Alüminyum Alaşımları

Alüminyum Alaşımları, Tanıtılması ve Özellikleri

Ana metali alüminyum olan alaşımlara “Alüminyum Alaşımları” denir. Bunlara hafif alaşımlar da denir. Alüminyum alaşımları bakır, çinko, silisyum, mağnezyum, manganez, demir, nikel, titan vb. elementleri ilave edilerek oluşturulur. Özellikleri; hafif olmaları, ısı ve elektirik iletkenlikleri, ısıl işlemlere elverişli olmaları ve bazı kimyasal etkilere karşı dayanıklı olmalarıdır. Alüminyum alaşımları döküme elverişlidir. Aynı zamanda, dövme, çekme ve haddeleme ile biçimlendirilen alüminyum alaşımları da hazırlanmaktadır. Korozyona dayanıklı ve zehirlenme tehlikesi yaratmadıklarından ilaç sanayinde ve gıda maddelerinde koruma maddesi olarak kullanılmaktadır.

Katkı Elementlerinin Alüminyuma Etkileri

1. Çinko Dökülebilirliği arttırır, yüksek çinkolu alaşımlar sıcak çatlama ve soğuma çekmesi gösterirler. % 10’ dan yüksek alaşımlar zayıf gerilmeli korozyon direnci gösterirler.
2. Bakır Alüminyuma; sertlik, dayanım, dökülebilme özelliği ve işlenebilme kolaylıkları sağlar. Bakır % 33 oranında alüminyumla ötektik bileşim verir.
3. Silisyum Alümiyumun içinde çok az ergir (%1-1.5).Silisyum %12 oranında alüminyumla ötektik bileşim yapar. Kristalleri inceltir iyi özellikler kazandırır.Ergime derecesi düşer(565 ºC), mekanik özellikleri ve sıcak dayanımı yükselir, akıcılığı artar. Silisyum miktarı artınca işlenmeye karşı sertlik meydana gelir.
4. Manganez Alüminyum içinde çok az (%0.3) ergir. Ergime derecesini yükseltir, Dökülebilirliği arttırmak için demir ile birlikte kullanılır.Alaşımların tokluk ve süneklik özelliklerini arttırır.
5. Mağnezyum Magnezyum % 33 oranında alüminyumla ötektik bileşim verir. Özgül ağırlığı az olduğu için girdiği alaşımın özgül ağırlığını düşürür. % 6’dan fazla Mg içern alaşımlarda çökelme sertleşmesi oluşur.
6. Demir İğneli doku biçiminde kristallenir. İğneli doku kristallerin oluşması tehlikeli olur. Mekanik dayanımları azaltır.
7. Nikel Korozyon dayanımını iyileştirir, parçalara kalıcı parlaklık verir.
8. Titan Bor ile birlikte alüminyum alaşımlarında tane inceltici olarak kullanılır.

Alüminyum Alaşımlarının Bölümlenmesi

Kullanma yerlerindeki gereksinimlere göre çok değişik alüminyum alaşımları hazırlanmaktadır. Döküm Alaşımları

Döküm yoluyla hazırlanan alaşımlar bu gruba girer.

I- Isıl İşlem Uygulanamayan Alüminyum Alaşımları

Alüminyum – Çinko – Bakır – Silisyum Alaşımları

Dökümde küçük çatlaklar oluşturur. % 10 oranına kadar katılır. İkili alüminyum çinko alaşımları ucuzdur; ancak sıcak gevreklik özelliğinden ötürü fazla kullanılmazlar.

Alüminyum – Bakır Alaşımları

Hazırlanmaları ve dökümleri kolaydır. Yeterli bir ısı iletkenliği ve iyi ısı dayanımı vardır. İşlenebilirlik özelliği iyi akışkanlıkları silisyumlu alaşımlardan daha azdır

Alaşım daha çok kuma 2. alaşım ise hem kuma hemde kokil kalıba dökülür. Bu alaşımlar piston ve motor kulakları yapımında kullanılır

Alüminyum – Silisyum Alaşımlar

Bu alaşımlar en önemli alüminyum alaşımlarıdır. Silisyumun özğül ağırlığı alüminyumunkinden düşük olduğu için alüminyum silisyum alaşımlarının özgül ağırlığı düşüktür. % 11,6 silisyumlu alaşım bir ötektik mikroyapı verir. Akıcılığı iyidir. Soğukta dayanımı iyi, sıcakta düşüktür.

