Upload
others
View
11
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Ders İçeriği Giriş ve Ders İçerik Tanıtımı
Metalurji – Malzeme Nedir, Nasıl Sınıflandırılır
Birim Sistemleri
Temel Malzeme Grupları, Sınıflandırma
Temel Malzeme Grupları ve Günümüz Kullanım Alanları
Geçmişten Günümüze Demir-Çelik
Demir Dışı Metaller
Demir Dışı Metaller
Cam ve Seramik Malzemeler
Malzeme Üretim Yöntemleri
Döküm ve Plastik Şekil Verme Teknolojileri
Toz Metalurjisi ve Metalik Malzeme Uygulamaları
Toz Metalurjisi ve Seramik Malzeme Uygulamaları
Toz Metalurjisi ve Kompozit Malzeme Uygulamaları
Yeni Nesil Malzemeler
Yeni Nesil Üretim Yöntemleri
Malzeme Bilimi
Taş devri, Tunç devri, Demir devri... İnsanlık tarihi boyunca devirler bile
isimlerini malzemelerden almıştır.
İnsan her türlü aleti yani malzemeleri kullanabilme yeteneğine sahip olduğu
için diğer yaratıklara üstünlük sağlamış ve kendi malzemelerini geliştirdiği
için bugünkü teknolojik seviyeye erişmiştir.
Bir mühendise göre malzeme, ‘Bir teknik fikri gerçekleştirmede kullandığı
katı cisim’ dir. Fakat somut olarak malzeme, hem metal, hem plastik, hem
ağaç, hem taş, hem ipek ve hem de yündür. Herhangi bir şeye
ulaşabileceğimiz, üretebileceğimiz maddedir. Tüm bu örnekler çoğaltılabilir.
Wikipedia: Kullanılabilir cisimler yapmak amacı ile doğal ya da yapay olarak
üretilmiş maddelere malzeme denir.
Malzeme Bilimi
Herhangi bir sınır olmadığından branşlaşmaların olması mümkündür.
Tekstil mühendisi, makine mühendisi, seramik mühendisi, biyomedikal
mühendislik......
Tüm bu farklı branşların, dalların kendi alanlarında yeni teknolojik ürün
geliştirebilmeleri için malzeme kavramının iyi anlaşılması gerekir. Malzeme
biliminin önemi ise bu aşamada devreye girmektedir.
Malzeme Bilimi
Malzeme mühendisliği, tüm metallerin ve metal olmayan malzemelerin,
sentetik ve doğal malzemelerin, ham maddelerden üretilmesinden,
kullanımları sırasındaki davranışlarından, hasara uğramalarından ve geri
dönüşüm ürünü olarak tekrar kazanımlarından sorumlu olan bir daldır.
Demirden çelik olur, çeliğe su verilir top olur, tüfek olur, süngü olur, dişli çark
olur, pim olur, bıçak olur, neşter olur. Aluminyumdan piston olur, motor olur,
uçak olur...
Metaller nasıl dökülür, nasıl dövülür, nasıl bükülür, nasıl kesilir... Nasıl
kaynak edilir, nasıl sertleştirilir... Taşı, kayayı ve en sert çeliği işleyen
takımların kendileri nasıl yapılır...
İŞTE MALZEME BİLİMİ BUNLARLA İLGİLENİR....
Kaynak: Mehmet Yüksel, ‘Malzeme Bilgisi’, TMMOB Makina Mühendisleri Odası, MMO2003/271/2, 2003.
Metalurji
METALURJİ....
Metal Bilimi, metal ve alaşımların, cevher veya metal içeren
hammaddelerden, kullanım sürecine uygun kalitede üretilmesini,
saflaştırılmasını, alaşımlandırılmasını, şekillendirilmesini, korunmasını, ve
«üretim – kullanım» ömrü içindeki çevresel kaygı ve sorumlulukları da
dikkate alarak, insanların ihtiyaçlarına cevap verecek özellikte ve biçimde
hazırlanmasını hedef alan bilim ve teknoloji dalıdır.
Üretim Metalurjisi (Ekstraktif Metalurji) ve Fiziksel Metalurji (Malzeme Bilimi)
Metalurji
Metalurji, konusu itibarıyla, üretim metalurjisi (Ekstraktif
metalürji ya da Kimyasal metalurji) ve fiziksel metalurji (Malzeme
bilimi) olmak üzere iki ana dala ayrılmaktadır. Üretim metalurjisi,
gerek doğada mevcut cevherlerden, gerekse metal içeren
hammaddelerden veya ikincil kaynaklardan (hurda, artıklar, baca
tozları, vs.) fiziksel ve kimyasal yöntemlerle saf metallerin veya
alaşımların üretimi konularını kapsar.
