Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
Esentepe Kampüsü, 54187, SAKARYA
ÇİNKO ALAŞIMLARI
Prof. Dr. Ramazan YILMAZ
&
Yrd. Doç. Dr. Zafer BARLAS
Çinko ve çinko alaşımları;
korozyondan korunma amacıyla,
çelik gibi diğer metallerin galvanize edilmesinde,
pirinç, nikelli gümüş, değişik lehimler, alman gümüşü gibi alaşımların yapımında,
genellikle otomotiv endüstrisinde döküm kalıplarında,
pillerin gövdelerinin yapımında kullanılır.
ZAMAK = çinko, alüminyum, magnezyum, bakır
ÇİNKO ALAŞIMLARI
Çinkonun büyük bir bölümü de alaşımlarda kullanılmaktadır.
Bu alaşımların en önemlisi olan
Pirinç
%5-45 Zn içeren bir bakır alaşımdır. Pirinçler içlerindeki çinko oranına göre değişik isimler almaktadır.
Muntz metal (%59 Cu, %41 Zn), lehim pirinci (%75 Cu, %25 Zn),
kırmızı pirinç (%85 Cu, %15 Zn) içermektedir.
Hemen hemen en fazla kullanılan alaşım pirinçtir.
mimari işlerde,
telekomünikasyon ve bilgisayar,
televizyon endüstrilerinde,
otomobil endüstrisinde kondansatör tüplerinde,
kaynak çubuklarında,
valf millerinde, cıvatalarda,
pres ve haddeleme işlemlerinde,
radyatör peteklerinde ve borularda,
perçin çivilerinde,
ızgaralarda,
yaylarda
zincirlerde,
çeşitli halka ve tüplerde,
kartuşlarda esnek hortumlarda,
elektrik tellerinde,
tesviye işlerinde,
dövme bükme ve şekil verme işlerinde,
bazı mücevherlerde çeşitli pirinç tipleri kullanılmaktadır.
Amiral Pirinç : %30 Zn ve %1 Sn ihtiva eder. Sn çinkosuzlaşma tepkimesini engellemeye yardımcı olan bir elementtir.
Alfa Pirinç (Pirincin kralı olarak da adlandırılır): %35'den az Zn içerir, eriyebilme özelliğine sahiptir, soğuk işlenebilir ve
dövülebilir. Sadece bir faz içerir (YMK kristal yapı).
Alfa-Beta Pirinci : İki fazlı pirinç olarak da adlandırılır. %35-45 Zn ihtiva eder ve sıcak işlemeye uygundur. Hem alfa hem beta fazı içerir; beta fazı şekil merkezli kristal yapıya sahip olup alfa fazından daha sert ve güçlüdür. Alfa-beta pirinçleri genellikle sıcak işlemine tabi tutulurlar.
Alüminyum bazlı pirinç : Alüminyum korozyon dayanıklılığını arttırıcı olarak katkı sağlar.
Beta pirinç : %45-50 çinko ihtiva eder, sadece sıcak olarak işlem görür, ve daha sert, güçlü olmasıyla döküm için uygundur.
Ortak pirinç veya perçin pirinci : %38 çinko içerir, ucuz ve soğuk işlemeye uygundur.
Yüksek bakır oranlı pirinç : %65 Cu ve %35 Zn içerir, yüksek
çekme kuvvetine sahip olup yay, civata ve perçin yapımında yaygın olarak kullanılır.
Kurşunlu pirinç : Alfa beta pirinç alaşımına Pb eklenmesiyle elde edilir. Kurşun içermesinden dolayı işlenebilirliği artmıştır (kolay talaş kaldırma olanağı sağlamıştır).
Düşük çinko alaşımlı pirinç : %20 Zn içerip açık altın rengine sahiptir. Mükemmel sünek özelliğine sahip olup metal hortumları gibi esnek yerlerde tercih edilir.
Deniz mavisi pirinci : Amiral pirincine yakındır, %40 Zn ve %1 Sn içerir.
Kırmızı pirinç : CuZnSn alaşımı için verilen amerikan terimidir.
Ayrıca silah metali olarak da adlandırılır.
Beyaz pirinç : %50 Zn içerir, genel kullanım için çok kırılgandır.
Sarı pirinç : %33 Zn içeren alaşımlar için verilen Amerikan terimidir.
Çinko pres döküm alaşımlarında kullanılacak çinkonun saflığı çok önem kazanır.
