Aluminyum Ve Aluminyum Alasimlari

Al ve Alaşımlar ı

28.11.2008

Prof.Dr.Ay şegül AKDOĞAN EKER

Alüminyum •

•

•

Alümin Alüminyu yum m tabiat tabiatta ta en çok buluna bulunan n elementlerden biridir ve mühendislik yapılar ında çelikten sonra en çok kullan ılan metaldir. Alüminyumun yo yoğunluğu (2,71 g/cm3) ,çeliğin yoğunluğunun (7,83 g/cm3) üçte biri kadard ır. Bazı alüminyum alaşımlar ının akma sınır ı değerleri 500 MPa de ğerini geçmektedir ki bu de ğer pek çok çelik türünün akma sınır ı değerlerinin üzerindedir. Alüminyum ala şımlar ı bu özelliklerinden özelliklerinden dolayı, özellikle hafiflik istenen uygulamalarda s ıklıkla kullan ılmaktadırlar.

28.11.2008

Bazı malzemelere ait spesifik çekme mukavemeti değerleri (Can,2006)

Malzeme

Spesifik Çekme Mukavemeti [(N/mm2)/(gr/ cm3)]

Alüminyum Alaşımı ( AlZn6MgCu)

170-220

Magnezyum Alaşımlar ı

41-160

Titanyum Alaşımlar ı

38-290

Çelik-HX 180 (NiMoCo) alaşımı

159-200


1

Alüminyum •

• •

•

•

Alüminyumun elektrik ve ısı iletkenliği, bakıra göre daha azdır. Fakat spesifik elektrik iletkenliği (elektrik iletkenli ği/yoğunluk) ve spesifik ısı iletkenliği (ısı iletkenliği/yoğunluk) değerleri kar şılaştır ıldığında bakırdan daha iyi oldu ğu görülür. Bundan dolayı, hava elektrik hatlar ında alüminyum alaşımlar ı kullan ılır. Ayrıca alüminyumun fiyat ı da bakıra göre daha düşüktür. Korozif ortamlarda alüminyumun yüzeyi bir oksit tabakası ile kaplanarak, alüminyumun korozyona dayan ıklılığını sağlar. Bu özelli ğinden dolayı alüminyum pek çok korozif ortamda kullan ılabilir. Alüminyum ala şımlar ının içindeki di ğer elementler alüminyum ile galvanik pil olu şturmaya uygun olduklar ından dolayı, korozyon açısından alüminyumun mümkün oldu ğu kadar saf olarak kullan ılması tavsiye edilir. Fakat mekanik özelliklerindeki dayan ım düşüklüğü (zayıflık) nedeniyle uygulamalarda saf Al kullan ımı yaygın değildir. Alüminyumun, sıcak ve so ğuk şekillendirilebilme kabiliyeti iyidir. Ekstrüzyon yöntemiyle çok kar ışık geometrik yapıya sahip alüminyum profiller üretilebilir. Kal ınlığı bir kaç mikrona ulaşılabilen folyalar üretilerek paketlemede i şlemlerinde kullanılabilir. Gıda endüstrisinde kullanılan paketleme folyalar ı saf alüminyumdan yap ılır. Alüminyum, elektrolitik olarak oksitlendirilerek de ğişik renklerde üretilebilir. Eloksal denilen bu işlem ile hem korozyona dayan ıklı, hem de değişik renklerde mimaride kullan ılan profiller üretilerek pencere, kap ı vb. yapımında kullanılabilmektedir. Bazı durumlarda sertliği ve dayan ımı yüksek alüminyum ala şımlar ının üstü saf alüminyum ile kaplanarak korozyon özellikleri iyile ştirilebilmektedir (Can, 2006).

