KURŞUNSUZ PİRİNÇ ALAŞIMLARI. Tuğhan Özçamsırtı * ve Fevzi Yılmaz** *Fabrika Müdürü , SARBAK METAL TİC. ve SAN. A.Ş. Organize Sanayi Bölgesi Gaziosmanpaşa Mah. İtfaiye Cad. No:3 ÇERKEZKÖY / TEKİRDAĞ tughanozcamsirti @ sarbak .com.tr - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
KURŞUNSUZ PİRİNÇ ALAŞIMLARI Tuğhan Özçamsırtı* ve Fevzi Yılmaz**
*Fabrika Müdürü , SARBAK METAL TİC. ve SAN. A.Ş. Organize
Sanayi Bölgesi Gaziosmanpaşa Mah. İtfaiye Cad. No:3 ÇERKEZKÖY / TEKİRDAĞ [email protected]
**Prof.Dr. , İstanbul AREL ÜNİVERSİTESİ Mühendislik-Mimarlık
Musluklarda, pompalarda , vanalarda ve armatürlerde pirinç alaşımı ( Bakır %60 – 40 Çinko ) yoğun olarak kullanılır. Klasik pirinç malzemede % 2-3 kadar kurşun bulunur. Bu kurşun duran ve akan doğal-işlenmiş su tarafından liç edilir (çözülür). Günümüzde, insan sağlığına çok zararlı olan kurşunun suda müsaade edilen limit değeri milyarda 10 parça (10 ppb, 10 mikrogram / litre ) dir (AB -TS 265 , 2005 standardı). Yüksek kurşun içeren ticari pirinçler bu limit değeri asla sağlayamazlar.
Copper alloys (Cu-60-40%Zn) are used in plumbing components , pumps, valves and drinking fountains. The most common plumbing brass contains nominally 2-3% lead. Steady and flowing chemically treat water is suffeciently aggressive to leach excessive lead from the water supply system. The lead level in new standard as 10 microgram /liter (10 ppb) or less has been in force since 2005 (EU-TS 265) for health reasons. Common high lead commercial brasses never fullfil above given requirements.
LEAD FREE BRASS ALLOYS - SUMMARY
Kurşun, su tesisat pirinçlerine işlenebilme ve sızdırmazlık için katılır. Günümüzde, alternatif malzeme katkıları (Bi ve Si) aynı özellikleri sağlayabilmiş ve kurşunu ikame edebilmiştir. Kurşunsuz pirinç alaşımları üretimi, insan ve çevre sağlığı açısından önem kazanmıştır ve kullanımı giderek artmaktadır. SARBAK METAL TİC. ve SAN. A.Ş. tarafından piyasaya sunulan Ekosarı – Ecobrass/Ecocast ve Ekosarı –Federalloylarda kurşun sıfırlanmış ve bir çok endişe yok edilmiştir. Bu alaşımlarda döküm ve mekanik özelikler de korunmuştur.
Lead is added to plumbing brasses to improve machinability and ensure pressure tightness. Nowadays, lead is replaced by alternative materials (Bi ve Si) for health and environmental reason. Ekosarı-Ecobrass/Ecocast and Ekosarı-Federalloy’s are non-leaded brasses and many fears are solved. Sufficient casting and mechanical properties are obtained in these alloys and producing company of SARBAK METAL Tic. ve San. A.Ş. working on them.
tesisat kompresörü, evsel ürünler ve küçük dişliler üretiminde yoğun olarak kullanılır.
• İçme su hatlarında kullanılan malzemeler ve bileşimleri Dünya Sağlık Örgütü(WHO) ve farklı kuruluşlar (AB, EPA, SDWA, NSF) tarafından sürekli takip edilmektedir. Bu yolla doğal olarak çevreci malzeme üretimi, sağlık ve hijyen şartlarına uygun içme su iletimi sağlanmaktadır.
