Bakır ve Bakır Alaşımlarının Isıl İşlemleri

Bakır ve alaşımlarının ısıl işlemleri homojenleştirme, tavlama, normalleştirme, katı eriyik ve çökme sertleştirme (dinlendirme) işlemleridir.
 

Homojenleştirme, sıcak veya soğuk işlenecek dökümlerde alaşım elemanlarının ayrışmalarını önlemek veya azaltmak üzere uygulanan uzun süreli ve yüksek sıcaklıklı bir üretici tesisi işlemidir.

Düz, kurşunlu veya özel pirinçlerde rastlanan göbek teşekkülü birçok hallerde normal üretim tavlamalarıyla alınır. Kalaylı bronzlarda, silisli bronzlarda ve küpro-nikellerde difüzyon ve homojenleştirme işlemleri diğer bakır alaşımlarının çoğundan daha güç ve yavaştır.

Eleman ayrışması ve göbek teşekkülü özellikle yüksek kalaylı (%8) Sn ve daha yüksek fosfor bronzlarında özellikle göze çarpar. Bu alaşımlar bazen sıcak işlemle beraber, genellikle soğuk haddelenirler. Bu nedenle gevrek olan ayrışmış kalay fazını dağıtmak, böylece dayanım ve işlenme kabiliyetini arttırıp haddelemeden önce sertliği azaltmak için homojenleştirme işlemi şarttır. Bu amaçlar genellikle malzemenin azami tavlama sıcaklığından 95°C daha yüksek sıcaklıklarda homojenleştirme işlemi ile sağlanır. Hemojenleştirme süresi parça geometrisine ve homojenleştirme tesisine bağlıdır.

Önerilen Makale: Çelik profil sac malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için hea çelik profil sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
 

Tavlama metalin kristalleştirme sağlayacak bir sıcaklığa ısıtılması veya gerekirse dane büyümesi meydana getirmek için. kristalizasyon sıcaklığının üzerine ısıtılmasıyla sağlanır. 
 

Bakır ve alaşımlarının tavlanmasında em iyi sonuçların sağlanabilmesi için şu tedbirlere dikkat edilmelidir.

a- Ön İşlemlerin Etkileri: Malzemenin soğuk işlemlerinden önceki tavlama ve soğuk işlem miktarı, soğuk işlemden sonraki tavlamadan elde edilecek sonuçları büyük çapta etkilediğinden uygulanacak her hangi bir programda ön işlemler dikkate alınmalıdır. 

b -Zamanın Etkisi: Fırınların çoğunda fırın ve metal sıcaklıkları arasında fark vardır. Bu nedenle fırın içinde kalış süresi metalin nihai sıcaklığını büyük çapta etkiler. Sabit bir tav ve fırın sıcaklığı için fırın içinde kalış süresi yüke göre değişmelidir. 

c- Oksitlenme: Metal kaybı ile banyo malzemenin yüzey kalitelerini bozmamak için oksitlenme minimumda tutulmalıdır. Bazı hallerde parlak ve temiz bir malzemeye sahip olmak için özel fırın atmosferleri kullanılır. 

d- Yağlayıcıların Etkisi: Tavlanacak metal üzerindeki yağlayıcı maddeler, çıkarılması çok güç lekeler meydana getirebilir. Fırın tipi ve tavlanacak malzeme ne olursa olsun, fırına sokulmadan önce yüzeyindeki maddeler mümkün olduğu kadar temizlenmelidir. 

e- Hidrojen Gevrekleşmesi: Oksijenli bakırın tavlanmasında fırın atmosferindeki hidrojen minimuma indirilmelidir. Aksi halde oksijenli birleşme basınç altında su buharı meydana getirir. Bu durumda metal bünyesinde mikroskobik çatlaklar yer alır. 480 °C’ın altındaki sıcaklıklarda atmosferin hidrojen miktarı %1’in altında olmalıdır. Sıcaklık yükseldikçe hidrojen yüzdesi de sıfıra yaklaşmalıdır. 

f- Yabancı Maddeler: Bazen daha önce iyi bir dana iriliği veren standart şartlar altında tavlamadan yeterli dane iriliği sağlanamaz. Bunun nedeni alaşım içindeki yabancı maddeler olabilir. 

