Tig Yntemiyle Kaynak Edilen Alminyum Ve Alaimlarinin Mikroyapi Ve Mekanik Zelliklerinin Incelenmesi Investigation of Microstructure and Mechanical Properties of Tig Welded Aluminum Alloys

T.C. MARMARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

TIG YÖNTEMİYLE KAYNAK EDİLEN ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARININ MİKROYAPI VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Hüseyin AKÇA Teknik Öğretmen

YÜKSEK LİSANS TEZİ METAL EĞİTİMİ ANABİLİM DALI METAL EĞİTİMİ PROGRAMI

DANIŞMAN Yard.Doç.Dr. Ramazan SAMUR

İSTANBUL 2006

ÖNSÖZ (TEŞEKKÜR)

Yüksek lisans tez çalışmalarım boyunca her türlü katkı ve yardımlarını esirgemeyen, değerli fikirleri ile çalışmalarımı yönlendiren, değerli hocam Yrd. Doç. Dr. Ramazan SAMUR’a, Bizlerin yetişmesinde emekleri bulunan Prof. Dr. Serdar SALMAN, Prof. Dr. İrfan YÜKLER, Prof. Dr. Mehmet KOZ, Yrd. Doç. Dr. Hüseyin KURT, Yrd. Doç. Dr. İrfan ÇALIŞ ve tüm değerli hocalarıma, Tez çalışmalarım kapsamında bulunan deney ve uygulamalarda değerli yardımlarını gördüğüm KOSGEB, ARÇELİK, MNG HAVAYOLLARI, GEDİK ELEKTROD FABRİKASI, OERLİKON, ALPER ISIL İŞLEM, ALSAN, ALKOM İşletmesi çalışanları ile değerli arkadaşım Gökhan TİMAÇ ve Ümraniye Atatürk Endüstri Meslek Lisesi Metal İşleri bölümündeki tüm öğretmen arkadaşlarıma, Tezimin yazım aşamasında her türlü yardımlarını gördüğüm arkadaşlarım; makine öğretmeni Murat KABASAKAL ve Ahmet KABASAKAL’A, Uzun ve yorucu süren bu çalışmalarım sırasında maddi ve manevi desteklerini sürekli yanımda hissettiğim oğlum Yusuf ve sevgili eşime

SONSUZ TEŞEKKÜRLERİMİ SUNARIM

Haziran 2006

Hüseyin AKÇA

I

İÇİNDEKİLER

ÖNSÖZ .............................................................................................……….......I İÇİNDEKİLER …………………………………………………….………..II ÖZET ……………………………………………………………………….VII ABSTRACT ……………………………………………………….………VIII YENİLİK BEYANI ………………………………………………………..IX SEMBOL LİSTESİ …………………………………………………………X KISALTMALAR ...................................................................................... XI ŞEKİL LİSTESİ .........................................................................……........XII TABLO LİSTESİ .................................................................…..................XIX BÖLÜM I. ALÜMİNYUM VE ALÜMİNYUM ALAŞIMLARI .. 1 I.1. GİRİŞ VE AMAÇ ................................................................................ 1 I.2. ALÜMİNYUM VE ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ TARİHÇESİ ………………………………………………………….. 3

BÖLÜM II. ALÜMİNYUM VE ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ÖZELLİKLERİ ………………….. 4 II.1 ALÜMİNYUMUN ÜRETİMİ ……...................................................4 II.2 KULLANIM ALANLARI ……......................................................... 6 II.2.1. Ambalaj ……………………………………………………… 7 II.2.2. Taşıt Araçları ……………………………………………….. 7 II.2.3. Bina Ve Konstrüksiyon …………………………………….. 8 II.2.4. Elektrik – Elektronik ………………………………………. 8 II.2.5. Mühendislik Uygulamaları ………………………………… 8 II. 3. SAF ALÜMİNYUMUN ÖZELLİKLERİ ………………………. 9 II.3.1. Mukavemet Özellikleri ……………………………………...10 II.3.2. Fiziksel Özellikleri ……………………………………….…. 11

II

II.3.3. Soğuk Ve Sıcak Şekil Değiştirme ………………………….. 13 II.3.4. Kimyasal Özellikleri …………………………………….….. 15 II.3.5. Korozyon Özellikleri ……………………………………….. 16 II.4. ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARI ……………………………… 16 II.4.1. Alaşım Elementlerinin Alüminyuma ve Alüminyum Alaşımlarına Etkileri ………………………………………... 17 II.4.1.1. Bakır ………………………………………………... 17 II.4.1.2. Silisyum …………………………………………….. 18 II.4.1.3. Magnezyum ………………………………………….19 II.4.1.4. Çinko ………………………………………………...20 II.4.1.5. Manganez …………………………………………… 20 II.4.1.6. Demir ………………………………………………. 21 II.4.1.7. Krom ………………………………………………... 21 II.4.1.8. Nikel ……………………………………………….. 22 II.4.1.9. Titanyum ……………………………………………. 22 II.4.1.10. Zirkonyum ………………………………………… 22 II.4.1.11. Fosfor ……………………………………………… 22 II.4.1.12 Sodyum …………………………………………….. 22 II.4.1.13 Kalay ……………………………………………….. 22 II.4.2.Dövme Alüminyum ve Alaşımları …………………………...23 II.4.2.1. Ticari Saf Alüminyum (lxxx Gurubu) ……………... 24 II.4.2.2. Bakır Alaşımları ( 2xxx gurubu) …………………… 25 II.4.2.3. Mangan Alaşımlan (3xxx gurubu) …………………. 27 II.4.2.4. Silisyum Alaşımları ( 4xxx gurubu) ……………….. 27 II.4.2.5. Magnezyum Alaşımları ( 5xxx gurubu) …………… 28 II.4.2.6. Silisyum - Magnezyum Alaşımları ( 6xxx gurubu) … 29 II.4.2.7. Çinko Alaşımları (7xxx Gurubu) …………………… 30 II.4.2.8.Alüminyum Lityum Alaşımları ………………………31 II.4.3. Döküm Alüminyum Alaşımları ……………………………. 31 II.5. ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ TEMPER GÖSTERGELERİ ……………………………………………….. 34 II.6. DÖVME ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMİ …. 36 II.6.1.Yaşlandırılamayan Dövme Alaşımlarının Özellikleri ……. 36 II.6.2. Yaşlandırılan Dövme Alaşımlarının Özellikleri ……….…. 42 II.6.2.1. Çözeltiye Alma Safhası ……………………………. 42 II.6.2.2. Su Verme Safhası ………………………………….. 45 II.6.2.2.1. Su verme ortamları ve soğuma hızı …………… 46 II.6.2.2.2. Kritik Sıcaklık Aralığı ………………………… 48 II.6.2.3. Çökeltme (Yaşlandırma) Safhası …………………… 50 II.6.2.3.1. Yaşlandırma işlemi …………………………… 55 II. 6.2.3.2Yaşlanmış Metalin Özellikleri ……………….. 57 II.7. DÖKÜM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMİ ………………….... 59 II.8. ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARIN KAYNAĞINA GENEL GİRİŞ ………………………………………………………………61 II.8.1. Alüminyum Alaşımlarının Cinsinin Saptanması ………..... 65 II.8.2. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağı İçin İlave Metalleri ………………………………………………………66 II.8.3. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağı İçin Kullanılan Elektrodlar …………………………………………………… 69 II.8.4. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağı İçin

III

Dekapanlar …………………………………………………. 72 II.8.5. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağı İçin Koruyucu Gazlar …………………………………………………………73 II.8.6. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynak Kabiliyeti ……….. 75 II.8.7. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağında Mukavemet Özelliklerini Etkileyen Faktörler ………………………….. 82 II.8.8. Alüminyum ve Alüminyum Alaşımlarının Kaynağında Dikkat Edilmesi Gereken Konular ………………………… 86 II.9. ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARININ TIG KAYNAĞI ……….88 II.9.1. Alternatif Akımla TIG Kaynağı …………………………… 94 II.9.1.1. AC- TIG yöntemi ile kaynakta kullanılan koruyucu Gazlar ………………………………………………. 99 II.9.1.2. Gaz Debisi …………………………………………. .99 II.9.1.3. İlave metal seçimi ……………………………………99 II.9.1.4. Kaynak ağızlarının hazırlanması ………………….... 99 II.9.1.5. Ark tutuşturulması ………………………………….. 100 II.9.1.6. Ark tutuşturma güçlükleri ………………………….. 101 II.9.1.7. İlave metal besleme ……………………………….... 101 II.9.1.8. Kaynağın tamamlanması …………………………… 101 II.9.1.9. Ön Tavlama ………………………………………… 104 II.9.1.10. Elektrod Aşınması ………………………………… 104 II.9.1.11. Ekonomi Önlemleri ……………………………….. 104 II.9.1.12. Kaynak hataları …………………………………… 104 II.9.2. Alüminyum ve Alaşımlarının DCSP- TIG Yöntemiyle Kaynağı ……………………………………………………… 108 II.9.2.1. DCSP- TIG yöntemi ile kaynakta gerekli ekipmanlar …………………………………………. 109 II.9.2.2. Elektrod seçimi …………………………………….. 109 II.9.2.3. Birleştirme tasarımı ………………………………… 110 II.9.2.4. Koruyucu Gaz ……………………………………… 110 II.9.2.5 Mekanik Özellikler …………………………………. 110 II.9.3. Alüminyum ve Alaşımlarının DCRP- TIG Yöntemi ile Kaynağı ……………………………………………………… 110

BÖLÜM III. DENEYSEL ÇALIŞMALAR …………………….……. 113 III.1. MATERYAL VE AMAÇ ……………………………………….. III.2. DENEY MALZEMELERİNİN KAYNAK ÖNCESİ ALINAN SPEKTRAL ANALİZLERİ …………………………………….. III.3.DENEY MALZEMELERİNİN KAYNAK İŞLEMİ …………... III.3.1 Kullanılan TIG Kaynak Makinesinin Teknik Özellikleri III.3.2 Numunelerin Kaynak İşlemi İçin Hazırlanması …………. III.4. DENEY MALZEMELERİNİNİN ÇÖKELTME SERTLEŞTİRME İŞLEMİ ……………………………………... III.5. DENEY MALZEMELERİNİN ÇEKME DENEYİ …………… III.6 DENEY MALZEMELERİNİN SICAK BAKALİTE ALINMASI ……………………………………………………….. III.7 MİKRO SERTLİK DENEYİ …………………………………….

