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

DANIŞMANYard.Doç.Dr. Ramazan SAMUR

İSTANBUL 2006

I

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

II

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 ................................................................................ 1I.2. ALÜMİNYUM VE ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ

TARİHÇESİ …………………………………………………………..3

BÖLÜM II. ALÜMİNYUM VE ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ÖZELLİKLERİ ………………….. 4

II.1 ALÜMİNYUMUN ÜRETİMİ ……...................................................4II.2 KULLANIM ALANLARI …….........................................................6

II.2.1. Ambalaj ……………………………………………………… 7II.2.2. Taşıt Araçları ……………………………………………….. 7II.2.3. Bina Ve Konstrüksiyon …………………………………….. 8II.2.4. Elektrik – Elektronik ………………………………………. 8II.2.5. Mühendislik Uygulamaları ………………………………… 8

II. 3. SAF ALÜMİNYUMUN ÖZELLİKLERİ ………………………. 9II.3.1. Mukavemet Özellikleri ……………………………………...10II.3.2. Fiziksel Özellikleri ……………………………………….…. 11

III

II.3.3. Soğuk Ve Sıcak Şekil Değiştirme ………………………….. 13II.3.4. Kimyasal Özellikleri …………………………………….….. 15II.3.5. Korozyon Özellikleri ……………………………………….. 16

II.4. ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARI ……………………………… 16II.4.1. Alaşım Elementlerinin Alüminyuma ve Alüminyum

Alaşımlarına Etkileri ………………………………………... 17II.4.1.1. Bakır ………………………………………………... 17II.4.1.2. Silisyum …………………………………………….. 18II.4.1.3. Magnezyum ………………………………………….19II.4.1.4. Çinko ………………………………………………...20II.4.1.5. Manganez ……………………………………………20II.4.1.6. Demir ………………………………………………. 21II.4.1.7. Krom ………………………………………………... 21II.4.1.8. Nikel ……………………………………………….. 22II.4.1.9. Titanyum …………………………………………….22II.4.1.10. Zirkonyum ………………………………………… 22II.4.1.11. Fosfor ……………………………………………… 22II.4.1.12 Sodyum …………………………………………….. 22II.4.1.13 Kalay ………………………………………………..22

II.4.2.Dövme Alüminyum ve Alaşımları …………………………...23II.4.2.1. Ticari Saf Alüminyum (lxxx Gurubu) ……………... 24II.4.2.2. Bakır Alaşımları ( 2xxx gurubu) …………………… 25II.4.2.3. Mangan Alaşımlan (3xxx gurubu) …………………. 27II.4.2.4. Silisyum Alaşımları ( 4xxx gurubu) ……………….. 27II.4.2.5. Magnezyum Alaşımları ( 5xxx gurubu) …………… 28II.4.2.6. Silisyum - Magnezyum Alaşımları ( 6xxx gurubu) … 29II.4.2.7. Çinko Alaşımları (7xxx Gurubu) ……………………30II.4.2.8.Alüminyum Lityum Alaşımları ………………………31

II.4.3. Döküm Alüminyum Alaşımları ……………………………. 31II.5. ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ TEMPER GÖSTERGELERİ ……………………………………………….. 34II.6. DÖVME ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMİ …. 36

II.6.1.Yaşlandırılamayan Dövme Alaşımlarının Özellikleri ……. 36II.6.2. Yaşlandırılan Dövme Alaşımlarının Özellikleri ……….…. 42

II.6.2.1. Çözeltiye Alma Safhası ……………………………. 42II.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 ………………………… 48II.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 ………………….... 59II.8. ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARIN KAYNAĞINA GENEL GİRİŞ ………………………………………………………………61

II.8.1. Alüminyum Alaşımlarının Cinsinin Saptanması ………..... 65II.8.2. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağı İçin İlave Metalleri ………………………………………………………66II.8.3. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağı İçin Kullanılan Elektrodlar …………………………………………………… 69II.8.4. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağı İçin

IV

Dekapanlar …………………………………………………. 72II.8.5. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağı İçin Koruyucu Gazlar …………………………………………………………73II.8.6. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynak Kabiliyeti ……….. 75II.8.7. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağında Mukavemet

Özelliklerini Etkileyen Faktörler ………………………….. 82II.8.8. Alüminyum ve Alüminyum Alaşımlarının Kaynağında Dikkat Edilmesi Gereken Konular ………………………… 86

II.9. ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARININ TIG KAYNAĞI ……….88II.9.1. Alternatif Akımla TIG Kaynağı …………………………… 94

II.9.1.1. AC- TIG yöntemi ile kaynakta kullanılan koruyucu Gazlar ………………………………………………. 99II.9.1.2. Gaz Debisi …………………………………………. .99II.9.1.3. İlave metal seçimi ……………………………………99II.9.1.4. Kaynak ağızlarının hazırlanması ………………….... 99II.9.1.5. Ark tutuşturulması ………………………………….. 100II.9.1.6. Ark tutuşturma güçlükleri ………………………….. 101II.9.1.7. İlave metal besleme ……………………………….... 101II.9.1.8. Kaynağın tamamlanması …………………………… 101II.9.1.9. Ön Tavlama ………………………………………… 104II.9.1.10. Elektrod Aşınması ………………………………… 104II.9.1.11. Ekonomi Önlemleri ……………………………….. 104II.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 …………………………………………. 109II.9.2.2. Elektrod seçimi …………………………………….. 109II.9.2.3. Birleştirme tasarımı ………………………………… 110II.9.2.4. Koruyucu Gaz ……………………………………… 110II.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 ……………………………………….. 113III.2. DENEY MALZEMELERİNİN KAYNAK ÖNCESİ ALINAN SPEKTRAL ANALİZLERİ …………………………………….. 113III.3.DENEY MALZEMELERİNİN KAYNAK İŞLEMİ …………... 114

III.3.1 Kullanılan TIG Kaynak Makinesinin Teknik Özellikleri 114III.3.2 Numunelerin Kaynak İşlemi İçin Hazırlanması …………. 115

III.4. DENEY MALZEMELERİNİNİN ÇÖKELTME SERTLEŞTİRME İŞLEMİ ……………………………………... 116III.5. DENEY MALZEMELERİNİN ÇEKME DENEYİ …………… 119III.6 DENEY MALZEMELERİNİN SICAK BAKALİTE ALINMASI ……………………………………………………….. 120III.7 MİKRO SERTLİK DENEYİ ……………………………………. 121

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

V

BÖLÜM IV SONUÇLAR ………………………………….…………….. 123

IV.1 AA2024 NUMUNESİNDEN ELDE EDİLEN SONUÇLAR…… 123IV.1.1. AA2024’ün Mikrosertlik Değerleri(Hv) ………………….. 123IV.1.2. AA2024’ün Çekme Deney Sonuçları ……………………... 124IV.1.3. AA2024’ün Kaynak Metalinden Alınan EDX Sonuçları ... 126IV.1.4. AA2024’ün Ana Metal Bölgesinden Alınan EDX Analizleri ……………………………………………………. 128IV.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 ………………………..130IV.1.5.2 Kaynak Metali SEM Fotoğrafları ……………………131IV.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…………135IV.1.6.2.Ana Metal Işık Mikroskop Fotoğrafları ……………. 136

IV.2. AA6061 NUMUNESİNDEN ELDE EDİLEN SONUÇLAR ……137IV.2.1. AA6061’in Kaynak Metali Mikro sertlik Değerleri(Hv)…. 137IV.2.2. AA6061’in Çekme Deney Sonuçları ………………………. 138IV.2.3. AA6061’in Kaynak Metalinden Alınan EDX Sonuçları … 142IV.2.4. AA6061’in Ana Metalinden Alınan EDX Sonuçları ………144IV.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 ……………………. 146IV.2.5.2 AA6061 Kaynak Metali SEM Fotoğrafları ………….147IV.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 ……….. .151IV.2.6.2 Ana Metal Işık Mikroskop Fotoğrafları ……………. .152

IV.3 AA7075 NUMUNESİNİN DENEY SONUÇLARI ……………….153IV.3.1. AA7075’in Kaynak Metali Mikrosertlik Değerleri(Hv) …..153IV.3.2. AA7075’in Çekme Deney Sonuçları ………………………. 154IV.3.3 AA7075’in Kaynak Metalinden Alınan EDX Sonuçları ….. 158IV.3.4. AA7075’in Ana Metalinden Alınan EDX Sonuçları ……….160IV.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 …………………….. 162IV.3.5.2. AA7075 Kaynak Metali SEM Fotoğrafları ………... 163IV.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 ……….. 167IV.3.6.2. Ana Metal Işık Mikroskop Fotoğrafları …………… 168

VI

BÖLÜM V DEĞERLENDİRME ………………………………………. 169

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

KAYNAKLAR ………………………………………………………………..171

ÖZGEÇMİŞ …………………………………………………………………...173

VII

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

VIII

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

IX

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 Hüseyin AKÇA

X

SEMBOL LİSTESİ

a : Sac Kalınlığı

b1 : Baş Kısmının Genişliği

b2 : İnceltilmiş Kısmın Genişliği

LT : Toplam Numune Uzunluğu

r : Köşe Yarıçapı

k : Isı İletim Katsayısı

XI

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

XII

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

XIII

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 Oranı-

Sıcaklık-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

XIV

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

XV

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

XVI

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

XVII

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

XVIII

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

XIX

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

XX

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

1

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 yaygın kullanım alanına sahiptirler.

2

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].

3

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].

4

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

5

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].

6

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].

7

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].

8

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

9

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 Verilen isim

99.50 – 99.79 Ticari saflık

99.80 – 99.949 Yüksek saflık

99.950 – 99,9959 Süper saf1ık

99.9960 – 99,9990 Aşırı saf1ık

+ 99.9990 Ultra saflık

Alüminyumun genel özellikleri [ 7 ]Sembol

Atom No

Atom Ağırlığı

Kristal Yapısı

Yoğunluğu (25°C)

Ergime Noktası

Yeniden Kristalleşme Sıcaklığı

Buharlaşma Noktası

Isısal Genleşme

Özgül ısısı

Elastik Modül

Kayma Modülü

Çekme Dayanımı

Akma Dayanımı

% Uzama

Kopma Uzaması

Çentik Darbe Tokluğu

Sertlik

Al

13

26.97 g/mol

YMK (a= 4.091 A)

2.7 g/cm3

660 °C

150–300 °C

2450 °C

23 .6 x 1 0.6 (20-100 °C)

0.224 cal/g (100 °C)

7,2

2,7

4-9 kg/mm2

1-3 kg/mm2

60

%30 – 40

10kg/cm2

17 (BHN)

10

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 Döküm Al Hadde Al Isıl işlemli AlÇekme Muk. (Kg/mm2)

Akma Muk. (Kg/mm2)

Uzama (%)

Büzülme(%)

Sertlik (Brinell)

Elastik Modül. (Kg/mm2)

9–12

3–4

18–25

40–55

24–32

18–28

16–24

3–5

60–85

45–60

6000–7000

7–11

5–8

30–45

80–95

15–25

11

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 Çekme Mukavemeti MPa %Uzama99,99 10 45 5099,8 20 60 4599,6 30 70 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

a10–6 K–1

Sıcaklık°C

a10–6 K–1

20 23.0 327 28.277 24.1 427 30.4

127 24.9 527 33.5227 26.5 627 37.3

12

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

k W cm-6 K-1

Sıcaklık°C

kW cm-6 K-1

0 2,36 300 2,3325 2,37 400 2,2650 2,39 500 2,19

100 2,40 600 2,12200 2,37 660 2,08

13

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 ].

14

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 200oC 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].

15

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 Al-

Mg 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.

16

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.

17

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.

18

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.

19

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 uygula-

malarında 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-Mg-

Si” 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.

20

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 alüminyum-

çinko-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<l) Örneğin, %2-8 Zn, 0,5-4 Mg, 0-3 Cu gibi.

Çinko alaşım hazırlamada, "A1-/%25 Zn" ön alaşımı şeklinde ilave edildiği gibi

metalik halde de ilave edilebilir.

II.4.1.5. Manganez

Mn daha ziyade dövme alaşımlarında kullanılır. "Al-Mn" alaşımlarında sertleştirici

başlıca element olduğu gibi, "Al-Cu" "Al-Mg", "Al-Mg-Si", "Al-Zn-Mg"

alaşımlardaki demirin kötü etkisini gidermek içinde kullanılır. Diğer taraftan bazı döküm

alaşımlarında sınırlı olsa da bir miktar bulunur

Manganez, korozyon direncini düşürmeden mekanik özellikleri iyileştirir. %0.75'e

kadar Mn ilavesi, döküm alaşımlarında sertliği arttırır, sünekliği ise azaltır. M,0-2 Mn

içeren alaşımlar da kullanılmaktadır. Bu sistemlerde Fe+Si<0.6 ve Cu<0,2 olmalıdır.

Mn içeren alaşımlarda manganez büyük oranda MnAl6 metaller arası bileşiği halinde

çökelir, mikro yapıda ince ve homojen halde dağılır ise malzemenin deformasyon

kabiliyetini bozmaz bu nedenle deformasyon görecek alaşımlarda manganez, mikro yapıda

aşırı doymuş ana faz içinde mümkün olan en yüksek oranda çözünmüş halde elde edilmeye

çalışılır. Özel tekniklerin gerektirdiği bu sistemler günümüz katılaşma konusu

araştırmacıların üzerinde çokça durduğu bir konudur. Manganez alaşım hazırlamada Al-

%10 Mn içeren ön alaşım halinde ilave edilir.

21

II.4.1.6. Demir

"Al" alaşımlarında genelde demire rastlanır, Ticari bileşimdeki alaşımlarda birinci

empürite elementtir ve daha düşük yüzdelere indirilmeye çalışılmaktadır. Fakat demir

"primer Al" eldesinde cevhere bağlı olarak çalışılmakta sıvı metale geçtiği gibi ergitme ve

alaşımlandırma veya diğer işlemler esnasında kullanılan alet ve ekipmanlardan sıvıya

geçebilir. Diğer taraftan bazı alaşımlarda örneğini "Al-Cu-Ni" alaşımlarına yüksek

sıcaklıktaki mukavemet arttırmak amacıyla, "Al-Fe-Ni" alaşımlarına buhar

sistemlerindeki çalışma sıcaklığındaki korozyonu azalttığı, yeni geliştirilen iletken

malzemelerde iletkenlik özelliğini kaybetmeden mukavemet kazandırdığı için demir ilave

edilmektedir.

Bazı “Al-Mg” alaşımlarına tane küçültücü olarak demir ilave edildiği gibi katı

fazdaki demirin çözünürlüğü “Mg” ilavesi ile azalır. “Mg” aynı zamanda alüminyum–

demir alaşımlarında oluşan primer “ FeAl3” kimyasal bileşiğinin tane boyutunu da düşürür.

II.4.1.7. Krom

Krom, alüminyum içinde çözünürlüğü düşük olan "Cr-Al7", kimyasal bileşiğini

oluşturur. "Cr-Al7" kaba metaller arası bileşiği titanyum, manganez veya demir ile

inceltilebilir.

Krom ahodizasyon işleminde altın sarısı renk verir. %0.15–0.25 arasında krom, "Al-

Zn-Cu" alaşımlarında mukavemeti arttırır. Ayrıca gerilmeli korozyon olasılığı da azalır.

Krom, “Al- %2 Cr” ön alaşımı halinde ilave edilir.

II.4.1.8. Nikel

Nikel yüksek sıcaklıkta malzemeye mukavemet kazandırmak amacı ile ilave edilir.

Nikel içeren "Al" alaşımlarında ısıl genleşme katsayısı düşüktür. Sıvı metale "Al–20 Ni"

ön alaşımı şeklinde ilave edilir.

II.4.1.9. Titanyum

Titanyum, genellikle primer alüminyumda empürite halinde vardır ve cevherden

gelir. Bunun dışında döküm alaşımlarında tane küçültücü olarak kullanılır. Titanyum, "Al-

%5 Ti" ön alaşımı şeklinde ilave edilir.

22

II.4.1.10. Zirkonyum

Zirkonyum, alüminyumda tane küçültücü olarak kullanılır. Ayrıca korozyona engel

olur ve yüksek sıcaklıklarda sürünme mukavemetini arttırır. Sıvı metale "Al-%5 Zr" ön

alaşımı halinde ilave edilir.

II.4.1.11. Fosfor

Fosfor, primer alüminyumda fosfatlı cevherlerden gelir. Ötektik üstü "Al-Si"

alaşımlarında, silisyumlu primer fazın daha küçük ve düzgün dağılmış olarak bulunması

için ilave edilir. Fosforun alüminyumdaki çözünürlüğü ppm mertebesindedir.

II.4.1.12 Sodyum

Sodyum, "Al-Si" alaşımlarında modifikasyon için kullanılır.

Sodyum içeren alüminyum alaşımlarının sünelik ve darbe mukavemetin de yükselme

görülür. Ayrıca sertlikte çok az bir artış olur. Ancak % 0.01 civarındaki “Na” sıcak

yırtılmaya yol açabileceği gibi korozyona karşı direnci de azalır.

II.4.1.13 Kalay

Kalay içeren alaşımlar, yataklar ve kovanlar için geliştirilmiş. Alüminyum döküm

alaşımlarında sıcak yırtılmalar ve korozyon direnci üzerine olumsuz etkileri vardır.

II.4.2.Dövme Alüminyum ve Alaşımları

Dövme alüminyum ve alaşımları dört basamaklı bir sayı ile tanımlanırlar. Binler

hanesindeki rakam ana grubu gösterir (Tablo II.6). 2xxx serisinden 7xxx ana grubuna

kadar her grup en büyük alaşım elementine göre adlandırılır. Mesela 3xxx gurubunda en

önemli alaşım elementi mangandır. Bu adlandırmaya uymayan grup serisi 6xxx serisidir.

Bu guruba giren alaşımlarda hem magnezyum hem de silisyum bulunur. Bu iki element

birleşerek magnezyum silis (Mg2 Si) oluşturur. Tablo II.6'da bazı dövme alaşımlarının tipik

kimyasal bileşimleri verilmiştir. Bu alaşımlardan bazılarının ISO karşılıkları Tablo II.7 de

görülmektedir.

Tablo II.6. Dövme Alüminyum ve Alaşımların ANSI 35.1 Standardına Göre Ana Gurupları [1].

Alüminyum > % 99.00 1XXX Bakır 2XXX Mangan 3XXX Silis 4XXX Magnezyum 5XXX

23

Magnezyum-Silis 6XXX Çinko 7XXX Diğer elementler 8XXX Kullanılmayan dizi 9XXX

Tablo II.7 ANSI Standartlarında Belirtilen Bazı Alüminyum Alaşımlarının ISO (International

Organization For Standardization) Karşıtları [1].

ANSI ISO ANSI ISO1060 A199,6 5056 Al Mg 4,5 Cr 1350 E-Al 99,5 5083 Al Mg 4,5 Mn 0,7 1100 Al 99,0 Cu 5086 Al Mg4

5154 Al Mg 3,5 2014 Al Cu4 Si Mg 5454 Al Mg 3 Mn 2017 Al Cu4 Si Mg 2117 Al Cu2, 5 Si Mg 6061 Al Mg 1 Si Cu 2219 Al Cu 6 Mg 6063 Al Mg 0,7 Si 2024 Al Cu 4 Mg 1 6101 E-Al Mg Si

6262 Al Mg 1 Si Pb 3003 Al Mg 1Cu 6351 Al Si 1 Mg 0,5 Mn 3105 Al Mn 0,5Mg 0,5

7005 Al Zn 4,5 Mg 1,5 Mn 4043 Al Si 5 7049 Al Zn 8 Mg Cu 4047 Al Si 12 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

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].

24

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.

25

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].

26

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

27

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].

28

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].

29

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].

30

Şekil II.17. Al-Mg2Si 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

31

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 Alaşım Ailesi1xx Min. %99,0 Al 2xx Al-Cu 3xx Al-Si-Mg, Al-Si-Cu, Al-Si-Cu-Mg 4xx Al -Si 5xx Al-Mg 7xx Al - Zn 8xx 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.

32

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

No Form % Si % Fe % Cu % Mn % Mg % Zn % Ti356.0 Döküm 6,5–7,5 0,601 0,25 0,35 0,20–0,45 0,35 0,25356.1 İngot 6,5–7,5 0,50 0,25 0,25 0,25–0,45 0,35 0,25356.2 İngot 6,5–7,5 0,20 0,10 0,05 0,30–0,45 0,05 0,20

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

Bileşim % Si % Fe % Cu % Mg % Zn Diğerleri %201.0 <0,10 <0,15 4,6 0,35 - 0,7 Ag, 0,35Mn208.0 3,0 <1,2 4,0 <0,10 < -222.0 <2,0 <1,5 10,0 0,25 < -242.0 <0,7 <1,0 4,0 1,5 < 2,0 Ni319.0 6,0 <1,0 3,5 <0,10 < -355.0 5,0 <0,6 1,25 0,5 < -357.0 7,0 <0,15 <0,05 0,55 < -444.0 7,0 <0,6 <0,25 <0,10 < -512.0 1,8 <0,6 <0,35 4,0 < -713.0 <0,25 <1,1 0,7 0,35 7,5 -851.0 2,5 <0.7 1,0 <0,10 - 6,25 Sn. 0,5 Ni

33

Tablo II.11. Alüminyum Alaşımlarının Toplu Gösterimi [11]ETİBANKETINORM

% Fe % Si % Cu % Mn % Mg % Zn % Ti % Cr % Ni Diğerleriher biri

DiğerleriToplam

ALMANYADIN

ITALYAUNI

INGILTEREBS

ABDAA

ABDASTM

ABDSAE

Etial - 20 0.70 0.40 5.00-6.00 0.30 0.05 0.15 AlCuBiPb P-AC5.5PP-AlCu5,5Pb

FC 1 2011 CB 60 A 202

Etial – 21 0.70 0.50-1.00 3.90-5.00 0.40-1.20 0.20-0.80 0.25 0.15 0.10 0.05 0.15 AlCuSiMN P-AICu4,4SiMnMg

H15L 37 L 151

2014 ER 2014 260

Etial – 22 0.70 0.20-0.80 3.50-4.50 0.40-1.00 0.40-0.80 0.25 0.15 0.10 0.05 0.15 AlCuMg1 P-AICu4MgMn3579

2017 CB 41A 26

Etial – 24 0.50 0.50 3.80-4.90 0.30-0.90 1.20-2.80 0.25 0.15 0.10 0.05 0.15 AICuMg23.1324

P-AICu4,5MgMn

L 97L 98

2024 CG 42A 24

Etial – 30 0.70 0.60 0.05-0.20 1.00-1.50 0.10 0.10 0.05 0.15 AIMnCu P-AIMn1,2Cu M 3 3003 29Etial – 31 0.70 0.30 0.25 1.00-1.50 0.80-1.30 0.25 0.05 0.15 AIMn1Mg1

3.0526P-AIMn1,2Mg

63613004 Er 3004

Mg 11A20

Etial – 43 0.50 0.40 1.60-2.60 0.20 2.60-3.40 6.80-0.00 0.20 0.18-0.35 0.05 0.15 7178Etial – 44 0.50 0.40 1.20-2.00 0.30 2.10-2.90 5.10-6.10 0.20 0.18-0.35 0.05 0.15 AIZnMgCu1.5 PAIZN5,8MgCu

3572DDT

5074A7075 215

Etial – 50 0.70 0.30 0.20 0.20 0.10-1.10 0.25 0.10 0.05 0.15 AIMg1 P-AIMg0.8 N 41 5005 G1BEtial – 51 0.70 0.40 0.20 0.10 1.10-1.80 0.25 0.10 0.05 0.15 P-AIMg1.5 5050 ER 5050 207Etial – 52 0.30 0.20 0.10 0.10 2.20-2.80 0.10 0.15-0.35 0.05 0.15 AIMg2.5 P-AIMg2.5 N - 4 5052 ER 5052 201Etial – 53 0.40 0.30 0.5 0.20-0.60 2.70-3.70 0.20 0.20 0.30 0.05 0.15 AIMg3 P-AIMg3.5 N - 5 5154A ER 5154

GR 40A208

Etial – 60 0.30 0.30-0.70 0.10 0.20 0.40-0.90 0.10 0.10 0.05 0.05 0.15 AIMgSi0.5 P-AIMgSi H 9 6063 GS 10A 212Etial – 61 0.40 0.70-1.30 0.10 0.40-0.80 0.40-0.90 0.10 0.10 0.20 0.05 0.15 AIMgSi1 P-AISi1MgMn H 30 6351Etial – 64 0.20 0.20-0.70 0.20 0.05 0.45-0.90 0.05 0.05 0.05 0.05 0.15 E-AIMgSİ P-AISi0.5Mg 91 E 6463 253Etial – 110 0.80 4.00-6.00 2.00-4.00 0.20-0.60 0.15 0.20 0.30 0.30 0.05 0.15 LM 4 A319

319.0SC 64D 326

Etial – 120 0.50 4.50-6.00 0.10 0.20 0.10 0.10 0.20 0.10 0.05 0.15 AISi5 GD-AISi5Fe LM 18 443.2 B 443443 243 S5A

Etial – 140 0.60 11.50-13.50 0.10 0.40 0.10 0.10 0.15 0.10 0.05 0.15 G-AISi12 G-AISi13 LM 6 A 413.2 A 13Etial – 141 1.10 11.50-13.50 0.20 0.30 0.20 0.10 0.15 0.10 0.05 0.15 GD-AISi12 LM 20 413.2 13

S12C305

Etial – 145 0.60 11.00-13.00 1.20-1.50 0.20 0.80-1.30 0.20 0.10 0.80-1.30 0.05 0.15 G-AISi12.7NiMGCu

LM 13 A 332.1 A132SL122A

321

Etial – 150 1.00 11.00-13.00 1.75-2.50 0.50 0.40 0.70 0.15 0.30 0.05 0.15 GD-AISi12Cu2Fe

Etial – 160 1.00 7.50-9.00 3.00-4.00 0.50 0.30 1.00 0.20 0.20 0.05 0.15 G-AISi8Cu3 AISi8.7CuFe5075

LM 24 A 380.0 380SC84B

Etial – 171 0.50 9.00-10.00 0.10 0.40-0.60 0.30-0.45 0.10 0.15 0.10 0.05 0.15 G-AISi10Mg G-AISi9MnMg A.360.0A 360.2

360SG100B

Etial – 175 0.60 9.00-10.50 2.50-3.50 0.30 0.70-1.20 0.50 0.15 0.30 0.05 0.15 LM 26 F.332 F 132SC 103A

332

Etial – 180 1.00 9.00-11.50 0.70-2.50 0.50 0.30 2.00 0.20 0.50 0.05 0.15 LM 2 A0 3831Etial – 195 0.60 17.00-19.00 0.80-1.50 0.20 0.80-1.30 0.20 0.10 0.80-1.30 0.05 0.15Etial – 220 0.30 0.35 4.00-5.00 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.05 0.15 G-AICu4.5 G-AICu4.5 L 91

L 92 LM295 1C4A

Etial – 221 0.30 0.30 4.00 0.10 0.05 0.10 0.15 0.10 0.05 0.15 GK-AICu4TiG-AICu4Ti

0

33

34

II.5. ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ TEMPER GÖSTERGELERİ

Alüminyum alaşımlarına uygulanan ısıl işlemleri gösteren bir takım göstergeler

mevcuttur. Bu göstergeler Tablo II.12’de kısaca açıklanmıştır [12].

Tablo II.12. TS 1321'e göre, hafif metal alaşımlarına uygulanan ısıl işlemlerin gösterilişi.

M İmal edildiği şekilde

F İşlendiği şekilde

O Yumuşak tavlanmış

H Soğuk biçimlendirme ile sertleşmiş - Yalnız biçimlenebilen mamuller -(H harfinden

sonra daima, temel işlem tipini belirten bir rakam ve soğuk biçimlendirmenin son

durumunu gösteren ikinci bir harf kullanılır.)

Temel işlem tipleri

H1 Soğuk biçimlendirme ile sertleştirilmiş

H2 Soğuk biçimlendirme ile sertleştirilmiş ve kısmi tavlanmış

H3 Soğuk biçimlendirme ile sertleştirilmiş ve stabilize edilmiş

Soğuk biçimlendirme sertleşmesinin son durumu (x harfi, l, 2 ve 3 'ten uygun olanını ifade

eder. Ancak, bazı uygulamalarda bu rakamlar kullanılmadan belirtme yapıldığı da

görülmektedir.)

