Alaşımlar

Konu Anlatımı

Alaşımlar

Saf demir, saf alüminyum ve saf bakır atölyede neredeyse hiç kullanılmaz; hepsi birkaç element eklenerek elde edilen alaşım hâlinde işlenir. Alaşım, bir ana metale eklenen başka elementlerin homojen karışımıdır ve amaç malzemeye sertlik, mukavemet, korozyon direnci, dökülebilirlik veya elektrik iletkenliği gibi bir özellik kazandırmaktır. Metal işlemede hangi alaşımla çalışıldığı, kesme parametrelerinden kaynak teline kadar bütün kararları belirler.

1. Alaşım Neden Gereklidir?

Saf alüminyum yumuşaktır, yapı taşı olarak taşıyamaz; saf bakır pahalı ve yeterince sert değildir; saf demir ise karbon olmadan biçilebilir ama aşınmaya dayanmaz. Birkaç yüzdemenin bile malzemeyi kökten değiştirdiği unutulmamalıdır: Demirin yalnızca %0,7 karbon alması onu yay çeliğine, %18 krom alması paslanmaz çeliğe dönüştürür. Bu yüzden malzeme seçimi, çizimde sınıf koduyla birlikte yapılır ve atölyeye gelen malzemenin kodu kesim öncesi okunur.

Alaşım elementleri iki grupta toplanır: Çeliği güçlendiren ve faz denetleyen elementler (kabul edilenler: karbon, manganez, silisyum, nikel, molibden, vanadyum) ile korozyonu önleyenler (özellikle krom ve nikel). İstenmeyen elementler ise kükürt ve fosfordur; bu ikisi çeliği sıcak kırılgan yapar ve kaynak çatlağı riskini artırır.

2. Çelikte Alaşım Elementlerinin Etkisi

3. Paslanmaz Çelikler ve Numaralandırma

Paslanmaz çelik, krom oranının en az %10,5 olduğu ve yüzeyde kendini yenileyen krom oksit tabakası oluşabilen çeliktir. Bu tabaka çizilse bile oksijen varlığında yeniden oluşur, bu yüzden paslanmaz çelik boyaya ihtiyaç duymaz. Sınıflandırma üç ayrı sistemde yapılır:

En sık karıştırılan nokta şudur: 304 ile 316 eşdeğer değildir. 316'nın molibdeni klorür ortamında delik korozyonunu önlediğinden denizcilik, havuz ve kimya işlerinde zorunludur; 304 ise kuru iç mekân işlerinde ekonomik çözümdür.

4. Alüminyum ve Bakır Alaşımları

Alüminyum alaşımları AA (Aluminium Association) numaralandırmasıyla anılır: İlk hane saflık sınıfını, son iki hane alaşım grubunu verir. Birkaç tanesi atölyede şudur: 1050 (Al99,5) elektrik ve süsleme, 5754 (AlMg3) sac gövde ve taşımacılık, 6061 (AlMg1SiCu) ve 6082 (AlSi1MgMn) profil ve taşıyıcı konstrüksiyon, 7075 (AlZn5,5MgCu) havacılık ve yüksek mukavemetli parça, 5083 (AlMg4,5Mn) gemi ve tank yapımıdır. Alüminyumun yoğunluğu 2,70 g/cm³ olduğundan aynı hacimde çelikten yaklaşık üç kat hafif, ancak yorulma ve korozyon davranışa göre çok farklıdır.

Bakır alaşımları ise iki ana ailede toplanır: Pirinç (Cu-Zn, örn. CuZn37) tornalama kolaylığı ve korozyon direnci nedeniyle fitting, vana ve bağlantı parçalarında; tunç (Cu-Sn, örn. CuSn8) yatak, bush ve deniz ortamında sürtünmeli parçalarda kullanılır. Bu alaşımların ergime sıcaklığı çelikten çok daha düşüktür, bu yüzden kaynak ve lehim sırasında ısıl program ayrı seçilir.

5. Kaynakta Alaşım Uyumu

Kaynakta ana metal ile telin alaşımı eşleştirilmezse dikiş çatlar veya korozyon direnci düşer. Atölye kuralı şöyledir: Karbon çeliğinde MIG/MAG için ER70S-6 (SG2) teli ve CO2 ya da Ar+CO2 karışımı, TIG için ER70S-2 teli kullanılır; alüminyumda yalnızca %100 argon ile ER5356 (magnezyumlu) veya ER4043 (silisyumlu) tel seçilir; paslanmaz çelikte tel ana metalin sınıfıyla eşleştirilir (304 işine 308L teli, 316 işine 316L teli). CO2 aktif bir gazdır ve alüminyumu oksitlediği için alüminyum kaynakta asla kullanılmaz.

6. Sınav Odaklı Özet

Sıvalı sorular genellikle üç şeyi ölçer: Krom eşik değeri (%10,5), sınıf eşleştirmesi (14401 = 316) ve yoğunluk-hacim hesabı (çelik 7,85; alüminyum 2,70; bakır 8,96 g/cm³). Atölyede ise soru şudur: Bu parçanın malzemesi ne, ona hangi tel ve gaz gerekir? Malzeme kodunu okumadan kesilen parça, kaynak aşamasında tel ve gaz tartışmasını da beraberinde getirir; bu yüzden kod okuma alışkanlığı konunun temelidir.