Öte yandan Malzeme Bilimi, metallerle birlikte seramikleri
(porselen, fayans, tuğla, kiremit, cam, ateş tuğlası, refrakter
malzemeler, özel sermetler, vb. malzemeleri), organik yapı
malzemelerini (bilhassa polimerler gibi plastikleri, kauçuk
maddesini), çimento, ahşap, fiber ve kompozit malzemeleri,
elektrik-elektronik ve manyetik malzemelerini, dişçilik ve tıpta
kullanılan malzemeleri, yakıt malzemelerini ve bunların
özelliklerinin geliştirilmesini ve üretimini inceleyen bilim dalıdır.
Üretim Metalurjisi (Ekstraktif Metalurji)
Cevher hazırlama
Pirometalurji
Hidrometalurji
Elektrometalurji
Üretim metalurjisi, cevher hazırlama aşamasından başlayarak, pirometalurjik, hidrometalurjik ve
elektrometalurjik yöntemler uygulamak suretiyle metalin cins ve özelliğine uygun işlemler seçmekte ve
diğer endüstrilerde kullanılmaya elverişli saf metaller veya alaşımlar üretmektedir.
Ekstraktif metalurji, cevherden metalin özünü çıkararak, arındırır ve geri dönüşümünü sağlar. Yer
kabuğunda bulunan birçok metal doğada oksit ve sülfür bileşikleri halinde bulunmaktadır.
Bu mineral bileşikleri istenen metali elde etmek için azaltılmalıdır.
Üretim metalurjisi, gerek doğada mevcut cevherlerden, gerekse metal içeren hammaddelerden veya
ikincil kaynaklardan (hurda, artıklar, baca tozları, vs.) fiziksel ve kimyasal yöntemlerle saf metallerin veya
alaşımların üretimi konularını kapsar.
Metalurji
Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009
Üretim Metalurjisi (Ekstraktif Metalurji)
Cevher hazırlama
Pirometalurji
Hidrometalurji
Elektrometalurji
Metallerin Reaktiflik Serisi
Metallerin büyük çoğunluğu elektropozitiftir ve doğada
elektron kaybederek diğer elementlerle bileşik oluşturma
eğilimindedirler. Metallerin bileşik oluşturma hızı farklılık
gösterir. Yandaki çizelgede en aktif metal potasyum, en
az aktif ise platindir.
Metalurji
Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009
Üretim Metalurjisi (Ekstraktif Metalurji)
Cevher hazırlama
Pirometalurji
Hidrometalurji
Elektrometalurji
Metallerin Reaktiflik Serisi
Altın, platin gibi birkaç metal dışında bütün metaller
doğada bileşik halde bulunur.
Metalurji
Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009
Üretim Metalurjisi (Ekstraktif Metalurji)
Cevher hazırlama
Pirometalurji
Hidrometalurji
Elektrometalurji
Bir cevherdeki çeşitli mineralleri, kimyasal yapılarını
bozmadan, endüstrinin ihtiyaçlarını en iyi
karşılayabilecek hammadde haline getirmek ve
ekonomik değeri olanlarla olmayanları birbirinden
ayırmak için yapılan işlemlerin tümüdür.
Metalurji
Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009
Mineral (doğal olarak oluşur, herhangi bir parçası bütününün özelliklerini taşır, belirli bir kimyasal
formulü vardır, katı haldedirler. Hematit Fe2O3
Dünya kabuğunu teşkil eden ve doğal olarak belirli bir kimyasal yapıdaki homojen maddelere mineral
denir.
Doğal şekilde oluşan, homojen, belirli bir kimyasal bileşime sahip ve belirli kristal yapısı olan homojen
maddelerdirler.
Beyaz, kalsit
Metalik gri: galenit
Açık mor: florid
Minerals, Issue #4, The Collector’s Newspaper 2012
Kuvars, Myanmar da
Metalurji
Endüstride ekonomik şekilde üretime yarayan minerallere cevher adı verilir.
Cevher ve mineral terimlerini birbirinden iyice ayırmakta fayda vardır. Her cevher bir veya birden fazla
mineral ihtiva eder. Fakat her mineralizasyon cevher vasfında olmak durumunda değildir.
Bu arada mineralojik açıdan cevher deyimi ile metalurjik açıdan cevherden anlaşılan husus arasında
da farklılık vardır. Mineralojik anlamda cevher tarifi teknolojik faydalanma imkanını kapsamaz.
