Doğru metali seçmek, üretim maliyetleri, yapısal bütünlük ve dayanıklılık arasında denge kurmak açısından hayati önem taşır. Modern endüstriyel üretimde metaller genel olarak iki ana kategoriye ayrılır: demirli (demir bazlı) ve demirsiz (demir içermeyen). Bu kapsamlı kılavuz, bilinçli malzeme seçimi yapmanıza yardımcı olmak amacıyla en önemli 20 endüstriyel metali, bunların kendine özgü özelliklerini ve ideal gerçek dünya uygulamalarını ayrıntılı olarak ele almaktadır.
Üç Tür Demir İçeren Metal
Yüksek demir içeriğine ve manyetik özelliklere sahip her metal demirli metaldir. Demir içeren metallerin sertliği, dayanıklılığı ve gerilme mukavemeti imalatta yaygındır.
Özellikleri gökdelenler, köprüler, demiryolları ve araçlar için iyi çalışır. Hem endüstriye hem de mimariye fayda sağlarlar. Çelik, dökme demir ve dövme demir en yaygın üç demirli metal türüdür.
Çelik
Çelik, saf demire kıyasla çekme mukavemetini ve kırılma direncini önemli ölçüde artırmak üzere belirli bir karbon yüzdesi (genellikle %2%'den az) içeren bir demir alaşımıdır. Endüstriyel çelikler genellikle dört ana kategoriye ayrılır.
Karbon Çelik
Karbon çeliği genellikle mat bir yüzey görünümü sergiler ve işlenmeden bırakıldığında korozyona karşı oldukça hassastır. Düşük, orta ve yüksek karbonlu çelikler olmak üzere üç türü vardır; düşük karbonlu çelikte karbon oranı yaklaşık yüzde 0,30, orta karbonlu çelikte yüzde 0,60 ve yüksek karbonlu çelikte ise yüzde 1,5’tir.
Alaşımlı Çelik
Alaşımlı çelik nikel, bakır ve alüminyum gibi birden fazla metali bir araya getirir. Alaşımlı çelikler otomobil parçaları, boru hatları, gemi gövdeleri ve mekanik projeler için tercih edilir. Daha ucuzdurlar ve korozyona daha iyi direnç gösterirler. Bileşenlerin konsantrasyonu bu alaşımların gücünü belirler.
Paslanmaz Çelik
Paslanmaz çelik, piyasada açık ara en popüler olanıdır. Bu tür, parlak bir yüzeye sahiptir ve ana alaşım bileşeni olarak ila 20% krom içerir. Bu krom içeriği, pasif bir koruyucu tabaka oluşturarak korozyon direncini önemli ölçüde artırırken, çeşitli üretim süreçleri için mükemmel şekillendirilebilirliği de korur.
Takım Çeliği
Takım çeliği, sertliği ile ısıya ve aşınmaya karşı direnciyle tanınır. Bu kategorideki alaşımlar, ağır hizmet tipi takımların, makine kalıplarının ve endüstriyel kesme ekipmanlarının imalatı için optimize edilmiştir. Kobalt, molibden ve tungsten ile güçlendirilmiş takım çelikleri, yüksek gerilimli koşullar altında olağanüstü kızıl sertlik, termal kararlılık ve aşınma direnci sergiler.
Uygulama: Derin çekilmiş otomobil gövdeleri, ev aletleri, inşaat, demiryolu rayları ve teller için levhalar.
Dökme Demir
Bu, 2 ila 4% karbon, değişken miktarlarda silikon ve manganez ile eser miktarda kükürt ve fosfor içeren bir demir alaşımıdır. Yüksek fırınlarda demir cevherinin kimyasal indirgenmesi yoluyla üretilir.
İdeal Endüstriyel Uygulamalar:
Otomotiv: Motor blokları, silindir kafaları ve fren diskleri (yüksek ısı iletkenliği nedeniyle).
İnşaat ve Ağır Makine: Destek braketleri, makine tabanları ve ağır hizmet tipi borular (yüksek yoğunluk ve titreşim sönümleme özellikleri nedeniyle).