• 1996 yılında EPA , Ulusal Bilim Vakfı (NSF) ile “İçme su sistem komponentleri-sağlık etkileri” konusunu Standart 61’de yayınlamıştır. Standart61’de; mutfak, bar, lavabo armatürleri, içme su boruları, su soğutucuları, buzdolapları buz yapıcıları, su dağıtıcıları, tapalar ve son nokta kontrol vanaları için yeni kurşun limitleri verilmiştir. NSF Standart 61 test protokolü pH’sı 8 olan suyun 19 gün pirinç musluk içinde bekletilip analiz edilmesini kapsar. Limit değer olarak 11 ppb(milyarda 11) kabul edilmiştir (11 mikrogram/litre – 0,011 miligram/litre). Nisan 2003’te Japonlar AB’den hızlı davranarak sudaki kurşun limitini 10 ppb’ye (0,01 mg/l) indirmişlerdir.
• Sonuç olarak, suda kurşunun bulunuşuyla ilgili oluşturulan direktifler su sistem komponentlerinin kurşunsuz pirinçlerden imal edilmesini zorunlu kılmıştır.
• Bi ve Si, pirinçlerde kurşuna alternatiftir. Bu çalışmada; kurşunlu pirinçlere alternatif olarak çok bilinen, Ekosarı-Ecobrass/Ecocast ve Ekosarı-Federalloylar ele alınmıştır. Ekosarı-Ecobrass/Ecocast ve Ekosarı-Federalloylar sırası ile (kurşun yerine) Si ve Bi içermektedir. Patentli olan bu alaşımlarda kurşun sıfırlanmış ve bir çok endişe yok edilmiştir. Bu alaşımlarda döküm ve mekanik özelikler de korunmuştur. Çalışmada, SARBAK METAL TİC. ve SAN. A.Ş.’nin ve WIELAND WERKE AG döküm, ekstrüzyon ve AR-GE olanakları kullanılmıştır.
2 KURŞUNSUZ PİRİNÇLER• Suda kurşun konusunda gösterilen duyarlılığın nedeni kurşunun
toksik etkisine dayanır.Kurşun zehirleyicidir (Plumbism). Tarihi kayıtlar kurşun borulardan içilen suyun toksik etkisi nedeniyle Roma’nın düşüşünün kolaylaştığını vermektedir. “Their overuse of lead is thought to have contributed to their shortened life expectancies www.sewerhistory.org”. Bugün içme su hatlarında kurşun borulardan tamamen vazgeçilmiştir.
• Kurşunun pirinç dökümündeki rolü, alaşımın yapısındaki mikro boşlukları doldurması ve yapı sıkılığı sağlamasıdır. Pirinç alaşımına kurşunun ilave edilmesi işlenebilirliği de arttırır. Bu özelliklerinden dolayı pirinç dökümlerde, kurşun uzun süreden beri alaşım elementi olarak kullanılmaktadır.
• İçme suyuna tesisat malzemesinden kurşun geçişini önlemenin iki yolu vardır: a)Yüzey işlemi ile kurşunu su temas bölgesinden uzaklaştırmak, kısacası kurşun ve kurşun bileşiklerini (oksit, hidroksit) yüzeyden almak/azaltmak, b)Pirince kurşun yerine başka element katmaktır.
• a)Yüzey işlemi ile kurşunu su temas bölgesinden uzaklaştırmak
• 1. NPb (Non Pb)-alkali ya da asit banyoda yüzeyden kurşunu alma-etching (5-6 μm kurşunsuz yüzey elde etme) TOTOCO Lisansı.
• 2. PLCS (Parker Lead Clear System) Bir çeşit fosfatlama, yüzeyde fosfat zırhı oluşturma, kurşun-su temasını yok etme.
• 3. SLA (Surface Treatment For Lead Reduction By Acid) Nitrik asit kullanılarak elektroliz yoluyla yüzeyden kurşun ve bileşiklerini almadır.