Metalurjik açıdan tarifinde ise teknolojik faydalanma temel kriterlerden biridir.
Herhangi bir metalin minerallerini içeren ve ekonomik değeri olan kayaçtır. Bir kayacın cevher
olabilmesi için ekonomik değeri olması kritiktir. Örneğin bir altın rezervi için, üzerinde yapılan fizibilite
çalışmalarının ardından eğer o rezerv kar edilebilecek şekilde işletilebilecekse, yani ekonomik değeri
varsa, rezervdeki altından "altın cevheri" olarak bahsedilebilir. Değerli olarak bilindiği halde ekonomik
olarak işletilemediği, yani cevher sıfatını alamadığı için ayaklarımızın altında yatan yüz binlerce ton
rezerv vardır. Örnek (Fe2O3,SiO2,Al2O3, )
Metalurji
Maden yatağı yer kabuğunu meydana getiren kayaçlar içinde normal bir dağılım gösteren çok sayıda
mineralden bazılarının miktar, zaman ve yerel koşullarına göre teknik ve ekonomik açıdan
kendilerinden faydalanılabilecek durumda yüksek yoğunlaşma gösterdikleri yerlerdir.
http://www.sro.wa.gov.au/collection/mining-records
Metalurji
Üretim Metalurjisi (Ekstraktif Metalurji)
Cevher hazırlama
Pirometalurji
Hidrometalurji
Elektrometalurji
Pirometalurji, yüksek sıcaklıklar gerektiren bir ekstraktif
metalurji metodu diye tarif edilebilir.
Pirometalurji işlemlerinde gerekli olan ısı yakıt yakmak
suretiyle karşılanmaktadır.
Yakıt yanması sonucu elde edilen ısı ile birlikte çıkan
indirgeyici (indirgeyici) gazların mineralleri indirgemesi ile
metaller elde edilmektedir.
Cevherler, konsantreler, ara ürünler, yakıtlar, katkı maddeleri
ve havanın oksijeni piro–metalurji işlemlerinin hammaddesini
teşkil etmektedir.
Metalurji
Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009
Üretim Metalurjisi
Cevher hazırlama
Pirometalurji
Hidrometalurji
Elektrometalurji
MetalurjiSulu ortamlarda yapılan işlemlerle, cevher, konsantre,
kalsine v.s. maddelerin çözülüp metallerin sonradan
ayrılması diye tarif edilebilir. Hidrometalurji işlem
kademeleri çoğu zaman cevher zenginleştirme işlem
kademelerini (öğütme, sınıflandırma, filtrasyon) içine
almaktadır.
Hidrometalurji bir bakıma laboratuarlarda kullanılan sulu
üretim metotlarının endüstriyel ölçüde tatbikidir. Uygun sulu
solüsyonlar kullanılmak suretiyle mineral içindeki metal
çözünmekte ve metal içermeyen gang minerali ise
çözünmeksizin artık malzemede kalmaktadır. Metallerin bu
şekilde uygun solüsyonlarla çözünmesine liç denmektedir.
İnce taneli ham maddeler, mekanik karıştırıcılardan veya
basınçlı havadan faydalanmak suretiyle solüsyon ile
devamlı surette karıştırılarak liç yapılır. Liç işlemi
tamamlandıktan sonra çözelti artıklardan ayrılmak (filtre
etmek vs.) suretiyle zengin liç solüsyonu elde edilir.
Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009
Üretim Metalurjisi (Ekstraktif Metalurji)
Cevher hazırlama
Pirometalurji
Hidrometalurji
Elektrometalurji
Metalurji
Elektrometalurji : Cevher veya metal ihtiva eden
her çeşit ham madde içindeki metalleri elektrik
enerjisinden faydalanarak üretmeye elektrometalurji
denir. Gerçekte Elektro–metalurji elektro–kimyanın
bir kısmını teşkil etmektedir. Elektro–metalurjide
elektro–kimya metotlarının metallere tatbiki söz
konusudur.
Elektro-kimyanın iki temel bölümü vardır.
1. Elektroliz (Elektrik enerjisi, elektroliz yapmak için
kullanılmaktadır.)
