Metal nedir ve metallerin özellikleri nelerdir? Metalin kullanılması, tarihçesi, alaşımlar, metal yorgunluğu hakkında bilgi.
METALLER
Metaller medeniyetimizin temel öğelerinden biridir. Çünkü onların yerini hiç bir şey tutamaz. Kereste ametallere iyi bir örnektir. Ama tahtadan, örneğin bir otomobil motoru yapmak mümkün değildir. Önce tahta yüksek sıcaklığa dayanmaz. Dayanıklı ve sert olmasına rağmen millerde görülen burulma kuvvetine dayanmaz.Dişli tekerleklerdeki aşınma ve kopmaya karşı koyamaz. Hiç bir ametalik madde hatta karbon bile elektrik malzemesi yapmakta kullanılmaz.
Metaller ve Ametaller
Bir metalin ametalden farkı nedir? Genellikle metaller serttir, ama kırılgan değildir. Çekilebilir, dövülebilir ve istenilen şekil verilebilir. Tel ve levha haline getirilebilir. Metallerin kendine özgü parlaklığı vardır. Çoğu çok iyi cilâlanabilir. Işığı geçirmez. Ama metallerin en tipik özelliği ısı ve elektriği iletmeleridir. Buna rağmen bir maddenin metal olup olmadığını söylemek her zaman kolay olmaz. Çünkü pek çok sınır halleri vardır. Örneğin, karbon metal olmadığı halde elektriği iletir. Civa şüphesiz metal olduğu halde adi sıcaklıkta sıvıdır. 92 doğal elementin (evreni meydana getiren maddelerin temeli) 70’ten çoğu metal sınıfına konabilir. Bunların da ancak yarısı çok tanınır. Her birinin bazı özel amaçlara uyan özellikleri vardır. Örneğin bakır çok önemli bir metaldir, çünkü elektrik akımını çok az kayıpla iletir. Bundan ötürü elektrik teli, kablosu ve başka elektrik gereçleri yapmak için çok bakır kullanılır. Gerçekten her yıl bu amaçla 1 ile 2 milyon ton bakır satılır. Eğer dayanıklılık ve esneklik istenirse o zaman demir ve çeliğe bakmalıyız. Eğer hafiflik ve havaya karşı dayanıklılık istenirse alüminyuma bakarız.
Filizlerinden Metallerin Elde Edilmesi
Biliyoruz ki her yıl milyonlarca ton metal sayılamayacak kadar çok amaçla kullanılır. Yine biliyoruz ki bunlar topraktan çıkarılır. Bu nedenle topraktan metal olarak çıkarılabilen miktarın göz önüne alınmayacak kadar az olması şaşırtıcıdır. Altın ve platin gibi çok az metal, tabiatta, başka maddelerle birleşmemiş, element olarak bulunur. Büyük çoğunluğu filizlerinden kimyasal işlemlerle elde edilir. Metalin tabiatta bulunan filizlerinden elde edilme güçlüğü o metalin aktifliği ile el ele gider. Aktiflik azaldıkça metalin elde edilmesi kolaylaşır, çünkü aktif bir metal, diğer maddelerle, özellikle oksijenle sağlam bileşik yapar. Başlıca metaller aktiflik sırasına göre şöyle sıralanır:
1. Potasyum
2. Kalsiyum
3. Sodyum
4. Magnezyum
5. Alüminyum
6. Manganez
7. Çinko
8. Krom
9. Demir
10. Kadmiyum
11. Kobalt
12. Nikel
13. Kalay
14. Kurşun
15. Bizmut
16. Bakır
17. Civa
18. Gümüş
19. Platin
20. Altın
Listenin sonundaki metallerin aktifi iği azdır (örneğin, atmosferin etkisiyle paslanmaz ve aşınmazlar). Bu yüzden elde edilişleri kolaydır. Örneğin, bakır hem serbest halde, hem de kükürtle birleşmiş olarak bulunur. Ergimiş kükürtlü filize hava üflenip elde edilir. Demir listenin daha başındadır, bunun için elde edilmesi daha zordur. Demir filizinde demir oksit bulunur. İçi ateş tuğlasıyla örülmüş yüksek fırınlara yukarıdan filizle beraber kok ve kireç taşı konur, aşağıdan da sıcak hava akımı gönderilir. Yeteri kadar yüksek sıcaklıkta demir filizi koktan oluşan karbonmonokside oksijenini vererek demire indirgenir. Böylece demir erimiş olarak fırının altında toplanır.
Baştan ilk beş metal yerkabuğunda çok yaygın olarak bulunur ve ilk dördü denizde de büyük miktarda vardır. Ama< her zaman kimyasal bileşikler halindedir. Ancak pahalı ve karışık işlemlerle elde edilebilir.
Endüstride alüminyum ve aktiflik listesinde bunun üstünde bulunan metaller bileşiklerini kuvvetli elektrik akımıyla ayrıştırarak elde edilir.