HxH Tam sertleştirme işlemi

HxD Çekme dayanımı yaklaşık -O- hali ile HxH değerleri arasında

HxB Çekme dayanımı yaklaşık -O- hali ile HxD değerleri arasında

HxF Çekme dayanımı yaklaşık HxD hali ile HxH değerleri arasında

HxJ Çekme dayanımı HxH değerinden çok

T M, F, O ve H 'dan başka ısıl işlem görmüş

(T harfinden sonra daima, işlemlerin belirli sırasını gösteren ikinci bir harf kullanılır.) TA

Yüksek sıcaklıkta biçimlendirmeden sonra, soğutulmuş ve doğal yaşlandırılmış

TB Katı çözülme (Doyurma) ısıl işlemi uygulanmış ve doğal yaşlandırılmış

TC Yüksek sıcaklıkta biçimlendirmeden sonra, soğutulmuş, soğuk biçimlendirilmiş,

doğal yaşlandırılmış

TD Katı çözülme ısıl işlemi uygulanmış, soğuk biçimlendirilmiş ve doğal

yaşlandırılmış

TE Yüksek sıcaklıkta biçimlendirmeden sonra, soğutulmuş ve katı çözülme işlemi

uygulanmış

35

TF Katı çözülme ısıl işlemi ve katı çözülme işlemi uygulanmış

TG Yüksek sıcaklıkta biçimlendirmeden sonra, soğutulmuş, soğuk biçimlendirilmiş ve

katı çözülme işlemi görmüş

TH Katı çözülme işlemi uygulanmış, soğuk işlenmiş ve katı çözülme işlemi uygulanmış

TL Katı çözülme ve katı çözülme işlemi uygulanmış, soğuk işlenmiş

TM Çözülme işlemi uygulanmış ve stabilize edilmiş (dengeleştirilmiş)

TS 1321 'deki gösteriliş Alternatif gösteriliş TS13217deki gösteriliş Alternatif gösterilişM

F

O

H1B, H2B, H3B

H1D, H2D, H3D

H1F, H2F, H3F

H1H.H2H.H3H

H1J,H2J,H3J

TA

H112

F

O

H12, H22, H32

H14, H24, H34

H16, H26, H36

H18, H38, H38

H19, H29, H39

T1

TB

TC

TD

TE

TF

TG

TH

TL

TM

T4

T2

T3

T5

T6

T10

T8

T9

T7

36

II.6. DÖVME ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMİ

Alüminyum alaşımları, "ısıl işlem ile sertleşemeyen" yani yaşlandırılamayan ve ısıl

işlem ile sertleştirilebilen" yani "yaşlandırılabilen" alaşımlar olarak iki gruba ayrılır. Isıl

işlem ile sertleşemeyen alaşımlar soğuk biçimlendirme yöntemleriyle sertleştirilirler.

II.6.1.Yaşlandırılamayan Dövme Alaşımlarının Özellikleri

Yaşlandırma ile sertleştirilemeyen alüminyum ve alaşımlarına ısıl işlem yapılmayan

alaşımlar adı da verilmektedir. Bunlar genellikle yüksek sıcaklıkta ve oda sıcaklığında tek

fazlı olan metallerdir. Bu alaşım elementlerinin yaptığı katı eriyik sertleşmesi ile

mukavemet kazanırlar. Ayrıca bu metallere soğuk şekillendirme ile deformasyon

sertleşmesi ile sertlik kazanırlar.

Şekil II.19. Soğuk Şekillendirmenin 1100, 3003, 5050 ve 5052 Alaşımlarının Mekanik Özelliklerine

Tesiri [1].

Şekil II.19'da 1100, 3003, 5050 ve 5052 alüminyum alaşımlarında soğuk Şekil verme

oranının mekanik özelliklere yaptığı tesirleri görmekteyiz. Bu malzemeler soğuk

şekillendirme öncesi tavlı halde (0 halinde) bulunmaktadır. 1100 alaşımının mukavemeti

çok düşüktür. Mangan içeren 3003 alaşımının mukavemeti biraz daha fazladır.

37

Magnezyumlu 5050 ve 5052 alaşımının mukavemeti daha yüksektir. Yani her alaşım

elementi farklı katı eriyik sertleşmesi yaparak mukavemet arttırır. Ayrıca element oranı da

mukavemet ve süneklik üzerinde etkili olmaktadır. %2.5 Mg içeren 5052 alaşımı, % 1.4

Mg içeren 5050 alaşımından daha fazla mukavemet göstermektedir. Bütün bu metallere

soğuk şekil verme uygulanınca akma ve çekme mukavemeti artarken süneklik

azalmaktadır. Tablo II.13' de yaşlandırılamayan bazı alaşımların mekanik özellikleri

görülmektedir. Soğuk şekil vermenin tesiri ile akma mukavemeti, çekme mukavemeti oranı

ile süneklik azalırken sertlik ve yorulma dayanımı artmaktadır. Yorulma mukavemeti

metal sertliği ile birlikte artış gösterilmektedir [7].

Soğuk şekil verme, yaşlandırılmış malzemelerin mukavemetini arttırırken sünekliğini

azaltır (Şekil II.20). Bilhassa T4 halde olan alaşımlarda akma gerilmesi az oranda soğuk

şekil verme ile arttırılabilir.

Şekil II.20. 6063-T4 ve 6063 T6 Saçlarında Soğuk Şekil Vermenin Mekanik Özelliklere Tesiri [1].

38

Tablo II.13. Bazı Yaşlandırılamayan Alüminyum Alaşımların Mekanik Özellikleri [1]

Alaşım Çekme Mukavemeti

MPa

Akma Mukavemeti

MPa

Uzama%

Sertlik%

Yorulma Mukavemet

MPa1060-0 70 30 43 19 201060-H12 85 75 16 23 301060-H18 130 125 6 35 451100-0 90 35 35 23 351100-H14 125 115 9 32 501100-H18 165 150 5 44 603003-0 110 40 30 28 503003-H12 130 125 10 35 553003-H18 200 185 4 55 703004-0 180 70 20 45 953004-H32 215 170 10 52 1053004-H38 285 250 5 77 1105005-0 125 40 25 28 -5005-H12 140 130 10 - -5005-H19 360 345 3 - -5005-32 140 115 11 36 -5005-34 160 140 8 41 -5083-0 290 146 22 - -5086-0 260 115 22 - -5086-H34 325 255 10 - -5454-0 250 115 22 62 -5454-H32 275 205 10 73 -5457-0 130 50 22 32 -5457-H25 180 160 12 48 -8001-0 110 40 30 - -8001-H18 200 185 4 - -

Soğuk şekil verme sırasında taneler içerisinde bulunan dislokasyonların yoğunluğu

deformasyon oranı ile artar. Bu kayan ve çoğalan dislokasyonlar alt tane sınırını oluşturur.

Dislokasyonlar kayarak çoğalır ve birbirleriyle kesişip düğümler oluşturması kafes

çarpılmalarına ve dislokasyonlar arası gerilmelerin artışına yol açar. Bu durum dislokasyon

hareketinin devam etmesi için daha fazla dış kuvvet gerektirir. Yani deformasyon için

gerekli kuvvetin artması malzemenin sertlik ve akma mukavemetinin arttığını (metal

deformasyon sertleşmesine uğradığını) gösterir. Soğuk şekil verme oranı dislokasyon

yoğunluğu artacağından alt tane sınırı artacak ve alt tane boyutu küçülecektir. Alt tane

küçüldükçe malzeme mukavemeti ve sertliği artacaktır (Şekil. II.21).

39

Şekil II.21. Alüminyum ve Al-Mg Alaşımlarında Alt Tane Boyutunun Sertliğe Tesiri [1 ].

Soğuk şekil verilen alüminyumların dislokasyon yapısı ve mikro yapısı tavlı haline

nazaran daha kararsız haldedir. Soğuk deforme olmuş, soğuk sertleştirilmiş metal

tavlandığında tavlama sıcaklık ve süresine bağlı olarak mikro yapı ve dolayısıyla mekanik

özellik değişimine uğrarlar. Yapılan ısıl işlemi kendine gelme ve yeniden kristalleşme diye

iki grupta inceleyebiliriz [7 ].

Şekil II.22. %60 Soğuk şekillendirilmiş ve 1 Saat Tavlanan Alüminyum Alaşımlarında Yeniden

Kristalleşme Sıcaklıkları [1 ].

40

Düşük sıcaklıklarda tavlanan malzemelerde kendine gelme ve daha yüksek

sıcaklıklarda tavlanan malzemelerde yeniden kristalleşme meydana gelir. Yeniden

kristalleşmenin başlaması iler bitmesi arasında geçen süre tavlama sıcaklığına bağlıdır.

Şekil II.22'de yüksek saflığa sahip ve %60 deforme edilmiş alüminyum alaşımlarında

demir miktarına bağlı olarak yeniden kristalleşmenin meydana geldiği sıcaklık aralığı

görülmektedir. Şekilde görüldüğü gibi alaşım elementleri ve empüriteler yeniden

kristalleşme Üzerinde etkili olmaktadır. Yeniden kristalleşme başlangıç sıcaklığı altında

yapılan tavlamaya kendine gelme tavlaması denir. Şekil II.23' de tavlama sıcaklığı ve

süresinin mekanik özelliklere olan tesiri görülmektedir. Kendine gelme tavlaması ile

(230°C) akma ve çekme mukavemeti biraz azalmakta ve süneklik değişmemektedir.

Yeniden kristalleşme ise mukavemeti azaltırken sünekliliği arttırmaktadır [7 ].

Şekil II.23. Al-%6 Mg Alaşımında Soğuk Şekil Vermeden Sonra Yapılan Tavlamanın Mekanik

Özelliklere Tesiri [1].

Tane sınırları kristal hata bölgeleridir. iri taneli yapı ince taneli yapıya nazaran tane

sınır uzunluğu az, iç hataları az ve dolayısıyla iç enerjileri azdır. İdeal şartlarda bir metalde

en az enerji tek kristalli haldir. Tavlama sıcaklığı yeniden kristalleşmenin Üzerine

çıkarıldıkça (Şekil II.24) ve bu sıcaklıkta ısıtma süresi uzadıkça taneler büyür. Tane

41

büyümesi, komşu taneler arasındaki tane sınırının ilerlemesi ile gerçekleşir. Komşu

tanelerden tane sınır sayısı fazla olan tanenin sınırı tane sınır sayısı daha az olan taneye

doğru ilerler. Bunu sonucunda bir tane yok olurken, diğeri büyüme gösterir (Şekil II.25) [7

].

Şekil II.24. Tavlama Sıcaklığının Yeniden Kristalleşmiş Tane Boyutu Üzerindeki Tesiri [1 ].

Yeniden kristalleşme ile çok iri tane iki şekilde elde edilir. (1) Kritik minimum

deformasyon ile yüksek sıcaklıkta tavlaması. (2) Yeniden kristalleşme sıcaklığının çok

üzerindeki bir sıcaklıkta fazla deforme edilmiş malzemeyi tavlamak. Saf alüminyumda

tavlama sıcaklığı - soğuk şekil verme oranı - final tane boyutu arasındaki ilişki Şekil

II.26’da görülmektedir. % 6 civarındaki kritik deformasyon ve yüksek tavlama sıcaklığı ile

yüksek deformasyon oranı çok iri tane teşekkülüne sebep olmaktadır.

Şekil II.25. Tane Sınırı Hareketiyle Tane Büyümesi [1 ].

42

Şekil II.26. (a) Sabit Sürede Tavlanan Saf Alüminyumda Deformasyon Oranı-Sıcaklık-Tane Boyutu

İlişkisi (b) 630 ºC Tavlamasının Tane Boyutuna Tesiri [1 ].

II.6.2. Yaşlandırılan Dövme Alaşımlarının Özellikleri

Yaşlandırma ısıl işlemi üç safhada gerçekleştirilir. Çözeltiye alma, su verme ve

yaşlandırma safhası. Aşağıda bu safhalar detayla açıklanmıştır [7 ].

II.6.2.1. Çözeltiye Alma Safhası

Şekil II.27'de Al-Cu alaşımlarında yaşlandırılan bileşimler ve bunlara uygulanan

çözeltiye alma ısıl işlem aralığı görülmektedir. Çözeltiye alma ısıl işleminin amacı

çözünebilen elementleri mümkün olduğu kadar ana metal içerisinde çözündürmek ve

43

mümkün olduğu kadar kimyasal homojenlik elde etmektir. Bunun için metal uygun bir

sıcaklığa ısıtılır ve bu sıcaklıkta uygun süre tutulur. Isıtma sıcaklığı metalin kimyasal

bileşimine bağlı olarak değişir Tablo II.14'de bazı alaşımların çözeltiye alma sıcaklıklarını

görmekteyiz. Ticari alaşımlar ±6°C sıcaklık aralığı ile ısıtılır. Bu ısıtma sırasında kısmı

ergimenin meydana gelmemesine dikkat etmek gerekir. Kısmi ergime meydana gelirse

metalin mukavemet, süneklik ve kırılma tokluk özellikleri düşer [ 7].

Şekil II.27. Yaşlandırılan Al-Cu Alaşımlarının Çözeltiye Alma ve Çökelme Isıl İşlem Aralıkları İle

Tavlama Sıcaklığı Aralığı [1 ].

Tablo II.14. Bazı Ticari Yaşlanan Alaşımların Çözeltiye Alma ve Çökelme Isıl işlem Sıcaklıkları [1].

AlaşımÇözeltiye alma

sıcaklığı, ºCTemper göstergesi

Çökelme Sıcaklığı, ºC Süresi, saat

2011 525 T8 160 142219 535 T6 190 262024 495 T6 190 92014 500 T6 160 182090 540 T83 165 242091 530 T84 120 246061 530 T6 160 186262 540 T6 170 87001 465 T6 120 247075 480 T6 120 24Şekil II.27'deki Al-Cu denge diyagramından faydalanarak çözeltiye alma işleminin

detayına girelim. Ötektik %5.65 Cu bileşimindedir. Bu işlemin altında kalan Al-Cu

alaşımları tek fazlı bölgeye ısıtılarak çözeltiye alınır. %5.65’den daha fazla bakır içeren

44

alaşımlara da yaşlanma yapılmaktadır. Bu alaşımlarda tek fazlı bölgeye ısıtma imkânı

yoktur. Bu alaşımlar ötektik sıcaklığına yakın sıcaklıklara ısıtılır. Mesela Al-Cu ötektik

sıcaklığı 548°C'de çözeltiye alınır. Tek fazlı bölgeye ısıtılan alaşımlarda da ısıtma aralığı

çok dar olmaktadır. Çözeltiye alma sıcaklığı düşürülürse çözünen element miktarı

azaldığından çökelme safhasında elde edilen sertlik düşük olur. Mesela 2024 alaşımı için

tavsiye edilen çözeltiye alma sıcaklığı 495°C'dir. Farklı çözeltiye alma sıcaklığının

mukavemete tesiri Tablo II.15'de görülmektedir. Çözeltiye alma sıcaklığı düştükçe

yaşlandırılmış metalin akma ve çekme mukavemetleri azalmaktadır [7 ].

Tablo II.15. Çözeltiye Alma Sıcaklığının 2024-T4 Saçı Mukavemet Özelliklerine Tesiri [ 1].

Çözeltiye alma sıcaklığı, ºC

Çekme mukavemeti,MPa

Akma mukavemeti,MPa

496 441 271493 433 269491 422 259488 419 255

Çözeltiye alma sıcaklığı kadar çözeltide tutma sıcaklığı da önemlidir. Çözeltide

tutma sıcaklığında çözünebilir partiküllerin çözünmesi ve atomların yayınarak kimyasal

homojenliğin sağlanması için yeterli süre verilmelidir. Bu süre parça kalınlığı ve ısıtma

ortamına bağlı olarak değişir. Tablo II.16'da tavsiye edilen çözeltiye alma sıcaklıkları

görülmektedir. Isıtma işlemi havalı fırınlarda ve tuz banyolarında yapılır [7].

Tablo II.16. Dövme Alüminyum Alaşımları İçin Önerilen Çözeltiye Alına Süresi ve Su Verme Öncesi

Müsaade Edilen Maksimum Gecikme Süresi [1 ].

Parça kalınlığı MmHavalı fırın

DakikaMinimum Maksimum

Tuz banyosuDakika

Minimum Maksimum

MaksimumGecikmeSaniye

≤ 0,41 20 25 10 15 50,51 20 30 10 20 70,81 25 35 15 25 71,02 30 40 20 30 101,35 30 40 20 30 101,80 35 45 25 35 102,03 35 45 25 35 102,54 40 55 30 45 153,18 40 55 30 45 154,06 50 60 35 45 156,35 50 60 35 45 15

> 6,35–12,7ilave 12,7mm için

+30 +30 +20 +20 15

45

Çözeltiye alma ısıl işleminden önce alaşıma uygulanan soğuk şekil verme oranı

çözeltiye alma sırasında oluşan tane boyutu etkilidir. Genel olarak soğuk şekil verme oranı

arttıkça taneler küçük kalır. Düşük deformasyon oranlarında genellikle % 15'den az

şekillendirmelerde, tane irileşmesi meydana gelir. Bu durum yaşlandırma sonrası

özellikleri etkiler. Bu nedenle sertleştirilecek parçaların soğuk şekil verilme oranları

kontrol altında tutulmalıdır.

II.6.2.2. Su Verme Safhası

Su vermenin amacı çözeltiye alma safhasında oluşan mikro yapının oda sıcaklığına

aynen getirmektir. Bunun için çözeltiye alma sıcaklığından oda sıcaklığına kadar parça

hızla soğutulur, su verilir. Su verme sonucunda aşırı doymuş mikro yapı elde edilir. Mesela

%4 Cu içeren Al-Cu alaşımı 550°C'de çözeltiye alınınca mikro yapı tamamen α olur (Şekil

II.10). Bu sıcaklıktan su verilince oda sıcaklığında da α içerisinde bakır çözünürlüğü %0.1

civarındadır. Su verme ile %4 Cu içeren α mikro yapısı elde edilmiştir.

Bu mikro yapıda çözünürlük limitinin çok Üzerinde bakır oranı mevcut olduğundan

elde edilen yapı bakıra aşırı doymuş yani yarı kararlı bir mikro yapı olmuş olur. Su verme

sonrasında noktasal kafes atom boşluk oranının yüksek olması sağlanır. Şekil II.28'de saf

alüminyumda kafes atom boşluğunun sıcaklık ile değişimi görülmektedir. Sıcaklık artıkça

atomsal hata yoğunluğu artmaktadır. Su verme sonucunda yüksek sıcaklıktaki noktasal

hata oranı oda sıcaklığında da korunmuş olur [7].

Şekil II.28. Saf Alüminyumda Noktasal Atom Boşluğunun Sıcaklık İle Değişimi [1 ].

46

Su verme safhasında ne kadar yüksek hızda su verilirse çökeltme işlemleri

sonucunda elde edilen mukavemet ve mukavemet ile tokluk kombinasyonu o oranda

yüksek olur. Su verme şiddeti arttıkça parçanın korozyon direnci ve gerilmeli korozyon

çatlama direnci o kadar yüksek olur. Su verme hızının artması iş parçasında oluşan kalıntı

gerilmeleri ve çarpılma riskini arttırır. Ayrıca parça kalınlığı arttıkça su vermede elde

edilebilen maksimum su verme şiddeti azalır. Bütün bu nedenlerden dolayı su verme

ortamlarını ve bunların iş parçası özellikleri üzerindeki etkilerini iyi bilmemiz gerekir [7 ].

II.6.2.2.1. Su verme ortamları ve soğuma hızı

Su verme ortamı olarak genellikle su, hava ve su karışımlı ortamlar kullanılır. Ya iş

parçası su ortamına daldırılır veya iş parçası üzerine (su, hava vb.) püskürtülür. Ortamın

cinsi, sıcaklığı ve hareket hızı su verme ortamını etkiler. Şekil II.29'da su sıcaklığının ve

parça kalınlığının soğuma hızı üzerindeki tesirini görmekteyiz. Hava en yavaş soğutma

ortamı olmaktadır. Su sıcaklığı kaynama sıcaklığından (100ºC) itibaren azaldıkça soğuma

hızı artmaktadır. Parça kalınlığı arttıkça soğuma hızı yavaşlamaktadır [7 ].

Şekil II.29.Çözeltiye Alınan Alüminyum Alaşımı Levha ve Saçlara Su Verildiğinde Parça Merkez

Hattında Ortalama Soğuma Hızı [1 ].

Su verilecek parçaları, çözelti ye alma fırınında ısıtılmasından sonra manuel veya

mekanik olarak fırından alınır ve su verme sistemine taşınır. Bu transferde geçen sürenin

maksimum sınırı Tablo II.16'da görülmektedir. Parçanın fırından çıkarılıp, su vermenin

47

başlamasına kadar geçen süre maksimum gecikme süresinden daha az olmalıdır. Su verilen

parçaların yüzey özellikleri soğuma hızını etkilemektedir. Yüzeyi temizlenmiş, kumlanmış

parçalarda soğuma hızı çok düşüktür. Yüzeyde mevcut olan ince oksit tabakası soğuma

hızını arttırmaktadır [ 7].

II.6.2.2.2. Kritik Sıcaklık Aralığı

Çökeltme ile sertleştirilen alaşımlarda çökeltme yapılan mikro yapıdaki aşırı

çözünürlük oranı ve difüzyon hızı çok önemlidir. Bu iki faktör sıcaklık ile değişir.

Çökelme sıcaklığı azaldıkça aşırı çözünürlük oranı ve difüzyon hızı azalır. Şekil II.30'da

C1 kimyasal bileşiminde ve CS solvüs egrisi olan bir alüminyum alaşımı görmekteyiz.

Çözeltiye alma işleminden sonra mikro yapıdaki aşırı çözünürlük oranı ( C1-CS) Şeklinde

S eğrisi ile gösterilmiştir. Sıcaklık azaldıkça S artmaktadır. D harfi ise alaşım elementi

atomlarının alüminyum matris içerisindeki difüzyon hareket hızını gösterir. Sıcaklık

düştükçe atom yayınma hızı azalır. P harfi ise çökelme hızını göstermektedir. Düşük ve

yüksek sıcaklıklarda çökelme hızı düşüktür. Orta sıcaklıklarda ise etkin olma faktörler

uygun hale geldiğinden çökelme hızı artar.

Yüksek sıcaklıklarda çökelti çekirdek oluşumu çok yavaştır. Bu sıcaklıklarda

atomların yayınması fazla olsa da aşırı çözünmüş atom oranı çok az olur. Bu nedenle

çökelme hızı çok yavaştır. Düşük sıcaklıklarda ise difüzyon hızı çok düşük olduğundan,

yüksek aşırı çözünme oranına rağmen çökelme hızı yavaş olur. Orta sıcaklıklarda etkin

faktörler maksimum çökelme hızını verir. Netice olarak eşit miktarda çökelti oluşturmak

için gerekli sıcaklık ve süreler C şeklinde bir eğri oluşturur.

48

Şekil II.30. Çökelme Hızını Tayin Eden Faktörler Üzerinde Sıcaklığın Etkisi [1 ].

Şekil II.31’de bazı alaşımların C eğrisi görülmektedir. Bu diyağramda belli bir

mukavemet seviyesini elde etmek için yeteri kadar çökelmenin meydana geldiği sıcaklık

süre kombinasyonu görülmektedir. Bu C eğrileri her alaşımın belli bir mukavemet değeri

için gerekli yaşlandırma şartlarını verir.

Şekil II.31. Maksimum Çekme Mukavemetinin %95 Değerine Ulaşmak İçin Bazı Alüminyum

Alaşımlarında Çökelme Safhasında Zaman - Sıcaklık ilişkisi [1 ].

Birçok alüminyum alaşımlarında yaşlanma sonrası elde edilen mukavemet Üzerinde

su verme hızının etkisi ortaya çıkarılmıştır (Şekil II.32). Bu eğrileri ortaya çıkarmak için

49

farklı kalınlıktaki parçalara, farklı ortamlarda su verilerek kritik sıcaklık aralığından farklı

soğuma hızları elde edilmiştir. 400–290 ºC sıcaklıkları arası soğuma süresi alaşımların

çekme mukavemeti değeri üzerinde etkili olmaktadır. Bu sıcaklıklar kritik sıcaklıklar

arasındadır [7]. C eğrilerinin dirsek noktası en yüksek çökelme hızının olduğu bölgeyi

gösterir, yani bu bölge kritik sıcaklık aralığını gösterir.

Şekil II.32. Su Verme Sırasında Soğuma Hızına Bağlı Olarak Yaşlandırılan Alaşımlarda Çekme

Mukavemetinin Değişmesi [1 ].

II.6.2.3. Çökeltme (Yaşlandırma) Safhası

Aşırı doymuş ve yarı kararlı su verilmiş mikroyapı oda sıcaklığında bekletil-

diğinde veya daha yüksek sıcaklığa ısıtıldığında matris içerisinde çökelmeler meydana

gelerek mikroyapı daha kararlı hale gelir. Çöken partiküller ile matrisin ara yüzey yapısına

bağlı olarak partiküller tam uyumlu, yarı uyumlu ve uyumsuz olarak adlandırılırlar (Şekil

II.33 ). Uyumlu ve uyumsuz tabiri partikül atom diziliş sırasının matris atom diziliş sırası

ile olan ilişkisine bağlıdır. Uyumlu durumda atomların dizilişi hem partikül hem de

matriste aynı şekildedir. Uyumlu partiküller etrafındaki matris elastik olarak şekil

değiştirmiştir. Yarı uyumlu partiküllerin bir sınırı matris ile uyumlu olurken diğer sınırlar

yarı uyumlu ve hatta uyumsuz olabilir. Uyumsuz partiküllerin hiçbir tane sınırı ile matrisin

atom dizilişi arasında benzerlik yoktur. Al-Cu alaşımlarında G.P zon (bölge), θ’’, θ’ ve Cu

Al2 partikülleri çökertilir. Bu partiküllerden G.P. zonları ile θ’’ tam uyumlu, θ’ yarı uyumlu

ve Cu Al2 uyumsuz karakterdedir.

50

Şekil II.33. (a) Tam Uyumlu, (b)Yarı Uyumlu, (c) Uyumsuz Partiküllerin Matris ile ilişkisi [1 ].

Şekil II.34'da su vermeden sonra yaşlanma gösteren A-B ikili denge diyagramında

çökelen partiküllerin türleri görülmektedir. Su verilerek oda sıcaklığında aşırı doymuş α

matrisi içerisine G.P. bölgeleri, β ve β partikülleri çökelmektedir. Bu partiküllerden, β

taneleri kararlı olurken β ve G.P. zonları yarı kararlı partiküllerdir. Bu partiküllerin

oluşumunda sıcaklık ve tutma süresinin tesirini Şekil II.35'de görmekteyiz. Düşük

sıcaklıkta G.P. bölgeleri oluşmaktadır. Kararlı, β partikülleri ise yüksek sıcaklıkta

oluşmaktadır. Şekil II.36' de ise Al- Cu sisteminde çökelen partiküller görülmektedir.

Şekil II.34. Farklı Çökelti Taneleri Gösteren A-B İkili Alaşım Sistemi [ 1].

51

Şekil II.35.Yaşlandırılan Aşırı Doymuş Matriste G.P. Bölgeleri. β' ve β Partiküllerinin Oluşumu

Sıcaklık ve Süreleri [ 1].

Şekil II.36. Al- Cu Sisteminde Çökelen Partiküller [1 ].

Su verilen aşırı doymuş mikro yapıdaki malzeme oda sıcaklığında veya biraz daha

yüksek sıcaklıklara ısıtıldığında çözünen atomlar kafes atom boşluklarından faydalanarak

matrisin içersinde dağılımlarını değiştirirler. Bu olay Şekil II.37'de Al-Cu sisteminde

şematik olarak gösterilmiştir. Şekil II.37'de siyah atomlar Cu ve içi boş atomlar Al

atomlarını ifade etmektedir. Su verilmiş haldeki aşırı doymuş mikro yapıda Cu atomları, Al

atomları içersinde rast gele dağılmıştır. Düşük sıcaklıkta ısıtma ile bakır atomları hareket

ederek matriste bir ince şerit oluştururlar. Bu oluşan ince kümeye Guinier Preston (G.P.)

zonu (bölgesi) adı verilir. G.P. zonunun kristal yapısı ile matrisin kristal yapısı aynıdır. Bu

nedenle G.P. zonu matris ile tam uyumludur. Oluşan G.P. bölgesi çevresindeki matrisin

birkaç atomluk kalınlığında, yani küçük bir alanda elastik şekil değişimi meydana gelir.