• Bu üç alternatif sürdürülebilir koruma vermemektedir ve çözüm kurşunsuz alaşımlardadır.
b) Pirince kurşun yerine başka element katmak
• Kurşunsuz bakır alaşımları iki ana grupta toplanır. Sınıflandırma,Cu-Zn ana alaşım elementlerinden sonra sıvı alaşımlara katılan elementlere göre yapılır. Bizmut (Bi), ve Silisyum(Si) en çok katılan elementlerdir. Bu elementler kurşunun yerini alır ve kurşunlu pirinçlerde olduğu gibi alaşımda genellikle % 0,5-3 arasında bulunur.
• Kurşunsuz bakır alaşımlarının ergitme ve döküm şartları, akışkanlık
test sonuçları ve mekanik özellikleri kurşunlu muadilleri ile örtüşme/yarışma halindedir.
3. DENEYSEL ÇALIŞMALAR
• Çevreci pirinçlerle ilgili çalışmalarda, endüstriyel boyutta proses izleme ve numune üretme faaliyetleri gerçekleştirilmiştir. SARBAK METAL TİC. ve SAN. A.Ş.’nin döküm, ekstrüzyon ve AR-GE olanakları kullanılmıştır. Dünyanın önde gelen bakır alaşımı üreticilerinden WIELAND WERKE AG ile Ecobrass/Ecocast ve FEDERAL METAL ile Federalloylar için lisans anlaşmaları yapılmıştır. Alaşımlar, sırası ile (kurşun yerine) Si ve Bi içermektedir.
3.1. EKOSARI - Ecobrass/Ecocast
• Ecobrass/Ecocast alaşımlarında kurşun yerine silisyum kullanılmaktadır. Bu alaşımlar çok iyi talaşlı işlenebilme, dövülebilme, soğuk işe elverişlilik,yüksek dayanım ve geri dönüşebilir özelliklere sahiptir.
• Bu alaşımlar, toksik maddeler içermez, çevre ve sağlık direktiflerine uyum sağlar.
Ecobrass, içi dolu, içi boş ve profil olarak hem dövme hem de talaşlı imalata uygun olarak üretilebilmektedir (Şekil 1).
Şekil 1. İçi dolu, içi boş ve profil olarak üretilen Ecobrass örnekleri.
a. Fiziksel Özellikler• Ecobrass, diğer bakır malzemelerde görülen özelliklere(iletkenlik ve renk gibi)
c.Mikroyapı• Silisyum zengin faz mikro yapıda talaş kaldırabilirliği sağlar (Şekil 2).
Şekil 2. Tavsız-Tavlı Ecobrass mikro yapıları
d.Korozyon Davranışı• Ecobrass/Ecocast’ta silisyum ilavesi ile metallerde görülen
kararmaya karşı dayanım artmaktadır.
• Ecobrass/Ecocast’ın çinkosuzlaşma (dezinsifikasyon) dayanımı (DZR), ISO 6509’a göre test edilmiştir ve çubuk formunda üretilen, standart çinkosuzlaşma pirinci olan CuZn36Pb2As ile karşılaştırıldığında (Şekil 3) daha iyi değerlere sahip olduğu görülmüştür.Şekil 4’de verildiği gibi çinkosuzlaşma kalınlığı oldukça düşüktür ve kabul sınırları içindedir.
• DIN 50916 bölüm 1’e göre gerilmeli korozyon çatlağı testi yapıldığında ısıl işlem yapılmamış parçalarda bile hata görülmemiştir.Şekil 5’de literatür sonucu verilmiştir ve aynı bulgulara deneylerle de varılmıştır.
Şekil 3. CuZn36Pb2As DZR mikro yapı test resmi
Şekil 4. Ecobrass-Ecocast DZR testi mikro yapı test resmi(çinkosuzlaşma yok)
Şekil 5. Ecobrass ve kurşunlu pirincin (CuZn39Pb3) gerilmeli korozyon çatlağı test sonuçları.
e. Talaşlı İmalatEcobrass kurşunlu versiyon pirinçlerle karşılaştırabilecek kadar iyi işlenebilirliğe sahiptir. Endüstri bulguları işleme talaşlarının kısa ve kırılgan olduğunu göstermiştir.