Alaşım içerisindeki kirlilik önlenmelidir.
Döküm alaşımlarının sürünme dirençleri, işlenik alaşımların sürünme dirençlerinden 2 kat daha iyidir.
Pres döküm alaşımlarının tercih edilmelerindeki en önemli neden budur.
Çinko alaşımları genellikle Al, Cu, Pb ve Cd içerir.
İşlenik alaşımlarda katkıların toplamı %1’i geçmez.
Katkıların işlevi mukavemeti ve biçimlendirilebilirliği
arttırmaktır.
Pres döküm alaşımları arasında en çok kullanılan iki alaşım vardır.
Bunlar:
ZAMAK-3 ve ZAMAK-5 diye bilinir.
Korozyon direncini etkilediklerinden katkıların üst sınırları genellikle
% 0.1 Fe, % 0.05 Pb, % 0.004 Cd ve % 0.003 Sn olarak verilir.
Bu değerler aşıldığında korozyon direnci düşer ve taneler arası çatlamalar belirir.
Çinko pres döküm alaşımlarının, diğer metallerin pres döküm alaşımlarına tercih edilme nedenleri, düşük sıcaklıkta (382C) dökülebilmeleridir.
Bunlar için kullanılan kalıplar, alüminyum, magnezyum veya bakır pres dökümleriyle karşılaştırıldığında 25 yıl boyunca bozulmadan kullanılabilirler.
• Başlıca basınçlı döküm alaşımları;
DB-ZnAl 4 ve DB-ZnAl 4Cu 1’dir.
• Zn’ye yapılan %4 Al ilavesi; malzemeye tokluk kazandırması yanı sıra çinkonun çelik döküm kalıplarını erozyona uğratma etkisini de azaltır.
• Zn’ye ilave edilen bakır, katı çözelti oluşturur ve dayanımı arttırır.
• Taneler arası korozyonun önlenmesi için basınçlı döküm alaşımlarında %0,02-0,06 Mg bulunması gerekir.
• Çinko alaşımları basınçlı döküm alanında ağırlıkça %50 paya sahiptir.
• Karmaşık şekilli küçük parçaların dökümü için basınçlı döküm alaşımları idealdir.
• İşletme sıcaklıkları ve dayanım değerleri hızla düştüğü için 100C’yi aşmamalıdır.
• Çinkonun en önemli alaşımı ana bileşenlerini çinko, alüminyum, magnezyum ve bakırın oluşturduğu ZAMAK’tır.
Zamak 3, Zamak 5 gibi alaşımları değişik sertlikte olup alaşımlarda alaşım elementleri farklı oranlarda bulunur.
• The New Jersey Zinc Company tarafından 1920'lerde bulunan Zamak, Almanca çinko (Zink), alüminyum (Aluminium),
magnezyum (MAgnesium) ve bakırın (Kupfer) baş harflerinden oluşturulmuş bir isimdir.
• Son derece dayanıklı bir alaşımdır.
• Dünyanın pek çok ülkesinde üretilir. Türkiye'de pek çok
üreticisi vardır. Hindistan ve Çin'de çok fazla üretilir ve satılır.
• Bakır içeren DB-ZnAl 4Cu 1 alaşımında yaşlanma sonucu ortaya çıkan boyut artışının önlenebilmesi için parçalar son boyutlarına islenmeden önce yapay olarak yaşlandırılırlar.
ZAMAK
• ZAMAK, temel olarak saf çinkoya alüminyum ve bakır ilavesi ile elde edilen alaşım ailesinin genel ismidir.
• Zamak alaşımları diğer çinko-alüminyum (ZA) alaşımlarından içerdikleri %4 Al miktarı ile ayırt edilir. Bu alaşım grubu,
seri üretime uygunluğu,
düşük boyutsal toleransı,
yüksek korozyon direnci,
düşük döküm sıcaklıklarında sergilediği yüksek metalik akışkanlığı,
sağladığı uzun kalıp ömrü ve
nihai ürun eldesinde gösterdiği üstün şekil alabilme özellikleri…
NEDENİYLE tercih edilir.
ZAMAK
Başta
otomotiv ve
yapı sektörleri olmak üzere
spor aletleri,
oyuncaklar,
hırdavat,
dekoratif parçalar,
beyaz eşya parçaları,
ara bağlantı elemanları gibi
farklı amaçlı malzemelerin üretiminde hammadde olarak kullanılmaktadır.