28.11.2008


Al Alaşımlar ı ve Sınıflandır ılması • • • • • • • • • • •

Alüminyum alaşımlar ının mekanik, fiziksel ve kimyasal özellikleri alaşım elementlerine ve mikroyap ısına bağlı olarak değişir. Alüminyuma katılan en önemli ala şım elementleri bakır, mangan, silisyum, magnezyum ve çinkodur. Alüminyum alaşımlar ı dövme ve döküm alaşımlar ı olarak iki gruba ayr ılır. Dövme alaşımlar ının, plastik deformasyon kabiliyeti iyi olup kolayca şekillendirilebilirler. Alüminyum dövme ve döküm alaşımlar ının büyük bir kısmına ısıl işlem uygulanabilmektedir. Amerikan alüminyum birliğine göre, alüminyum dövme ala şımlar ı dört harfle sınıflandır ılmaktadır. Bu sınıflandırma şu şekildedir: 1XXX: Saf alüminyum. Genellikle elektrik ve kimya endüstrisinde kullanılmaktadır. 2XXX: Al-Cu alaşımlar ı. Esas alaşım elementi bak ırdır. Başta magnezyum olmak üzere di ğer alaşım elementleri de bulunabilir, yüksek mukavemet istenen havac ılık sektöründe yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. 3XXX: Al-Mn alaşımlar ı. Esas ala şım elementi mangand ır. Boru, sıvı tanklar ı ve mimari uygulamalarda kullan ılmaktadır. 4XXX: Al-Si alaşımlar ı. Esas alaşım elementi silisyumdur. Termal genle şme katsayısı düşük, aşınma direnci ve korozyon dayanımı yüksek alaşımlardır. Kaynaklı yapılarda, levha üretiminde, otomobil parçalar ı üretiminde kullan ılmaktadır. 5XXX: Al-Mg alaşımlar ı. Esas ala şım elementi magnezyumdur. Magnezyum oran ı arttıkça sertlik ve mukavemet artar fakat süneklik azal ır. Denizel korozyona kar şı direnci yüksek olduğundan, bu ortamda çal ışacak yapılar ın imalat ında kullanılmaktadır. 6XXX: Al -Mg-Si al aşımlar ı. Esas alaşım elementleri magnezyum ve silisyumdur. Şekillendirilme kabiliyeti yüksek olan bu ala şımlar özellikle ekstrüzyon ile üretilen parçalar ın imalatında sıklıkla kullanılır. 7XXX: Al-Zn alaşımlar. Bakır esas alaşım elementi olup, magnezyum, krom ve zirkonyum ilave ala şım elementleridir. 7XXX serisi, alüminyum alaşımlar ının en yüksek mukavemete sahip olan ıdır. Uçak parçalar ı yapımı ve diğer yüksek dayanım istenen yerlerde kullanılır. 8XXX: Al-Li alaşımlar ı: Esas alaşım elementi lityum olup, kalay eklentiside yap ılabilmektedir. Özellikle uçak ve uzay yapılar ında kullanılmaya başlanan bu malzeme, iyi yorulma direnci ve iyi tokluk özelliklerine sahiptir. Fakat diğer Al alaşımlar ı ile kar şılaştır ıldığında üretim maliyetleri yüksektir.

28.11.2008


2

Dövme Alüminyum Alaşımlar ının Sınıflandır ılması •1XXX, 3XXX, 4XXX ve 5XXX serisi dövme alüminyum alaşımlar ı ısıl işlem uygulanamayan alaşımlardır. •Bu alaşımlar sadece şekil değiştirme yolu ile sertleştirilebilirler. • 2XXX, 6XXX, 7XXX ve 8XXX serisi alaşımlar ise ısıl işlem ile sertleştirilebilmektedirler .

Isıl işlem durumlar ına göre dövme ala şımlar ı (Daşcılar,2006).

Amerikan Alüminyum Birliğinin dövme alaşımlar ı için isimlendirme kriterleri gösterilmiştir 28.11.2008


Döküm Alüminyum Alaşımlar ının Sınıflandır ılması 1XX.X: Saf alüminyum. 2XX.X: Esas alaşım elementi bak ırdır. 3XX.X: Esas alaşım elementi silisyumdur. Bak ır ve magnezyum gibi ba şka alaşım elementleri de bulunabilir. Sanayide kullan ılan döküm alaşımlar ının % 90'ı 3XX.X serisidir. 4XX.X: Esas alaşım elementi silisyumdur. 5XX.X: Esas alaşım elementi magnezyumdur. 6XX.X: Bu seri numaras ı kullanılmamaktadır. 7XX.X: Esas alaşım elementi çinkodur. 8XX.X: Esas alaşım elementi kalayd ır (Güleç ve Aran 1995; Can, 2006). Isıl işlem durumlar ına göre döküm alaşımlar ı

28.11.2008


3

Çökelme Sertleşmesi Gösteren Alüminyum Alaşımlar ı Al-Cu Alaşımı •

•

• •

Al-Cu faz diyagramı incelendiğinde,Eriyikten ayr ışan ve ve en azından ötektik yapı bileşeni niteliğinde olan Al 2Cu arafazı, malzemenin gevrekleşmesine yol açtığı için döküm tekniği bakımından ötektik bileşime yakın olması gereken Al-Cu alaşımlar ının pratikte kullanılmasını engeller. Öte yandan katılaşma aralığının genişliği nedeniyle yapısal aşır ı soğuma dikkate alınarak teknik Al-Cu alaşımlar ının bileşimindeki bakır miktar ı %4.5 ile sınırlandır ılmıştır. Al-Cu faz diyagramı incelendiğinde ötektik sıcaklığın altında bakır ın alüminyum kafesindeki çözünürlüğü azaldığından,çökelme sertleşmesi için gerekli ön koşullardan biri yerine gelmiş olur. Malzemeyi gevrekleştirmeden dayanım artışı sağlayan çökelme sertleştirmesi ilk kez Al-Cu alaşımlar ında bulunmuştur .

Al-Mg-Si Alaşımı Al-Mg-Zn Alaşımı çökelme sertleşmesi gösterirler.

