Metalürji Nedir

Metalürji Nedir – Metalürji Hakkında Bilgiler

Metalürji NedirMetalleri filizlerinden ayırma, arıtma ve işleme sanatı. Metalürji tarihi ateşin kullanıldığı sanatların gelişmesine ve yüksek sıcaklıkların elde edilmesine sıkı sıkıya bağlıdır. Metalürjinin kökeninin İ.Ö. 8000 yılma dayandığı sanılır; bu varsayım Kalde’de o tarihten kalma dövülmüş doğal bakır eşyaların bulunmasından kaynaklanır. Î.Ö. 4000 yılına doğru, bakır, İran’ın kuzeyinde, filizlerinden biri olan malakit, yani sulu bakır karbonattan çıkarılırdı. Bakır ve kalay alaşımı olan tunç daha geç ortaya çıktı (İ.Ö. 3500’de yapılmış tunçtan Sümer şamdanları bulunmuştur). Tunç, Mısır’da, İ.Ö. 1600 yılma doğru, ev eşyaları ve silah yapımmda kullanılmaya başlandı. Daha sonra Akdeniz havzasma yayıldı. Demir metalürjisinin, İ.Ö. 1500 yılında Güney Kafkasya dağlarında doğarak, oradan Yakındoğu’ya ve Akdeniz havzasma yayıldığı sanılır. Eskiçağ insanları cıvayı, kurşunu, kalayı ve gümüş, altın gibi soy metalleri biliyorlardı. Çinko kullanımı, İ.S. I. yy’da Çin’de ortaya çıktı ama, Avrupa’ya ancak XVI. yy’dan sonra getirildi. Ortaçağ süresince metalürjide pek gelişme olmadı.
Ancak XIII. yy. sonunda, dökme demirden ucuz metal elde edilmesini sağlayan ilk yüksek fırınlar yapıldı. Rönesans’tan ve özellikle, XVIII. yy. ortalarında gerçek bir kimya biliminin oluşmasından sonra, buluşlar hızla birbirini izledi: XVI. yy’da hadde makinelerinin ve şahmerdanların yapılması; Huntsman’m 1740’ta çeliği ergitmesi; 1783’te haddeleme yoluyla profil elde edilmesi; 1784’te demiri eritip akıtma fırınlarının yapılması; 1855’te Bessemer değiştirgecinin, 1855’te Martin-Siemens yönteminin, 1886’da Heroult yönteminin, 1887’de indüldemeli fırınların, 1905’te paslanmaz çeliklerin bulunması; vb.

İkinci Dünya savaşından sonra, havacılık, uzay araştırmaları ve nükleer araştırmalar alanlarındaki uygulamalar, ateşe dayanıklı metallerle ilgili metalürjinin gelişmesine büyük ölçüde katkıda bulundu. Silisyum, germanyum, tantal ve titanın metalürjisi 1950’den başlayarak elektroniğin gelişmesi ve yarı-iletkenlerle tümleşik devrelerin ortaya çıkmasıyla atılım yaptı.

METALLERİN YAPISI

Metaller, kimyasal elementlerin en büyük bölümünü oluşturur. Metal hal, bir metalin yapısını oluşturan billur ağı içinde serbest elektronların dolan-
masından kaynaklanır. Bu elektronlar, söz konusu yapıda bulunan pozitif iyonların kohezyonunu sağlar. Bir metal, çeşitli boyutlarda ve farklı yönelimlerdeki birçok billurdan oluşur. Bunlar, kalınlığı ancak birkaç atom çapma eşit olan bağlantılarla ayrılmış tanelerdir. Bir metal dövüldüğünde sertleşir, yani taneleri parçalanarak, onu sert ve kırılgan hale getirir. Buna karşılık, metal ısıtılırsa, taneler birbirleriyle kaynaşır ve metal telle-şebilir duruma gelir.
Metallerin billur yapısı kusursuz değildir: İçindeki kusurlar, sözgelimi bir çekme uygulandığında ağın bozulmasına neden olur. Bununla birlikte, belli bir sınır ötesinde (esneklik sınırı), bozulmalar yer eder ve ağ içindeki dis-lokasyonlar atom düzlemlerinde kaymaya yol açar. Bir metal başka metallerle ya da ametal elementlerle karıştırıldığında, özellikleri bileşenleri-ninkilerden gözle görülür biçimde farklı olan bir alaşım elde edilir. Dökme demir ve çelik, demir metalürjisinin ana maddelerini oluşturan demir ve karbon alaşımlarıdır (Bkz. ALAŞIM, ÇELİK, DEMİR, METAL). Metallerin ve alaşımların bileşimlerinin incelenmesinde makrografi ve mikrografi tekniklerinden yararlanılır (Bkz. METALOGRAFİ).

