Sınaî alaşımlar

Alaşımlar ya bu alaşımı meydana getiren metallerin adları yan yana getirilerek (gümüş-bakır alaşımları, ferro-nikeller), ya alaşıma özel bir ad verilerek (Pirinç, Duralümin, İnkonel) veya sembolik belirtmeler (normlar ve standartlar) kullanılarak adlandırılır. Sayıları çok yüksek olduğu için, alaşımları içlerindeki başlıca metale göre sınıflandırmak gerekir.

• demir alaşımları: âdi ve özel çeliklerle dökme demirler; ferro-alaşımları;

• bakır alaşımları: tunçlar, pirinçler, mayşorlar, kupro-alüminyumlar v.b.;

• hafif alaşımlar: bunların en tanınmış olanları alpaks ile duralümindir. Bu alaşımlar alüminyumun, kendisine yeni özellikler katan başka metallere karıştırılması ile elde edilir. Bu yeni ürünün işlenmesi ve yüzey işlemleri özel metotlar gerektirir.

• çok hafif alaşımlar: bunlar magnezyum esaslıdır (elektron);

• kursun, kalay, çinko alaşımları;

• nikel alaşımları (Monel, nikrom v.b.):

• kıymetli metal alaşımları (altın, gümüş, platin);

• özel metal alaşımları: bunların bazıları (titan, zirkonyum, tungsten alaşımları) özellikle havacılık ye nükleer uygulama alanında büyük bir gelişme göstermektedir;

Refrakter alaşım. Bir alaşım, uzunca bir süre sıcakta tutulunca, sürenin uzadığı ve ısının arttığı oranda aşınır. Sıcakta gösterdiği mekanik direnç bakımından, kuvvetlere karşı direncinden başka, sürekli bir şekil değişikliğiyle kendini belli eden bükülmezlik düşüklüğünü de gözönüne almak gerekir; bu olaya akıcılık adı verilir.

Bir alaşımın sıcak gazların veya erimiş tuzların aşındırıcı etkisinden korunması için, bu alaşımın yüzeyinde alaşımın esas metalleri ile aşındırıcı ortam arasındaki iyon mübadelelerini önleyen ve bu ortamın etkisine dayanan, oksitten veya başka bir maddeden sürekli ve stabil bir koruyucu tabaka meydana getirmek gerekir. Krom, alüminyum ve silisyum, böyle bir korunmayı demir ve nikel ile sağlayabilir.

Refrakter alaşımlarda aranan başlıca mekanik özellik, akıcılığa dayanabilmedir, bu da tane büyüklüğünün (büyük taneler faydalıdır), yuğurulmanın, özellikle de kimyevî bileşimle termik bir önişlem sonucunda elde edilen mikrografik bünyenin (650°C'lik orta sıcaklıklarda kullanılan ferritik alaşımlar, daha yüksek sıcaklıklarda austenitik alaşımlar) etkisi altındadır. Molibden, tungsten, titan, nikel, krom, kobalt, vanadyum, niyobyum, alaşımların akıcılık sınırını arttıran elementlerdir. Sınaî önem taşıyan demir, krom veya nikel esaslı başlıca refrakter alaşımlar şunlardır:

• ferritik veya austenitik özel çelikler (Bk. ÇELİK, refrakter çelikler);

• basit veya kompleks nikel-krom alaşımları (yüzde 30-80 nikel, yüzde 15-30 krom, yüzde 2-5 alüminyum ve demir);

Bunlar ısıtıcı elektrik dirençleri sağlayan tel veya şerit yapımında kullanılır.

• süper alaşımlar: yüksek oranda krom, nikel, kobalt ihtiva eden ve bazan hemen hiç demiri bulunmayan bu alaşımlar 900°C-ye kadar dayanabilir (gaz türbinleri çarkları).

• sinterleşmiş alaşım veya maddeler: bunlar tozlar metalürjisi ile elde edilir ve yüksek erime noktalı metaller (molibden, tungsten, zirkonyum) ile refrakter maddelerin (oksitler, karbürler, borürler) bir araya getirilmesiyle sağlanır.

Sert alaşım. Daha 1910 yılında, eritme yolu ile tungsten karbürden tel çekme, cihazları yapımına başlandı. Bundan sonra, imalâtta tozlar metalürjisinden faydalanıldı, 1922'den sonra da «sinterleşmiş sert alaşımlar» geliştirildi. Tungsten karbüre en çok kullanılan bağlayıcı yüzde 5-10 oranında kobalt olmak üzere, başka bazı refrakter karbürler (titan, molibden, tantal karbürleri) katıldı. Bu alaşımların Vickers sertliği 1 600 civarındadır (bir yumuşak çeliğin Vickers» sertliği 100, sulanmış bir sert çeliğinki 700'dür). Bu alaşımlar özellikle bazı âletlerin ucuna takılan ufak levhalar şeklinde, tornacılıkta kullanılır, aynı şartlar altında, sert çeliğe kıyasla 10 misli fazla dayanırlar. Aynı alaşımlar, madencilikte kullanılan bazı âletlerin, tel çekme cihazlarının, metal tozlarını baskılama matrislerinin ve genellikle aşındırma işlemlerinde kullanılan parçaların yapımında da işe yaramaktadır.

