Şekil Hafızalı Metaller

Doç. Dr. Mahmut ÇETİN

Kâinatta herşey bir sebeb ve netice armonisi içinde cereyan ediyor. Bazı şeyler bazılarına sebep oluyor, bazı hadiselerin neticesinde bir kısım başka hadiseler ortaya çıkıyor. Herşey bir düzen ve intizam içinde, düzenleyen ve intizam vereni gözler Önüne seriyor. "Şekil Hafızalı Malzemeler" veya yalnızca hafızalı malzemeler olarak adlandırılan bu malzemeler de, son zamanlarda dikkati çeken bir malzeme grubu. Hayvanlar ve bitkilerdeki muhafaza hadisesini biliyoruz. Mesela bitkiler projelerini tohumlarında, kromozomda saklıyor. Ölen bitkilerin tohumu toprağa atıldığında bir öncekinin benzeri topraktan çıkıp boy salıyor.

Bu saklayış bitkinin geometrik şeklinin yanında, tadının, kokusunun, renginin de saklanması şeklinde oluyor. Alışkanlıklarımızın haricinde artık biliyoruz ki, bir kısım metaller de % 6-7'lik bir şekil değişimine karşı başlangıçtaki şekillerine daha sonra tekrar dönebilecekleri bir özelliğe sahip olarak yaratılmışlardır.

Kalıcı olarak şekil değiştiren bir metali eski haline getirmek çok zordur. Bükülen bir gözlük çerçevesini eski haline getirmeye çalışırsanız kırılabilir. Çekilerek kalıcı uzama meydana gelmiş bir kalem yayını eski haline getirmek hemen hemen imkânsızdır. Bu parçalar hafızalı metallerden yapılmış olsalardı ısıtılarak eski hallerine getirilebilirlerdi. Hafızalı metalden yapılmış bir gözlük çerçeveniz varsa ayak altında kalıp çiğnenecek diye hiç korkmayın. Çiğnenmiş çerçeveyi sıcak suyun İçinde bir miktar tutmanız onu eski haline getirebilir.

Şekil hafızalı alaşımlar, alaşım elementlerinin çeşidine bağlı olarak belli sıcaklıklarda şekil değiştirme ve başlangıç şekillerine tekrar dönebilme özelliğine sahip bir metal ailesidir.

Bu özellikleri sebebiyle şekil hafızalı malzemeler makina, elektronik, kimya gibi endüstri dallarında bağlantı elemanı, sızdırmazlık elemanı, kıskaç, elektrik anahtarı gibi çeşitli şekillerde kullanılmaya başlanmışlardır. Alüminyum - nikel, bakır - çinko-alüminyum, demir-silisyum, nikel-titanyum alaşımları şekil hafızalı olmaya uygun alaşımlardır. En çok kullanılan ise 50/50 atomik yüzde oranında nikel ve titanyum ihtiva eden alaşımdır. Alaşım elemanlarının durumuna göre şekil hafızalı olma özelliği gösteren malzemeden yapılmış bir elemana çekme, basma veya burma şeklinde % 6-7'lik bir şekil değişimi verildikten sonra kritik bir sıcaklığın üzerinde ısıtılırsa, bu eleman başlangıçtaki şekline geri döner ve dönmemesi için zorlanacak olursa 70 kg/mm²'ye varan bir gerilme oluşturabilir.

Bu durumu şöyle bir misalle izah edebiliriz: Hafızalı malzemeden yapılmış 10 cm uzunluğunda ve bir kenarı 1 mm olan kare kesitli bir tel alalım. Bu tele daha sonra %5'lik bir uzama uygulansın, bu durumda telin boyu 10.5 cm. olacaktır. Telin bir ucuna 70 kg'lık bir ağırlık asılır ve dönüşüm sıcaklığına kadar ısıtılırsa, tel bu ağırlığı 5 mm yukarıya kaldırabilecektir. Bu tel eğer bir çelik borunun etrafına sarıldıktan sonra ısıtılsaydı, borunun et kalınlığına bağlı olarak o kısmı çöktürebilecek kadar kuvvetle sıkacaktı.

