METALüRJİ a. (fr. mâtallurgie; bil. çağdaş. lat. metallurgia; yun. metallurgein, bir madeni işletmek'ten). Metalleri ve alaşıml...
METALüRJİ a. (fr. mâtallurgie; bil. çağdaş. lat. metallurgia; yun. metallurgein, bir madeni işletmek'ten). Metalleri ve alaşımlarını elde etme, hazırlama, biçimlendirme ve işleme yöntem ve tekniklerinin tümü. (Eşanl. METALBİLİM.)
—ANSİKL. Tarihçe. Tarihöncesi çağlarda da kullanılan bakır, altın ve demirden başka, gümüş, kurşun, cıva, antimon ve bir süre sonra kalay, İ.Ö. 5000 senesinde Kaideliler, Asurlular ve Mısırlılar tarafınca çıkarıldı. Mısırlılarda, Sina yarımadasından ve Kıbrıs adasından elde edilmiş tabii bakırdan yapılmış eşyalara rastlanmıştır. Yunan ve Roma Antikçağında, hazırlama ve koruma güçlükleri yüzünden demir ve alaşımlarının yerine yaygın olarak bronz ve bir süre sonra pirinç kullanılmıştır Temel metalürji teknikleri bu eski çağlarda dahi biliniyordu; Çinliler, Mısırlılar ve Yunanlılar mum kalıp yöntemiyle bronz heykeller (Theodoros) döküyorlardı. Kaynak Glaukos'un buluşudur (İ.Ö. VII. yy.) ve Odysseia'da çeliğe su vererek uygulanan ısıl işlemden söz edilir. Başka metallerin çoğu simyacıların araştırmaları yardımıyla XVI. yy.'dan sonrasında çıkarıldı, oysa Ortaçağ'a kadar metalürji sistemleri,metotları çok az gelişme göstermişti. Yalnızca teknikler ve yöntemler bir takım bölgelerin servet yapmasına yetiyordu. Bu şekilde altın işçiliğinde ün icra eden Galyalılar, Germenlerle (Rheinland ülkeleri, üor- raine) beraber demir ya da işlenmiş çelikten silahlar ve takımlar yapmada ustalaştılar. Fransa'da, Chartreuxler Alpler'de demir cevherlerini indirgeme yöntemlerini iyileştirdiler. XIII. yy.'da ilk yüksek fırınlar (Siegen ülkesi) yapılmış oldu ve dökme demir elde edildi; dökme demirin kalıplanması XV. yy.'da yaygınlaştı. XVIII. yy.'ın sonunda İngiliz metalürji uzmanları takımların yapımı için potada eritilmiş çelik elde etme yöntemini büyük seviyede uyguladılar ve pud- lajı (Henry Cort) buldular. XIX. yy.'ın ikinci yarısında, demir-çelik sanayisi için çok mühim metalürji sistemlerinin-,metotlarının bulunuşu ve atılımı yaşandı: dökme demiri çeliğe dönüştürmede uygulanan Bessemer yöntemi (1855); çeliği reverber fırınında arıtmaya dayanan ve bir süre sonra Siemens kardeşler tarafınca ısıl gerikazanma sistemiyle iyileştirilen Siemens-Martin yöntemi (1865); fosforlu cevherleri işlemeyi elde eden, bazik ortamda Thomas ve Gilchrist dönüştürme yöntemi (1878). Aynı dönemde, elektrotlu elektrik fırınları (Höroult, 1900), Sainte-Claire Deville tarafınca incelenen ve alüminyum üretimi için kullanılan erimiş tuz elektrolizi fırınları, rezis- tanslı fırınlar ve son olarak da alçak ya da yüksek frekanslı indükleme fırınları geliştirildi. Metallerin ve alaşımların tanınması, Röaumur'ün (1722) çalışmalarıyla kuramsal ve bilimsel bir özellik kazanmıştır; fakat, metalografi bilimi, XIX. yy.'ın sonu ile XX. yy.'ın başlangıcında, Fransa'da Osmond, Werth, Le Çhatelier, Chevenard, Guillet, Chaudron, İngiltere'de Roberts-Austen, MacCance, Almanya'da Martens, Maurer vb.'nin emekleri yardımıyla gelişti. Bu şekilde ısıl işlem vakaları daha iyi anlaşıldı ve yeni alaşımlar elde edildi.