MADEN FİLİZLERİNİN HAZIRLANMASI

Metaller doğada ya katıksız halde ya da daha genel olarak, metal nitelikli bir bileşik (oksit/sülfür, karbonat) ile gangı oluşturan çeşitli katışkı maddelerinin karışımı, yani maden filizi halinde bulunur. En düşük metal oranı maden filizlerine göre değişir: Demir için % 20; nikel için % 6; bakır için % 1. Bu oran, bazı sanayi artıklarının oluşturduğu yapay maden filizlerinde çok daha yüksektir.
MADEN FİLİZLERİNİN HAZIRLANMASI. Metalleri ayırmadan maden filizlerinin birçok ön işlemden geçirilmeleri gerekir: Ufalama ve öğütme gibi mekanik işlemler; havalandırma, yüzdürme ya da magnetik araçlar yoluyla ayırma işlemleri; çok yüksek derecede ısıtma, kavurma gibi ısıl işlemler. Bütün bu işlemlerin amacı, maden filizini gangından kurtarmak ve metal yüzdesini artırmaktır. Sözgelimi, smit-sonit (çinko karbonat) çok yüksek derecede ısıtılınca karbon dioksit gazı ve çinko oksit verir. Pirit (demir sülfür), oksijen etkisiyle sülfür dioksit ve demir (III) oksite dönüşmesini sağlayan bir kavurma işleminden geçirilir. KATIŞIKSIZ METALLERİN BULUNDUĞU MADEN FİLİZLERİNİN İŞLENMESİ (altın, gümüş ya da bakır). Maden filizi zenginse, metali gangından ayıran ergitme işlemi uygulanır. Yoksulsa, metal bir çözücüde çözülür ve bu çözeltinin elektrolizi yapılır. OKSİTLİ YA DA KARBONATLI MADEN FİLİZLERİNİN İŞLENMESİ. Bir cüruf oluşturmak üzere gangla birleşen bir ergitici katılarak indirgen ergime uygulanır. İndirgenen elementler, arıtma işlemi uygulanacak bir külçe oluştururlar. Bu yöntem, demir metalürjisinde dökme demir elde edilmesinde kullanılan yöntemdir. SÜLFÜRLÜ MADEN FİLİZLERİNE” İŞLENMESİ. Kavurma, yükseltgeme. külçenin ergitilmesi ya da bakır söz konusuysa, sülfatlayım kavurma işlemleri uygulanır.

HAM METALLERİN ARITILMASI

Bu işlemlerden sonra elde’edilen ürünün, arıtılması, yani içerdiği son ka-tışkı maddelerinden temizlenmesi gerekir.

ELEKTROLİZLE ARITMA. Çok arı bir ürün elde edilmesini sağlar. Sözgelimi, bakır, alüminyum, kurşun ve çinko için bu yöntem uygulanır. YÜKSELTGEN ERGİTMEYLE ARITMA. Ancak, arıtılacak metalin oksijene ilgisi katışkı maddelerininkinden az olduğunda uygulanabilir. Sözgelimi, dökme demir, bakır ve kurşunun arıtılmasında bu yöntem kullanılır. Ergime banyosundan hava ya da oksijen geçirilerek, katışkı maddeleri yakılır ya da üstte yüzen cürufta toplananlar yok edilir. Elektrikli fırmda vakum altında arıtma, daha arı metal elde edilmesini sağlayan bir yöntemdir.

