Alüminyuma Nasıl ve Neden Alaşım Elementleri Eklenir?

Alüminyuma Nasıl ve Neden Alaşım Elementleri Eklenir?

Alaşımlarınızı Tanıyın: Başarılı Alüminyum Kaynaklarının Anahtarları

Saf alüminyum genellikle yapı uygulamalarında kullanılmaz. Yapısal bileşenlerin üretimine yönelik yeterli mukavemete sahip alüminyum üretmek için alüminyuma başka elementler eklemek gerekir. Peki bu alüminyum alaşımlarına hangi elementler eklenebilir? Bu elementlerin eklenmesi malzemenin performansı üzerinde etki oluşturur mu? Bu alaşımlar hangi uygulamalarda kullanılır?

Saf Alüminyum Neden Yapısal Uygulamalar İçin Uygun Değildir?

Mukavemet özellikleri nedeniyle yapı üretimi için seçilen saf alüminyum (1xxx serisi alaşımlar) nadiren bulunabilir. 1xxx serisi neredeyse saf alüminyum olmasına rağmen özellikle kayda değer miktarda demir ve silikon gibi yabancı madde içeriyorsa gerilim sertleşmesine tepki verir. Bununla birlikte, 1xxx serisi alaşımlar, gerilimle sertleştikleri durumda bile diğer alüminyum alaşımı serilerine kıyasla çok düşük mukavemete sahiptir. 1xxx serisi alaşımlar bir yapı uygulaması için tercih edildiğinde, bunun nedeni çoğunlukla korozyona karşı üstün dirençleri ve/veya yüksek elektrik iletkenlikleridir. 1xxx serisi alaşımlar için en yaygın uygulamalar alüminyum folyo, elektrik baraları, metal kaplama teli ile kimyasal madde tankları ve boru sistemleridir.

Alüminyuma Nasıl ve Neden Alaşım Elementleri Eklenir?

Alüminyuma alaşım elementleri ekleme, çok çeşitli yapısal uygulamalarda kullanılabilen çeşitli farklı malzemeler üretmek için yararlanılan başlıca yöntemdir.

Dövme alaşımlar için kullanılan belirlenmiş yedi alüminyum alaşım serisini düşünürsek her alaşım serisini üretmek için kullanılan ana alaşım elementlerini hemen tespit edebiliriz. Daha sonra daha da ileri giderek bu elementlerin her birinin alüminyum üzerindeki etkilerini inceleyebiliriz. Ayrıca yaygın olarak kullanılan diğer bazı elementleri ve bunların alüminyum üzerindeki etkilerini de ekledik.

Seri Birincil Alaşım Elementi
1xxx Alüminyum: %99,00 veya Daha Fazla
2xxx Bakır
3xxx Manganez
4xxx Silikon
5xxx Magnezyum
6xxx Magnezyum ve Silikon
7xxx Çinko

Alüminyumdaki alaşım elementlerinin başlıca etkileri şunlardır:

Bakır (Cu) 2xxx: Alüminyum-bakır alaşımları genellikle diğer elementlerin az miktarlarda eklenmeleriyle birlikte %2 ile %10 arasında bakır içerir. Bakır, mukavemette önemli artışlar sağlar ve çökelme sertleşmesini kolaylaştırır. Bakırın alüminyuma eklenmesi sünekliği ve korozyon direncini de azaltabilir. Alüminyum-bakır alaşımlarının katılaşma çatlamasına karşı duyarlılığı artmıştır. Sonuç olarak, bu alaşımlardan bazıları kaynaklanması en zor alüminyum alaşımları olabilir. Bu alaşımlar, ısıl işlem görebilen en yüksek mukavemetli alüminyum alaşımlarından bazılarını içerir. 2xxx serisi alaşımlar için en yaygın uygulamalar havacılık, askeri araçlar ve roket kanatlarıdır.