113 113 114 114 115 116 119 120 121

III.8 SEM İNCELEMESİ ……………………………………………... 122

IV

BÖLÜM IV SONUÇLAR ………………………………….…………….. 123 IV.1 AA2024 NUMUNESİNDEN ELDE EDİLEN SONUÇLAR…… 123 IV.1.1. AA2024’ün Mikrosertlik Değerleri(Hv) ………………….. 123 IV.1.2. AA2024’ün Çekme Deney Sonuçları ……………………... 124 IV.1.3. AA2024’ün Kaynak Metalinden Alınan EDX Sonuçları ... 126 IV.1.4. AA2024’ün Ana Metal Bölgesinden Alınan EDX Analizleri ……………………………………………………. 128 IV.1.5. Kaynaklı Isıl İşlemsiz Ve Kaynaklı Isıl İşlemli AA2024 Alaşımının Ara yüzey, Kaynak Metali, Ana Metal Bölgelerinin SEM Fotoğrafları ……………………………...129 IV.1.5.1. Ara yüzey SEM Fotoğrafları ………………………..130 IV.1.5.2 Kaynak Metali SEM Fotoğrafları ……………………131 IV.1.5.3 AA2024 Ana Metal SEM Fotoğrafları ………………133 IV.1.6 Kaynaklı Isıl İşlemsiz Ve Kaynaklı Isıl İşlemli AA2024 Alaşımının Kaynak Metali Ve Ana Metal Bölgelerinin Işık Mikroskop Fotoğrafları ……………………………………..135 IV.1.6.1 Kaynak Metali Işık Mikroskop Fotoğrafları…………135 IV.1.6.2.Ana Metal Işık Mikroskop Fotoğrafları ……………. 136 IV.2. AA6061 NUMUNESİNDEN ELDE EDİLEN SONUÇLAR ……137 IV.2.1. AA6061’in Kaynak Metali Mikro sertlik Değerleri(Hv)…. 137 IV.2.2. AA6061’in Çekme Deney Sonuçları ………………………. 138 IV.2.3. AA6061’in Kaynak Metalinden Alınan EDX Sonuçları … 142 IV.2.4. AA6061’in Ana Metalinden Alınan EDX Sonuçları ………144 IV.2.5 Kaynaklı Isıl İşlemsiz Ve Kaynaklı Isıl İşlemli AA6061 Alaşımının Ara yüzey, Kaynak Metali, Ana Metal Bölgelerinin SEM Fotoğrafları ……………………………..145 IV.2.5.1 AA6061 Arayüzey Fotoğrafları ……………………. 146 IV.2.5.2 AA6061 Kaynak Metali SEM Fotoğrafları ………….147 IV.2.5.3 AA6061 Ana Metal SEM Fotoğrafları ………………149 IV.2.6 Kaynaklı Isıl İşlemsiz Ve Kaynaklı Isıl İşlemli AA6061 Alaşımının Kaynak Metali Ve Ana Metal Bölgelerinin Işık Mikroskop Fotoğrafları ……………………………………...151 IV.2.6.1 Kaynak Metali Işık Mikroskop Fotoğrafları ……….. .151 IV.2.6.2 Ana Metal Işık Mikroskop Fotoğrafları ……………. .152 IV.3 AA7075 NUMUNESİNİN DENEY SONUÇLARI ……………… .153 IV.3.1. AA7075’in Kaynak Metali Mikrosertlik Değerleri(Hv) …..153 IV.3.2. AA7075’in Çekme Deney Sonuçları ………………………. 154 IV.3.3 AA7075’in Kaynak Metalinden Alınan EDX Sonuçları ….. 158 IV.3.4. AA7075’in Ana Metalinden Alınan EDX Sonuçları ……….160 IV.3.5. Kaynaklı Isıl İşlemsiz Ve Kaynaklı Isıl İşlemli AA7075 Alaşımının Ara yüzey, Kaynak Metali, Ana Metal Bölgelerinin SEM Fotoğrafları ……………………………... 161 IV.3.5.1. AA7075 Arayüzey Fotoğrafları …………………….. 162 IV.3.5.2. AA7075 Kaynak Metali SEM Fotoğrafları ………... 163 IV.3.5.3. AA7075 Ana Metal SEM Fotoğrafları ……………….165 IV.3.6. AA7075 Kaynaklı Isıl İşlemsiz Ve Kaynaklı Isıl İşlemli Kaynak Metali Ve Ana Metal Işık Mikroskop Fotoğrafları..167 IV.3.6.1 Kaynak Metali Işık Mikroskop Fotoğrafları ……….. 167 IV.3.6.2. Ana Metal Işık Mikroskop Fotoğrafları …………… 168 V

BÖLÜM V DEĞERLENDİRME ………………………………………. 169 V.1. DEĞERLENDİRME VE GENEL SONUÇLAR …………………169

KAYNAKLAR ………………………………………………………………..171 ÖZGEÇMİŞ …………………………………………………………………...173

VI

ÖZET

Günümüzde uçak endüstrisinde dövme alüminyum alaşımları içerisinde kaynak kabiliyeti bakımından farklılık arz eden 2024 (AlCu), 6061 (AlMgSi) ve 7075 (AlZnMg) alüminyum alaşımları sıkça kullanılmaktadır. Bu alüminyum alaşımları TIG kaynak yöntemi ve küt alın formunda farklı kaynak parametreleriyle birleştirilmiş ve çökelme sertleştirilmesi uygulanmıştır. Çökelme sertleşmesi yada ayrışma sertleşmesinin amacı ısıl işlenebilir alüminyum alaşımlarının sertliğini ve dayanımını arttırmaktır .Bu duruma çözeltiye alma ısıl işlemi, su verme, doğal veya yapay yaşlandırma işlemleriyle ulaşılabilir. Farklı kimyasal kompozisyona sahip, değişik kaynak paremetreleriyle birleştirilen ve ısıl işlem uygulanan alüminyum malzemelerin, birleştirme bölgelerinde meydana gelen mikroyapısal değişiklikler Taramalı Elektron Mikroskopuyla (SEM) incelenmiştir. Mekanik özelliklerin belirlenmesinde mikro serlik ölçümleri alınmıştır. Kaynaklı ve kaynaksız bölgelerden alınan numunelere çekme testleri uygulanmıştır. Mekanik testlerden elde edilen değerler ve mikrograflardan elde edilen mikroyapı değişimleri analiz edilmiştir.

Haziran 2006

Hüseyin AKÇA

VII

ABSTRACT The aluminium alloys that are different from the other wrought aluminium alloys with respect to their weldability, namely 2024(AlCu), 6061(AlMgSi) and 7075(AlZnMg), are often used in aerospace industry today. These alloys are combined

with different

welding parameters in butt form and through TIG Welding method and applied ageing hardening. The aim of the Precipitation hardening is, increasing the hardness and strength of heat treatable Al alloys. This condition is achieved through a sequence of solution heat treatment,quenching and natural / artificial ageing. The micro-structural changes occuring at the joint areas of the aluminum Materials of different chemical compositions combined through different Welding parameters were examined with Scanning Electron Microscope (SEM). To identify the mechanical properties, micro-hardness measurements were made. Tension tests were applied on the specimens obtained from the welded regions. The values obtained from the mechanical tests and the micro-structural changes obtained from micrographs were analyzed.

June 2006

Hüseyin AKÇA

VIII

YENİLİK BEYANI

Ülkemizde, endüstriyel anlamda alüminyum kaynakçılığı iş başında, bireylerin deneme yanılma yöntemiyle öğrendiği bilgilerin toplamı olmaktadır. Bu çalışmada sertleştirilebilen alüminyum alaşımlarından farklı kaynak kabiliyeti gösteren AA2024, AA6061 ve AA7075 serisi alüminyum alaşımlara sertleştirilmiş ve yumuşak hallerde kaynak işlemi uygulanmış ve ardından yaşlandırma sertleştirmesi yapılmıştır. Her iki durumda da mikro yapıları incelenmiş, mekanik değerlerdeki değişimler ve kaynak kabiliyetleri incelenmiştir.

Haziran 2006

Yrd. Doç. Dr. Ramazan SAMUR

IX

Hüseyin AKÇA

SEMBOL LİSTESİ

a

: Sac Kalınlığı

b1

:

b2

: İnceltilmiş Kısmın Genişliği

LT

: Toplam Numune Uzunluğu

r

: Köşe Yarıçapı

k

: Isı İletim Katsayısı

Baş Kısmının Genişliği

X

KISALTMALAR

GP

:Guiner – Preston Zonu

YMK

:Yüzey Merkezli Kübik Kafes

BHN

: Brinell Sertliği

DCSP-DCEN : Doğru Akım Doğru Kutuplama DCRP-DCEP: Doğru Akım Ters Kutuplama AC

: Alternatif Akım

ACHF

: Alternatif Akım Yüksek Frekans

AA

: Amerikan Alüminyum Standartı

XI

ŞEKİL LİSTESİ

Şekil II.1. Alüminyum ergitme elektrolizine ait tekne ………………………………..5 Şekil II.2

Yıllara Göre Dünya Birincil Alüminyum Üretimi…………………………6

Şekil II.3.

Saf Alüminyumun, Mukavemet, Uzama ve Elektrik iletkenliğine Katkı Elemanlarının Etkisi ………………………………………………..10

Şekil II.4.

Saf Alüminyum ve Alaşımlarının Elektrik Öz Direncinin Sıcaklık İle Değişmesi ……………………………………………………….. ……12

Şekil II.5. 5052-H32 Alüminyum Alaşımlarına Ait Bazı Özelliklerin Sıcaklık İle Değişmesi ……………………………………………………………...13 Şekil II.6.

Saf Alüminyumun Soğuk Pekleşmesi …………………………………....14

Şekil II.7.

Saf Alüminyumun Sıcaklıkla, Çekme Mukavemeti ve Orantılılık Sınırının Değişimi ………………………………………………………...14

Şekil II.8.

Saf Alüminyumun ve Alaşımlarının, Özgül Şişirme Basıncının, Şişme Sıcaklığına Bağlı Olarak Değişimi (AIAG) ……………………………..15

Şekil II.9.

Temel Alüminyum Alaşımları ……………………………………………24

Şekil II.10. Al-Cu Denge Diyagramının Alüminyum Köşesi ………………………..25 Şekil II.11. 2036 Alaşımında Çökelme Sertleşmesinin (Yaşlanmanın) Akma Mukavemeti ve Süneklik Üzerine Etkisi …………………………………26 Şekil II.12. 2014 Alaşımlarında Elektrik İletkenliği, Mukavemet v Sünekliğin Isıl İşlem Şartlarına Bağlı Olarak Değişmesi …………………………….26 Şekil II.13. Al-Mn Denge Diyagramının Alüminyum Köşesi ………………………..27 Şekil II.14. Al-Si Denge Diyagramının Alüminyum Köşesi ………………………….28 Şekil II.15. Al-Mg Denge Diyagramının Alüminyum Köşesi …………………..........28 Şekil II.16. Ticari Magnezyum Alaşımlarında Akma Mukavemeti İle Uzama Oranının Metal Magnezyum Oranıyla Değişimi …………………………29 Şekil II.17. Al-Mg2Si Denge Diyagramı ……………………………………………..30 Şekil II.18. Al-Zn Denge Diyagramının Alüminyum Köşesi …………………...........30 XII

Şekil II.19. Soğuk Şekillendirmenin 1100, 3003, 5050 ve 5052 Alaşımlarının Mekanik Özelliklerine Tesiri ……………………………………………..36 Şekil II.20. 6063-T4 ve 6063 T6 Saçlarında Soğuk Şekil Vermenin Mekanik Özelliklere Tesiri ………………………………………………………….37 Şekil II.21. Alüminyum ve Al-Mg Alaşımlarında Alt Tane Boyutunun Sertliğe Tesiri ………………………………………………………………...........39 Şekil II.22. %60 Soğuk şekillendirilmiş ve 1 Saat Tavlanan Alüminyum Alaşımlarında Yeniden Kristalleşme Sıcaklıkları ………………………...39 Şekil II.23. Al-%6 Mg Alaşımında Soğuk şekillendirmeden Sonra Yapılan Tavlamanın Mekanik Özelliklere Tesiri ………………………………….40 Şekil II.24. Tavlama Sıcaklığının Yeniden Kristalleşmiş Tane Boyutu Üzerindeki Tesiri ……………………………………………………………………...41 Şekil II.25. Tane Sınırı Hareketiyle Tane Büyümesi …………………...…………….41 Şekil II.26. (a) Sabit Sürede Tavlanan Saf Alüminyumda Deformasyon OranıSıcaklık-Tane Boyutu İlişkisi (b) 630 ºC Tavlamasının Tane Boyutuna Tesiri ……………………………………………………..........42 Şekil II.27. Yaşlandırılan Al-Cu Alaşımlarının Çözeltiye Alma ve Çökelme Isıl İşlem Aralıkları İle Tavlama Sıcaklığı Aralığı ……………………………43 Şekil II.28. Saf Alüminyumda Noktasal Atom Boşluğunun Sıcaklık İle Değişimi…………………………………………………………..………46 Şekil II.29. Çözeltiye Alınan Alüminyum Alaşımı Levha ve Saçlara Su Verildiğinde Parça Merkez Hattında Ortalama Soğuma Hızı ……..........47 Şekil II.30. Çökelme Hızını Tayin Eden Faktörler Üzerinde Sıcaklığın Etkisi ……...48 Şekil II.31. Maksimum Çekme Mukavemetinin %95 Değerine Ulaşmak İçin Bazı Alüminyum Alaşımlarında Çökelme Safhasında Zaman - Sıcaklık İlişkisi …………………………………………………………………….49 Şekil II.32. Su Verme Sırasında Soğuma Hızına Bağlı Olarak Yaşlandırılan Alaşımlarda Çekme Mukavemetinin Değişmesi …………………………50 Şekil II.33. (a) Tam Uyumlu, (b)Yarı Uyumlu, (c) Uyumsuz Partiküllerin Matris ile İlişkisi …………………………………………………………………51 Şekil II.34. Farklı Çökelti Taneleri Gösteren A-B İkili Alaşım Sistemi ……………...51 Şekil II.35. Yaşlandırılan Aşırı Doymuş Matriste G.P. Bölgeleri. β' ve β Partiküllerinin Oluşumu Sıcaklık ve Süreleri …………………...………...52 Şekil II.36. Al- Cu Sisteminde Çökelen Partiküller ……………………………..........52 XIII