28.11.2008


www2.aku.edu.tr/~hitit/DERSLER/METALIK MALZEMELER/DENGE DIYAGRAMLARI [2].pdf

28.11.2008


4

Çökelme Sertleştirmesi

Yaşlanama sertleşmesi ısıl işlemi faz diyagramı

Çökeltilerin türü, dağılımı, miktar ı,ortalama çapı ve sayısı ile malzemenin dayanım değeri değişir.Malzemenin dayanımı aşağıdaki formülle verilebilir.. Re H ~ sabit x G /

λ

Re H :akma dayanımı, G:kayma modülü,

λ:çökeltiler

arası mesafe


28.11.2008

Çökelme Sertleşmesi

Sertlik,Çekme Dayanımı ve Yaşlanma Basamaklar ı ALLOY AND CONDITION

TENSILE STRENGTH (PSI)

YIELD STRENGTH (PSI)

ELONGATION % IN 2 IN.

HARDNESS BHN 500 KG 10 MM

Annealed

27,000

14,000

18

45

Solution treated. Naturally aged

62,000

42,000

20

105

Solution treated , artificially aged

70,000

60,000

13

135

28.11.2008

2014 Al alaşımının özellikleri üzerine yaşlanman ın etkisi


5

Alüminyum Alaşımlar ında Isıl İşlem Uygulamalar ı Alüminyum alaşımlar ına yapılan ısıl işlemler değişik şekillerde uygulanabilir ve uygulanan işlem TX sembolleri ile alaşım numarasının yanına yazılır. Bu işlemler şu şekilde ifade edilmektedir : • • • • • • • • • •

O: Tavlanmış, F : Üretildiği gibi, H: Sertle ştirilmiş, T: Isıl işleme tabi tutulmuş T1: Sıcak şekillendirme i şleminden sonra so ğutulmuş ve tabii yaşlanmaya bırakılmış. T2: Sıcak şekillendirme işleminden sonra so ğutulmuş, soğuk şekillendirilmi ş ve tabii yaşlanmaya bırakılmış. T3: Çözeltiye alma işlemi yapılmış, soğuk şekillendirilmiş ve tabii yaşlanmaya bırakılmış. T4: Çözeltiye alma işlemi yapılmış ve tabii yaşlanmaya bırakılmış. T5: Sıcak şekillendirme i şleminden sonra so ğutulmuş ve suni yaşlandırma yapılmış. T6: Çözeltiye alma işlemi yapılmış ve suni yaşlandırma yapılmış. T7: Çözeltiye alma işlemi yapılmış ve aşır ı yaşlandırma yapılmış. T8: Çözeltiye alma işlemi yapılmış, soğuk şekillendirilmiş ve suni ya şlandırma yapılmış. T9: Çözeltiye alma işlemi yapılmış, suni yaşlandırma yapılmış ve soğuk şekillendirilmiş. T10: Sıcak şekillendirme i şleminden sonra soğutulmuş, soğuk şekillendirilmiş ve suni yaşlandırma yapılmış (Can,2006).

28.11.2008


Alüminyum ve Alaşımlar ının Korozyonu • Düşük özgül ağırlık, elektrik ve ısıyı iyi iletebilme, yeterli sayılabilecek mekanik dayanım ve iyi plastik şekillendirilme kabiliyetine sahip olan alüminyum, değişik korozif ortamlarda kullanılabilmektedir. • Özellikle korozyon dayanımının arandığı durumlarda, alüminyumun saflığının % 99,5’un altında olmaması gereklidir. • Fakat genellikle alüminyumun mekanik özelliklerini geliştirebilmek için alaşımlama yapıldığından dolayı, alüminyum alaşımlar ının korozyon direnci, saf alüminyumdan daha düşüktür. • Çizelge’de bazı alüminyum alaşımlar ının farklı korozyon ortamlar ındaki durumlar ı gösterilmiştir (Topbaş,1993).

28.11.2008


6

Alüminyum ve Alaşımlar ının Korozyonu Korozif Ortam

Alüminyum ve baz ı alaşımlar ının farklı korozyon ortamlar ındaki durumlar ı

Al ( %99.5)

Al Mg

AlCuMg 2-3

Kullanım Yeri

Asetilen (kuru)

1

Basınçlı Tüp

Amonyak(kuru,sı vı)

1-2

1-2

Etan

1

1

Endüstri Atmosferi

2-3

2-3

3

İnşaat-Taşıt

Deniz Atmosferi

1-2

1

3-5

Gemi İnşaatı

Benzol

1

1

1

Kap, Aparat

Benzin

1

1

1-3

Destile Su

1-2

1-2

Freon

1

1

Buz

1

1

2

Deniz Suyu

2-3

1-2

3-5

Soğutma Basınçlı Tüp

Otomotiv Kimya Soğutma Soğutma Gemi

1- Çok Dayanıklı, 2- Dayanıklı, 3- Az Dayanıklı 4-Kullanılabilir, 5- Kabul edilebilir ölçüde dayanıklı, 6- Dayanıksız