Manganez (Mn) 3xxx: Alüminyuma manganezin eklenmesi, çözelti güçlendirme yoluyla gücü bir miktar artırır. Ayrıca sünekliği veya korozyon direncini önemli ölçüde azaltmadığı halde gerilim sertleşmesini de iyileştirir. Bunlar, yüksek sıcaklıklarda mukavemetini koruyan ve nadiren büyük yapı uygulamalarında kullanılan orta mukavemetli, ısıl işlem yapılamayan malzemelerdir. 3xxx serisi alaşımlar için en yaygın uygulamalar pişirme kapları, radyatörler, klima yoğuşturucuları, evaporatörler, ısı eşanjörleri ve bunlarla ilişkili boru sistemleridir.

Silikon (Si) 4xxx: Alüminyuma silikon eklenmesi erime sıcaklığını düşürür ve akışkanlığı artırır. Alüminyumda yalnızca silikon bulunduğunda ısıl işlem yapılamayan bir alaşım ortaya çıkar. Bununla birlikte, magnezyum ile birlikte, çökelme ile sertleşen, ısıl işlem yapılabilen bir alaşım üretilmiş olur. Sonuç olarak, 4xxx serisinde hem ısıl işlem yapılabilen hem de ısıl işlem yapılamayan alaşımlar bulunmaktadır. Alüminyuma yapılan silikon ilaveleri, döküm üretiminde yaygın olarak kullanılır. 4xxx serisi alaşımlar için en yaygın uygulamalar, alüminyum füzyon kaynağı ve sert lehiminde kullanılan dolgu telleridir.

Magnezyum (Mg) 5xxx: Alüminyuma magnezyum ekleme, katı çözelti güçlendirme yoluyla mukavemeti artırır ve gerilimle sertleştirme özelliğini iyileştirir. Bu alaşımlar, ısıl işlem yapılamayan en yüksek mukavemetli alüminyum alaşımlarıdır, dolayısıyla yapı uygulamalarında yaygın olarak kullanılır. 5xxx serisi alaşımlarla genellikle sac ve plaka, nadiren de ekstrüzyon üretilir. Bunun nedeni, bu alaşımların hızla sertleşmekte zorlanmaları ve bu nedenle ekstrüde edilmelerinin zor ve pahalı olmasıdır. 5xxx serisi alaşımlar için bazı yaygın uygulamalar, kamyon ve tren gövdeleri, binalar, zırhlı araçlar, gemi ve tekne yapımı, kimyasal madde tankerleri, basınçlı kaplar ve kriyojenik tanklardır.

Magnezyum ve Silikon (Mg2 Si) 6xxx: Alüminyuma magnezyum ve silikon eklendiğinde, magnezyum-silisit (Mg2Si) bileşiği elde edilir. Bu bileşik oluştuğunda, 6xxx serisine ısıyla işlenebilirlik özelliği katar. 6xxx serisi alaşımlar kolayca ve ekonomik olarak ekstrüde edilir. Bu nedenle, 6xxx alaşımları çoğunlukla geniş ekstrüzyon şekli seçeneklerinde bulunur. Bu alaşımlar, 5xxx serisi alaşımlarla birlikte önemli bir tamamlayıcı sistem oluşturur. 5xxx serisi alaşımlar plakalar şeklinde kullanılır, 6xxx ise genellikle ekstrüde edilmiş biçimde plakayla birleştirilir. 6xxx serisi alaşımlar için yaygın uygulamalardan bazıları, korkuluklar, tahrik milleri, otomotiv gövde bölümleri, bisiklet kadroları, boru şeklinde bahçe mobilyaları, yapı iskeleleri, takviyeler ila kamyonlar, tekneler ve diğer birçok yapısal üretimde kullanılan desteklerdir.