Şekil II.37. Al-Cu Yaşlandırılan Alaşımlarda G.P: Zonu, θ”, θ’ ve θ’ Çökelti Oluşumu …………………………………………………………………..54 Şekil II.38. Al – 6.8 Cu Alaşımlarında Oda Sıcaklığında G.P. Bölge Yarıçapının Zaman ile Büyümesi ……………………………………………………...55 Şekil II.39. Suni Yaşlanma Sırasında Zamanın Çökelme Oluşumu ve Çökelen Partikül Boyutu Üzerindeki Tesiri …………………………………… ….56 Şekil II.40. Yaşlanma Süresinin Metal Özelliklerine Etkisi ……………………… …57 Şekil II.41. Kayan Bir Dislokasyonunun Çökeltileri Kesmesi ……………………….58 Şekil II.42. Kayan Dislokasyonların Kesemediği Partikül Engelini Aşması …...........58 Şekil II.43. Akım türü ve akım şiddetine göre elektrod ucunun formu………….........69 Şekil II.44. a- Elektrod ucuna verilen form……………………………………………70 Şekil II.44. b- Elektrod ucuna verilen form- Kalın Elektrodlar……………………….71 Şekil II.45. Aynı akım şiddeti ile yapılan kaynakta elektrod ucu formunun dikiş Formuna tesiri ……………………………………………………………71 Şekil II.46. Argon ve Ar-He karışımlarının nüfuziyet yönünden karşılaştırılmaları………………………………………….…….………..73 Şekil II.47. Argon ve % Ar- %He karışımlarının çalışma alanlarının Karşılaştırılması .....………………………………………………………74 Şekil II.48 Alüminyum kaynağı için kullanılan altlıklar ……………………….........75 Şekil II.49. Kaynaklı birleştirmelerde, kaynak sonunda oluşan bölgeler……………...81 Şekil II.50. Soğuk biçimlendirilmiş alaşımda mukavemet üzerine kaynağın etkisi………………………………………………………………………85 Şekil II.51. Yaşlandırma ile sertleştirilmiş 6061-T6 alüminyum alaşımında kaynaklı durumda kaynak ısı girdisinin sertlik ve mukavemet üzerine etkisi………86 Şekil II.52. TIG kaynak yöntemi blok şeması ………………………………………...89 Şekil II.53. Hava soğutmalı bir TIG torc’u …………………………………………...90 Şekil II.54. DCSP (DCEN) – TIG Yöntemiyle Kaynak ………………………………91 Şekil II.55. DCRP (DCEP) – TIG Yöntemi ile kaynak ……………………………….91 Şekil II.56. AC – TIG Yöntemi ile kaynak. …………………………………………..91 Şekil II.57. Alternatif akımla TIG kaynağında tam ve kısmi doğrultma olayları.........92 Şekil II.58. TIG yöntemi ile kaynak işlemi …………………………………………..93 Şekil II.59. AC-TIG yöntemi ile kaynakta akım-zaman grafiği………………………94 Şekil II.60. Dengelenmemiş alternatif akım grafiği…………………………………..95 Şekil II.61. Tam doğrultma olayı……………………………………………………..95 XIV

Şekil II.62. Kısmi doğrultma durumu…………………………………………….…..95 Şekil II.63. Kararsız arkın sebep olduğu doğrultma………………………………….96 Şekil II.64. Sürekli dengelenmemiş AC, dengeli AC ve DCRP nin dalga Grafikleri…………………………………………………………………96 Şekil II.65. Dengelenmiş AC dalga grafiği……………………………………………97 Şekil II.66 Kapasitör kullanılarak dengeli AC eldesi………………………………...97 Şekil II.67. Kapasitörlü sistemde dalga grafiği………………………………………..98 Şekil II.68. Batarya kullanılarak dengeli AC eldesi…………………………………...98 Şekil II.69. Yüksek frekans enjeksiyonu ile düşük voltaj ve yüksek amperajlı, sürekli dengelenmemiş AC……………………………………………….98 Şekil II.70. TIG Kaynağında Kullanılan Kaynak Ağız Şekilleri ……………………100 Şekil II.71. TIG Kaynağında, kaynak dikiş şekline göre torc’un ve ilave ve metalin pozisyonu……………………………………………………….102 Şekil II.72. TIG Kaynağında, kaynak dikiş şekline göre torc’un ve ilave ve metalin pozisyonu……………………………………………………….103 Şekil II.73. TIG Kaynağında Torç Eğiminin Fazla Olması Sonucunda Kaynak Dikişi Gaz Kapar……………………………………………………........105 Şekil II.74. TIG Kaynağında, Kaynak Çubuğunun Çok Fazla Geri Çekilmesi ve Elektrodun Banyoya Dalması Sonucunda Oluşan Hatalar …………........106 Şekil II.75. TIG Kaynağında, Kaynak Torçu Eksenden Kaymış ………………........106 Şekil II.76. DCSP-TIG yönteminde elektronların akışı ……………………………..108 Şekil II.77. 125 A akım şiddetinde DCSP-TIG yöntemi ile kaynakta, akımın X eksenine göre grafiği……………………………………………………..109 Şekil II.78. DCRP- TIG yönteminde elektronların akışı …………………………….111 Şekil II.79. 125 A akım şiddetinde DCRP( DCEP )- TIG yöntemi ile kaynakta Dalga grafiği…………………………………………………………….112 Şekil III.1

Kaynak işlemi için kullanılan TIG Kaynak makinesi ve koruyucu gaz Ünitesi …………………………………………………………………..115

Şekil III.2

TIG yöntemiyle kaynak edilen numune ………………………………..115

Şekil III.3

Kaynak işlemi için kullanılan Cr-Ni altlık ……………………………..116

Şekil III.4

Bir alüminyum alaşımında suni çökeltme sertleştirilmesi …………......117

Şekil III.5

AA2024 için uygulanan ısıl işlem grafiği ……………………………...118

Şekil III.6

AA6061 için uygulanan ısıl işlem grafiği ……………………………...118

Şekil III.7

AA7075 için uygulanan ısıl işlem grafiği ……………………………...118 XV

Şekil III.8

Çekme Deneyi Numunesi ……………………………………………..119

Şekil III.9

Çekme deney makinesi ………………………………………………..120

Şekil III.10 Sıcak bakalite alınarak kalıplanmış deney numuneleri ………………..121 Şekil III.11 Mikrosertlik ölçüm izlerinin SEM mikroskobu görüntüleri …………..122 Şekil III.12 SEM mikroskobu (solda ). Numune yüzeyini altın kaplama cihazı……122 Şekil.IV.1

AA2024 Alüminyum Alaşımının Sertlik Dağılımı …………………....123

Şekil IV.2

AA2024 alüminyum alaşımının sertlik değişimi ……………………....124

Şekil IV.3.

AA2024 Kaynaksız Numune Çekme Deney Sonuç Grafiği …………...124

Şekil IV.4.

AA2024 Altlıklı Kaynaklı Numune Çekme Deney Sonuç Grafiği …….125

Şekil IV.5.

AA2024 ısıl işlem uygulanmış kaynaklı numune çekme deney sonuç Grafiği…………………………………………………………………..125

Şekil IV.6. EDX Analiz SEM görünümü…………………………………………...126 Şekil IV.7.

AA2024 ısıl işlemsiz kaynak metali EDX ……………………………..127

Şekil IV.8.

AA2024 ısıl işlemli kaynak metali EDX ……………………………....127

Şekil IV.9.

AA2024 ısıl işlemsiz ana metal EDX ……………………………….....128

Şekil IV.10 AA2024 ısıl işlemli ana metal EDX ……………………………………128 Şekil IV.11. Isıl İşlem Öncesiaa2024 Kaynaklı Ara yüzey SEM Görüntüsü (X150) ……………………………………………………………….....130 Şekil IV.12. Isıl işlem sonrası AA2024 Kaynaklı arayüzey SEM görüntüsü (X150) ……………………………………………………………….....130 Şekil IV.13. Isıl işlem öncesi AA2024 Kaynak Metali SEM görüntüsü (X350) ……………………………………………………………….....131 Şekil IV.14. Isıl işlem sonrası AA2024 Kaynak metali SEM görüntüsü (X350) ……………………………………………………………….....131 Şekil IV.15. Isıl işlem öncesi AA2024 Kaynak Metali SEM görüntüsü (X1800) ………………………………………………………………...132 Şekil IV.16. Isıl işlem sonrası AA2024 Kaynak Metali SEM görüntüsü (X1800) ………………………………………………………………...132 Şekil IV.17. Isıl işlem öncesi AA2024 Kaynaklı Ana Metal SEM görüntüsü (X350) ……………………………………………………………….....133 Şekil IV.18. Isıl işlem sonrası AA2024 kaynaklı Ana Metal SEM görüntüsü (X350) ……………………………………………………………….....133 Şekil IV.19. Isıl işlem öncesi AA2024 kaynaklı Ana Metal SEM görüntüsü (X1800) ………………………………………………………………...134 XVI

Şekil IV.20. Isıl işlem sonrası AA2024 kaynaklı Ana Metal SEM görüntüsü (X1800) …………………………………………………………………134 Şekil IV.21. Isıl işlem öncesi AA2024 kaynakmetali ışık mikroskop görüntüsü (X200) ………………………………………………………………….135 Şekil IV.22. Isıl İşlem Sonrası AA2024 Kaynakmetali Işık Mikroskop Görüntüsü (X200) …………………………………………………………………135 Şekil IV.23. Isıl İşlem Öncesi AA2024 Kaynaklı Ana Metal Işık Mikroskop Görüntüsü (X200) …………………………………………………………………136 Şekil IV.24. Isıl İşlem Sonrası AA2024 Kaynaklı Anametal Işık Mikroskop Görüntüsü (X200) ………………………………………………………………… 136 Şekil IV.25. AA6061 Alüminyum Alaşımının Sertlik Dağılımı …………………....137 Şekil IV.26. AA6061 Alüminyum Alaşımının Sertlik Değişimi ……………………137 Şekil IV.27. AA6061 kaynaksız numune çekme deney sonuç grafiği ………………138 Şekil IV.28. AA6061 altlıklı kaynaklı numune çekme deney sonuç grafiği ………..139 Şekil IV.29. AA6061 altlıksız kaynaklı numune çekme deney sonuç grafiği ……...140 Şekil IV.30. AA6061 ısıl işlemli kaynaklı numune çekme deney sonuç grafiği …...141 Şekil IV.31. AA6061’in Isıl İşlem Öncesi Kaynak Metali EDX ………………….. 143 Şekil IV.32. AA6061’in Isıl İşlem Sonrası Kaynak Metali EDX …………………. 143 Şekil IV.33. AA6061 Isıl İşlem Öncesi Ana Metal EDX …………………………..144 Şekil IV.34. AA6061 Isıl İşlem Sonrası Ana Metal EDX ………………………….144 Şekil IV.35. AA6061 Isıl İşlem Öncesi Arayüzey SEM görüntüsü (X150) ………..146 Şekil IV.36. AA6061 Isıl İşlem Sonrası Ara Yüzey SEM görüntüsü (X150) ……...146 Şekil IV.37. AA6061 Isıl İşlem Öncesi Kaynak Metali SEM görüntüsü (X350) …. 147 Şekil IV.38. AA6061 ısıl işlem sonrası kaynak metali SEM görüntüsü (X350) …...147 Şekil IV.39. AA6061 ısıl işlem öncesi kaynak metali SEM görüntüsü (X1800) …..148 Şekil IV.40. AA6061 Isıl İşlem Sonrası Kaynak Metali SEM görüntüsü (X1800)…148 Şekil IV.41. AA6061 Isıl İşlem Öncesi Ana Metal SEM görüntüsü (X350) ……….149 Şekil IV.42. AA6061 Isıl İşlem Sonrası Ana Metal SEM görüntüsü (X350) ……...149 Şekil IV.43. AA6061 Isıl İşlem Öncesi Ana Metal SEM görüntüsü (X1800) ……..150 Şekil IV.44. AA6061 Isıl İşlem Sonrası Ana Metal SEM görüntüsü (X1800) …….150 Şekil IV.45. AA6061 kaynaklı ısıl işlem öncesi kaynak metali ışık mikroskop fotoğrafı (x200) ……………………………………………………….151 Şekil IV.46. AA6061 kaynaklı ısıl işlem sonrası kaynak metali ışık mikroskop fotoğrafı (x200) ……………………………………………………….151 XVII

