İtÜ akademik açık arşiv: home - İstanbul teknİk … · 2015. 9. 12. · tez danıĢmanı :...
TRANSCRIPT
İSTANBUL TEKNİK UumlNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTUumlSUuml
ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE
UumlRETİLMİŞ 5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM
ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ
YUumlKSEK LİSANS TEZİ
Met Muumlh M Goumlkhan ALPER
EKİM 2003
Anabilim Dalı Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliği
Programı Malzeme
ĠSTANBUL TEKNĠK UumlNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTUumlSUuml
ALUumlMĠNYUM SUumlREKLĠ DOumlKUumlM YOumlNTEMĠ ĠLE
UumlRETĠLMĠġ 5052 ndash 5182 ALUumlMĠNYUM
ALAġIMLARININ ġEKĠLLENDĠRĠLEBĠLĠRLĠK
KABĠLĠYETLERĠNĠN BELĠRLENMESĠ
YUumlKSEK LĠSANS TEZĠ
Met Muumlh M Goumlkhan ALPER
Enstituuml No 506981056
EKĠM 2003
Tezin Enstituumlye Verildiği Tarih Eyluumll 2003
Tezin Savunulduğu Tarih Ekim 2003
Tez DanıĢmanı Prof Dr ESabri KAYALI
Diğer Juumlri Uumlyeleri Prof Dr Huumlseyin CcedilĠMENOĞLU
Prof Dr Mehmet KOZ (Marmara Uumlni)
ii
OumlNSOumlZ
Oumlğrenim hayatım boyunca maddi ve manevi hiccedilbir fedakarlıktan kaccedilınmayan
emeklerinin ve karĢılıksız sevgilerinin geri oumldenmesi ccedilok guumlccedil olan aileme ve
hanımıma en iccedilten saygı ve sevgilerimi sunar teĢekkuumlruuml bir borccedil bilirim
Uumlniversiteye baĢladığım Lisans yıllarından buguumlne kadar sonuccedilları suumlrekli
sorgulamayı ve olaylara baĢka accedilılardan bakmayı oumlğreten bana karĢı inanılmaz sabır
goumlstererek mesleki geliĢimime katkıda bulunan ve ccedilok ciddi rahatsızlık geccedilirmesine
rağmen ccedilalıĢkanlık ve yol goumlstericiliğinden hiccedil vazgeccedilmeyen sayın hocam
Prof Dr Eyuumlp Sabri KAYALIrsquoya yardımlarından dolayı en iccedilten teĢekkuumlrlerimi
sunarım
ġekillendirilebilirlik gibi zor bir konuda hiccedilbir yardımını esirgemeyen ve yol
goumlsteren ccedilıkmaz yola girdiğimde ana yola ccedilıkaran Metalurji ve Malzeme Muumlh
Dr Murat DUumlNDARrsquoa ve tez savunmasında olumlu eleĢtirileri ile tezimin
geliĢmesini sağlayan Sn Prof Dr Huumlseyin CcedilĠMENOĞLUrsquona yardımları iccedilin
teĢekkuumlruuml bir borccedil bilirim
Deney ccedilalıĢmalarımda yardımcı olan ASSAN Aluumlminyum Test Laboratuarı
ccedilalıĢanlarına teĢekkuumlr ederim
Ġstanbul Ekim 2003 MGoumlkhan ALPER
iii
İCcedilİNDEKİLER
KISALTMALAR v
TABLO LĠSTESĠ vi
ġEKĠL LĠSTESĠ vii
SEMBOL LĠSTESĠ ix
OumlZET x
SUMMARY xii
1 GİRİŞ 1
11 GiriĢ ve CcedilalıĢmanın Amacı 1
2 ALUumlMİNYUMUN TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ 3
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi 3
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri 5
23 Aluumlminyum Uumlretimi 9
3 SUumlREKLİ LEVHA DOumlKUumlM TEKNİĞİ 15
31 Genel Bilgi 15
32 Temel Proses Elemanları 20
321 ErgimiĢ Metal Beslenmesi 20
322 Doumlkuumlm Merdane Sistemi 21
323 Doumlkuumlm Boumllgesi 22
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi 22
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı 23
34 KatılaĢma Mekanizması 25
35 Doumlkuumlm Hataları 25
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK 26
41 Genel Bilgi 26
42 ġekillendirme CcedileĢitleri 28
421 Derin Ccedilekme 28
422 Buumlkme 32
423 Gererek ġekil Verme 34
424 Soğuk Haddeleme 36
425 Diğer ġekillendirme CcedileĢitleri 43
43 ġekillendirme Hataları 46
431 Eğme Hataları 46
432 Derin Ccedilekme Hataları 47
4321 Kulaklanma 48
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml 50
4323 Luumlder Ccedilizgileri 50
4324 Looper Ccedilizgileri 51
4325 KırıĢmalar 51
iv
4326 Ccedilatlamalar 51
433 Gererek ġekillendirme Hataları 52
44 ġekillendirme Sınır Diyagramları 53
441 Genel Bilgi 53
442 ġSDrsquonin Ccedilizilmesi 60
4421 Ağ dokusu (Grid Patern) OluĢturma Metodları 60
4422 ġekillendirme Sonrası Grid Oumllccediluumlmuuml 63
45 ġSDrsquode Kırılma Mekaniği 65
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 65
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı 65
4512 Boumllgesel Karasızlık 66
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 67
4521 Kararsızlığa dayalı kriter 67
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter 67
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR 69
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler 69
52 Kullanılan Cihazlar 69
521 Hidrolik ġiĢirme Test Duumlzeneği 70
53 Deneylerin YapılıĢı 71
531 Metalografik Ġnceleme 71
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti 77
533 Erichsen Derinliği Tesbiti 83
534 ġekillendirme Sınır Diyagramları Sonuccedilları 84
535 Kırılma Yuumlzeylerinin SEMrsquode Ġncelenmesi 90
6 GENEL SONUCcedilLAR 96
KAYNAKLAR 98
EKLER 101
EK A Tablo A1 5052 ve 5182 alaĢımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm
değerleri 101
OumlZGECcedilMİŞ 102
v
KISALTMALAR
TRC Ġkiz Merdane Doumlkuumlm Teknolojisi
HF Hidroflorik Asit
ŞSD ġekillendirme Sınır Diyagramı
SEM Taramalı Elektron Mikroskobu
EDS Enerji Saccedilınım Spektrometresi
AA Amerikan Aluumlminyum Birliği
DIN Alman Standartlar Enstituumlsuuml
ASTM Amerikan Malzeme ve Test Derneği
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
MHS Merkez Hattı Segregasyonu
RADAR Radio Detection and Ranging
MPa Mega Pascal
N Newton
ABD Amerika BirleĢik Devletleri
DC Direkt (Geleneksel) Doumlkuumlm
vi
TABLO LİSTESİ
Sayfa No
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması
80
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları
82
Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83
vii
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 21
Şekil 22
Şekil 23
Şekil 31
Şekil 32
Şekil 33
Şekil 34
Şekil 35
Şekil 41
Şekil 42
Şekil 43
Şekil 44
Şekil 45
Şekil 46
Şekil 47
Şekil 48
Şekil 49
Şekil 410
Şekil 411
Şekil 412
Şekil 413
Şekil 414
Şekil 415
Şekil 416
Şekil 417
Şekil 418
Şekil 419
Şekil 420
Şekil 421
Şekil 422
Şekil 423
Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi
Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri
Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının
tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı
Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml
Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması
TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması
TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği
TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi
Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek
Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme
durumu
Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik
goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi
Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi
Merdane bombelerinin goumlsterimi
2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde
a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi
2rsquoli Grup Hadde
3rsquoluuml grup Hadde
Haddeleme teorisi goumlsterimi
Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri
Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi
Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0
alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı
Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme
tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi
∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu
Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler
Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede
sınır deformasyonlar
ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır
eğrisi
Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı
228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen
Ģekillendirme diyagramı
11
11
14
15
16
20
21
22
28
29
32
36
37
38
38
39
39
40
40
40
41
42
43
44
45
49
52
53
54
55
58
viii
Şekil 424
Şekil 425
Şekil 426
Şekil 427
Şekil 428
Şekil 429
Şekil 430
Şekil 431
Şekil 432
Şekil 51
Şekil 52
Şekil 53
Şekil 54
Şekil 55
Şekil 56
Şekil 57
Şekil 58
Şekil 59
Şekil 510
Şekil 511
Şekil 512
Şekil 513
Şekil 514
Şekil 515
Şekil 516
Şekil 517
Şekil 518
Şekil 519
Şekil 520
Şekil 521
Şekil 522
Şekil 523
Şekil 524
Şekil 525
Şekil 526
Şekil 527
2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe
yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi
5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme
davranıĢları
Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Ağ yapısı oumlrnekleri
Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları
a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik
ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği
ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması
gereken eksenler
Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri
Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği
Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro
fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml
Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde
edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182
1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri
1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile
doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm
youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının
anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması
a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile
birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm
5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı
5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı
TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının
ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması
5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum
alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım
haritası
58
59
60
61
62 63
63
64
66
70
70
71
72
73
74
75
76
76
77
78
82
84
85
86
87
87
88
89
90
90
91
91
92
93
94
95
ix
SEMBOL LİSTESİ
Al Aluumlminyum
Mg Magnezyum
Si Silisyum
Zn Ccedilinko
Mn Mangan
Be Berilyum
Ti Titanyum
μ Mikron 0C Derece Celcius
Tm Ergime Sıcaklığı
dak Dakika
sa h Saat
MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme
MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme
kV Kilovolt
σccedil Ccedilekme Mukavemeti
σa Akma Mukavemeti
e Muumlhendislik Uzama
n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml
R Anizotropi Katsayısı
ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı
R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı
K Malzeme Mukavemet Katsayısı
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
x
ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ
5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ
OumlZET
Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden
bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem
kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk
kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde
edilmektedir
Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak
suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer
firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt
olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum
uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm
kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına
sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha
kalitesi uumlzerinde etkilidir
CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm
kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu
5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir
Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası
mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır
Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0
accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa
e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin
ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler
incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir
xi
Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)
alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir
Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde
kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı
goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında
ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir
Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna
rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince
tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki
alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier
etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden
kaynaklanmaktadır
Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır
Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052
alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit
edilmiĢtir
Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek
kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182
alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına
rastlanmıĢtır
Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052
alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir
xii
DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182
ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING
METHOD
SUMMARY
Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum
industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering
discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker
less time and cost
Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which
name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies
improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce
aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to
aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow
solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition
casting thickness speed and tip distance
In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were
produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After
casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at
final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by
continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain
hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water
and very high toughness
For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to
understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the
tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to
determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen
xiii
test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the
fracture surface of the tensile specimens were examined
From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium
alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening
exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy
values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately
no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the
direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain
aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close
each other At the metallographic examinations it was observed that these two
aluminium alloys have center-line segregation At the same time after
homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as
fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope
examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed
ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces
Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic
bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that
5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy
1
1 GİRİŞ
İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807
yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır
İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry
Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında
konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile
ağırlamaktaydı [1]
Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek
guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının
demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya
tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan
bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif
metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha
hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı
iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı
dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak
işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır
Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve
uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına
gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu
duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi
iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim
ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]
İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma
doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer
2
taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve
kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı
goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının
geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada
ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk
lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur
Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)
teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm
kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC
metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar
Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır
İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha
doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum
levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere
sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]
Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum
alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme
Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır
3
2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi
Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler
nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir
Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek
duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv
sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması
aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır
1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-
aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre
Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825
yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum
kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir
[1]
1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400
DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak
uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir
1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T
Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak
kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent
almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente
goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması
Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu
firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir
1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde
4
(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden
uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya
baĢlanmıĢtır
Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları
1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)
1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)
1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı
1893 Sanat Eserlerinde kullanımı
1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi
1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi
1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi
1909 Bira kutularında kullanımı
1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi
1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi
1919 Konserve kutularında kullanımı
1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması
1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı
1931 Suumlt kapaklarında kullanımı
1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması
1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı
1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu
tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz
sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali
5
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri
Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri
buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf
aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde
kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını
sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit
tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı
olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu
nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde
saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan
saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir
Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride
kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır
Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere
sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak
yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak
100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri
aĢağıdaki gibidir
- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo
tuumlr Kuumltlesi
demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve
otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol
oynamaktadır
- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu
istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler
geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle
mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok
yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır
Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr
Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit
olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin
ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği
19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar
6
ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir
alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı
fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo
21rsquode verilmiĢtir
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]
Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg
Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174
Isıl Ġletkenlik (calcm2cm
0C) 052 019 092 027 037
Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10
-6 240 119 167 330 257
Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651
Uzama () 43 48 50
Sertlik (BHN) 19 70 25
- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de
onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve
besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda
kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında
ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla
oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel
nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler
bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı
metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu
durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır
- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda
enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol
accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay
paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır
- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi
iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde
gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın
olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens
civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın
7
yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila
kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar
- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile
aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında
kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve
aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar
- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden
dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum
krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu
metallerin uumlretiminde kullanılır
- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha
ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)
doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme
operasyonlarına tabi tutulabilir
- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak
perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da
yaygındır
- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama
gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama
veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal
elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir
Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada
daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve
mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon
direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten
zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve
duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel
atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı
bulmasını sağlamıĢtır
- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre
buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin
diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere
8
goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer
metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek
olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp
aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir
Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve
alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]
Sektoumlr Oumlnemli kulanım
yerleri Alternatif olduğu malzeme
UlaĢım
Radyatoumlrler Bakırpirinccedil
Motor parccedilaları Doumlkme demir
Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar
UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum
Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler
Trenler Yolcu ve yuumlk
vagonları
Ccedilelik
Deniz
araccedilları
Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik
ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik
Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka
Ambalaj
MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler
Konserve kutuları Tenekecam
Aerosol kutuları Teneke
Folyo Plastikkağıt
Kapaklar Plastikteneke
Elektrik
Ġletkenler
Bakır
Baralar
Transformatoumlr ve
jeneratoumlr
Telefon kablosu
Makine
Yataklar Doumlkuumlm malzemeler
Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik
Hidrolik sistemler
Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik
Tuumlketim
malları
Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır
Diğer
uygulama
Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik
Ziraat aletleri Ccedilelik
Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik
9
Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki
Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]
1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı
2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı
3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı
4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li
AlaĢımları
23 Aluumlminyum Uumlretimi
Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım
accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem
accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer
(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme
goumlstermiĢtir
Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)
sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini
teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle
doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat
demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan
boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım
goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır
En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena
Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum
enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir
Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan
olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum
boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit
(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri
Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir
10
Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit
gibsit oumlrnek olarak verilebilir
Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses
ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten
aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin
Hall-Heroult Prosesirsquo dir
Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit
cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir
Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden
ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile
karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek
sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon
ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve
doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum
oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde
elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan
aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti
oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir
Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)
kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile
karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu
gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım
uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının
altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur
(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından
yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve
hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir
Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1
ton aluumlminyum elde edilir
11
Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]
Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin
uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk
zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji
sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en
modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar
duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr
Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum
(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne
doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı
uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en
alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm
prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik
oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma
etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları
oumlzetlenmektedir
Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]
12
ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm
tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm
tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer
suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett
Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından
yapılmıĢtır
Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil
ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri
esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo
olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden
değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu
oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi
diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını
sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre
120 oranında enerji gerektirmektedir
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]
BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)
TİTANYUM 126000 52000 74000
MAGNEZYUM 90000 2000 88000
DEMİR 4300 1000 3300
BAKIR 13500 1700 11800
ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000
Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken
buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını
1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana
enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki
ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr
1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim
miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir
13
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri
(1000 ton) [8]
YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990
AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911
DOĞU
UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425
KUZEY
AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683
LATĠN AMERĠKA
- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730
ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180
OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492
AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601
TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022
Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim
miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere
paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının
geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu
accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin
hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda
birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa
uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları
goumlsterilmektedir
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum
uumlretimleri (1000 ton) [8]
YIL 1950 1970 1980 1985 1990
1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL
BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540
İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201
İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350
HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145
FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215
İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79
Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve
alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode
goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını
oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme
14
(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır
2580
2100
2064
980
709
645
922
Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme
Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar
Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım
alanına goumlre dağılımı [8]
Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken
GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi
Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya
baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki
kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin
kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler
yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve
BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği
goumlruumllmektedir
Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum
tuumlketimleri (kg) [8]
YIL 1960 1970 1980 1985 1990
JAPONYA 2 112 204 206 309
ALMANYA 72 137 220 238 301
ABD 108 204 258 265 269
ĠTALYA 29 75 141 146 209
FRANSA 49 89 136 123 177
ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111
15
3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ
31 Genel Bilgi
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde
standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk
defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi
desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı
heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan
uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm
teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin
ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter
Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir
Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm
makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan
tipik yerleşim goumlruumllmektedir
Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]
16
Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması
verilmektedir
Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması
Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali
oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak
tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine
belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım
hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken
numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin
ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir
Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır
Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon
deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni
metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından
absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum
alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici
flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz
taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler
Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar
kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal
iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık
kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği
kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve
kolay temizlenebilirliktir [11]
Seramik
Filtre
Gaz Giderme
Uumlntesi
Doumlkuumlm
Makinası
Ergitme Fırını Tutma
Fırını
Tandiş
Ccedilektirme
Merdaneleri
Makas Sarıcı
Akış Youmlnuuml
Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme
17
Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları
alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik
olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum
alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler
(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)
ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası
oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe
gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer
youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses
katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo
uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme
işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve
uumlretim maliyetleri azalır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm
sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan
bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik
mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler
(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki
artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]
Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk
hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm
iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim
aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara
yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi
konularda araştırma yapılmaktadır [11]
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı
bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı
iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek
verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve
yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler
18
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki
ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve
filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin
merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik
malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp
goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı
iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği
ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da
bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle
ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını
sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln
akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle
sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir
mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın
yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm
merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin
yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su
bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]
Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi
merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri
ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini
oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha
uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve
operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya
ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi
merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen
aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı
uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak
verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir
Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir
Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir
19
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]
1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199
1200 1230 1235 1345
3003 3004 3005 3006 3105
5005 5010 5034 5050 5052 5056
5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356
5454 5456 5457 5652 5657
6063
7072
8010 8011 8111 8014
Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane
ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak
veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)
kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane
ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma
kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma
kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın
paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin
etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane
ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı
boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip
tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir
Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm
hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini
artırmaktadır
20
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]
Parametre Etkisi
Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı
Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Merdane Yuumlzey Durumu
Yapışma ile ayırma kuvveti artar
32 Temel Proses Elemanları
Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi
merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir
321 Ergimiş metal beslenmesi
Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik
olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden
kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle
temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]
Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]
21
322 Doumlkuumlm merdane sistemi
Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem
de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin
sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır
Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml
koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu
Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller
(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne
bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal
bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller
geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]
Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]
Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan
ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile
bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller
mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik
mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır
Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik
oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar
termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun
katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir
bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan
malzemelerdir [11]
22
323 Doumlkuumlm boumllgesi
Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm
tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır
Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken
Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa
inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre
olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede
gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi
katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu
olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel
modeller geliştirilmiştir
Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi
suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı
kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi
uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu
parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve
ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle
sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal
temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası
ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda
pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen
23
termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun
şeccedililmelidir
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak
haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı
geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların
mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve
deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik
partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum
levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı
(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin
tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada
kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin
bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek
olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda
bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır
Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da
hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]
5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil
yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları
incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki
ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı
magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav
esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4
Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe
ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur
Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme
eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur
24
005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında
bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet
verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin
oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin
doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek
Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si
bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği
beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir
rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli
değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok
nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn
bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve
suumlnekliğini duumlşuumlruumlr
Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu
goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-
Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak
dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin
bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]
Kimyasal
formuumll
Kristal
yapı
Yoğunluk
(gcm3)
Ergime veya peritectic
sıcaklığı (OC)
(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451
(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)
(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462
25
34 Katılaşma mekanizması
Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci
aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak
katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve
levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve
yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise
metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar
ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır
Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik
partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde
yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane
yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda
enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur
35 Doumlkuumlm hataları
Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır
Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu
tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı
izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında
tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]
26
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
41 Genel Bilgi
Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde
şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile
birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil
eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir
[5]
Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma
uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım
şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır
Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem
değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır
Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform
olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila
geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve
deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce
daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak
goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]
Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)
Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve
işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun
bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2
f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı
buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)
27
f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu
deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)
şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]
Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli
bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların
hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya
benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda
oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir
duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir
Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini
getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki
bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde
karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer
etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun
seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba
tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir
Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan
sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve
presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla
değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme
mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında
bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan
kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin
şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi
gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme
işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu
malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte
kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir
28
42 Şekillendirme Ccedileşitleri
421 Derin Ccedilekme
Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi
olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler
goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla
bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]
Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline
ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma
kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek
kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır
Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp
yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı
kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin
ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]
Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır
Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde
edilmesidir
Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]
Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır
Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı
(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]
29
DCcedilOS D0Dz max (42)
Yukarıdaki eşitlikte
D0 Maksimum taslak ccedilapı
Dz Zımba ccedilapı
İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu
oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu
belirtilmektedir [26]
Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı
gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır
Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]
Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca
zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık
bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki
eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal
olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi
D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel
olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır
Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır
Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar
olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma
işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile
kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir
miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme
30
gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış
olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz
kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini
azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli
oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması
istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk
tutulmalıdır
Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana
gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme
kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana
kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı
plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca
suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının
yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem
ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme
kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına
doğru başlamaktadır [516]
Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına
uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir
Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu
boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim
şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik
şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar
oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir
Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak
disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin
ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba
ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik
sınırı vardır
Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan
tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]
RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)
31
Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme
parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı
yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden
etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde
ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak
verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen
derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da
aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme
kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini
ortaya ccedilıkarmaktadır
Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi
mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir
Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan
sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma
eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile
ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı
teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama
dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen
diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90
ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin
ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit
edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır
Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından
yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler
Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda
suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve
geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık
uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum
alaşımlarıdır [19]
Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil
vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz
konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon
sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir
32
Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta
sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve
Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]
422 Buumlkme
Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal
şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz
haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet
uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz
borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme
youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde
kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları
kullanılır
Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip
aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar
aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-
otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri
ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından
istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur
Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan
1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem
goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum
alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme
33
esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi
tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir
metod aşağıda verilmiştir
- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi
- Isıl işlem ve soğutma
- Nihai şeklinde buumlkme
Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa
soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde
paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde
uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız
taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız
915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup
genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme
işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri
kullanılır [19]
Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı
soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır
Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış
yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon
ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin
oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma
olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit
daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak
Rb = h 1r
1
r lt 02 iccedilin (44)
Rb = h ( 2
2
rr2
r1
r ge 02 iccedilin (45)
eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden
buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik
gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin
34
kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise
elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda
malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma
yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir
Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak
hesaplanabilir [21]
Pb = b
ccedil2
W
hb (46)
Pb= 2
tan
2hR2
hb b
b
a
(47)
Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme
kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı
malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir
Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen
aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay
parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi
uumlretimlerde kullanılmaktadır
423 Gererek Şekil Verme
Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler
Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca
bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin
gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen
oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır
Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri
goumlsterilmektedir
35
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik
oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]
Alaşım
Ccedilekme Mukavemeti
(MPa) (a)
Akma Mukavemeti
(MPa) (b)
Şekillendirme Aralığı
(c = a - b)
Uzama
(50 mm)
Gerilebilirlik Oranı
7075-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
331 138 193 19 100
2024-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
317 124 193 20 98
2024-T3 441 303 138 18 95
6061-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
241 145 96 22 90
7075-0 221 97 124 17 80
2024-0 186 76 110 19 80
6061-0 124 55 69 22 75
3003-0 110 41 69 30 75
1100-0 90 35 55 35 70
7075-T6 524 462 62 11 10
Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi
biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG
derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de
incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)
arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]
GBO = hG IG (48)
Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen
yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır
Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde
bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk
36
tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk
suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]
Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında
panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır
Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber
kullanılırlar
424 Haddeleme
Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak
isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir
Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken
merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine
goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin
haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır
Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık
yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde
duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln
ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun
mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı
malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar
Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel
prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu
merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile
kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir
Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm
2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr
37
Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı
uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı
azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu
buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın
ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml
yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil
yuumlkselir
Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]
Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan
kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı
merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır
Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar
kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler
kullanılarak elde edilebilir
Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters
youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki
metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle
birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında
da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise
deride iz bırakmaya başlar
Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya
zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki
merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila
38
goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar
pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz
olması sağlanır (Şekil 47)
Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]
Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]
Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane
denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)
merdane denir (Şekil 48)
39
Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]
Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde
abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr
Bombe iki şekilde elde edilir
1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)
2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)
Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu
da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı
kullanılarak kontrol edilir
Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde
goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo
yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)
Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]
Pozitif Bombe Negatif Bombe
a) b) c)
40
Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı
merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile
rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ
kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş
merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4
katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek
merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir
Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi
(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri
yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş
merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6
katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da
kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı
oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)
Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]
Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak
Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)
Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve
sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-
grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir
Şekil 411 2‟li Grup Hadde
[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde
[22]
a) b)
41
Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile
sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin
haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme
kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen
tavlama işlemi ile kaldırılabilir
Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer
değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara
goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına
ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık
kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir
Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına
giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)
Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]
Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak
zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması
anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse
haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane
hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda
haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla
girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında
42
ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu
noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu
noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya
ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar
Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil
silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı
kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı
beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve
uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki
metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar
sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete
tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok
dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket
ederek fıccedilı şeklini oluşturur
Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş
merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı
akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)
Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]
Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki
kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla
ezme verir
Metal merdanelerden
hızlı
Metal merdanelerden
yavaş
Kısıtlı Akış
Boumllgeleri
43
Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki
etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da
dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış
boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını
belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı
Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği
biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile
sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste
binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin
daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve
merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla
suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha
fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme
yapılamaz
Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]
425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri
Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde
geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme
ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme
patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik
şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla
şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak
verilebilir [19]
44
Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı
bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum
alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de
birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi
Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA
Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme
ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde
kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik
ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği
uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar
otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil
416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır
Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka
stop lambasının yatağının yapımı [19]
Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi
aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen
ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de
dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum
45
alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden
tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı
iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme
vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme
şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı
suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması
esasına dayanır (Şekil 417)
Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi
[19]
Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların
şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın
temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve
hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında
yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte
şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde
kullanılmaktadır
Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay
araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji
46
şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla
şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır
Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji
şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu
olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra
işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve
duumlşuumlk maliyet elde edilir
43 Şekillendirme Hataları
431 Eğme Hataları
Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme
ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız
eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım
ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği
boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki
deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka
zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak
iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı
duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa
kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir
İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar
oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek
deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi
ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak
deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll
edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki
deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek
giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle
kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir
Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu
operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik
eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan
47
ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı
tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC
lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-
eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır
Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri
yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının
geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir
Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)
uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]
K = ru
u
r
r =
2r
2r
0r i
0 i
s
s
(49)
432 Derin Ccedilekme Hataları
Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri
ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha
oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri
bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla
parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna
rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme
problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve
kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki
grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]
Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın
tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta
buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar
olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]
Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına
uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul
uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı
olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur
ve hatadan bahsedilmektedir
48
4321 Kulaklanma
Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin
ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen
kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti
ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir
Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse
de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne
goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz
edilmektedir [516]
a) 00 90
0 Kulaklanma
b) 450 Kulaklanma
Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim
kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik
karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında
goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml
tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve
miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve
buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]
Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir
sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki
anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem
basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak
anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik
yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]
Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak
uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi
gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise
kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından
uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey
anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin
bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir
49
Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n
m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır
diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon
sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek
ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil
değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini
artırdığını savunmaktadırlar [25]
Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)
ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde
∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel
nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde
ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr
teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak
prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır
Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]
50
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml
Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra
oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi
portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile
uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de
etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya
ccedilıkmaktadır [5]
Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı
olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara
yol accedilmaktadır [23]
Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu
deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak
bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların
uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]
Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda
yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey
puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]
4323 Luumlders Ccedilizgileri
Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders
ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey
puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon
meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin
maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde
ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek
yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir
dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan
gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde
ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği
istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]
51
4324 Looper Ccedilizgileri
Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin
ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak
tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan
deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı
duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav
esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde
uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki
kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize
olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı
duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]
4325 Kırışmalar
Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması
kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası
mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya
malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı
ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]
4326 Ccedilatlamalar
Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik
yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme
oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması
sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama
işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu
tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan
bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol
accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli
malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]
Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen
kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı
koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya
ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme
konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]
52
Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da
goumlruumllmektedir
Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]
a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma
d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)
Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme
433 Gererek Şekillendirme Hataları
Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş
kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr
bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten
ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında
gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme
işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir
Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında
goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek
kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki
boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı
araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan
53
deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla
ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına
rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde
goumlruumlluumlr [21]
44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)
441 Genel Bilgi
Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten
(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım
alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil
bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin
başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]
1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine
yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme
kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve
aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır
deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen
bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler
Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]
Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi
iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel
54
olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki
ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil
421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı
metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki
şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir
Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]
Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına
(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir
Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih
edilmektedir
55
Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme
sınır diyagramı [28]
Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz
ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya
konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır
Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt
okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır
diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar
guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul
edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten
bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır
Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu
kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml
olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve
kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar
Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0
boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme
işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0
boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı
test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test
tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her
iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve
Şekillendirme Sınır Diyagramı
56
sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna
varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır
a) Duumlzlemsel test metodları
b) Duumlzlem-dışı test metodları
Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme
eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır
Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk
karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini
bulmuşlardır
Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır
a Zımbada germe
b Duumlzlemde germe
c Hidrolik şişirme
Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı
kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme
oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar
oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri
oumllccediluumllerek tespit edilir
Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir
zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada
germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır
diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler
Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir
Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede
kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun
başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon
dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon
sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum
deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve
deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek
şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu
57
gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh
hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle
elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]
Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha
geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi
canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme
sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum
muumlkemmeldir
Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı
deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin
şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği
ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı
kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi
kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu
goumlruumllmuumlştuumlr
Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve
malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil
olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli
deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği
ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve
duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde
edilmektedir
Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların
şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve
162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini
yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan
malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan
Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin
yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe
işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]
58
Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]
Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının
şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm
ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102
mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır
Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba
yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit
ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]
Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba
yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]
59
Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının
yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)
5052
0
50
100
150
200
250
300
350
400
SERT 260 290 320 350 375 400 425 450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
5182
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
SERT
220
240
260
290
320
350
375
400
425
450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]
Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş
malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve
şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen
hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha
iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]
60
442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi
Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde
edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki
tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta
şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı
boumllgeleri goumlstermektedir
Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla
vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en
kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik
doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı
derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi
derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta
boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr
4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları
Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil
değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik
youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde
iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her
iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir
Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal
yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine
etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır
Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
61
Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması
sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne
yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya
değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur
Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı
olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan
sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu
elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş
ccediloumlzelti ile yıkanır
Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal
şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı
metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu
gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile
sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk
şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet
verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca
tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal
istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve
deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması
sağlanır
Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının
birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir
Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas
etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips
62
şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile
goumlsterilir
Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen
dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk
kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]
A B
C D
E F
63
4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml
Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki
elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)
A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe
Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]
Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ
yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere
sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye
kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik
olarak tespit edilirler (Şekil 430)
Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm
duumlzeneği [28]
Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk
değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips
a) b
64
formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları
hesaplanır
MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(410)
Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(411)
MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]
Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile
plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu
gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye
kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin
boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu
daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep
aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir
Minimum
Eksen
Maksimum
Eksen
65
45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği
Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift
eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında
tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek
incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil
değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en
kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil
değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli
yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı
Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı
anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla
kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil
değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]
Zdd
d
(412)
gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme
oranının
(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin
başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
nZd (413)
Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill
anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana
ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen
tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin
kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini
66
goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi
genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır
Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]
4512 Boumllgesel kararsızlık
Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil
değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı
amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı
(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini
kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon
sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir
Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere
edilir
Zd
d
(414)
Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil
değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
= nZ (415)
Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın
bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır
67
Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması
gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil
425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir
Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe
şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill
boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu
boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz
4521 Kararsızlığa dayalı kriter
İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme
yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu
yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı
yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda
malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin
boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter
Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma
arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki
sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği
kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal
şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını
accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme
gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln
bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil
değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil
verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori
buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı
uygulanması guumlccediltuumlr
McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden
tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre
inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme
68
deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın
mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak
homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel
kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir
Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya
goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde
oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin
inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon
boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir
Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir
(1+α)σ12=Kcr (416)
Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile
ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma
kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır
Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın
meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik
gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini
goumlstermektedir
f
0
1 Cd (417)
Şekil-13
Haddelemeden sonra
tabakalar
69
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler
Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter
Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve
5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal
kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan
testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -
Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659
Alaşım
5052
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -
Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182
Alaşım
52 Kullanılan Cihazlar
Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak
amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri
metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan
numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers
ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir
Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık
mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM
E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test
edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler
ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test
cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test
duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal
grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo
marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme
70
sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri
JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve
inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır
521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği
Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme
test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas
alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode
goumlsterilmektedir
Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]
Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
71
Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar
ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise
50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)
Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
53 Deneylerin Yapılışı
Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan
numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir
(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak
metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm
mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel
koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses
sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve
R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin
bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır
diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın
sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin
yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile
kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme
cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum
ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel
ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
72
numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS
yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır
531 Metalografik İnceleme
Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme
rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite
alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile
parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm
yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm
yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki
yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu
tespit edilmiştir
a)
b)
Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)
a) 5052 b) 5182
73
Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182
alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası
daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode
goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik
yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir
a)
b)
Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182
Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen
mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine
yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur
74
a)
b)
Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182
İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini
belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır
Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar
elde edilmiştir
75
a)
b)
Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane
yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu
sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış
yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin
artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182
alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden
başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca
76
değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma
farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl
işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden
kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları
incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin
350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410
0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda
tavlanmasına karar verilmiştir [29]
Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki
mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir
a) b)
Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
a) b)
Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
77
5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken
kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede
kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti
Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri
hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin
alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir
Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir
Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla
dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle
meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı
izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri
Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir
78
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25 30
Uzama ()
Mu
kavem
et
(MP
a) 5182
5052
Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri
1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış
numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
verilmiştir
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
350C4sa
tavlı0
1040 9157 19833 2054 027 068
9022 19683 2307 027 060
1035 9097 19785 1767 027 061
9251 20047 1777 027 059
350C4sa
tavlı45 1035
8612 19053 2245 027 068
8774 19273 2414 027 067
8628 19178 2353 027 059
8662 19010 2142 027 065
350C4sa 90
1045 8755 18750 2216 027 060
8712 18723 2117 027 058
1050 8865 18876 2235 027 059
8875 18917 2118 027 054
79
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
410C4sa
tavlı0
1030 16502 29525 2255 026 060
1030 16222 29266 2108 026 061
1035 16080 29483 2256 027 060
1040 16021 29217 2331 026 059
410C4sa
tavlı45
1040 15588 28651 2529 027 108
1040 15505 28759 2458 027 112
1040 15408 28890 2385 028 116
1045 15379 28617 2449 027 122
1040 16036 28817 2138 026 093
1035 16052 29175 2383 025 108
1040 16082 29183 2418 026 098
410C4sa
tavlı90
1045 16366 29412 1997 026 073
1045 15965 28992 2166 026 066
1040 16086 29246 2223 026 073
1045 16053 29110 1867 027 080
Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum
miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila
44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum
alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik
accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir
fark tespit edilememiştir
Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n
değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır
4
n2nnn 45900 (51)
Burada
n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri
5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde
edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm
80
kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna
getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin
n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak
hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark
goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n
değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform
şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir
Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin
kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu
belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik
bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey
anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde
farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey
anizotropi katsayısının ortalaması
4
R2RRR 45900 (52)
şeklinde tanımlanır
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır
R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir
[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin
bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi
katsayısı (ΔR)
2
R2RRR 45900 (53)
bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden
hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de
bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur
81
Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi
katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm
kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları
[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode
karşılaştırma amacı ile verilmiştir
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri
sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney
sonuccedillarının [30] karşılaştırılması
Mg a
(MPa) ccedil
(MPa)
Uzama
(ort)
R0
(ort) R45
(ort) R90
(ort) R ΔR
5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005
5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042
5182-
DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030
5754-
DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026
Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında
5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir
İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı
malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı
malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir
malzemedir diyebiliriz
Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri
(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu
malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması
anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha
az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle
derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını
goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha
homojen olarak plastik deformasyona uğrar
82
Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)
miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve
duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma
davranışının arttığı goumlruumllmektedir
İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha
doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC
ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile
doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop
bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş
5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik
doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir
malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine
sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki
malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında
450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir
Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC
tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı
malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil
512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin
ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır
-042-030
-005
-026
087
069063062
-06
-04
-02
0
02
04
06
08
1
5052 5754-DC 5182-DC 5182
Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182
aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum
alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması
R
R
83
533 Erichsen Derinliği Tesbiti
Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini
tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki
numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve
bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve
deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden
ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları
ALAŞIM Sıkıştırma
Kuvveti (kN)
Bilya Ccedilapı
(mm)
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
Genel
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
5052 10 10
94
asymp 95 95
95
5182 10 10
95
asymp 97 97
98
Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri
94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir
Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde
bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine
sahip olduğu soumlylenebilir
84
534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları
ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak
grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar
destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine
tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen
dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir
Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel
ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları
a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)
Numune1 34 100 5 150
Numune2 34 100 10 150
Numune3 34 100 15 150
Numune4 34 100 30 150
Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk
eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen
deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir
ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli
numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye
birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir
c
a
b
d c
b) a)
85
Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik
şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle
yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı
geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir
a)
b)
Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052
Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup
100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise
65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan
86
70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri
verilmektedir
a)
b)
Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052
Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre
hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak
goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında
ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile
sınır eğrileri elde edilmiştir
87
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme
noktasıdır
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
88
Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182
alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte
verilmiştir
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
5052 5182
Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır
Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme
işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır
diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma
boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları
karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre
kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri
5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil
etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden
daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli
boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda
elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme
performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır
89
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 0 10 20 30 40
e2
e1
5182TRC 5182DC
Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme
Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182
alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda
goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182
alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli
eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen
ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi
ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı
goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra
germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri
goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp
geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir
90
535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi
Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma
karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik
intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma
yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma
yuumlzeyleri goumlsterilmektedir
Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)
Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)
91
Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik
goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde
youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden
suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila
goumlruumllmektedir
Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)
Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)
92
İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi
yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek
ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır
(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına
rastlanmıştır
a) b)
c) d)
e)
Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X
93
Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2
Silisyum Ka1 Demir Ka1
94
Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum
Ka1_2
Silisyum
Ka1 Demir Ka1
95
Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası
Aluumlminyum
Magnezyum Silisyum
Oksijen Demir
96
6 GENEL SONUCcedilLAR
Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki
aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin
incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir
1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme
mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum
alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha
yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından
incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir
2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı
segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı
segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan
ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir
3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen
ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer
almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen
aynıdır
4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon
sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr
5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında
5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının
Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir
6 Uumlccedil youmlnluuml (0045
0 90
0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen
R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450
youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak
şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı
97
malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği
(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk
olduğu ( R =062) tespit edilmiştir
7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri
arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182
alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir
8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize
eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma
yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg
inkluumlzyonlarına rastlanmıştır
9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları
Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha
yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin
daha iyi olduğu tespit edilmiştir
98
KAYNAKLAR
[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve
Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul
[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum
Products JOM 21-25
[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys
Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123
[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve
5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans
Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin
ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine
etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya
[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum
[7] httpwwwforesightproductionscom
[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications
Edimet Brescia
[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM
[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent
No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom
[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[12] httpwwwfosecocom
[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul
[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology
99
[15] Vangala P Smith D Duvvuri R Romanowski CA 1992 The Influence of
Casting Gauge on the Hunter Roll Casting Process Melt Spinning and
Strip Casting
[16] Kayalı ES Ensari C 1995 Metallere Plastik Şekil Verme İlke ve
Uygulamaları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi Bilim Teknik
Yayınevi İstanbul
[17] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (I)
Aluminium 670 ndash 675
[18] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (II)
Aluminium 701 ndash 709
[19] ASM Speciality Handbook Aluminum and Aluminum Alloys Fabrication and
Finishing of Aluminum Alloys ASM International 231 ndash 246
[20] Sheet Metal Working Presentation Internet Search Results
[21] Okumuş E 2000 Saccedil Şekillendirme Hataları Hasar Analizi Yuumlksek Lisans
Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi İstanbul
[22] Gibson GC Smith H 1964 The principles of aluminium rolling The
British Aluminium Company Limited Bainsford Falkirk
Stirlingshire
[23] Dieter GE 1981 Mechanical Metallurgy Mc Graw-Hill Tokyo
[24] Birol Y Duumlndar M Romanowski CA 2002 Twin-Roll Cast 5000 Series
Aluminum Sheet For Automotive Applications
[25] Ccedilimenoğlu H Kayalı Es 1984 aluumlminyum Alaşımlarının
Şekillendirilebilirliğini Etkileyen Faktoumlrler II Uluslararası
Aluumlminyum Sanayii Kongresi Seydişehir
[26] Yazıcı E 1987 Aluumlminyumda tane boyutunun deformasyon davranışına etkisi
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[27] Unknown Forming Limit Diagrams and Failure Mechanism for Low and High
Carbon Steels Middle East Technical University
[28] Manthey DW The Need for Surface Strain Measurement Metal forming
Magazine Metalforming Online
100
[29] Duumlndar M 2001 5000 Serisi Laboratuar Ccedilalışmaları Assan Aluumlminyum
[30] Slamova M 2002 Continuous casting technologies for production of
aluminium alloy sheets for transportation applications Research
Report
[31] Haberfield AB Boyles MW 1973 Laboratory Determined Forming Limit
Diagrams Sheet Metal Industries 400 ndash 405
[32] Lectroetch Metal Marking Systems Originators of Electrochemical Marking
Catalog 696 httpwwwlectroetchcom
101
EKA
Tablo A1 5052 ve 5182 alaşımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm değerleri
5052 5182
Maks BŞD Min BŞD Maks BŞD Min BŞD
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2075471698 -1886792453 1886792453 0
1698113208 -1886792453 1698113208 -1886792453
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2075471698 -3773584906 2075471698 -1886792453
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -3773584906 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -3773584906
2452830189 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2264150943 2264150943 2452830189 2641509434
2452830189 2452830189 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2311320755 2311320755 2754716981 2641509434
2830188679 1698113208 2528301887 1698113208
2830188679 1698113208 2679245283 1698113208
2830188679 1698113208 2641509434 1698113208
2830188679 1320754717 2452830189 1698113208
2830188679 1509433962 2641509434 1509433962
2830188679 1698113208 2452830189 1698113208
2264150943 1698113208
2641509434 1698113208
2641509434 2075471698
2641509434 1698113208
102
OumlZGECcedilMİŞ
15 Eyluumll 1975 yılında Karabuumlkrsquode doğdu İlk ve orta tahsili aynı ilde tamamladıktan
sonra lise tahsilini İstanbulrsquoda tamamladı 1993 yılında İTUuml Kimya-Metalurji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliği boumlluumlmuumlnde bir yıl hazırlık
devresinden sonra lisans eğitimime başladı Lisans oumlğrenimini bitirdiği 1998
senesinde hem İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğirsquonde
hem de ASSAN Aluumlminyumrsquoda ccedilalışmaya başladı 2002 yılında askere gidip
geldikten sonra aynı firmada Levha Değerlendirme Youmlneticisi olarak goumlrev
yapmaktadır
ĠSTANBUL TEKNĠK UumlNĠVERSĠTESĠ FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTUumlSUuml
ALUumlMĠNYUM SUumlREKLĠ DOumlKUumlM YOumlNTEMĠ ĠLE
UumlRETĠLMĠġ 5052 ndash 5182 ALUumlMĠNYUM
ALAġIMLARININ ġEKĠLLENDĠRĠLEBĠLĠRLĠK
KABĠLĠYETLERĠNĠN BELĠRLENMESĠ
YUumlKSEK LĠSANS TEZĠ
Met Muumlh M Goumlkhan ALPER
Enstituuml No 506981056
EKĠM 2003
Tezin Enstituumlye Verildiği Tarih Eyluumll 2003
Tezin Savunulduğu Tarih Ekim 2003
Tez DanıĢmanı Prof Dr ESabri KAYALI
Diğer Juumlri Uumlyeleri Prof Dr Huumlseyin CcedilĠMENOĞLU
Prof Dr Mehmet KOZ (Marmara Uumlni)
ii
OumlNSOumlZ
Oumlğrenim hayatım boyunca maddi ve manevi hiccedilbir fedakarlıktan kaccedilınmayan
emeklerinin ve karĢılıksız sevgilerinin geri oumldenmesi ccedilok guumlccedil olan aileme ve
hanımıma en iccedilten saygı ve sevgilerimi sunar teĢekkuumlruuml bir borccedil bilirim
Uumlniversiteye baĢladığım Lisans yıllarından buguumlne kadar sonuccedilları suumlrekli
sorgulamayı ve olaylara baĢka accedilılardan bakmayı oumlğreten bana karĢı inanılmaz sabır
goumlstererek mesleki geliĢimime katkıda bulunan ve ccedilok ciddi rahatsızlık geccedilirmesine
rağmen ccedilalıĢkanlık ve yol goumlstericiliğinden hiccedil vazgeccedilmeyen sayın hocam
Prof Dr Eyuumlp Sabri KAYALIrsquoya yardımlarından dolayı en iccedilten teĢekkuumlrlerimi
sunarım
ġekillendirilebilirlik gibi zor bir konuda hiccedilbir yardımını esirgemeyen ve yol
goumlsteren ccedilıkmaz yola girdiğimde ana yola ccedilıkaran Metalurji ve Malzeme Muumlh
Dr Murat DUumlNDARrsquoa ve tez savunmasında olumlu eleĢtirileri ile tezimin
geliĢmesini sağlayan Sn Prof Dr Huumlseyin CcedilĠMENOĞLUrsquona yardımları iccedilin
teĢekkuumlruuml bir borccedil bilirim
Deney ccedilalıĢmalarımda yardımcı olan ASSAN Aluumlminyum Test Laboratuarı
ccedilalıĢanlarına teĢekkuumlr ederim
Ġstanbul Ekim 2003 MGoumlkhan ALPER
iii
İCcedilİNDEKİLER
KISALTMALAR v
TABLO LĠSTESĠ vi
ġEKĠL LĠSTESĠ vii
SEMBOL LĠSTESĠ ix
OumlZET x
SUMMARY xii
1 GİRİŞ 1
11 GiriĢ ve CcedilalıĢmanın Amacı 1
2 ALUumlMİNYUMUN TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ 3
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi 3
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri 5
23 Aluumlminyum Uumlretimi 9
3 SUumlREKLİ LEVHA DOumlKUumlM TEKNİĞİ 15
31 Genel Bilgi 15
32 Temel Proses Elemanları 20
321 ErgimiĢ Metal Beslenmesi 20
322 Doumlkuumlm Merdane Sistemi 21
323 Doumlkuumlm Boumllgesi 22
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi 22
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı 23
34 KatılaĢma Mekanizması 25
35 Doumlkuumlm Hataları 25
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK 26
41 Genel Bilgi 26
42 ġekillendirme CcedileĢitleri 28
421 Derin Ccedilekme 28
422 Buumlkme 32
423 Gererek ġekil Verme 34
424 Soğuk Haddeleme 36
425 Diğer ġekillendirme CcedileĢitleri 43
43 ġekillendirme Hataları 46
431 Eğme Hataları 46
432 Derin Ccedilekme Hataları 47
4321 Kulaklanma 48
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml 50
4323 Luumlder Ccedilizgileri 50
4324 Looper Ccedilizgileri 51
4325 KırıĢmalar 51
iv
4326 Ccedilatlamalar 51
433 Gererek ġekillendirme Hataları 52
44 ġekillendirme Sınır Diyagramları 53
441 Genel Bilgi 53
442 ġSDrsquonin Ccedilizilmesi 60
4421 Ağ dokusu (Grid Patern) OluĢturma Metodları 60
4422 ġekillendirme Sonrası Grid Oumllccediluumlmuuml 63
45 ġSDrsquode Kırılma Mekaniği 65
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 65
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı 65
4512 Boumllgesel Karasızlık 66
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 67
4521 Kararsızlığa dayalı kriter 67
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter 67
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR 69
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler 69
52 Kullanılan Cihazlar 69
521 Hidrolik ġiĢirme Test Duumlzeneği 70
53 Deneylerin YapılıĢı 71
531 Metalografik Ġnceleme 71
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti 77
533 Erichsen Derinliği Tesbiti 83
534 ġekillendirme Sınır Diyagramları Sonuccedilları 84
535 Kırılma Yuumlzeylerinin SEMrsquode Ġncelenmesi 90
6 GENEL SONUCcedilLAR 96
KAYNAKLAR 98
EKLER 101
EK A Tablo A1 5052 ve 5182 alaĢımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm
değerleri 101
OumlZGECcedilMİŞ 102
v
KISALTMALAR
TRC Ġkiz Merdane Doumlkuumlm Teknolojisi
HF Hidroflorik Asit
ŞSD ġekillendirme Sınır Diyagramı
SEM Taramalı Elektron Mikroskobu
EDS Enerji Saccedilınım Spektrometresi
AA Amerikan Aluumlminyum Birliği
DIN Alman Standartlar Enstituumlsuuml
ASTM Amerikan Malzeme ve Test Derneği
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
MHS Merkez Hattı Segregasyonu
RADAR Radio Detection and Ranging
MPa Mega Pascal
N Newton
ABD Amerika BirleĢik Devletleri
DC Direkt (Geleneksel) Doumlkuumlm
vi
TABLO LİSTESİ
Sayfa No
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması
80
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları
82
Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83
vii
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 21
Şekil 22
Şekil 23
Şekil 31
Şekil 32
Şekil 33
Şekil 34
Şekil 35
Şekil 41
Şekil 42
Şekil 43
Şekil 44
Şekil 45
Şekil 46
Şekil 47
Şekil 48
Şekil 49
Şekil 410
Şekil 411
Şekil 412
Şekil 413
Şekil 414
Şekil 415
Şekil 416
Şekil 417
Şekil 418
Şekil 419
Şekil 420
Şekil 421
Şekil 422
Şekil 423
Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi
Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri
Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının
tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı
Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml
Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması
TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması
TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği
TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi
Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek
Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme
durumu
Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik
goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi
Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi
Merdane bombelerinin goumlsterimi
2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde
a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi
2rsquoli Grup Hadde
3rsquoluuml grup Hadde
Haddeleme teorisi goumlsterimi
Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri
Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi
Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0
alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı
Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme
tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi
∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu
Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler
Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede
sınır deformasyonlar
ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır
eğrisi
Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı
228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen
Ģekillendirme diyagramı
11
11
14
15
16
20
21
22
28
29
32
36
37
38
38
39
39
40
40
40
41
42
43
44
45
49
52
53
54
55
58
viii
Şekil 424
Şekil 425
Şekil 426
Şekil 427
Şekil 428
Şekil 429
Şekil 430
Şekil 431
Şekil 432
Şekil 51
Şekil 52
Şekil 53
Şekil 54
Şekil 55
Şekil 56
Şekil 57
Şekil 58
Şekil 59
Şekil 510
Şekil 511
Şekil 512
Şekil 513
Şekil 514
Şekil 515
Şekil 516
Şekil 517
Şekil 518
Şekil 519
Şekil 520
Şekil 521
Şekil 522
Şekil 523
Şekil 524
Şekil 525
Şekil 526
Şekil 527
2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe
yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi
5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme
davranıĢları
Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Ağ yapısı oumlrnekleri
Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları
a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik
ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği
ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması
gereken eksenler
Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri
Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği
Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro
fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml
Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde
edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182
1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri
1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile
doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm
youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının
anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması
a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile
birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm
5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı
5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı
TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının
ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması
5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum
alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım
haritası
58
59
60
61
62 63
63
64
66
70
70
71
72
73
74
75
76
76
77
78
82
84
85
86
87
87
88
89
90
90
91
91
92
93
94
95
ix
SEMBOL LİSTESİ
Al Aluumlminyum
Mg Magnezyum
Si Silisyum
Zn Ccedilinko
Mn Mangan
Be Berilyum
Ti Titanyum
μ Mikron 0C Derece Celcius
Tm Ergime Sıcaklığı
dak Dakika
sa h Saat
MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme
MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme
kV Kilovolt
σccedil Ccedilekme Mukavemeti
σa Akma Mukavemeti
e Muumlhendislik Uzama
n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml
R Anizotropi Katsayısı
ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı
R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı
K Malzeme Mukavemet Katsayısı
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
x
ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ
5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ
OumlZET
Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden
bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem
kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk
kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde
edilmektedir
Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak
suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer
firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt
olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum
uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm
kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına
sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha
kalitesi uumlzerinde etkilidir
CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm
kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu
5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir
Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası
mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır
Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0
accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa
e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin
ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler
incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir
xi
Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)
alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir
Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde
kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı
goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında
ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir
Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna
rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince
tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki
alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier
etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden
kaynaklanmaktadır
Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır
Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052
alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit
edilmiĢtir
Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek
kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182
alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına
rastlanmıĢtır
Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052
alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir
xii
DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182
ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING
METHOD
SUMMARY
Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum
industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering
discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker
less time and cost
Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which
name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies
improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce
aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to
aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow
solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition
casting thickness speed and tip distance
In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were
produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After
casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at
final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by
continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain
hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water
and very high toughness
For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to
understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the
tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to
determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen
xiii
test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the
fracture surface of the tensile specimens were examined
From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium
alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening
exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy
values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately
no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the
direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain
aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close
each other At the metallographic examinations it was observed that these two
aluminium alloys have center-line segregation At the same time after
homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as
fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope
examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed
ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces
Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic
bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that
5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy
1
1 GİRİŞ
İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807
yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır
İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry
Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında
konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile
ağırlamaktaydı [1]
Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek
guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının
demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya
tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan
bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif
metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha
hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı
iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı
dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak
işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır
Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve
uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına
gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu
duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi
iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim
ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]
İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma
doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer
2
taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve
kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı
goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının
geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada
ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk
lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur
Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)
teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm
kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC
metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar
Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır
İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha
doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum
levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere
sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]
Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum
alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme
Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır
3
2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi
Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler
nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir
Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek
duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv
sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması
aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır
1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-
aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre
Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825
yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum
kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir
[1]
1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400
DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak
uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir
1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T
Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak
kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent
almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente
goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması
Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu
firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir
1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde
4
(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden
uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya
baĢlanmıĢtır
Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları
1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)
1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)
1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı
1893 Sanat Eserlerinde kullanımı
1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi
1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi
1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi
1909 Bira kutularında kullanımı
1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi
1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi
1919 Konserve kutularında kullanımı
1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması
1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı
1931 Suumlt kapaklarında kullanımı
1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması
1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı
1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu
tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz
sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali
5
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri
Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri
buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf
aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde
kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını
sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit
tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı
olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu
nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde
saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan
saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir
Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride
kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır
Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere
sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak
yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak
100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri
aĢağıdaki gibidir
- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo
tuumlr Kuumltlesi
demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve
otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol
oynamaktadır
- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu
istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler
geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle
mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok
yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır
Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr
Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit
olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin
ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği
19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar
6
ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir
alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı
fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo
21rsquode verilmiĢtir
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]
Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg
Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174
Isıl Ġletkenlik (calcm2cm
0C) 052 019 092 027 037
Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10
-6 240 119 167 330 257
Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651
Uzama () 43 48 50
Sertlik (BHN) 19 70 25
- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de
onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve
besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda
kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında
ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla
oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel
nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler
bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı
metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu
durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır
- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda
enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol
accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay
paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır
- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi
iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde
gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın
olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens
civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın
7
yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila
kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar
- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile
aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında
kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve
aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar
- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden
dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum
krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu
metallerin uumlretiminde kullanılır
- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha
ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)
doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme
operasyonlarına tabi tutulabilir
- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak
perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da
yaygındır
- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama
gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama
veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal
elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir
Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada
daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve
mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon
direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten
zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve
duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel
atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı
bulmasını sağlamıĢtır
- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre
buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin
diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere
8
goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer
metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek
olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp
aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir
Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve
alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]
Sektoumlr Oumlnemli kulanım
yerleri Alternatif olduğu malzeme
UlaĢım
Radyatoumlrler Bakırpirinccedil
Motor parccedilaları Doumlkme demir
Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar
UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum
Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler
Trenler Yolcu ve yuumlk
vagonları
Ccedilelik
Deniz
araccedilları
Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik
ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik
Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka
Ambalaj
MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler
Konserve kutuları Tenekecam
Aerosol kutuları Teneke
Folyo Plastikkağıt
Kapaklar Plastikteneke
Elektrik
Ġletkenler
Bakır
Baralar
Transformatoumlr ve
jeneratoumlr
Telefon kablosu
Makine
Yataklar Doumlkuumlm malzemeler
Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik
Hidrolik sistemler
Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik
Tuumlketim
malları
Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır
Diğer
uygulama
Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik
Ziraat aletleri Ccedilelik
Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik
9
Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki
Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]
1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı
2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı
3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı
4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li
AlaĢımları
23 Aluumlminyum Uumlretimi
Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım
accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem
accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer
(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme
goumlstermiĢtir
Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)
sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini
teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle
doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat
demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan
boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım
goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır
En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena
Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum
enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir
Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan
olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum
boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit
(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri
Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir
10
Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit
gibsit oumlrnek olarak verilebilir
Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses
ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten
aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin
Hall-Heroult Prosesirsquo dir
Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit
cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir
Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden
ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile
karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek
sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon
ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve
doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum
oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde
elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan
aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti
oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir
Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)
kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile
karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu
gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım
uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının
altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur
(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından
yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve
hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir
Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1
ton aluumlminyum elde edilir
11
Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]
Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin
uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk
zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji
sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en
modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar
duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr
Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum
(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne
doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı
uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en
alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm
prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik
oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma
etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları
oumlzetlenmektedir
Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]
12
ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm
tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm
tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer
suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett
Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından
yapılmıĢtır
Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil
ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri
esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo
olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden
değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu
oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi
diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını
sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre
120 oranında enerji gerektirmektedir
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]
BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)
TİTANYUM 126000 52000 74000
MAGNEZYUM 90000 2000 88000
DEMİR 4300 1000 3300
BAKIR 13500 1700 11800
ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000
Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken
buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını
1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana
enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki
ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr
1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim
miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir
13
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri
(1000 ton) [8]
YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990
AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911
DOĞU
UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425
KUZEY
AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683
LATĠN AMERĠKA
- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730
ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180
OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492
AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601
TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022
Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim
miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere
paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının
geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu
accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin
hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda
birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa
uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları
goumlsterilmektedir
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum
uumlretimleri (1000 ton) [8]
YIL 1950 1970 1980 1985 1990
1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL
BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540
İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201
İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350
HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145
FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215
İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79
Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve
alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode
goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını
oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme
14
(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır
2580
2100
2064
980
709
645
922
Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme
Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar
Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım
alanına goumlre dağılımı [8]
Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken
GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi
Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya
baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki
kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin
kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler
yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve
BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği
goumlruumllmektedir
Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum
tuumlketimleri (kg) [8]
YIL 1960 1970 1980 1985 1990
JAPONYA 2 112 204 206 309
ALMANYA 72 137 220 238 301
ABD 108 204 258 265 269
ĠTALYA 29 75 141 146 209
FRANSA 49 89 136 123 177
ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111
15
3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ
31 Genel Bilgi
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde
standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk
defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi
desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı
heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan
uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm
teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin
ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter
Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir
Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm
makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan
tipik yerleşim goumlruumllmektedir
Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]
16
Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması
verilmektedir
Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması
Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali
oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak
tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine
belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım
hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken
numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin
ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir
Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır
Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon
deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni
metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından
absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum
alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici
flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz
taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler
Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar
kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal
iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık
kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği
kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve
kolay temizlenebilirliktir [11]
Seramik
Filtre
Gaz Giderme
Uumlntesi
Doumlkuumlm
Makinası
Ergitme Fırını Tutma
Fırını
Tandiş
Ccedilektirme
Merdaneleri
Makas Sarıcı
Akış Youmlnuuml
Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme
17
Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları
alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik
olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum
alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler
(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)
ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası
oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe
gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer
youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses
katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo
uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme
işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve
uumlretim maliyetleri azalır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm
sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan
bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik
mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler
(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki
artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]
Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk
hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm
iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim
aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara
yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi
konularda araştırma yapılmaktadır [11]
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı
bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı
iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek
verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve
yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler
18
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki
ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve
filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin
merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik
malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp
goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı
iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği
ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da
bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle
ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını
sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln
akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle
sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir
mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın
yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm
merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin
yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su
bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]
Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi
merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri
ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini
oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha
uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve
operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya
ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi
merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen
aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı
uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak
verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir
Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir
Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir
19
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]
1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199
1200 1230 1235 1345
3003 3004 3005 3006 3105
5005 5010 5034 5050 5052 5056
5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356
5454 5456 5457 5652 5657
6063
7072
8010 8011 8111 8014
Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane
ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak
veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)
kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane
ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma
kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma
kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın
paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin
etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane
ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı
boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip
tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir
Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm
hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini
artırmaktadır
20
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]
Parametre Etkisi
Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı
Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Merdane Yuumlzey Durumu
Yapışma ile ayırma kuvveti artar
32 Temel Proses Elemanları
Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi
merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir
321 Ergimiş metal beslenmesi
Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik
olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden
kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle
temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]
Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]
21
322 Doumlkuumlm merdane sistemi
Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem
de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin
sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır
Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml
koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu
Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller
(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne
bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal
bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller
geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]
Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]
Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan
ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile
bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller
mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik
mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır
Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik
oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar
termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun
katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir
bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan
malzemelerdir [11]
22
323 Doumlkuumlm boumllgesi
Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm
tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır
Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken
Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa
inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre
olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede
gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi
katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu
olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel
modeller geliştirilmiştir
Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi
suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı
kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi
uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu
parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve
ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle
sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal
temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası
ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda
pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen
23
termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun
şeccedililmelidir
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak
haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı
geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların
mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve
deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik
partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum
levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı
(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin
tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada
kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin
bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek
olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda
bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır
Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da
hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]
5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil
yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları
incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki
ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı
magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav
esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4
Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe
ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur
Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme
eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur
24
005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında
bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet
verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin
oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin
doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek
Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si
bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği
beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir
rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli
değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok
nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn
bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve
suumlnekliğini duumlşuumlruumlr
Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu
goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-
Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak
dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin
bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]
Kimyasal
formuumll
Kristal
yapı
Yoğunluk
(gcm3)
Ergime veya peritectic
sıcaklığı (OC)
(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451
(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)
(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462
25
34 Katılaşma mekanizması
Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci
aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak
katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve
levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve
yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise
metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar
ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır
Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik
partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde
yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane
yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda
enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur
35 Doumlkuumlm hataları
Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır
Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu
tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı
izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında
tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]
26
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
41 Genel Bilgi
Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde
şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile
birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil
eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir
[5]
Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma
uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım
şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır
Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem
değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır
Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform
olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila
geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve
deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce
daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak
goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]
Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)
Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve
işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun
bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2
f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı
buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)
27
f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu
deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)
şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]
Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli
bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların
hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya
benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda
oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir
duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir
Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini
getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki
bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde
karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer
etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun
seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba
tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir
Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan
sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve
presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla
değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme
mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında
bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan
kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin
şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi
gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme
işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu
malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte
kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir
28
42 Şekillendirme Ccedileşitleri
421 Derin Ccedilekme
Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi
olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler
goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla
bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]
Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline
ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma
kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek
kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır
Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp
yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı
kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin
ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]
Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır
Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde
edilmesidir
Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]
Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır
Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı
(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]
29
DCcedilOS D0Dz max (42)
Yukarıdaki eşitlikte
D0 Maksimum taslak ccedilapı
Dz Zımba ccedilapı
İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu
oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu
belirtilmektedir [26]
Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı
gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır
Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]
Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca
zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık
bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki
eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal
olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi
D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel
olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır
Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır
Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar
olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma
işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile
kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir
miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme
30
gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış
olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz
kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini
azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli
oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması
istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk
tutulmalıdır
Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana
gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme
kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana
kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı
plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca
suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının
yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem
ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme
kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına
doğru başlamaktadır [516]
Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına
uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir
Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu
boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim
şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik
şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar
oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir
Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak
disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin
ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba
ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik
sınırı vardır
Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan
tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]
RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)
31
Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme
parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı
yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden
etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde
ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak
verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen
derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da
aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme
kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini
ortaya ccedilıkarmaktadır
Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi
mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir
Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan
sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma
eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile
ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı
teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama
dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen
diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90
ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin
ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit
edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır
Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından
yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler
Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda
suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve
geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık
uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum
alaşımlarıdır [19]
Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil
vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz
konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon
sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir
32
Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta
sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve
Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]
422 Buumlkme
Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal
şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz
haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet
uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz
borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme
youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde
kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları
kullanılır
Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip
aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar
aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-
otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri
ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından
istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur
Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan
1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem
goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum
alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme
33
esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi
tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir
metod aşağıda verilmiştir
- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi
- Isıl işlem ve soğutma
- Nihai şeklinde buumlkme
Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa
soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde
paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde
uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız
taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız
915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup
genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme
işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri
kullanılır [19]
Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı
soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır
Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış
yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon
ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin
oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma
olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit
daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak
Rb = h 1r
1
r lt 02 iccedilin (44)
Rb = h ( 2
2
rr2
r1
r ge 02 iccedilin (45)
eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden
buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik
gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin
34
kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise
elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda
malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma
yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir
Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak
hesaplanabilir [21]
Pb = b
ccedil2
W
hb (46)
Pb= 2
tan
2hR2
hb b
b
a
(47)
Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme
kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı
malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir
Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen
aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay
parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi
uumlretimlerde kullanılmaktadır
423 Gererek Şekil Verme
Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler
Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca
bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin
gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen
oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır
Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri
goumlsterilmektedir
35
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik
oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]
Alaşım
Ccedilekme Mukavemeti
(MPa) (a)
Akma Mukavemeti
(MPa) (b)
Şekillendirme Aralığı
(c = a - b)
Uzama
(50 mm)
Gerilebilirlik Oranı
7075-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
331 138 193 19 100
2024-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
317 124 193 20 98
2024-T3 441 303 138 18 95
6061-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
241 145 96 22 90
7075-0 221 97 124 17 80
2024-0 186 76 110 19 80
6061-0 124 55 69 22 75
3003-0 110 41 69 30 75
1100-0 90 35 55 35 70
7075-T6 524 462 62 11 10
Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi
biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG
derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de
incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)
arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]
GBO = hG IG (48)
Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen
yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır
Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde
bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk
36
tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk
suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]
Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında
panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır
Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber
kullanılırlar
424 Haddeleme
Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak
isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir
Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken
merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine
goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin
haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır
Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık
yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde
duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln
ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun
mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı
malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar
Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel
prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu
merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile
kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir
Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm
2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr
37
Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı
uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı
azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu
buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın
ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml
yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil
yuumlkselir
Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]
Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan
kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı
merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır
Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar
kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler
kullanılarak elde edilebilir
Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters
youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki
metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle
birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında
da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise
deride iz bırakmaya başlar
Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya
zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki
merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila
38
goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar
pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz
olması sağlanır (Şekil 47)
Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]
Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]
Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane
denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)
merdane denir (Şekil 48)
39
Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]
Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde
abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr
Bombe iki şekilde elde edilir
1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)
2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)
Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu
da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı
kullanılarak kontrol edilir
Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde
goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo
yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)
Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]
Pozitif Bombe Negatif Bombe
a) b) c)
40
Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı
merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile
rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ
kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş
merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4
katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek
merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir
Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi
(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri
yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş
merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6
katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da
kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı
oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)
Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]
Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak
Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)
Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve
sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-
grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir
Şekil 411 2‟li Grup Hadde
[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde
[22]
a) b)
41
Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile
sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin
haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme
kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen
tavlama işlemi ile kaldırılabilir
Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer
değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara
goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına
ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık
kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir
Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına
giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)
Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]
Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak
zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması
anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse
haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane
hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda
haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla
girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında
42
ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu
noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu
noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya
ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar
Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil
silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı
kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı
beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve
uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki
metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar
sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete
tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok
dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket
ederek fıccedilı şeklini oluşturur
Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş
merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı
akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)
Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]
Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki
kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla
ezme verir
Metal merdanelerden
hızlı
Metal merdanelerden
yavaş
Kısıtlı Akış
Boumllgeleri
43
Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki
etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da
dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış
boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını
belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı
Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği
biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile
sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste
binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin
daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve
merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla
suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha
fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme
yapılamaz
Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]
425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri
Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde
geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme
ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme
patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik
şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla
şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak
verilebilir [19]
44
Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı
bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum
alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de
birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi
Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA
Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme
ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde
kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik
ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği
uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar
otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil
416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır
Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka
stop lambasının yatağının yapımı [19]
Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi
aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen
ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de
dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum
45
alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden
tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı
iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme
vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme
şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı
suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması
esasına dayanır (Şekil 417)
Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi
[19]
Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların
şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın
temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve
hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında
yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte
şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde
kullanılmaktadır
Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay
araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji
46
şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla
şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır
Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji
şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu
olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra
işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve
duumlşuumlk maliyet elde edilir
43 Şekillendirme Hataları
431 Eğme Hataları
Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme
ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız
eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım
ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği
boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki
deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka
zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak
iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı
duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa
kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir
İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar
oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek
deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi
ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak
deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll
edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki
deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek
giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle
kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir
Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu
operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik
eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan
47
ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı
tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC
lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-
eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır
Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri
yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının
geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir
Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)
uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]
K = ru
u
r
r =
2r
2r
0r i
0 i
s
s
(49)
432 Derin Ccedilekme Hataları
Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri
ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha
oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri
bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla
parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna
rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme
problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve
kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki
grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]
Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın
tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta
buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar
olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]
Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına
uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul
uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı
olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur
ve hatadan bahsedilmektedir
48
4321 Kulaklanma
Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin
ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen
kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti
ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir
Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse
de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne
goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz
edilmektedir [516]
a) 00 90
0 Kulaklanma
b) 450 Kulaklanma
Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim
kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik
karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında
goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml
tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve
miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve
buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]
Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir
sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki
anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem
basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak
anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik
yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]
Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak
uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi
gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise
kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından
uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey
anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin
bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir
49
Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n
m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır
diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon
sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek
ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil
değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini
artırdığını savunmaktadırlar [25]
Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)
ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde
∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel
nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde
ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr
teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak
prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır
Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]
50
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml
Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra
oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi
portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile
uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de
etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya
ccedilıkmaktadır [5]
Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı
olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara
yol accedilmaktadır [23]
Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu
deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak
bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların
uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]
Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda
yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey
puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]
4323 Luumlders Ccedilizgileri
Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders
ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey
puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon
meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin
maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde
ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek
yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir
dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan
gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde
ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği
istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]
51
4324 Looper Ccedilizgileri
Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin
ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak
tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan
deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı
duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav
esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde
uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki
kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize
olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı
duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]
4325 Kırışmalar
Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması
kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası
mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya
malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı
ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]
4326 Ccedilatlamalar
Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik
yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme
oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması
sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama
işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu
tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan
bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol
accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli
malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]
Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen
kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı
koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya
ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme
konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]
52
Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da
goumlruumllmektedir
Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]
a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma
d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)
Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme
433 Gererek Şekillendirme Hataları
Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş
kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr
bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten
ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında
gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme
işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir
Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında
goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek
kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki
boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı
araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan
53
deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla
ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına
rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde
goumlruumlluumlr [21]
44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)
441 Genel Bilgi
Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten
(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım
alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil
bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin
başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]
1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine
yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme
kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve
aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır
deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen
bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler
Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]
Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi
iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel
54
olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki
ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil
421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı
metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki
şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir
Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]
Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına
(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir
Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih
edilmektedir
55
Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme
sınır diyagramı [28]
Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz
ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya
konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır
Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt
okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır
diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar
guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul
edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten
bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır
Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu
kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml
olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve
kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar
Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0
boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme
işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0
boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı
test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test
tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her
iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve
Şekillendirme Sınır Diyagramı
56
sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna
varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır
a) Duumlzlemsel test metodları
b) Duumlzlem-dışı test metodları
Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme
eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır
Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk
karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini
bulmuşlardır
Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır
a Zımbada germe
b Duumlzlemde germe
c Hidrolik şişirme
Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı
kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme
oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar
oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri
oumllccediluumllerek tespit edilir
Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir
zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada
germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır
diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler
Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir
Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede
kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun
başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon
dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon
sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum
deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve
deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek
şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu
57
gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh
hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle
elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]
Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha
geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi
canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme
sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum
muumlkemmeldir
Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı
deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin
şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği
ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı
kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi
kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu
goumlruumllmuumlştuumlr
Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve
malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil
olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli
deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği
ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve
duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde
edilmektedir
Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların
şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve
162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini
yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan
malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan
Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin
yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe
işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]
58
Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]
Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının
şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm
ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102
mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır
Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba
yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit
ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]
Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba
yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]
59
Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının
yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)
5052
0
50
100
150
200
250
300
350
400
SERT 260 290 320 350 375 400 425 450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
5182
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
SERT
220
240
260
290
320
350
375
400
425
450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]
Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş
malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve
şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen
hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha
iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]
60
442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi
Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde
edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki
tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta
şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı
boumllgeleri goumlstermektedir
Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla
vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en
kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik
doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı
derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi
derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta
boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr
4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları
Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil
değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik
youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde
iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her
iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir
Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal
yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine
etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır
Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
61
Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması
sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne
yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya
değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur
Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı
olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan
sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu
elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş
ccediloumlzelti ile yıkanır
Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal
şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı
metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu
gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile
sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk
şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet
verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca
tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal
istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve
deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması
sağlanır
Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının
birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir
Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas
etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips
62
şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile
goumlsterilir
Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen
dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk
kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]
A B
C D
E F
63
4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml
Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki
elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)
A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe
Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]
Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ
yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere
sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye
kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik
olarak tespit edilirler (Şekil 430)
Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm
duumlzeneği [28]
Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk
değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips
a) b
64
formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları
hesaplanır
MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(410)
Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(411)
MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]
Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile
plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu
gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye
kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin
boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu
daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep
aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir
Minimum
Eksen
Maksimum
Eksen
65
45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği
Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift
eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında
tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek
incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil
değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en
kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil
değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli
yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı
Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı
anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla
kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil
değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]
Zdd
d
(412)
gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme
oranının
(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin
başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
nZd (413)
Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill
anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana
ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen
tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin
kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini
66
goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi
genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır
Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]
4512 Boumllgesel kararsızlık
Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil
değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı
amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı
(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini
kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon
sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir
Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere
edilir
Zd
d
(414)
Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil
değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
= nZ (415)
Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın
bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır
67
Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması
gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil
425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir
Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe
şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill
boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu
boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz
4521 Kararsızlığa dayalı kriter
İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme
yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu
yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı
yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda
malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin
boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter
Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma
arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki
sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği
kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal
şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını
accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme
gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln
bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil
değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil
verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori
buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı
uygulanması guumlccediltuumlr
McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden
tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre
inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme
68
deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın
mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak
homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel
kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir
Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya
goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde
oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin
inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon
boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir
Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir
(1+α)σ12=Kcr (416)
Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile
ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma
kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır
Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın
meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik
gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini
goumlstermektedir
f
0
1 Cd (417)
Şekil-13
Haddelemeden sonra
tabakalar
69
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler
Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter
Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve
5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal
kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan
testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -
Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659
Alaşım
5052
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -
Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182
Alaşım
52 Kullanılan Cihazlar
Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak
amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri
metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan
numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers
ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir
Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık
mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM
E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test
edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler
ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test
cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test
duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal
grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo
marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme
70
sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri
JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve
inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır
521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği
Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme
test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas
alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode
goumlsterilmektedir
Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]
Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
71
Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar
ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise
50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)
Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
53 Deneylerin Yapılışı
Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan
numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir
(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak
metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm
mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel
koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses
sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve
R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin
bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır
diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın
sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin
yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile
kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme
cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum
ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel
ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
72
numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS
yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır
531 Metalografik İnceleme
Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme
rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite
alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile
parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm
yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm
yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki
yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu
tespit edilmiştir
a)
b)
Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)
a) 5052 b) 5182
73
Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182
alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası
daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode
goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik
yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir
a)
b)
Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182
Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen
mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine
yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur
74
a)
b)
Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182
İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini
belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır
Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar
elde edilmiştir
75
a)
b)
Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane
yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu
sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış
yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin
artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182
alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden
başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca
76
değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma
farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl
işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden
kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları
incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin
350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410
0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda
tavlanmasına karar verilmiştir [29]
Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki
mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir
a) b)
Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
a) b)
Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
77
5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken
kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede
kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti
Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri
hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin
alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir
Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir
Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla
dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle
meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı
izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri
Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir
78
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25 30
Uzama ()
Mu
kavem
et
(MP
a) 5182
5052
Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri
1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış
numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
verilmiştir
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
350C4sa
tavlı0
1040 9157 19833 2054 027 068
9022 19683 2307 027 060
1035 9097 19785 1767 027 061
9251 20047 1777 027 059
350C4sa
tavlı45 1035
8612 19053 2245 027 068
8774 19273 2414 027 067
8628 19178 2353 027 059
8662 19010 2142 027 065
350C4sa 90
1045 8755 18750 2216 027 060
8712 18723 2117 027 058
1050 8865 18876 2235 027 059
8875 18917 2118 027 054
79
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
410C4sa
tavlı0
1030 16502 29525 2255 026 060
1030 16222 29266 2108 026 061
1035 16080 29483 2256 027 060
1040 16021 29217 2331 026 059
410C4sa
tavlı45
1040 15588 28651 2529 027 108
1040 15505 28759 2458 027 112
1040 15408 28890 2385 028 116
1045 15379 28617 2449 027 122
1040 16036 28817 2138 026 093
1035 16052 29175 2383 025 108
1040 16082 29183 2418 026 098
410C4sa
tavlı90
1045 16366 29412 1997 026 073
1045 15965 28992 2166 026 066
1040 16086 29246 2223 026 073
1045 16053 29110 1867 027 080
Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum
miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila
44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum
alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik
accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir
fark tespit edilememiştir
Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n
değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır
4
n2nnn 45900 (51)
Burada
n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri
5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde
edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm
80
kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna
getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin
n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak
hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark
goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n
değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform
şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir
Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin
kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu
belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik
bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey
anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde
farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey
anizotropi katsayısının ortalaması
4
R2RRR 45900 (52)
şeklinde tanımlanır
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır
R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir
[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin
bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi
katsayısı (ΔR)
2
R2RRR 45900 (53)
bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden
hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de
bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur
81
Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi
katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm
kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları
[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode
karşılaştırma amacı ile verilmiştir
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri
sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney
sonuccedillarının [30] karşılaştırılması
Mg a
(MPa) ccedil
(MPa)
Uzama
(ort)
R0
(ort) R45
(ort) R90
(ort) R ΔR
5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005
5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042
5182-
DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030
5754-
DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026
Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında
5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir
İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı
malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı
malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir
malzemedir diyebiliriz
Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri
(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu
malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması
anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha
az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle
derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını
goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha
homojen olarak plastik deformasyona uğrar
82
Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)
miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve
duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma
davranışının arttığı goumlruumllmektedir
İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha
doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC
ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile
doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop
bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş
5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik
doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir
malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine
sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki
malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında
450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir
Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC
tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı
malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil
512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin
ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır
-042-030
-005
-026
087
069063062
-06
-04
-02
0
02
04
06
08
1
5052 5754-DC 5182-DC 5182
Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182
aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum
alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması
R
R
83
533 Erichsen Derinliği Tesbiti
Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini
tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki
numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve
bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve
deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden
ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları
ALAŞIM Sıkıştırma
Kuvveti (kN)
Bilya Ccedilapı
(mm)
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
Genel
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
5052 10 10
94
asymp 95 95
95
5182 10 10
95
asymp 97 97
98
Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri
94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir
Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde
bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine
sahip olduğu soumlylenebilir
84
534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları
ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak
grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar
destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine
tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen
dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir
Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel
ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları
a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)
Numune1 34 100 5 150
Numune2 34 100 10 150
Numune3 34 100 15 150
Numune4 34 100 30 150
Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk
eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen
deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir
ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli
numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye
birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir
c
a
b
d c
b) a)
85
Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik
şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle
yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı
geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir
a)
b)
Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052
Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup
100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise
65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan
86
70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri
verilmektedir
a)
b)
Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052
Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre
hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak
goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında
ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile
sınır eğrileri elde edilmiştir
87
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme
noktasıdır
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
88
Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182
alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte
verilmiştir
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
5052 5182
Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır
Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme
işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır
diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma
boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları
karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre
kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri
5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil
etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden
daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli
boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda
elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme
performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır
89
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 0 10 20 30 40
e2
e1
5182TRC 5182DC
Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme
Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182
alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda
goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182
alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli
eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen
ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi
ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı
goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra
germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri
goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp
geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir
90
535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi
Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma
karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik
intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma
yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma
yuumlzeyleri goumlsterilmektedir
Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)
Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)
91
Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik
goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde
youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden
suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila
goumlruumllmektedir
Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)
Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)
92
İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi
yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek
ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır
(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına
rastlanmıştır
a) b)
c) d)
e)
Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X
93
Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2
Silisyum Ka1 Demir Ka1
94
Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum
Ka1_2
Silisyum
Ka1 Demir Ka1
95
Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası
Aluumlminyum
Magnezyum Silisyum
Oksijen Demir
96
6 GENEL SONUCcedilLAR
Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki
aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin
incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir
1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme
mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum
alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha
yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından
incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir
2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı
segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı
segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan
ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir
3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen
ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer
almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen
aynıdır
4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon
sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr
5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında
5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının
Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir
6 Uumlccedil youmlnluuml (0045
0 90
0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen
R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450
youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak
şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı
97
malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği
(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk
olduğu ( R =062) tespit edilmiştir
7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri
arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182
alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir
8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize
eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma
yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg
inkluumlzyonlarına rastlanmıştır
9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları
Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha
yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin
daha iyi olduğu tespit edilmiştir
98
KAYNAKLAR
[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve
Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul
[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum
Products JOM 21-25
[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys
Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123
[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve
5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans
Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin
ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine
etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya
[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum
[7] httpwwwforesightproductionscom
[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications
Edimet Brescia
[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM
[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent
No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom
[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[12] httpwwwfosecocom
[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul
[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology
99
[15] Vangala P Smith D Duvvuri R Romanowski CA 1992 The Influence of
Casting Gauge on the Hunter Roll Casting Process Melt Spinning and
Strip Casting
[16] Kayalı ES Ensari C 1995 Metallere Plastik Şekil Verme İlke ve
Uygulamaları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi Bilim Teknik
Yayınevi İstanbul
[17] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (I)
Aluminium 670 ndash 675
[18] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (II)
Aluminium 701 ndash 709
[19] ASM Speciality Handbook Aluminum and Aluminum Alloys Fabrication and
Finishing of Aluminum Alloys ASM International 231 ndash 246
[20] Sheet Metal Working Presentation Internet Search Results
[21] Okumuş E 2000 Saccedil Şekillendirme Hataları Hasar Analizi Yuumlksek Lisans
Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi İstanbul
[22] Gibson GC Smith H 1964 The principles of aluminium rolling The
British Aluminium Company Limited Bainsford Falkirk
Stirlingshire
[23] Dieter GE 1981 Mechanical Metallurgy Mc Graw-Hill Tokyo
[24] Birol Y Duumlndar M Romanowski CA 2002 Twin-Roll Cast 5000 Series
Aluminum Sheet For Automotive Applications
[25] Ccedilimenoğlu H Kayalı Es 1984 aluumlminyum Alaşımlarının
Şekillendirilebilirliğini Etkileyen Faktoumlrler II Uluslararası
Aluumlminyum Sanayii Kongresi Seydişehir
[26] Yazıcı E 1987 Aluumlminyumda tane boyutunun deformasyon davranışına etkisi
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[27] Unknown Forming Limit Diagrams and Failure Mechanism for Low and High
Carbon Steels Middle East Technical University
[28] Manthey DW The Need for Surface Strain Measurement Metal forming
Magazine Metalforming Online
100
[29] Duumlndar M 2001 5000 Serisi Laboratuar Ccedilalışmaları Assan Aluumlminyum
[30] Slamova M 2002 Continuous casting technologies for production of
aluminium alloy sheets for transportation applications Research
Report
[31] Haberfield AB Boyles MW 1973 Laboratory Determined Forming Limit
Diagrams Sheet Metal Industries 400 ndash 405
[32] Lectroetch Metal Marking Systems Originators of Electrochemical Marking
Catalog 696 httpwwwlectroetchcom
101
EKA
Tablo A1 5052 ve 5182 alaşımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm değerleri
5052 5182
Maks BŞD Min BŞD Maks BŞD Min BŞD
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2075471698 -1886792453 1886792453 0
1698113208 -1886792453 1698113208 -1886792453
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2075471698 -3773584906 2075471698 -1886792453
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -3773584906 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -3773584906
2452830189 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2264150943 2264150943 2452830189 2641509434
2452830189 2452830189 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2311320755 2311320755 2754716981 2641509434
2830188679 1698113208 2528301887 1698113208
2830188679 1698113208 2679245283 1698113208
2830188679 1698113208 2641509434 1698113208
2830188679 1320754717 2452830189 1698113208
2830188679 1509433962 2641509434 1509433962
2830188679 1698113208 2452830189 1698113208
2264150943 1698113208
2641509434 1698113208
2641509434 2075471698
2641509434 1698113208
102
OumlZGECcedilMİŞ
15 Eyluumll 1975 yılında Karabuumlkrsquode doğdu İlk ve orta tahsili aynı ilde tamamladıktan
sonra lise tahsilini İstanbulrsquoda tamamladı 1993 yılında İTUuml Kimya-Metalurji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliği boumlluumlmuumlnde bir yıl hazırlık
devresinden sonra lisans eğitimime başladı Lisans oumlğrenimini bitirdiği 1998
senesinde hem İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğirsquonde
hem de ASSAN Aluumlminyumrsquoda ccedilalışmaya başladı 2002 yılında askere gidip
geldikten sonra aynı firmada Levha Değerlendirme Youmlneticisi olarak goumlrev
yapmaktadır
ii
OumlNSOumlZ
Oumlğrenim hayatım boyunca maddi ve manevi hiccedilbir fedakarlıktan kaccedilınmayan
emeklerinin ve karĢılıksız sevgilerinin geri oumldenmesi ccedilok guumlccedil olan aileme ve
hanımıma en iccedilten saygı ve sevgilerimi sunar teĢekkuumlruuml bir borccedil bilirim
Uumlniversiteye baĢladığım Lisans yıllarından buguumlne kadar sonuccedilları suumlrekli
sorgulamayı ve olaylara baĢka accedilılardan bakmayı oumlğreten bana karĢı inanılmaz sabır
goumlstererek mesleki geliĢimime katkıda bulunan ve ccedilok ciddi rahatsızlık geccedilirmesine
rağmen ccedilalıĢkanlık ve yol goumlstericiliğinden hiccedil vazgeccedilmeyen sayın hocam
Prof Dr Eyuumlp Sabri KAYALIrsquoya yardımlarından dolayı en iccedilten teĢekkuumlrlerimi
sunarım
ġekillendirilebilirlik gibi zor bir konuda hiccedilbir yardımını esirgemeyen ve yol
goumlsteren ccedilıkmaz yola girdiğimde ana yola ccedilıkaran Metalurji ve Malzeme Muumlh
Dr Murat DUumlNDARrsquoa ve tez savunmasında olumlu eleĢtirileri ile tezimin
geliĢmesini sağlayan Sn Prof Dr Huumlseyin CcedilĠMENOĞLUrsquona yardımları iccedilin
teĢekkuumlruuml bir borccedil bilirim
Deney ccedilalıĢmalarımda yardımcı olan ASSAN Aluumlminyum Test Laboratuarı
ccedilalıĢanlarına teĢekkuumlr ederim
Ġstanbul Ekim 2003 MGoumlkhan ALPER
iii
İCcedilİNDEKİLER
KISALTMALAR v
TABLO LĠSTESĠ vi
ġEKĠL LĠSTESĠ vii
SEMBOL LĠSTESĠ ix
OumlZET x
SUMMARY xii
1 GİRİŞ 1
11 GiriĢ ve CcedilalıĢmanın Amacı 1
2 ALUumlMİNYUMUN TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ 3
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi 3
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri 5
23 Aluumlminyum Uumlretimi 9
3 SUumlREKLİ LEVHA DOumlKUumlM TEKNİĞİ 15
31 Genel Bilgi 15
32 Temel Proses Elemanları 20
321 ErgimiĢ Metal Beslenmesi 20
322 Doumlkuumlm Merdane Sistemi 21
323 Doumlkuumlm Boumllgesi 22
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi 22
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı 23
34 KatılaĢma Mekanizması 25
35 Doumlkuumlm Hataları 25
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK 26
41 Genel Bilgi 26
42 ġekillendirme CcedileĢitleri 28
421 Derin Ccedilekme 28
422 Buumlkme 32
423 Gererek ġekil Verme 34
424 Soğuk Haddeleme 36
425 Diğer ġekillendirme CcedileĢitleri 43
43 ġekillendirme Hataları 46
431 Eğme Hataları 46
432 Derin Ccedilekme Hataları 47
4321 Kulaklanma 48
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml 50
4323 Luumlder Ccedilizgileri 50
4324 Looper Ccedilizgileri 51
4325 KırıĢmalar 51
iv
4326 Ccedilatlamalar 51
433 Gererek ġekillendirme Hataları 52
44 ġekillendirme Sınır Diyagramları 53
441 Genel Bilgi 53
442 ġSDrsquonin Ccedilizilmesi 60
4421 Ağ dokusu (Grid Patern) OluĢturma Metodları 60
4422 ġekillendirme Sonrası Grid Oumllccediluumlmuuml 63
45 ġSDrsquode Kırılma Mekaniği 65
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 65
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı 65
4512 Boumllgesel Karasızlık 66
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 67
4521 Kararsızlığa dayalı kriter 67
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter 67
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR 69
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler 69
52 Kullanılan Cihazlar 69
521 Hidrolik ġiĢirme Test Duumlzeneği 70
53 Deneylerin YapılıĢı 71
531 Metalografik Ġnceleme 71
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti 77
533 Erichsen Derinliği Tesbiti 83
534 ġekillendirme Sınır Diyagramları Sonuccedilları 84
535 Kırılma Yuumlzeylerinin SEMrsquode Ġncelenmesi 90
6 GENEL SONUCcedilLAR 96
KAYNAKLAR 98
EKLER 101
EK A Tablo A1 5052 ve 5182 alaĢımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm
değerleri 101
OumlZGECcedilMİŞ 102
v
KISALTMALAR
TRC Ġkiz Merdane Doumlkuumlm Teknolojisi
HF Hidroflorik Asit
ŞSD ġekillendirme Sınır Diyagramı
SEM Taramalı Elektron Mikroskobu
EDS Enerji Saccedilınım Spektrometresi
AA Amerikan Aluumlminyum Birliği
DIN Alman Standartlar Enstituumlsuuml
ASTM Amerikan Malzeme ve Test Derneği
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
MHS Merkez Hattı Segregasyonu
RADAR Radio Detection and Ranging
MPa Mega Pascal
N Newton
ABD Amerika BirleĢik Devletleri
DC Direkt (Geleneksel) Doumlkuumlm
vi
TABLO LİSTESİ
Sayfa No
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması
80
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları
82
Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83
vii
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 21
Şekil 22
Şekil 23
Şekil 31
Şekil 32
Şekil 33
Şekil 34
Şekil 35
Şekil 41
Şekil 42
Şekil 43
Şekil 44
Şekil 45
Şekil 46
Şekil 47
Şekil 48
Şekil 49
Şekil 410
Şekil 411
Şekil 412
Şekil 413
Şekil 414
Şekil 415
Şekil 416
Şekil 417
Şekil 418
Şekil 419
Şekil 420
Şekil 421
Şekil 422
Şekil 423
Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi
Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri
Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının
tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı
Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml
Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması
TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması
TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği
TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi
Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek
Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme
durumu
Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik
goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi
Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi
Merdane bombelerinin goumlsterimi
2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde
a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi
2rsquoli Grup Hadde
3rsquoluuml grup Hadde
Haddeleme teorisi goumlsterimi
Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri
Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi
Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0
alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı
Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme
tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi
∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu
Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler
Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede
sınır deformasyonlar
ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır
eğrisi
Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı
228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen
Ģekillendirme diyagramı
11
11
14
15
16
20
21
22
28
29
32
36
37
38
38
39
39
40
40
40
41
42
43
44
45
49
52
53
54
55
58
viii
Şekil 424
Şekil 425
Şekil 426
Şekil 427
Şekil 428
Şekil 429
Şekil 430
Şekil 431
Şekil 432
Şekil 51
Şekil 52
Şekil 53
Şekil 54
Şekil 55
Şekil 56
Şekil 57
Şekil 58
Şekil 59
Şekil 510
Şekil 511
Şekil 512
Şekil 513
Şekil 514
Şekil 515
Şekil 516
Şekil 517
Şekil 518
Şekil 519
Şekil 520
Şekil 521
Şekil 522
Şekil 523
Şekil 524
Şekil 525
Şekil 526
Şekil 527
2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe
yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi
5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme
davranıĢları
Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Ağ yapısı oumlrnekleri
Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları
a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik
ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği
ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması
gereken eksenler
Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri
Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği
Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro
fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml
Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde
edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182
1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri
1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile
doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm
youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının
anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması
a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile
birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm
5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı
5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı
TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının
ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması
5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum
alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım
haritası
58
59
60
61
62 63
63
64
66
70
70
71
72
73
74
75
76
76
77
78
82
84
85
86
87
87
88
89
90
90
91
91
92
93
94
95
ix
SEMBOL LİSTESİ
Al Aluumlminyum
Mg Magnezyum
Si Silisyum
Zn Ccedilinko
Mn Mangan
Be Berilyum
Ti Titanyum
μ Mikron 0C Derece Celcius
Tm Ergime Sıcaklığı
dak Dakika
sa h Saat
MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme
MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme
kV Kilovolt
σccedil Ccedilekme Mukavemeti
σa Akma Mukavemeti
e Muumlhendislik Uzama
n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml
R Anizotropi Katsayısı
ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı
R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı
K Malzeme Mukavemet Katsayısı
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
x
ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ
5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ
OumlZET
Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden
bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem
kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk
kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde
edilmektedir
Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak
suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer
firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt
olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum
uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm
kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına
sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha
kalitesi uumlzerinde etkilidir
CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm
kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu
5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir
Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası
mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır
Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0
accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa
e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin
ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler
incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir
xi
Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)
alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir
Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde
kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı
goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında
ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir
Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna
rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince
tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki
alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier
etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden
kaynaklanmaktadır
Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır
Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052
alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit
edilmiĢtir
Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek
kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182
alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına
rastlanmıĢtır
Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052
alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir
xii
DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182
ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING
METHOD
SUMMARY
Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum
industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering
discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker
less time and cost
Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which
name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies
improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce
aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to
aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow
solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition
casting thickness speed and tip distance
In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were
produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After
casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at
final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by
continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain
hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water
and very high toughness
For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to
understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the
tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to
determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen
xiii
test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the
fracture surface of the tensile specimens were examined
From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium
alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening
exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy
values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately
no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the
direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain
aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close
each other At the metallographic examinations it was observed that these two
aluminium alloys have center-line segregation At the same time after
homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as
fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope
examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed
ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces
Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic
bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that
5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy
1
1 GİRİŞ
İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807
yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır
İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry
Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında
konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile
ağırlamaktaydı [1]
Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek
guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının
demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya
tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan
bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif
metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha
hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı
iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı
dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak
işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır
Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve
uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına
gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu
duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi
iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim
ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]
İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma
doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer
2
taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve
kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı
goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının
geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada
ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk
lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur
Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)
teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm
kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC
metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar
Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır
İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha
doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum
levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere
sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]
Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum
alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme
Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır
3
2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi
Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler
nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir
Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek
duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv
sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması
aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır
1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-
aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre
Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825
yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum
kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir
[1]
1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400
DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak
uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir
1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T
Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak
kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent
almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente
goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması
Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu
firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir
1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde
4
(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden
uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya
baĢlanmıĢtır
Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları
1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)
1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)
1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı
1893 Sanat Eserlerinde kullanımı
1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi
1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi
1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi
1909 Bira kutularında kullanımı
1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi
1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi
1919 Konserve kutularında kullanımı
1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması
1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı
1931 Suumlt kapaklarında kullanımı
1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması
1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı
1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu
tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz
sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali
5
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri
Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri
buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf
aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde
kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını
sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit
tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı
olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu
nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde
saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan
saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir
Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride
kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır
Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere
sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak
yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak
100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri
aĢağıdaki gibidir
- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo
tuumlr Kuumltlesi
demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve
otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol
oynamaktadır
- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu
istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler
geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle
mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok
yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır
Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr
Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit
olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin
ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği
19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar
6
ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir
alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı
fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo
21rsquode verilmiĢtir
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]
Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg
Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174
Isıl Ġletkenlik (calcm2cm
0C) 052 019 092 027 037
Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10
-6 240 119 167 330 257
Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651
Uzama () 43 48 50
Sertlik (BHN) 19 70 25
- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de
onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve
besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda
kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında
ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla
oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel
nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler
bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı
metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu
durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır
- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda
enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol
accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay
paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır
- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi
iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde
gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın
olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens
civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın
7
yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila
kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar
- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile
aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında
kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve
aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar
- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden
dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum
krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu
metallerin uumlretiminde kullanılır
- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha
ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)
doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme
operasyonlarına tabi tutulabilir
- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak
perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da
yaygındır
- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama
gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama
veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal
elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir
Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada
daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve
mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon
direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten
zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve
duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel
atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı
bulmasını sağlamıĢtır
- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre
buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin
diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere
8
goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer
metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek
olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp
aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir
Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve
alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]
Sektoumlr Oumlnemli kulanım
yerleri Alternatif olduğu malzeme
UlaĢım
Radyatoumlrler Bakırpirinccedil
Motor parccedilaları Doumlkme demir
Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar
UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum
Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler
Trenler Yolcu ve yuumlk
vagonları
Ccedilelik
Deniz
araccedilları
Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik
ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik
Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka
Ambalaj
MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler
Konserve kutuları Tenekecam
Aerosol kutuları Teneke
Folyo Plastikkağıt
Kapaklar Plastikteneke
Elektrik
Ġletkenler
Bakır
Baralar
Transformatoumlr ve
jeneratoumlr
Telefon kablosu
Makine
Yataklar Doumlkuumlm malzemeler
Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik
Hidrolik sistemler
Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik
Tuumlketim
malları
Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır
Diğer
uygulama
Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik
Ziraat aletleri Ccedilelik
Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik
9
Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki
Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]
1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı
2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı
3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı
4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li
AlaĢımları
23 Aluumlminyum Uumlretimi
Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım
accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem
accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer
(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme
goumlstermiĢtir
Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)
sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini
teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle
doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat
demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan
boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım
goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır
En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena
Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum
enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir
Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan
olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum
boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit
(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri
Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir
10
Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit
gibsit oumlrnek olarak verilebilir
Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses
ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten
aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin
Hall-Heroult Prosesirsquo dir
Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit
cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir
Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden
ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile
karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek
sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon
ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve
doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum
oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde
elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan
aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti
oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir
Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)
kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile
karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu
gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım
uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının
altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur
(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından
yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve
hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir
Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1
ton aluumlminyum elde edilir
11
Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]
Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin
uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk
zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji
sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en
modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar
duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr
Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum
(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne
doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı
uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en
alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm
prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik
oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma
etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları
oumlzetlenmektedir
Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]
12
ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm
tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm
tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer
suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett
Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından
yapılmıĢtır
Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil
ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri
esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo
olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden
değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu
oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi
diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını
sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre
120 oranında enerji gerektirmektedir
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]
BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)
TİTANYUM 126000 52000 74000
MAGNEZYUM 90000 2000 88000
DEMİR 4300 1000 3300
BAKIR 13500 1700 11800
ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000
Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken
buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını
1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana
enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki
ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr
1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim
miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir
13
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri
(1000 ton) [8]
YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990
AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911
DOĞU
UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425
KUZEY
AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683
LATĠN AMERĠKA
- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730
ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180
OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492
AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601
TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022
Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim
miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere
paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının
geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu
accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin
hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda
birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa
uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları
goumlsterilmektedir
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum
uumlretimleri (1000 ton) [8]
YIL 1950 1970 1980 1985 1990