Takım aşınması, CuZn39Pb3 ile karşılaştırıldığında Ecobrass/Ecocast ’ta az miktarda yüksektir.
V = 150 m/min V = 225 m/min V = 300 m/min
f. Dövme• Standart dövme pirinci olan CuZn40Pb2 ile mukayese edilebilecek
kadar iyi dövme özellikleri görülmüştür. Tavsiye edilen dövme sıcaklığı 700-750 ºC civarıdır.
g. Soğuk İş• Soğuk iş özellikleri çok iyidir. Yüksek mukavemet özellikleri ile
birlikte yeterli uzama gösterir. Eğme, diş açma, perçinleme işlemleri rahatça gerçekleştirilebilir.
h. Yüzey İşlemleri• Standart pirinçlerle karşılaştırabilecek kadar iyi elektro kaplama
özelliklerine sahiptir.
ı. Soğuk Perçinleme• Şekil 6’da verildiği gibi işlem sertleşmesi ve şekillendirme ile
mukavimleşmesi çok iyidir.
Şekil 6. Ecobrass’ın soğuk işlemle mukavemet artışı ve işlem sertleşmesi.
i. Proses DavranışlarıTablo 2. Ecobrass’nın özellikleri ve proses davranışları.
Proses Ecosarıİşlenebilme(CuZn39Pb3=%100) % 80
Soğuk şekillenebilirlik İyi
Sıcak şekillenebilirlik Çok iyiBirleştirme prosesleri
Direnç kaynağı
Gaz ark kaynağı
Sert lehimleme
Yumuşak lehimleme
İyi
İyiÇok İyi
Çok İyi
Yüzey İşlemi Parlatma Elektrokaplama
İyiİyi
Isıl İşlem Gerilim Giderme Yumuşatma Tavlaması
300-400 °C530-700 °C
Ergime Aralığı 860-925 °C
j. Geri Dönüşüm• Diğer bütün bakır alaşımları gibi Ecobrass/Ecocast geri
dönüşebilirliği oldukça iyidir. Şekil 7 ‘de işleme talaşları verilmiştir. Talaşlar,silisyum içeriğinden dolayı diğer pirinç talaşları ile karıştırılmamalıdır.
Şekil 7. Ecobrass/Ecocast işleme talaşları.
k. Döküm Özellikleri ve Tane İnceltmeEcocast ’larda kurşunlu pirinçlerde uygulanan ve bilinen döküm ve tane inceltme pratiği geçerlidir. Mikroyapılar yeteri incelik ve eşeksenli olarak elde edilebilmektedir (Şekil 8 ve 9).
a)
b)
Şekil 8. Tane inceltme uygulanmamış ve uygulanmış Ecocast makroyapıları. a)Tane inceltmesiz b)Tane inceltmeli
a)
b)
Şekil 9. Tane inceltme uygulanmamış ve uygulanmış Ecocast mikroyapıları. a)Tane inceltmesiz b)Tane inceltmeli
• ECOCAST Mekanik Özellikler
REFERANS DEĞERLER DÖKÜM PARÇA ÇEKME ÇUBUĞU
Rm [N/mm2] 500 520
R p0.2 [N/mm2] 160 200
A5 [%] 40 35
HB2.5 120• ECOCAST Kurşunsuz Külçeler
Ecocast Sürekli Döküm Külçesi Ecocast Serbest Döküm Külçesi
ECOCAST VE CuZn39Pb1AlB Döküm Özellikleri Karşılaştırması
Özellik Seviye
Döküm Verimliliği Orta
Curuf Miktarı Düşük
Kesit Ölçüsünün Etkisi
Orta
Akıcılık Yüksek
Gazlanma Düşük
Döküm Model Çekme Payı
3/16
Büzülme Orta
Özellik Seviye
Döküm Verimliliği Orta
Curuf Miktarı Yüksek
Kesit Ölçüsünün Etkisi
Küçük
Akıcılık Orta
Gazlanma Düşük
Döküm Model Çekme Payı
3/16
Büzülme Orta
ECOCAST CuZn39Pb1AlB
Dökülebilirlik
• Resimden de anlaşılabileceği gibi, dökülebilirlik özelliği çok iyidir.