Şekil IV.47. AA6061 kaynaklı ısıl işlem öncesi ana metal ışık mikroskop görüntüsü (X200) ………………………………………………………………...152 Şekil IV.48. AA6061 kaynaklı ısıl işlem sonrası ana metal ışık mikroskop görüntüsü (X200)…………………………………………………………………152 Şekil IV.49. AA7075 Alüminyum Alaşımının Sertlik Dağılımı …………………...153 Şekil IV.50. AA7075 alüminyum alaşımının sertlik değişimi ……………………..153 Şekil IV.51. AA7075 kaynaksız numune çekme deney sonuç grafiği ……………..154 Şekil IV.52. AA7075 Altlıksız Kaynaklı Numune Çekme Deney Sonuç Grafiği … 155 Şekil IV.53. AA7075 Altlıklı Kaynaklı Numune Çekme Deney Sonuç Grafiği ……156 Şekil IV.54. AA7075 Kaynaklı numune ısıl işlem sonrası çekme deney sonuç Grafiği …………………………………………………………………157 Şekil IV.55. AA7075 ısıl işlem öncesi kaynak metali EDX ………………………. 159 Şekil IV.56. AA6061 ısıl işlem sonrası ana metal EDX ……………………………159 Şekil IV.57. AA7075 ısıl işlem öncesi ana metal EDX …………………………....160 Şekil IV.58. AA7075 ısıl işlem sonrası ana metal EDX ……………………………160 Şekil IV.59. AA7075 Isıl işlem öncesi kaynak arayüzeyi(X150) …………………..162 Şekil IV.60. AA7075 Isıl işlem sonrası kaynak arayüzeyi(X150) ………………....162 Şekil IV.61. AA7075 Isıl işlem öncesi kaynak metali SEM görüntüsü (X350) …....163 Şekil IV.62. AA7075 Isıl işlem sonrası kaynak metali SEM görüntüsü (X350) …...163 Şekil IV.63. AA7075 Isıl işlem öncesi kaynak metali SEM görüntüsü (X1800) …..164 Şekil IV.64. AA7075 Isıl işlem sonrası kaynak metali SEM görüntüsü (X1800) ….164 Şekil IV.65. AA7075 Isıl işlem öncesi ana metal SEM görüntüsü (X350) ………...165 Şekil IV.66. AA7075 Isıl işlem sonrası ana metal SEM görüntüsü (X350) ………..165 Şekil IV.67. AA7075 Isıl işlem öncesi ana metal SEM görüntüsü (X1800) …….....166 Şekil IV.68. AA7075 Isıl işlem sonrası ana metal SEM görüntüsü (X1800) ……….166 Şekil IV.69. AA7075 Isıl işlem öncesi kaynak metali ışık mikroskobu görüntüsü (X200) …………………………………………………………………..167 Şekil IV.70. AA7075 Isıl işlem sonrası kaynak metali ışık mikroskobu görüntüsü (X200) …………………………………………………………………..167 Şekil IV.71. AA7075 Isıl İşlem Öncesi Ana Metal Işık Mikroskobu Görüntüsü (X200) ……………………………………………………………….....168 Şekil IV.72. AA7075 Isıl İşlem Sonrası Ana Metal Işık Mikroskobu Görüntüsü (X200)…………………………………………………………………..168

XVIII

TABLO LİSTESİ

Tablo II.1.

Alüminyum Saflık Tasnifi ……………………………………………..9

Tablo II.2.

Alüminyum alaşımlarının karşılaştırmalı özellikleri …………………10

Tablo II.3.

Saf Alüminyumun Oda Sıcaklığındaki Mekanik Özellikleri …………11

Tablo II.4.

Saf Alüminyumda Termal Genleşme Katsayısının (α) Sıcaklık İle Değişmesi …………………………………………………………......11

Tablo II.5.

Saf Alüminyumda Isı İletim Katsayısının (k) Sıcaklık İle Değişmesi ..12

Tablo II.6.

Dövme Alüminyum ve Alaşımların ANSI 35.1 Standardına Göre Ana Gurupları …………………………………………………….…...23

Tablo II.7.

ANSI Standartlarında Belirtilen Bazı Alüminyum Alaşımlarının ISO (International Organization For Standardization) Karşıtları ……….…..23

Tablo II.8.

Döküm Alüminyum Alaşımlarının ANSI 35.1 Standardına Göre Ana Grupları …………………………………………………….…......31

Tablo II.9.

Bazı Döküm Alaşımlarının Tanıtımı …………………………….…… .32

Tablo II.10. Bazı Döküm Alaşımlarının Kimyasal Bileşimi…………………….…...32 Tablo II.11. Alüminyum Alaşımlarının Toplu Gösterimi ……………………….…..33 Tablo II.12. TS 1321'e göre, hafif metal alaşımlarına uygulanan ısıl işlemlerin gösterilişi…………………………………………………………….….34 Tablo II.13. Bazı Yaşlandırılamayan Alüminyum Alaşımların Mekanik Özellikleri ………………………………………………………….……38 Tablo II.14. Bazı Ticari Yaşlanan Alaşımların Çözeltiye Alma ve Çökelme Isıl İşlem Sıcaklıkları ………………………………………………….…...43 Tablo II.15. Çözeltiye Alma Sıcaklığının 2024-T4 Saçı Mukavemet Özelliklerine Tesiri …….……………………………………………………………..44 XIX

Tablo II.16. Dövme Alüminyum Alaşımları İçin Önerilen Çözeltiye Alına Süresi ve Su Verme Öncesi Müsaade Edilen Maksimum Gecikme Süresi …...45 Tablo II.17. Bazı Yaşlandırılan Alüminyum Alaşımların Mekanik Özellikleri ……………………………………………………………....59 Tablo II.18. Yaşlandırılan Bazı Döküm Alaşımlarında Isıl İşlem Reçetesi …….…...60 Tablo II.19. Bazı Döküm Alaşımlarının Mekanik Özellikleri ……………………....60 Tablo II.20. Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının kaynağında kullanılan kaynak yöntemleri ……………………………………………………...63 Tablo II.21. Alüminyum ve alaşımlarının birleştirmelerinde kullanılan kaynak yöntemlerinde min. ve max. parça kalınlıkları ………………………....64 Tablo II.22. Çeşitli metaller için önerilen ilave metaller …………………………....66 Tablo II.23. Bazı alüminyum alaşımları için uygun ilave metaller ………………….67 Tablo II.24. Kaynak ilave metalleri ve bunların kullanımı için çeşitli kurallar ……..68 Tablo II.25. Elektrodların kimyasal yapı ve renklerinin tanımı……………………...69 Tablo II.26. Al-Alaşımları İçin TIG Kaynak Parametreleri ………………………....88 Tablo II.27. Cu ve Alaşımları İçin TIG Kaynak Parametreleri …………………….. 88 Tablo II.28. Paslanmaz Çelikler İçin TIG Kaynak Parametreleri …………………...89 Tablo III.1. AA2024’ün kaynak işlemi öncesi spektral analizi …………………....113 Tablo III.2. AA6061’in kaynak işlemi öncesi spektral analizi …………………….113 Tablo III.3. AA7075’in kaynak işlemi öncesi spektral analizi …………………….113 Tablo III.4. AA2024, AA6061, AA7075 için uygulanan TIG kaynak Parametreleri…………………………………………………………………………..116 Tablo III.5.

Kaynak metali muayenesi için hazırlanacak çekme numunesi

boyutları……………………………………………………………………………….119 Tablo IV.1

AA2024 çekme deney sonuçları ………………………………………123

Tablo IV.2

AA6061 çekme deney sonuçları ………………………………………138

Tablo IV.3

AA7075 çekme deney sonuçları ………………………………………154

XX

BÖLÜM I ALÜMİNYUM VE ALÜMİNYUM ALAŞIMLARI

I.1. GİRİŞ VE AMAÇ Dünyada en fazla mevcut metaller sıralamasında alüminyum ikinci sırayı alır. Alüminyum metalinden muhtelif alaşımlama ve farklı ısıl işlem şartı ile çok farklı amac için dört yüze yakın sayıda alüminyum alaşımı geliştirilmiştir. Alüminyum alaşımlarının düşük yoğunluğu, kolay şekillendirilebilmesi, yüksek korozyon direnci, geliştirilebilen fiziksel ve mekanik özelliklerine sahip olması bu alaşımların kullanım alanını artırmaktadır. Alüminyumun yoğunluğu yaklaşık 2,7 g/cm3 olup çelik (7,83 g/cm3) ve bakır (8,93g/cm3) yoğunluğunun yaklaşık üçte biri kadardır. Mukavemeti çelikten düşük olsa da, kesit arttırılarak çeliğe eşdeğer mukavemet sağlanmaktadır. Birçok konstrüksiyonda alüminyum alaşımlarının kullanılması ağırlıkta düşme yaptığı için avantaj sağlamaktadır. Alüminyumun elastisite modülü çeliğin ancak üçte biri kadardır. Bu nedenle basma gerilmesine çalışan alüminyum bazlı elemanlarda çok kritik durumlar olabilir. Ancak alüminyum şok (darbe şeklindeki) yüklere direnci daha yüksektir. Doğru yapılan bir yapı tasarımında alaşımsız çelik yerine alüminyum kullanmak konstrüksiyon ağırlığında % 50’nin üzerinde hafifleme sağlar. Elektrik iletkenliği bakırdan daha düşük olmasına rağmen aynı ağırlıktaki bakırdan iki misli daha fazla elektrik akımı sağlarlar. Eş ağırlıktaki tellerde alüminyum telin kesit alanı, bakır telden daha yüksek olduğu için alüminyum tel daha fazla elektrik iletir [1]. Alüminyum ve alüminyum alaşımları; hafiflik, yüksek mukavemet, iyi korozyon dayanımı, kolay biçimlendirilebilirlik ve birçok kaynak yöntemiyle kaynak edilebilirlikleri açısından

mühendislik

malzemesi

olarak

1

yaygın

kullanım

alanına

sahiptirler.

Alüminyumun özgül ağırlığı; çeliğin yaklaşık 1/3’ü kadardır. Ayrıca alüminyum ve alaşımları; havada, su içinde, yağlarla temas halinde ve birçok kimyasal maddeye karşı oldukça iyi korozyon direncine sahiptir. Atmosfer ile temas sonucunda yüzeyde oluşan ince, ancak yoğun refrakter karakterli oksit tabakası korozif etkilere karşı direnç sağlar. Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının kaynağının çelikten farklı olmasını sağlayan bir dizi özellik vardır. Bunlar; yüzeyde bulunan alüminyum oksit tabakası, yüksek ısıl iletkenlik, yüksek ısıl genleşme katsayısı, ergime sıcaklığına yaklaştıkça renk değişimi göstermemesi olarak sıralanabilir. Bu özellikler; alüminyumun kaynağı açısından dikkat edilmesi gereken ve kaynak kalitesini etkileyen en önemli faktörlerdir. Alüminyum ve alaşımlarının geliştirilmeye başlanıldığı yıllarda, bu alaşımların uçak endüstrisinde kullanılması ve kaynakla birleştirilmesi gereksinimi, günümüzde gaz altı kaynak yöntemleri olarak biline TIG ve MIG kaynak yöntemlerinin bulunmasını ve geliştirilmesini sağlamış; kalın kesitli alüminyum alaşımlarının kesilebilmesi için plazma arkı ile kesmenin geliştirilmesi gerekmiş, uzay roketlerinin alüminyum parçalarının kaynağında, plazma ark kaynağı kullanılmış ve bu arayış diğer ileri kaynak yöntemlerinin de alüminyum ve alaşımlarının kaynağında kullanımını teşvik etmiştir. Aslında alüminyum ve alüminyum alaşımları, ergitme kaynak yöntemlerinden olan gaz ergitme kaynağı ve örtülü elektrot ile ark kaynağı yöntemleri kullanıldığında sınırlı olarak kaynak edilebilirken, gaz altı kaynak yöntemlerinin ortaya çıkması daha kaliteli bağlantıları oluşturulmasına imkân tanımıştır [2]. Birçok alüminyum alaşımı yaşlandırma sertleşmesi ile sertleştirilir. Bu sertleşen alaşımlarda yüksek mukavemet değerleri elde edilir. Ayrıca alüminyum hava, su, tuzlu su, petro-kimyasal ve birçok kimyasal sistem ortamlarında yüksek korozyon dirençleri gösterirler. Alüminyum oksijene karşı olan yüksek afinitesi nedeni ile yüzeyde hava ile teması sonucu ince fakat yoğun bir oksit tabakası (Al2 O3) teşekkür eder. Bu oksit tabakası alüminyumu diğer etkilerden korur. Ancak bazı asitler ve tuzlar bu oksit tabakasını çözer. Yani alüminyum bu maddelere karşı dayanıklı değildir. Yüzeydeki oksit tabakası suni olarak kuvvetlendirilir. Metal anot olarak galvanik bir banyoya asılır. Devreden geçen elektrik akımı ile parça üzerindeki oksit tabakası kuvvetlendirilir. Bu işleme eloksal işlemi denir [1].