G.P. zonları büyüklüğü ve şekli kimyasal bileşime ve çökelme sıcaklık ve süresine

bağlıdır. Al-Cu G.P. zonu ince lamel halinde iken Al-Zn alaşımlarında oluşan G.P. zonu

52

küreseldir. Zonun boyutları 10–100 A0 mertebesinde olur. Yaşlandırma, çökeltme süresi

uzadıkça G.P. zonlarının boyutu artar (Şekil II.38). G.P. zonu yarı kararlı bir fazdır.

Yaşlandırma sıcaklığı ve süresi artırılınca (Şekil II.35) bu çökeltiler çözünür veya yeni

partiküller oluşur ( Şekil II.37) [ 7].

Şekil II.37. Al-Cu Yaşlandırılan Alaşımlarda G.P: Zonu, θ”, θ’ ve θ’ Çökelti Oluşumu [1 ].

53

Yaşlan

ma

süresi,

dakika

Şekil

II.38. Al

– 6,8 Cu Alaşımlarında Oda Sıcaklığında G.P. Bölge Yarıçapının Zaman ile Büyümesi [ 1].

Çökeltme sıcaklığı yüksek olursa G.P. zonu oluşmadan yarı kararlı veya kararlı

partiküller çöker Şekil II.37'de Al-Cu alaşımında Cu atomlarının yayınması ile oluşan

çökeltiler görülmektedir. Çökelecek partikül miktarı levye kaidesi yardımı ile denge

diyagramından hesaplanır. Alaşımın bileşimi ve denge diyagramının solvüs eğrilerinin

şekli biliniyorsa çökelecek partikül miktarı kolayca hesaplanır. Bütün partiküller çözünme

bitene kadar çöker. Çökelme işlemi bitince partiküllerin irileşmesi başlar. Partiküller

büyüdükçe partikül- matris ara yüzeyi azalması büyümeyi teşvik eder. Herhangi bir

çökelme sıcaklığında küçük partiküller çözünür ve atomlar matriste yayınarak büyüdükçe

partiküllerin daha fazla büyümesini sağlarlar. Bu olay Şekil II.39'da görülmektedir. Bu

tane irileşmesine aşırı yaşlanma denir [ 7].

II.6.2.3.1. Yaşlandırma işlemi

Yaşlandırma işlemi yapılış sistemine göre üç değişik şekilde tanımlanır. Bunlardan

ilki, oda sıcaklığında yaşlandırma (tabii yaşlandırma); su verilen ve aşırı doymuş mikro

yapı oda sıcaklığında tutulduğunda G.P. zonları oluşur. Bu zonların oluşumu için alaşım

bileşimine göre belli bir süre gereklidir. 2xxx serisi alaşımlardan tabii yaşlananlar dört beş

günde sertleşirken 7xxx alaşımları çok uzun süre içerisinde sertleşirler.

Zon

yar

ı çap

ı ْA

54

Şekil II.39. Suni Yaşlanma Sırasında Zamanın Çökelme Oluşumu ve Çökelen Partikül Boyutu

Üzerindeki Tesiri [1 ].

Yaşlandırmanın ikinci şekli ise suni yaşlandırmadır. Suni yaşlandırma genellikle

115–190ºC sıcaklık arasında 5–48 saat süre ile yapılan yaşlandırma işlemidir. Suni

yaşlandırmada sıcaklık - süre kombinasyonunun çok dikkatli seçilmesi gerekir. Çökelen

partiküllerin türü, boyutu ve dağılım yoğunluğu (partiküller arası mesafe) yaşlandırma ısıl

işleminin parametrelerine bağlıdır. Oluşan mikroyapı mekanik özellikleri direkt olarak

etkiler. Optimum parametreler, optimum partikül büyüklüğünü ve dağılım yoğunluğunu

sağlar.

Genellikle T6 ısıl işlemi metalin T4 haline nazaran daha mukavemetli ama daha az

sünek özelliğe sahip bulunur. Aşırı yaşlanma ile akma ve çekme mukavemeti azalırken

süneklikte cüzi artış meydana gelir. Suni yaşlandırma sırasında metalin korozyon direnç

özellikleri de göz önünde bulundurulmalıdır. Bazı alaşımlarda biraz aşırı yaşlanmış

mikroyapının korozyon direnci çok yüksek olur. Biraz aşırı yaşlanmış mikroyapı 7xxx

alaşımlarının yorulma mukavemetini de arttırır.

Yaşlanmanın üçüncü şekli ise, termomekanik yaşlandırmadır. Burada, çözeltiye

alınan metale soğuk veya ılık olarak şekil verme uygulanarak çökelme olayı etkilenir.

Plastik şekil verme yaşlandırma işleminin öncesinde, sonrasında veya sırasında

uygulanarak T3, T8 ve T9 halleri elde edilir. Su verme sonrası yapılan plastik deformasyon

55

bazı alaşımların çökelme sertleşme hızını ve miktarını etkilerken bazı alaşımlarda etkili

olmaz. 2xxx serisi alaşımlardan bilhassa 2014, 2124 ve 2219 alaşımları su verme sonrası

uygulanan soğuk şekil vermeden etkilenirler. Bu metallerde soğuk Şekil verme çökelti

çekirdekleşmesini teşvik eder [7 ].

II. 6.2.3.2 Yaşlanmış Metalin Özellikleri

Yaşlanma sertleşmesi yapılan bir metalde ısıtma süresinin malzeme özellikleri

üzerindeki etkisi Şekil II.40’ da görülmektedir. Su verilmiş haldeki metalin mukavemeti

düşük ve sünekliği yüksektir. Yaşlanma ile mukavemet artarken süneklik düşmektedir.

Aşırı yaşlanma ile mukavemet azalırken süneklik ve elektrik iletkenliği artmaktadır.

Şekil II.40 Yaşlanma süresinin metal özelliklerine etkisi

Her ısıtma sıcaklığı ve ısıtma süresinde elde edilen en büyük sertlik için optimum

nokta vardır. Mesela 240°C’de 2 saat ısıtma halinde 84 Vickers en büyük sertlik değerine

ulaşır. 130°C’de gün ısıtma yaparsak, 123 Vickers en büyük sertlik değerine ulaşırız. Her

yaşlanma ısıl işleminde en büyük sertlik değerinden sonra ısıtma devam ederse aşırı

yaşlanma meydana gelir ve sertlik düşer. Isıtma sıcaklığı ne kadar düşük olursa elde edilen

sertlik o kadar büyük olur ama ısıtma süresi uzun olur. Bu nedenle her metalde enerji

sarfiyatı ve sertlik artışı beraber düşünülerek optimum yaşlanma sıcaklığı ve süresi seçilir

[7]. Çökeltiler dislokasyonların hareketini engellemesi ile sertlik ve mukavemetin

artmasına sebep olur. Bu sertleşme üç sebeple meydana gelir.

56

1- Elastik gerilme alan sertleşmesi: Partikül çevresindeki matrisde oluşan elastik

şekil değişim bölgesi dislokasyonları engellemesi. Tam uyumlu ve yarı uyumlu

partiküller komşu matriste elastik şekil değişimi ve elastik gerilme alanı

oluşturmaktadır. Bu alan içerisinde dislokasyonları ilerletmek için daha yüksek

gerilmeye ihtiyaç vardır.

2- Kimyasal sertleşme: Kayan dislokasyonların G.P. zonları keserse partikül

matris ara yüzeyi artar. Bu nedenle dislokasyon hareketi zorlaşır (Şekil II.41 ).

Şekil II.41. Kayan bir dislokasyonunun çökeltileri kesmesi [1].

3- Dislokasyon kuşatması: Dislokasyonların partikülleri kuşatması sonucu olan

sertliktir. Sert ve kayma modülü yüksek olan partiküller kayan dislokasyonlar

tarafından kesilmezler. Kayan dislokasyonlar bu partiküller tarafından

engellenir. Bu engeli aşmak için dış kuvvet arttırılır ve partiküller arasında

dislokasyon eğilme yapar. Dislokasyonlar kayarken partiküller etrafında bir

dislokasyon halkası oluşturur (Şekil II.42) [ 7].

Şekil II.42. Kayan Dislokasyonların Kesemediği Partikül Engelini Aşması [1 ].

Çökelme işleminin metal sertleşmesi üzerindeki tesiri çökelti türüne, bunların şekil, biçim,

dağılım yoğunluğu ve matris ile uyumuna bağlı olarak büyük farklılıkgösterir.

Bazı yaşlandırılan alüminyum alaşımlarının mekanik özellikleri aşağıdaki tablodadır.

Tablo II.17. Bazı Yaşlandırılan Alüminyum Alaşımların Mekanik Özellikleri [1 ].

57

AlaşımÇekme

MukavemetiMPa

AkmaMukavemeti

MPa

Uzama%

SertlikBHN

YorulmaMukavemeti

MPa

2014 – 0 185 95 18 45 90T4 425 290 20 105 140T6 485 415 13 135 1252219 – 0 170 70 18 - -T42 360 185 20 - -T3l 360 250 17 100 -T37 395 315 11 117 -T62 415 290 10 115 105T81 455 350 10 130 105T87 475 395 10 130 1052024 – 0 185 75 20 47 90T3 485 345 18 120 140T361 495 395 13 130 125T4 470 325 20 120 140T851 485 450 6 128 125T861 515 490 6 135 1256063 – 0 90 50 - 25 55Tl 150 90 20 42 70T4 179 90 22 - 70T5 185 145 12 60 70T6 240 215 12 73 70T83 255 240 9 82 -T831 205 185 10 70 -

II.7. DÖKÜM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMİ

Döküm alaşımlarıda dövme alaşımları gibi yaşlandırılabilenler ve

yaylandırılamayanlar diye iki guruba ayrılır. Yaşlandırılamayan alaşımlar ya döküldükleri

halde (F halinde) veya tavlanmış (O halinde) kullanılır. Yaşlandırılabilen alaşımlar ya

tavlanmış (O halinde) veya çözeltiye alınıp, su verilmiş ve çökertilmiş (T4, TS, T6 veya

T7) halinde kullanılır. Yaşlanma mekanizması tamamen dövme alaşımları ile ayrılır. Tablo

II.18'de bazı yaşlandırılabilen alaşımların ısıl işlem reçetesi verilmiş ve bazı döküm

alaşımlarının mekanik özellikleri Tablo II.19’da gösterilmiştir [ 7].

Tablo II.18. Yaşlandırılan Bazı Döküm Alaşımlarında Isıl İşlem Reçetesi [ 1]

Alaşım Hal Çözeltiye almaSıcaklık ºC Süre-Saat

ÇökeltmeSıcaklık ºC Süre-Saat

201.0 T4 525 16 23 5 gün T6 525 16 155 20 "

58

T7 525 16 190 5 "

222.0 0 - - 155 16 " T61 510 12 155 11 "

319.0 T5 - 40 205 8 " T6 505 12 155 4 "

355.0 T51 - - 225 8 " T6 525 12 155 4 " T7 525 12 225 4 "

356.0 T51 - - 225 8 " T6 540 12 155 4 " T7 540 12 205 4 " T71 540 12 205 3 "

357.0 T6 540 8 175 6 " 444.0 T4 540 12 23 21 " 851.0 T5 - - 220 8 "

Tablo II.19 Bazı Döküm Alaşımlarının Mekanik Özellikleri [1 ]

Alaşım Hal Çekme MPa

AkmaMPa

Uzama % BHN

201.0 T4 414 255 17 - T6 448 379 8,0 130 T7 467 414 5,0 - 208.0 F 145 97 2,5 55 222.0 0 186 138 1,0 80 T61 283 276 0,5 115 242.0 F 214 207 0,5 - 0 186 124 1,0 70 T5 221 207 0,5 85 319.0 F 186 124 2,0 70 T5 207 179 1,5 80 T6 250 164 2,0 80 355.0 F 159 83 3,0 - T51 193 159 1,5 65 T6 241 172 3,0 80 T7 264 250 0,5 85 356.0 F 164 124 6,0 - T51 172 138 2,0 60 T6 228 164 3,5 70 T7 234 207 2,0 75 T71 193 145 3,5 60 357.0 F 172 90 5,0 - T6 345 296 2,0 90 444.0 F 145 62 9,0 - T4 159 62 12,0 - 512.0 F 138 90 2,0 -

59

713.0 F 241 172 5,0 75 851.0 T5 138 76 5,0 45

II.8. ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARIN KAYNAĞINA GENEL GİRİŞ

Alüminyumun diğer metallerden özellikle çeliklerden farklı fiziksel ve kimyasal

özelikleri kaynak kabiliyeti üzerinde oldukça etkilidir. Bunlar;

Alüminyumun yüzeyindeki oksit tabakası,

Yüksek ısıl iletkenliği,

Yüksek ısıl genleşme katsayısı,

Düşük ergime sıcaklığı,

Ergime sıcaklığına yaklaştığında renk değişimi göstermemesi (kısaca tav rengi

göstermemesi),

Alüminyum aktif bir metaldir ve havadaki oksijenle reaksiyona girerek yüzeyinde

alüminyum oksit oluşur. Alüminyum oksit, alüminyum malzemenin yüzeyini kaplayan

dirençli ve hızlı oluşan bir oksittir ve alüminyuma çok iyi korozyon direnci kazandırır.

Alüminyum ve alüminyum alaşımları, içerdikleri alaşım elementleri miktarlarına bağlı

olarak farklı ergime sıcaklıkları gösterseler de genellikle saf metalin ergime sıcaklığı

yaklaşık olarak 660°C dir. Buna karşın malzemenin yüzeyinde oluşan alüminyum oksidin

ergime sıcaklığı ise 2050°C dir. Bu oksit tabakası, havadaki nemi emerek daha kalın

duruma geçebilir ve kaynak sırasında da ergimiş banyonun üzerinde yüzer. Nem içinde

hidrojen olduğundan, hidrojenin kaynak metaline geçerek gözenek oluşturma tehlikesi ile

karşılaşılır. Alüminyum, kaynak edildiği zaman tav rengi vermediğinden, esas metalin

ergime sıcaklığına gelip gelmediği, bu oksit filminin varlığından dolayı anlaşılamaz ve

kaynakçı ısıtmaya devam ederken, esas metalin kendisi ergiyerek akmaya başlar ve kaynak

dikişinin oluşması güçleşir. Aynı zamanda ergimiş metal damlaların kaynak ağzına nüfuz

etmeden yapışarak kalması problemi ile karşılaşılır.

Alüminyumun alaşım içeriğine bağlı olarak ısı iletmesi çelikten 3 ile 5 kat daha

hızlıdır. Bu açıdan alüminyumu ergitmek için çok fazla enerji gereksinimi vardır. Isı

iletkenliği çok yüksek olduğundan kalın kesitlerin kaynağı durumunda ön tavlamaya

gereksinim duyulur. Eğer ön tav sıcaklığı çok yüksek ve uygulama süresi de çok uzun

tutulursa, ısıl işlemle ya da soğuk sekil değiştirme ile sertleştirilen her iki türde de kaynak

bağlantısının mukavemetinde düşme ile karşılaşılır. Alüminyum ve alaşımlarında ön tav

sıcaklığı 204°C'yi aşmamalıdır ve parçalar bu sıcaklıkta gerektiğinden daha uzun süre

60

tutulmamalıdırlar. Yüksek ısıl iletkenliğinden dolayı yüksek ısı girdisi kullanılan kaynak

yöntemleri çok hızlı yapılacak şekilde bir kaynak prosedürü uygulanmalıdır.

Alüminyum yüksek ısıl iletkenliği, ısının kaynak bölgesinden hızlı transfer olmasıyla

kaynak metalinin hızlı katılaşması gibi bir yararlı etkiyi de beraberinde getirir, bu sayede

alüminyum parçaların her pozisyonda kaynak edilebilme olanağı doğar.

Alüminyumun ısıl genleşmesi çeliğe göre iki kat daha fazladır. Buna ek olarak,

ergimiş durumdan katılaşmayla alüminyum kaynak metalinin kendini çekmesi hacimce %6

oranındadır. Bu da, boyutlardaki değişime ve bunun sonucunda da açısal çarpılamaya ve

çatlamaya neden olur. Kaynak ağız biçimi ve kaynak metalinin oluşturulmasında

kullanılan pasoların sayısı çarpılmanın oluşumunda oldukça önemli bir etkendir. I-alın

kaynak ağzı açılmış bağlantılarda V- kaynak ağzı açılmış çok pasolu kaynaklara göre daha

az açısal çarpılma ortaya çıkar. Kaynak hızı da açısal çarpılmanın kontrol altında

tutulmasında etkili bir etmendir. Yavaş kaynak hızları ısı girdisini artırmaktadır. Bu açıdan

kaynak edilecek parçaların çok iyi sabitlenmeleri gerekmektedir; bu şekilde ağızlarda

kayma olmadan kaynak yapılabilmesinin yanı sıra çarpılma da önlenmiş olacaktır. Eğer,

parçalar bağlanamıyorsa, pumaların dikkatlice yapılması gerekir, zira bu sayede parçalar

istenilen konumda tutulabilirler.

Alüminyum çok iyi korozyon direncine sahiptir, kolay biçimlendirilir ve toksik

değildir, bu özeliklerinden dolayı da gıda endüstrisinde kullanım alanı bulur. Manyetik

olmadığından dolayı da kaynak sırasında ark üflemesi problemi ile karşılaşılmaz.

Alüminyumun tav rengi göstermemesi, alüminyum ve alaşımlarının üfleçle yumuşak

ve sert lehimlemesini etkiler. Bu açıdan, bu yöntemlerin uygulanmasında dekapan

kullanılır. Dekapan alüminyum alaşımının ergime sıcaklığının yaklaşık 50°C altında

ergiyerek çalışma sıcaklığına yaklaşıldığını göstermesinin yanı sıra yüzeydeki oksiti

çözerek birleştirmenin sağlıklı yapılmasını sağlar.[13]. Tablo 20’de alüminyum ve

alaşımlarının kaynağında kullanılan yöntemler verilmiştir. Tablo 21’de ise bazı kaynak

yöntemlerinin kaynağında kullanılabilecek en az ve en büyük parça kalınlıkları verilmiştir.

61

Tablo II.20.Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının kaynağında kullanılan kaynak yöntemleri [14].

Yöntem Uygulama

Ergitme Kaynağı

TIG Kaynağı

Yüksek kaliteli; tüm pozisyonlarda kullanılan ergimeyen elektrod ile yapılan kaynak yöntemidir; kaynak metalini oluşturmak amacı ile tel kullanılabilir ya da kullanılmayabilir; el ile, mekanize ya da otomatik olarak uygulanabilir; düşük dolgu oranı vermesine karşın kızgın tel kullanımı ile TIG kaynağında dolgu oranı artırılabilir; yöntem doğru ya da ters kutuplama ile gerçekleştirilir.

MIG Kaynağı

Yüksek kaliteli, tüm pozisyonlarda kullanılan ergiyen elektrodla kaynak yöntemidir, el ile mekanize veya otomatik olarak uygulanabilir; yüksek dolgu oranı verir; iki tel (twin wire) uygulanarak dolgu oranı yükseltilebilir; yöntem doğru ya da ters kutuplama ile gerçekleştirilir.

Örtülü Elektrod İle Ark Kaynağı

Sınırlı oranda uygulanır; gerilmesiz ya da hafif gerilmeli bağlantılar oluşur; alüminyum ve alaşımlarının kaynağı için ekonomik değerini yitirmiş bir yöntemdir.

Gaz Ergitme (Oksi-asetilen) Kaynağı

Düşük kalitede kaynak metali verir; gerilmesiz bağlantılar oluşur; yöntem, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının kaynak uygulamalarında ekonomik değerini oldukça yitirmiş ancak tamir amaçlı kullanılabilen bir yöntem konumuna gelmiştir.

Elektron Işın KaynağıYüksek kaliteli; hızlı ve hassas bir kaynak yöntemidir. Uzay, havacılık ve elektronik ekipman elemanlarının üretiminde kullanılır. Yüksek yatırım maliyeti ve vakum kamarası gereksinimi bulunmaktadır.

Laser Işın KaynağıYüksek kaliteli; hızlı ve hassas kaynak yöntemidir. Uzay, havacılık ve elektronik ekipman elemanlarının üretiminde kullanılır, yüksek yatırım maliyeti gerektirir; ancak vakum kamarası gerektirmez.

Elektrogaz, Elektrocuruf, Tozaltı Kaynağı

Sınırlı uygulaması vardır; otobüslerin kaportayı destekleyen kaburga kesitlerinin kaynağı, gözenek problemi; alüminyum ve alüminyum alaşımlarına uygulanması açısından ekonomik değerini oldukça yitirmiş yöntemlerdir.

Ergitme- Basınç Kaynağı

Manyetik Alanla Ark Alın Kaynağı

Boruların alın birleştirilmesinde kullanılır; yakma alın kaynağından daha az yatırım maliyeti; tam otomatik uygulama yapılabilir.

Elektrik Direnç Kaynağı

Nokta, Kabartı ve Dikiş Kaynağı

İnce sac işlerinde bindirme bağlantılarında; otomotiv, uzay ve havacılık, mutfak eşyaları yapım endüstrilerinde kullanılır; yüksek yatırım maliyeti gerektirir; yüksek verim sağlar.

Kombine Bağlantı (Nokta Kaynağı+ Yapıştırma)

Bindirme bağlantılarında nokta kaynağı ve yapıştırmanın birlikte kullanımı; Otomotiv endüstrisinde kullanılır, çok iyi yorulma mukavemeti verir.

Yüksek Frekans Endüksiyon Kaynağı

Alın birleştirmeleri; saçtan dikişli boru kaynağı; yüksek yatırım maliyeti ve yüksek üretim hızına sahiptir.

62

Yakma Alın KaynağıSac, çubuk ve içi boş kesitli parçaların alın birleştirilmeleri; örneğin, Al-Cu gibi farklı metallerin kaynağı; yüksek yatırım maliyeti; seri üretim miktarları.

Saplama Kaynağı

Kondenser, Kapasitör Deşarjı İle Saplama Kaynağı Ark İle Saplama Kaynağı

En çok saplama yarıçapı 6 mm, örneğin, izolasyon pimleri, tava tutucuları, otomobil kaporta pimleri, elektrik temas elemanları.Saplama çaplan 5 ile 12 mm arasında değişir.

Katı Faz Kaynağı

Sürtünme Kaynağı

Dairesel, kare ya da dikdörtgen kesitli çubukların ve içi boş elemanların alın birleştirmeleri; levha ve haddelenmiş kesitlerin alın alına birleştirme kaynağı farklı metallerin kaynağı; yüksek fiyatlı ekipman gereklidir.

Sürtünen Elemanla Birleştirme Kaynağı (Sürtünme Karıştırma Kaynağı)

Hadde ve döküm alaşımlarından üretilmiş levhaların, profillerin ve boruların tek ya da çift taraflı alın kaynağı, bindirme ve köşe kaynağı, farklı metallerin kaynağı, otomatizasyona yatkınlık, yüksek kaynak bağlantı mukavemeti.

Patlamalı KaynakUlusal ve uluslararası boru hatlarında kullanılan boruların sahada kaynağı; farklı metallerin kaynağı; yüzey kaplama (zırhlama).

Ultrasonik KaynakFolyo, ince ve kalın kesitli sacların bindirme birleştirmeleri; elektrik iletim hatlarındaki Al-Cu birleştirmek]

Soğuk Basınç KaynağıBindirme ve alın birleştirmeleri; örneğin. Al- Cu, Al- Çelik, Al sac ve teller.

Sıcak Basınç Kaynağı Bindirme bağlantıları, eğik kenar hazırlıklı alın birleştirmeleri.

Tablo II.21. Alüminyum ve alaşımlarının birleştirmelerinde kullanılan kaynak yöntemlerinde min. ve

max. parça kalınlıkları [9 ].

Birleştirme Yöntemi Minimum kalınlık(mm) Maksimum Kalınlık (mm)

MIG TIG Oksi-asetilen Örtülü elektrod Direnç nokta Direnç dikiş Elektroslag Ultrasonik Elektron ışın Difüzyon

1,60,50,83,0

Folio0,28

Folio0,5

Folio

Sınırsız 25 25 25 4,75 5 Sınırsız 3 160 3,5

Alüminyum ve alaşımlarında başarılı bir kaynak elde etmek, sağlıklı bir ön hazırlığa

bağlıdır. Bu yüzden kaynağın yapılmasında, daha önceden saptanmış olan düzenlemelere

mutlak uymak zorundayız. Örneğin kaynatılacak parçanın alaşımının muhakkak bilinmesi

gerekir. Ayrıca buna bağlı olarak, kullanılacak ilave metallerin, dekapanların ve gazların

63

iyi tanınması gerekir. Bunların kullanılmasında karşılaşılabilecek olumsuzluklar için,

seçeceğimiz tedbirleri iyi bilmemiz gerekir [9].

II. 8.1. Alüminyum Alaşımlarının Cinsinin Saptanması Kaynatılacak olan ana metallerin alaşım cinsinin bilinmesi gerekir. Üretici firmalar

bu alaşım cinslerini belirlemek zorundadırlar. Bunlara rağmen ana metallerin bileşimi,

kayıtlardan bilinemiyorsa, atölye içinde bazı yöntem ve yardımcı malzemelerden

faydalanarak saptanabilir.

Magnezyum alaşımlarını alüminyumunkilerden ayırt etmek için toz ve ince talaş

halindeki AlMg alaşımını üfleçle ısı tırız, mg alaşımı tozu ışık saçarak yanar, Al alaşımı ise

yanmaz.

Yine dekapan ilave etmeden silisyumu ısıttığımızda, içerdiği silisyumdan ileri gelen

açık parlak lekeler arz eder. Çeşitli alüminyum alaşımlarını ayırt etmek için dağlama

yöntemi en uygunu olmaktadır.

Malzemenin parlak raspalamış bir yerine %20' lik (80 kısım suda erimiş} 20 kısım

soda (sodyum hidroksit) bir soda eriğinden bir kaç damla damlatılır, bu 2 ile 10 dakika

içinde etkisini gösterir ve suyla temizlenir. Bakır içeren alaşımlar bu dağlama yerinde

belirgin bir kararma arz eder, bakırsız bileşimler ise hafif kır (gri) 'den kestane rengine

kadar değişen renk alır, saf alüminyum beyaz, Al-Si kır esmer olur. Al-Mg beyaz rengini

alır. %5 hidroklorik asitte saf alüminyumun renginde bir değişiklik olmaz, Al-Cu'da

kararma kalır, GA1-Zn-Cu'de kararma yer yer açılır, Al-Cu-Ni'de kararma kalır, Al-Si'de

renklenme kalır, Al-Mg'da değişme yok. %30 Nitrik asitte, saf alüminyumda değişme yok,

bakırlı bileşimlerde, Si'li bileşimlerin dışındakilerde kararma kalkar, Si'li bileşimlerde ise

kısmen kalır, Al-Mg-Si'de renklenme kalır, Al-Mg'de değişme olmaz. Dağlamasız

kadmiyum sulfat eriyik (5 gr kadmium sulfat, 10g sofra tuzu, 20 cm3 konsantre hidroklorik

asit, 100 cm3 sudur) ile muamelede, saf alüminyumda atak olmaz, Cu'lu bileşimler grimsi

tortu şeklinde, Si'li bileşimlerde atak yok veya azdır, AI-Mg'da grimsi tortu şeklinde

olmaktadır.

Tüm bu yöntemler fazla önemli olmayan kaynaklı birleştirmelerde kullanılabilir

fakat kaynatılmasında özel tedbirler gerektiren birleştirmelerde bu yöntemleri kullanmak

sağlıklı olarak kabul edilemez. Bu tür önemli ve özel tedbir gerektiren kaynaklı

birleştirmelerde ana metalin alaşımı kesinlikle bilinmelidir [15].

64

II.8.2. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağı İçin İlave Metaller

Alüminyum ve alaşımlarının kaynağında kullanılan kaynak çubukları esas metalle

aynı bileşimde olduğu takdirde kaliteli bir kaynak bileşimi sağlanır. Ancak bunun yanında

bazı istenen özellikler sebebiyle ilave metalin, esas metalden farklı olabilmesi söz

konusudur. Örneğin bir metalin mukavemetinin sürekliliğinin, korozyona dayanıklılığının

artırılması için kullanılan elektrotlar daha önceden laboratuar şartlarında bulunmuş olup ve

bunların kullanılması tavsiye edilebilmektedir. Bu yüzden, kaynatılacak esas metalin

kimyasal bileşimi, mekanik özellikleri göz önünde bulundurularak en uygun elektrot türü

seçimi yapılır. Bazı durumlarda biden fazla tür kaynak elektrodu aynı malzeme için uygun

neticeler verebilir. Çeşitli alüminyum alaşımları için önerilen ilave teller Tablo II.22.'te

verilmiştir [15].