28.11.2008


Alüminyum ve Alaşımlar ının Korozyonu •

•

• •

Alüminyumun bir çok korozif ortama kar şı gösterdiği direnç, mevcut koşullara bağlı olarak yüzeyinde olu şan, amorf veya kristalin alüminyumoksit tabakas ından dolayıdır. Atmosferde oluşan yüzey filmi daha çok amorftur, su ve su buhar ı içerisinde ise daha çok kristalin yap ıda yüzey filmi oluşur. Oluşan tabaka ne kadar homojen ise, aynı koşullarda korozyon dayan ımı da o kadar iyidir. Alüminyum malzemeler, atmosfer içerisinde korozyona oldukça dayanıklıdırlar. Endüstri atmosferinde (SO2, kir, toz) ve deniz atmosferinde otuz y ıl sonrası korozif etki sonucu, alüminyum malzemedeki dayan ım azalması, yakla şık % 9- 13 kadardır.

28.11.2008

Alüminyum malzeme ve imalat çeliğinin kar şılaştır malı atmosf erler de kor ozyon durumu


7

Alüminyum ve Alaşımlar ının Korozyonu • • • • •

•

Alüminyum malzeme ve imalat çeli ğinin kar şılaştırmalı atmosferlerde korozyon durumu Alüminyum ve alaşımlar ında oluşan korozyon türleri farklı olabilmektedir. Eğer asit ve bazlar ın etkisinde özel bir durum yoksa, tahribat homojen olarak geli şir ve oksit tabakas ında eşit kalınlıkta azalma olur. Klorür iyonlar ı içeren çözeltilerde, çukurcuk korozyonu meydana gelir. Oksit tabakas ının tam olarak oluşmadığı ya da gözeneklerin mevcut olmas ı halinde de, bölgesel tahribata rastlanılabilir. Çökelme kabiliyetli ala şımlarda, daha çok interkristalin (taneler aras ı) korozyon görülür. Tane sınırlar ında yığılma yapan çökelmeler, tane yüzeyi üzerine nazaran genellikle soy olmayan potansiyele sahiptir ve bundan dolay ı, buralardan çözülme olur. Alüminyum-bakır alaşımlar ındaki çökelmeler matrise nazaran daha soy oldu ğu için, kat ı çözeltinin tane s ınır ı bölgesinde bakır azalması üzerine, interkristalin korozyon meydana gelir. Is ıl işlem yapılırsa, çökelmelerin olumsuz etkisi daha az olur. Alüminyum malzemelerin korozyon şartlar ı, anodik olarak oksidasyonla (anoksirleme, eloksal yapma ile) do ğal korumadaki oksit tabakas ının kalınlığı 10 µm ila 30 µm değerine arttır ılarak, iyile ştirilebilir. Bunun için, eloksal yap ılacak parçalar, daha çok sülfirik asitli elektrolitik içerisinde do ğru akım altında işlem görürler. Anot olarak bağlanan parçalarda meydana gelen oksijen, alüminyumla reaksiyon yapar ve oksit tabakası teşekkül ettirilir. Anoksirleme i şlemi, yalnızca kimyasal dayan ımı iyileştirmez, ayr ıca oksit tabakas ının yüksek sertli ğinden dolayı, aşınma direncini de yükseltir(Topbaş, 1993; Temel,2001).

28.11.2008


Alüminyum ve Alaşımlar ının Korozyonu •

•

Al-Mg alaşımlar ı alkali ve tuz içeren korozyon ortamlar ına kar şı saf alüminyumdan daha dayanıklıdır. Fakat bu her durumda geçerli değildir. Artan magnezyum miktar ıyla birlikte, interkristalin korozyona ve gerilim çatla ğı korozyonuna eğilim artar. Özellikle % 5 'den fazla Mg içeren ala şımlarda bu durum oluşabildi ğinden, bugün teknikte kullan ılan alaşımlarda magnezyumun üst s ınır ı % 5,5 (AlMg 5) kadardır. İnterkristalin korozyonun sebebi, tane s ınır ı çökelmesidir (ß- fazı). Bu durum, düşürülmüş magnezyum miktar ında, mangan (% 1 'e kadar) ilavesiyle dengelenebilir. AlMg 4,5Mn gibi ala şımlar, öncelikle gemi yap ımında ve özellikle çat ı kaplamalar ında kullan ılır. Mangan ilavesi sonucunda, klorür iyonu içeren ortamlara kar şı korozyon direnci artar. Alüminyum-mangan ala şımlar ı da, doğal sertlikteki alüminyum malzemelerdir. % 0,8-1,5 mangan içeren ala şımlar ının korozyon dayanımı ve işlenebilirliği, ar ı alüminyum gibidir. Fakat daha yüksek mekanik dayan ıma sahiptirler. Çökelmeyle sertleşebilir alaşımlar ından olan Al-Cu-Mg alaşımlar ı ( % 2,8-4,8 Cu ve % 0,4-1,8 Mg), yüksek dayan ımlar ı nedeniyle taşıt ve uçak yap ımında kullanılırlar. Korozyon dayanımlar ı, bir çok alüminyum ala şımında daha düşüktür. Deniz suyuna kar şı dayanıklılığı garanti edilemez. Homojenle ştirme sıcakl ığından çok hızlı soğutulur (en az 400 °C/s hızda) ve ardından yaşlandırma yapılırsa korozyon dayanımı arttır ılabilir. Yavaş soğutma ve yaşlandırma yapıldığında meydana gelen çökelmeler, interkristalin korozyona ve gerilim çatla ğı korozyonuna sebep olurlar.