2

I.2. ALÜMİNYUM VE ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ TARİHÇESİ 1807 yılında Davy, bir alüminyum - silisyum alaşımı elde etmiştir. Ancak yöntemin kötü çalışması ve elde edilen alaşımın miktarının az olması alüminyumun özelliklerini belirtmeye yetmemişti. 1825 yılında Dersted, az miktarda saf olmayan alüminyum amalgamı hazırlamıştır. Alman Wöhler 1827'de Alüminyum metali gri pudra şeklinde elde etmiştir. 1854'de Saintre-Claire DEVİLLE özelliklerinin belirli olduğu saf Alüminyum hazırlamıştır ve 1856'da alüminyum - silisyum alaşımı yapmıştır. 1905 yılında Conrad CLAESSEN alüminyum alaşımlarına su verilmesi hakkında bazı neticeler bulup, %4 Cu içeren alaşımın su verme sıcaklığının 525°C civarında olduğunu belirtmiştir. 1906'da Alfred WILM, %4 Cu'lu alüminyum alaşımında tesadüfen yaşlanma sertleşmesini buldu. 1907'de bir Alman şirketi %4 Cu, %0.25 Mg içeren ve ısıl işlemlerin söz konusu olmadığı bir alaşım yapmıştır. Alfred WILM, 1911'de %3,5 Cu, %0.25 Mg içeren alaşımın su verme sıcaklığını 500°C olarak tespit edip su verme sonucunda alaşımın yumuşak olduğu fakat birkaç saat sonra sertleştiğini belirtmiştir. Bu sertleşme başlangıçta hızlı, daha sonra yavaştır. 1919'da Merica, Waltenber ve Scott yaşlanmanın olabilmesi için alaşımın nasıl bir faz diyagramına sahip olması gerektiğini tespit ettiler.1920'de Frankel ve Seng yaşlanma sırasında elektrik iletkenliğinin değişimini tespit ettiler. 1926'da Schmidt ve Wassermann yaşlanma sırasında latis parametresinin değişimini incelediler. 1930'da Frankel aşırı yaşlanmayı gözledi. 1935'de Wassernann ve Went, alüminyum-bakır alaşımlarına X ışınlarıyla inceleme yaparak Al-Cu denge diyagramındaki θ fazına benzer fakat aynı olmayan θ fazını gördüler. Buna geçiş latisi adını verip aynı adlı teoriyi ortaya attılar. 1938'de Guiner ve Preston yaşlanma sertleşmesinin kaynağını teşkil eden GP zonlarını tespit ettiler [3].

3

BÖLÜM II ALÜMİNYUM VE ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ÖZELLİKLERİ

II.1. ALÜMİNYUMUN ÜRETİMİ Alüminyum üretimi hem cevherden hem de hurdadan yapılır. Cevherden yapılan üretim ise toplam üretimin dörtte üçü kadardır. Hurda üretimi hem çevre kirlenmesini azaltmakta hem de ekonomik üretimin gerçekleşmesini sağlamaktadır [1]. Tüm dünyada aynı yöntemle cevherden saf alüminyum elde edilmektedir. Üretimde kullanılan en önemli cevher boksittir. Boksit yaklaşık olarak %55 – 65 Al2O3, %28 Fe2O3, %6 SiO2, %15 H2O ihtiva eder. Cevherin ilk önce yabancı maddelerden temizlenmesi için kızgın sodyum hidroksit (NaOH), ile işleme tabi tutularak, alüminyum oksit, suda çözünebilen sodyumalüminat (NaAlO2) haline dönüştürülür. Filtrasyon ile diğer çözünmeyen maddeler demir oksit (Fe2O3) ve silisyum (SiO2) ayrılabilir. Demir ihtiva eden filtrasyon artığı kırmızı çamur olarak adlandırılır ve yüksek fırın işlemine gönderilir. Alüminat çözeltisi içerisinden alüminyum, alüminyum hidroksit (AlOH3) halinde kristalize edilir, yıkanır ve döner borusal fırınlarda tavlanır. Böylelikle yapıdaki su uzaklaştırılmış olur ve geriye saf alümina (Al2O3) kalır. Bu madde ergitme elektrolizi usulünde kullanılan şarj malzemesidir. Ergitme elektrolizi için Al2O3 kimyasal bileşiğinin ergitilmesi gereklidir. Böylece bu bileşik iyonlarına ayrılır. İkinci işlem olarak sisteme doğru akım uygulanırsa (+) yüklü metal iyonları katoda hareket ederler. Ve buradan elektron alarak metal halinde redüklenirler. Alüminyum oksidin çok yüksek bir ergime noktasına sahip olması ( 2000ºC’nin üzerinde ) nedeni ile yüksek sıcaklıkta ergiyen oksit, ilk önce ergitilmiş kriyolit içerisinde çözündürülmektedir. İşlem sırasında karışımı sıvı hale halde tutabilmek için

4

950ºC civarındaki bir sıcaklık yeterli gelmektedir. Yaklaşık 5 V’luk bir doğru akım uygulanınca Al2O3 parçalanırken kriyolit değişime uğramaz. Kriyolit bir Na-Al-Fluor bileşiğidir. Bu usul karbon astarlı banyo fırınlarında uygulanır.(Şekil II.1)

Şekil II.1. Alüminyum ergitme elektrolizine ait tekne

Eriyiğin içerisine anot olarak karbon bloklar daldırılır. Serbest kalan oksijen elektrotlardaki karbonu oksit halinde bağlar. Alüminyum banyonun dibinde toplanır ve periyodik olarak dışarıya pompalanır. Kullanılan alüminyum oksit yerinede periyodik olarak yenisi doldurulur. %99,8 safiyette elde edilen alüminyum çeşitli formlarda dökülmesi amacı ile dengeleme fırınlarına doldurulur [4]. Bu izabik metal ticari olarak iki ana gruba ayrılırlar: dövme alaşımları ve dökme alaşımları. Dövme alaşımları saç, folyo, çubuk, tel boru, profil gibi şekillerde olan malzemelerdir. Bunlar kütük, blok halinde döküldükten sonra sıcak şekillendirme (ekstrüzyonu, dövme, haddeleme vb ) ve soğuk şekillendirme (hadde, çekme vb) yöntemleri ile bitmiş hale getirirler. Dökme alaşımları ise ergitme işleminden sonra kum, kokil, savurma, hassa vb. döküm yöntemlerinden biri ile bitmiş parça haline getirilen malzemelerdir [1].

5

II.2. KULLANIM ALANLARI Alüminyum ve alaşımları bu gün imalat sanayinin hemen her dalında, tarım, enerji, ulaşım ve inşaat sektöründe giderek artan miktarlarda kullanılmaktadır. Özellikle

demir

ve

bakır

yerine

alüminyum;

imalat

sanayinde,

çeşitli

konstrüksiyonlarda, elektrik endüstrisinde, iletkenlerde ve taşıt araçları imalinde ağırlıkların önemli ölçüde azaltılmasını sağlamıştır. Bu yüzden alüminyum ve alaşımları otomotivden inşaat sektörüne ve elektrik endüstrisine kadar çeşitli dallarda uygulama alanı bulmuştur.

Şekil II.2 Yıllara Göre Dünya Birincil Alüminyum Üretimi [5]

Şekil II.2’de görülebileceği gibi dünya alüminyum üretiminde sürekli bir artış görülmektedir. Alüminyum talebini yönlendiren sektörler genellikle otomotiv, uçak uzay sektörleridir. Bu sektörlerin özellikle alüminyum döküm ve yassı mamul ihtiyaçları üst düzeydedir. Bu sebeple son yıllarda arz ve talep dengeleri değişmiştir [5].

6

II.2.1. Ambalaj Alüminyum en kullanışlı ambalaj malzemelerinden birisidir. Alüminyum, konteynır imalatından ilaç kutularına kadar çok çeşitli ambalaj uygulamalarına mükemmel cevap verir. Zehirleyici olmadığından ve bakteri çoğalmasını azalttığından gıda ve ilaç sanayinde çok değişik şekilde ambalaj malzemesi olarak kullanılmaktadır. Banyoda diş macunu tüpünden, marketlerdeki sayısız ürünler (çikolata vb.) mutfakta folyoya sarılı fırın yemekleri ve buzdolabındaki soğuk meşrubatlara kadar, alüminyum pek çok ürünü sarar ve korur. Alüminyumun homojen

yapısı,

ince

folyo

(alüminyum

kâğıt) şeklinde

Üretilebilmesi, hava geçirmezliği ve kolay şekillenebilmesi onu ideal bir ambalaj malzemesi yapar [6].

II.2.2. Taşıt Araçları Korozyona dayanıklılığı ve konstrüksiyona hafif1ik kazandırdığı için otomobil, kamyon, tren, deniz taşıtı gibi nakliye araçlarında hem döküm hem de dövme alaşımlar kullanılmaktadır [1]. Alüminyum kullanımının yaklaşık %25'i taşıt araçlarının üretimine aittir. Taşıt Araçları ne kadar hafif olursa, hareket etmeleri için daha az enerjiye gerek duyulur. Günümüzde bir otomobilde yaklaşık 50 kg alüminyum kullanılmaktadır. Bu sayede, yaklaşık 100 kg demir, çelik ve bakır malzeme tasarrufu yapılmaktadır. Yapılan hesaplar ve deneyimler sonucunda, alüminyum kullanılan bir otomobilin, yeterince alüminyum kullanılmamış bir otomobile kıyasla, ekonomik ömrü boyunca 1500 litre daha az yakıt harcadığı anlaşılmıştır [6]. Deniz araçlarında, özellikle teknelerde alüminyum süper-yapı sistemleri ile ağırlık merkezi daha aşağıya çekilmekte ve böylece teknenin dengesi arttırılmakta ve daha çok kullanım hacmi sağlanmaktadır, Bir uçağın ağırlıkça % 70'i alüminyumdan oluşmaktadır, Alüminyum alaşımlarının hafifliği yanı sıra sağlamlığı, uçakların ve dolayısıyla havacılık sektörünün gelişmesine en büyük katkıyı yapmıştır. Duralüminyum (alüminyum-bakır) alaşımlarından sonra gelecekte en önemli uçak malzemesi alüminyum-lityum alaşımları olacaktır, Alüminyum-lityum alaşımları ile, uçakların % 15 hafiflemesi mümkündür [6].

7

II.2.3. Bina Ve Konstrüksiyon Alüminyum; binaların çatı, cephe kaplamaların da, kapı ve pencerelerinde, merdivenlerde, çatı iskeletinde, inşaat iskelelerinde ve sera, köprü, kule, depolama tankı vb, yapımında büyük miktarda kullanılır. Çeliğe nazaran alüminyum pahalı olmasına rağmen, yapılarda mimari tasarım, hafiflik, korozyon direnci gibi avantajlar sağladığı hallerde alüminyum tercih edilmektedir. İnşaat sektörü için, yılda Avrupa'da 1,2 milyon ton, ABD'de 1,05 milyon ton, Japonya'da 0,92 milyon ton alüminyum kullanmaktadır. Alüminyumun sağlamlığı yanında sahip olduğu dekoratif görünüm, eloksal (anodik oksidasyon) kaplama ile bir bakıma ölümsüzleşir. Gerek natürel veya renkli eloksal kaplama, gerek ise lake (elektrostatik toz veya sıvı) boyama ile alüminyum; mimar ve mühendislere inşaat sektöründe zengin seçenekler sunar [6].

II.2.4. Elektrik - Elektronik Hem elektrik iletiminde hem de motor, jeneratör, transformatör gibi cihazların muhtelif kısımlarında alüminyum kullanılmaktadır [1]. Alüminyum son derece iletken bir metaldir. Bu nedenle, tüm alüminyum kullanımının Avrupa'da % 10’u, ABD'de % 9'u, Japonya'da % 7'si elektrik ve elektronik sektöründe kullanılmaktadır. Alüminyumun bu alanda en çok kullanıldığı yer, elektrik nakil hatlarıdır. Çelik özlü alüminyum iletkenler, yüksek voltajlı elektrik nakil hatlarında tercih edilen tek malzeme olmuştur. Alüminyum, yeraltı kablolarında, elektrik borularında ve motor bobin sarımında yaygın şekilde kullanılmaktadır. Elektronikte, alüminyum kullanım yerleri arasında, şaseler, yongalar, transistor soğutucuları, veri kayıt diskleri ve elektronik cihazların kasaları bulunmaktadır [6].

II.2.5. Mühendislik Uygulamaları Petrol, lastik, tekstil, kâğıt, kömür madeni gibi sanayi sektörüne ait makine ve teçhizatta

alüminyum

yaygın

olarak

kullanılmaktadır

[1].

Makine

elemanları

uygulamalarında, yüksek dayanım/ağırlık oranı, korozyona dayanımı ve işleme kolaylığı alüminyumun Üstün özellikleridir. Hafifliği nedeniyle, büyük ve tek parçaların manipülasyonu mümkün olur. Hassas toleranslarda işleme kolaylığı sayesinde, standart birimlerden büyük parçaların yapılması mümkün olur. Karmaşık kesitli parçaların Üretiminde, alüminyum ekstrüzyonu büyük avantajlar sağlar. Vites kutuları, motor blokları

8

ve silindir kafaları kolaylıkla alüminyum döküm ile yapılır. Son uygulamalarda krank mili yataklarında alüminyum kullanılması, bu parçaların uzun ömürlü olmasını sağlamıştır [6].