Alaşım Sıcaklık (oC) Mesafe (mm)
ECOCAST 1.100 310
1.150 360
C 836 - CAC406 (BC6C) 1.200 210
Spiral Test Sonuçları
ECOCAST C 836 - CAC406 (BC6C)
ECOBRASS’IN GENEL KULLANIM ALANLARI
• Otomotiv Sektörü- Sensör Gövdeleri- Termostat Parçaları- Sıvı Konnektörleri
• Endüstri- Cıvata, somun, valf, otomatik vidalama makinesi parçaları, su valf gövdeleri, kondansatör tüp plakaları, pnömatik fitting, pompa parçaları
• Deniz Sanayi- Deniz sanayi ürünleri, pervane şaftları
• Tesisat- Musluk, musluk sistemleri, tesisat fitting, su sayacı gövdeleri
ECOCAST’ IN GENEL KULLANIM ALANLARI
• Endüstri- Su için valf gövdeleri
• Deniz Sanayi Ürünleri• Tesisat - Musluk, tesisat fittingi, su sayacı gövdeleri
Federalloylar, kurşun yerine bizmut içeren, maksimum basınç sızdırmazlığı ve karakteristik işlenebilirlik özelliklerine sahip ürünleri kapsar.
Su armatürleri gibi insan sağlığını yakından ilgilendiren ürünlerde toksik etkiye sahip kurşun alaşımdan çıkarılmıştır. Tablo 3’de verildiği gibi Federalloylar kurşunsuz (Maksimum %0,1) olup % 0,75-1,5 aralığında Bi içerir.Çinkosuzlaşma dayanımı özelliğini iyileştirmek için Sb ilavesi yapılır.
Tablo 3. Federalloy gurubu kurşunsuz pirinçler
Cu Pb Zn Sb Al BiFEDERALLOY IV (B2 sürekli döküm versiyonu)
59.5-60.5
0.1 Kalan 0.01 0.50-0.75
0.75-1.5
FEDERALLOY IV (B3 DZR versiyonu)
61-63 0.1 Kalan 0.02 -0.1
0.005 1.0-1.5
Norm, ASTM C89540Kimyasal Özellik
a. Kurşun Yerine BizmutBizmut, kurşuna yakın fiziksel özelliklere sahip olduğu için kurşunun yerine mükemmel bir alternatiftir. Bizmut ile kurşunu ayıran özellikler: Kurşun yumuşak ve sünektir, bizmut ise sert ve kırılgandır. Federalloylar ile yapılmış olan çalışmaların sonucunda, bizmutun alaşımın her yanına homojen olarak dağılması sağlanmıştır.
b. Yüzey ve İşlenebilirlik Özellikleri:Federalloylar içindeki bizmutun homojen olarak dağılmış olması, ürünün polisajlanabilmesini kolaylaştırır, böylece parlak ve mücella bir görünüm elde edilir. Bizmut, kurşunlu pirinçlerden daha iyi işlenebilirlik kazandırır ve bundan dolayı parça işleme maliyeti daha azdır.