28.11.2008


8

Alüminyum ve Alaşımlar ının Korozyonu • •

•

•

Orta dayanımlı, sertleşebilir Al-Mg-Si ala şımlar ı (% 0,4-3,5 Mg ve % 0,3-1,5 Si), iyi şekillendirilebilirliği nedeniyle yayg ın kullanılırlar. Al-Cu-Mg alaşımlar ıyla kar şılaştır ıldığında interkristalin korozyona kar şı daha dirençli oldu ğu görülmektedir. Deniz suyuna kar şı dayanımı iyidir. Gemi yapımı dışında, tekstil ve g ıda maddeleri endüstrisinde, aparat yap ımında ve benzeri yerlerde kullan ılır. Fe ve Cu miktar ı, korozyon oluşumuna yönelik etki yapt ığından, genellikle % 0,5 (Fe) ve % 0,1 (Cu) miktarlar ının geçilmesine izin verilmez. Mn ve Cr ilavesiyle, Fe ve Cu elementlerinin olumsuz etkisi azalt ılabilir. Al-Zn-Mg alaşımlar ı, orta dayanımlı ve çökelmeyle sertleştirilebilir konstrüksiyon malzemeleridir. Al-Cu-Mg alaşımlar ına nazaran daha iyi korozyon dayan ımı gösterirler, fakat korozyon dayan ımı Al-Mg ve Al-Mg-Si ala şımlar ına nazaran daha azd ır. Atmosferik koşullarda, alaşımı koruyan siyah kaplama tabakas ı oluşur. Buna kar şılık, su buhar ı Al-Zn-Mg alaşımlar ında şiddetli korozyona neden olur. Ayr ıca, gerilim çatla ğı korozyonuna da e ğilimi vardır. Korozyona duyarl ılık, yükselen Mg ve Zn miktar ıyla artar. Genel olarak, gerilim çatlağı korozyonunu önlemek için, toplam ala şım miktar ının % 5- 6 'yı aşmaması gerekir. Daha yüksek ala şım miktarlar ında, % 0,1- 0,15 krom ilavesi, gerilim çatla ğı korozyonunu azalt ır. Al-Zn-Mg-Cu alaşımlar ı yüksek dayanımlı, sertleşebilir alaşımlardır. Al-Cu-Mg ala şımlar ında olduğu gibi öncelikli olarak mekanik özelliklerinden dolay ı kullanılırlar. Kullanım yerlerine örnek olarak, madencilik sektörü, uçak ve makine imalat ı verilebilir. Sıcak sertleştirilmiş halde 500 MPa dayanım değeri elde edilir. Al-Zn-Mg alaşımlar ında olduğu gibi, % 0,1-0,3 krom ilavesi, gerilme çatlağı korozyonuna kar şı eğilimi azaltır.

28.11.2008


OTOMOTİV ENDÜSTRİSİNDE ALÜMİNYUM VE ALÜMİNYUM ALAŞIMLARI

28.11.2008


9

Otomobil Endüstrisinde Alüminyum • • • • • •

Alüminyum 1800'lü yıllarda keşfedilmiş olmasına kar şın gelişmiş bir üretim süreci bulunması ise 1870'li y ıllarda gerçekleşmiştir. Buna rağmen alüminyum, her yıl diğer demir dışı metallerin toplamından hacimsel olarak daha fazla üretilmektedir. Alüminyum, dünya üzerinde en çok bulunan 3. elementtir. Günden güne kaynaklar ı azalmakta olan dünyam ız'da %8 oranında bulunan alüminyumun, yapısal özellikleri de dikkate al ınarak alüminyum alaşımlar ı halinde yaygın olarak kullan ılmaktadırlar. Alüminyum ve otomotiv endüstrileri, en yaygın hafif metalin, ta şıtlarda kullanımında ortak bir tarihe sahiptirler. Bu ortak tarihin sonucunda günümüzde ortalama bir otomobil çok çe şitli alüminyum parçalar içermektedir. Bunları n başında döküm yöntemiyle üretilen silindir kafalar ı, dişli kutular ı, jantlar ı; levha ve ekstrüzyon yöntemiyle imal edilen radyatörler, tamponlar, koltuk raylar ı, yan çarpma çubuklar ı vs. gelmektedir. Bu parçaları n bir araçtaki ortalama a ğırlığı 100 kg civar ındadır (Toplam ağırlığın %10'u).Her 100 kg ağırlık azaltımında 100 km'de 0,6 litre daha az yak ıt tüketilmektedir. Daha az yakıt tüketimi aynı zamanda daha düşük egzoz emisyon de ğeri ve çal ışma maliyeti demektir

