Alüminyum Part 3

Alüminyum Alaşımların Sertleştirilmesi için Uygulanan Isıl İşlemler

Alüminyum için uygulanan ve amacı mekanik özellikleri yani doğrudan mukavemeti arttırmak olan 3 çeşit yöntem vardır. Bunlar, soğuk şekillendirme, alaşım elementinin Al kafesi içinde çözündürülmesi/katı çözelti, çökelme sertleşmesi işlemleridir.

Özel olarak ısıl işlem uygulanan yöntem ise çökelti sertleşmesi adını alan yöntemdir.

Bu yöntemi gelin yaygın olarak kullanılan bir diyagram üzerinde anlatalım.

Diyagramda T1 sıcaklığının altına inildiğinde bilindiği gibi sıvı olan alaşımımız katı duruma geçmeye başlar. T2 sıcaklığında ise katılaşma tamamen bitmiştir. Bitmiştir fakat elimizde hala alüminyumun mekanik özelliklerini arttırmak için eklediğimiz diğer alaşım elementinden (%B) vardır. Yani tamamı alüminyum içinde çözünememiş, kafese girememişlerdir. Böyle bir durumda oda sıcaklığına kadar bu kalan alaşım elementi genellikle tane sınırlarında olmak üzere çökelmeye başlayacaktır.

Tane sınırlarında çökelen bu yeni faz yapıyı kırılgan hale getirdiği için bu şekilde kullanılması hiçbir yarar sağlamaz. Amaç bu çökeltiyi daha düzgün bir şekilde yapıda dağıtmak homojenlik sağlamak olmalıdır. Bunun için 3 aşama takip edilir.

Çözündürme

Hızlı Soğutma

Yaşlandırma işlemleri.

Çözündürme Isıl İşlemi

Bu işlem diyagramda gösterilen T3 sıcaklığının üzerinde fakat Tö sıcaklığının hemen altında yapılır. Homojen yapıyı sağlamak için bir süre o sıcaklıkta tutulur. Difüzyon hızının artması sıcaklığının artması ile paralel olduğundan Tö sıcaklığının hemen altında bu işlemin yapılması çözündürmeyi daha iyi elde etmemizi sağlar.

Hızlı Soğutma

Buradaki amaç çözündürmeden hemen sonra çökelmeye izin vermeden aşırı doymuş bir yapı eldesi sağlamaktır ki bu da yapıyı suda soğutma ile mümkündür. Bu bir ara yapıdır ve dengeli değildir. Bunu takriben yaşlandırma işlemi yapılır ki çökelme sertleşmesi sağlanabilsin.

Yaşlandırma

Buradaki amaç hızlı soğutma ile oluşan ara ve dengesiz, aşırı doymuş yapıyı çökeltme işlemine tabii tutarak sertlikte ve dayanımda artış sağlamaktır. Bunun içinde alaşım, belirli bir sıcaklıkta bir süre bu artış meydana gelene kadar tutulur. Yine bir diğer amacımız oluşacak olan çökeltilerin yapı içerisinde homojen bir şekilde dağılması ve ince yapılı olmasıdır. Çökeltilerin büyümesi ve bir arada olması mekanik özellikleri olumsuz yönde etkiler ki bu da amacımıza ulaşamadığımız anlamına gelir.

Çökelme sertleşmesinin en iyi görüldüğü alaşım Al-Cu alaşımıdır. 

a- Al içinde Cu’nun maks. çözünürlüğü

b- Yaşlandırma işlemi ve oluşan mikroyapılar

Bu örnekteki çökelti CuAl2’dir. 

Alüminyum Part 2

Alaşım Elementlerinin Etkisi

Alüminyum birçok elementle sıvı halde kolayca karışabilir bir elementtir. Katı halde ise bu oran çok düşüktür. Birçok alaşımda bu elementler yüksek alaşımlama sonucu farklı bileşikler oluşturur ve mekanik özelliklere olumsuz etki eder. Bu nedenle alaşımlama %15’i geçmemelidir.

Genellikle kullanılan alaşım serileri, 2xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx, 7xxx’dir.

Alüminyum ile uyum sağlayan, Mg, Cu, Ni, Si, Mn gibi elementler Al için temel alaşım elementleridir ki bu uyumu da faz diyagramlarında rahatlıkla okuyabiliriz. Hepsi de sıvı haldeyken/yüksek sıcaklıktayken yüksek çözünme, düşük sıcaklıkta –oda sıcaklığı- düşük çözünme özelliğine sahiptir. İşte bu nedenle düşük sıcaklıkta çökelme denilen olay meydana gelir. Daha sonra yaşlandırma işlemi denilen ısıl işlem uygulanması sonucu da mukavemet artışı sağlanır. Bu işlemler dizisine çökelme sertleşmesi adı verilir.