Giderek daha arı metaller hazırlamadaki ilerlemeler, XX. yy.'da, yeni arıtma sistemleri,metotları yardımıyla sağlandı: fizyolojik yöntemler (süblimleştirme, damıtma), kimyasal yöntemler (Mond, Van Arkel, Krofl sistemleri,metotları), elektrokimyasal yöntemler (bakır ve alüminyum). W. G. Ptann tarafınca geliştirilen bölgesel eritme yöntemiyle çok ileri derecede arı malzemeler (bilhassa silisyum, germanyum) hazırlandı.
Demir-çelik sanayisi, klasik yöntemlerin (Thomas, Siemens-Martin) yerini alan oksijen sistemlerinin-,metotlarının ortaya çıkışıyla, ilk devriminden bir yüzyıl sonrasında ikinci bir süratli ve derin dönüşüm süreci yaşadı. Yeni biçimlendirme sistemleri,metotları (sinterleme) ortaya çıktı.
• Kuru yöntem işlemleri. Bu işlemler, 100 °C'ta başlayarak 3 000 °C'ı aşan sıcaklıklardaki eritme ve kavurma uygulamalarını kapsar.
1. Eritme direkt ya da kimyasal değişimli olabilir. Direkt eritme, metali cevherinden (tabii metal) direkt özütlemeyi ya da kolayca eriyen bir cevheri, deriştirmek amacıyla (antimon cevheri stibinin şartları) gangından ayırmayı sağlar. Kimyasal değişimli eritme en yaygın olarak uygulanan metalürji işlemidir. İndirgeyici, yükseltgeyici, kükürtleyici, karbürleyici, cüruflandırıcı olabilir ya da bir çökelmeye yol açabilir.
2. Kavurma da direkt ya da kimyasal değişimli olabilir. Direkt kavurmadın gayesi bir cevheri ufalamak için parçalama ya da gaz geçirgenliğini artırma, bir yaş yöntem işlemi esnasında elde edilmiş bir ara maddeyi ya da cevheri kurutma olabilir. Kimyasal değişimli kavurma pek çok metalin hazırlanmasındaki ara aşamalarda kullanılan mühim bir metalürji işlemidir. Kavurma yükseltgeyici, indirgeyici, klorürleyici ya da buharlaştırıcı olabilir.
* Yaş yöntem işlemleri. Kuru yöntem işlemlerine nazaran daha az kullanılan bu işlemler bir takım metalleri geri kazanma ya da arıtma aşamalarında kullanılır. Sülfürlü bir
bakır cevherini demir-lll klorür eşliğinde çökeltmeyle çözündürme çözünebilen bakır klorür verir. Amalgamlama yalnızca, tabii durumda altın ya da gümüş içeren cevherleri cıvayla işlemede kullanılır.
* Buharlaştıncı işlemler. Bu işlemlerde tepkime, kaynama yöntemiyle, metalin (çinko, magnezyum) bir süre sonra yoğuşturulan bir buğu halinde elde edilmesini sağlar. Bu yolla, metallerin değişik kaynama noktalarından yararlanılarak arı metaller (arı olmayan çinkodan kurşunu ve kadmiyumu ayırma) tek başına elde edilebilir.
* Elektrometalürji, metalotermi, bu sözcüklere bakınız.
• Dökümcülük. Bu yöntem metal ve alaşımların eritilmesini ve kalıplara devamlı ya da süreksiz dökümünü sağlar. Alaşımların çoğu (çelikler, dökme demirler, bronzlar, hafifçe alaşımlar, vb.) kalıplanmış parçalar elde etmede kullanılır.
* Mekanik şekil değişiklik yapma işlemleri. Sıcak ya da soğuk uygulanan haddeleme, dövme, ekstrüzyon, sıcak dövme kalıplama, soğuk çekme, profil çekme kalıpta dövme, tel çekme işlemleri tonlarca metal işlem görür.
* Metal tozlannı sinterleme. Bu işlemle metal tozlarından ve / ya da ateşe dayanıklı malzemelerden (karbürler, borürler), eritmeyle hazırlanması zorluk derecesi yüksek, ateşe dayanıklı metallerden, metal karbürlerden ya da sermetlerden oluşan ufak külçeler ya da bitmiş parçalar elde edilir.
* Kaynak. Metal öğeleri bölgesel eritmeyle birleştirmeyi sağlar.