28.11.2008


Otomobil Endüstrisinde Alüminyum • • •

• • • •

Alüminyum emniyet, konfor ve güvenilirlikten ödün vermeden ağırlık azalımı için anahtar bir malzemedir. Düşük özgül ağırlığı ve yüksek mukavemeti sayesinde alüminyumun yaygın olarak kullanımı orta sınıf bir otomobilde yaklaşık 300 kg ağırlık azaltımı sağlayabilir. Bu oran,aracın toplam ağırlığının %30'una denk gelmektedir. Geri dönüşüm dikkate alındığında alüminyum diğer tüm malzemelerden daha verimlidir. Alüminyum kalitesinden bir şey kaybetmeden tekrar geri dönüştürülebilir. Yüksek hurda değeri, geri dönüşümü ve tekrar kullanımını garanti etmektedir. Otomotiv sektöründe kullanılan alüminyumun %95'i toplanarak geri dönüştürülmektedir. Bu malzemelerin hurda değeri normal değerlerinin %50 sinin üzerindedir. Hafiflik özelliğinin yanında alüminyum malzeme, boyasız veya kaplamasız olsa bile sudan ve yol tuzlar ından kaynaklanan korozyona kar şı dayanıklıdır. Görsel olmayan parçalarda çelik için gerekli olan ve ilave maliyet getiren galvanizleme, kaplama veya boyama alüminyum için gerekli olmayabil ir. Alüminyum, boyanın çizilmesi veya kalkması durumunda çelik gibi paslanmaz, korozyona dirençlidir. Bazı plastik malzemeler gibi çöl sıcağı, kuzey soğuğu veya UV ışınlar ının etkisi sonucunda özellikleri zayıflayarak kır ılganlaşmaz.

28.11.2008


10

TAŞITLARDA KULLANILAN ALÜMİNYUM ESASLI PARÇALARIN ŞEKİLLENDİRME YÖNTEMİNE GÖRE DEĞERLENDİRİLMESİ ÇİZELGE 1 ve 2 de taşıtlarda yaygın olarak kullan ılan alüminyum parçalar ın şekillendirme yöntemlerine göre sınıflandır ılması gösterilmektedir .

Çizelge 1Taşıtlarda kullanılan alüminyum esaslı parçalar ın şekillendirme yöntemleri ve ağırlıklar ı 28.11.2008


TAŞITLARDA KULLANILAN ALÜMİNYUM ESASLI PARÇALARIN ŞEKİLLENDİRME YÖNTEMİNE GÖRE DEĞERLENDİRİLMESİ

Çizelge 2 Taşıtlarda kullan ılan bazı alüminyum parçalar ve bunlar ın şekillendirme yöntemleri

28.11.2008


11

TAŞITLARDA ALÜM İNYUM ALAŞIMLARININ KULLANIMI • • • • • •

Al ve alaşımlar ı; döküm , levha ve profil halinde taşıt yapımında bir çok parça imalatında kullanılmaktadır. Otomobillerde kullanılan döküm alüminyum alaşımı parçalar bir otomobilin: değişik kutular ı, motor sistemi, çerçeve ve bağlantı elemanlar ı, fren sistemi, enjeksiyon sistemi gibi temel gruplar ında kullanılır. Çizelge 3'te taşıtlarda yaygın olarak kullanılan alüminyum döküm parçalar ve bunlar ın üretildiği alaşımlar gösterilmektedir . Otomobillerde alüminyum döküm parçalar ın en çok kullanıldığı alanlar; motor, vites ve aks sistemleridir . 1998 yılında, bir otomobilde döküm alüminyum kullanımı 70 kg olmuştur. Bunun 32 kg kadar ı motor aksamında, 31 kg kadar ı hareket ve jant sisteminde kullanılmıştır. 2008 yılında bir otomobilde 120 kg alüminyum kullanılması ve bu miktar ın 45 kg kadar ı motor ve vites, 32 kg kadar ı ise jant ve hareket sisteminde olması hedeflenmektedir .