Federalloyların, iyi işlenebilirlik, iyi polisaj özelliği ve kaplama karakteristiği vardır. Federalloylar daha az kumlama sürelerine ihtiyaç duyduklarından dolayı yüzey temizleme maliyetleri düşüktür.
c. Döküm Özelliği:Kurşun, 327 °C de ergir. Bizmut ise 271°C’de ergimektedir ve periyodik cetvelde kurşundan sonra gelmektedir. Bizmut ilavesi sonucu alaşımın döküm sıcaklığı düşmekte ve maliyet azalmaktadır. Düşük ergime sıcaklığında daha iyi döküm özelliği sağlanır. Bizmutlu Federalloylar kurşunlu muadilleri gibi uzama ve süneklik kalite testini garanti etmektedir. Bu alaşımlarda temizleme maliyetleri aza iner , döngü hızı artar. Federalloylar buharlaşmaz yapıda olduğundan bileşim ayarlaması kolay ve hesaplanabilirdir. Federalloy, kaba dökümlerde kurşunlu pirinçlerden daha iyi kristal yapıya sahiptir. Federalloylar kaliteli mikroyapı karakteristiği sergiler (Şekil 10).
FEDERALLOY İŞLEME ÖZELLİKLERİ
TEKNİK UYGUNLUK
Lehimleme İyi
Perçinleme İyi
İşlenebilirlik 97
FEDERALLOY DÖKÜM ÖZELLİKLERİÖzellik Değer
Ergime Derecesi 864 oC
Sıvılaşma Derecesi 892 oC
Döküm Sıcaklığı 1.050 oC
FEDERALLOY IV B2 MEKANİK ÖZELLİKLERİ
MalzemeDurumu
Sıcaklık oC Çekme Day. MPa
Akma Day. (% 0,2) MPa
Uzama %
M05 20 354 232 15
• Büyük veya küçük parçaların dökümünde kurşunlu pirinçlerde döküm sıcaklığı alaşımın karakteristiğini çok etkilemektedir. Federalloylar ile kurşunlu pirinçlerden daha yüksek sıcaklıklarda döküm yapılabilir, buna rağmen döküm kalitesi düşmez.
a) Aşılama öncesi b) Aşılama sonrası
Şekil 10.Federalloy mikroyapıları
EN ISO 6509 çinkosuzlaşma dayanımı testine uygun.a kalite -max 200 mikron derinlik
b kalite –ortalama 200 mikron,max 400 mikron
FEDERALLOY IV B3 DZR TESTİ
FEDERALLOY KÜLÇE KULLANIM YERLERİ
Musluk Pompa parçaları Boru fittings Tesisat ürünleri Su tesitat kompresörü Evsel ürünler Küçük dişliler
4-TİCARİ UYGULAMALAR
Ekosarılar, sadece kurşunlu pirinç olan atalarının yerini almıyorlar.Paslanmaz çelikten,nikel gümüşüne;kalay bronzundan,alüminyum ve alaşımlarına;otomat çeliğinden,alüminyum bronzuna kadar birçok alaşımın yerine geçmektedirler ve birçok endüstriyel uygulamanın içine girmektedirler.Bazı uygulamalardan örnekler:
Uygulamalardan Örnekler
• Endüstri Kolu Enerji• Uygulama Rüzgar Değirmeni Dişlileri• Parça Kayan Parçalar • İhtiyaçlar kurşunsuzluk yüzey işlemleri uygunluğu iyi işlenebilirlik
• Ecobrass ‘ın yerine geçtiği alaşım CuZn40Pb2 (C38000) CuZn38Pb2 (C37700)
Component
Application
Uygulamalardan Örnekler
• Endüstri Kolu Sıhhi Tesisat• Uygulama Musluk• Parça İç Parçalar • İhtiyaçlar kurşunsuzluk iyi aşınma mukavemeti
• Ecobrass’ın yerine geçtiği alaşım; CuZn39Pb3 (C38500)
Component
Application
Uygulamalardan Örnekler
• Endüstri Kolu Sıhhi Tesisat• Uygulama Sıcak Su Sayacı• Parça Gövde (Dövülmüş) • İhtiyaçlar kurşunsuzluk iyi dövülebilirlik
• Ecobrass’ın yerine geçtiği alaşım;• CuZn40Pb2 (C380500) gunmetal (C83600)