* Yapıştırma. Daha yeni bir teknik olan yapısal yapıştırma, yaprak halindeki metal parçaları bir yapıştırıcıyla birleştirmeyi sağlar.
Kimyasal deneyler gerek maddelerin gerçek kimyasal çözümlemesi, gerek metallerin ya da kaplamaların korozyona neden olan ortamlardaki davranışlarını incelemek amacıyla korozyon deneyleri yapmak için uygulanır.
—ANSİKL. Tarihçe. Tarihöncesi çağlarda da kullanılan bakır, altın ve demirden başka, gümüş, kurşun, cıva, antimon ve bir süre sonra kalay, İ.Ö. 5000 senesinde Kaideliler, Asurlular ve Mısırlılar tarafınca çıkarıldı. Mısırlılarda, Sina yarımadasından ve Kıbrıs adasından elde edilmiş tabii bakırdan yapılmış eşyalara rastlanmıştır. Yunan ve Roma Antikçağında, hazırlama ve koruma güçlükleri yüzünden demir ve alaşımlarının yerine yaygın olarak bronz ve bir süre sonra pirinç kullanılmıştır Temel metalürji teknikleri bu eski çağlarda dahi biliniyordu; Çinliler, Mısırlılar ve Yunanlılar mum kalıp yöntemiyle bronz heykeller (Theodoros) döküyorlardı. Kaynak Glaukos'un buluşudur (İ.Ö. VII. yy.) ve Odysseia'da çeliğe su vererek uygulanan ısıl işlemden söz edilir. Başka metallerin çoğu simyacıların araştırmaları yardımıyla XVI. yy.'dan sonrasında çıkarıldı, oysa Ortaçağ'a kadar metalürji sistemleri,metotları çok az gelişme göstermişti. Yalnızca teknikler ve yöntemler bir takım bölgelerin servet yapmasına yetiyordu. Bu şekilde altın işçiliğinde ün icra eden Galyalılar, Germenlerle (Rheinland ülkeleri, üor- raine) beraber demir ya da işlenmiş çelikten silahlar ve takımlar yapmada ustalaştılar. Fransa'da, Chartreuxler Alpler'de demir cevherlerini indirgeme yöntemlerini iyileştirdiler. XIII. yy.'da ilk yüksek fırınlar (Siegen ülkesi) yapılmış oldu ve dökme demir elde edildi; dökme demirin kalıplanması XV. yy.'da yaygınlaştı. XVIII. yy.'ın sonunda İngiliz metalürji uzmanları takımların yapımı için potada eritilmiş çelik elde etme yöntemini büyük seviyede uyguladılar ve pud- lajı (Henry Cort) buldular. XIX. yy.'ın ikinci yarısında, demir-çelik sanayisi için çok mühim metalürji sistemlerinin-,metotlarının bulunuşu ve atılımı yaşandı: dökme demiri çeliğe dönüştürmede uygulanan Bessemer yöntemi (1855); çeliği reverber fırınında arıtmaya dayanan ve bir süre sonra Siemens kardeşler tarafınca ısıl gerikazanma sistemiyle iyileştirilen Siemens-Martin yöntemi (1865); fosforlu cevherleri işlemeyi elde eden, bazik ortamda Thomas ve Gilchrist dönüştürme yöntemi (1878). Aynı dönemde, elektrotlu elektrik fırınları (Höroult, 1900), Sainte-Claire Deville tarafınca incelenen ve alüminyum üretimi için kullanılan erimiş tuz elektrolizi fırınları, rezis- tanslı fırınlar ve son olarak da alçak ya da yüksek frekanslı indükleme fırınları geliştirildi. Metallerin ve alaşımların tanınması, Röaumur'ün (1722) çalışmalarıyla kuramsal ve bilimsel bir özellik kazanmıştır; fakat, metalografi bilimi, XIX. yy.'ın sonu ile XX. yy.'ın başlangıcında, Fransa'da Osmond, Werth, Le Çhatelier, Chevenard, Guillet, Chaudron, İngiltere'de Roberts-Austen, MacCance, Almanya'da Martens, Maurer vb.'nin emekleri yardımıyla gelişti. Bu şekilde ısıl işlem vakaları daha iyi anlaşıldı ve yeni alaşımlar elde edildi.