Çinko alaşımları ;
döküm alaşımları (Casting Alloys) ve
yoğrulabilir/işlenebilir alaşımlar (Wrought Alloys) olarak temelde iki ana başlık altında incelenirler;
Çinkonun kurşun, bakır ve kadmiyum ile oluşturduğu alaşımları kapsayan işlenebilir alaşımlar grubundan farklı olarak döküm alaşımları grubundaki alaşımlar kendi içlerinde de
ayrılmaktadırlar.
Geleneksel çinko dökümde %4 Al miktarı önemli iken,..
ZA (Zn - Al) döküm alaşımlarında alüminyum miktarına (ağırlıkça yüzdesine) bağlı olarak farklı alaşımlar bulunmaktadır (ZA8,
ZA12, ZA27).
Zamak alaşımları geleneksel döküm alaşımları grubunda yer alırlar.
Bu alaşım %95 oranında, %99.995 saflıktaki çinko metaline %4 alüminyum ve farklı miktarlarda bakır metalinin ilave edilmesi sonucu üretilmiştir.
ZAMAK alaşımları
renklendirilmelerinin zor olması,
fiyat kararsızlığının yüksek olması ve
yüksek sıcaklık çalışmalarına uygun olmamaları gibi
dezavantajlara sahip olmalarına rağmen diğer metallere kıyasla,
yüksek mekanik özellikleri,
korozyon ve aşınma dirençleri ve
İzlenebilirlikleri
nedenleriyle endüstrinin hemen hemen her yerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
ZAMAK ALAŞIMLARININ ÖZELLİKLERİ
Sıcak kamara ismi verilen bu döküm yönteminde, ergiyik metal yüksek basınç altında gösterdiği yüksek akışkanlık sayesinde kalıp içeresine en kısa surede dolarak karmaşık şekilli
parçaların mükemmel yüzey özellikleri ile üretilmesi sağlanmaktadır.
ZAMAK ALAŞIMLARININ OZELLİKLERİ
Zamak 3 alaşımı; genelde çinko dökümde ilk tercih edilen alaşım türüdür.
optimum değerdeki fiziksel ve mekanik özellikleri,
yüksek dökülebilirlik özelliği,
uzun dönem sergilediği boyutsal kararlılığı…
Zamak3 alaşımının Kuzey Amerika Çinko Döküm Sektörünün
%70’i tarafından tercih edilmesinin temel sebeplerini oluşturmaktadır.
Zamak3 özellikle
yüksek boyutsal kararlılığa ve
yüksek mukavemet beklenilen malzemelerin uretiminde tercih edilir.
Zamak 2 alaşımının, Zamak3 alaşımından farkı, içeriğinde %3 bakırın yeralmasıdır.
Az miktarda ilave edilen bakır sayesinde alaşımın hem aşınma özellikleri gelişir hem de mukavemeti %20 oranlarında iyileşir.
Fakat bakırın çinkodan daha pahalı bir metal olması sebebiyle Zamak 2 alaşımının fiyatı diğer alaşımlara nazaran daha
yüksektir.
Ayrıca içerdiği bakır miktarına bağlı olarak boyutsal genişleme hızı düşüktür (0.03556 mm/20 yıl) ve yüksek sıcaklıkta uzun süre yüksek performans sergileyemez.
Bu alaşım özellikle küçük boyutlarda, yüksek aşınma direnci, üstün sertlik ve çekme mukavemeti istenen dokum parçalarında verimli olarak kullanılmaktadır.
Zamak 5 alaşımı; Zamak 3 alaşımdan farklı olarak %1 oranında içerdiği bakır ile standarttan çok daha az miktarda mukavemetli (Zamak 3’e göre %10 daha fazla) ve sert bir yapıdadır.
Bakır içeriğine bağlı olarak alaşımın sünekliğinde ve boyutsal kararlığında gerçekleşen azalma,
perçinleme, kalıpta dövme, presleme işlemleri sırasında problem yaşanmasına sebep olur.
• Mukavemetli yapısı sebebiyle bu tip alaşımlar çekme
performansının önemli olduğu kullanım alanlarında hizmet verecek parçaların üretiminde tercih edilmelerine sebep olmaktadır.
• Yüksek dökülebilirlik özelliği gösteren Zamak 5 yoğun olarak Avrupa’da kullanılmaktadır.