28.11.2008


Çizelge 3 Taşıtlarda yaygın olarak kullanılan Al döküm parçalar

28.11.2008


12

Alüminyum döküm yöntemiyle üretilen baz ı otomobil parçalar ı

Alüminyum döküm yöntemiyle üretilen bazı otomobil parçalar ı a)yağ karteri, b) su pompası kutusu, c) debriyaj kutusu, d) otomatik vites kutusu

28.11.2008


TAŞITLARDA ALÜM İNYUM ALAŞIMLARININ KULLANIMI • • • • • • • •

MOTOR PARÇALARI Motor otomobillerdeki en ağır ünitelerden birisidir. Bu sebeple alüminyum kullanımı ile çok büyük miktarlarda ağırlık tasarrufu potansiyeline sahiptir. Birçok motor alüminyum motor kapa ğına sahiptir ve bazılar ının motor bloklar ı da alüminyumdur (Şekil 1). Motor parçaları genellikle basınçlı dökümle üretilirler ve bu parçalar kutulara göre daha yüksek mukavemet gerektirirler. Motor aksamında bulunan di ğer metalik parçalar mekanik sıkıştırma yöntemi ile yerle ştirilirler. Dizel motorlarda alüminyum kullanımı daha azdır. Çünkü bu motorlar benzin motorlar ına göre daha yüksek mukavemet gerektirirler. Ayrıca dizel motorlarda gürültü çok önemli bir problemdir. 1995 yılından beri BMW, 6 silindirli motorlar ın yeni versiyonlar ını üretmektedir. Dört valf tekni ği, bu 6 silindirli benzinli motorlar ın (silindir hacmi 2-2.8 litre) bir yeni jenerasyonudur. Alüminyum motorlarda silindir başlığı dışında silindir krank karteri de hafif metal ala şımlar ından üretilmektedir. BMW 6 silindirli motorlar 158 kg civar ındad ır. Bu motorun a ğırlığı diğer malzemelerden yap ılmış olanlara göre 31 kg daha hafiftir. Yaln ızca silindir krank karterinde 20 kg a ğırlık tasarrufu yap ılmaktadır. Dört silindirli motorlar uzun zamandan beri İtalya ve İngiltere'de alüminyumdan üretilirken, son y ıllarda Japonya'ya da sıçramıştır. Bu güne kadar Alman otomobil üreticileri bu tip motorlarda dökme demiri tercih ederken, Porsche 911'de silindir krank karterinde ötektik üstü alüminyum döküm ala şımını denemi şlerdir. 1995 yılından beri Ford Fiesta'da 4 silindirli motorlar ın tamamen alüminyum olmas ı alüminyum kar şıtı fikirleri değiştirmiştir. Bu motorlar 1.25 litre silindir hacminde motorlardır (55 KW güç). Bunlar ın motor blo ğu özel kum döküm prosesi ile üretilmektedir. Bu tip motorlarla birlikte tüm seri için bir start noktas ı oluşmuştur. Gelecekte silindir hacminin 1.4 ve 1.7 litreye ç ıkar ılması hedeflenmektedir. Bu motorlar ın motor bloğu ve silindir kapağı Almanya'da döküm yöntemi ile üretilmektedir . Kompleks döküm parçalan için kum döküm yöntemi kullan ılmaktadır. Maça üretiminde maça paketleme sistemi tercih edilmektedir. Tek parçalardan olu şmuş komple kum kalıp, soğuk kutu yöntemi ile kum maçalar otomatik ve sürekli bir i şlemle üretilirler. Maça paketleme sistemi ile garantili ve yüksek ölçü hassasiyetli, uygun maliyetli yüksek kaliteli alüminyum döküm parçalar üretilebilmektedir .

28.11.2008


13

Gelecekte silindir hacminin 1.4 ve 1.7 litreye ç ıkar ılması hedeflenmektedir. Bu motorlar ın motor bloğu ve silindir kapa ğı Almanya'da döküm yöntemi ile üretilmektedir . Kompleks döküm parçalan için kum döküm yöntemi kullan ılmaktadır. Maça üretiminde maça paketleme sistemi tercih edilmektedir. Tek parçalardan olu şmuş komple kum kal ıp, soğuk kutu yöntemi ile kum maçalar otomatik ve sürekli bir i şlemle üretilirler. Maça paketleme sistemi ile garantili ve yüksek ölçü hassasiyetli, uygun maliyetli yüksek kaliteli alüminyum döküm parçalar üretilebilmektedir .

Şekil 1 Yüksek oranda alüminyum kullanılarak üretilmiş yüksek performanslı bir motor

28.11.2008


TAŞITLARDA ALÜM İNYUM ALAŞIMLARININ KULLANIMI AKSLAR • Alüminyumun akslarda kullanımı nispeten daha yenidir. • Çok zor koşullarda işlev gören bu parçada alüminyum kullanımı yüksek mukavemet, hafiflik ve korozyona dayanım sağlamıştır. • Bu uygulamalarda alüminyumun hafifliği aracın sadece genel performansı ve yakıt ekonomisini arttırmakla kalmamakta aynı zamanda titreşim ve gürültüyü de azaltmaktadır (Şekil 2).