Silisyum alüminyumun genleşme katsayısını düşürür, sertliğini artırır. Uçak ve otomobil endüstrisinde ve genleşme katsayısının düşük olmasından dolayı pistonların yapımında geniş ölçüde kullanılır

Alüminyum–Mağnezyum Alaşımları

Mağnezyum % 3-12 oranında katılır. Isıl işlem uygulanmadan kullanılırlar. Korozyon dayanımları yüksek olduğundan gemilerde boru bağlantı parçaları olarak kullanılır. Çabuk oksitlendiği için döküm işlemi oldukça zordur.

II- Isıl İşlem Uygulanan Alüminyum Alaşımları

Alüminyum döküm alaşımlarının dokusu kabadır ve homojen değildir.Homojenliği sağlamak ve dokuyu inceltmek için ısıl işlem uygulanır. Bu alaşımlar temelde Al-Cu-Mg alaşımlarıdır. Ancak bu alaşımlar 150 ºC sıcaklığın üzerinde dayanımlarını yitirirler. Bundan dolayı yeni alaşım geliştirilerek % 4 bakır-%1,5 magnezyuma ilave olarak % 2 nikel kulanılmıştır.Bu alaşımın özelliği, yüksek sıcaklıklarda dayanımının fazla olmasıdır. Sıcak işlenebildiğinden dövülmüş ve preslenmiş uçak pistonları için kullanılır. Çil dökümlerin yapıları çok incedir. % 1 Cu, % 0,9 Ni, % 0,1 Mg, % 1 Fe, % 0,2 Ti, % 2,5 Si içeren alüminyum alaşımları çözündürme ısıl işlemi gerektirmeden 155 – 170 ºC’ de yaşlandırılabilmektedir. % 10 Cu, % 0,15-0,35 Mg, % 0,7 F. % 12 Si, % 1 Mg, % 1 Cu, % 2,5 Ni ısıl işlem uygulanabilen alaşımlara örnek gösterilebilir.

Modifikasyon

Alüminyum silisyum alaşımlarında % 0,01 sodyum ilavesi ile modifikasyon bir başka ifadeyle inceltme işlemi yapılır. Aynı amaçla stronsyum da kullanılmaktadır.

 Tane İnceltme

Alüminyum titanyum bor ön alaşımları (Al-Ti-B) sıvı alüminyuma ilave edilerek tane inceltme işlemi gerçekleştirilir. Mekanik özelliklerin gelişmesini sağlar.

Alüminyum Alaşımlarının Döküm Özellikleri

Akıcılık ve çekme önemli döküm özelliklerindendir.

Akıcılık

Sıvı metal kalıp boşluğunu tam olarak doldurması akıcılık olarak adlandırılır. Akıcılığı aşağıdaki faktörler etkiler. – Metalin bileşimi ve sıcaklığı – Dökülen parçanın şekli – Kalıbın özellikleri – Kalıp ile sıvı metalin temas durumu – Döküm koşulları Akıcılık özelliği spiral deneyi ile ölçülür. Saf alüminyumun akıcılığı azdır. Alaşımlarda meydana gelen alümina sıvı metalin yüzeyinde zar şeklinde bir kabuk oluşturur. Bu da sıvı metalin akıcılık özelliğini azaltır.

Çekme

Çekme, hacim küçülmesi demektir. Bu özellik alüminyumda fazladır. Alaşım yapılarak çekme azaltılır ama yine de diğer metallere göre alüminyum alaşımlarının çekmesi yüksektir. Çöküntü, çatlama ve çarpıklıklar döküm hatası olarak ortaya çıkar. Özgül ağırlığının düşüklüğünden dolayı besleme zorluğu oluşur. Yüksek sısıcaklıklar daha fazla çekmeye neden olur.

Alüminyum Alaşımlarının Ergitilmesi

Ergitmenin Yönetimi

Alüminyum ve alaşımlarının ergitilmesinde oksitlenme ve gaz emme tehlikesinden sakınılması gereklidir. Bunun için ergitmede aşağıdaki hususlara dikkat etmek gereklidir: – Kullanılan gereçler çok temiz olmalı – Aşırı ısıtmadan özellikle kaçınılmalı – Potaya önce büyük parçalar, ergitmeden sonra da küçük parçalar yüklenmeli – Sıvı haldeki metal hemen dökülmeli – Nemden kaçınılmalı – Sıvı metal karıştırılmamalı – Metal sıcaklığı pirometre ile ölçülmeli – Curuf dökümden hemen önce temizlenmeli – Ergitme sırasında ve daha sonraki işlemlerde metalin hava ve gazlarla teması titizlikle önlenmelidir