Çökelme sertleşmesi sonucu alüminyumun sadece mukavemeti değil, korozyon özelliği de sağlamlaşır.

Bakırın Etkisi

Söylediğimiz gibi her elementin maksimum sınırı vardır ki bu sınır bakır için %12’lerdir. Bundan sonrası gevreklik yapacağı için eklenmez. Bakırın alüminyum içerisinde çözünürlüğü %5-6 dolaylarında olup düşük sıcaklıklarda oluşturduğu CuAl2 bileşiği sayesinde daha sonradan çökelme yaşlandırması işlemine tabii tutulabilir. En çok yaşlandırma yapılan alaşım bakırın %2-6 arasında olduğu oranlardadır.

Al-Cu alaşımının en meşhuru %4 oranında Cu içeren Duralüminyumdur.

Tabii ki sadece Cu içeren alaşım örnekleri yoktur. Mg, Si, Mn gibi elementlerin daha ufak miktarlarda eklendiği alaşımlarda söz konusudur.

Silisyumun Etkisi

Silisyumun en etkili olduğu alan korozyonu direncini arttırması ve sıcak çatlama denilen olayın olma olasılığını azaltmasıdır. %3 oranından daha fazla eklenmesi gevrekliği arttırdığı için istenmez.

Magnezyumun Etkisi

Magnezyumlu alaşımların dökümleri zor olmasına karşın %6’ya kadar yapıda ihtiva edilebilir ve çökelti sertleşmesine çok uygundur. Mukavemeti yaşlanma işlemi sağlamak mümkündür.

Manganın Etkisi

Süneklik ve tokluk özelliklerini arttırdığı çekme özelliğini düşürdüğü bilinen mangan, dökümü kolaylaştırmak için demir ile ilave edilir. Ayrıca diğer alaşım elementlerinin etkisiyle oluşan metalik bileşiklerin özelliğini değiştirir.

Çinkonun Etkisi

Manganın aksine çinko döküm özelliğini düşürücü etkide rol oynar. Aynı zamanda da silisyum için sıcak çatlamayı engellediğini söylüyorsak çinkonun da yine ters etki yaparak sıcak çatlamayı ve soğuma çekmesini oluşturduğunu da söylemeliyiz. Yapıda %3-10 arasında diğer alaşım elementleri ile birlikte bulunması mekanik özellikleri epey arttırır.

Alüminyum -Part 1-

Alüminyum Part 1

Alüminyum şuan dünyada çok önemli bir yere sahip, birçok alanda üretimi söz konusu olan bir malzeme. Dünyada yaklaşık %8 bulunma oranına sahip bu elementi doğada saf halde bulmak imkansızdır. Doğadan elde edilen Al, boksit haldedir. Saflaştırma işlemi Bayer prosesi adını alan bir dizi işlemlerden sonra mümkündür. Bu prosese değinmeden önce Alüminyumun kullanım amaçları ve yararlarına bakalım.

Al demirden daha hafif ve daha düşük sertliğe sahiptir.

Bir takım sertleşme mekanizmaları ile çok yüksek mekanik özellikler elde edilebilir.

Al iletkenliği yoğunluğunun düşük olması nedeniyle özellikle ağırlığın önemli olduğu yerlerde bakırdan daha yüksek olduğu için tercih sebebidir.

Korozyona karşı direnç sağlar. Bu nedenledir ki birçok alanda korozyona karşı önlem Al ile alınır. Oluşturduğu alüminyum oksit gözeneksiz bir yapıdır ve korozyonun devam etmesini engeller.

MMK malzemeler denilen kompozitlerin matrisini oluşturur ve diğer malzeme ile arayüz bağını muazzam bir şekilde sağlar. Burada ki kullanımında da yine hafifliği ön plana çıkar.

Fakat tüm bunlara rağmen maliyeti yüksektir.

Al sektörde alaşımlı hallerde bulunur ki bunlar standartlaşmış serilerdir.

Seri	Temel Alaşım Elementi
1xxx	Alaşımsız Alüminyum
2xxx	Bakırlı Alüminyum Alaşımı
3xxx	Manganezli Alüminyum Alaşımı
4xxx	Silis
5xxx	Magnezyum
6xxx	Magnezyum + Silis
7xxx	Çinko
8xxx	Diğer Elementler
9xxx	Kullanılmayan Dizi

1xxx %99 oranında saf alüminyumdur. Bundan sonra gelen sayıyı şöyle okumak mümkün;

Örneğin 1042 serisi Al, en az %99,42 oranında saftır demektir.