Zamak 5 alaşımı kaplama, boyama, kromatlama işlemlerine yüksek performansta cevap vermesine rağmen, Zamak 3’ten pahalı olması nedeniyle karmaşık şekil parçalarda veya yüzey hazırlamanın zor olduğu parçalarda özellikle tercih edilmelidir.
Saf çinko metalinin üstün korozyon direnci özelliğine rağmen, düşük mekanik özelliği, hammadde olarak kullanımını
sınırlandırır.
Demir ile teması halinde reaksiyona girip demiri çözen bu metalin kullanım alanlarını arttırmak için Al, Mg gerekli
görüldüğü durumlarda da Cu ilave edilerek endüstride sıkça kullanılan "Zamak alaşımları" elde edilmektedir.
Zamak içeriğine katılan alaşım elementlerinden en önemlisi kuşkusuz alüminyumdur.
%4 oranında ilave edilen alüminyum elementi ile malzemenin mukavemeti ve ergiyik metalin akışkanlığı artmaktadır.
Aynı zamanda çinko metalinin demir ile reaksiyonunu azaltıp çinko metalinin dökme demirden yapılan parçalarla teması halinde proses ekipmanlarının zarar görmesi de engellenir.
ALAŞIM ELEMENTLERİNİN YAPIYA ETKİSİ
Magnezyum elementi yapı içerisinde bulunan empüritelerle yaptığı reaksiyonlar nedeniyle hammaddeye eklenmektedir.
Mukavemeti ve sertliği de arttıran Mg elementi alaşımda fazla bulunması durumunda, ötektoid dönüşümü geciktirir ve ergiyik metalin akışkanlığını azaltır.
Bu nedenle alaşımlarda çok sınırlı miktarda bulunmaktadır.
• Genel olarak Zamak ailesi alaşımlarının hepsi içerdikleri yüksek çinko miktarlarına bağlı olarak (>%94) yüksek korozyon direnci gösterirler.
• Geri dönüşümleri sağlanabilen Zamak ingotları çevreye dost ürünlerdir.
• Üretim yöntemleri incelendiğinde nihai ürünün hidrolik pres ekipmanlı makineler aracılığı ile elde edildiği bilinmektedir.
• Bu sayede ergiyik metalin kalıp içeresindeki boşluklara en kısa sürede çok yüksek bir basınç altında dolması sağlanır.
ZAMAK ALAŞIMLARININ KULLANIM ALANLARI
Zamak alaşımlarının otomotivde kullanımı
Ev eşyalarında zamak kullanımı
Her metal ve/veya alaşımda olduğu gibi Zamak alaşımları diğer metallere nazaran yaygın olarak kullanılmasının başlıca
nedenleri sahip oldukları özellikler (fiziksel-mekanik) ve seri üretime uygunlukları ve fiyatıdır.
İlerleyen teknolojiye bağlı olarak dünya pazarında farklı
kullanım alanlarında özellikle çinko pillerin araç ve otobüslerde kullanımı, çinkonun gübre katkısı olarak tarımda yaygınlaşması da 2011’den itibaren metal piyasasındaki öneminin yükselen ihtiyaca paralel olarak artacağını göstermektedir.
Zamak alaşımlarının 21. yy boyunca önemini yitirmeden metal piyasasında değişken değerleri ile bulunması beklenmektedir.
METAL PAZARINDAKİ ONEMİ
• Zamak alaşımlarının düşük ergime sıcaklıkları sayesinde enerjiye çok gereksinim duymadan dökümleri gerçekleştirebilmektedir.
• Ayrıca bu alaşımların yeniden kullanılabilir olmaları, döküm işlemi sırasında patlayıcı reaksiyon vermemeleri ve zehirli gazların
oluşumuna sebep olmamaları nedeniyle alternatif malzemelere göre daha az çevreye zarar vermektedirler.
• İçeriklerinde bulunan %4 alüminyum miktarı sayesinde ise makine ekipmanlarının daha uzun süre daha yüksek verimle kullanımına imkan vermektedir (> 1.000.000 basma sayısı). Böylece uzun vade de bakım masrafı arında azalma sağlanırken verimlilikte artış
sağlamaktadır.
• Pres döküm yöntemi sayesinde kompleks şekilli parçalar tek
seferde üretilerek talaşlı imalat işlemine duyulan ihtiyaç azaltılır.
• Aynı zamanda birleştirme ve bir araya getirme gibi işlem basamaklarına olan ihtiyaçta bu özelliği sayesinde ortadan kalkmaktadır.
