Demir esaslı malzemeler üstünlükleri, mekanik özelliklerinin çeşitliliği ve düşük maliyetleri nedeniyle mühendislik endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yine de demir dışı malzemeler de, genel olarak yüksek maliyetlerine rağmen, demir alaşımlarına kıyasla belirli özellikleri nedeniyle çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu alaşımlarda istenen mekanik özellikler işlenerek sertleştirme, yaşlandırma sertleştirmesi vb. yöntemlerle elde edilebilir, ancak demirli alaşımlar için kullanılan normal ısıl işlem işlemleriyle elde edilemez. İlgi duyulan başlıca demir dışı malzemelerden bazıları alüminyum, bakır, çinko ve magnezyumdur
1. Alüminyum
Tüm demir dışı alaşımlar arasında alüminyum ve alaşımları, mükemmel özelliklerinden dolayı en önemlileridir. Mühendislik endüstrisinde kullanıldığı saf alüminyumun bazı özellikleri şunlardır:
1) Mükemmel termal iletkenlik (0,53 cal/cm/C)
2) Mükemmel elektrik iletkenliği (376 600/ohm/cm)
3) Düşük kütle yoğunluğu (2,7 g/cm3)
4) Düşük erime noktası (658C)
5) Mükemmel korozyon direnci, Al aslında oksijene karşı daha büyük bir afiniteye sahiptir. Sonuç olarak, alüminyum havaya maruz kaldığında yüzeyi kolayca oksitlenerek alüminyum oksit oluşturur. Bu oksit kabuğu ana metalle iyi bir bağa sahiptir ve böylece onu daha fazla oksidasyondan korur.
6) Toksik değildir.
7) En yüksek yansıtma oranlarından birine (%85 ila 95) ve çok düşük emisyon oranına (%4 ila 5) sahiptir.
8) Çok yumuşak ve sünektir, bunun sonucunda çok iyi imalat özelliklerine sahiptir.
Tablo 1, Dökme alüminyum alaşımlarının özellikleri
Saf alüminyumun genel olarak kullanıldığı uygulamalardan bazıları elektrik iletkenleri, radyatör kanatçıkları malzemeleri, klima üniteleri, optik ve ışık reflektörleri ile folyo ve ambalaj malzemeleridir.
Yukarıdaki yararlı uygulamalara rağmen saf alüminyum, aşağıdaki sorunlardan dolayı yaygın olarak kullanılmamaktadır:
1) Çekme mukavemeti (65 MPa) ve sertliği (20 BHN) düşüktür.
2. Kaynak veya lehim yapmak çok zordur.
Tablo 2, Bazı Alüminyum Alaşımları:
Alüminyumun mekanik özellikleri alaşımlama yoluyla önemli ölçüde geliştirilebilir. Kullanılan başlıca alaşım elementleri bakır, manganez, silikon, nikel ve çinkodur.
Alüminyum ve bakır, CuAl2 kimyasal bileşiğini oluşturur. 548 C'nin üzerindeki sıcaklıklarda sıvı alüminyumda tamamen çözünür. Bu söndürüldüğünde ve yapay olarak yaşlandırıldığında (100 - 150C'de uzun süre tutulduğunda), sertleştirilmiş bir alaşım elde edilir. Yaşlanmayan CuAl2'nin katı alüminyum ve bakır çözeltisinden çökelmeye zamanı yoktur ve bu nedenle kararsız bir konumdadır (oda sıcaklığında aşırı-doymuş). Yaşlandırma süreci çok ince CuAl2 parçacıklarını çökeltir ve bu da alaşımın güçlenmesine neden olur. Bu işleme çözelti sertleşmesi denir.
Kullanılan diğer alaşım elementleri %7'ye kadar magnezyum, %1. 5'ye kadar manganez, %13'e kadar silikon, %2'ye kadar nikel, %5'e kadar çinko ve %1,5'e kadar demirdir. Bunların yanı sıra titanyum, krom ve columbium da küçük oranlarda eklenebilmektedir. Kokil kalıplama ve basınçlı dökümde kullanılan bazı tipik alüminyum alaşımlarının bileşimi, uygulamalarıyla birlikte Tablo 2. 10'da verilmektedir. Bu malzemelerin kalıcı kalıp veya basınçlı döküm kullanılarak döküldükten sonra beklenen mekanik özellikleri Tablo 2'de gösterilmektedir.
2. Bakır
Alüminyuma benzer şekilde saf bakır da aşağıdaki özelliklerinden dolayı geniş uygulama alanı bulur:
1) Saf bakırın elektrik iletkenliği en saf haliyle yüksektir (5,8 x 105 /ohm/cm). Herhangi bir küçük yabancı madde iletkenliği büyük ölçüde azaltır. Örneğin %0. 1 fosfor iletkenliği %40 azaltır.