ARITILMIŞ METALLERİN DÖNÜŞTÜRÜLMESİ

Metalin arıtıldıktan sonra, tüketiciye yollanmadan • önce birçok işlemden geçmesi gerekir. Arıtma fırınından çıkan metal, külçe kalıplarına akıtılır. Yarı-işlenmiş ürün elde etmek için iki yola başvurulur: Kalıba dökme ve sıcakta biçimlendirme.

KALIBA DÖKME. Bu yöntem son ürün karmaşık bir biçimde (otomobil motoru, gemi çarkı, vb.) olduğu zaman kullanılan yöntemdir. Ergiyene kadar ısıtıldıktan sonra, metal istenen biçimdeki kalıplara dökülür.

SICAKTA BİÇİMLENDİRME. Külçelerin, metalin yeniden billurlaşma su caklığmdan daha yüksek bir sıcaklığa kadar ısıtılmasına dayanır: Bu sıcaklık, çelik için 750°C, tungsten için 1 000°C’tır.

Daha sonra, metal dövülür (gemi tekneleri gibi büyük boyutlu parçalar için) ya da haddeden geçirilir, yani iki silindir arasında ezilir ve yassılaştırılır. Şahmerdanda dövme ve sıcak bir haddeden ilk geçirmeler, taneleri, kalıba akıtılan metalinkine oranla daha bağdaşık olan ham parçalar verir.
Saç, profil ya da tel gibi yarı-bitmiş bir ürün elde etmek için bu ham parçaya, sıcakta gerçekleştirilen ek işlemler uygulanır: Saç ya da profil için yeniden haddeleme; borular ya da teller için çekip uzatma, mekanik parçalar için basma yöntemi (yani, şok ya da basınç etkisiyle biçim değiştirme).

BİTMİŞ ÜRÜN

Ürüne son halini vermek için soğukta, madde eksiltmeksizin biçim verme ya da tornalama yöntemleri uygulanır.

MADDE EKSİLTMEDEN SOĞUKTA BİÇİMLENDİRME. Haddeden geçirme (ince düz saçlar için), çukurlaştırma (otomobil kaportaları gibi çukur parçalar için), çekip uzatma ve baskı kalıbıyla baskı uygulamayı kapsar. Burada, birçok yeni biçimlendirme tekniği sayılabilir: Hidrolik basınçla biçimlendirme; patlamayla biçimlendirme; elektrikle biçimlendirme; magnetik biçimlendirme; havalı biçimlendirme; vb.

TORNALAMA. Madde eksilterek biçimlendirme yoludur. Parçalar, kesici bir aygıt yardımıyla takım-tezgâhlarında ya da elektro-aşmma veya düşük enerjili elektronlarla bombardıman etkisinde bırakma gibi kimyasal yöntemlerle işlenir.

ISIL İŞLEMLER. Metalin yapısını, dolayısıyla da niteliklerini değiştirir. Su verme, sertliği artırır; ısıtma, su vermenin doğurduğu gerilimleri azaltır; yeniden pişirmeyse, tanelerin bağdaşıklığını artırır.
YÜZEY İŞLEMLERİ (semanlama. nit-rürleme, kromlama). Parçaların yüzey sertliğini artırırlar.

Ayrıca metalürjide yararlanılan, çok ilginç üç teknik daha vardır: Toplaştırma; yaşlanma olayıyla sertleştirme; lifli metal yapıların elde edilmesi. Toplaştırma, yüksek ergime noktalı sıcaklığa dayanıklı metallere biçim verilmesinde kullanılır. Toz haldeki metal, yüksek sıcaklıkta ısıtılmış bir kalıpta sıkıştırılır. Çok yüksek sıcaklıklara dayanan metal ve seramik karışımları böyle elde edilir.
Yaşlanma olayıyla sertleştirme tekniği, metal içinde, daha sert taneciklerin dağıtılmasına dayanır. Alaşımların direncini büyük ölçüde artırır. Lifli yapıdaki bileşik metal hazırlanması en yeni tekniklerden biridir. Metale. silis, berilyum, tungsten ya da tantal gibi ateşe dayanıklı elementlerin lifleri katılarak, geniş bir sıcaklık aralığı içinde özellikle uzay aygıtlarında ve nükleer çalışmalardaki kullanımlara uygun yüksek dirençler elde edilir.

Yorum yazın