Ferforje Demir
Dövme demir, karbon içeriği çok düşük (0,08%‘den az) olan, son derece şekillendirilebilir bir demir alaşımıdır. Kırılgan dökme demirin aksine, dövme demir, ona benzersiz, ahşap benzeri bir ’damar’ görünümü kazandıran mikroskobik cüruf lifleri içerir. Bu lifli yapı, dövme demiri olağanüstü sağlam ve korozyona dayanıklı hale getirir; ayrıca karmaşık şekillere dövülmesi veya kaynaklanması kolaydır.
Uygulama:
Boru yapımı
Sabitleme cıvataları için çubuklar
Motor cıvataları
Perçinler
Tabaklar
Benzersiz zincirler
Vinç kancaları
Diğer dövme uygulamaları
Sınıflandırma: 17 Temel Demir Dışı Metal
Metalurjide demir içermeyen metaller, önemli miktarda demir barındırmayan metaller veya alaşımlardır. Demir içermeyen alaşımlar, yüksek mukavemet-ağırlık oranları, üstün elektriksel ve termal iletkenlik, manyetik olmayan özellikler ve olağanüstü korozyon direnci gibi kritik performans kriterleri gerektiren uygulamalar için tercih edilir. Bu alaşımlar genellikle demir içeren metallerden daha pahalıdır.
Alüminyum
Alüminyum, yumuşak ve hafif olan gümüşi bir metaldir. Atom numarası 13'tür ve periyodik çizelgede bor grubuna aittir. Alüminyum, yerkabuğunda en bol bulunan metaldir ve oksijen ve silikondan sonra en bol bulunan üçüncü elementtir. Dünya'nın katı yüzeyinin ağırlığının 8%'sini oluşturur.
Alüminyum, hem mükemmel bir ısı hem de elektrik iletkenidir. Çeliğin yoğunluğunun ve sertliğinin üçte biri kadar olan hafif bir metaldir. Yüksek süneklik ve dövülebilirlik özellikleri sayesinde alüminyum, mükemmel işlenebilirlik sunar ve kolayca döküm yapılabilir veya karmaşık profillere ekstrüde edilebilir.
Uygulama:
Elektrik hatları
Yüksek binalar
Pencere çerçeveleri
Tüketici elektroniği
Ev ve endüstriyel aletler
Uçak bileşenleri
Uzay aracı bileşenleri
Gemiler
Trenler
Kişisel araçlar
Nikel
Rengi gümüş beyazıdır; parlak bir yüzeye ve altın rengi bir tonu vardır. Nikel, dövülebilirliği ve korozyona dayanıklılığı nedeniyle faydalı bir metal olarak kabul edilir. Nikel, esas olarak iki tür yataktan çıkarılır: magmatik sülfürler ve lateritler.
Nikel çelik, demir, bakır, krom, alüminyum, kurşun, kobalt, gümüş, altın ve daha fazlasıyla karışabilir. Bu da paslanmaz çelik, dökme demir ve diğer alaşımların oluşturulmasına yardımcı olur.
Nikel, alaşımların üretiminde yaygın bir bileşendir. Ulaşım, havacılık, denizcilik, mimari ve tüketici ürünlerinde de önemlidir. Çatal bıçak takımı, madeni paralar, mıknatıslar ve diğer metallerin üretiminde faydalıdır.
Bakır
Cu, periyodik tabloda 29 numaraya sahip bir geçiş metalidir. Atom ağırlığı 63,55 AMU ve 29 nötrona (atomik kütle birimi) sahiptir. Aynı zamanda iyi bir ısı ve elektrik iletkeni olan sünek, dövülebilir kırmızımsı altın rengi bir metaldir. Bakır, insanların uğraştığı ilk metaldir ve bugün hala en yaygın metallerden biridir.
**Kullanım Alanları:** Bakır, kablolarda, ısı emicilerde, elektromıknatıslarda ve elektrik motorlarında yaygın olarak kullanılır. Ayrıca yapısal parçalarda ve borularda da kullanılır. Bakır, atmosferik oksidasyon süreci sayesinde bu uygulamalarda üstün performans gösterir; bu süreç, derinlemesine korozyonu önleyen koruyucu bir patina tabakası oluşturur.