Tablo II.22. Çeşitli metaller için önerilen ilave metaller [9 ].

Önerilen ilave metalKaynaklı halde max. Mukavemet için

Max. Uzama içinAna Metal

EC1100

11001100, 4043

EC, 12601100, 4043

2219300330045005

23195183, 53565554, 5357

5183, 4043, 5356

(2)1100, 40435183, 40435183, 4043

5050505250835086

53565356, 51835183, 53565183, 5365

5183, 40435183, 4043, 356

5183, 53565183, 5356

5154535754545456

5356, 51835554, 53565356, 5554

5556

5183, 5356, 56545356

5554, 53565183, 5356

6061606370057039

4043, 51834043, 5183

50395039

53565356

5183, 53565183, 5356

Tablo II.23 de çeşitli alüminyum alaşımları için önerilen, hem maksimum,

mukavemet, hem de maksimum uzamayı sağlayacak ilave metalleri vermektedir. Burada,

(1) öneriler, “o” kıvamında levha içindir. (2) Bu ana metallerin kaynağının sünekliği ilave

metal tarafından hissedilir ölçüde etkilenmez. Bu ana metallerin uzaması genellikle,

listedeki öbür alaşımlarınkinden azdır. (3) 6061 ve 6063'de maksimum elektriksel

iletkenliği gerektiren kaynaklı birleştirmeler için, 4043 ilave metali kullanılır. Bununla

65

birlikte, hem mukavemet, hem de iletkenlik aynı zamanda arandığında, 5356 ilave metali

kullanılıp, bunun daha düşük iletkenliğini telafi etmek için ilave metal takviyesi artırılır.

Aşağıdaki tabloda bazı metallerin kaynağı için kullanılacak uygun ilave metaller

gösterilmektedir.

Tablo II.23. Bazı alüminyum alaşımları için uygun ilave metaller [ 9].

Kaynak edilen metal

Mukavemet SüneklikTuzlu Su Korozyonu

MukavemetiEn az çatlama

eğilimi

1100 4043 1100 1100 40432219 2319 2319 2319 23196061 5356 5356 4043 40433003 4043 1100 4043 40435052 5356 5654 5554 53565086 5356 5356 5356 53565083 5183 5356 5183 53565454 5356 5554 5554 53565456- 5556 5356 5556 53567005 5039 5356 5039 53567039 5039 5356 5039 5356

İyi bir kaynak metali kalitesi ancak ilave metalin temiz ve yüksek kalitede olması

halinde elde edilir. Telin temiz olmaması halinde büyük ölçüde bulaştırıcı madde kaynak

banyosunda, özellikle MIG kaynağında, dâhil olur. İlave metal telinde bulaşıcı maddeler

çoğu kez bir yağ ya da hidrate oksittir. Kaynağın ısısı bu maddelerden hidrojeni serbest

bırakır, bu da kaynakta gözeneklilik meydana getirir [9]. Tablo II.24’de ilave metallerin

kaynak yöntemleri için uygunluğu verilmiştir.

Tablo II.24. Kaynak ilave metalleri ve bunların kullanımı için çeşitli kurallar .[9 ]

Kaynak Yöntemleri Değerlendirme(1) Önerilen (2) Uygun (3) Uygun Değil

Kaynak Malzemesi

Oksi Asetilen

TİG MİG Örtülü el ile açık ark

DIN 1712 ve 1725’e ana. Met. için kulla.

S-Al 99, 98R 2 1 1 2 Al 99,98 R; Al 99,9S-Al 99,8 1 1 1 1 Al 99,8; Al 99,7;

Al 99,5; E-AlMgSiS-Al 99,5 2 2 2 2 Al 99; Al 99,5; E-

AlMgSiS-Al 99,5 Ti 1 1 1 1 Al 99; Al 99,5S-AlMn 1 1 2 1 AlMn; AlMg1; AlMg2;

AlMg3; AlMgMn;

66

AlMg5’in örtülü el. İle açık ark kay.

S-AlMgMn 1 1 1 1 AlMgMnS-AlMg3 1 1 2 3 AlMg3, AlMgMn,

AlMg2, AlMg1, AlMgSi 0,5; AlMg döküm alaşımları

S-AlMgSi 1 2 2 3 AlMg2Si, AlMg3S-AlMg5 2 1 1 3 AlMg3, AlMg5,

AlMgMn, AlMgSi 0,5; AlMgSil, AlMgZn1, AlMg döküm alaşımları

S-AlSi5 1 1 1 1 AlMgSiO, 5; AlMgSi1, AlZnMg1, AlZnMg3, AlCuMg başlıca alaşım elementi Si ile Al döküm alaşımı ve G- AlCuSi3

S-AlSi12 1 1 2 1 Başlıca alaşım elementi olarak Si ve Al döküm alaşımları özel durumlarda elverişsiz gerilme oran. şekillenir alaşımlar içinde kul.

II.8.3. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağı İçin Kullanılan Elektrodlar

TIG/WIG kaynağında DIN 32558 'e göre saf tungsten ya da "toryum ve zirkonyum"

ile alaşımlandırılmış elektrodlar kullanılır. Tungsten elektrodlar toz halindeki tungstenin

yüksek sıcaklıkta sinterlenmesi ile imal edilir.

Toryum ile alaşımlandırılmış elektrodlarda ise sinterleme işlemi sırasında % 1 – 4

kadar toryum oksit katılır. Bu toryum oksit bütün elektrod kesitine homojen bir şekilde

yayılır. Elektrodların kimyasal yapı ve özellikleri Tablo II.25’de verilmiştir.

Tablo II.25 Elektrodların kimyasal yapı ve renklerinin tanımı.

Kısa İşaretiMalzeme Numarası

Oksit Katkı Miktarı Ağırlığın % si olarak

Tanıtım Rengi

Kullanım Alanı

67

WWT 10WT 20WT 30WT 40WZ 4WZ 8WL 10

2.60052.60222.60262.60302.60362.60502.60622.6010

Hiç yok 0,9 ..... 1,2 Toryum oksit1 ,9 ..... 2 ,1 Toryum oksit2,8 ..... 3,2 Toryum oksit3,8 ..... 4,2 Toryum oksit0,3 ..... 0,5 Zirkonyum oksit0,7 .... .0,9 Zirkonyum oksit0.9 ..... 1 ,2 Lantanyumoksit

YeşilSarı

KırmızıAçık MaviTuruncu KahveBeyazSiyah

Kay

nak

Kes

me

Alaşımlandırılmış tungsten elektrod şu üstünlükleri sağlar:

— İyi bir elektron akışı sağlar.

— Elektrodun ömrü daha uzun olur.

— Alaşımsız tungsten elektroda göre % 25 fazla akım şiddeti ile yüklenebilir.

— Elektrodun elde olmayan sebeple kaynak yeri ile temas etmesi halinde kaynak

banyosunda meydana gelen sıçrama ve buharlaşma saf elektroda göre daha azdır.[16]

Şekil II.43. Akım türü ve akım şiddetine göre elektrod ucunun formu

Elektrodlar imalatçısı firma tarafından çaplarına uygun olarak verilen akım şiddeti ile

yüklenmelidir. Bir tungsten elektrodun uygun akım şiddeti ile yüklenip yüklenmediği

elektrod ucunun şeklinden de anlaşılabilir. Şekil II.43'de elektrod ucunun sıcaklığı, akım

yoğunluğu, akımın cinsi, kutup durumu ve elektrodun çapma bağlı değişiklikler

68

görülmektedir. Elektrodlara; çapları ve yüklenecekleri akım şiddetine göre taşlanarak

Şekil: II.44/a, b' deki gibi form verilebilir.[16]

Şekil II.44./a Elektrod ucuna verilen form.

Şekil II.44/b Elektrod Ucuna Verilen Form-Kalın Elektrodlar

Elektrod ucunun formu da ark ve iş parçasına verilen ısıya tesir ederek kaynak dikiş

formunu etkiler (Şekil II.45). Yağlı ve kirli elektrodlar kaynak dikişinin özelliğini

bozduğundan bu gibi elektrodların temizlenmesi gerekir. Kaynak işlemi bitince argon

gazının akışı hemen kesilmez, bir süre daha akmaya devam ederek, elektrod ucunun

oksitlenmesini önler.

Eğer koruyucu gaz erken kesilir ise elektrod ucu oksitlenerek koyu kahverengini alır.

Standart elektrodların çapları ve boyları mm. olarak aşağıda verilmiştir.

Elektrod çapları: (0,5),(1,0),(1,6),(2,0),(2,4),(3,0),(3,2),(4,0),(5,0),(6,0),(6,4),(8,0).

69

Elektrod boyları: 50, 75, 150, 175 [16]

Şekil II.45. Aynı akım şiddeti ile yapılan kaynakta elektrod ucu formunun dikiş formuna tesiri[16]

II.8.4. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağı İçin Dekapanlar Alüminyum gerek sıvı ve gerekse de katı halde iken, hava ile teması neticesinde,

yüzeyinde gayet ince, takriben bir mikron kalanlığında, sıkı bir alüminyum oksit tabakası

oluşur. Bu oksitin özgül ağırlığı alüminyumdan küçük olduğundan, erimiş kaynak

banyosunun üzerini örter ve kaynak çubuğundan eriyerek düşen damlaların içeri doğru

nüfuziyetini önler. Saf alüminyum 568ºC, alaşımları ise 575 – 650°C'de, alumin ise

2050°C'de erir. Dolayısı ile kaynakça kaynak esnasında alumin eritmeye çalışırken

alüminyum erir ve akar.

Kaynak esnasında oluşan alumin, kaynak metali içinde kalırsa bağlantının

mukavamet ve korozyona olan dayanaklılığını zayıflatır. Bu nedenle kaynak yapılırken bu

oksiti çözen bir dekapana ihtiyaç vardır. Dekapan kaynak, sıcaklığından daha düşük bir

sıcaklıkta eriyerek, oksitle kimyasal olarak birleşir, oksiti çözer ve cüruf oluşturarak

banyonun yüzeyini oksidasyondan korur.

Dekapan çeşitli maden klorür ve florürlerinin bir karışımıdır ve kül şeklindedir.

Bunlar alevin ve ergimiş metalin etkisi ile kaynak banyosundan uzaklaştırılırlar.

Dekapanların bazıları çok kullanışlıdır. Toz şeklinde olanlara alkol veya su ile

karıştırılarak lapa yapılır, oldukça pratiktirler. Karıştırma işlemi bir cam veya seramik

kapta veya bir alüminyum veya paslanmaz çelik kapta yapılabilir. Çelik kaplar, bakır veya

pirinç kaynak tozunu kirletir bu nedenle kullanılmazlar.

Saf alüminyum kaynağında sadece kaynak çubuğu lapa ile örtülebilir. Alüminyum

alaşımlarının kaynağında ise kaynak yüzeyleri de lapa ile örtülmelidir. Alüminyumun

70

döküm kaynağında kaynak çubuğu ısıtılarak kuru kaynak tozuna batırılır böylece çubuğa

toz yapışır.

Toz ısıtılarak esas metale yavaşça uygulanır. Bu aşırı neme karşı bir çeşit sigortadır.

Bu da ark sıçramasını, kaynak dikişinde boşlukların olmasını önler.

Alüminyum kaynağında bazı kaynakçılar korumalı metal ark kaynağı için toz örtülü

elektrotları tercih ederler. Bu tip elektrotlar kullanıldığı zaman esas metale toz uygulamak

gerekmez. Eğer parçaya toz uygulanıyorsa düzgün bir dikiş elde edilir. Toz ve kaynak

arasındaki periyot 45 dakikayı geçmemelidir [17].

II.8.5. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağı İçin Koruyucu Gazlar

Alüminyum ve alaşımlarının ergime sıcaklığı 550 – 600°C arasında olmasına rağmen

ısıl iletkenliğinin çok yüksek olması nedeniyle gerekli ısı girdisi eş kalınlıktaki çeliğe göre

daha fazladır.

Alüminyumun hava ile temas etmesi sonucu üzerinde bir alüminyumoksit tabakası

oluşur. Bu tabakanın ergime derecesi 2050 C'dir. Bu tabaka alüminyumun kaynağını

zorlaştırır; bu nedenle söz konusu tabaka uzaklaştırılmadan kaynak yapmak mümkün

değildir. Alüminyum ve alaşımlarının kaynağında malzeme kalınlığı göze alınmaksızın

daima sprey ark ile çalışmak tercih edilir, ince parçaların kaynağında ise darbeli geçiş

tercih edilmelidir.

Alüminyumun oksijene karşı duyarlılığı nedeniyle, koruyucu gaz olarak sadece soy

gazlar kullanılır. Saf Argon her türlü alüminyum alaşımlarının kaynağında kullanılabilir.

Ancak bu gaz ile bazı uygulamalarda yeterli ölçüde yüksek plazma sıcaklığı elde

edilememektedir. Bu durum Alüminyum ve alaşımlarının göreceli olarak yüksek ısı

iletkenliği ile birleşince, kaynakta istenmeyen sonuçlar ortaya çıkabilmektedir. Düşük

dayanımlı dikiş, düşük nüfuziyet ve gözeneklilik en sık karşılaşılan sorunlardır.

Bu sorunlar, Argon-Helyum karışımlarının kullanımıyla giderilmiştir. Bu gaz

karışımları ile elde edilen yüksek ark plazma sıcaklıkları sayesinde, daha derin ve geniş bir

nüfuziyet elde edilebilmektedir. (Şekil.II.46)

71

Şekil II.46. Argon ve Ar-He karışımlarının nüfuziyet yönünden karşılaştırılmaları.

Daha kararlı ve yüksek sıcaklığa sahip ark oluşturma özelliği ile bu karışım, Argona

oranla %85 daha yüksek kaynak hızı eldesini mümkün kılmaktadır. Bu tür karışımlar, arkın

geniş bir akım – gerilim aralığında kararlı olmasını sağlar. Bu sayede şebekedeki gerilim

değişiklikleri, torç-iş parçası arasındaki mesafenin artma – azalması gibi durumların

olumsuz etkileri en aza indirilir [18] (Şekil II.47).

Akım (A)

Şekil II.47. Argon ve % Ar- %He karışımlarının çalışma alanlarının karşılaştırılması.

Tek taraftan kaynak edilen dikişlerde genellikle, kökün arka yüzünün ve sınırlı bir

esas metal alanının koruyucu gaz ile atmosferden korunması gerekir. Kök aralığı verilerek

kaynak edilen bağlantılarda, arka yüzden bir bakır kızak kullanılması genellikle yeterli

olur. Ancak alüminyum ve bakırın kaynağında paslanmaz çelik kullanılması daha

uygundur. İnce saçlarda ve içeriden temizlenemeyen boru hatlarında arka yüzden ilave

koruyucu gaz verilmesi gerekir. Bunun için boru dikişin her iki tarafından kapatılır ve

72

koruyucu gaz verilir. Saclarda aynı işlem için kendi gözenekleri yoluyla yeterli ve

türbülansız bir koruyucu gaz miktarı sağlayan, bir sinter metal bloğun kullanılması daha

uygundur. Koruyucu gaz olarak genellikle argon kullanılır. Şekillendirici gaz olarak

örneğin Azot / Hidrojen karışımı da kullanılmaktadır. Arka yüzden verilen koruyucu gaz,

kökün gaz çıkışının bozulmasını ve oksitlenmesini önler. Soğutma etkisiyle eriyiğin fazla

sarkmasını da sınırlar ve dikiş alt yüzeyinin uygun bir şekil almasını sağlar [19] (Şekil

II.48.).

Şekil II.48 Alüminyum kaynağı için kullanılan altlıklar

II.8.6. Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynak Kabiliyeti Alüminyum ve alaşımlarının kaynak kabiliyetine girmeden önce, alüminyumun

neden alaşımlandırıldığı konusuna kısaca değinmemiz gerekir. Çünkü alüminyumun,

alaşımlandırılmasıyla birlikte yapısında çok önemli gelişmeler olabilmektedir. Bu yüzden

alüminyumun alaşımlandırılmasıyla kazanılan bu özelliklerin, kaynaklı birleştirmeler

sonucunda kaybedilmemesi gerekir. Bu da ancak alüminyum ve alaşımlarının kaynak

kabiliyetinin, iyi bir şekilde araştırılmasıyla ve uygun çözümlerin uygulanmasıyla mümkün

olur.

Saf alüminyum, düşük mukavemet özelliklerinden dolayı düşük kopma dayanımı ve

akma sınırı nedeniyle yüksek dayanım aranan yerlerde kullanılmaz. Bu yüzden bu

özelliklerin çeşitli alaşımlar vasıtasıyla iyileştirilmesi gerekir. Alüminyuma katılan alaşım

elementleri, alüminyumun mekanik özelliklerini (kopma, akma, tokluk vb.) ve özellikle

mukavemet değerlerini artırır. Fakat alüminyuma katılan bu alaşım elementleri,

alüminyumun şekil değiştirme kabiliyetini ve korozyon dayanımını etkilemeden,

mukavemet özelliklerini geliştirmesi istenir. Alüminyuma katılan başlıca alaşım

elementleri, magnezyum, bakır, silisyum, manganez, çinko ve bazı hallerde kalay, nikel ve

73

titanyumdur. Alüminyum ve alaşımları, üretim şekillerine göre dövme ve dökme

alüminyum alaşımları olarak iki ana gruba ayrılırlar.

Dövme alüminyum alaşımları grubuna giren, alüminyum alaşımları, genellikle

evvela sürekli döküm yöntemi ile blok halinde elde edildikten sonra, homojenleştirme

tavına tabi tutulurlar ve sonra haddeleme veya ekstrüzyon ile şekillendirilirler. Günümüz

endüstrisinde en çok kullanılan alüminyum ve alaşımları grubuna girerler.

Döküm alüminyum alaşımlarının büyük bir çoğunluğu silisyum içerir: %11,7 si

içeren alaşım ötektik bileşimde olduğundan çok üstün döküm özelliklerine sahiptir. Bu

alaşımlarında ihtiyaç duyulduğu yerlerde faydalı olduğu gerçektir. Korozyona karşı

dirençli ve kaynak kabiliyeti oldukça iyidir.

Alüminyum alaşımlarının özelliklerine kısaca değindikten sonra, şimdi alüminyum

ve alaşımlarının kaynak kabiliyeti hakkında çeşitli bilgiler sunalım.

Alüminyum ve alaşımlarının kaynağında, bu metalin kendine has özelliklerinden

dolayı, kaynak sırasında çeşitli güçlüklerle karşılaşılmaktadır. Bu yüzden alüminyum ve

alaşımlarının kaynatılması sırasında, bazı özel önlemlerin alınması gerekir. Eğer

karşılaşacağımız güçlüklere neden olan özellikler ve faktörler iyi bir şekilde bilinirse,

alüminyum ve alaşımlarının kaynağında kaliteli bir birleşme sağlanabilir. Alüminyum ve

alaşımlarının kaynak kabiliyetini etkileyen faktörler ve önleme çareleri:

1) Alüminyumun oksijene karşı ilgisi çok fazladır; hava ile teması neticesinde, çok

kısa bir zaman içinde, alüminyumun yüzeyinde yaklaşık 1–3 mikron kalınlığında,

gri renkli, sıkı, dayanıklı ve yüksek ergime (2050ºC) noktalı bir oksit (Al2O3) filmi

oluşur. Bu oksit filmi alüminyum ve alaşımlarının kaynağını aşırı bir derecede

zorlaştırır. Çünkü alüminyumun ergime derecesi 650ºC civarındadır, oysaki yüzeyi

kaplayan bu oksit filmi 2050ºC civarında ergir. Bu yüzden kaynak sırasında

ergimeyen bu tabaka kaynak dikişinin içine nüfus edebilir. Bu da kaynaklı

birleştirmenin mukavemetini önemli derecede olumsuz bir şekilde etkiler. Bu

yüzden bu oksit filminin kaynaktan önce, çeşitli yöntemlerle kaldırılması gerekir.

Bu işlem için piyasada özel olarak üretilen dekapanlar kullanılabilir.

2) Alüminyum ve alaşımları yüksek ısı iletim kat sayıları nedeniyle ısıyı çeliğe göre

3–5 defa daha hızlı iletirler. Bu nedenle bu malzemelerin kaynağında soğuk

bölgelere doğru süratli ısı kaçışını dengelemek amacıyla parça kaynaktan önce en

az 200ºC de tavlanarak ısıya doyurulmalıdır ve sürekli kaynak yapılarak bu sıcaklık

muhafaza edilmelidir.

74

3) Yüksek Si' lu (%12–13) dökme alüminyum alaşımları hariç, alüminyum ve

alaşımlarında ısıl genleşme katsayısının yüksek oluşu ve sıvı fazdan katı faza

geçişte %6,6 oranında hacimsel bir büzülme göstermesi, bu malzemelerin

kaynağında büyük kendini çekme ve çarpılma (distorsiyon) problemlerine, iç

gerilmelere bağlı çatlamalara yol açar.

Alüminyum ve alaşımlarının kaynağında, yüksek ısıl genleşme katsayısı ve büzülme

oranı etkisinden ileri gelebilecek distrosiyon ve çatlamaları önlemek üzere kaynak yerine

verilecek ısı miktarının sınırlandırılması gerekir. Sınırlı kaynak ısısı girdisi ile kaynak paso

sayısının azaltılması, ince malzemelerde (1,5-3 mm) V-kaynak ağzı yerine "I" kaynak

ağzının tercih edilmesi, 1,5 mm den kalın parçalarda en çok 200ºC lik ön tavlama

uygulanması, kaynak hızının arttırılması, MIG ve TIG yöntemlerinin kullanılması,

mümkün ise uygun bağlama tertibatları kullanılarak punta kaynaklarından kaçınılması ile

sağlanır.

Kalın malzemelerde, paslanmaz çelik, bakır, seramik gibi malzemelerden geçici

altlık veya ana malzemeye uygun bileşimde malzemeden kalıcı altlık, kullanılarak (sadece

MIG kaynağında ve 3 mm den kalın parçalarda) hızlı kaynak yapmak mümkündür, aynı

zamanda tam bir nüfuziyet de elde edilir.

4) Alüminyum ve alaşımları yüksek sıcaklığa ısıtıldığında alaşımları çelik ve bakır

gibi ergime noktasına kadar tav rengi göstermediğinden kaynakçı renk değişimi

beklememelidir. Ark kaynağı yöntemlerinde problem oluşturmayan bu özellik,

oksi-asetilen kaynağında sorun olabilir. Alüminyum ve alaşımlarının kaynağında

kaynakçı önceden kullandığı dekapanın sulanmasını (ergiyen dekapan yüzeye

yayılıp görevine başlamasını), sonra malzemenin ergimesini gözlemelidir.

Kaynakçı için işleme başlama anı dekapanın sulanmasıdır, zaten adından malzeme

de ergime noktasına ulaşır. Geç kalındığı takdirde dekapan işlevini yitirir, kaynak

hazırlığının tekrarlanması zorunluluğu ortaya çıkar.

5) Alüminyum ergidiği zaman, ortamdaki atomik hidrojeni, kolaylıkla absorbe eder.

Kaynak olayında atomik hidrojen, yağdan ve gresten iyi temizlenmemiş veya nemli

ana veya ilave metaldir. Bu şekilde ark ortamına giren H2 gazı atomik hidrojen (H)

haline geçer ve kaynak banyosu katılaşmaya başladığında ise hidrojen yayımı

başlar. Fakat banyonun çok hızlı katılaşması sonucu yayımlanan gaz gözenek

halinde kaynak dikişinde sıkışıp kalır. Kaynakta temizlik ve nem giderme

işlemlerine gereken önem verildiğinde bu problem geniş ölçüde halledilmiş olur.

75

6) Alüminyum ve alaşımlarının kaynağında en önemli noktalardan biri de ana

malzemeye uygun kaynak ilave metali seçmektir. Her ne kadar ince cidarların oksi-

asetilen ve TIG kaynağına ilave metal kullanmak gerekmiyorsa da kalın kesitlerin

birleştirilmesinde ve köşe kaynaklarında ilave metal gerekir.

Kaynakda kullanılacak ilave metalin kimyasal bileşiminin kaynak yapılacak ana

malzeme ile aynı olması birinci koşul olarak aranır. Fakat alüminyum alaşımları

yelpazesinin oldukça geniş olduğu göz önüne alındığında ilave metal üreticilerinin her

alüminyum alaşımı için özel bir kaynak ilave metali geliştirmelerinin bu yöndeki

çabalarına rağmen mümkün olmadığı malumdur. Bu durumda ilave metalin, ana metal ile

birleştiğinde (kaynak metali olarak), parçanın maruz kalacağı korozyon koşullarında

korozyon direncinin devam etmesi, çekme dayanımı, akma noktası, uzama değeri ve sertlik

– darbe dayanımının bozulmaması, sıcak çatlamaya karşı hassaslaşmaması seçimde rol

oynayan ana kriterlerdir. Ana metale uygun ilave metal seçimi için bu kriterlerin ışığı

altında hazırlanmış tablolardan faydalanabiliriz.

7) Yüzey Temizliği Kaynak yapılacak parçanın ve kullanılacak ilave metal çubukların

yüzeylerin, oksit filmi haricinde boya, yağ, gres, kir gibi kirletici maddelerden de

temizlenmesi gerekir.

Temizleme işleminde orta dereceli bazik çözeltiler alkol aseton gibi kuvvetli fakat

kaynak esnasında zehirli gaz vermeyen çözücüler kullanmalıdır. Temizlik işlemine dikkat

edilmediği takdirde, kaynak dikişinde gözenekler meydana gelir.

8) Alüminyum ve alaşımlarının kaynaklı birleştirmelerinde en önemli problemlerden

biri de sıcak çatlaklardır. Sıcak çatlaklar genellikle solidüs (katılaşma) çizgisinin,

üzerinde ve katılaşma aralığında meydana gelir. Bu yüzden özellikle kullanılacak

olan ilave metaller, katılaşma aralığı dar olan alaşımlardan seçilmelidir.

Alüminyumun kaynağında ilave alaşımının seçimi, dikiş çatlamasını yok etmede

önemli bir etken olmaktadır. Çatlama genellikle, ana metalden daha yüksek alaşımlı ilave

metal kullanmakla asgariye indirilebilir. Örneğin 6061 alaşımı, 6061 ilave metalle kaynak

edildiğinde çatlamaya, son derece duyarlı olur; ama %55'i içeren 4043 ilave metalle

kolayca kaynak edilir. 4043'ün avantajı, üzerinde kullanıldığı aynı ana metallerden daha

aşağı sıcaklıklarda ergiyip katılaşmasıdır. Bu nedenle ana metal bir miktar soğuduktan

sonra plastik halde kalır ve çatlamayı gerektiren büzülme gerilmeleri, ilave metalin

plastikliği sayesinde hafifletilir. Başka koşullar altında 5356, 5183 veya 5556 gibi yüksek

magnezyumlu ilave metal, dikiş mukavemetini artırıp çatlama hassasiyetini azaltır. 4043

ilave metal, kendisinden daha yüksek magnezyum alaşımlı 5086, 5083 veya 5456

76

alaşımları üzerinde kullanılmayacaktır şöyle ki aşırı Mg-Si ötektikleri kaynak metali

içyapısının sünekliğini azaltıp çatlama hassasiyetini artırır.

Kaynaklı Al parçalarda sıcak çatlağı denetim altında tutmak için kaynak metali

bileşimlerinin (ilave metal ve karışmanın ürünü), çatlamaya hassas türden olmasından

kaçınılacaktır. Birleştirme yerinin geometrisi, kaynak metali bileşimi ve kaynak

teknikleriyle birleşerek, elementlerin karışımını bir kritik bileşim alanı içine düşürecek

olursa ciddi çatlama meydana gelir. Kaynak metali bileşimi bu kritik alanın altında veya

üstünde olursa çatlama sorunları azalır. Silisyum için bu kritik alan yaklaşık %0.5 ile

1.2'dir. Örneğin 4043 ilave metal 1100 ana metaliyle %80 karışacak olursa (bir küt alın

kaynağında olduğu gibi), oluşan silisyum oranı çatlamaya hassas alanın içine düşer.