2) Çok yüksek ısı iletkenliğine sahiptir (0. 92 cal/cm/C)
3) Ağır bir metaldir (özgül ağırlığı 8.93)
4) Lehimleme ile kolayca birleştirilebilir
5) Korozyona karşı dayanıklıdır,
6) Hoş bir renge sahiptir.
Tablo 3, Bazı Bakır Alaşımları:
Saf bakır, elektrik teli, baralar, iletim kabloları, buzdolabı boruları ve borularının imalatında kullanılır.
Bakırın en saf halindeki mekanik özellikleri pek iyi değildir. Yumuşak ve nispeten zayıftır. Mekanik özellikleri iyileştirmek için karlı bir şekilde alaşımlanabilir. Kullanılan ana alaşım elementleri çinko, kalay, kurşun ve fosfordur.
Bakır ve çinko alaşımlarına pirinç denir. Bakır, %39'a varan çinko içeriğiyle tek fazlı (-fazlı) bir yapı oluşturur. Bu tür alaşımlar yüksek sünekliğe sahiptir. Alaşımın rengi %20 çinko içeriğine kadar kırmızı kalır, bunun ötesinde sarıya döner. -Faz adı verilen ikinci bir yapısal bileşen, çinkonun %39 ila 46'sı arasında görünür. Artan sertliğin sorumlusu aslında -metaller arası bileşik CuZn'dir. Az miktarda manganez ve nikel eklendiğinde pirincin mukavemeti daha da artar.
Bakırın kalay ile alaşımlarına bronz denir. Bronzun sertliği ve mukavemeti, kalay içeriğindeki kıvrımla birlikte artar. Kalay yüzdesinin 5'in üzerine çıkmasıyla süneklik de azalır. Alüminyum da eklendiğinde (%4 ila 11), ortaya çıkan alaşım, oldukça yüksek korozyon direncine sahip olan alüminyum bronz olarak adlandırılır. Pahalı bir metal olan kalay varlığından dolayı bronzlar pirinçlere göre nispeten maliyetlidir.
Bakır alaşımlarından bazıları bileşimleri ve uygulamaları ile Tablo 3'te sunulmaktadır.
3. Diğer Malzemeler
Çinko- Çinko, düşük erime sıcaklığı (419,4 C) ve çinkonun saflığıyla birlikte artan yüksek korozyon direnci nedeniyle esas olarak mühendislikte kullanılır. Korozyon direnci, yüzeyde koruyucu bir oksit kaplamanın oluşmasından kaynaklanır. Çinkonun başlıca uygulamaları çeliği korozyondan korumak için galvanizleme, baskı endüstrisi ve basınçlı dökümdür.
Çinkonun dezavantajları, deforme olmuş koşullar altında sergilenen güçlü anizotropi, eskime koşulları altında boyutsal stabilite eksikliği, düşük sıcaklıklarda darbe dayanımında azalma ve tanecikler arası korozyona yatkınlıktır. 95°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda servis için kullanılamaz çünkü çekme mukavemetinde ve sertlikte önemli azalmaya neden olur.
Basınçlı dökümde yaygın kullanımı, daha düşük basınç gerektirmesi ve diğer basınçlı döküm alaşımlarına kıyasla daha yüksek kalıp ömrüne yol açmasıdır. Ayrıca çok iyi işlenebilirliğe sahiptir. Çinko pres döküm ile elde edilen son kat, ayırma düzleminde mevcut olan çapakların ortadan kaldırılması dışında herhangi bir ileri işlemeyi garanti etmek için genellikle yeterlidir.
Magnezyum- Hafif olmaları ve iyi mekanik dayanımları nedeniyle magnezyum alaşımları çok yüksek hızlarda kullanılır. Aynı sertlik için magnezyum alaşımları, C25 çeliğinin ağırlığının yalnızca %37. 2'sini gerektirir, böylece ağırlıktan tasarruf edilir. Kullanılan iki ana alaşım elementi alüminyum ve çinkodur. Magnezyum alaşımları kum döküm, kalıcı kalıba döküm veya pres döküm olabilir. Kum-döküm magnezyum alaşımı bileşenlerinin özellikleri, kalıcı kalıba döküm veya basınçlı-döküm bileşenlerinin özellikleriyle karşılaştırılabilir. Basınçlı döküm alaşımları genellikle yüksek bakır içeriğine sahiptir ve böylece maliyetleri azaltmak amacıyla ikincil metallerden yapılmalarına olanak tanır. Otomobil tekerlekleri, krank kasaları vb. yapımında kullanılırlar. İçerik ne kadar yüksek olursa, haddelenmiş ve dövme bileşenler gibi magnezyum-dövme alaşımlarının mekanik mukavemeti de o kadar yüksek olur. Magnezyum alaşımları geleneksel kaynak işlemlerinin çoğuyla kolaylıkla kaynaklanabilir. Magnezyum alaşımlarının çok kullanışlı bir özelliği, yüksek işlenebilirlikleridir. Düşük karbonlu çeliğe kıyasla işleme için yalnızca yaklaşık %15 güce ihtiyaç duyarlar.