II. 3. SAF ALÜMİNYUMUN ÖZELLİKLERİ Alüminyumun saflığı belirtilen kesin sınırları olmamasına rağmen Tablo II.1'deki tasnif, kullanılmakta olan tasniftir [1]. Tablo II.1. Alüminyum Saflık Tasnifi [ 1]

%Alüminyum 99.50 – 99.79 99.80 – 99.949 99.950 – 99,9959 99.9960 – 99,9990 + 99.9990

Verilen isim Ticari saflık Yüksek saflık Süper saf1ık Aşırı saf1ık Ultra saflık

Alüminyumun genel özellikleri [ 7 ] Sembol Al Atom No

13

Atom Ağırlığı

26.97 g/mol

Kristal Yapısı

YMK (a= 4.091 A)

Yoğunluğu (25°C)

2.7 g/cm3

Ergime Noktası

660 °C

Yeniden Kristalleşme Sıcaklığı

150–300 °C

Buharlaşma Noktası

2450 °C

Isısal Genleşme

23 .6 x 1 0.6 (20-100 °C)

Özgül ısısı

0.224 cal/g (100 °C)

Elastik Modül

7,2

Kayma Modülü

2,7

Çekme Dayanımı

4-9 kg/mm2

Akma Dayanımı

1-3 kg/mm2

% Uzama

60

Kopma Uzaması

%30 – 40

Çentik Darbe Tokluğu

10kg/cm2

Sertlik

17 (BHN)

9

Saf alüminyum özelliklerini, en fazla etkileyen katkı maddeleri; silisyum, demir, titan, bakır ve çinkodur. Saf alüminyumun çekme mukavemet, uzama ve elektrik iletkenliğine Fe, Si, Cu ve Zn elemanlarının etkisi Şekil II.3’de gösterilmektedir [7].

Şekil II.3. Saf Alüminyumun, Mukavemet, Uzama ve Elektrik iletkenliğine Katkı Elemanlarının Etkisi [7].

%99,50 ve daha saf olan alüminyumun özellikleri aşağıdadır.

II. 3.1. Mukavemet Özellikleri Mukavemet özellikleri malzemenin safiyet derecesine ve imal şekline bağlıdır (Tablo II.2). Tablo II.2 Alüminyum alaşımlarının karşılaştırmalı özellikleri [ 8 ].

Özellikler Çekme Muk. (Kg/mm2)

Döküm Al 9–12

Hadde Al 18–28

Isıl işlemli Al 7–11

Akma Muk. (Kg/mm2)

3–4

16–24

5–8

Uzama (%)

18–25

3–5

30–45

Büzülme(%)

40–55

60–85

80–95

Sertlik (Brinell)

24–32

45–60

15–25

6000–7000

Elastik Modül. (Kg/mm2)

10

Saf alüminyumun dinamik mukavemeti, statik mukavemetinin yaklaşık 0,4 ila 0,45 katıdır. Soğuk şekil değiştirmiş alüminyum kaynak yapıldığı takdirde, geçiş bölgesinin mukavemeti düşer [8]. Tablo II.3’ de saf alüminyumun oda sıcaklığı çekme deney sonuçları görülmektedir. Metalin saflığı azaldıkça katı eriyik sertleşmesine bağlı olarak mukavemet artmakta ve süneklik azalmaktadır. Saf alüminyum ve alüminyum alaşımlarının elastisite modülü 70 Gpa ve Poison oranları 0,33 civarındadır. Metal sıcaklığı arttıkça saf alüminyumun akma mukavemeti ve elastisite modülü azalır [1]. Tablo II. 3. Saf Alüminyumun Oda Sıcaklığındaki Mekanik Özellikleri [1].

% Saflık Akma Mukavemeti MPa 99,99 10 99,8 20 99,6 30

Çekme Mukavemeti MPa 45 60 70

%Uzama 50 45 43

Çeşitli alüminyum alaşımlarının ısıl işlemler sonucu istenilen şekilde mukavemet, tokluk, sertlik ve diğer mekanik özellikleri geliştirilebilir. Mekanik özelliklerinin böyle değişebilir olması alüminyum alaşımlarının kullanım alanlarını genişletmektedir [7].

II.3.2. Fiziksel Özellikleri Alüminyum kübik yüzey merkezli kafes yapısında katılaşır ve ergiyene kadar kafes yapısı değişmez. Bu KYM kafes yapısı metale yüksek süneklik kazandırır. Katı alüminyumun yoğunluğu oda sıcaklığında 2,7 g/cm3 değerindedir. Ergime sıcaklığı 660°C dır. 660 °C deki sıvı alüminyum yoğunluğu 2.37 g/cm3 olur. Sıvı sıcaklığı arttıkça yoğunluk azalır. 750 °C deki 2.34 g/cm3 olan sıvı yoğunluğu 850°C de 2.32 g/cm3 değerine düşer. Saf alüminyum sıcaklığı arttıkça termal genleşme katsayısı (Tablo II.4) ve elektrik özdirenci (Şekil II.4) artarken ısı iletim katsayısı azalır (Tablo II.5) [1]. Tablo II.4. Saf Alüminyumda Termal Genleşme Katsayısının (a) Sıcaklık İle Değişmesi [ 1 ].

Sıcaklık °C 20 77 127 227

a 10–6 K–1 23.0 24.1 24.9 26.5

Sıcaklık °C 327 427 527 627

11

a 10–6 K–1 28.2 30.4 33.5 37.3

Şekil II.4. Saf Alüminyum ve Alaşımlarının Elektrik Öz Direncin Sıcaklık İle Değişmesi [ 1].

5052 – H32 alüminyum alaşımlarında metal sıcaklığının mekanik ve fiziksel özelliklere tesirini Şekil II.5’de görmekteyiz. Katı haldeki yoğunluk hemen hemen hiç değişmemektedir. Mukavemet ve elastisite modülü azalırken ısı iletimi, termal genleşme ve özgül ısı artmaktadır (Şekil II.5) [1]. Tablo II.5. Saf Alüminyumda Isı İletim Katsayısının (k) Sıcaklık İle Değişmesi [ 1 ].

Sıcaklık °C 0 25 50 100 200

k W cm-6 K-1 2,36 2,37 2,39 2,40 2,37

Sıcaklık °C 300 400 500 600 660

12

k W cm-6 K-1 2,33 2,26 2,19 2,12 2,08

Şekil II.5. 5052-H32 Alüminyum Alaşımlarına Ait Bazı Özelliklerinin Sıcaklık İle Değişmesi [1].

II.3.3. Soğuk Ve Sıcak Şekil Değiştirme Alüminyum oda sıcaklığında soğuk şekil değiştirdiği takdirde, çekme ve akma mukavemeti yükselir. Buna karşılık uzama miktarı ve şekil değiştirme kabiliyeti azalır. Bu artma ve azalma, şekil değiştirme derecesine bağlıdır. Şekil değiştirme derecesine bağlı olarak da alüminyum yumuşak, 1/16 sert, 1/8 sert,1/4 sert, 1/2 sert ve 1/1 sert olmak üzere kısımlara ayrılır. Sert yani şekil değiştirmiş alüminyum, yumuşak alüminyumdan daha az bir korozyon mukavemetine sahiptir. Mesela %99,5 saflık derecesinde bulunan bir alüminyum, 7kg/mm2 çekme mukavemetine ve %35 uzama miktarına sahip olmasına rağmen; %20 derecesinde bir soğuk şekil değiştirmeye tabi tutulursa, çekme mukavemeti 10 kg/mm2 ye yükseldiği gibi uzama miktarı da %15’e düşer. Şekil değiştirme derecesi %40’a yükselirse, mukavemet 12 kg/mm2 ve uzamada %12 değerini alır. Alüminyumun sıcak şekil değiştirmesi (boruların, profillerin ve sacların sıcak olarak bükülmesi)her zaman mümkündür. Daha önce soğuk şekil değiştirmiş bir alüminyum parça, sıcak şekil değiştirebilir. Fakat kaynak işleminde olduğu gibi mukavemet düşer. Sıcak şekil değiştirme sıcaklığı 300 – 450 ºC arasındadır [8 ].

13

Saf alüminyumun, soğuk ve sıcakta şekil değiştirme kabiliyeti çok iyidir. Alüminyum ve alaşımları soğuk şekil verme sırasında pekleşme gösterir. Saf alüminyumun soğuk şekil değiştirme derecesine bağlı olarak, çekme mukavemeti ve uzama miktarının değişimi Şekil II.6’da verilmiştir [7]. Alaşımların özelliklerinin değişimi, alaşım elementlerinin cinsine ve miktarına bağlı olarak değişir.

Şekil II.6. Saf Alüminyumun Soğuk Pekleşmesi [7].

Alüminyumun sıcak zorlanmasında, orantılık sınırı ve çekme mukavemeti sıcaklık ile düzgün olarak azalmaktadır (Şekil II.7) [7]. Bu azalma 200 oC sıcaklığa kadar oldukça fazladır. Benzer durum saf alüminyumun şişirilmesi halinde de görülür (Şekil II.8) [ 7].

Şekil II.7. Saf Alüminyumun Sıcaklıkla, Çekme Mukavemeti ve Orantılılık Sınırının Değişimi [7].

14

Şekil II.8. Saf Alüminyumun ve Alaşımlarının, Özgül Şişirme Basıncının, Şişme Sıcaklığına Bağlı Olarak Değişimi (AIAG) [1].

II.3.4. Kimyasal Özellikleri Alüminyum yüksek bir kimyasal aktiviteye sahiptir. Oksijen, halojenler, kükürt ve karbon ile bileşiklerinin teşekkül enerjisi çok yüksektir. Elektro motif kuvvet serisinde en kuvvetli elektronegatif elementlere dâhildir. Alüminyum havada ince fakat çok sıkı bir alüminyum oksit tabakası ile kaplanır. Elektron mikroskobu ile yapılan araştırmalar bu örtünün çok sık ve gözeneksiz olduğunu göstermektedir. Bu örtü, metali oksitlenmenin devam etmesine karşı korur. Malzemeye yüksek bir korozyon direnci kazandırır. Metalik parlak alüminyum yüzeyindeki koruyucu oksit tabakası takriben 0.2 mm kalınlığındadır. Alüminyum havada, ergime noktasının (650ºC) hemen altına kadar ısıtılırsa oksitlenme devam eder. Alüminyum ergime noktası üzerindeki sıcaklıklarda daha hızlı oksitlenir. İnce taneli metal havada ısıtılınca çok kuvvetli oksitlenir. Alüminyumda magnezyum, kalsiyum, sodyum, silisyum ve bakırın mevcudiyeti oksidasyon eğilimini kuvvetlendirir. Bilhassa AlMg alaşımları ısıtılınca kolayca oksitlenir ve yüzeylerinde gevrek bir oksidasyon tabakası meydana gelir Alüminyum oksijen ile reaksiyonu kuvvetli bir ekzotermiktir ve birçok metalin oksitlenmesinden çok daha fazla ısı verir (400. kcal/g.mol). 100ºC 'nin üzerindeki sıcaklıklar da alüminyum, klor ile 161,4 kcal/g.mol kıymetinde ısı vererek alüminyum klorür teşkil eder.

15

Alüminyum hidrojen ile reaksiyona girmektedir. Fakat onu kolayca çözer. Hidrojenin ergimiş alüminyumda çözünürlüğü 1000°C'de her bir cm3 Al için 0.2 cm3 değerine ulaşmaktadır. Alüminyum hücresinde hidrojenin kaynağı, H Ayrışımı ile katotta elektrolitik olarak parçalanan nemdir [7].

II.3.5. Korozyon Özellikleri Alüminyumun oksijene karşı ilgisi çok fazladır. Kısa bir zamanda oksijenle birleşerek alümin (Al2O3) teşkil eder. Bunun içindir ki alüminyum havada bırakıldığı zaman oksijenle birleşerek bütün yüzeyi gri renkte alümin tabakasıyla örtülür. Alüminyumun bu özelliği, korozyona karşı mukavemetini yükseltir. Meydana gelen bu oksit tabakası su ile yıkama suretiyle çıkmaz. Alüminyumun bu özelliği kullanma sahasını genişletmiştir. Soğuk şekil değiştirme korozyon mukavemetini düşürür. Alüminyumun safiyet derecesi azaldığı takdirde de korozyon mukavemeti düşer. Yani yabancı elemanlar, korozyon mukavemetini azaltır [8].

II.4. ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARI Günümüze kadar ihtiyaç duyuldukça her dönemde çeşitli norm standartları üretilmiştir. TSE alüminyum standartlarıyla ilgili çeşitli örnekler aşağıda sunulmuştur [ 9 ]; 

TS 209 / Mart 1965 Sert Çekilmiş Tel İletkenlerin Özdirenci.