Çinko (Zn) 7xxx: Alüminyuma çinko eklendiğinde (başta magnezyum ve/veya bakır olmak üzere diğer bazı elementlerle birlikte) en yüksek mukavemete sahip ısıl işlem görebilen alüminyum alaşımları elde edilir. Çinko, mukavemeti önemli ölçüde artırır ve çökelme sertleşmesine izin verir. Bu alaşımlardan bazıları gerilme korozyonu kaynaklı çatlamaya karşı duyarlı olabilir ve bu nedenle genellikle füzyon kaynaklı değildir. Bu serideki diğer alaşımlarda füzyon kaynağında genellikle mükemmel sonuçlar alınır. 7xxx serisi alaşımların yaygın uygulamalarından bazıları havacılık, zırhlı araçlar, beyzbol sopaları ve bisiklet kadrolarıdır.

Demir (Fe): Demir, alüminyumda en yaygın şekilde görülen safsızlıktır ve mukavemette hafif bir artış sağlamak için bazı saf (1xxx serisi) alaşımlara kasıtlı olarak eklenir.

Krom (Cr) Krom, alüminyuma, alüminyum-magnezyum alaşımlarında tane yapısını kontrol etmek ve tane büyümesini önlemek için eklenir. Ayrıca alüminyum-magnezyum-silikon veya alüminyum-magnezyum-çinko alaşımlarında ısıl işlem sırasında yeniden kristalleşmeyi önlemeye yardımcı olur. Krom ayrıca gerilme korozyonu duyarlılığını azaltır ve dayanıklılığı artırır.

Nikel (Ni): Nikel, alüminyum-bakır ve alüminyum-silikon alaşımlarına, yüksek sıcaklıklarda sertliği ve mukavemeti artırıp genleşme katsayısını azaltmak için eklenir.

Titanyum (Ti): Titanyum, alüminyuma temelde tane inceltici olarak eklenir. Eriyikte bor varsa veya büyük ölçüde TiB2 olarak birleştirilmiş bor içeren bir ana alaşım olarak eklenirse titanyumun tane inceltici etkisi artar. Titanyum, kaynak yapısını iyileştirdiğinden ve kaynak çatlamasını önlemeye yardımcı olduğundan, yaygın bir alüminyum kaynak dolgu teline katkısıdır.

Zirkonyum (Zr): Zirkonyum, alüminyuma yeniden kristalleşmeyi engelleyen ince bir ara metalik parçacık çökeltisi oluşturmak için eklenir.

Lityum (Li): Alüminyuma lityum eklemek, mukavemeti ve Young modülünü önemli ölçüde artırabilir, çökelme sertleşmesi sağlayabilir ve yoğunluğu azaltabilir.

Kurşun (Pb) ve Bizmut (Bi): Talaş oluşumuna yardımcı olmak ve işlenebilirliği geliştirmek için alüminyuma kurşun ve bizmut eklenir. Bu serbest işleme alaşımları genellikle kaynaklanamaz çünkü kurşun ve bizmut düşük erime noktalı bileşenler üretir ve katılaşmada zayıf mekanik özellikler ve/veya yüksek çatlak hassasiyeti üretebilir.

Özet

Günümüzde endüstride kullanılan birçok alüminyum alaşımı bulunmaktadır. Şu anda Alüminyum Derneği'ne kayıtlı 400'den fazla dövme alaşım ve 200'den fazla döküm alaşımı mevcuttur. Elbette alüminyum kaynağı sırasında karşılaşılan en önemli hususlardan biri, kaynak yapılacak alüminyum esaslı alaşım türünün belirlenmesidir. Kaynak yapılacak bileşenin ana malzeme türü güvenilir bir kaynaktan temin edilemiyorsa uygun bir kaynak prosedürü seçmek zor olabilir.

Yukarıda belirtilenler gibi farklı uygulamalarda kullanılan en olası alüminyum türüyle ilgili bazı genel kurallar vardır. Bununla birlikte, bir alüminyum alaşımının kimyasına ilişkin yanlış varsayımların kaynak performansı üzerinde çok ciddi etkilere yol açabileceğinin farkında olmak çok önemlidir. Kaynak performansını doğrulamak için alüminyum türünün pozitif olarak tanımlanması ve kaynak prosedürlerinin geliştirilip test edilmesi kesinlikle önerilir.