Ne Öğreneceğiz

Alaşım elementlerinin etkisini, paslanmaz çelik, alüminyum ve bakır alaşımlarını numaralandırma ve kaynak uygulamalarıyla tanıtır. Bu konuda ögrenme çıktıları:

• Alaşım kavramını ve alaşım elementlerinin çeliğe getirdiği faydaları açıklar.
• Krom, nikel, molibden, manganez ve karbonun çelik üzerindeki etkisini ayırt eder.
• AISI, EN ve Alman malzeme numarası sistemlerinde paslanmaz çelik sınıflarını eşleştirir.
• Alüminyum ve bakır alaşımlarını seri numarası ve bileşimine göre sınıflandırır.
• Ana metale uygun kaynak teli ve koruyucu gaz seçimini alaşım özellikleriyle gerekçelendirir.

Ön Bilgi

Bu konuya başlamadan önce temel kavram ve ön koşulları kavramanız yardımcı olacaktır. Konunun çerçevesinde şu kavramlar dikkat ister:

• Krom ≥ %10,5 olmadığında malzeme paslanmaz sayılmaz, sadece kaplanabilir çeliktir.
• 316'daki molibden klorür ortamında delik korozyonunu önler; deniz suyu işlerinde 316 şarttır.
• 430 ferritik ve manyetiktir; manyetik davranışı paslanmaz olmadığını değil yapısını gösterir.
• Alüminyum alaşımlarının yoğunluğu çeliğin yaklaşık üçte biri olduğundan aynı parça yaklaşık üç kat hafifler.
• Alaşım safsızlığı olarak kükürt ve fosfor kaynak çatlağı riskini artırır, kontrolsüz malzeme kaynaklanmaz.
• Tel ve koruyucu gaz seçimi ana metal sınıfıyla eşleştirilir; paslanmaz işte çelik tel kullanılmaz.

Basit Örnek ve Günlük Yaşam

Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:

Soru: Aynı hacimde 500 cm³ çelik ve 500 cm³ alüminyum parça kütleleri kaç gramdır? (Çelik 7,85, alüminyum 2,70 g/cm³)

1. Adım 1: Çelik kütle = 500 × 7,85 = 3925 g.
2. Adım 2: Alüminyum kütle = 500 × 2,70 = 1350 g.
3. Adım 3: Farkı hesapla: 3925 − 1350 = 2575 g.
4. Adım 4: Oranı kontrol et: 3925 / 1350 ≈ 2,9, yani çelik yaklaşık 2,9 kat ağırdır.

Sonuç/cevap: Çelik parça 3925 g, alüminyum parça 1350 g'dır; alüminyum aynı hacimde yaklaşık 2,9 kat hafiftir.

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Örnek 1: Yoğunluk Karşılaştırması konusunun adımları:

1. Adım 1: Çelik kütle = 500 × 7,85 = 3925 g.
2. Adım 2: Alüminyum kütle = 500 × 2,70 = 1350 g.
3. Adım 3: Farkı hesapla: 3925 − 1350 = 2575 g.
4. Adım 4: Oranı kontrol et: 3925 / 1350 ≈ 2,9, yani çelik yaklaşık 2,9 kat ağırdır.

Karşılaştırma Tablosu

Sık Yapılan Hatalar

Krom oranına bakmadan malzemeye paslanmaz demek: Paslanmazlık için kromun en az %10,5 olması gerekir; kromsuz çelik sadece boya veya kaplama ile korunur.

304 ile 316'yı eşdeğer sanmak: 316'nın molibdeni klorür ortamını gerektirir; deniz suyu ve kimya işinde 304 kullanmak kısa sürede delik korozyonu verir.

Alüminyumu CO2 ile gaz-altı kaynaklamak: CO2 alüminyumu oksitler ve gözenekli, kırılgan dikiş verir; alüminyum kaynakta yalnızca %100 argon kullanılır.

Ana metalden farklı sınıfta tel kullanmak: Çelik teli paslanmaza, alüminyum teli çelikte kullanmak dikişin mekanik ve korozyon özelliklerini bozar; tel ana metalin sınıfıyla eşleştirilir.

Açık denizde 304 ile 316'yı karıştırmak: Klorür içeren ortamda molibdensiz 304 delik korozyonuna yatkındır; bu işlerde sınıf çizimde açıkça belirtilmelidir.

Kendini Dene

Soru: AISI 304 ile AISI 316 paslanmaz çelikleri; kimyasal fark, korozyon dayanımı ve kullanım alanı bakımından karşılaştıran 4-5 cümle yaz.

Örnek cevap: Puanlama anahtarı: 316'da molibden bulunduğunu belirtmesi 3 puan; 316'nın klorür/kimyasal dayanımının üstün olduğunu 3 puan; kullanım alanlarını (gıda/medikal vs denizcilik) örneklemesi 2 puan; maliyet farkına değinmesi 1 puan; kurallı Türkçe 1 puan. Toplam 10 puan.