2. Elektrotermik (Elektrik enerjisi, tamamen ısı temin
etmek amacıyla kullanılmaktadır)
Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009
Üretim Metalurjisi (Ekstraktif Metalurji)
Cevher hazırlama
Pirometalurji
Hidrometalurji
Elektrometalurji
Metalurji
Elektroliz : Elektrik akımı yardımı ile, bir sıvı içinde
çözünmüş kimyasal bileşiklerin ayrıştırılması işlemidir. Bu
değişiklik maddenin elektron vermesinden (yükseltgenme)
ya da almasından (indirgenme) kaynaklanır. Elektroliz
işlemi, elektroliz kabı ya da tankı denen bir aygıt içinde
uygulanır. Bu aygıt, çözünerek artı ve eksi yüklü iyonlara
ayrılmış bir bileşiğin (→Elektrolit) içine birbirine
değmeyecek biçimde daldırılmış iki elektrottan oluşur.
Elektrotlar bir akım kaynağına bağlandığında meydana
gelen gerilim (elektriki alan), iyonları karşıt
yüklü elektroda (kutup) doğru hareket ettirir. Karşıt kutupta
yükünü dengeleyen atom veya moleküller elektrotta çökelir
veya elektrolit içindeki moleküllerle yeni reaksiyonlara girer.
Halil Arık, Gazi Üniversitesi, Ekstraktif Metalurji Ders Notları, 2009
Elektroliz
Elektroliz kapalı devre çalışan ve çevre kirliliğine duyarlı bir yöntemdir. Kurulum maliyeti ve
uygulama maliyeti düşük ve aynı zamanda yüksek saflıkta metal üretimi gerçekleştirilebilen
bir yöntemdir. Diğer yöntemlerle kıyaslandığında yüksek mukavemetle ve daha az oksijen
içeren malzeme üretimi için daha avantajlıdır.
Metalurji
Elektroliz
Bu tür bir sistemin çalışma prensibi Şekilde şematik
olarak gösterilmiştir. Olay, elektrolitik bir hücre
içerisinde uygulanan belirli bir gerilim altında
anodun çözünmesi ile başlar.
İlgili şekilde anot ve katot reaksiyonları bakır ve demir reaksiyonları olarak verilmiştir. Sülfat
esaslı elektrolit üzerinden gerçekleşen madde taşınımı ile katot üzerinde saf halde bir
çökelme gerçekleşir.
Katot üzerinde oluşan bu poröz çökeltiler daha sonrasında hazneden alınarak sırası ile
yıkama, kurutma, tavlama ve öğütme işlemlerinin uygulanması ile istenilen boyutta toz
haline getirilir .
Metalurji
Elektroliz
Elektrolitik teknikleri ile üretilen tozlar genel olarak
dendritik veya süngerimsi bir yapıdadır.
Tozun spesifik özellikleri, çöktürme süresince
sağlanan banyo koşullarına ve sonra gelen proses
kademelerine bağlıdır.
Yüksek akım yoğunluğu, asidik hücre kimyasalları
katotta gözenekli ve tozumsu birikinti oluşumunu
kolaylaştırır
Yapılacak hafif karıştırma katotta gevşek birikme
sağlar
Metalurji
Elektroliz
elektrolitik olarak üretilmiş nikel-kobalt tozlarının dentritik morfolojisi. (a) 300 X , (b) 1000 X.
Metalurji
Elektroliz
E. Uzun, M. Boz, 6th International Advanced Technologies Symposium, 83-87, 2011, Turkey
Örnek Uygulama: Bakır tozu üretimi,
Tozlar kurutulduktan sonra öğütme işlemine tabi tutulmuşlardır.
Metalurji
Fiziksel Metalurji (Malzeme Bilimi)
http://asiancorrespondent.com/44963/china-shrinks-rare-earths-export-quota
Malzeme Bilimi, metallerle birlikte seramikleri (porselen, fayans, tuğla, kiremit,
cam, ateş tuğlası, refrakter malzemeler, özel sermetler, vb. malzemeleri),
organik yapı malzemelerini (bilhassa polimerler gibi plastikleri, kauçuk
maddesini), çimento, ahşap, fiber ve kompozit malzemeleri, elektrik-elektronik
ve manyetik malzemelerini, dişçilik ve tıpta kullanılan malzemeleri, yakıt
malzemelerini ve bunların özelliklerinin geliştirilmesini ve üretimini inceleyen
bilim dalıdır.
Metalurji
Birimler
Ölçü Sistemleri
1. Metrik ölçü sistemi (Ülkemiz dahil birçok Avrupa
ülkesinde kullanılan sistem)
Uzunluk birimi metre. 1 metre, ışığın boşlukta
1/299.792.458 saniyede aldığı yol olarak
tanımlanmıştır.
