Böylelikle, hepsi aynı X bileşiminde bulunan bir homojen tanecikler topluluğu elde edilir ki metalin her oranda birbirinde katı olarak çözünmesine ender rastlanır: bunun için, iki metalin atom çaplarının birbirine yakın, valanslarının da aynı olması gerekir. Alaşıma giren iki metalin atom çapları birbirinden oldukça farklıyken de katı çözeltiler meydana gelebilir; fakat o zaman bu çözeltiler belli bir sınırı aşamaz. Meselâ gümüş ile bakır birbirinde çözünebilir, ama 780°C ısıda gümüş en çok yüzde 8,8 bakır, bakır da en çok yüzde 8 gümüş çözündürür. Bu karşılıklı çözünme, sıcaklıkla birlikte azalır ve her iki metal de âdi sıcaklıkta birdenbire çözünmez. Bu durumda olayı belirleyen sıcaklık konsantrasyon diyagramında, bu çözünme değişikliği iki eğri ile gösterilecektir. Bu iki eğri arasında bulunan her nokta, biri gümüş, öbürü bakır bakımından zengin iki cins kristali belirtecektir. Bunlar mikroskopta da kolayca ayırt edilebilir. Gümüşçe zengin alaşımların L1 likidus'u ile S1 solidus'u, bakır oranları arttıkça bu alaşımların donma başlangıcı ve donma sonu sıcaklıklarının düştüğünü gösterir. Gümüş oranı artan, bakırca zengin alaşımlarda da aynı olay görülür. Bunun sonucunda diyagram likidusun, E noktasında birleşen bir L1 ve L2 kollarını göstermiş olur. Sıvı durumda yüzde 28,5 bakır ihtiva eden bir alaşımı ele alalım: bu alaşım soğutulduğu zaman, 780°C'ye kadar sıvı durumda kalır. Bu sıcaklıkta neler olduğunu anlamak için, likidus eğrilerini yeni bir açıdan ele almak gerekir: L eğrisinin her noktası, gümüşçe zengin katı çözelti billurlarına kıyasla doymuş bir sıvıyı gösterir, çünkü bu sıvı soğutulduğu zaman böyle billurlar meydana gelir. Aynı şekilde, L2 kolunun her noktası, bakırca zengin katı çözelti billurlarına oranla doymuş bir sıvının karşılığıdır. Likidusun her iki kolu üzerinde bulunan E noktası da, böylelikle, her iki cins billura doymuş durumda olan bir sıvıyı gösterir. Bu sıvıdan bir miktar kalori çekilirse, gümüş ve bakırca zengin billurlardan ibaret bir karışım halinde donduğu görülür. Termodinamik kurallarına göre, bu donma olayı değişmez bir sıcaklıkta gerçekleşir, öyleyse, eutektik alaşım adı verilen bu alaşımın termik katılaşma aralığı yoktur. Mikroskop altındaki görünüşü karakteristiktir, değişik renkte iki cins billurun düzenli bir şekilde dağılışını gösterir; bu düzenli bünyenin üstün nitelikte mekanik özellikleri bulunur. Katı çözelti billurları ve bileşik billurlar ihtiva eden eutektik karışımlar da vardır: bunlar, özellikle sıcaklık bileşim diyagramında gösterilen alüminyum ve bakır alaşımlarında bulunur. Alüminyum 548°C'de en çok yüzde 6 bakır çözündürür ve çözünürlük sıcaklıkla birlikte düşerek âdi sıcaklıkta ihmal edilecek bir kıymet alır. Demek ki bir alüminyum-bakır alaşımı, 20°C'de oldukça saf alüminyum billurları ve bir Al2 Cu bileşiği billurlarını ihtiva eder. Bu bileşik 590°C'de erir ve kimyevî bileşimi, pratik olarak sıcaklığa bağlı bulunmadığından, diyagramda yüzde 54 bakıra tekabül eden bir dikme ile gösterilir. Eutektik alaşım yüzde 33 bakır ihtiva eder ve 548°C'de erir.

Bazı sistemlerde, erime sıcaklığı saf metal-lerinkinden çok daha yüksek olan bileşikler vardır. Bu stabillik, adı geçen bileşiklerdeki iki cins atomun ancak belli oranlarında meydana gelen, çok büyük kuvvetlerle kenetlendiklerini akla getirir.