Bu çok ilgi çekici özellik malzemelere "martenzit dönüşümü" olarak adlandırılan bir faz dönüşümü ile kazandırılmaktadır. Buradaki dönüşüm martenzit dönüşümü olması açısından çeliğin sertleşmesine benziyor ise de, elde edilen malzemenin şekillendirilebilme imkânı olması açısından bir farklılık arzetmektedir. Dönüşüm belli bir sıcaklık aralığında oluşmakta: malzeme bu aralığın üstündeki sıcaklıklarda ostenit, altındaki sıcaklıklarda ise martenzit fazında olmaktadır. Bu tür malzemelerin martenzit dönüşüm sıcaklıkları alaşım cinsine bağlı olarak -65 ile -300 °C'a kadar düşmektedir. Dönüşüm sıcaklığı oda sıcaklığının üzerinde olan malzemeler var ise de, hafızalı malzemeden beklenen, şekil değiştirme sırasında martenzit fazında olma şartı böyle malzemelerde sağlanamayacağından kullanışlı değildirler. Dolayısıyla malzemeyi tamamen martenzite dönüştürmek için özel soğutma ortamları gerekmekte fakat bundan sonraki işlemler kolaylıkla yapılabilmektedir. Malzemenin ostenit fazında iken sahip olduğu şekil, hafızasına kaydolmuş olan şekildir. Dönüşüm sırasında birbirine ters yönlü ikizler oluşmakta ve bunlar malzemeye hafızalı olma özelliğini kazandırmaktadır. Malzeme bir şekil değişimine uğratıldıktan sonra sıcaklığı dönüşüm sıcaklığına kadar çıkarılmadığı müddetçe bu yeni şeklini korumakta, ısıtılınca orijinal şekline dönmektedir. Buradaki soğutma-şekil değiştirme-ısıtma sonucu ilk şekle dönme üçlüsüne "şekil hafızalılık prosesi" denmektedir.

Hafızalı metaller bu özelliklerinden dolayı pratikte kullanılmaya başlanmıştır. Mesela civatalı hortum kelepçesi yerine hafızalı metal kullanılabilir. Hafızalı metal ostenit fazında iken hortumu sıkacak çapta imal edilir, ancak bu çapta yerine takılmaz. Martenzit fazında iken çapı hortuma takılacak şekilde büyütülür. Yerine takıldıktan sonra ısıtılırsa orijinal şekline dönüşeceği için hortumu sıkar. İki çelik boru uç uca nasıl birleştirilir? Çeşitli yollan vardır. Sıkı geçme yapılabilir, sıcak geçme yapılabilir, bir ara parça kullanılarak vidalı bağlantı uygulanabilir... Son olarak da hafızalı metal bağlantı elemanı kullanılabilir. Bu şekilde imal edilen bir bağlantı elemanının birleştirilen parçalara daha büyük tolerans imkânı vermesi, işçi hatalarına karşı daha az hassas olması, düşük sıcaklıklarda uygulanabilme imkânı, sonuçta kesin ve hesaplanabilir gerilme elde edilmesi, titreşime, çarpmaya ve sıcaklık farklarına daha az duyarlı olması, geniş kullanım sıcaklığı aralığı ve düşük uygulama maliyeti gibi avantajları vardır.

Üzgünüz, çünkü gönül böylesi bir keşfi bizim dünyamızdan bilim adamları ve araştırmacıların yapmasını arzu ediyordu. Seviniyoruz; çünkü Allah'ımızın bir kısım kullarının gayretlerine bağlı olarak ikram etmek istediği taptaze bir nimete mazhar oluyoruz. Kimin gayretlerine bağlı olarak verilmiş olursa olsun alıp başımızın üzerine koyuyoruz. Bize başka hazinelerine ulaşma yolunda yeni bir şevk ve heyecan verdiği için şükrediyor, çalışana çalışmasının karşılığını vereceği vaadine karşı lakaytlığımızın yüzümüze vurulmasından ötürü de iki büklüm O'nun huzuruna dönüyoruz.