Kaynakta meydana gelen sıcak çatlak miktarını etkileyen diğer nedenler arasında

alaşımın katılaşma sıcaklık aralığı, genleşme katsayısı, ısı gradyanı geri kalan sıvı

hacminin katılaşmış malzeme hacmine oranı sayılabilir. Sıcak çatlama birkaç yolla

azaltılabilir.

a) Daha yüksek kaynak hızı uygulamak. Kaynak hızı arttıkça, kaynak bölgesine ısı

girişi azalır. Böylece de sıcak metalle oda sıcaklığında olan metal arasındaki

sıcaklık farkından oluşan gerilmeler daha az şiddetli olur.

Zira yüksek kaynak hızlarında, herhangi bir anda sıcak çatlak aşamasında bulunan

dikiş boyu kısalır ve katılaşmış bulunan metal sıcak çatlama eğiliminde olan metali

zorlayacak olan yükün bir kısmını alır. Bu aynı etki, sıcak çatlak eğiliminde olmayan

alüminyum alaşımlarının kaynağında da faydalı olmaktadır. Bunlara ek olarak da, daha

yüksek kaynak hızlarında oluşan daha hızlı soğuma temposu, daha ince bir dendritik

yapıya götürür, bu da çatlamaya daha az eğilimli olur.

b) Ön ısıtma uygulamak. Sıcaklık gradyanını azaltarak ve daha hızlı kaynağa olanak

sağlayarak kaynak bölgesinde katılaşma sırasında oluşan gerilmeleri azaltan ön

ısıtma, sadece tespit edilmemiş birleştirmelerde kullanılır. Aşırı ön ısıtma,

malzemenin daha önceden tavlanmış koşula getirilmiş olması dışında, ana alaşımın

mekanik özelliklerini düşürür. Bu, özellikle 6061 gibi ısıl işlem kabul eden

alaşımlar için doğrudur.

c) Birleşme yeri tasarımını değiştirmek. Bir alüminyum alaşımının kimyasal bileşimi

onun sıcak çatlamaya eğilimini etkiler. Kaynak metalinin kimyasal bileşimi, ana

metalle ilave metal karışmasının ürünü olup bu karışım sıcak çatlamaya yüksek

derecede yatkın olabilir. Bu yatkınlığı azaltmak için, birleşme yerinin tasarımı

77

(dizaynı) nihai kaynak metalinde ana alaşım miktarını artıracak ya da azaltacak

şekilde değiştirilebilir.

Bu arada kaynak yöntemleri ve bu yöntemlerde kullanılan teknik kurallar da, kaynak

kalitesini önemli ölçüde ve alaşımlarının kaynağında en çok, ince levhalarda TIG, kalın

levhalarda ise MIG kaynak yöntemleri kullanılır. Çünkü kaynaklı birleştirmelerde en iyi

sonucu veren yöntemlerdendirler. Bu kaynak yöntemlerinde, kaynak dikişlerinin görünüşü

iyi olup, aynı zamanda yeterince temizdir [ 15].

MIG ve TIG kaynak yöntemleriyle, en iyi kaynak kabiliyetini gösteren alaşımlar

şunlardır;

— Kolaylıkla kaynak edilebilen alüminyum ve alaşımları

Şekillendirilebilir alaşımlar:

Saf alüminyum, 1060,1100

2219

3003, 3004

5005, 5050, 5052, 5083, 5086, 5154, 5254, 5456, 5652

6061, 6063, 6101, 6151

7005,7039

— Çoğu uygulamalarda kaynatılabilen alüminyum ve alaşımları: (Bazı uygulamalarda özel

tedbirler gerekir)

Şekillendirilebilir alaşımlar:

2014, 4032

Döküm alaşımları:

108,A108

214, A214, B214, F214

319, 333, 355, C355, 356

A612, C612, D612

Sınırlı olarak kaynatılabilen alüminyum ve alaşımları: (özel teknikler gerekir)

Şekillendirilebilir alaşım:

2024

Döküm alaşımları:

138,195,B195

— Kaynağı tavsiye edilmeyen alüminyum ve alaşımları:

Şekillenebilir alaşımlar:

7075, 7079, 7178

78

Döküm alaşımları:

122, 142, 220

Şekillendirilebilir alaşımlar arasında gaz korumalı ark süreçleriyle en büyük

kolaylıkla kaynak edilebilenler, işlem kabul etmez lxxx, 3xxx ve 5xxx serileridir. 6xxx

serilerindeki ısıl işlem kabul etmeyenler de kolayca kaynak edilebilirler. 4xxx ile yüksek

mukavemeti serilerinin ve ısıl işlem kabul eden 2xxx serilerinin alaşımları da arkla kaynak

edilebilirlerse de özel tekniklerin uygulanması gerekebilir ve biraz alçak süneklik elde

edilebilir.

Yüksek mukavemetli ısıl işlem kabul eden 7xxx serilerinden 7075, 7079 ve 7078

alaşımları kaynak edilebilir ama bunların ITAB'ları gevrek olur; dolayısıyla de bunlara

kaynak vurulması tavsiye edilmez. Buna karşılık 7005 ve 7039 alaşımları kaynak için özel

olarak geliştirilmiş olup bunların kaynak kabiliyetleri iyidir. 7005 ile 7039 alaşımları,

kaynakların yüksek mukavemetli olmalarının gerekli olduğu büyük konstrüksiyonlar için

özellikle ilginçtir. Şöyle ki dikişler, kaynaktan 30 ile 90 gün sonra ısıl işlem görmüş ana

metal mukavemetinin (kaynak ilave metalinin kimyasal bileşimine göre) %70 ila 90'ına

doğal olarak yaşlandırılacaklardır.

Ayrıca kaynaklı halde ısıl işlem kabul eden orta ve yüksek mukavemetli alüminyum

alaşımlarının birleştirme niteliklerinin azalmasının nedeni, ana metalden başka, dört farklı

bölgenin mevcut olması olup bunların etkilerini yok etmek zordur. (Şekil II.49) Bölge 1 ve

daha büyük ölçüde bölge 3, ısıl işleme cevap vereceklerdir; bununla birlikte fazla ısıtma

etkisi Bölge 2' de kalacaktır. 6xxx ve 7xxx Serileri alaşımları kaynak edildiklerinde, sıcak

çatlama olabilir. (özenle denetlenmiş kaynak süreçleri bunu asgariye indirebilir veya

tamamen ortadan kaldırabilir.)

Şekil II.49 Kaynaklı birleştirmelerde, kaynak sonunda oluşan bölgeler.

Tüm bunlarla birlikte, alüminyum ve alaşımlarının kaynağında atmosfer şartlarının

da etkileri büyüktür. Örneğin imalatçılar yılın belli zamanlarında farklı kaynak

problemleriyle karşılaşabilmektedirler. Aşırı nem (H20) olan bir ortamda kaynak dikişine

hidrojenin girmesi kolaylaşır. Buda kaynaklı birleştirmenin mukavemetinin aşırı olarak

düşmesine sebep olur. Bu yüzden kaynaklı birleştirmelerin dış ortamdan etkilenmemeleri

için çeşitli tedbirler almak zorundayız. Bunlar:

79

— Esas metalin depoda saklanmasında, alüminyum levhaların yüzeylerinin suyla temasını

önlemeliyiz, plakaları mümkün olduğu kadar kuru ortamda tutmalıyız. Plakalar üzerinde

herhangi bir yoğuşma görüldüğünde çabucak temizlemeliyiz, plakalar arasına ince

elemanlar konarak, plakalar birbirinden ayrılıp aralarından hava geçişi sağlamalıyız.

— İlave metaller ise, saklandıkları ambalajlardan ihtiyaç kadar çıkartılmalı, kalan paket

tekrar korumaya alınmalı. Elektrotlar daha soğuk bir ortamdan kullanım bölgesine alındığı

takdirde 24 saat sonra orijinal paketinden çıkarılmalıdır.

— Ayrıca kaynak hattında temizleme, daldırma tankları bölümlerin bulunması nispi nemin

artmasına neden olur. Bu bölgelerde yeterli havalandırma sistemi kurularak nispi nemin

yükselmesi önlenmelidir.

Sonuç olarak, alüminyum ve alaşımlarının kaynağında iyi bir kaynak kabiliyetinin

sağlanması, kaynak edilen malzemenin alaşım grubunun ve özelliklerinin iyi seçilmesi, iyi

birer temizlenme işleminin uygulanması, uygun bir dizaynın yapılması, yerinde bir kaynak

sırasının takip edilmesi, elverişli bir kaynak yönetiminin ve tekniğinin seçilmesi ile

sağlanabilir. Aksi takdirde kaynak bağlantısından istenen özellikler elde edilemeyebilir [

9].

II.8.7.Alüminyum Ve Alaşımlarının Kaynağında Mukavemet Özelliklerini Etkileyen Faktörler

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının kaynağında ve kaynak sonrasında birçok

problemle karşılaşılır. Bu problemler:

Gaz gözenekleri,

Oksit kalıntıları ve oksit tabakası,

Sıcak çatlak veya sıcak yırtılma,

Kaynak metali ve IEB’ de mukavemet düşmesi,

Ergime eksikliği,

Korozyon direncinde azalma,

Elektrik direncinde azalma.

Özellikle, bu problemlerden ilk dördü olan; gözenek, oksit tabakası, sıcak çatlama ve

mukavemet azalması ile bunların önlenme yolları aşağıda anlatılmaktadır. Gözenek,

kaynak metalinde çözünen gaz nedeniyle oluşur ve katılaşma sırasında kaynak metalinde

hapsolarak kalan gaz boşlukları oldukça önemli bir problemdir; bunların bulunması kesitin

azalmasına, mekanik değerlerinin düşmesine ve zorlanmalar sırasında çentik etkisi

yaratarak bağlantının kırılmasına neden olur. Gözenekler, mikro gözenek biçiminde

80

oluşabildiği gibi 3- 4 mm çaplarında balıkgözü olarak tanımlanan boyutlar da

olabilmektedir. Burada, ergimiş alüminyumda yüksek miktarda çözünebilirliğe ancak katı

durumda çok düşük çözünebilirliğe sahip olan hidrojen etkilidir (Şekil 8). Çünkü katılaşma

o kadar hızlı olmaktadır ki hidrojen, katı çözelti içinde; gaz halinde hapsolarak

kalmaktadır. Bu açıdan alüminyumun kaynağında, gözeneksiz kaynak dikişleri oluşturmak

çok zordur. Kaynak teli kullanılmayan kaynak yöntemlerinde gözenek oluşma eğilimi

oldukça düşüktür; ancak, ek kaynak metali kullanıldığında telden gelen kirlilikler dolayısı

ile gözenek oluşma eğilimi artar. TIG kaynak yönteminde, MIG kaynak yöntemine göre,

telin hidrojen oluşturan kirliliğine bağlı olarak daha düşük gözeneklilik oluşur. Kaynak

akımının artırılması veya ilerleme hızının azaltılması, ark geriliminin yükseltilmesi gibi

kaynak parametreleri ile oynanarak hidrojen nedenli gözeneklilik önlenebilir. Alaşım

elementi içeriği de gözenek oluşmamasında yararlı bir etki sağlayabilir. Özellikle

magnezyumun bu problemi azaltıcı etkisi olduğu varsayılmaktadır. Örtülü elektrod ve

tozaltı kaynak yöntemlerinde örtü ve tozdan gelebilecek nem, gözenek oluşumu üzerinde

başlıca etkiye sahiptir. Bu açıdan, kullanılmadan önce alüminyum ve alüminyum alaşımları

için geliştirilmiş örtülü elektrod ve tozların kurutulmaları gerekir. Gazaltı kaynak

yöntemlerinde kullanılan koruyucu gazın da oldukça saf olması ve gaz hortumlarının su

emmez türden olması gözenekliliği önlemede etkilidir. Çünkü son araştırmalar göstermiştir

ki özellikle su soğutmalı torçlar kullanılması durumunda su hortumlarından koruyucu gaz

hortumlarına su geçişi olabileceğini; bu açıdan torç bağlantı paketi içinde kullanılan gaz

hortumlarının malzemelerinin su emme özelikleri düşük olan plastiklerden yapılması

gerekliliğini ortaya çıkarmıştır.

Kaynaktan önce oksit tabakasının temizlenmesi gereksinimi, gözenek oluşum

tehlikesini azaltmak içindir. Bu tabakanın, kaynak sırasında kırılarak dağıtılmasının bir

gereksinimi de eksik ergime ve oksit tutulmasından sakınmaktır. Daha önceden de

bahsedildiği üzere, yüzeydeki oksit tabakası nem alma özeliğine sahiptir ve nem içinde

bulunan hidrojen kaynak metaline geçebilmektedir. Oksit tabakasının çeşitli yöntemlerle

temizlenmesi gereklidir. Bu amaçla, mekanik bir temizleme ya da çözücülerle kimyasal

temizleme yapılabilmektedir. Kaynak bölgesindeki oksitin yanı sıra, yağ, gres veya diğer

kirliliklerin yüzeyden özellikle kaynak ağızlarından uzaklaştırılması gerekir. Kaynak

bölgesindeki oksit tabakası, daha önce çelik malzeme üzerinde kullanılmamış olan uygun

taşlarla taşlanarak temizlenmesinin yanı sıra paslanmaz çelik fırçalarla temizlenir. Ağız

bölgesinde oksitin yeniden oluşmasına izin verilmeden temizlik işlemi yapıldıktan en fazla

8 saat içinde kaynak işleminin tamamlanması gereklidir aksi takdirde yeniden oluşacak

81

olan oksit tabakası kaynak kalitesini olumsuz etkiler. Örneğin köşe kaynağında oksit

tutulmasının bağlantının mukavemeti üzerinde zayıflatıcı etkisi görülmektedir. Bu açıdan,

kaynak öncesinde, oksit tabakasının çok iyi temizlenmesi ve temizleme ürünlerinin kaynak

ağız bölgesinden uzaklaştırılması gereklidir. Bu problem kaynak makinesi üreticileri

tarafından bilindiğinden günümüzde, alüminyumun kaynağı için geliştirilmiş oksit kırma

özeliğine sahip değişken kutuplamalı, alternatif akım ya da doğru akım kaynak makineleri

da üretilmektedir.

Sıcak çatlama problemi, saf metallerde görülmeyen ancak alaşımlarda görülen bir

kaynak problemidir ve yalnızca alüminyum alaşımlarında değil aynı zamanda çelikler,

nikel ve bakır alaşımlarında da ortaya çıkar. Kaynak metalinde katılaşma sırasında soğuk

ağız cidarlarından başlayan ve metal orta eksenine doğru uzayan iğnemsi tanelerin, alaşım

içindeki katılaşma sıcaklığı daha yüksek olan katışkıları ortaya doğru sürmesi ve bu

bölgede katışkıca zengin segregasyon bölgeleri ortaya çıkararak; bu bölgelerin soğuma

sırasında oluşan gerilmelerden dolayı çatlamaya hassas duruma gelmesi sonucunda sıcak

çatlaklar oluşur. Alüminyum ve alüminyum alaşımları durumunda özellikle ek kaynak

metali bileşimi ile oynanarak ve de kaynak ağzı aralıkları değiştirilerek bu sorunun önüne

geçilmeye çalışılır.

Kaynağa bağlı mukavemet azalması, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının kaynak

metallerinde ve IEB'lerinde ortaya çıkan bir durumdur. Bilindiği üzere ergitme kaynak

yöntemlerinde, kaynak metali, esas metal ve ek kaynak metalinin karışımından oluşmuş bir

döküm yapısındadır. Kaynak metalinin özelikleri, ek kaynak metalinin tane boyutu, kalitesi

ve bileşimine bağlı olarak değişir. Hızlı soğuma, çok ince tane yapıları verirken yavaş

soğuma, daha iyi mekanik özelikler kazandırır. Küçük boyutlu kaynak dikişleri, büyük

boyutlu kaynak dikişlerinden daha iyi özeliklere ve daha yüksek sıcak çatlama direncine

sahiptir.

Kaynak metali mukavemet özeliklerini düzeltebilmek için uygun kaynak metalinin

seçimi ve katı çözelti mukavemetlendirmesi; yüksek kaynak metali mukavemeti sağlamada

başlıca etkenlerdir. Bu açıdan, esas metalin mukavemetlendirme özelikleri ve uygun ek

kaynak metali seçiminde titiz davranmak gerekmektedir. Örneğin; 6061 alüminyum

alaşımında alternatif akım TIG kaynağı gerçekleştirilmesinde, 4043 alaşım tel

kullanıldığında ve kaynaktan sonra kaynaklı parçalara yaşlandırma işlemi uygulandığında,

maksimum çekme mukavemetlerinin 300 N/mm2 olduğu; aynı alaşımın 4043 teli ile çok

pasolu MIG kaynağında ise maksimum çekme mukavemetinin 230 N/mm2 olduğu

görülmüştür. 4043 teli yerine sadece % 0.2 Mg içeren 4643 teli kullanıldığında

82

yaşlandırma ısıl işlemi sonrasında MIG kaynaklı bağlantının da çekme mukavemetinin

alternatif akım TIG kaynağı ile yapılmış olan ile aynı seviyeye çıktığı görülmüştür. Bu da

alüminyum alaşımlarının kaynağı sırasında doğru ek kaynak metali seçiminin çok önemli

olduğunun en önemli örneğidir.

Alüminyum ve alüminyum alaşımları; daha önceden de belirtildiği gibi ya mekanik

olarak (soğuk şekillendirme) ya da çökelme sertleştirmesi (yaşlandırma) uygulanarak

mukavemet özelikleri artırılan alaşımlardır. Bu özelikler, döküm durumunda veya

tavlanma durumunda ortadan kalkarak mukavemetin azalmasına neden olur. Soğuk

şekillendirilmiş alaşımlarda IEB'deki yeniden kristalleşmeye bağlı olarak mukavemet

azalması ile karşılaşılır. Yeniden kristalleşme sıcaklığı, IEB'de 200°C ile 300°C

arasındadır. Ve bu nedenden dolayı da tavlanan IEB yapısında da mukavemet azalır. Bu

durum TIG kaynaklı 5xxx serisindeki bir alaşım için Şekil II.50'de gösterilmiştir.

Şekil II.50. Soğuk biçimlendirilmiş alaşımda mukavemet üzerine kaynağın etkisi.

Benzer durum, ısıl işlem yapılabilir alaşımlarda da görülmektedir ve hatta soğuk

şekillendirilerek sertleştirilmiş alaşımlardan daha karmaşık bir durumdadır.

Örneğin; 2xxx serisi alaşımlarda, çökeltilerin yeniden çözünmesi, mukavemet

azalmasına; 6xxx ve 7xxx serisi alaşımlarda çökeltilerin aşırı yaşlanması veya irileşmesi,

mukavemet azalmasına neden olmaktadır (Şekil II.51.).

83

Şekil II.51. Yaşlandırma ile sertleştirilmiş 6061-T6 alüminyum alaşımında kaynaklı durumda kaynak

ısı girdisinin sertlik ve mukavemet üzerine etkisi.

Alaşım elementlerinin kaynak arkı içinde yanarak yani oksijen ile reaksiyona girerek

azalması sonucunda da kaynak metallerinde mukavemet azalması bilinen bir gerçektir. Bu

durum, alüminyum ve alüminyum alaşımlarının kaynağında da geçerlidir. Örneğin;

lityumun oksijen ile reaksiyona girerek yanması ya da magnezyumun düşük kaynama

sıcaklığı, magnezyum kaybına veya bazı alaşımlarda lityum kaybına neden olmakta ve

böylece kaynak metallerinde mukavemetin azalması durumuyla karşılaşılmaktadır ve

uygulamada koruyucu gazın dikkatlice seçilerek bu problemleri minimuma indirilmesi

gereklidir.[13]

II.8.8. Alüminyum ve Alüminyum Alaşımlarının Kaynağında Dikkat Edilmesi Gereken Konular

Alüminyum ve alüminyum alaşımlarının kaynağı, az karbonlu çelikler ile

karşılaştırıldığında bazı zorluklar göstermesine karşın, gerekli önlemler alınarak, uygun bir

kaynak bağlantısı elde etmek olanağı vardır. Bu alaşımların kaynak kabiliyetini

alüminyumun aşağıda belirtilen özelikleri sınırlamaktadır:

Alüminyum ve alaşımlarının yüzeyi çok yüksek sıcaklıkta (2050C) ergiyen refrakter

karakterli bir oksit tabakası ile kaplıdır. Bu oksit tabakası çok sıkı bir şekilde yüzeyi sarar

ve oksitlenmenin iç kısımlara doğru ilerlemesini önler.

Kaynak sıcaklığında ergimeyen bu oksitin varlığı, kaynak dikişine elektrodun

ergimesi ile geçer ve bağlantının sürekliliğini sağlayan damlacıkların bağ oluşturmasına

engel olur; bunun yanı sıra kaynak banyosu içinde kalıp katılaşan oksit tabakası,

bağlantının mukavemetini azaltır.

84

Bu oksitin etkisini ortadan kaldırmak için alüminyum ve alüminyum alaşımlarının

kaynağında özel yöntemler veya bu oksit ile bileşikler oluşturup cürufa geçiren özel

dekapanlar kullanmak gereklidir.

Şiddetli bir şekilde korozif olan bu kaynak dekapanlarının kalıntıları, kaynak

işleminden sonra, korozyonu önlemek açısından dikkatli bir temizlemeyi gerektirmektedir

ve bu da hem zor olmakta ve hem de maliyeti artırmaktadır.

Bazı alüminyum alaşımlarında, kaynak sırasında uygulanan ısıl çevrim, ana katı

çözelti içinde bulunan alaşım elementlerinin, ergimiş bölge veya esas metalde çökelmesine

neden olur ve bu olayda bağlantının mekanik ve kimyasal özeliklerinin esas metalden

farklı olmasına yol açar.

Alüminyumun düşük sıcaklıkta ergimesi ve ergiyen metalin tav rengi göstermemesi

kaynak işlemini güçleştirmektedir; kaynak bölgesinin kaynak sıcaklığına erişip erişmediği

ancak çok deneyimli kaynakçılar tarafından farkına varılabilmektedir.

Alüminyumun ısıl iletkenliğinin yüksek olması, kaynak bölgesinde yerel sıcaklık

yoğunlaştırmasını zorlaştırmakta ve birçok durumda ön tavı gerekli kılmaktadır.

Alüminyumun ısıl genleşme katsayısının yüksek olması, kaynak bölgesinde şiddetli şekil

değişimlerine yol açmakta ve çarpılmaları artırmaktadır [13].

85

II.9. ALÜMİNYUM VE ALAŞIMLARININ TIG KAYNAĞI

Paslanmaz ve yüksek alaşımlı çelikler, alüminyum, bakır, titanyum gibi metallerin ve

alaşımlarının kaynağında geniş çapta uygulanan bu yöntemde, erimeyen bir tungsten

elektrot ve iş parçası arasında ark oluşturulmakta ve ark bölgesi bir lüleden gönderilen bir

asal gaz tarafından korunmaktadır; ilave metal ise aynen gaz ergitme (oksi-asetilen)

yönteminde olduğu gibi bir tel halinde, kaynakçı tarafından kaynak bölgesine ithal

edilmektedir. Aşağıdaki tablolarda çeşitli metaller için önerilen kaynak parametreleri

verilmiştir.

Tablo II.26 Al-Alaşımları İçin TIG Kaynak Parametreleri

Tablo 26 Alüminyum + Alüminyum Alaşımları İçin Kullanılan Akım : AlternatifKullanılan Gaz : ArgonKullanılan Elektrod: Saf Tungsten

Metal Kalın. mm.

PasoSayı.

Elekt. Çapı mm.

Nozul Çapı mm.

Dolgu Teli Çapı

Gaz Akış

Debisi lt/dk.

Kaynak Akımı Amper

Kaynak Hızı

mm/sn.

1.6 1 2.4 7.9 2.4 7.1 70-90 3.82.4 1 2.4 7.9 2.4 7.6 95-115 3.83.2 1 3.2 9.5 3.2 9.0 120-140 4.24.8 1 4.0 11.1 4.0 11.8 180-200 4.26.4 1 4.8 12.7 4.8 14.2 230-250 4.29.5 2 4.8 12.7 4.8 16.5 250-310 3.412.7 3 4.8 12.7 4.8 16.5 300-350 3.4

Tablo II.27 Cu ve Alaşımları İçin TIG Kaynak Parametreleri

Tablo 27 Bakır + Bakır Alaşımları İçin Kullanılan Akım : Doğru Akım (Elektrod Negatif)Kullanılan Gaz : Argon (5mm. Kalınlığı kadar) Daha kalın malzemeler için helyumKullanılan Elektrod: %2 Toryumlu Tungsten

Metal Kalın. mm.

PasoSayı.

Elekt. Çapı mm.

Nozul Çapı mm.

Dolgu Teli Çapı

Gaz Akış

Debisi lt/dk.

Kaynak Akımı Amper

Kaynak Hızı

mm/sn.

1.6 1 1.6 6.4 1.6 8.5 125-155 4.23.2 1 2.4 7.9 2.4 8.5 195-245 3.44.8 1 3.2 9.5 3.2 17.0 200-255 3.46.4 1 3.2 9.5 3.2 17.0 255-285 2.39.5 2 4.8 12.7 4.8 17.0 290-350 2.3

12.7 3 4.8 15.9 6.4 21.2 400-500 2.5

Tablo II.28 Paslanmaz Çelikler İçin TIG Kaynak Parametreleri

86

Tablo 28 Paslanmaz Çelikler İçin Kullanılan Akım : Doğru Akım (Elektrod Negatif)Kullanılan Gaz : Argon Kullanılan Elektrod: %2 Toryumlu Tungsten

Metal Kalın. mm.

PasoSayı.

Elekt. Çapı mm.

Nozul Çapı mm.

Dolgu Teli Çapı

Gaz Akış

Debisi lt/dk.

Kaynak Akımı Amper

Kaynak Hızı

mm/sn.

1.6 1 1.6 6.4 1.6 4.7 90-100 4.22.4 1 1.6 6.4 2.4 4.7 110-130 4.23.2 1 1.6 7.9 2.4 4.7 130-150 3.44.8 1 3.2 9.5 3.2 7.1 200-250 3.46.4 2 3.2 9.5 4.8 8.5 225-300 4.29.5 2-3 4.8 11.7 4.8 11.8 250-300 4.2

12.7 3 4.8 12.7 6.4 11.8 250-350 4.2Başlangıçta, koruyucu gaz olarak helyum, A.B.D.' de, bazı kuyulardan doğal olarak

elde edildiğinden ve argona nazaran daha ucuz olduğundan çok yaygın bir şekilde

kullanılmış ve dolayısı ile de bu yönteme Heli-Ark adı verilmiştir. Avrupa’da ise

helyumun doğal olarak eldesi mümkün olmadığından koruyucu gaz olarak argon

kullanılmış ve yönteme de Argon ark adı verilmiştir. Aslında birbirlerinin aynı olan bu iki

yöntem arasında yegâne fark koruyucu gazlardır.

Son yıllarda A.B.D.'de, Tungsten Inert Gas kelimelerinin baş harflerinden

yararlanılarak TIG yöntemi adı verilmiş olan bu yöntemde, koruyucu gazın bir asal gaz

olması dolayısı ile kaynak bölgesinde oksidasyon ve erimiş metalin azot kapması önlenmiş

olur

Standart bir TIG kaynak donanımı hava veya su ile soğutulan bir kaynak pensesi,

akım üreteci, koruyucu gaz tüpü ve bir de otomatik kumanda cihazından meydana gelir

[20].(Şekil. II.52)

Şekil II.52. TIG kaynak yöntemi blok şeması

87

Bu yöntemde, uygun bir başlık (Torch) vasıtası ile taşınan bir tungsten elektrod, esas

metalle ark oluşturur. Oluşturulan bu ark sonucu, açığa çıkan ısının ergitme gücü, esas ve

ilave metalin ergitilmesinde kullanılır. Koruyucu gaz, bir tüpten çekilip başlık aracılığı ile

kaynak bölgesine gönderilir. Böylece, oluşumu muhtemel kaynak hataları, bölgenin

korunması ile önlemiş olur. Aşağıda, hava soğutmalı bir TIG torc'u görülmektedir.(Şekil.II.