Pirinç
Pirinç, bakır ve çinko alaşımlarından elde edilen demir içermeyen kırmızı bir metaldir. Bakır-çinko oranının değiştirilmesi, malzemenin özelliklerini değiştirerek mekanik ve elektriksel özelliklerini istenen şekilde ayarlamaya olanak tanır. Bir ikame alaşımı olarak, bileşeni oluşturan her iki elementin atomları da aynı kristal kafes pozisyonunu işgal edebilir.
Uygulamalar: Pirinç iyi döküm yapar, güçlü ve çekicidir. Yüksek bakır içeriği nedeniyle antibakteriyel özelliklere de sahiptir. Pirinç, müzik aletleri, dekoratif süslemeler, bağlantı elemanları, mermi kovanları ve daha fazlası için popüler bir malzemedir.
Bronz
Bronz, esas olarak bakırdan oluşan ve 12% kalay içeren bir metal alaşımıdır. Bu ikisinin yanı sıra alüminyum, arsenik, manganez, fosfor ve silisyum da farklı özelliklere sahiptir.
Başlıca bronz alaşım türleri şunlardır:
Kurşunlu bronz
Fosforlu bronz
Alüminyum bronz
Silikon bronz
Manganez bronz
Bronz, sanattan bilgisayar teknolojisine kadar çeşitli kullanımlar için ideal olmasını sağlayan birçok farklı özelliğe sahiptir. Bronz kırmızımsı kahverengi bir renk tonuna sahiptir, karmaşık ve kırılgandır ve 950 santigrat derece erime sıcaklığına sahiptir.
Uygulamalar: Bronzun özellikleri, metali denizcilik ve balıkçılık gibi hem pratik hem de estetik kullanımlar için ideal hale getirir. Tersaneler birçok tekne ve gemi için genellikle bronz bağlantı parçaları ve pervaneleri tercih eder. Bunun nedeni, bronzun korozyona karşı yüksek dirence sahip olmasıdır.
Bazı bronz alaşımlar elektriği iyi ilettikleri için elektrik kullanımı için mükemmeldir. Malzeme düşük metal-metal sürtünmesine sahiptir, bu da burçlar ve rulmanlar gibi yüksek gerilimli kullanımlar için mükemmeldir. Buna burçlar ve yataklardaki kullanımlar da dahildir.
Çinko
Çinko (Zn), endüstriyel ve biyolojik sektörlerde yaygın olarak kullanılan çok yönlü bir elementtir. Oda sıcaklığında kırılgan ve mavimsi beyaz bir görünüme sahip olsa da, cilalandığında parlak bir metalik yüzey sergiler.
Çinko, çeliği korozyona karşı korumak amacıyla galvanizlemek için kullanılan bir ana metaldir. Pirinç gibi çinko alaşımları birçok alanda kullanılmaktadır. Korozyona dayanıklı denizcilik parçaları ve ayrıca müzik aletleri için harikadırlar.
Uygulamalar: Galvanizli çelik, araba kaportası, sokak lambası direkleri, güvenlik bariyerleri ve asma köprüler için kullanılır.
Kalıp dökümler otomotiv, elektrik ve donanım sektörleri için çok önemlidir. Çok fazla çinko gerektirirler. Pirinç, nikel gümüş ve alüminyum lehim, çinko içeren alaşımlardır.
Çinko oksit birçok üründe bulunur. Bunlar arasında boyalar, kauçuk, kozmetikler, ilaçlar ve plastikler bulunur. Ayrıca mürekkeplerde, sabunlarda, pillerde, tekstil ürünlerinde ve elektrikli ekipmanlarda da bulabilirsiniz. Işıklı boyalar, floresan ışıklar ve X-ray ekranlarının hepsinde çinko sülfür kullanılır.
Gümüş
Ag, iyi elektrik iletkenliğine ve estetik çekiciliğe sahip parlak beyaz bir metaldir. Altın ve platin grubu metallerle birlikte değerli metaller olarak adlandırılan metallerden biridir.