Şekil 2 Yüksek oranda alüminyum kullan ılan bir otomobil arka aksı

28.11.2008


14

TAŞITLARDA ALÜM İNYUM ALAŞIMLARININ KULLANIMI JANTLAR • Alüminyum jantlar bir aracın yaylanmayan ağırlığını önemli ölçüde azaltarak yol tutu ş ve hakimiyeti önemli ölçüde artt ır ır. Paslanmaya kar şı hassas değillerdir. Alüminyum jantlar otomobillerde ilk olarak sadece estetik sebeplerle, seçime ba ğlı donanım olarak sunuldu. Günümüzde alüminyum jantlar birçok araçta standart donan ımdır (Şekil 3). •

Şekil 3 Alüminyum döküm yöntemiyle üretilmi ş bir otomobil jant ı

28.11.2008


TAŞITLARDA ALÜM İNYUM ALAŞIMLARININ KULLANIMI ALÜMİNYUM GÖVDE • •

• •

• •

Alüminyum; mukavemet, hafiflik, dayan ıklılık ve mükemmel çarp ışma özellikleri ile uzun zamand ır taşıt gövdelerinde kullan ılmaktad ır. Alüminyum özellikle t ır, otobüs gibi ticari araç gövdelerinde ilk tercih edilen gövde malzemesi durumundad ır. Örnek olarak: Amerika Birle şik Devletleri Posta Servisi'nin açm ış olduğu kamyonet ihalesini 24 yıl gövde ömrü ile alüminyumdan üretilecek bir kamyonet kazanm ıştır . Alüminyum gövde panelleri Son 15 yıl boyunca alüminyum gövde panelleri birçok yüksek adetle seri üretilen araçta kullanılmıştır. Alüminyumun orta sınıf bir sedan arac ın kaputunda kullan ımında %40- 60 arası yani ortalama 11kg lık ağırlık kazanımı gerçekle şmektedir. Bu ağırlık kazanımı, son yıllarda araçlar ı belirli bir ağırlık sınıf ında kalarak kilitlenmeyi önleyici fren sistemi ABS, hava yast ığı gibi yeni özellikleri de ihtiva etmelerine imkan sa ğlamıştır [14]. Alüminyum gövde paneli uygulamalar ında birçok farkl ı alüminyum alaşım kullanılabilmesine kar şın birkaç alaşım bu uygulamalar için daha çekici konumdad ır. Alüminyum gövde uygulamalar ı için üç farklı tip alaşım mevcuttur: Al-Cu ala şımlar ı, Al-Mg alaşımlar ı ve Al-Mg-Si alaşımlar ı.

28.11.2008


15

TAŞITLARDA ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ KULLANIMI • • • •

Alüminyum ekstrüzyon gövde profilleri Alüminyumun bundan önce bahsedilen avantajlar ı ekstrüzyon profiller içinde ayn ı şekilde geçerlidir. Ekstrüzyon yöntemiyle üretilen alüminyum profiller otomotiv gövde yap ılar ında yoğun olarak kullanılmaktadırlar. Dünya otomotiv endüstrisi, alüminyum uzay kafes teknolojisi ile araç gövdesi üretiminde h ızla ilerlemektedir. Uzay kafes metodunda alüminyum ekstrüzyon profiller direk olarak birleştirilerek kullanılabildiği gibi, döküm veya preste üretilmi ş alüminyum parçalara dış panellerin bağlanmas ı yöntemiyle de üretim yapılabilmektedir (Şekil 4). Alüminyum ekstrüzyon gövde profilleri için iki tip ala şım önerilmektedir: 6xxx (Al-MgSi) ve 7xxx (Al-Zn-Mg) serileri. Bunlar ın dışındaki birçok alüminyum alaşımlar ı da ekstrüzyon yapılabilmektedir fakat üretilebilirlik ve performans özellikleri bakımından en iyi sonuçlar ı bu iki alaşım vermektedir

Şekil 4 Alüminyum çarpma kutusu


28.11.2008

ÇİZELGE 4 Alüminyum ekstrüzyon ala şımlar ının mekanik özellikleri

28.11.2008

Alaşım ve ısıl işlem

Gerilme Dayanımı (MPa)

Akma Sınırı (MPa)

50 mm'deki uzama (%)

Kesme Dayanımı (MPa)

Elastisite Modülü (GPa)

6005-T5

305

270

12

200

69

6005AT5

305

270

12

200

69

6061-Tl

150

90

20

100

69

6061-T4

240

145

22

165

69

6061-T6

310

275

12

205

69

6063-T4

170

90

22

105

69

6063-T5

185

145

12

115

69

6063-T6

240

215

12

150

69

7004-T5

400

340

15

220

72

7005T53

395

350

15

225

72

7116-T5

360

315

14

200

70

7029-T5

430

380

15

270

70

7129-T5

430

380

14

270

70


16

Aluminyum Ve Aluminyum Alasimlari

Recommend Documents