53)

Şekil II.53. Hava soğutmalı bir TIG torc’u

Bu yöntemle, ark tungsten elektrodla esas metal arasında oluştuğundan, ergimeyen

elektrodda bir ısı birikimi oluşur. Bu birikim sonucunda, oksit tabakası da parçalanmış

olur. Oksit tabakasının tam parçalanabilmesi için, elektrod pozitif kutupta olmalıdır. Eğer

elektrot pozitif kutupta ve doğru akım kullanılıyorsa, oksit tabakasının parçalanması çok

daha kolay olacaktır. Fakat daha önce de değinildiği gibi, elektrodda aşın ısı birikimi

oluşur. Bu ısı birikiminin nedeni, esas metalden elektroda geçen elektronlardır. Yani,

elektrot pozitif kutupta iken elektronların akış yönü, esas metalden tungsten elektroda

doğrudur. Ters kutuplama ile ısı, istenilen kaynak bölgesine kolayca transfer edilebilir.

Fakat bu 3 durumda da oksit filmi tam parçalanamamıştır. Alternatif akım, TIG yöntemi ile

kaynakta kullanıma girmesi, bütün bu mahzurları ortadan kaldırılmıştır. Aşağıdaki

şekillerde Doğru Akım Doğru Kutuplama (DCSP ya da DCEN) (Şekil.II.54), Doğru Akım

Ters Kutuplama(Şekil.II.55) ve Alternatif Akımla TIG kaynağının (Şekil.II.56) şematik

resimleri verilmiştir [21].

88

Şekil II.54. DCSP (DCEN) – TIG Yöntemiyle Kaynak

Şekil II.55. DCRP (DCEP) – TIG Yöntemi ile kaynak

Şekil II.56. AC – TIG Yöntemi ile kaynak.

AC akım kullanıldığında, kaynak için sorun teşkil eden oksit tabakası, pozitif yarı

devre esnasında parçalanır. Kaynak bölgesine ısı girişi ise, negatif yarı devre esnasında

olur. Ark oluşumu, negatif yan devrede iken çabuk olduğu halde, pozitif yarı devreye geçiş

89

oldukça zorlaşmaktadır. Akım sıfırdan geçerken, ark hemen söner. Ancak, açık devre

voltajı, yeniden ark oluşumu için yüksek bir değere ulaştığında, ark yeniden oluşur. Diğer

yandan açık devre voltajı düşerse, tam doğrultma olayı oluşur. Aşağıdaki şekilde, tam ve

kısmi doğrultma olayları şematik olarak

gösterilmiştir.(Şekil.II.57)

Şekil II.57. Alternatif akımla TIG kaynağında tam ve kısmi doğrultma olayları.

Arktaki kesiklik, arkın dengesini bozduğu gibi, oksit tabakasının dağıtımında da bir

eksiklik oluşturur. Tam doğrultma ile Al ve alaşımlarının kaynağı pekiyi olmaz. Ark

kesilmesini önlemenin iki yolu vardır. Her ikisi de kaynak ekipmanına, dağıtıcı birimlerin

ilave edilmesi ile mümkün olur. Bunlar: Yüksek voltaj kıvılcımlan ile yüksek frekans

90

enjeksiyonu: Bu enjeksiyonu bağlayan üniteler, arkın yeniden ve çabuk oluşumu için, bir

iletim yolu oluşumunu sağlayabilirler. Bunlar yüksek bir açık devre voltajı, arkı

oluşturmada, her zaman gerekli olduğundan; Bu, sorunun tam çözümü değildir. Veya

yüksek akım şiddeti enjektör ünitelerinin kullanımı: Bu ünite, arkın kesilmesi halinde,

yüksek akımı aniden enjekte eder.

Akım şiddetini, 150 amperden aşağı sınırlarda ise, hava soğutmalı başlıklar (torch)

kullanılmaktadır. Elle yapılan TIG kaynağı, MIG kaynağına göre, daha yavaş hızda kaynak

olanağı sağlar. Fakat TIG yöntemi, oksi-asetilen yöntemi ile karşılaştırılırsa, daha hızlı

kaynak yapabilme olanağı sağlar. Alüminyum ve alaşımlan, ilave metal kullanılmadan da

TIG yöntemi ile kaynak edilebilirler. Daha kalın parçaların bu yöntemle kaynağında,

alternatif akım yerine doğru akım doğru kutuplama (DCSP) ile 30mm ye kadar parçaların

kaynatılması mümkün olmaktadır. Kalın parçaların kaynağında, muhakkak kenar

hazırlama işlemi gerekmektedir. Bu tip kalın parçaların kaynağında, geniş kaynak ağızları

gerekli olduğundan, bu işlem MIG yöntemi ile daha başarılı bir şekilde yapılabilinir.

Çünkü MIG yöntemi ile dolgu yapılması, daha kolaydır. Aşağıda, şematik olarak TIG

yöntemi ile kaynak işlemi verilmiştir.(Şekil.II.58)

Şekil II.58. TIG yöntemi ile kaynak işlemi

Koruyucu gazla yapılan TIG yöntemi ile kaynak işleminde, kullanılan tungsten

elektrod, ergimez kabul edilir. Gerçekte çok az da olsa, tungsten eletrodta da bir ergime

mevcuttur. TIG yöntemi ile kaynak; Alaşım türü, parça kalınlığı, ark boyu, birleştirme

tasarımı ve diğer özel koşullara bağlı olarak, üç akım türü ile de yapılabilinir.

II.9.1. Alternatif Akımla TIG Kaynağı

91

Alüminyum ve alaşımlarının kaynağında, en çok kullanılan akım türü, alternatif

akımdır. Bunun nedeni; Bu akım türü ile en uygun nüfuziyet ve oksit çözebilme ilişkisinin

sağlanabilmesidir. Bu da, DCRP ve DCSP ye göre bir üstünlük sağlar. AC - TIG

yöntemiyle kaynakta, tungsten elektrodda da en uygun ısı birikim oranını sağlamak,

mümkündür. Alternatif akımla kaynak işlemi yapılırken, alternatif akımın doğru kutuplama

kısmında, yüksek akım nedeni ile parçaya giren ısı miktarı da yüksek olduğundan,

nüfuziyetin yüksek olması sağlanır. Bu ısı, relatif olarak, çok küçük bir bölgede

yoğunlaştırılabilir. DCRP nin tabiatında var olan, temizleme olgusu nedeni ile TIG

yöntemiyle kaynakta da esas metal ya da ilave metal üzerindeki oksit tabakası, alternatif

akımın ters kutup kısmında kolayca dağıtılabilinir. AC- TIG yöntemiyle kaynak, DCRP-

TIG ve DCSP- TIG yöntemlerinin bir bileşimidir. Aşağıdaki şekilde, 125 A akım

şiddetinde AC- TIG yöntemi ile kaynak işleminde, akımın zamanla değişimi

verilmiştir.(Şekil.II.59)

Şekil II.59. AC-TIG yöntemi ile kaynakta akım-zaman grafiği.

AC- TIG yöntemiyle, alüminyum ve alaşımlarının kaynağında, eğer güç kaynağı

dengeli bir dalga üretmiyorsa; doğru kutup yönüne göre, ters kutup yönünde daha az akım

geçer. Esas metal üzerinde, doğal olarak bulunan oksit tabakası, doğrultma için bir engel

teşkil eder. Bir dizi faktöre bağlı olarak, aşağıda verilen faktörler akım değişimine sebep

olabilirler.

a) Dengelenmemiş dalga üretimi durumu: Bu durumda, normal alternatif akıma

göre;X ekseninin altındaki doğru kutup halkalan geniş ve uzun periyotlara

sahipken;X ekseni üzerindeki ters kutup halkaları dahadar ve kısa

durumdadır.(Şekil II.60)

92

Şekil II.60. Dengelenmemiş alternatif akım grafiği.

b) Tam doğrultma durumu: Burada ters kutup halkalan, tamamen X ekseni üzerine

geçerler.Dolayısı ile arkın tüm oksidi temizleme yeteneği yok olur.(Şekil II.61)

Şekil II.61. Tam doğrultma olayı.

c) Kısmi doğrultma durumu: Bu durum, a ve b durumlarının bir

bileşimidir.(Şekil.II.62)

Şekil II.62. Kısmi doğrultma durumu.

d) Kararsız arkın sebep olduğu doğrultma: Burada doğru kutup halkalan, büyük ve

geniş periyotlara sahiptirler. Fakat akım ters kutup halkalarının başlangıcında

doğrultulur.(Şekil II.63)

93

Şekil II.63. Kararsız arkın sebep olduğu doğrultma.

Sürekli dengelenmemiş AC: T1G yöntemi ile kaynakta kullanılan birçok kaynak

transformatörü, sürekli dengelenmemiş dalga üretirler. Bu da, AC ile DCSP’nin bir

bileşimi olan akım türüdür. Burada, DC akımın değeri bir ampermetre ile belirlenebilir.

AC kısmı ise, direkt okuma yapan, AC bir ampermetre ile tespit edilebilir.(Şekil.II 64)

Şekil II.64. Sürekli dengelenmemiş AC, dengeli AC ve DCRP nin dalga grafikleri

Genellikle, bu türdeki güç kaynaklarında alternatif akımın doğru akıma oranı, 2:1

veya 4:1 civarındadır. Bilindiği üzere, alüminyum ve alaşımlarının AC- TIG yöntemi ile

kaynağında, dalga doğrultması yönünden çeşitli duyarlılıklar mevcuttur. Buna ilaveten,

tungsten elektrod üzerindeki açık devre voltajı da, ark kararsızlığına sebep olabilir. Bu

potansiyel, yaygın AC kaynak transformatörler için normaldir. Bu tip güç kaynaklarında

potansiyel fark değeri, 40–50 V kadardır. Potansiyel farkın bu derece düşük olması, ark

kararsızlığına neden olabilmektedir. Ayrıca, akım sıfırdan geçerken, sönme olabilir. 100–

150 V gibi yüksek açık devre voltajlarının kullanımı, bu mahzurları bir parça azaltır.

Ark kararlılığını sağlamada bir diğer yöntemde, yüksek frekanslı voltaj kullanımıdır.

Bu, sabit kesintisiz ve dengelenmemiş bir AC dalgası oluşturur. Bu tür dalganın DCRP

94

kısmında, yeterli oksit temizleme işlemi oluşur. Bu tür akım, ACHF olarak

sembolleşmektedir. (ACHF: Alternating Current High Frequency) Yüksek frekans eldesi,

kaynak devresine 12 kHz kadar bir ilave frekansın verilmesi ile olur. Bunu temin edecek

potansiyel fark, yaklaşık olarak 5000 V kadardır. Akım şiddeti ise, oldukça düşük

değerlerde kalır. Ark kararlılığını sağlamada bir diğer yöntem de; kapasitörlü dengeleme

üreteçleri kullanımıdır. Bu yöntem, yüksek voltajlı kaynak yöntemi olarak adlandırılır.

Burada ilave yüksek frekans, sadece ark kesilmesi durumunda uygulanır [21 ].(Şekil II.65),

(Şekil II.66)

Şekil II. 65. Dengelenmiş AC dalga grafiği.

Ark kararlılığını sağlamada bir diğer yöntem de, güç kaynağına bir batarya takımının

ilave edilmesidir.

Şekil II.66 Kapasitör kullanılarak dengeli AC eldesi.

95

Şekil II.67. Kapasitörlü sistemde dalga grafiği.

Şekil II.68. Batarya kullanılarak dengeli AC eldesi.

Ark kararlığını sağlamada kullanılan bir diğer yöntem de, yüksek frekans

enjeksiyonu ile düşük voltaj ve yüksek amperajlı; Sürekli dengesiz AC akım kullanılır.

Şekil II.69. Yüksek frekans enjeksiyonu ile düşük voltaj ve yüksek amperajlı, sürekli dengelenmemiş

AC.

II.9.1.1. AC- TIG yöntemi ile kaynakta kullanılan koruyucu gazlar

AC- TIG yöntemi ile kaynakta alüminyum ve alaşımları için en iyi oksit çözme olayı

saf argon kullanmakla olur. Ayrıca, elle yapılan AC-TIG kaynağı için birçok kaynak

operatörü, argonun ark kararlılığında daha iyi olduğunu belirtmişlerdir.

Araştırmalar sonucunda, argon transferindeki sıcaklığın arttırılması için, argona bir

miktar helyum katılmasının yararlı olduğu belirlenmiştir. Argona % 10’dan daha fazla

96

oranda helyum ilavesi, nüfuziyeti de arttırmaktadır. İyi kalitede bir kaynak için, koruyucu

gazın saf olması da oldukça önemlidir.[21]

II.9.1.2. Gaz Debisi

İyi kalitede bir AC- TIG kaynağı için, koruyucu gaz debisinin de uygun seçilmesi

gerekir. Gaz debisi; akım şiddeti, meme çapı, birleştirme tasarımı, kaynak hızı ve kaynak

bölgesindeki hava akımlarına göre ayarlanır.[21]

II.9.1.3. İlave metal seçimi

TIG yöntemi ile kaynakta çoğu zaman ilave metal kullanılmaz. Öncelikle ince

parçaların kaynağında, kenar tasarımının uygun yapılmasıyla, ilave metal devreden

çıkarılmış olur. İlave metalin gerekli olduğu durumlarda, alaşım türüne göre bir seçime

gidilir. İlave metalin uygun seçilmemesi, dikiş ekseni boyunca çatlamalara, krater

çatlamalarına, dayanım düşmelerine ve değişik diğer kaynak hatalarına sebep olabilir.

Fazla oksitlenmiş veya kirlenmiş ilave metaller, prozite, çatlama, kalıntı gibi kaynak

hatalarına neden olabilirler [ 21].

II.9.1.4. Kaynak ağızlarının hazırlanması

Kaynak ağızlan, kaynatılan parçaların kalınlığı ve dikişten beklenen özellikler göz

önüne alınarak biçimlendirilir. Genel olarak 4mm kalınlığa kadar olan parçalar küt alın

şeklinde birleştirilir, iki taraftan kaynak yapma imkânı mevcut olduğu hallerde bu kalınlık

arada aralık bırakmak koşulu ile 8mm'ye kadar çıkabilir. Daha kalın parçalar için 60 ila

90°lik V veya U kaynak ağzı açılır.

Bilhassa kalın parçalar kaynatılırken, bir altlık kullanılmadığı zaman kök kısmında

1–2 mm'lik bir kısım küt alın olarak bırakılırsa, bu şekilde kök kısmında dikişte akmalar

olması önlenmiş olur. Parçanın her iki tarafından da kaynak yapılabilme imkânına sahip

olunan hallerde, kalın parçalara X veya U kaynak ağızlan açılır [18 ]. Şekil II.70.de

Alüminyum ve alaşımlarının TIG kaynağında kullanılan kaynak ağız şekilleri

gösterilmiştir.

II.9.1.5. Ark tutuşturulması

AC- TIG yöntemi ile kaynakta ark tutuşturma, güç kaynağının türüne bağlı olarak,

koruyucu gazın iyonlaşması ile olur. Tungsten elektrodun parçaya, 1.5–3 mm kadar

yaklaştırılmasıyla kaynak arkı tutuşturulur. Daha sonra ark boyu, uygun şekilde elle

97

ayarlanır. Kaynak bölgesinin dış sının, torch'a bir dairesel hareket verilerek genişletilebilir

[21].

Şekil II.70. TIG Kaynağında Kullanılan Kaynak Ağız Şekilleri [22 ]

II.9.1.6. Ark tutuşturma güçlükleri

Yüksek frekanslı akım kullanıldığı durumlarda, AC arkını başlatmak için ark

bölgesinde iyonlaşmayı sağlayacak, yeterli oranda koruyucu gaz atmosferi bulunmalıdır.

1.5 mm mesafede ark yine oluşmuyorsa, bu durumda ya güç kaynağı devresinde bir arıza

vardır, ya da oksit tabakasının kalın olması nedeni ile ark oluşumu engellenmektedir.

98

Kaynak öncesinde, devrenin kontrolü, yüksek frekans ünitesinin ateşleme ayarının

kontrolü ve esas metalin temizlenmesi düşünülmelidir [21].

II.9.1.7. İlave metal besleme

İlave metal, uygun zamanda elle kaynak bölgesine verilmelidir. Birçok kaynak

operatörü, bu işlem için kendilerine göre pratik teknikler geliştirmişlerdir. Genel olarak, bu

işlem TIG torch'unun belli bir süre bir bölgeye tutulması ve hafif ergimelerin gözlendiği

bir anda ilave metalin verilmesi şeklindedir. Genel olarak, TIG yöntemi ile kaynakta

yapılan en çok hatalardan biri de, kaynak bölgesine ilave metalin düzensiz verilmesidir.

İlave metalin, kaynak bölgesine en küçük açıda verilmesi gerekir. Böylece, ergiyik

bölgenin mükemmel bir koruyucu gaz tabakasıyla kaplanması sağlanmış olur. Ayrıca, ilave

metal eriyiğinin tungsten elektroda değme olasılığı da azalmış olur. Şekil II.71 ve II.72 de

kaynak dikiş şekline göre torc'un ve ilave metalin pozisyonu gösterilmiştir [21].

II.9.1.8. Kaynağın tamamlanması

Kaynak sonrası arkın kesilme zamanı oldukça önemlidir. Bunun için bir metod;

Dikiş sonunda arkın birden kesilmesidir. Bu amaçla, elektrod birden kaldırılır. Bu şekilde

bir ark kesimi, TIG yöntemi için pek önerilmemektedir. Bu durumda, krater çatlamalarının

çok olduğu tespit edilmiştir. Buna ilaveten, prozite oranında da bir artış gözlenmiştir.

Özellikle üst pasolarda, bu tür krater çatlamalarının çok olduğu belirlenmiştir. Krater

çatlamaları görünümü bozar ve kaynak dayanımını azaltırlar. Krater çatlamalarını

önlemede en iyi yöntem; kaynak dikişi sonunda akım şiddetinin azaltılmasıdır. Bu işlem

genellikle, ayakla kontrol edilen bir pedalla yapılır. Her hangi bir dekapan

kullanılmadığından, bitmiş kaynak dikişlerinin temizlenmesine gerek yoktur [ 21].

99

Şekil II.71. TIG Kaynağında, kaynak dikiş şekline göre torc’un ve ilave ve metalin pozisyonu.

Üstte: Düz alın dikişi

100

Altta: Bindirme kaynak dikişi [22]

Şekil II.72. TIG Kaynağında, kaynak dikiş şekline göre torc’un ve ilave ve metalin pozisyonu.

Üstte: İç köşe dikişi

Altta: Dış Köşe dikişi [22]

101

II.9.1.9. Ön Tavlama

AC-TIG yöntemiyle kaynakta, kalın parçalar kaynatılırken, muhakkak ön tavlama

yapılmalıdır. Alüminyum ve alaşımlarının ısı iletim katsayıları çok yüksek olduğundan, ark

ısısı hemen iletilir. Bu nedenle, ergime olayı oluşmaz. Ön tavlama, basit olarak gaz alevi

ile ya da diğer tavlama ortamları kullanılarak yapılır. Özellikle, ısıl işlemlere yatkın

alaşımların maksimum ön tavlama sıcaklıkları oldukça kritiktir. Çünkü aşırı ön tavlama, bu

alaşımlarda dayanım düşmesine neden olabilir.

II.9.1.10. Elektrod Aşınması

Ark oluşumu esnasında, ark yolu boyunca elektrod parçacıkları esas metale transfer

edilirler. Bunun bir mahzuru: Dikişe karışan elektrod parçacıklarının, kaynak dikişinin

mekanik özelliklerini etkilemesidir. Diğer bir mahzur, elektrodun gereksiz tüketimi ve işe

yaramaz bale gelmesidir. Ayrıca, elektrodun ayan ya da değiştirilmesi için harcanacak

zaman ve ek masraflar da dikkate alınmalıdır. AC- TIG yöntemi ile kaynakta, elektrodun

kaynak bölgesine transferi, AC'nin kısmi doğrultması nedeniyle olur. Bunun önlenmesi,

devreye bir takım cihazların yerleştirimi ile mümkün olur.

TIG yöntemi ile kaynakta, akımın her üç türünde de, transfer olayı çok küçük çapta

elektrodun kullanıldığı durumlarda, akım şiddeti yüksek ise muhakkak oluşur. Aşın büyük

çapta elektrod kullanımı durumunda yine elektrod parçacıklarının transferi söz konusudur.

II.9.1.11. Ekonomi Önlemleri

Isıdan etkilenen bölgenin minimum olması, dolayısıyla enerji tasarrufu sağlamak

amacı ile; Kaynak hızının mümkün olan oranda yüksek olması gereklidir. Küçük akım

şiddetlerinde ve çok küçük kaynak hızlarında koruyucu gaz debisinin çok yüksek olması,

gereksiz harcamalara neden olur. Yeterli yüzey temizliği ve normal görünümde bir dikiş

görünümü için, optimum bir gaz debisinin ayarlanması gereklidir [ 21].

II.9.1.12. Kaynak Hataları

Alüminyum ve alaşımlarının kaynağı, normal çeliğin kaynağına nazaran birçok

farklılıklar gösterdiğini ve çeliğin kaynağına göre daha zor ve sorunlu olduğunu, bundan

dolayı malzemeyi ve özelliklerini (fiziksel ve metalürjik ) çok iyi tanımak gerektiğinden

bahsetmiştik. Alüminyumun kendi özelliğinden kaynaklanan sorunların yanında gaz altı

102

kaynaklarında gerek kaynak parametrelerinin hatalı seçilmesi ve gerekse de uygulama

esnasındaki hatalı davranışlardan ötürü ortaya çıkan bir takım kaynak hataları ile de

karşılaşılır [7 ].

TIG kaynağında kaynak hamlacı (torç) parçaya yaklaşık olarak 70–75°C' lik bir açı

ile tutulur ve kaide olarak sağdan sola doğru kaynak yapılır. Torç eğiminin fazla olması

durumunda kaynak dikişine dışarıdan gaz girer (Şekil II.73).

Şekil II.73. TIG Kaynağında Torç Eğiminin Fazla Olması Sonucunda Kaynak Dikişi Gaz Kapar.

Alüminyum alaşımlarının kaynağında, arkın tutuşturulmasında ve kaynak esnasında,

elektrodun parça ile temasına müsaade edilmez, aksi halde hem kaynak yeri alaşımlanır ve

hem de elektrod kirlenir. Bunu yanında kaynakta korozyon ve ışınma oluşmaktadır. Uzun

ark boyu ile kaynak yapıldığı zaman yanma olukları, oksit kalıntısı, gözenek ve uygun

olmayan nüfuziyet oluşmaktadır. Bunun için iş parçası ile torç arasındaki mesafe çok iyi

ayarlanmalıdır (Şekil II.74) .[7 ]

103

Şekil II.74. TIG Kaynağında, Kaynak Çubuğunun Çok Fazla Geri Çekilmesi ve Elektrodun Banyoya

Dalması Sonucunda Oluşan Hatalar.

Kaynak sırasında, Torcun yana meyilli tutulması, torç eksenden kaymış olarak ve

torç çubuğunun çok fazla geri çekilmesi kaynakçı hatalarından kaynaklanan hatalar oluşu

gösterilmiştir.

Şekil II.75. TIG Kaynağında, Kaynak Torçu Eksenden Kaymış.

Elektrodun Banyoya Kertik etkisi Korozyon Isınma Damlaması

104

TIG kaynağında hatalar daha çok oksit kalıntısı, gözenek veya birleşme kusurlarıdır.

Bu hataların gösterilişi ve nedenleri şöyledir;[23]

Hatanın Nedeni

— Kaynak bölgesi iyi temizlenmemiş

— Parçalar arası çok büyük ve karşı

taraftan hava giriyor.

— Alt tarafı hava girişi

— Akım şiddeti az ve ark boyu uzun

tutulmuş.

Kaynak çubuğu banyoya fazla dalmış

Oksiderin basma uygulayarak alttan

çıkması mümkün değildir. Arkın temizleme

etkisi erime boşluğunun altına ulaşmamış.

Alüminyum için uygun olmayan ağız şekli.

Parça kalınlığı I ağzı için büyük

Akım şiddeti yeterli değil

Kaynak hızı çok yüksek

Parça kalınlığı I ağzı için çok büyük.

Parçalar arasında temas yok

Kaynak akımı çok küçük, ark boyu çok

uzun

Torç fazla eğilmiş. Tungsten elektrod fazla

küt

105

Gazı alınmamış esas metal arkın stabilizesi

bozuk

Parça iyi temizlenmemiş, kaynak ağzı

yüzeyleri bozuk, kalın parçaya ön ısıtma

uygulanmamış.

Kaynak pozisyonu (tavan, korniş) gazların

dışarı atılmasına uygun değil, gaz içeren

esas metal halinde düşük kaynak hızı

kullanılması.

II.9.2. Alüminyum ve Alaşımlarının DCSP- TIG Yöntemiyle Kaynağı

Daha önce de kısaca değinildiği gibi, alüminyum ve alaşımlarının kaynağında

kullanılan yöntemlerden biri de, Doğru Akım Doğru Kutuplama ile kaynaktır. Bu yöntem,

MIG yönteminin kullanıldığı birçok yerde kullanılabilmektedir. DCSP (DCEN)- TIG

yönteminde, elektrod negatif kutupta, esas metal pozitif taraftadır. Elektronlar, elektrottan

esas metale geçerler. Bu elektron geçişi dolayısıyla, esas metal ısınırken, elektrod relatif

olarak daha soğuk kalır (Şekil II.76).[21]

Şekil II.76. DCSP-TIG yönteminde elektronların akışı.

DCSP- TIG yöntemi ile kaynak, derin ve dar dikişlerin çekilmesini sağlar. Bu

yöntemle kaynakta, ısıdan etkilenen bölge oldukça küçüktür. Ark boyunu kısa tutabilme

olanağı olduğundan, dikişler daha iyi sonuç verirler. Bu yöntemin diğer bir avantajı da,

kolayca otomatikleştirilebilmesidir Ark boyu; elle kaynakta 1.5 mm, otomatik kaynakta

0.4mm kadardır. Bu yöntemde, koruyucu gaz olarak, argon yerine helyum kullanımının

106

daha iyi sonuçlar verdiği belirtilmektedir. DCSP yönteminde oksit çözme olayı oldukça

zayıftır. Bu nedenle, kaynak öncesinde yüzeylerin iyi temizlenmesi gerekmektedir. Ark

ısısının % 70'i esas metalde, %30'luk kısmı da elektrotta oluşur. Bu özellik, küçük elektrod

çaplarıyla yüksek akım şiddetlerinde çalışma olanağı sağlar (Şekil II.77). Sonuçta, esas

metale transfer edilen ısı miktarı ve dolayısıyla da nüfuziyet artmış olur. Ayrıca, yüksek

kaynak hızlarıyla çalışmaya da olanak sağlar. DCSP ile kaynakta, ark boyu DCRP' deki ark

boyunun yarısı kadardır. Ark tutuşmasını kolaylaştırmak için, yüksek frekanslı sistemler

kullanılmaktadır.

Şekil II.77. 125 A akım şiddetinde DCSP-TIG yöntemi ile kaynakta, akımın X eksenine göre grafiği.

II.9.2.1. DCSP- TIG Yöntemi ile Kaynakta Gerekli Ekipmanlar

Bu yöntemde de, MIG yönteminde olduğu gibi; bir DC kaynak jeneratörü veya

redresörü gereklidir. Bazı araştırmacılar, bu yöntemde üç fazlı akım kullanımının daha

uygun olduğunu belirtmişlerdir. Bu durumda akımın daha kararlı olduğu söylenmektedir.

Güç kaynağı haricinde, diğer kaynak ekipmanları AC- TIG yöntemindekilerle aynıdır.

Burada, AC- TIG yöntemine göre farklı hususlar; elektrod seçimi ve koruyucu gazdır.

II.9.2.2. Elektrod seçimi

DCSP- TIG yöntemi ile kaynakta, birçok araştırmacı toryumlu tungsten elektrodları

tercih etmektedirler. Toryumlu tungsten elektrodlar, saf tungsten elektrodlara göre daha

fazla ısıl dirence sahiptirler. Bazı kaynak otoriteleri de saf tungsten elektrodları

yeğlemektedirler. Onların inancına göre; saf tungsten elektrodlar, daha az metal

sıçramasına ve ark kesilmesine neden olmaktadırlar. Her iki tür elektrod kullanımında da

oluşan hatalar, kaynak parametrelerinin uygunsuzluğundan ileri gelmektedir.

107

II.9.2.3. Birleştirme tasarımı

Bazı avantajlara sahip, DCSP- TIG yönteminin alüminyum ve alaşımlarının

kaynağında kullanımı birleştirme tasarımının da iyi düzenlenmesi gereğini de beraberinde

getirir.