Giderek daha arı metaller hazırlamadaki ilerlemeler, XX. yy.'da, yeni arıtma sistemleri,metotları yardımıyla sağlandı: fizyolojik yöntemler (süblimleştirme, damıtma), kimyasal yöntemler (Mond, Van Arkel, Krofl sistemleri,metotları), elektrokimyasal yöntemler (bakır ve alüminyum). W. G. Ptann tarafınca geliştirilen bölgesel eritme yöntemiyle çok ileri derecede arı malzemeler (bilhassa silisyum, germanyum) hazırlandı.
Demir-çelik sanayisi, klasik yöntemlerin (Thomas, Siemens-Martin) yerini alan oksijen sistemlerinin-,metotlarının ortaya çıkışıyla, ilk devriminden bir yüzyıl sonrasında ikinci bir süratli ve derin dönüşüm süreci yaşadı. Yeni biçimlendirme sistemleri,metotları (sinterleme) ortaya çıktı.
cevherler
Metallerin kimileri (altın, gümüş, platin, bakır) tabii halde bulunmakla birlikte, büyük bölümü, cevherlerde mineraller halinde bulunmaktadır: oksitler, sülfürler, karbonatlar, silikatlar, klorürler, vb. Bu mineraller çoğu zaman karışımlar halindedir: bakır ve demirin çifte sülfürü, Kaledonya nikel cevherini oluşturan karmaşık silikat. Bu cevherlerde metal bileşik, ayrılması ihtiyaç duyulan gangı oluşturan değersiz ürünlerle karışmış durumdadır. Bu nedenle gerçek metalürji işlemlerinin hepsinden ilkin, cevher, madenden çıkarıldıktan sonrasında, kırma, öğütme, manyetik ayırma, hususi sıvılarda yıkama, havalandırma ya da yüzdürmeyle ayırma benzer biçimde işlemlerle temizlenir, ayrılır ve deriştirilir. Yararlı mineralleri ganglarından ayırmaya ve bu tarz şeyleri kendi aralarında sınıflandırmaya yarayan mekanik, fizyolojik ve kimyasal yöntemlerin bütünü cevher hazırlamayı oluşturur. metalürji teknikleri ve işlemleri
Hemen aşağıdaki metal hazırlama işlemleri ayırt edilir:• Kuru yöntem işlemleri. Bu işlemler, 100 °C'ta başlayarak 3 000 °C'ı aşan sıcaklıklardaki eritme ve kavurma uygulamalarını kapsar.
1. Eritme direkt ya da kimyasal değişimli olabilir. Direkt eritme, metali cevherinden (tabii metal) direkt özütlemeyi ya da kolayca eriyen bir cevheri, deriştirmek amacıyla (antimon cevheri stibinin şartları) gangından ayırmayı sağlar. Kimyasal değişimli eritme en yaygın olarak uygulanan metalürji işlemidir. İndirgeyici, yükseltgeyici, kükürtleyici, karbürleyici, cüruflandırıcı olabilir ya da bir çökelmeye yol açabilir.
2. Kavurma da direkt ya da kimyasal değişimli olabilir. Direkt kavurmadın gayesi bir cevheri ufalamak için parçalama ya da gaz geçirgenliğini artırma, bir yaş yöntem işlemi esnasında elde edilmiş bir ara maddeyi ya da cevheri kurutma olabilir. Kimyasal değişimli kavurma pek çok metalin hazırlanmasındaki ara aşamalarda kullanılan mühim bir metalürji işlemidir. Kavurma yükseltgeyici, indirgeyici, klorürleyici ya da buharlaştırıcı olabilir.
* Yaş yöntem işlemleri. Kuru yöntem işlemlerine nazaran daha az kullanılan bu işlemler bir takım metalleri geri kazanma ya da arıtma aşamalarında kullanılır. Sülfürlü bir
bakır cevherini demir-lll klorür eşliğinde çökeltmeyle çözündürme çözünebilen bakır klorür verir. Amalgamlama yalnızca, tabii durumda altın ya da gümüş içeren cevherleri cıvayla işlemede kullanılır.
* Buharlaştıncı işlemler. Bu işlemlerde tepkime, kaynama yöntemiyle, metalin (çinko, magnezyum) bir süre sonra yoğuşturulan bir buğu halinde elde edilmesini sağlar. Bu yolla, metallerin değişik kaynama noktalarından yararlanılarak arı metaller (arı olmayan çinkodan kurşunu ve kadmiyumu ayırma) tek başına elde edilebilir.