TS 935 / Nisan 1971 Dövme Alüminyum Alaşımları İçin Mekanik Özelliklerin Sınırı



TS 996 / Nisan 1971 Alüminyum ve Alüminyum Alaşımı Ekstrüzyon Mamulleri İçin Mekanik Özellik Sınırları.



TS 1321 / Nisan 1973 Hafif Metal ve Alaşımlarına Uygulanan İşlemlerin Kısa Gösterilişi



TS 1628 / Nisan 1974 Alüminyum Külçeler( Alaşımsız) Sınıflandırma ve Kimyasal Bileşimleri (Eritmek İçin).



TS 1540 / Mart 1974 Alüminyum Alaşımları Kuma Dökülmüş Deney Parçaları Mekanik Özellikler.



TS 2307 / Nisan 1983 Alüminyum ve Alaşımları - Kokile Dökülen Örnek Parçası



TS 2894 / Nisan 1983 Alüminyum ve Alaşımlarında Ekstruksiyondan Sonra Difenilkar Bazit Kullanılan Spektrofotometrik Metotla Krom Miktarı Tayini.

16



TS 3978 / Nisan 1983 Alüminyum ve Alaşımları Zirkonyum Tayini Foto metrik Metotla [ ]. Türk Standartları Enstitüsü' nün aşağıda belirtilen standartları; alüminyum alaşımları

ve ürünleri hakkında detaylı bilgi vermektedir [9]. Standart No

Konusu

TS 412

Biçimlendirilebilir alüminyum alaşımları

TS 3188

Ekstrüzyon Borular

TS 1164

L – U – T – I profilleri

TS 4598

Oluklu levhalar

TS 4924, 4925, 4926

Ekstrüzyon Profilleri

TS 4922

Eloksal Kaplama

Aşağıda açıklanan alüminyum ve alaşımlarının adlandırma sistemi Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü(American National Standarts Institute, ANSI) H 35-1 standardında verilen sistemdir. Bu sistemde alaşımlar ilk önce iki ana gruba ayrıldıktan sonra tasnif edilir. Dövme ve döküm alaşımları [1].

II.4.1.Alaşım Elementlerinin Alüminyuma ve Alüminyum Alaşımlarına Etkileri Ticari olarak sadece yüksek elektrik iletkenliğinin istendiği uygulamalarda kullanılan saf alüminyumun, mekanik ve döküm özelliklerini iyileştirmek için çeşitli alaşım elementleri kullanılır. Başlıca kullanılan alaşım elementleri, bakır, silisyum, magnezyum, çinko, krom, kalay, manganez, demir, nikel, titanyum, zirkonyum, fosfor, sodyum, lityumdur.

II.4.1.1. Bakır Alüminyum alaşımlarında en çok kullanılan alaşım elementidir.

Alüminyumun

endüstride ilk kullanıldığı yıllarda döküm alaşımı olarak %8 Cu içeren Al -C u alaşımı kullanılıyordu.

Ticari saflıktaki alüminyuma bakır ilavesi ile yapılan bu kum kalıba

döküm alaşımı uzun yıllar dökülebilirliğinin zorluğuna rağmen kullanılmıştır. Daha sonraları bakırın miktarı %5 civarına indirildi ve silisyum ilave edildi, bu şekilde kolay dökülebilir, iyi akışkanlığa sahip ve ısıl işlemle sert esebilen bir alaşım geliştirilmiş oldu ve de geniş kullanım sahası buldu.

17

Bakır düşük sıcaklıklarda ısıl işlemle, yüksek sıcaklıklarda ise diğer alaşım elementleri ile oluşturduğu ara fazlar dolayısı ile malzemenin mukavemetini arttırır. Al-Cu denge diyagramına göre, bakırın alüminyum içende erirliliği oda sıcaklığında %0.5, 548°C ötektik yatayında ise %5.65 ' dir. Yüksek süneklik istenen uygulama alanlarında %2-5 Cu, sıcak yırtılmanın önemli olduğu uygulamalarda ise % 4-12 Cu kullanılır. Bakırın, alüminyum içinde katı fazda çözünürlüğü artan sıcaklıkla beraber artar. Böylece çökelme sertleşmesi mümkün olur. Çökelme için gerekli zamanla alaşımın bileşimine ve sıcaklığına bağlıdır. Çökelmenin mekanik özelliklere yapacağı etki, çökelen fazın miktarına, boyutlarına ve dağılımına bağlanır. Al-Cu sisteminde bakır miktarının %5.5 'e kadar artışı ile mukavemet artmakta, süneklik azalmaktadır. Daha yüksek değerdeki bakır mekanik özelliklerde düşmeye yol açar. En iyi özellik açısından tercih edilen bileşim %4.5 Cu içeren Al-Cu alaşımıdır. Bakır yanında Mg veya Mn olduğu zaman süneklik azalır. Eğer alaşımda kalay yüksek oranda var ise sertlik azalır, korozyon direnci düşer. Yüksek miktarda demir ve silisyum da mekanik özelliklere kötü yönde etki yapar. Genel olarak bakır alüminyuma, sertlik, dayanım, dayanım özelliği ve işlenme kolaylıkları gibi özellikler kazandırır. Bakır, alışım hazırlamada Al %.33–50 Cu ön alaşımı şeklinde ilave edilir.

II.4.1.2. Silisyum Boksit cevherlerinde bulunan kuartz ve sili katlı kayaçlar nedeniyle silisyum, alüminyumda en çok bulunan ikinci empürite elementtir. Keza bakırdan sonra alüminyumda en yaygın kullanılan alaşım elementidir. Alüminyuma, akışkanlık, kaynak kabiliyeti ve yüksek mekanik özellikler kazandırıldığı gibi bazı elementleri ilavesi ile ısıl işleme uygun alaşımlar da yapmak mümkündür. Oda sıcaklığında çok az silisyum, alüminyum erir. Ötektik sıcaklığında ise %1.59 erir, 577o’ de ve % 12,6 noktasında ötektik ayrışması gösterir. "Al-Si" alaşımları, katı eriyik bölgesinin çok dar olması ve solüdüs eğrisinin dik olması nedeniyle ısıl işlem ile sertleştirilmezler. Bu alaşımın ışıl işlem ile sertleştirilmesi için belirli oranda magnezyum ilavesi yapılır. Si miktarı %7–12 aralığında olan "Al-Si" alaşımları yüksek mukavemet gerektiren, yüksek sıcaklıkta aşınma direnci istenen uygulamalarda kullanılır.

18

Mekanik özellikler, alaşımın bileşiminden çok silisyum içeren fazın şekli ve dağılımına bağlıdır. Küçük ve yuvarlak primer faz (veya ötektik yapı) yüksek mukavemet ve süneklik verir, iğne şeklindeki silisyumla faz, çekme mukavemetini arttırmakla beraber süneklik, darbe ve yorulma mukavemetini düşürür. Si ilavesiyle akışkanlık ve korozyon direnci artar. Tane küçültme ve modifikasyon işlemleri ile iyi işlenebilme sağlanabilir. Ayrıca sıcak yırtılma da düşürülür. Silisyum ve bakır beraberce alaşımlandırma amacı ile kullanılabilir. Bu amaçla geliştirilen (%6 Si, %5 Cu) alaşımının kaynak kabiliyeti iyidir. (%9 Si, %4 Cu) alaşımı ise sızdırmazlık isteyen yerlerde tercih edilirler. Al-Si alaşımlarında da "Fe" ve "Mg" varsa süneklik düşer. Bu alaşım sisteminde müsaade edilen empürite element yüzdeleri %0.5 Zn, %0.6 Cu, % l .3 Fe, %0.3 Mg'dır. Silisyum, alaşım hazırlamada Al-%13–22 Si ön alaşım şeklinde ilave edilir.

Özel

bazı piston alaşımları %25'e varan silisyum içerirler.

II.4.1.3. Magnezyum Magnezyum, "Al-Mg" grubu alaşımların en önemli bileşenidir. Alaşıma yüksek mukavemet, soğuk işlemlerde iyi düktü ite ve mükemmel korozyona karşı direnç ile iyi kaynaklanabilme özelliği verir. "Al" döküm alaşımlarında % 4 ile 10 oranında "Mg" bulunur. %7–10 Mg içeren alaşımlara ısıl işlem uygulanır.%7–8 arasında korozyon uygulamalarında tercih edilir. "Mg", "Al-Cu" alaşımların daha iyi yaşlanma karakteristikleri, "Al-Mn" alaşımlarına korozyon direnci ve düktiliteyi azaltmadan mukavemeti arttırma özelliği ve "Al-Si" alaşımlarına da ısıl işlem yapılabilme kabiliyetini kazandırmak amacıyla ilave edilir. Bileşimlerde "Mg2Si" metaller arası bileşiğini yapabilecek oranda Mg ve Si olan “Al-MgSi” alaşımları ısıl işleme tabii tutulabilen ve kolay işlenebilen alaşımlardır. Korozyon dirençleri de yüksek olan bu alaşımlarda, silisyum miktarı söz konusu orandan

fazla

olması

durumunda

alaşımın

mukavemeti

suni

yaşlandırma

ile

arttırılabilir."Al-Zn-Mg" alaşımı iyi korozyon direnci iyi kaynaklanabilme kabiliyeti ve mükemmel yüksek mukavemet gösterir. Sodyum, yüksek sıcaklıkta işlenen Al-Mg alaşımlarında çatlak hataların oluşumuna neden olur. Mg miktarı %2’den fazla ise gevreklik sorunu da ortaya çıkar. Sodyumun ortaya çıkardığı bu problemin nedeni, ara faz içinde çözünmeyip serbest kalarak Hidrojen absorpsiyonu ile "NaH" bileşiği yapmasıdır. Bu gevrek ve sıcak işlem sıcaklığında sıvı olan bir fazdır.

19

Magnezyum, alaşım hazırlamada Al-%10 Mg ön alaşımı şeklinde ilave edildiği gibi saf halde de ilave edilebilir.

II.4.1.4.Çinko "Al-Zn" alaşımları genellikle en yüksek mukavemetli

"Al" alaşımları olarak

bilinir, ilk geliştirilen alüminyum döküm alaşımıdır. Fakat "Al-Cu" alaşımları ve bilhassa "Al-Si" alaşımları geliştirilince yerini onlara bırakılmıştır. 1920’li yıllarda alüminyumçinko-magnezyum alaşımları ve daha sonra yüksek çinkolu süper plastik alaşımların geliştirilmesi ile alüminyum alaşımlarında önemi tekrar artmıştır. "Zn", alüminyum alaşımlarının işlenme kabiliyetini arttırır. Sıcak yırtılmaya sebep olmasına rağmen diğer alaşım elementleri ile bu kötü özellik giderilebilir. Örneğin bakır ilavesi sıcak yırtılmayı engeller. "Mg" ve "Zn" içeren alaşımlar ısıl işleme tabii tutulabilen, genelde uçak sanayinde kullanılan Al+Mg+Zn+Cu alaşımlarıdır ve bu alaşımlarda çinko ve magnezyum oranı birden büyüktür. (Zn/Mg % 99.00 Bakır Mangan Silis Magnezyum

22

1XXX 2XXX 3XXX 4XXX 5XXX

Magnezyum-Silis Çinko Diğer elementler Kullanılmayan dizi

6XXX 7XXX 8XXX 9XXX

Tablo II.7 ANSI Standartlarında Belirtilen Bazı Alüminyum Alaşımlarının ISO (International Organization For Standardization) Karşıtları [1].

ANSI 1060 1350 1100

ISO A199,6 E-Al 99,5 Al 99,0 Cu

2014 2017 2117 2219 2024

Al Cu4 Si Mg Al Cu4 Si Mg Al Cu2, 5 Si Mg Al Cu 6 Mg Al Cu 4 Mg 1

3003 3105

Al Mg 1Cu Al Mn 0,5Mg 0,5

ANSI 5056 5083 5086 5154 5454

ISO Al Mg 4,5 Cr Al Mg 4,5 Mn 0,7 Al Mg4 Al Mg 3,5 Al Mg 3 Mn

6061 6063 6101 6262 6351

Al Mg 1 Si Cu Al Mg 0,7 Si E-Al Mg Si Al Mg 1 Si Pb Al Si 1 Mg 0,5 Mn

7005 Al Zn 4,5 Mg 1,5 Mn 7049 Al Zn 8 Mg Cu 7050 Al Zn 6 Cu Mg Zr 7075 Al Zn 5.5 Mg Cu 5005 Al Mg 1 7475 Al Zn 5,5 Mg Cu 5050 Al Mg 1,5 7178 Al Zn 7 Mg Cu Alüminyum için yüzden fazla alaşımlama elementi mevcuttur. Bu elementler ile 4043 4047

Al Si 5 Al Si 12

milyondan fazla alaşım yapmak mümkündür. Ancak birkaç yüz tane alaşım ticari olarak geliştirilmiştir. Alaşım elementlerinin alüminyuma ilave edilmesi genellikle mukavemeti arttırma amacı taşır. Diğer bazı özelliklerle de sağlanan iyileştirmelerde çok önemlidir. Alüminyuma ilave edilen alaşım elementleri mukavemeti 2 şekilde arttırırlar [1]. 1-

Katı eriyik olarak çözünüp deformasyon ile sertlik arttırılır. (deformasyon ile sertleşen alaşımlar)

2-

Yüksek sıcaklıkta katı eriyik çözünüp ve düşük sıcaklıkta ince parçacık halinde çökerler ( yaşlanma ile sertleşen alaşımlar). Şekil II.9'da ticari olarak Üretilen temel alüminyum alaşımları, bunlarda bulunan

alaşım elementleri ve bunları sertleştirme yöntemleri görülmektedir. Bu alaşım grupları ile ilgili bilgiler aşağıda açıklanmıştır [1].