DCSP ile helyum atmosferinde oluşturulan ark, AC ile helyum veya argon

atmosferinde oluşturulan ark.1:an daha yüksek sıcaklığa sahiptir. Bu yöntem ile alın

tasarımlarının yapımı oldukça kolaydır. Kalın parçaların kaynağında, V kaynak ağzı

gereklidir. Distorsiyon oluşumu, AC- TIG yöntemine göre daha azdır. Çünkü birim dikiş

başına verilen ısı, daha düşüktür.

II.9.2.4. Koruyucu Gaz

Saf helyum ya da helyum argon karışımları( %7'den %35'e kadar argon), DCSP-TIG

yöntemiyle kaynakta tercih edilmektedir. Helyuma argonun ilavesi, kaynak kararlılığını

temin içindir. Yapılan araştırmalar sonucunda, helyum atmosferinde oluşturulan arkın

argon atmosferindekinden daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Bununla beraber, argon

atmosferinde ark tutuşturulması daha kolay olmaktadır. Helyum argon karışım oranları,

kaynak koşullarına göre değişmektedir. Genellikle, % 65'ten % 93'e kadar helyumlu argon

karışımları tercih edilmektedir.

II.9.2.5. Mekanik Özellikler

DCSP- TIG yöntemi ile kaynakta, yüksek kaynak hızlarının kullanılabilme

olanağından dolayı, AC- TIG yöntemine göre ısıdan etkilenen bölgenin sınırları daha

dardır.

II.9.3. Alüminyum ve Alaşımlarının DCRP- TIG Yöntemi ile Kaynağı

Bu yöntemde elektrod pozitif kutupta, esas metal ise negatif kutuptadır. Buna göre,

elektronlar esas metalden tungsten elektroda doğru akarlar. Dolayısıyla, tungsten

elektrodda ısı birikimi, esas metalden daha fazla olacaktır. Bu nedenle AC- TIG ve DCSP-

TIG yöntemlerine göre, daha büyük çapta elektrod kullanmak gereklidir. Örneğin, 125 A

şiddetinde DCSP de 1.5 mm tungsten elektrod çapı gerekli iken, DCRP de 6mm çapta

elektrod kullanmak gereklidir. Küçük çapta elektrod kullanımı halinde, aşırı ısı birikimi

nedeniyle, elektrodun uç kısmı kopmaktadır. Kopan bu uç dikiş içinde kalacak ve mekanik

108

özellikleri kötü yönde etkileyecektir. Ayrıca, tungsten elektrod belli bir süre sonra

kullanılmayacak hale gelecek ve değiştirilmesi icap edecektir (Şekil II.78).[ 21]

Şekil II.78. DCRP- TIG yönteminde elektronların akışı .

Yukarıda izah edilen nedenlerden dolayı, DCRP- TIG yöntemi ile kaynak, Al ve

alaşımlarına oldukça sınırlı bir alanda uygulanabilmektedir. Bu yöntem, yalnızca ince Al

levhaların kaynatılmasında uygun olmaktadır( max. 1.5 mm ). DCRP- TIG yöntemi ile

kaynakta, argon kullanımı ile, mükemmel bir temizleme eylemi oluşmaktadır. Bu olay

sonucu, yüzeydeki oksit tabakası parçalanmış olur. Bu yöntemde kullanılan ekipman,

DCSP- TIG yöntemi ile aynıdır. Yalnızca kablo bağlantıları terstir. DCRP- TIG

yönteminde argon gazı tercih edilmektedir. Bu yöntemde de ark oluşumunu kolaylaştırmak

için, yüksek frekans üniteleri kullanılmaktadır. Kaynak hızı, benzer koşullarda, DCSP'nin

yarısı kadardır. Ark boyu ise, DCSP' nin iki katıdır. Böylece, DCRP ( DCEP ) de ark boyu,

5–6 mm kadardır. Buna göre, DCRP ( DCEP ) yöntemi elle kaynağa daha yatkındır.

Şekil II.79. 125 A akım şiddetinde DCRP( DCEP )- TIG yöntemi ile kaynakta dalga grafiği.

109

DCRP yönteminin en önemli özelliği; kaynak esnasında mekanizması henüz tam

açıklanamayan elektron ve gaz aktivasyonunun neden olduğu, mükemmel temizleme

işlemidir. Bu açıdan, DCSP çok zayıf bir yeteneğe sahiptir. Diğer yandan, AC-TIG

yöntemi ile kaynakta temizleme yeteneği DCRP-TIG yöntemindeki kadar olmasa bile, yine

de iyidir [ 21].

110

BÖLÜM III

DENEYSEL ÇALIŞMALAR

III.1. MATERYAL VE AMAÇ

Deney malzemeleri olarak AA2024. AA6061. AA7075 serileri alüminyum alaşımları

seçilmiştir. Yapılan literatür araştırmasında bu üç seri alaşımın ısıl işlem kabul ettikleri ve

üçününde kaynak kabiliyetinin farklı olduğu tespit edilmiştir.

2024 (AlCu) alaşımının kaynak kabiliyeti sınırlı, 6061 (AlMgSi) serisi alaşımın

kaynak kabiliyeti iyi, 7075 (AlZnMg) serisi alaşımın ise kaynak kabiliyeti kötü olduğu

bilinmektedir.

Kaynak kabiliyeti bakımından farklılık gösteren bu üç alaşıma TIG yöntemi ile

kaynak uygulaması yapılacak, ardından yaşlandırma sertleştirmesi uygulanacaktır. Her iki

uygulama sonrası oluşan mikro yapı elektron mikroskobu altında incelenerek

karşılaştırılacaktır.

III.2. DENEY MALZEMELERİNİN KAYNAK ÖNCESİ ALINAN SPEKTRAL ANALİZLERİ

Tablo III.1 AA2024’ün kaynak işlemi öncesi spektral analizi

NUMUNE Elementler %AlCu Al Si Mn Ni Sn Fe Mg Cr Ti Cu Zn Pb Sb

AA2024 93,64 0,04 0,52 0,002 0,005 0,22 1,44 0,008 0,04 4 0,038 0,02 0,003

Tablo III.2 AA6061’in kaynak işlemi öncesi spektral analizi

NUMUNE Elementler %AlMgSi Al Si Fe Cu Mn Mg Zn Ni Cr Pb Sn Ti SbAA6061 97,01 0,69 0,59 0,27 0,07 0,96 0,10 0,002 0,23 0,03 0,005 0,01 0,003

Tablo III.3 AA7075’in kaynak işlemi öncesi spektral analizi

NUMUNE Elementler %AlZnMg Al Si Fe Cu Mn Mg Zn Ni Cr Pb Sn Ti Sb

111

AA7075 96,13 0,051 0,2 0,47 0,005 0,69 2,33 0,002 0,05 0,029 0,005 0,007 0,003

III.3.DENEY MALZEMELERİNİN KAYNAK İŞLEMİ

III.3.1 Kullanılan TIG Kaynak Makinesinin Teknik Özellikleri Bu makine AC kare dalga ve DC TIG kaynağı için elverişli SCR (tristör) kontrollü

tek fazlı bir makinedir. Ayrıca, örtülü elektrod kaynak makinesi olarak da kullanılabilir.

Kare dalga kullanılan AC TIG kaynak makinelerinin sin dalgası üreten makinelere karşı

belirgin bir üstünlükleri vardır. Kaynak arkı daha kararlıdır ve akım değerleri pik yapmaz.

Dolayısıyla alüminyum ve magnezyum gibi kararlı oksitlere sahip malzemelerin

yüzeylerinde oksit tabakasını delerek daha derine nüfuz etme yeteneğine sahiptirler.

Tungsten elektrod aşırı yüklemeye maruz kalmadığı için ömrü daha uzundur. Son bir

üstünlüğü %30 / 70’lik bir orana sahip olan pozitif ya da negatif bir yarım dalga ayarlama

imkânına sahiptir. Bu da oksit tabakalarının kırılması veya nüfuziyeti artırmada daha

büyük bir avantaj sağlar. Yüzeyi oksit kaplı ya da kirli olan malzemelerle çalışıldığında,

balans oranı kademesiz olarak maksimum değere çıkarılarak daha iyi sonuçlar elde

edilebilir. Elektronik ayar kaynak arkının daha doğru ve hassas bir şekilde düzenlenmesi

imkanı sağlar. Ayrıca, örtülü elektrod ile çalışıldığında, kaynakçının kaynak yerini daha iyi

görmesini sağlayan yapışma önleyici düzeneği de başka bir avantajdır. Kaynak torcu su

soğutmalıdır. Özel bir elektronik devre güç kaynağının yüklenme şartlarına göre fan hızını

ayarlar. Buda özellikle açık devre uygulamalarında daha sessiz çalışma imkanı verir. (Şekil

III.1)

112

Şekil III.1Kaynak işlemi için kullanılan TIG Kaynak makinesi ve koruyucu gaz ünitesi

III.3.2 Numunelerin Kaynak İşlemi İçin HazırlanmasıKaynak işlemi için 100x80x1,6 mm boyutlarındaki 2024,6061 ve 100x80x2,4 mm

boyutlarındaki 7075 alüminyum malzemeler giyotin makas yardımı ile kesilerek

hazırlandı. Alüminyum yüzeyindeki oksit tabakasının uzaklaştırılmasına yardım

maksadıyla kesilen parçalar tel fırça ile mekanik olarak temizlendi ve saf alkole batırıldı.

Kaynak işlemi için ilave tel kullanılmadı ve küt alın pozisyonunda kaynak işlemi yapıldı.

Kaynak edilen numunelerin fotoğrafı Şekil.III. 2’de gösterilmektedir.

Şekil III.2 TIG yöntemiyle kaynak edilen numune

Kaynak işlemi sırasında torç sağdan sola doğru hareket ettirildi. Çatlak oluşumundan

kaçınmak maksadıyla dikişe parça kenarından değil, birkaç cm. bir ökçe üzerinden

başlanıldı. Torca kaynaklanan malzeme yüzeyi ile 700 açı yaptırıldı. Elektrod olarak

tungsten elektrot, torç ucundan 3-5mm dışarıda, küt alın formunda kullanıldı. Koruyucu

gaz olarak ise argon gazı kullanıldı. Kaynak edilen parçalar paslanmaz çelikten imal

edilmiş özel bir tertibat ile aynı zamanda alttan da argon gazı ile korundu. (Şekil III.3)

113

Kaynak işleminde, ark başlamadan önce kaynak bölgesine ilk gaz başlama ile son

gaz bitiş süreleri 3’er saniye olarak ayarlanarak küt alın kaynağı pozisyonunda yatay

kaynak tek paso olarak çekildi. Kaynak parametreleri Tablo III.4’de gösterilmiştir.

Şekil III.3 Kaynak işlemi için kullanılan Cr-Ni altlık

Tablo III.4 AA2024, AA6061, AA7075 için uygulanan TIG kaynak parametreleri

KAYNAK PARAMETRELERİ AA2024 – AA6061 AA7075

Kullanılan makine CEMOND T301

TIG Giriş Voltajı 400 V/ 3 Faz

Kullanılan Akım Alternatif akım

Gaz Akış Debisi 7 – 8 lt/dk 8 – 9 lt/dk

Elektrod Çapı, Tipi 2,4 mm, Saf tungsten

Nozul Çapı 7,9 mm

Balans Aralığı -2 ( alternatif akım)

Kaynak Hızı 3,5 mm/sn

Kaynak Akımı 75-85 Amper 100-110 Amper

Dolgu Teli Çapı Kullanılmadı

Ark Oluşumu Yüksek Frekans-atlamalı

III.4 DENEY MALZEMELERİNİNİN ÇÖKELTME SERTLEŞTİRME İŞLEMİ

TIG Kaynak Yöntemiyle kaynak edilerek hazırlanan deney numuneleri 600mm

çapında, 1300mm boyunda, atmosfer kontrollü akışkan yatak fırında değişik ısıl işlem

programları uygulanarak çökeltme sertleştirmesi işlemine tabi tutulmuşlardır. Bu fırının

ulaşabileceği en üst sıcaklık 1050°C’dir. Isıl işlem fırınında atmosfer kontrolü olarak azot

gazı, akışkanlaştırıcı olarak da Al2O3 toz partikülleri kullanılmıştır. Suni yaşlandırma

işleminin yapılışı aşağıdaki şematik grafikte izah edilmektedir (Şekil III.4)

114

Şekil III.4 Bir alüminyum alaşımında suni çökeltme sertleştirilmesi

Aşağıdaki maddeler göz önüne alınarak deney numuneleri için işlem sıcaklıkları

tespit edilmiş ve grafikleri çizilmiştir.

İşleme tabi tutulacak deney numunelerinin kalınlığı

Isıtma fırınının tipi, boyut ve kapasitesi

İşlem görecek numunelerin kimyasal bileşimi

Aşağıda sırasıyla AA2024, AA6061 ve AA7075 numuneleri için yapılan sertleştirme

ısıl işlemi uygulamalarının grafikleri verilmiştir.

115

Şekil III.5 AA2024 için uygulanan ısıl işlem grafiği

Şekil III.6 AA6061 için uygulanan ısıl işlem grafiği

Şekil III.7 AA7075 için uygulanan ısıl işlem grafiği

116

III.5 DENEY MALZEMELERİNİN ÇEKME DENEYİ

Eritme kaynak metodu ile yapılmış kaynaklı parçalarda kaynak dikişine dikey olarak

yapılacak çekme deneyi için numune hazırlama aşağıdaki şekle uygun ve tablodaki

değerler kullanılarak hazırlanmıştır. (Şekil.III.8), (Tablo III.5).[24]

Şekil III.8 Çekme Deneyi Numunesi

Tablo III.5 Kaynak metali muayenesi için hazırlanacak çekme numunesi boyutları (mm)

a a<6 6<a<8 8<a<10 10<a<12 12<a<14 14<a<16 16<a<18 18<a<20

Lt 200 200 200 250 250 250 250 250

b1 18 24 30 36 42 48 54 60

b2 12 16 20 24 28 32 36 40

r 24 40 60

Çekme deneyi için Zwick/Materialprufing 1456 marka makine kullanılmıştır. Bu

çekme makinesi ile 20000 N ile çekme yapılabiliyor. Şekil.III.9’da çekme deney makinesı

görülmektedir.

117

Şekil III.9 Çekme deney makinesi

III.6 DENEY MALZEMELERİNİN SICAK BAKALİTE ALINMASI

AA7075,AA6061, AA2024 Kaynaksız, kaynaklı ve kaynak edilip ısıl işleme tabi

tutulmuş deney numuneleri kesme diskiyle kesildi. Isınmayı önlemek için bor yağı

kullanıldı. Sıcak bakalitleme işlemi için hazırlanan numuneler bakalit makinesinde

kalıplandı. Kalıplanan numuneler 2 kademede parlatıldı.

1.Kademe parlatma silisyumlu kumlu zımpara ile yapıldı. Bu işlemde kaba

zımparadan başlanarak ince zımparaya doğru işlem yapıldı. Bu işlem için 80, 150, 400,

600, 800 ve 1200 nolu zımparalar kullanıldı.

2.Kademe olarak da 0,25 mikron kalınlığındaki elmas pasta ile yine 750 devir/dakika

ile dönen disk yardımıyla kadife çuhada parlatılarak işlem tamamlandı. İşlem sonunda

numuneler damıtık su ile yıkanıp hava ile kurutuldu.

Sıcak bakalite alınıp kalıplanan numuneler parlatıldıktan sonra HF karışımı dağlama

reaktifi ile dağlandı. Kalıplanarak hazırlanmış deney numunelerinin fotoğrafı Şekil

III.10’da verilmiştir.

118

Şekil III.10 Sıcak bakalite alınarak kalıplanmış deney numuneleri

III.7 MİKRO SERTLİK DENEYİ

Bu deney TS EN 1043–2 / Nisan 1997 numaralı Metalik Malzeme Kaynaklarında

Tahribatlı Deneyler – Sertlik Deneyi – Bölüm 2: Kaynaklı birleştirmelerde Mikro Sertlik

Deneyi adlı standarta göre hazırlandı.

Deney numunesinin kaynak edilmeden, kaynaktan sonra ve kaynak edilip ısıl işlem

uygulandıktan sonraki mikrosertlik ölçümleri, 100 gram ağırlık kullanılarak, Matsuzawa

MHT – 2 mikro sertlik ölçme cihazıyla her numuneden ayrı ayrı olmak üzere kaynak

metali, ITAB,ana metal bölgelerinden alınmıştır. Ölçümlerde 136 0 elmas piramit uç

kullanıldı. 10 gram’dan 1000grama kadar yük uygulanabiliyor. Cihaz 10–40 büyütme

yapabiliyor.5 saniyeden 30 saniyeye kadar yük uygulayabiliyor.

Şekilde mikrosertlik ölçüm izlerinin SEM görüntüsü verilmiştir. (Şekil III.11)

119

Şekil III.11 Mikrosertlik ölçüm izlerinin SEM mikroskobu görüntüleri

III.8 SEM İNCELEMESİ

Deneysel çalışmalarda TIG kaynak yöntemiyle birleştirilen parçalardan standartlara

uygun olarak tüm ITAB bölgesini ve ana metali temsil eden numunelerden mikro yapı

değişikliklerini incelemek için farklı büyütmelerde görüntü alınabilen Jeol JSM–5910 LV

marka Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) kullanılmıştır. Geleneksel metalografık

metodlar kullanılarak, mikro yapı incelemeleri için numuneler sıcak bakalitleme yapılmış

ve parlatılmıştır.

SEM numunelerin daha iyi incelenebilmesi için Palaron Range SC7620 marka

Fiziksel Buhar Çökeltme yöntemi ile 10mA’de, 1Pa basınçta, 2 dakika sürede altın plaka

katot olarak kullanılarak numunelerin üzeri altın kaplanmıştır (Şekil III.12).

Şekil III.12 SEM mikroskobu (solda ). Numune yüzeyini altın kaplama cihazı ( sağda ).

120

BÖLÜM IV

SONUÇLAR

IV.1 AA2024 NUMUNESİNDEN ELDE EDİLEN SONUÇLAR

IV.1.1 AA2024’ün Mikrosertlik Değerleri(Hv 01)AA2024’ün kaynak işleminden önce, kaynaktan sonra, ve ısıl işlem ile

sertleştirilmesinden sonra Hv sertlik ölçümü yapılmıştır. Kaynaklanmadan önce

AA2024’ün sertliği 59 Hv olarak tespit edilmiştir. Kaynak işlemi sonrası kaynak metali

bölgesi sertliği 116 Hv, ana metal sertliği 77 Hv değerinde bulunmuştur. Kaynak işlemi

yapılmış numuneye yaşlandırma uygulandıktan sonra kaynaklı numunenin bütün

bölgelerin sertliği 143 Hv olarak tespit edilmiştir. (Şekil IV.1), (Şekil IV.2)

59 60 59 58 60 59 60 59 6077 77

116 115 116 115 116 116

77

143 143 143 143 143 143 143 143 143

020406080

100120140160

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

MESAFE (MM)

SE

RT

LİK

(H

V)

ORJİNAL NUMUNE KAYNAKLI ISIL İŞLEM

KAYNAK METALİITAB ITAB ANA METALANA METAL

Şekil. IV.1 AA2024 Alüminyum Alaşımının Sertlik Dağılımı

121

0

50

100

150

200

işlemsiz kaynaklı yaşlandırılmış

SE

RT

LİK

(HV

)

sertlik(HV)

Şekil IV.2 AA2024 alüminyum alaşımının sertlik değişimi

IV.1.2. AA2024’ün Çekme Deney Sonuçları

Tablo IV.1 AA2024 çekme deney sonuçları

Malzeme Gen.mm

Kal.mm

SOmm2

E-ModN/mm2

ÇekmeMuN/mm2

KopmaMuN/mm2

KopmaUz%

Kaynaksız 12,7 1,7 21,59 496,4 417,18 411,95 14,18Isıl işlemsiz

Kaynaklı15,58 3,2 49,86 628,08 100,23 95,03 5,61

Isıl İşlemli Kaynaklı 16,3 3,1 50,53 1000,37 165,43 154,17 12,18

Şekil IV.3. AA2024 Kaynaksız Numune Çekme Deney Sonuç Grafiği

0 5 10 15 200

100

200

300

400

Uzama in %

Mu

kave

me

t in

N/m

m²

2024

Muk

avem

et N

/mm

2

Uzama %

100

200

300

122

0 5 10 15 20

0

20

40

60

80

100

Uzama in %

Mu

kave

me

t in

N/m

m²

2024

Şekil IV.4. AA2024 Altlıklı

Kaynaklı Numune Çekme Deney Sonuç Grafiği

Şekil IV.5. AA2024 ısıl işlem uygulanmış kaynaklı numune çekme deney sonuç grafiği

0 5 10 15 200

50

100

150

Uzama in %

Muk

avem

et in

N/m

m²

2024

Çek

me

Muk

avem

et i

N/m

m2

Uzama %

Muk

avem

et N

/mm

2

10

123

IV.1.3 AA2024’ün Kaynak Metalinden Alınan EDX SonuçlarıAA2024 Kaynaklı alüminyum alaşımının SEM mikrografında tane içi, tane sınırları

ve renk farkı olan bölgeler belirlenerek EDX analizleri alınmıştır. Tane içlerinden yapılan

analizlerde, Al ağırlıklı pikler elde edilmesine karşın tane sınırlarında yapılan analizlerde

büyük oranda ilave alaşım elemanına rastlanılmıştır. Renk farkı olan bölgelerde yapılan

noktasal analizlerde açık renkli, yoğunluğu fazla olan ilave alaşım elemanına (Cu) ait

olduğu belirlendi. Daha koyu renkli olan, yoğunluğu düşük alaşım elementine (Mg) aittir.

Isıl işlem uygulanmış numunenin kaynak metali matrisinden yapılan analizlerde

Al,Cu ve Mg’a rastlanılmıştır. Ana metal matris bölgesinin EDX analizinde ise Al’un yanı

sıra Cu, Mg ve Mn önemli ölçülerde yer almaktadır.

Şekil IV.6. EDX Analiz SEM görünümü.

Isıl İşlemsiz Kaynak Metali EDX Isıl İşlemli Kaynak Metali EDXMATRİS MATRİS

124

Al 98,88 Al 96,48Mg 1,12 Mg 1,59 Cu 1,93

PARTİKÜL PARTİKÜLAl 75,87 Al 74,65Cu 14,59 Cu 15,95Mg 9,54 Mg 0,84 Mn 2,33

Fe 6,23

Şekil IV.7. AA2024 ısıl işlemsiz kaynak metali EDX

Şekil IV.8.AA2024 ısıl işlemli kaynak metali EDX

125

IV.1.4. AA2024’ün Ana Metal Bölgesinden Alınan EDX AnalizleriIsıl İşlemsiz Kaynak Metali EDX Isıl İşlemli Kaynak Metali EDXMATRİS MATRİSAl 97,48 Al 95,63Mg 1,75 Cu 2,10Cu 0,77 Mg 1,76 Mn 0,51

PARTİKÜL PARTİKÜLAl 79,59 Al 68,56Cu 18,70 Fe 12,99Mg 1,72 Cu 8,91 Mn 6,24 Si 3,31

Şekil IV.9.AA2024 ısıl işlemsiz ana metal EDX

Şekil IV.10AA2024 ısıl işlemli ana metal EDX

126

IV.1.5. Kaynaklı Isıl İşlemsiz ve Kaynaklı Isıl İşlemli AA2024 Alaşımının Ara yüzey, Kaynak Metali, Ana Metal Bölgelerinin SEM Fotoğrafları

Şekillerde TIG yöntemiyle kaynak edilmiş AA2024 serisine ait numunenin kaynak

metali, ara yüzey ve ana metal bölgelerinin ısıl işlem öncesi ve ısıl işlem ile sertleştirme

sonrası mikroyapıları karşılaştırmalı olarak verilmiştir. AA2024’ün içeriğinde Cu ve Mg

olduğundan tane sınırlarında çoğunlukla Cu ve daha az miktarda Mg yoğunlaşması

görülmektedir.

Cu ve Mg’un tane sınırlarında kaynak işlemi sonrası yoğunluğu ve meydana

getirdikleri tane şekilleri kaynak metali ve ana metal kısmında farklılık

göstermektedir.(Şekil IV.11)

Kaynak metalinden uzaklaşıldıkça çökeltilerin irileştiği gözlenmektedir. Kaynak

metali ise kaynak işlemi sonrası, çözeltiye alınmış durumdadır. Taneler daha ince ve bazı

noktalarda tane sınırları görülemeyecek duruma gelmektedir.(Şekil IV.11)

Bu durum kaynak işlemi sonrası orijinal numuneye oranla kaynaklı numunenin

sertliğinin artışına neden olmaktadır.

Kaynaklı numunenin ısıl işleme tabi tutulduktan sonraki ara yüzey, ana metal ve

kaynak metali bölgeleri incelendiğinde, ana metal bölgesinde çökelen bileşiklerin, kaynak

metali bölgesinde çökelen bileşiklere nazaran daha iri oldukları görülmektedir. Kaynak

metali bölgesinde bileşikler daha ince olarak yapıya disperse olmuş durumdadır.(Şekil

IV.12)

Isıl işlem sonrası kaynaklı numuneye göre sertlik, bileşiklerin yapıya disperse olması

neticesi olarak artış göstermiştir.

127

IV.1.5.1. Ara yüzey SEM Fotoğrafları

Şekil IV.11. Isıl İşlem Öncesi AA2024 Kaynaklı Ara yüzey SEM Görüntüsü (X150)

Şekil IV.12. Isıl işlem sonrası AA2024 Kaynaklı Arayüzey SEM görüntüsü ( X150 )

128

IV.1.5.2 Kaynak Metali SEM Fotoğrafları

Şekil IV.13. Isıl işlem öncesi AA2024 Kaynak Metali SEM görüntüsü ( X350 )

Şekil IV.14.Isıl işlem sonrası AA2024 Kaynak metali SEM görüntüsü ( X350 )

129

Şekil IV.15. Isıl işlem öncesi AA2024 Kaynak Metali SEM görüntüsü ( X1800 )

Şekil IV.16. Isıl işlem sonrası AA2024 Kaynak Metali SEM görüntüsü ( X1800 )

130

IV.1.5.3 AA2024 Ana Metal SEM Fotoğrafları

Şekil IV.17. Isıl işlem öncesi AA2024 Kaynaklı Ana Metal SEM görüntüsü ( X350 )

Şekil IV.18. Isıl işlem sonrası AA2024 kaynaklı Ana Metal SEM görüntüsü ( X350)

131

Şekil IV.19. Isıl işlem öncesi AA2024 kaynaklı Ana Metal SEM görüntüsü ( X1800)

Şekil IV.20. Isıl İşlem Sonrası AA2024 Kaynaklı Ana Metal SEM görüntüsü ( X1800)

132

IV.1.6 Kaynaklı Isıl İşlemsiz ve Kaynaklı Isıl İşlemli AA2024 Alaşımının Kaynak Metali Ve Ana Metal Bölgelerinin Işık Mikroskop Fotoğrafları

IV.1.6.1 Kaynak Metali Işık Mikroskop Fotoğrafları

Şekil IV.21. Isıl İşlem Öncesi AA2024 Kaynak Metali Işık Mikroskop Görüntüsü (X200)

Şekil IV.22. Isıl İşlem Sonrası AA2024 Kaynak Metali Işık Mikroskop Görüntüsü (X200)

133

IV.1.6.2. Ana Metal Işık Mikroskop Fotoğrafları

Şekil IV.23. Isıl İşlem Öncesi AA2024 Kaynaklı Ana Metal Işık Mikroskop Görüntüsü (X200)

Şekil IV.24. Isıl İşlem Sonrası AA2024 Kaynaklı Ana metal Işık Mikroskop Görüntüsü (X200)

134

IV.2. AA6061 NUMUNESİNDEN ELDE EDİLEN SONUÇLAR

IV.2.1. AA6061’in Kaynak Metali Mikrosertlik Değerleri (Hv 01)

AA6061’in kaynak işleminden önce, kaynaktan sonra ve ısıl işlem ile

sertleştirilmesinden sonra Hv sertlik ölçümü yapılmıştır. Kaynaklanmadan önce

AA6061’in sertliği 116 Hv olarak tespit edilmiştir. Kaynak işlemi sonrası kaynak metali

bölgesi sertliği 88 Hv, ana metal sertliği 77 Hv değerinde bulunmuştur. Kaynak işlemi

yapılmış numuneye yaşlandırma uygulandıktan sonra kaynaklı numunenin bütün

bölgelerin sertliği 116 Hv olarak tespit edilmiştir. (Şekil IV.25),(Şekil IV.26)

116 115 115 114 116 115 116 115

77 7584 85 88 89 85 84

77

116 116116116 116 116116116

116

0

20

40

60

80

100

120

140

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

MESAFE (MM)

SE

RT

LİK

(HV

)

ORJİNAL NUMUNE KAYNAKLI ISIL İŞLEM

KAYNAK METALİ ITAB ANA METALANA METAL ITAB

Şekil

IV.25 AA6061 Alüminyum Alaşımının Sertlik Dağılımı

020406080

100120140

işlemsiz kaynaklı yaşlandırılmış

SE

RT

LİK

(HV

)

sertlik(HV)

Şekil IV.26 AA6061 alüminyum alaşımının sertlik değişimi

IV.2.2. AA6061’in Çekme Deney Sonuçları

135

Tablo IV.2 AA6061 çekme deney sonuçları

MalzemeGen.mm

Kal.mm

SOmm2

E-ModN/mm2

Çekme MuN/mm2

Kopma MuN/mm2

KopmaUz%

6061 Kaynaksız 13 2 26 576,32 252,78 247,06 8,56061 Altlı Kaynaklı 15 1,55 23,25 655,66 323,95 300,47 10,2Altlıksız kaynaklı 16,5 2 33 587,96 256,90 255,79 3,726061 Isıl İşlemli 16,5 2 33 587,96 181,21 181,21 3,77

Şekil IV.27. AA6061 kaynaksız numune çekme deney sonuç grafiği

0 5 10 15 200

50

100

150

200

250

Uzama in %

Muk

avem

et in

N/m

m²

6061

Uzama %

100

150

50Muk

avem

et N

/mm

2

136

Şekil IV.28. AA6061 Altlıklı Kaynaklı Numune Çekme Deney Sonuç Grafiği

0 5 10 15 20

0

100

200

300

Strain in %

Str

ess

in N

/mm

²

6061 ALTLI

Muk

avem

et N

/mm

2

Uzama %

137

Şekil IV.29. AA6061 altlıksız kaynaklı numune çekme deney sonuç grafiği

6061

Uzama %

Muk

avem

et N

/mm

2

138

Şekil IV.30.