Metallerin Dökümleri
Döküm hâlâ metallere şekil vermenin en önemli yoludur. Teorik olarak bu metot çok kolaydır. Metali bir ocakta ergitmeyi ve bir kalıba dökmeyi kapsar. Kalıp, çoğunlukla dökümü yapılacak cismin aynı büyüklükteki ağaç modeli nemli kumlara saplanıp sıkıştırılarak hazırlanır. Model kaldırıldığı zaman kumun içinde bir boşluk kalır ve bu boşluğa ergimiş metal dökülür. Hemen hemen dökümün büyüklüğü için bir sınır yoktur.
Bazen gemilerin en büyük ve en ağır kısımları bu yolla yapılır. Döküm belirli bir iki madde için de sınırlı değildir. Dökme demir ve çelik teknikte geniş ölçüde kullanıldığı gibi, dökme bronz heykelcilikte, hatta kurşun bile kurşun asker dökümünde kullanılır. Matbaacılıkta kullanılan metal harfler döküme benzeyen bir işlemle şekillendirilir.
Levha Haline Gelme
Bir metalin önemli özelliklerinden biri de ısınınca yumuşamasıdır. Yumuşayınca istenilen şekle kolayca sokulabilir ve soğuyunca da bu şekli korur. Böylece bir nalbant, kızıl kor haline gelmiş bir demir çubuğu bükerek at nalı haline getirebilir. Ama aynı çubuk soğukken bükülmek istenirse çoğu kez kırılır. Metallerle bu çeşit çalışmaya metali işleme denir. Şekli her zaman için dövmek ya da sıkıştırmakla değiştirilebilen bir maddeye levha haline gelebilir denir. Metallerin çoğunluğu levha haline gelebilir. Bazıları, örneğin gümüş, ısıtılmadan bile şekillendirilebilir. Çelik çubuklar ve putreller akkor külçelerin dev silindirler arasından geçirilmesiyle şekillendirilir. Öte yandan, soğuk bir bakır çubuğu hadde ya da çapı uygun bir delikten geçirip çekerek kolayca tel haline getirebiliriz. Böyle meydana gelen tel, tel çekme makinesinin daha küçük bir deliğinden çekilerek daha da inceltilebilir. Gittikçe küçülen deliklerden çekildikten sonra telin çapı santimetrenin binde biri kadar küçülür. Bu çeşit maddelere tel haline gelebilen maddeler adı verilir. Külçeden çubuk haline getirilen metaller kırılgan olur. Bunun için tel haline getirilecek çubuklar önceden tavlanır, yani çubuklar çok yüksek derecelere kadar ısıtılır ve sonra yavaş yavaş soğumaya bırakılır.
Alaşımlar
Anlaşılmıştır ki iki ya da daha çok metalin karışımı bazı özel amaçlar için bir tek metalden daha iyidir. Bu çeşit karışımlara alaşım denir. Elektrik ileten yüksek gerilimli kablolar saf bakırdan olmayıp içine biraz kadmiyum karıştırılmış bakır alaşımıdır. Böylece hem mekanik sağlamlığı büyük, hem de iletkenliği iyi bir metal meydana gelmiş olur. İki direk arasına gerilen saf bakır kablolar kendi ağırlıklarına dayanamayıp kopar. Daha çok tanınan bir alaşım da lehimciler tarafından kullanılan lehimdir. Başlıca avantajı kolay ergimesi ve şekillendirmeye yetecek kadar zaman sıvı kalmasıdır. Saf kurşun aşağı yukarı 327°C de, saf kalay 232°C de ergir. Halbuki 7 kısım kurşun, 3 kısım kalaydan yapılan bir alaşım 220°C de ergir ve 180° ye ininceye kadar tamamen katılaşmaz.
Öbür alaşımların başlıcaları pirinç (bakır ve çinko), bronz (bakır ve kalay) ve gümüş görünüşlü madeni paraların yapıldığı, içinde 3 kısım bakır, bir kısım nikel bulunan alaşımdır. Akla en yakın metal örneği olarak gelen çelik bile bir çeşit alaşımdır. Gerçekten çelik, içinde pek az oranda karbon bulunan demirdir. Çeşitli çelik türlerinde kullanılış amacına göre değişik oranda -karbon ve başka maddeler bulunur. Örneğin paslanmaz çelik demir (aşağı yukarı %80), krom (%20’ye kadar) ve çok az miktarda karbondan yapılmıştır.
Çeliğin Sertleştirilmesi
Çeliğin sertliği bir ölçüye kadar «su verme» adı verilen işlemle kontrol edilebilir. Su verme, çeliği belli bir dereceye kadar ısıtmak ve birden suya ya da yağa batırarak soğutmaktır. Kesici aletler şekillendirildikten sonra kenarları bu çeşit su vermeyle sertleştirilir. Kesici kenarlar çarkla bilemek ve bir bileyi taşıyla parlatmakla keskinleştirilir.