Flakslar

Alüminyum alaşımlarının ergitilmesinde koruma ve temizleme flaksları kullanılır. Koruyucu flakslar flüorür ve klorür içeren tuzlardır. Koruyucu flakslar ocak içerisinde oluşan oksitlerin ve gazların sıvı metal ile temasını keserek gazların emilmesine engel olurlar. Temizleme flaksları sıvı metalin içindeki oksit ve gazları gidermek için kullanılır. Bu flakslar genellikle mağnezyum, sodyum klorür ve flüorür içerirler. Özgül ağırlıkları metale yakındır, karıştırılarak sıvı metalin üzerinde toplanırlar. Tamamen nemsiz olmaları gerekmektedir. Döküm kalitesinin iyi olması gaz giderme işleminin yapılmasına bağlıdır. Döküm parçada oluşan gaz boşlukları kullanım esnasında kırılmalara yol açmaktadır. Bu sebepten dolayı parçalarda gaz boşlukları istenmemektedir. Alümiyumdaki gaz boşluklarının asıl sebebi hidrojendir. Hidrojenin sıvı alüminyumdaki çözünülürlüğü yüksektir; fakat katı metalde çüzünürlük çok azdır. Bundan dolayı ergimiş metalde çözünmüş gazın tamamı katılaşma esnasında açığa çıkar ve ergiyikten kaçamazsa gaz boşlukları oluşturur. Koruma ve temizleme flakslarının kullanılmasına rağmen sıvı metalde yine de gaz bulunabilir. Bunun için sıvı maden içine çeşitli gazlar (azot, argon, helyum, klor) verilerek temizleme yapılabilir.

Alüminyum Alaşımlarının Hazırlanması

Alüminyum alaşımlarına giren elementlerin ergime dereceleri alüminyumunkinden yüksektir. Direk olarak alüminyuma katılması zordur. Ergime derecesi yüksek olan elementlerin katılabilmesi için ön alaşım yapmak gereklidir. Ergime derecesi alüminyumunkine yakın olan elementler (Mg, Zn gibi) sıvıyı flakslarla koruyarak katılabilir. Bakır, titanyum, silisyum, krom, manganez, v.b. elementlerin katılmasında ön alaşım hazırlanırken özel döküm yöntemleri kullanılır. Önce ergime derecesi yüksek elementler ergitilir, alüminyum buna karıştırılır. İlave azar azar yapılır, aynı zamanda sıvı metal karıştırılır

Karışık Alüminyum Alaşımları Hazırlanmasına ait örnekler

Bileşimi %92.5 Al – %4 Cu – %2 Ni – %1.5 Mg olan bir alaşım hazırlayalım. Ergitmede grafit pota kullanılır. Ayrı ayrı Al-Ni, Al-Cu ön alaşımları hazırlanır. Alüminyum ergitilir. Önce bakırlı ön alaşım sonra nikelli ön alaşım sıvı alüminyuma katılır. Metalin sıcaklığı 750 ºC nin altında tutulur. Mağnezyum en sonra katılır. Döküm sıcaklığı 690 – 730 ºC arasında olur.

Alüminyum Alaşımlarının Ergitilmesi

Alaşımların ergime özellikleri, fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlıdır.Alaşımın ergimesi için gerekli ısı miktarı aşağıdaki ısıların toplamından oluşur:

• Katı haldeki alaşımın ısınma ısısı,
• Ergime ısısı, – Sıvı haldeki alaşımın ısınma ısısı,
• Alüminyumun ergime derecesi 658 ºC’dir. Gizli ergime ısısı 93 cal/gr’dır. Isınma ısısı 0,24cal/gr’dır. 1000 Kg’lık metali ergitmek için 25500 kaloriye ihtiyaç vardır.

Alüminyum alaşımlarının ergitilmesinde sıvı, katı, gaz yakacak ve elektrikle çalışan pota ocakları kullanılmaktadır. (Bkz. Pota Ocağı Modülü)

Saf Metallerin Sakıncaları

• Saf metallerin elde edilmeleri zor ve pahalıdır.
• Hacimsel çekmeleri fazladır.
• Saf metaller yumuşaktır.
• Özellikleri sınırlıdır.
• Ergime sıcaklıkları yüksektir.
• Akıcılıkları düşüktür.
• Dökülebilmeleri oldukça zordur.

Alaşımların Yararları

• Alaşımların özellikleri katkı maddelerine bağlı olarak sınırsız oranda değiştirilebilir.
• Hacimsel çekmeleri azdır.
• Ergime sıcaklıkları düşüktür.
• Akıcılıkları fazladır.