2xxx-8xxx’e kadar olanlar ise biraz daha farklıdır. İlk rakam alaşım türünü ikinci rakam ise değişimleri simgeler. Yani 5065 örneğinde 5, Mg-Al alaşımını, 0 ise denetlenmiş, başka bir elementin olmadığını söyler.

Bu serilerin bazılarına ısıl işlem uygulanabilirken (2,4,6,7) bazılarına uygulanmaz. (3,5) Bu serilerin dayanıklıkları Mg ile sağlanır. Ayrıca soğuk deformasyona uğrayarak sertleşirler.

Simge	Temel İşlem
F	Fabrikasyondan sonraki hali
O	Tavlanmış yalnızca işlenik alaşımlar
H	Rekristalizyon sıcaklığı altında plastik şekillendirme sonucu mukavemet artışı
W	Çözelti ısıl işlemi uygulanmış
T	Mukavemeti ve sertliği arttırmak için ısıl işlem görmüş

Burdaki simgelerden anlıyoruz ki 3xxx ve 5xxx serilerine W,T gibi ısıl işlemler yerine H, yani plastik deformasyon ile mukavemet artışı işlemi yapılabilir.

1xxx Serisi

Alaşımlandırılmamış saf bileşimdir. Bu nedenle kolayca levha, folyo ve profil haline getirilebilir. Derin çekme işlemine de uygundur. Fazla dayanım istemeyen korniş, mutfak eşyaları, kapı, pencere profili gibi çeşitli eşyaların yapımında da kullanılır. Soğuk deformasyon ile çok az bir mukavemet artışı sağlanabilir. Korozyon direnci yüksektir.

2xxx Serisi

Temel alaşım elementi bakırdır ve ısıl işlem sayesinde mukavemeti bazı durumlarda çeliği bile geçebilecek noktalara ulaşır. Bunun en büyük sağlayıcısı katı ergiyik mukavemetinin sağlanmasıdır. Bazı durumlarda yaşlandırma da yapılabilir. Korozyon direnci düşüktür. Ayrıca MMK malzemeler için tercih sebebi olabilirler.

3xxx Serisi

Ana alaşım elementi mangandır. Isıl işleme elverişli olmayıp deformasyonla sertleştirme sağlanır. Kaynaklanma özelliği yüksektir. Tanklarda, karavan yapımında ve diğer levha çalışmalarında kullanılır.

4xxx Serisi

Temel alaşım elemanı silisyumdur. Kırılganlık yaratmayacak miktarda eklenir. Esneklik ve dekoratif görünüm için tercih edilmesi bu serinin başlıca özelliklerindendir.

5xxx Serisi

Temel element magnezyumdur. Yüksek mekanik özellikleri yanında korozyona dayanıklıdır ve kaynak kabiliyeti yüksektir. Soğuk deformeye uygun düşmediği gibi ısıl işleme de tabii tutulmaz fakat manganın yaptığı mukavemet etkisinden çok daha yüksek bir etkisi vardır.

6xxx Serisi

Silisyum ve magnezyumdan oluşmuştur. Orta derecede mukavemete ve korozyon direncine sahiptir. Daha çok kimya, gıda sektöründe, ambalajlamada kullanılır. Isıl işleme yatkındır ve en popüler alaşımı 6061 alaşımıdır. Ayrıca MMK malzemelerin matrisini oluşturabilirler.

7xxx Serisi

Çekme dayanımı çok yüksek olan bu serinin temel alaşımı çinkodur. Çekme dayanımının yüksekliğinden dolayı vinçlerde, kamyon kasalarında, uçak ve roketlerde tercih sebebidir. Çok az miktarda magnezyum ilave edilerek ısıl işleme uygun hale gelir ve bu ısıl işlem sonucunda mukavemeti çok yüksek bir alaşım eldesi mümkündür. Metal matrisli kompozitlerin matris tercihi olabilir.

8xxx Serisi

Seriye hafiflik, mukavemeti yüksek bir mekanik özellik kazandırmak %2 miktarında lityum ilavesiyle mümkündür. Yüksek yorulma dayanımına da sahip olduğundan uzay sektöründe tercih edilirler. Bunun dışında Al-Li alaşımı iyi ıslanabilirliği sebebiyle MMK malzemeleri için son zamanlarda tercih sebebi haline gelmiştir.