Metallerin Kontrolü
Metaller kristal bir yapıya sahiptir. Başka bir deyişle, metallerdeki en küçük parçacıklar mozaikler gibi düzgün ve kesiksiz devam eden bir düzen içindedir. Çeliğin kristal yapısı mühendisler için önemlidir; çünkü onun kolay kırılıp kırılmayacağı hakkında iyi bir fikir verir. Genellikle değişik büyüklükte kristallerle bölünmüş olan bir düzen o metalin yapıca zayıf olduğunu ve esnek olmadığını ortaya koyar. Kristal düzenleri çoğu zaman mikroskopsuz görülmeyecek kadar küçüktür. Eldeki örnek iyice parlatıldıktan sonra aside batırılır. Asit dıştaki kristalleri aşındırır ve düzenin belirmesini sağlar.
Metallerin belirli bir amaç için uygun olup olmadıklarını belirten bir iki test daha vardır. Bunlardan en kolayı kırma, basma deneyidir. Bu deney herhangi bir örneğe uygulanan kuvvetin, örnek kırılana kadar yavaş yavaş artırılmasıdır. Bir metalin sertliği, üzerine sivri bir ağırlık düşürülerek meydana gelen oyuğun ölçülmesiyle kontrol edilir. Köprü yapacak olan bir mühendis, önce köprünün ölçülü bir maketini yapar ve bu makete asıl yapının dayanması gerektiği kuvvetlere benzer kuvvetler uygular. Modelde meydana gelen etkilerden yapı şeklinin yeterli olup olmadığına; planlarını değiştirip değiştirmeyeceğine bir karar verir. Bilim adamları, modern mühendisliğin ihtiyaçlarını karşılayacak yeni yeni metaller (daha çok alaşımlar) bulmak için durmadan çalışmaktadırlar.
Kaynak -2
METAL NEDİR?
Metal; demir, altın ya da bakır gibi parlak bir maddedir. Oda sıcaklığında çoğu katı olan metaller ısıtıldıklarında kolayca şekil alırlar ve ısı ile elektriği iyi iletirler.
Yer küre; alet, makine ve büyük yapıların yapımında kullanılan kalay ve demir gibi bazı metalleri bol miktarda karşılar. Altın ve platin gibi olan diğer metaller ise kıttır ve az miktarda kullanılır.
METALLE ÇALIŞMAK
İnsanlar, MÖ 8000’li yıllardan itibaren metallerin nasıl çıkarılacağını ve kullanılacağını bilmektedir. Metal eriyene (sıvılaşana) kadar ısıtılacak olursa bir kalıba dökülebilir. Tekrar eritilene kadar, kısa sürede soğuyup sertleşecek ve döküldüğü kalıbın şeklini alacaktır. Isıtılan metaller ayrıca; dövülmek suretiyle her şekle sokulabilir ya da tel haline getirilebilir. Katı metallerin büyük bir bölümü dayanıklı sert olup baskı altına girdiklerinde bulundukları şekilleri koruyabilirler. Bu nedenle; yapıların iskeleti ve motor parçalarının yapımı gibi işlerde tercih edilirler.
PASLANAN METALLER
Demirden yapılmış herhangi bir şey dışarıda bırakılırsa paslanacaktır. Bunun nedeni; demir yüzeyinin havadaki oksijenle reaksiyona girerek demir oksit adı verilen yeni bir bileşik meydana getirmesidir. Oksijenle ya da başka bir elementle reaksiyona giren diğer metaller saf haliyle değil de cevher (metal ve oksijen bileşimi) olarak bulunurlar. Metalin oksit cevherinden ayrıştırılmasının en yaygın yöntemi mangal kömürü ile ısıtılmasıdır. Böylelikle oksijen uzaklaştırılacak ve geride saf metal kalacaktır.
ALAŞIM
İnsanlar, metalleri ve metal olmayanları birbirine karıştırmanın çok farklı yolunu keşfetmiştir. Bu karışımlara alaşım adı verilir. Çelik; demir, az miktarda karbon ve diğer metallerden oluşan bir alaşımdır. Çelik, saf demire oranla daha sert ve dahi dayanıklıdır. Bronz, bakır ve kalaydan oluşan sert bir alaşımdır.
METAL YORGUNLUĞU
Bir metal yığınından bir parça koparabilmek için çok fazla güç uygulamak gerekir. Ancak; bazı metal nesneler, küçük bir kuvvetle uygulanarak birkaç kez büküldüklerinde kırılabilmektedir. Metalleri bu şekilde kırılabilmeleri metal yorgunluğu olarak adlandırılır ve çok büyük tehlikelere neden olabilir. Makineler (örneğin; uçak) metal yorgunluğu belirtilerine karşı mutlaka kontrol edilmelidir.