Gümüş, buhar biriktirme yoluyla baskılı elektrik devreleri yapar ve elektronik iletkenleri kaplar. Bunun nedeni gümüşün tüm metaller arasında en yüksek elektrik ve ısı iletkenliğine sahip olmasıdır. Ayrıca elektrik bağlantılarında kullanılmak üzere nikel veya paladyum ile alaşımı da olabilir.
Uygulamalar: Gümüş uzun zamandır sikke, süs eşyası ve takı yapımında popülerdir. İnsanlar gümüşü katalizör olarak kullanmaktadır. Etileni yüksek verimlilikle etilen okside dönüştürebilir. Bu bileşik birçok kimyasal için önemli bir yapı taşıdır.
Altın
Au, Dönem 6'nın Grup 11'ine (Ib) ait zengin, parlak sarı değerli bir metaldir. Tarih boyunca onu çok değerli kılan çeşitli özelliklere sahiptir. Güzel bir rengi ve parlaklığı vardır. Neredeyse yok edilemez ve çok esnektir. Genellikle doğada saf halde bulabilirsiniz. Altın, zamanın başlangıcından bu yana algılanan değeri nedeniyle başka hiçbir metale benzemeyen bir tarihe sahiptir.
Uygulamalar: Altın esas olarak para birimi, dekorasyon, mücevher ve yaldız yapımında kullanılır. Yeşil altın mücevherat için popüler bir seçimdir. Karat değerleri 14 ila 18 karat arasında değişen bir altın, gümüş ve bakır alaşımıdır.
Altın tekstil sektöründe de popülerdir. Elektronik tüplerde altın kaplama ızgara teli kullanılır. Bu tasarım iletkenliği artırır ve ikincil emisyonları azaltır.
Kurşun
Kurşun (Pb), diğer metallerin çoğundan daha yüksek yoğunluğa sahip ağır bir metaldir. Yumuşak ve bükülebilir olmasının yanı sıra düşük bir erime noktasına sahiptir. Kurşun yeni kesildiğinde gümüşi ve mavi bir renk alır; havaya maruz kaldığında karararak gri bir renge dönüşür.
Uygulamalar: Kurşun kullanıyoruz:
Araba aküleri
Pigmentler
Mühimmat
Kablo kılıfı
Ağırlık kaldırma
Dalış ağırlık kemerleri
Kurşun kristal cam
Radyasyondan korunma
Kurşun, aşındırıcı sıvıların depolanması için uygundur. Mimar kurşunu vitray pencerelerde ve çatılarda kullanır.
Kobalt
Birçok kullanım alanı, ilginç gerçekleri ve benzersiz özellikleri olan az bilinen bir metaldir. Periyodik tablodaki d-blok elementlerinden veya geçiş metallerinden biridir.
Kobalt, diğer birçok geçiş metali gibi, genellikle bir alaşım şeklinde bulunur. İnsanlar kobaltı genellikle madencilik yoluyla çıkarır ve Afrika kıtasındaki Kongo ve Zambiya kobalt madenciliği ile ünlüdür.
Uygulama: Kobalt, demir gibi manyetik olabildiğinden, mıknatıs üretimi kobalt kullanımına bir örnektir. Ancak alüminyum ve nikel içeren bir alaşım güçlü mıknatıslar üretir.
Jet türbinleri ve gaz türbini jeneratörleri gibi yüksek sıcaklık uygulamaları da kobaltın kullanım alanları arasındadır. Çekici görünümü, sertliği ve korozyona karşı direnci onu elektrokaplamada popüler hale getirmektedir.
İnsanlar binlerce yıl boyunca güzel mavi renkler yaratmak için boya, porselen, cam, çömlek ve emayelerde kobalt tuzları kullandılar. Bazı ülkeler radyoaktif bir izotop olan kobalt-60'ı kanseri tedavi etmek ve gıdaları ışınlayarak korumak için kullanmaktadır.
Platin
Platin, doğada az miktarda bulunan reaktif olmayan bir metaldir. Yüksek sıcaklıklarda bile olağanüstü korozyon direnci nedeniyle asil bir metaldir. Yaklaşık 5 μg/kg'lık ortalama bolluğu ile yerkabuğundaki en nadir elementlerden biridir.