Sürtünme alaşımları, iki türlü sürtünme a-1 aşımı vardır: temas halindeki parçaların tutuklanmasını, ısınmasını ve aşınmasını önlemek için sürtünmeyi elden geldiği kadar azaltan alaşımlar, bir de araçların debriyaj diskleri ile fren donanımlarında kullanılan, yüksek sürtünme katsayılı alaşımlar. Tozlar metalürjisi ile elde edilen bu alaşımlar, metal tozları (bakır, kalay, demir, kurşun) ile bazı mineral tozlardan (silis) meydana gelir. Böylece bu kompleks karışımlar bazen zıt özellikler gösteren ve herhangi bir tutukluğa, lüzumsuz aşınmaya meydan vermemekle birlikte değişmez ve yüksek bir sürtünme katsayısına sahip olan ürünler elde edilmesini sağlar.

İmalât alaşımı. Bu tür alaşımın özet bünye ve bileşimleri tezgâhlarda büyük bir hızla ve kolayca işlenmesine ve sanayide seri halinde imal edilmesine elverişlidir, özellikle yumuşak çeliklerin, imalât esnasında meydana gelen talaşların kırılganlığını arttırarak daha iyi işlenmesini sağlamak için alaşıma kurşun ve kükürt de katılabilir.

Elmaslı alaşım. Alaşım veya alaşım benzeri maddelerin matrislerini hazırlamak için kullanılan metal tozlarına elmas tozu karıştırılarak ve tozlar metalürjisi ile elde edilen bu alaşımlar, özellikle bazı âletlerin (parlatma taşları, burgular) imâlinde işe yarar. Bu tür alaşımlar bünyeleri bakımından, demir-nikel-krom, tungsten-bakır-nikel veya özellikle tungsten-karbür, titan-karbür, kobalt esaslıdırlar. Böyle alaşımlardan elde edilen âletler, çok sert ve aşındırıcı maddelerin (cam, porselen, kıymetli taşlar, sulama ve nitrürasyon ile sertleştirilen yüzeyler) işlenmesine imkân verir.

Kolay eriyen veya düşük erime noktalı alaşım. Bu tür alaşımlar erime noktası çoğu kere 100°C'den düşük olan bir eutektik bileşime yakın oranlarda üç veya dört metalden meydana gelir. Düşük erime noktaları dolayısıyle, bu alaşımlar bazı emniyet düzenlerinde (buhar kazanlarının sigortası) veya parlatılacak ufak metal parçalarının dayanağı olarak kullanılırlar. Başlıca düşük erime noktalı alaşımlar bismut, kurşun, kalay ve bazen de kadmiyum ihtiva ederler.

— Metalürji. Nükleer uygulamalar için alaşımlar. Nükleer reaktörlerin bileşimine giren çeşitli parçaların yapımı için, saf madenlere nazaran ya sadece nükleer özellikleri, ya mekanik mukavemetleri veya oksitlenmeye, yahut aşındırmaya karşı gösterdikleri direnç dolayısıyle daha mükemmel özellikleri olan bazı alaşımlara baş vurulur.

Yanıcı unsurlar elde etmek için, saf uranyum, ancak sıcaklığı düşük reaktörlerde kullanılır, çünkü 660°C'den yüksek ısılarda bu maden billûrî alotropik değişimlere uğrar, oldukça kolay oksitleşir; 100°C'den itibaren sudan çabuk müteessir olur ve ışınımlar yüzünden tanecikleri büyüyerek 515er. Bu sakıncaları önlemek için, içinde yüzde 10 molibden veya ayrıca rutenyum, zirkonyum ve paladyum bulunan ve 700-800°C'ye kadar dayanan uranyum alaşımlarına baş vurulur. Bölünebilir izotopla zenginleştirilmiş uranyum kullanıldığı zaman, bir alüminyum, paslanmaz çelik veya zirkonyum ana maddesine bu metal UAU bileşiği veya UO2 oksidi halinde ve yüzde 20 oranında dağıtılır. 1000° C civarındaki sıcaklıklara karşı uranyum oksit, karbür veya nitrür esaslı sinterleşmiş ürünler kullanılır.

Berilyum, gerek saf halde, gerek oksitle karışık olarak iyi nitelikte bir nötron yavaşlatıcısı ödevini görür; fakat çeşitli özelliklerinden dolayı kullanılma alanları sınırlıdır.

Çeşitli metal ve alaşımlar sıvı halinde ve 35O°C ile 600°C arasındaki sıcaklıklarda, yanıcı unsurların soğutulması ve yüksek güçlü reaktörlerde enerjiyi toplamak için kullanılır. Eriyik halindeki sodyum, potasyum ve kurşun-bizmut alaşımları günden güne daha çok kullanılmaktadır. Pompalama devreleri bakımından, yoğunluğu ve nükleer nitelikleri dolayısıyle civanın uygulama alanı oldukça dardır. Sıvı halinde madenler kullanıldığı zaman, devrelerde ve pompalarda sızmaları önlemek için çok dikkatli davranmak gerekir. Reaktörlerin dışında bulunan bazı kapların veya ekranların korunmasında çelik ve en çok kurşun kullanılır.

Yanıcı elementler, rolleri değişik olan koruyuculara veya kılıflara yerleştirilir: bunların görevi, yakıtı soğutucu sıvıdan ayırmak, ve soğutma devrelerinin bölünme ürünleri tarafından kirletilmesini önlemektir. Ayrıca bu yanıcı elementlerin sıcakta gerekli mekanik özellikleri olmalı, bir dereceye kadar yassılaşabilmeli veya çekilebilmeli, yorgunluğa ve aşınmaya şok iyi dayanmalı, nötronları da çok az miktarda soğurmalıdır. Bu gibi nitelikleri olan başlıca madenler, alüminyum (silisyum, zirkonyum veya nikel ile alaşım halinde), magnezyumun yüzde 0,5 zirkonyumla alaşımı, zirkonyum esaslı alaşımlar ve içinde yüzde 20 krom ile yüzde 10-20 nikel bulunan paslanmaz çeliklerdir.