AA6061 ısıl

işlemli kaynaklı numune çekme deney sonuç grafiği

0 5 10 15 20

0

50

100

150

Uzama in %

Muk

avem

et in

N/m

m²

6061M

ukav

emet

N/m

m2

Uzama %

139

IV.2.3. AA6061’in Kaynak Metalinden Alınan EDX SonuçlarıAA6061 Kaynaklı alüminyum alaşımının SEM mikrografında tane içi, tane sınırları

ve renk farkı olan bölgeler belirlenerek EDX analizleri alınmıştır. Tane içlerinden yapılan

analizlerde, Al ağırlıklı pikler elde edilmesine karşın tane sınırlarında yapılan analizlerde

büyük oranda ilave alaşım elemanına rastlanılmıştır. Renk farkı olan bölgelerde yapılan

noktasal analizlerde açık renkli, yoğunluğu fazla olan ilave alaşım elemanına (Si) ait

olduğu belirlendi. Daha koyu renkli olan, yoğunluğu düşük alaşım elementine(Mg) aittir.

Isıl işlem uygulanmış numunenin kaynak metali matrisinden yapılan analizlerde

Al,Si ve Mg’a rastlanılmıştır. Ana metal matris bölgesinin EDX analizinde ise Al’un yanı

sıra Mg,Si ve Fe önemli ölçülerde yer almaktadır.

Isıl İşlemsiz Kaynak Metali EDX Isıl İşlemli Kaynak Metali EDX

MATRİS MATRİS

Al 99,03 Al 99,02

Mg 0,97 Mg 0,98

PARTİKÜL PARTİKÜL

Al 81,10 Al 91,34

Si 10,58 Si 3,44

Mg 2,34 Mg 0,73

Fe 5,98 Fe 4,14

Cr 0,35

140

Şekil IV.31. AA6061’in Isıl İşlem Öncesi Kaynak Metali EDX

Şekil IV.32. AA6061’in Isıl İşlem Sonrası Kaynak Metali EDX

141

IV.2.4. AA6061’in Ana Metalinden Alınan EDX SonuçlarıIsıl İşlemsiz Ana Metali EDX Isıl İşlemli Ana Metali EDX

MATRİS MATRİS

Al 97,94 Al 99,03

Mg 1,14 Mg 0,97

Si 0,92

PARTİKÜL PARTİKÜL

Al 68,87 Al 66,50

Si 15,06 Fe 18,25

Fe 14,13 Si 11,75

Cr 1,93 Cr 1,50

Mg 0,38

Cu 0,67

Mn 0,95

Şekil IV.33. AA6061 Isıl İşlem Öncesi Ana Metal EDX

Şekil IV.34. AA6061 Isıl İşlem Sonrası Ana Metal EDX

142

IV.2.5 Kaynaklı Isıl İşlemsiz ve Kaynaklı Isıl İşlemli AA6061 Alaşımının Ara yüzey, Kaynak Metali, Ana Metal Bölgelerinin SEM Fotoğrafları

TIG yöntemi ile kaynak edilmiş AA6061 alüminyum malzemenin içeriğinde Si ve

Mg ilave alaşım elemanı olarak bulunduğundan tane sınırlarında çoğunlukla Si ve Mg

yoğunlaşması görülmektedir.

Si ve Mg’un kaynak işlemi sonrası tane sınırlarında meydana getirdiği yoğunluk ve

tane şekilleri kaynak metali ve ana metal bölgelerinde farklılık göstermiştir.(Şekil IV.35),

Kaynak metali bölgesinde tane sınırlarından bahsetmenin neredeyse mümkün

olmadığı ve kaynak ısısının tesiri ile tane sınırlarını oluşturmaya çalışan bir yapı

gözlenmiştir. Ana metal bölgesinde iri bileşikler yine tane sınırı görüntüsünden uzak

biçimde yapı içine dağılmış gibi bir görüntü vermektedir. (Şekil IV.35)

Kaynak işleminin sağladığı ısı etkisi ile bileşikler kaynak metaline doğru ince

çizgisel, ana metal bölgesine doğru ise daha kalın ve bazı noktalarda toplu olarak

oluşmaktadır.

Kaynaklı numuneye uygulanan ısıl işlem neticesinde bileşikler yapıya çok iyi bir

şekilde disperse olmuştur. Kesikli çizgisel bir görünüm vermektedirler. Kaynak metalinden

uzaklaştıkça bileşikler kaynak metaline nazaran daha irice olarak çökelmektedir.(Şekil

IV.36)

AA2024, AA7075 ile karşılaştırıldığında AA6061’in yaşlandırma sertleştirmesi

sonucu diğer örnek numunelere nazaran daha ince disperse olduğu görülmektedir.

143

IV.2.5.1 AA6061 Arayüzey Fotoğrafları

Şekil. IV.35. AA6061 Isıl İşlem Öncesi Ara yüzey SEM görüntüsü (X150)

Şekil IV.36 AA6061 Isıl İşlem Sonrası Ara Yüzey SEM görüntüsü (X150)

144

IV.2.5.2 AA6061 Kaynak Metali SEM Fotoğrafları

Şekil IV.37. AA6061 Isıl İşlem Öncesi Kaynak Metali SEM görüntüsü (X350)

Şekil IV.38. AA6061 ısıl işlem sonrası Kaynak metali SEM görüntüsü (X350)

145

Şekil IV.39. AA6061 ısıl işlem öncesi kaynak metali SEM görüntüsü (X1800)

Şekil IV.40 AA6061 Isıl İşlem Sonrası Kaynak Metali SEM görüntüsü (X1800)

146

IV.2.5.3 AA6061 Ana Metal SEM Fotoğrafları

Şekil IV.41. AA6061 Isıl İşlem Öncesi Ana Metal SEM görüntüsü (X350)

Şekil IV.42. AA6061 Isıl İşlem Sonrası Ana Metal SEM görüntüsü (X350)

147

Şekil IV.43. AA6061 Isıl İşlem Öncesi Ana Metal SEM görüntüsü (X1800)

Şekil IV.44. AA6061 Isıl İşlem Sonrası Ana Metal SEM görüntüsü (X1800)

148

IV.2.6 Kaynaklı Isıl İşlemsiz ve Kaynaklı Isıl İşlemli AA6061 Alaşımının Kaynak Metali Ve Ana Metal Bölgelerinin Işık Mikroskop Fotoğrafları

IV.2.6.1 Kaynak Metali Işık Mikroskop Fotoğrafları

Şekil IV.45. AA6061 kaynaklı ısıl işlem öncesi kaynak metali ışık mikroskop fotoğrafı (x200)

Şekil IV.46. AA6061 kaynaklı ısıl işlem sonrası kaynak metali ışık mikroskop fotoğrafı (x200)

149

IV.2.6.2 Ana Metal Işık Mikroskop Fotoğrafları

Şekil IV.47 AA6061 kaynaklı ısıl işlem öncesi ana metal ışık mikroskop görüntüsü (X200)

Şekil IV.48 AA6061 kaynaklı ısıl işlem sonrası ana metal ışık mikroskop görüntüsü (X200)

150

IV.3 AA7075 NUMUNESİNİN DENEY SONUÇLARI

IV.3.1. AA7075’in Kaynak Metali Mikrosertlik Değerleri(HV)AA7075’in kaynak işleminden önce, kaynaktan sonra ve ısıl işlem ile

sertleştirilmesinden sonra HV sertlik ölçümü yapılmıştır. Kaynaklanmadan önce

AA7075’in sertliği 52 HV olarak tespit edilmiştir. Kaynak işlemi sonrası kaynak metali

bölgesi sertliği110 HV, ana metal sertliği, 133HV değerinde bulunmuştur. Kaynak işlemi

yapılmış numuneye yaşlandırma uygulandıktan sonra kaynaklı numunenin bütün

bölgelerin sertliği 160 HV olarak tespit edilmiştir. (Şekil IV.49),(Şekil IV.50)

52 51 51 52 51 51 53 52 52

135 133 128 130110 111

128 130 133160 160 160 160 160 160 160 160 160

0

50

100

150

200

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

MESAFE (MM)

SE

RT

LİK

(H

V)

ORJİNAL NUMUNE KAYNAKLI ISIL İŞLEM

KAYNAK METALİITAB ITAB ANA METALANA METAL

Şekil IV.49 AA7075 Alüminyum Alaşımının Sertlik Dağılımı

sertlik(HV)

0

50

100

150

200

işlemsiz kaynaklı yaşlandırılmış

SE

RT

LİK

(HV

)

sertlik(HV)

Şekil IV.50 AA7075 alüminyum alaşımının sertlik değişimi

151

IV.3.2. AA7075’in Çekme Deney Sonuçları

Tablo IV.3 AA7075 çekme deney sonuçları

MalzemeGen.mm

Kal.mm

SOmm2

E-ModN/mm2

Çekme MuN/mm2

Kopma MuN/mm2

KopmaUz%

7075 Kaynaksız 15,08 3,04 45,84 566,17 438,75 438,75 6,807075 AltlıKaynaklı 12,5 3,5 43,75 480,06 198,61 198,61 5,26Altlıksız kaynaklı 15 4 60 2230,43 153,88 153,88 4,07

Isıl işlemli 17 4 68 1027,04 175,64 175,64 5,53

Şekil IV.51. AA7075 kaynaksız numune çekme deney sonuç grafiği

0 5 10 15

0

100

200

300

400

Strain in %

Str

ess

in N

/mm

²

Muk

avem

et N

/mm

2

Uzama %

152

Şekil IV.52. AA7075 Altlıksız Kaynaklı Numune Çekme Deney Sonuç Grafiği

Şekil IV.53. AA7075 altlıklı kaynaklı çekme deney sonuç grafiği

0 5 10 15

0

50

100

150

200

Uzama in %

Muk

avem

et in

N/m

m²

7075 ALTLIKAYNAK

0 5 10 15

0

50

100

150

Uzama in %

Mu

kave

me

t in

N/m

m²

7075

Muk

avem

et N

/mm

2

Uzama %

Muk

avem

et N

/mm

2

153

Şekil IV.54. AA7075 Kaynaklı numune ısıl işlem sonrası çekme deney sonuç grafiği

IV.3.3 7075’in Kaynak Metalinden Alınan EDX SonuçlarıAA7075 Kaynaklı alüminyum alaşımının SEM mikrografında tane içi, tane sınırları

ve renk farkı olan bölgeler belirlenerek EDX analizleri alınmıştır. Tane içlerinden yapılan

analizlerde, Al ağırlıklı pikler elde edilmesine karşın tane sınırlarında yapılan analizlerde

0 5 10 15 200

50

100

150

Uzama in %

Muk

avem

et in

N/m

m²

7075

Uzama %

Muk

avem

et N

/mm

2

154

büyük oranda ilave alaşım elemanına rastlanılmıştır. Renk farkı olan bölgelerde yapılan

noktasal analizlerde açık renkli, yoğunluğu fazla olan ilave alaşım elemanına (Zn) ait

olduğu belirlendi. Daha koyu renkli olan, yoğunluğu düşük alaşım elementine(Mg) aittir.

Isıl işlem uygulanmış numunenin kaynak metali matrisinden yapılan analizlerde

Al,Zn ve Mg’a rastlanılmıştır. Ana metal matris bölgesinin EDX analizinde ise Al’un yanı

sıra Zn,Mg ve Cu önemli ölçülerde yer almaktadır.

Isıl İşlemsiz Kaynak Metali EDX Isıl İşlemli Kaynak Metali EDX

MATRİS MATRİS

Al 97,72 Al 93,83

Mg 1,40 Mg 2,55

Zn 0,88 Zn 2,86

Cu 0,77

PARTİKÜL PARTİKÜL

Al 69,82 Al 75,23

Mg 18,65 Mg 1,95

Cu 5,94 Cu 14,02

Zn 5,60 Zn 0,95

Fe 7,40

155

Şekil IV.55. AA7075 ısıl işlem öncesi kaynak metali EDX

Şekil IV.56. AA7075 ısıl işlem sonrası ana metal EDX

IV.3.4. AA7075’in Ana Metalinden Alınan EDX Sonuçları

Isıl İşlemsiz Ana metal EDX Isıl İşlemli Ana Metal EDX

MATRİS MATRİS

Al 83,38 Al 93,20

Fe 13,38 Zn 3,11

Cu 2,35 Cu 0,77

Zn 0,89 Mg 2,92

PARTİKÜL PARTİKÜL

Al 69,35 Al 77,15

Mg 15,96 Fe 16,73

156

Cu 7,68 Cu 4,33

Zn 7,01 Zn 1,79

Şekil IV.57 AA7075 ısıl işlem öncesi ana metal EDX

Şekil IV.58. AA7075 ısıl işlem sonrası ana metal EDX

IV.3.5. Kaynaklı Isıl İşlemsiz ve Kaynaklı Isıl İşlemli AA7075 Alaşımının Ara yüzey, Kaynak Metali, Ana Metal Bölgelerinin SEM Fotoğrafları

TIG yöntemi ile kaynak edilmiş AA7075 serisine ait numunenin kaynak metali, ara

yüzey ve ana metal bölgelerinin ısıl işlem öncesi ve ısıl işlem sonrası alınan mikro yapı

fotoğrafları karşılaştırmalı olarak verilmiştir.

AA7075’in içeriğinde Zn ilave alaşım elemanı olarak bulunduğundan tane

sınırlarında çoğunlukla Zn ve nispeten daha az miktarda Mg yoğunlaşması görülmektedir.

Zn ve Mg’un kaynak işlemi sonrası tane sınırlarında meydana getirdiği yoğunluk ve

tane şekilleri kaynak metali ve ana metal kısımlarında farklı teşkil etmiştir.(Şekil IV.59)

157

Kaynak işlemi, alüminyum malzemenin kaynak metali bölgesi üzerinde çözeltiye

alma etkisi göstermektedir. Bu sebeple kaynak metali bölgesinde tane sınırları yok denecek

derecededir ve Mg ile Zn çizgisel yapı teşkil etmektedir. Kaynak metalinden

uzaklaşıldıkça, yani kaynak ısısının etkisi kaynak edilen numune üzerinde azaldıkça tane

sınırları daha belirgin ve bileşikler daha iri oluşmaktadır.

AA7075’in ITAB bölgesinde gevrek ve irileşmeye meyilli bir yüzey görülmektedir.

Bu durum kaynak işlemi orijinal numuneye oranla sertliğin artışına neden olmuştur.

Kaynaklı numunenin ısıl işleme tabi tutulduktan sonraki ara yüzey, ana metal ve

kaynak metali bölgeleri incelendiğinde, ana metal bölgesinde çökelen bileşikler, kaynak

metali bölgesinde çökelenlere göre biraz daha iri durumdadır. Kaynak metali bölgesinde

ise ısıl işlem sonrası bileşikler çok ince noktasal halde dağılmaktadırlar.(Şekil IV.60)

Isıl işlem sonrası numunenin sertliği kaynaklı numuneye oranla artış göstermektedir.

IV.3.5.1. AA7075 Arayüzey Fotoğrafları

Şekil IV.59. AA7075 Isıl işlem öncesi kaynak arayüzeyi(X150)

158

Şekil IV.60. AA7075 Isıl işlem sonrası kaynak arayüzeyi(X150)

IV.3.5.2. AA7075 Kaynak Metali SEM Fotoğrafları

Şekil IV.61. AA7075 Isıl işlem öncesi kaynak metali SEM görüntüsü (X350)

159

Şekil IV.62 AA7075 Isıl işlem sonrası kaynak metali SEM görüntüsü (X350)

Şekil IV.63. AA7075 Isıl işlem öncesi kaynak metali SEM görüntüsü (X1800)

160

Şekil IV.64. AA7075 Isıl işlem sonrası kaynak metali SEM görüntüsü (X1800)

IV.3.5.3. AA7075 Ana Metal SEM Fotoğrafları

161

Şekil IV.65. AA7075 Isıl işlem öncesi ana metal SEM görüntüsü (X350)

Şekil IV.66. AA7075 Isıl işlem sonrası ana metal SEM görüntüsü (X350)

Şekil IV.67. AA7075 Isıl işlem öncesi ana metal SEM görüntüsü (X1800)

162

Şekil IV.68. AA7075 Isıl işlem sonrası ana metal SEM görüntüsü (X1800)

IV.3.6. AA7075 Kaynaklı Isıl İşlemsiz ve Kaynaklı Isıl İşlemli Kaynak Metali Ve Ana Metal Işık Mikroskop Fotoğrafları

IV.3.6.1 Kaynak Metali Işık Mikroskop Fotoğrafları

163

Şekil IV.69. AA7075 Isıl işlem öncesi kaynak metali ışık mikroskobu görüntüsü (X200)

Şekil IV.70. AA7075 Isıl işlem sonrası kaynak metali ışık mikroskobu görüntüsü (X200)

IV.3.6.2. Ana Metal Işık Mikroskop Fotoğrafları

164

Şekil IV.71. AA7075 Isıl İşlem Öncesi Anametal Işık Mikroskobu Görüntüsü (X200)

Şekil IV.72. AA7075 Isıl İşlem Sonrası Ana Metal Işık Mikroskobu Görüntüsü (X200)

165

BÖLÜM V

DEĞERLENDİRME

V.1. DEĞERLENDİRME VE GENEL SONUÇLAR

1. Sertleştirilebilen alüminyum alaşımlarının kaynaklarında mukavemet ve süneklik

birçok faktöre bağlıdır. Bunlar kaynak edilen parçanın kimyasal bileşimi, ısıl

işlem şartları, kaynak metalinin kimyasal bileşimi, kaynak yöntemi, kaynak

parametreleri, kaynak sonrası ısıl işlemlere ve birleştirme türüne bağlıdır.

2. Alüminyum alaşımlarında Ayrışma sertleşmesi yani Çökeltme sertleşmesi ısıl

işleminin tam olarak çarpılma ve mikro ya da makro çatlaklar olmaksızın istenen

özellikleri elde edebilmek amacıyla yapılabilmesi için birçok faktör göz önünde

bulundurulması gerekmektedir. Bunlar alaşıma bağlı olarak çözeltiye alma

sıcaklığı, bu sıcaklıkta parça kalınlığı ve şekline göre parçanın bekleme süresi,

parçanın soğutulması, soğutma ortamı, maksimum soğutma oranı ve maksimum

soğutma sıcaklığı, yapay yaşlandırma yapılacaksa sıcaklık ve parçanın bekleme

süresi gibi faktörlerdir.

3. AA7075 alüminyum alaşımı yumuşak halde kaynak yapıldığında, kaynak

işleminden doğan ısı kaynak edilen numunede çözeltiye alma etkisi

göstermektedir. Soğuma ile birlikte bileşikler tane sınırlarında yoğunlaşmıştır.

AA7075 serisi AlZn alaşımı olduğundan, yapıda bulunan çinko ITAB bölgesinde

gevrekleşmeye neden olmaktadır. AlZn’un geniş katılaşma aralığı olduğundan

sıcak çatlak oluşmaktadır. AA7075 kaynak ile birleştirme için yeterli kaynak

kabiliyetine sahip değildir.

166

4. AA6061, ticari alaşımı kaynak uygulaması yapılmadan önce sertleştirilmiş

olduğu için buna uygulanan kaynak işlemi ikinci bir çözeltiye alma ve doğal

yaşlandırma işlemi etkisi göstermektedir. ITAB’da kaynak işleminin neden

olduğu yüksek sıcaklık nedeni ile çökeltiler çözülür ve tekrar uygun olmayan bir

boyut ve biçimde yeniden çökelir. Bu durum aşırı yaşlanma etkisi göstermektedir.

Bu aşırı yaşlanma sonucu numunenin sertliği düşmektedir. Kaynak işlemi

sonrasında SEM fotoğrafları incelendiğinde tane sınırlarının neredeyse

kaybolduğu bir yapı görülmektedir. Çökeltme sertleştirmesinin yeniden

uygulanması ile sertlik kısmen iade edilmiştir. AA6061 alaşımı uygun

parametrelerle iyi ve sağlam kaynak dikişleri vermektedir.

5. AA2024 yumuşak halde iken kaynak edilmiştir. Kaynak işlemi çözeltiye alma ve

doğal yaşlandırma etkisi göstermiştir. Kaynak işlemi sonrasında çökeltiler tane

sınırlarında yoğunlaşmaktadırlar. Tekrar çökeltme sertleştirmesi uygulanarak tane

sınırlarında biriken bileşikler yapıya disperse edilmiş ve sertliğin yükselmesi

sağlanmıştır. Bu durum kaynaklı yüzeylerin SEM fotoğraflarında da

görülmektedir. AA2024 alaşımının kaynağı uygun parametreler ve atmosfer

koruması sağlandığında kısmen başarılabilmektedir.

6. Alüminyum kaynağında gaz gözenekleri beklenildiği halde, kaynak teli

kullanılmayan TIG yöntemi ile kaynak edilen ve yaşlandırılan numunelerde

hidrojenin neden olduğu gaz gözeneklerine sık rastlanmamaktadır. Kaynak teli

kullanılmayan TIG kaynak yöntemlerinde gözenek oluşma eğilimi azalmaktadır.

Kaynak akımının arttırılması veya ilerleme hızının azaltılması, ark geriliminin

yükseltilmesi gibi parametrelerle oynanarak hidrojen nedenli gözeneklilik

önlenebilir.

7. Cr-Ni altlık kullanılmaksızın yapılan kaynaklarda çekme deneyi neticesi olarak

düşük kopma uzama yüzdesi ve düşük mukavemet elde edilmiştir. Kopma

mukavemeti ile çekme mukavemeti birbirine yakın gerçekleşmektedir. Kaynak

dikişi alttanda koruma yapılmadığı için kaynak metali gaz kapmakta ve

gevrekleşmektedir. Bu sonuç kaynak edilecek alüminyum alaşımları mutlaka

altlık kullanılarak alttan da gaz koruması ile korunması gerektiği sonucunu

desteklemektedir.

8. Alüminyum alaşımları ancak tek paso kaynak kabul etmektedir. İkinci bir kaynak

işlemi uygulandığında kaynak dikişinde çatlama görülmüştür.

167

KAYNAKLAR

[1] Prof. Dr. YÜKLER, İ.: , “Alüminyum Alaşımları ve Isıl İşlemleri”. İstanbul, Türkiye, (2000).

[2] KALUÇ, E., TABAN E.: “ Metal Dünyası” , Mart (2005), Sayfa 144.

[3] YILMAZ, M.: “ Al ve Alaşımların Aşınma Davranışları”. M.Ü.F.B Yüksek Lisan Tezi, İstanbul, Türkiye, (1996).

[4] WEISSAVACH, W.: “ Malzeme Bilgisi ve Muayenesi” Çeviren Prof. Dr. Selahaddin ANIK, 4. Baskı, (1993).

[5] TÜRKER, E.: “ Alüminyum ve Alaşımlarının Dökümünde Rafinasyon Yöntemlerinin Karşılaştırılması” İTÜ Yüksek Lisans Tezi, (2005).

[6 ] Dr. ANAÇ, S.: “ Demir Çelik ve Metal Sanayi Dergisi” Ereğli, Türkiye, (1994).

[7] ŞALDIR,R., Alüminyum ve Alaşımlarının Kaynak Kabiliyeti, M.Ü.F.B.E.Yüksek Lisans Tezi.İSTANBUL(2003)

[8] Prof. Dr. ANIK, S.: “ Alüminyum ve Alaşımlarının Kaynağı” İstanbul, (1960).

[9] OĞUZ, B.: “ Demir Dışı Metallerin Kaynağı” İstanbul, Türkiye (1990).

[10] Prof. Dr. ERUSLU, N.: “ Alaşımlar Ders Notu” İstanbul, Türkiye (1990).

[11] ECOMELT, : “ Reklâm Katalogu. İstanbul (2006)

[12] Prof. Dr. TOPBAŞ, M.A.: “ Isıl İşlemler” İstanbul, Türkiye, (1993).

[13] KALUÇ, E., TABAN E.: “ Metal Dünyası” Nisan (2005), Sayfa158.

[14] KALUÇ, E., TABAN E.: “ Metal Dünyası” Mayıs (2005), Sayfa 132.

[15] ÇALIŞKAN Ö.: “ Alüminyum ve Alaşımlarının Kaynaklanabilirliği ve Bunlara Uygulanan kaynak Yöntemleri” M.Ü.F.B.E Yüksek Lisans Tezi, İstanbul, Türkiye (1994).

168

[16] ERTÜRK, İ.: “ Gazaltı Kaynak Teknikleri, Küçük Sanayi İşletmelerinde Danışmanlık Hizmeti Projesi” Türkiye Halk Bankası Yayını Ankara, Türkiye, (2003).

[17] Prof. Dr. ERŞEN N.: “ Alüminyum ve Alaşımlarının Kaynağı” Zonguldak, (1986).

[18] Prof. Dr. ANIK, S.: “ Koruyucu Gaz Altında Kaynak ve Alüminyum MIG Kaynağı” İstanbul, Türkiye, (1994).

[19] Prof. Dr. ANIK, S., Doç. Dr. VURAL, M.: “Gazaltı Ark Kaynağı” Gedik Yayın İstanbul, Türkiye, No: 3.

[20] Prof. Dr. ANIK, S.,: “ 1000 Soruda Kaynak Teknolojisi” İstanbul, Türkiye, (1993).

[21] HASDEMİR, Ü.: “ Alüminyum ve Alaşımlarının TIG Kaynak Yöntemiyle Kaynatılarak Mikro Yapı ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi” M.Ü.F.B.E Yüksek Lisans Tezi, İstanbul, Türkiye, (2001).

[22] ANIK, S.:” Kaynak Tekniği Cilt 2” İstanbul, Türkiye, (1990).

[23] Prof Dr. TÜLBENTÇİ, K.: “ Alüminyum ve Alaşımlarının Kaynağı” İstanbul, Türkiye, (1990).

[24] Kayalı, E.S, Ensari,C. , Dikeç,F., “ Metalik Malzemelerin Mekanik Deneyleri” İstanbul, (1990).

169

ÖZGEÇMİŞ

1977 Yılında Balıkesir’de doğdu. İlk, orta ve lise öğrenimini Balıkesir’de

tamamlayarak, 1994 yılında Marmara Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi Metal eğitimi

Bölümünde yüksek öğrenime başladı. 1999 yılından beri Milli Eğitim Bakanlığında Teknik

Öğretmen olarak görev yapmaktadır. Halen Ümraniye Atatürk Endüstri Meslek Lisesi

Metal İşleri Bölümünde Öğretmen olarak çalışan AKÇA, evli ve bir çocuk babasıdır.