Nikel ve bakır cevherlerinin belirli miktarları vardır. Dünya arzının çoğu, yaklaşık 80%, Güney Afrika'daki yerel yataklardan gelmektedir.
Uygulamalar: Platin genellikle kuyumculuk sektöründe yaygındır. Birincil kullanımı otomobiller, kamyonlar ve otobüsler için katalitik konvertörlerdedir. Reaksiyon, platini kimya endüstrisinde nitrik asit, silikon ve benzen için bir katalizör olarak kullanır. Yakıt hücreleri de verimliliklerini artırmak için platini katalizör olarak kullanır.
Platin ayrıca elektronik sektöründe bilgisayar sabit diskleri ve termokupllar için de sıklıkla kullanılmaktadır. Optik fiberler ve LCD'ler, türbin kanatları, bujiler, kalp pilleri ve diş dolgularının tümü platinden yapılır.
Platin bileşikleri kanser tedavisi için çok önemlidir. Araştırmacılar bunları hem endüstriyel hem de biyolojik ortamlarda kullanmaktadır.
Kalay
Korozyona dayanıklı, gümüşi, yumuşak ve dövülebilir bir metaldir. Çeşitli kimyasal moleküllere bağlanır. Kasiterit ve stannin önemli kalay mineralleridir. Bunları Malezya, Tayland, Zaire, Endonezya ve Bolivya'da bulabilirsiniz. Kömür indirgeme saf kalay üretir. Bu veri sayfası kalayın özelliklerini ve kullanım alanlarını incelemektedir.
Uygulamalar: Korozyonu önlemek için yüksek bir cila gerektirir ve kalay kaplı çelik olan teneke kutular gibi diğer metalleri kaplar. Yumuşak lehim, kalay, bronz ve fosfor bronz gibi kalay alaşımları da kalay için kullanılır. Süper iletken mıknatıslar da bir niyobyum-kalay alaşımına sahip olmalıdır.
Düz bir yüzey oluşturmak için üreticiler çoğu pencere camını erimiş camı erimiş kalay üzerinde yüzdürerek üretir. Kalay tuzlarından oluşan bir sprey, cam yüzeyinde elektriği ileten kaplamalar oluşturur.
Tungsten
Periyodik tabloda krom ve molibden ile aynı sütunda bulunan bir geçiş metalidir. Bu grubun en ağır üyesi, mol başına 183 gram atomik kütleye sahip olan tungstendir.
Tungsten, metaller arasında en yüksek erime noktasına sahiptir ve diğer metalleri güçlendirir. Metal işleme, madencilik ve petrol sektörlerinin tümü çok sert olduğu için tungsten karbüre güvenmektedir. Tungsten ve karbon tozunun 2200°C'ye kadar ısıtılması ve birleştirilmesi bu malzemeyi üretir.
Tarihsel olarak, tungsten, akkor ampul filamanları için yaygın olarak tercih edilen bir malzemeydi; ancak düşük ışık verimliliği ve aşırı ısı kaybı nedeniyle bu ampuller dünya çapında büyük ölçüde kullanımdan kaldırılmıştır.
Birçok yüksek sıcaklık uygulamasında tungsten ve alaşımları kullanılır. Bunlar arasında ark kaynağı elektrotları ve yüksek sıcaklık fırınları için parçalar bulunur.
Tungsten karbür kesme ve delme aletleri olağanüstüdür. Buna çok yüksek hızlarda dönen yeni bir "ağrısız" diş matkabı da dahildir. Floresan aydınlatmada genellikle kalsiyum ve magnezyum tungstatlar kullanılır.
Titanyum
Yüksek hızlı havacılık bileşenlerinde alaşım olarak kullanılan hafif, yüksek mukavemetli, düşük korozyonlu yapısal bir metaldir.
Bol miktarda bulunur ve yerkabuğunun yüzde 0,44'ünü oluşturur. Neredeyse tüm kayalar, kum, kil ve diğer topraklar bir şekilde metal içerir. Ayrıca bitkilerde, hayvanlarda, doğal su yollarında, derin deniz taramalarında, meteoritlerde ve yıldızlarda da bulunabilir.