* Elektrometalürji, metalotermi, bu sözcüklere bakınız.
metalürji ürünlerini biçimlendirme
Metaller ve alaşımları, hazırlandıktan sonrasında türlü yöntemlerle yarı ürünler (çubuklar, saclar, vb.), ya da bitmiş ürünler haline getirilir.• Dökümcülük. Bu yöntem metal ve alaşımların eritilmesini ve kalıplara devamlı ya da süreksiz dökümünü sağlar. Alaşımların çoğu (çelikler, dökme demirler, bronzlar, hafifçe alaşımlar, vb.) kalıplanmış parçalar elde etmede kullanılır.
* Mekanik şekil değişiklik yapma işlemleri. Sıcak ya da soğuk uygulanan haddeleme, dövme, ekstrüzyon, sıcak dövme kalıplama, soğuk çekme, profil çekme kalıpta dövme, tel çekme işlemleri tonlarca metal işlem görür.
* Metal tozlannı sinterleme. Bu işlemle metal tozlarından ve / ya da ateşe dayanıklı malzemelerden (karbürler, borürler), eritmeyle hazırlanması zorluk derecesi yüksek, ateşe dayanıklı metallerden, metal karbürlerden ya da sermetlerden oluşan ufak külçeler ya da bitmiş parçalar elde edilir.
* Kaynak. Metal öğeleri bölgesel eritmeyle birleştirmeyi sağlar.
* Yapıştırma. Daha yeni bir teknik olan yapısal yapıştırma, yaprak halindeki metal parçaları bir yapıştırıcıyla birleştirmeyi sağlar.
ısıl, ısılkimyasal, kimyasal ya da elektrokimyasal işlemler
Metallere ve alaşımlara bir takım özellikler kazandırmak için, gerek dönüştürme aşamasındaki bölüme, gerek bitmiş bölüme, tavlama, suverme ve peşinden gerekiyorsa menevişleme, yapısal sertleştirme benzer biçimde ısıl işlemler uygulanır; alaşımın yapısını mühim seviyede değiştirerek belirgin mekanik özellikleri elde etmeyi elde eden bu işlemler çoğu zaman denetimli atmosfer altında yapılır. Isılkimyasal işlemler bir metal ya da alaşım yapısının yüzeysel olarak değişmesine neden olur. Bu şekilde aynı parçanın yüzeyinde ve özünde değişik özellikler bir arada bulundurulabilir. Semantasyon sistemleri,metotları en yaygın olarak kullanılanlardır. Yüzeysel olarak, azot (nitrürieme ve karbonitrürleme), alüminyum (alüminyum emdirme), krom (kromlama), çinko (sherard yöntemi) benzer biçimde elementler bağlanabilir Kimyasal ya da elektrokimyasal işlemler, metalin yüzeyini, mesela asitlerle temizlemeye ya da kimyasal tepkime yöntemiyle (çeliği fosfatlama, hafifçe alaşımları kromatlama) ya da elektrolitik olarak (krom kaplama, nikel kaplama, kalaylama, vb.) koruyucu bir katmanla kaplamaya yarar.metalürji ürünlerini fizikokimyasal araştırma
Mekanik deneyler, metallerin ve alaşımların standardını, türlü iç kuvvetler (çekme, bükülme, kesme, sertlik, darbe, soğuk çekme) tesirinde kalan yerlerdeki kullanımları bakımından denetim etmeye yarar. Fizyolojik deneyler (ısıl çözümleme, radyografi ve gamagrafi, X ışınları ve elektonların kırınımıyla kristalografî yapısını araştırma) kimi işlemlerin gelişimini izlemeye ya da katışkıların varlığı, fizyolojik özellikler (yoğunluk, elektriksel iletkenlik, genleşme, esneklik) üstünde etkili olabileceğinden metallerin arılığını denetim etmeye yarar. Mikroskobik metalografi uygun bir biçimde parlatılmış ve dağlanmış örneklerin yapı ve bileşimini, gerek gözle ya da büyüteçle (makrografi) gerek optik mikroskopla ya da elektron mikroskobuyla (mikrografi) incelemeyi sağlar.Kimyasal deneyler gerek maddelerin gerçek kimyasal çözümlemesi, gerek metallerin ya da kaplamaların korozyona neden olan ortamlardaki davranışlarını incelemek amacıyla korozyon deneyleri yapmak için uygulanır.
Kaynak: Büyük Larousse
Metalürji ve Araç-gereç Mühendisliği
YORUMLAR