23

Şekil II.9. Temel Alüminyum Alaşımları [1].

II.4.2.1. Ticari Saf Alüminyum (lxxx Gurubu) Bu gurup minimum %99 Alüminyum içerir. 1xxx gurubu içersinde 10xx serisi alaşımsız gurubu ifade eder. Son iki rakam %99’dan sonraki virgülden itibaren minimum oranı gösterir. Mesela 1060 da alüminyum oranı en az %99,60 olmalıdır. 1xxx gurubunda 1 rakamını takip eden ikinci sayı empürite atomların oranını gösterir. Demir ve silisyum bu alaşımlarda bulunan temel empürite atomlarıdır. 1xxx gurubu alaşımlar yaşlanma sertleşmesi göstermez ve sadece soğuk Şekil verme ile sertleştirilir. Bu alaşımların yüksek ısı ve elektrik dirençleri ile yüksek korozyon özellikleri vardır. Şekillendirme kabiliyeti yüksek ama mukavemetleri düşüktür. Bu alaşımlar kimyasal teçhizat, mimari uygulama refrakter, ısı eşanjörü, elektrik ileticisi, ambalajlama gibi yerlerde kullanılır [1].

II.4.2.2. Bakır Alaşımları ( 2xxx gurubu) Bu alaşımlar genellikle yaşlanma ile sertleştirilirler. Şekil II.10'da Al-Cu ikili denge diyagramı görülmektedir. Alüminyum içerisinde maksimum bakır çözünürlüğü 548°C'de %5,65 değerindedir. Bilhassa %2,5-5 Cu içeren alaşımlar yaşlandırılarak sertleştirilir. Sertleştirilen alaşımlarda bir miktar silisyum, demir, magnezyum, mangan, krom ve çinko bulunabilir. İlk üretilen yaşlanan alaşım olan 2017 alaşımının diğer adı duralumindir.

24

Yaşlanma ısıl işlemi sonunda bu alaşımlarda alaşımsız çelik mukavemetinin üzerinde mukavemet elde edilir [1].

Şekil II.10 Al-Cu Denge Diyagramının Alüminyum Köşesi [1].

Yaşlanma sonunda mukavemet artarken süneklik azalır (Şekil II.11).Bu alaşımların sertleştirilmiş haldeki sünekliği safalüminyumun %50'sinden bile daha az olur. Yaşlanan alaşımlarda elektrik iletkenliği azalır. Şekil II.12' de 2014 alaşımında uygulanan ısıl işleme bağlı olarak mukavemetin sünekliğin ve elektrik iletkenliğin nasıl değiştiğini görmekteyiz. Bu alaşımlarda korozyon direnci saf alüminyumdan oldukça düşük olur. Bu alaşımlar yüksek mukavemet ve hafif konstrüksiyon aranan yerlerde kullanılır [1].

25

Şekil II.11. 2036 Alaşımında Çökelme Sertleşmesinin (Yaşlanmanın) Akma Mukavemeti ve Süneklik Üzerine Etkisi [1].

Şekil II.12. 2014 Alaşımlarında Elektrik İletkenliği, Mukavemet ve Sünekliğin Isıl işlem Şartlarına Bağlı Olarak Değişmesi [1].

II.4.2.3. Mangan Alaşımları (3xxx gurubu) 3xxx serisinde ana alaşım elementi mangandır. Şekil.II.13 'de Al-Mn ikili denge diyagramı görülmektedir. Alüminyum içerisinde maksimum mangan çözünürlüğü 658°C de % 1,82 kadardır. Sıcaklık düştükçe mangan çözünürlüğü düşük oranda azalır. Bu

26

alaşımlar yaşlanma ile sertleştirilmezler. Mangan çözünürlüğü düşük olduğu için Üretilen alaşım sayısı çok azdır. Bu alaşımların mukavemeti 1xxx serisi alaşımlardan %20 daha fazla olur. En meşhur olan 3003 alaşımıdır. Bu alaşımın şekillenme kabiliyeti, korozyon direnci ve kaynak kabiliyeti yüksek olduğu ve mukavemeti vasatın üzerinde olduğundan boru gaz ve yağ tankı, gıda kutusu gibi amaçlar için kullanılmaktadır [1 ].

Şekil II.13. Al-Mn Denge Diyagramının Alüminyum Köşesi [1].

II.4.2.4. Silisyum Alaşımları ( 4xxx gurubu) Şekil II.14’de Al-Si ikili denge diyagramı görülmektedir. Alüminyumda silisyumun maksimum çözünme sınırı % 1.65' dır. Ancak 4xxx serisi alaşımlarda %2,5’e kadar silisyumlu alaşım yapılır. Artan silisyum oranı ergime sıcaklık aralığını azaltır ve dökülebilme kabiliyetini artırır. Bu yüksek silisyumlu alaşımların düşük termal genleşme katsayısı, yüksek korozyon direnci ve yüksek aşınma direnci olur. Bu sebeple dövme motor pistonları 4032 alaşımlarından yapılır. Bu alaşım yaşlandırılırken diğer ticari 4xxx serisi alaşımlar yaşlandırma ile sertleştirilemez [1].

27

Şekil II.14 Al-Si Denge Diyagramının Alüminyum Köşesi [ 1].

II.4.2.5. Magnezyum Alaşımları ( 5xxx gurubu) Şekil II.15’de Al-Mg ikili denge diyagramı görülmektedir. Katıda magnezyum çözünürlüğü azalan sıcaklık ile hızla düşer. Ancak %5'den az magnezyum ve yeteri kadar silisyumu olmayan alaşımlar

yaşlandırma ile sertleştirilemez. Genellikle soğuk

şekillendirme ile sertleştirilebilir alaşımlar elde edilir. 5xxx serisi alaşımlarda magnezyum oranı arttıkça sertlik ve mukavemet artarken süneklik azalır (Şekil.II.16). Bu alaşımların kaynak kabiliyeti ve deniz korozyonuna direnci yüksektir [1].

Şekil II.15. Al-Mg Denge Diyagramının Alüminyum Köşesi [1].

28

Şekil.II.16. Ticari Magnezyum Alaşımlarında Akma Mukavemeti İle Uzama Oranının Metal Magnezyum Oranıyla Değişimi [1].

II.4.2.6. Silisyum - Magnezyum Alaşımları ( 6xxx gurubu) Magnezyum ve silisyum birleşerek Mg2Si bileşiğini oluşturur. Bu bileşik alüminyum ile basit bir ötektik sistemi oluşturur (Şekil II.17). 6xxx serisi alaşımlar çözeltiye alınır ve suni olarak yaşlandırılırsa alüminyum matrisi içinde Mg2Si partikülleri çöker. Böylece orta seviyede mukavemet ve sertlik elde edilir. Ancak elde edilen mukavemet 2xxx ve 7xxx serisinde elde edilen değerlerden daha az olur. Bu alaşımların şekillendirme kabiliyeti, kaynak kabiliyeti, talaş kaldırma kabiliyeti ve korozyon direnci diğer yaşlandırılan alaşımlardan çok yüksek olur [1].

29

Şekil II.17. Al-Mg2 Si Denge Diyagramı [1 ]

II.4.2.7. Çinko Alaşımları (7xxx Gurubu) Şekil II.18'de Al-Zn denge diyagramı görülmektedir. Şekilden anlaşılacağı gibi 7xxx serisi alaşımları yaşlandırma ile sertleştirilir. Bu alaşıma biraz magnezyum ilavesi mukavemeti arttırır. Ayrıca bakır ve krom ilaveli alaşımlar geliştirilmiştir. 7178 alaşımı en yüksek mukavemet elde edilen alüminyum alaşımıdır. Bu alaşımların gerilme korozyon direnci düşüktür. Bu tehlikenin olduğu yerlerde çalışacak parçalarda çatlama olmaması için parça biraz aşırı yaşlandırılır. Böylece geliştirilmiş mukavemet-kırılma tokluğu- korozyon direnci kombinasyonu elde edilir [1].

Şekil II.18. Al-Zn Denge Diyagramının Alüminyum Köşesi [1 ].

II.4.2.8.Alüminyum Lityum Alaşımları 30

Özellikle uzay – uçak sanayinde düşük yoğunluklu, yüksek mukavemetli malzemeye duyulan talep Al-Li alaşımlarını son yıllarda ön plana çıkarmıştır. Al-Li alaşımları düşük yoğunluk yanında, yüksek elastisite modülü, yüksek yorulma direnci, düşük ve yüksek sıcaklıklarda tokluk özellikleri ile dikkatleri üzerine çekmektedir [1]. Lityumun alüminyum alaşımlarına ilavesinin başlıca sebebi yoğunlukta azalma buna karşın elastisite modülünde artış sağlamaktır. Alüminyum içersine her %1 Li ilavesi alaşımın yoğunluğunu %3 azaltırken elastisite modülünü de %6 oranında arttırır. Lityum içeren alüminyum alaşımlarının konvansiyonel alüminyum alaşımlarına göre üç dört kat daha yüksek olan üretim maliyeti nedeniyle; alaşımlar geliştirilirken hem ekonomik hem de teknolojik açıdan daha aktif alaşımlar dizaynı amaçlanmaktadır [7].

II.4.3. Döküm Alüminyum Alaşımları Döküm ile şekillendirilen alüminyum alaşımları ANSI tarafından Üç haneli bir sayı ile tasnif edilmiştir. İlk hane dövme alaşımlarında olduğu gibi alaşım element grubunu ifade etmektedir (Tablo. II.8). Tablo II.8. Döküm Alüminyum Alaşımlarının ANSI 35.1 Standardına Göre Ana Grupları [1].

SERİ 1xx 2xx 3xx 4xx 5xx 7xx 8xx

Alaşım Ailesi Min. %99,0 Al Al-Cu Al-Si-Mg, Al-Si-Cu, Al-Si-Cu-Mg Al -Si Al-Mg Al - Zn Al -Sn

1xxx serisi minimum %99,0 alüminyum içeren alaşımdır. 3xx serisinde ise silisyum ana alaşım elementidir. Ayrıca bakır ve magnezyum gibi alaşım elementleri de alaşımda yer almaktadır. Üç haneli rakamdan sonra nokta konur ve noktayı takip eden sayı dökümü yoksa ingotmu olduğunu gösterir. "0" sayısı dökümü" 1 veya 2 ise ingotu ifade eder. Mesela 356,0 kum veya kokile dökülmüş parçayı ifade ederken 356,1 ve 356,2 ingotları ifade eder. Bu metallerin kimyasal bileşimi Tablo II.9’da detayla gösterilmiştir. Tablo II.10 'da ise bazı döküm alaşımlarının kimyasal bileşimleri gösterilmiştir. Bu döküm alaşımlarından bazılarına yaşlandırma sertleştirmesi uygulanarak mekanik özellikler değiştirilir. Bazı alaşımlar ise sadece tavlanarak sünekliği arttırılır [1] .Tablo II.11’de alüminyum alaşımlarının toplu gösterimi verilmektedir.

31

Tablo II.9. Bazı Döküm Alaşımlarının Tanıtımı [1].

No Form % Si % Fe 356.0 Döküm 6,5–7,5 0,601 356.1 İngot 6,5–7,5 0,50 356.2 İngot 6,5–7,5 0,20

% Cu % Mn % Mg % Zn 0,25 0,35 0,20–0,45 0,35 0,25 0,25 0,25–0,45 0,35 0,10 0,05 0,30–0,45 0,05

% Ti 0,25 0,25 0,20

Tablo II.10. Bazı Döküm Alaşımlarının Kimyasal Bileşimi [ 1].

Bileşim 201.0 208.0 222.0 242.0 319.0 355.0 357.0 444.0 512.0 713.0 851.0

% Si