g- Uygun Çekme Özellikleri İçin Tavlama: Normal soğuk işlenmiş ve tam kristalleşmemiş veya yumuşak bölge arasında kesin çekme veya sertlik özellikleri sağlamak için tavlamak genellikle pratik değildir. Çünkü metal sıcaklığının çok az değişmesine karşı özellikler büyük çapta değişebilir. Isıtma hızları ve sıcaklık kontrolü istenen çekme veya diğer fiziksel özellikleri sağlamaya yetecek kadar hassas değildir. Bu sebeple en iyi metot malzemeyi tam tavladıktan sonra kontrollü soğuk işlemlerle istenen özellikleri sağlamaya çalışmaktır. 

h- Sıcaklık Çatlamaları: Kalıntı gerilmeler ihtiva eden alaşımların çok hızlı ısıtılmalarından meydana gelen çatlamalara "sıcaklık çatlamaları " denir. Bundan' kaçınmanın en iyi metodu kalıntı gerilmeler normalleşinceye kadar parçayı yavaş yavaş ısıtmaktır. Özel soğuk işlemlerle sıcaklık çatlamalarını büyük çapta azaltmak mümkündür. 

k- Isıl Şokları: Isıl genleşme katsayıları büyük olan malzemelerin yavaş ısıtılmalarına özellikle dikkat edilmelidir. 

l- Kükürt Lekeleri: Fırın atmosferini meydana getiren yakıtta veya malzeme üzerindeki yağlayıcı maddelerle fazla kükürt bulunduğu takdirde metal yüzeyinde renk bozulmaları ve lekeler yer alabilir. Sarı pirinçte kırmızı lekeler, bakırca zengin alaşımlarda ise kırmızımtırak kahverengi lekeler meydana gelir.
 

Kristalleşme sıcaklığının altında plastik deformasyona getirilen bazı bakır alaşımlarında gerilme korozyon çatlamalarına rastlanır. Daha çok kalıntı gerilmeler yüzünden yer alan bu tip malzeme bozulmaları özellikle %20 veya daha yüksek çinkolu pirinçlerde görülür. Alüminyum ve silisyum bronzları gibi yüksek bakırlı alaşımlar bile kritik gerilme ve korozyon şartları altında bozulabilirler. Bütün bakır alaşımları gerilme altında korozyondan hızla etkilenirler. Gerilme altında fosfor bronz ve küpre-nikel alaşımları gerilme korozyon çatlamaları ile pek etkilenmezler. Bu alaşımlarda daha çok sıcaklık çatlamalaı görülür. Plastik deformasyonda meydana gelen gerilmeler üretici tesislerinde genellikle mekanik bükme ve doğrultma, kristalleşme sıcaklığının altında normalleştirme veya ikisinin bir kombinezonu ile alınır. Normalleştirme işlemi genellikle korozif şartlara karşı koruma sağlamak üzere bitirilmiş parçalara uygulanır. 

Bazen soğuk işlenmiş parçalarda boyutsal kararlılık elde etmek için ikinci normalleştirme işlemi kullanılır. Kaynaklı veya soğuk işlemli yapıların daima normalleştirilmeleri tavsiye edilmektedir. Bu tip yapıların normalleştirme sıcaklığı aynı malzemenin üretici tesislerindeki normalleştirme sıcaklığından 65-95 °C daha yüksek olmalıdır.
 

Çökme sertleştirmesine cevap veren ticari bakır alaşımlar: Alüminyum bronz, berilyum bakır, zirkonyum bakır, bakır-nikel-silisyum ve bakır-nikel- fosfor alaşımlarıdır. %10 dan fazla alüminyum ihtiva eden alüminyumlu bronzlar için başka bir sertleştirme mekanizmasından yararlanılır. Bu alaşımlar yüksek sıcaklıklardan hızla soğutularak martenzitik bir yapı meydana getirildikten sonra daha düşük sıcaklıklarda temperlenirler. Dinlendirme ile sertleşebilen alaşımlar üreticiden dinlendirilmiş olarak çıkmışsa tekrar dinlendirilmelerine gerer yoktur. Ancak imalat sırasında biriken kalıntı gerilmeleri almak için normalleştirme tavsiye edilir.