UBS (SI:Système international d'unités)
2. İngiliz ölçü sistemi (Parmak ve Pus’da denir)
(İngiltere, ABD, Kanada, Japonya ve diğer bazı ülkelerde
kullanılan sistem) Uzunluk birimi yarda (yd) dır.
1 yarda = 3 fit (ft)
1 fit = 12 inç (inch)
Not: İngiltere 1995 yılında metrik sisteme
geçmesine rağmen hala kullanmaktadır.
1 metre = 39,37 inç = 3,28 ft
1 inç = 2,54 cm
Metalurji
T tera = 1012 1 000 000 000 000
G giga = 109 1 000 000 000
M mega = 106 1 000 000
k kilo = 103 1 000
h hekto = 102 100
D (da) deka = 101 10
birim = 1
d desi = 10-1 0,1
c senti = 10-2 0,01
m mili = 10-3 0,001
µ mikro = 10-6 0,000 001
n nano = 10-9
p piko = 10-12
f femto = 10-15
a atto = 10-18
Metalurji
Uzunluk:Metrik sistemde uzunluk birimi metredir. İngiliz ölçü biriminde parmak (inç) birimidir.
Kütle :Metrik sistemde kütle birimi gramdır. İngiliz ölçü biriminde ons dur.
Hacim :Metrik sistemde hacim birimi litredir. İngiliz ölçü biriminde galondur.
Kuvvet :Metrik sistemde kuvvet birimi Newton'dur. İngiliz ölçü biriminde paund'tur.
Sıcaklık :Metrik sitemde sıcaklık birimi santigrat (°C)dır. İngiliz ölçü biriminde Fahrenheit (°F )dır
Saniye : sn değil s
Kilogram : kg
Gram: gr değil g
Litre: lt değil l
Mililitre: mlt, mLt değil ml
Bun simgelerden sonra nokta konmaz
Metalurji
Birimler
1 Metrik ton (t) = 103 kg = 106 g
1 Long ton (t, İngiltere ve sömürgeleri) = 2240 Pound (lbs) = 1016,047 kg
1 pound = 453,59237 gram
1 Short ton (sh.t) USA = 2000 Pound (lbs) = 907,185 kg
1. Pound (lb) = 16 Ounce (oz) = 453,592 g
1 Ounce (oz) = 28,3495 g
Değerli taş ve mücevherler için
Troy adı verilen ikinci bir birimler sisteminde pound ve ounce değişiktir.
1 Pound (lb ing.tr) = 12 oz tr = 373,242 g
1 Ounce (oz tr) = 31,1035 g
Mücevherler için, ölçü birimi karat ile ifade edilir.
1 Karat = 0,2 g = 200 mg
Soy metallerde karat terimi kullanılır. 24 karat % 100 (veya 1000/1000) saf metal için verilmiştir. Buna göre:
24 Karat 1000/1000
22 Karat 917/1000
18 Karat 750/1000
14 Karat 583/1000
8 Karat 333/1000
konsantrasyonlarındaki metale karşıt gelmektedir.
Milyem, Fransıca kökenli olup, gramın binde biri. Altın yada gümüş alaşımında bulunan saf, değerli maden miktarını
ölçmekte kullanılır. % 99.5 saf altın 995 milyem.
Metalurji
Konsantrasyonlar
Kütle yüzdesi cinsinden (%) belirtilir.
Küçük olduklarında tonda gram (g/t) veya milyonda miktar (ppm) kullanılır.
1 g/t = 1 ppm = % 0,0001, 1 kg/t = % 0,1
Ticari hayatta ünite kullanılır. 1 ünite = % 1 = 10 kg/t
pph-(Parts per hundred)-Yüzde bir
ppt-(Parts per thousand)-Binde bir (mili)
ppm-(Parts per million)-Milyonda bir (Mikro)
ppb-(Parts per billion)-Milyarda bir (Nano)
ppt-(Parts per trillion)-Trilyonda bir (Piko)
ppq-(Parts per quadrillion)-Katrilyonda bir (Femto)
Metalurji
Temel Malzeme Grupları
Birimler
Uzunluk birimleri
1 mikron (μ)
1 nm (nm)
= 1 μm
= 0,001 nm
= 1/1 000 000 m
= 1/ 1 000 000 000 m = 1 x 10-9 m
1 Angström (Å) = 0.1 nm= 1/ 10 000 000 000 m = 1× 10-10 m
kısaltma Sembol
109 Giga G
106 Mega M
103 Kilo k
10-2 Centi c
10-3 Mili m
10-6 Micro μ
10-9 Nano n
10-12 Pico p