Uygulamalar: Birçok endüstri titanyum alaşımları kullanır. Düşük yoğunlukları ve aşırı sıcaklıklara dayanma kabiliyetleri nedeniyle onlara değer verirler. Bunları uçaklarda, uzay araçlarında ve füzelerde bulabilirsiniz. Golf sopaları, dizüstü bilgisayarlar, bisikletler ve koltuk değneklerinin hepsinde bulunur.
Enerji santrali kondansatörlerinde korozyon direnci nedeniyle titanyum kullanılır. Ayrıca tuzdan arındırma tesislerine de yardımcı olur. Ayrıca, gemilerin, denizaltıların ve diğer tuzlu su yapılarının gövdelerini korur. Bu, deniz suyunda korozyona karşı güçlü direnci sayesinde gerçekleşir.
Titanyum metali kemikle iyi bağ kurar. Bu nedenle, cerrahi prosedürlerde sıklıkla titanyum kullanılır. Buna eklem replasmanları, özellikle kalça eklemleri ve diş implantları dahildir.
Titanyum çoğunlukla titanyum (IV) oksit formunda kullanışlıdır. Ev boyası, sanatçı boyası, plastikler, emayeler ve kağıt dahil olmak üzere geniş bir ürün yelpazesinde bulabilirsiniz. UV radyasyonunun cilde ulaşmasını engellediği için güneş kremleri de titanyum içerir.
Paladyum
Dört temel değerli metalden biri olan paladyum, büyük ölçüde otomotiv katalitik konvertör talebi ve endüstriyel arz dinamikleri tarafından şekillenen, dalgalanma oranı oldukça yüksek bir emtiadır. Paladyum, otomobiller ve kamyonların kirlilik kontrol sistemlerinde hâlâ hayati bir bileşen olmaya devam etmektedir.
Otomobil katalitik konvertörlerinde diğer tüm malzemelerden daha fazla paladyum kullanılır. Bazı diş dolguları ve kronların yanı sıra mücevherler. Dizüstü bilgisayarlar ve cep telefonları seramik kapasitörler içerir. Bunlar paladyumun elektronikte kullanılmasının bir yolunu göstermektedir. Üreticiler bunları seramik katmanlar arasına sıkıştırılmış paladyum katmanlarından yapmaktadır.
Uranyum
Konsantre enerji kaynağı olarak 60 yılı aşkın bir süredir popüler olan ağır bir metaldir. Çoğu kayada milyonda 2 ila 4 parça miktarında bulunur ve yer kabuğunda kalay, tungsten ve molibden kadar bol miktarda bulunur.
Uygulamalar: Nükleer enerji santralleri uranyumu nükleer yakıt olarak enerji üretmek için kullanmaktadır. Bilim insanları bu maddeden diğer sentetik transuranyum elementleri yaratmaya odaklanmaktadır. Ordu da bu maddeyi nükleer denizaltılara ve silahlara güç sağlamak için kullanmaktadır.
Bizmut
Azot grubundaki en metalik ve en az bulunan element bizmuttur (Bi). Bizmut sert, kırılgan, parlak ve kaba kristal yapılı bir metaldir. Rengi -kırmızımsı bir belirti ile gri-beyaz- onu diğer tüm metallerden ayırır.
Uygulamalar: Yangın alarmları ve söndürücülerin yanı sıra elektrik sigortaları ve lehimler bizmut kullanır.
Özet
İleri malzeme bilimi, değişen endüstriyel talepleri karşılamak üzere yeni metal alaşımları ve kompozit malzemeleri keşfetmeye ve geliştirmeye devam ediyor. İmalat sektörünün geleceği, küresel çapta tüm sektörlerde daha yüksek verimlilik, aşırı sıcaklık dayanımı ve gelişmiş sürdürülebilirlik sağlamak için bu yeni malzemelere dayanmaktadır.
Ancak bugünün makalesi, insanların dünya çapında en sık kullandığı yirmi metale odaklandı. Bunları demir içeren ve içermeyen gruplar olarak kategorize ettik. Ayrıca, her biri için uygulama alanlarını da belirttik.