1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL
BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540
İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201
İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350
HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145
FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215
İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79
Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve
alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode
goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını
oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme
14
(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır
2580
2100
2064
980
709
645
922
Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme
Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar
Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım
alanına goumlre dağılımı [8]
Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken
GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi
Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya
baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki
kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin
kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler
yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve
BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği
goumlruumllmektedir
Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum
tuumlketimleri (kg) [8]
YIL 1960 1970 1980 1985 1990
JAPONYA 2 112 204 206 309
ALMANYA 72 137 220 238 301
ABD 108 204 258 265 269
ĠTALYA 29 75 141 146 209
FRANSA 49 89 136 123 177
ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111
15
3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ
31 Genel Bilgi
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde
standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk
defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi
desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı
heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan
uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm
teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin
ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter
Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir
Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm
makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan
tipik yerleşim goumlruumllmektedir
Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]
16
Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması
verilmektedir
Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması
Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali
oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak
tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine
belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım
hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken
numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin
ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir
Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır
Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon
deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni
metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından
absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum
alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici
flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz
taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler
Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar
kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal
iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık
kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği
kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve
kolay temizlenebilirliktir [11]
Seramik
Filtre
Gaz Giderme
Uumlntesi
Doumlkuumlm
Makinası
Ergitme Fırını Tutma
Fırını
Tandiş
Ccedilektirme
Merdaneleri
Makas Sarıcı
Akış Youmlnuuml
Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme
17
Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları
alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik
olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum
alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler
(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)
ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası
oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe
gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer
youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses
katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo
uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme
işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve
uumlretim maliyetleri azalır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm
sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan
bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik
mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler
(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki
artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]
Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk
hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm
iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim
aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara
yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi
konularda araştırma yapılmaktadır [11]
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı
bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı
iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek
verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve
yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler
18
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki
ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve
filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin
merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik
malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp
goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı
iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği
ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da
bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle
ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını
sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln
akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle
sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir
mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın
yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm
merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin
yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su
bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]
Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi
merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri
ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini
oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha
uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve
operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya
ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi
merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen
aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı
uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak
verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir
Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir
Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir
19
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]
1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199
1200 1230 1235 1345
3003 3004 3005 3006 3105
5005 5010 5034 5050 5052 5056
5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356
5454 5456 5457 5652 5657
6063
7072
8010 8011 8111 8014
Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane
ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak
veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)
kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane
ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma
kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma
kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın
paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin
etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane
ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı
boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip
tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir
Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm
hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini
artırmaktadır
20
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]
Parametre Etkisi
Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı
Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Merdane Yuumlzey Durumu
Yapışma ile ayırma kuvveti artar
32 Temel Proses Elemanları
Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi
merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir
321 Ergimiş metal beslenmesi
Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik
olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden
kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle
temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]
Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]
21
322 Doumlkuumlm merdane sistemi
Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem
de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin
sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır
Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml
koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu
Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller
(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne
bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal
bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller
geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]
Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]
Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan
ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile
bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller
mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik
mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır
Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik
oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar
termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun
katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir
bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan
malzemelerdir [11]
22
323 Doumlkuumlm boumllgesi
Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm
tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır
Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken
Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa
inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre
olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede
gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi
katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu
olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel
modeller geliştirilmiştir
Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi
suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı
kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi
uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu
parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve
ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle
sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal
temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası
ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda
pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen
23
termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun
şeccedililmelidir
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak
haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı
geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların
mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve
deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik
partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum
levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı
(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin
tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada
kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin
bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek
olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda
bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır
Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da
hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]
5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil
yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları
incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki
ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı
magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav
esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4
Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe
ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur
Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme
eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur
24
005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında
bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet
verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin
oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin
doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek
Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si
bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği
beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir
rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli
değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok
nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn
bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve
suumlnekliğini duumlşuumlruumlr
Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu
goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-
Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak
dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin
bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]
Kimyasal
formuumll
Kristal
yapı
Yoğunluk
(gcm3)
Ergime veya peritectic
sıcaklığı (OC)
(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451
(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)
(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462
25
34 Katılaşma mekanizması
Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci
aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak
katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve
levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve
yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise
metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar
ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır
Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik
partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde
yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane
yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda
enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur
35 Doumlkuumlm hataları
Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır
Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu
tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı
izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında
tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]
26
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
41 Genel Bilgi
Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde
şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile
birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil
eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir
[5]
Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma
uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım
şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır
Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem
değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır
Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform
olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila
geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve
deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce
daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak
goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]
Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)
Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve
işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun
bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2
f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı
buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)
27
f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu
deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)
şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]
Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli
bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların
hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya
benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda
oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir
duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir
Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini
getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki
bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde
karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer
etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun
seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba
tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir
Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan
sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve
presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla
değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme
mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında
bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan
kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin
şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi
gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme
işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu
malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte
kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir
28
42 Şekillendirme Ccedileşitleri
421 Derin Ccedilekme
Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi
olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler
goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla
bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]
Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline
ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma
kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek
kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır
Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp
yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı
kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin
ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]
Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır
Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde
edilmesidir
Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]
Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır
Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı
(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]
29
DCcedilOS D0Dz max (42)
Yukarıdaki eşitlikte
D0 Maksimum taslak ccedilapı
Dz Zımba ccedilapı
İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu
oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu
belirtilmektedir [26]
Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı
gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır
Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]
Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca
zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık
bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki
eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal
olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi
D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel
olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır
Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır
Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar
olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma
işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile
kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir
miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme
30
gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış
olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz
kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini
azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli
oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması
istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk
tutulmalıdır
Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana
gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme
kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana
kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı
plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca
suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının
yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem
ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme
kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına
doğru başlamaktadır [516]
Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına
uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir
Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu
boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim
şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik
şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar
oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir
Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak
disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin
ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba
ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik
sınırı vardır
Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan
tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]
RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)
31
Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme
parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı
yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden
etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde
ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak
verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen
derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da
aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme
kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini
ortaya ccedilıkarmaktadır
Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi
mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir
Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan
sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma
eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile
ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı
teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama
dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen
diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90
ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin
ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit
edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır
Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından
yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler
Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda
suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve
geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık
uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum
alaşımlarıdır [19]
Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil
vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz
konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon
sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir
32
Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta
sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve
Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]
422 Buumlkme
Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal
şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz
haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet
uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz
borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme
youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde
kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları
kullanılır
Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip
aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar
aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-
otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri
ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından
istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur
Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan
1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem
goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum
alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme
33
esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi
tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir
metod aşağıda verilmiştir
- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi
- Isıl işlem ve soğutma
- Nihai şeklinde buumlkme
Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa
soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde
paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde
uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız
taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız
915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup
genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme
işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri
kullanılır [19]
Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı
soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır
Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış
yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon
ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin
oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma
olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit
daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak
Rb = h 1r
1
r lt 02 iccedilin (44)
Rb = h ( 2
2
rr2
r1
r ge 02 iccedilin (45)
eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden
buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik
gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin
34
kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise
elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda
malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma
yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir
Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak
hesaplanabilir [21]
Pb = b
ccedil2
W
hb (46)
Pb= 2
tan
2hR2
hb b
b
a
(47)
Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme
kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı
malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir
Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen
aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay
parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi
uumlretimlerde kullanılmaktadır
423 Gererek Şekil Verme
Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler
Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca
bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin
gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen
oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır
Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri
goumlsterilmektedir
35
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik
oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]
Alaşım
Ccedilekme Mukavemeti
(MPa) (a)
Akma Mukavemeti
(MPa) (b)
Şekillendirme Aralığı
(c = a - b)
Uzama
(50 mm)
Gerilebilirlik Oranı
7075-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
331 138 193 19 100
2024-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
317 124 193 20 98
2024-T3 441 303 138 18 95
6061-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
241 145 96 22 90
7075-0 221 97 124 17 80
2024-0 186 76 110 19 80
6061-0 124 55 69 22 75
3003-0 110 41 69 30 75
1100-0 90 35 55 35 70
7075-T6 524 462 62 11 10
Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi
biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG
derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de
incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)
arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]
GBO = hG IG (48)
Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen
yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır
Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde
bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk
36
tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk
suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]
Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında
panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır
Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber
kullanılırlar
424 Haddeleme
Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak
isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir
Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken
merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine
goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin
haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır
Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık
yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde
duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln
ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun
mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı
malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar
Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel
prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu
merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile
kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir
Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm
2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr
37
Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı
uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı
azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu
buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın
ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml
yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil
yuumlkselir
Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]
Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan
kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı
merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır
Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar
kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler
kullanılarak elde edilebilir
Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters
youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki
metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle
birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında
da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise
deride iz bırakmaya başlar
Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya
zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki
merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila
38
goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar
pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz
olması sağlanır (Şekil 47)
Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]
Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]
Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane
denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)
merdane denir (Şekil 48)
39
Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]
Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde
abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr
Bombe iki şekilde elde edilir
1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)
2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)
Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu
da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı
kullanılarak kontrol edilir
Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde
goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo
yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)
Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]
Pozitif Bombe Negatif Bombe
a) b) c)
40
Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı
merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile
rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ
kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş
merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4
katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek
merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir
Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi
(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri
yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş
merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6
katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da
kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı
oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)
Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]
Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak
Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)
Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve
sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-
grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir
Şekil 411 2‟li Grup Hadde
[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde
[22]
a) b)
41
Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile
sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin
haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme
kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen
tavlama işlemi ile kaldırılabilir
Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer
değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara
goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına
ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık
kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir
Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına
giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)
Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]
Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak
zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması
anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse
haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane
hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda
haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla
girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında
42
ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu
noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu
noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya
ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar
Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil
silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı
kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı
beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve
uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki
metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar
sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete
tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok
dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket
ederek fıccedilı şeklini oluşturur
Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş
merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı
akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)
Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]
Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki
kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla
ezme verir
Metal merdanelerden
hızlı
Metal merdanelerden
yavaş
Kısıtlı Akış
Boumllgeleri
43
Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki
etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da
dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış
boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını
belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı
Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği
biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile
sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste
binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin
daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve
merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla
suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha
fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme
yapılamaz
Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]
425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri
Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde
geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme
ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme
patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik
şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla
şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak
verilebilir [19]
44
Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı
bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum
alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de
birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi
Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA
Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme
ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde
kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik
ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği
uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar
otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil
416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır
Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka
stop lambasının yatağının yapımı [19]
Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi
aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen
ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de
dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum
45
alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden
tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı
iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme
vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme
şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı
suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması
esasına dayanır (Şekil 417)
Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi
[19]
Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların
şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın
temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve
hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında
yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte
şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde
kullanılmaktadır
Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay
araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji
46
şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla
şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır
Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji
şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu
olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra
işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve
duumlşuumlk maliyet elde edilir
43 Şekillendirme Hataları
431 Eğme Hataları
Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme
ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız
eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım
ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği
boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki
deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka
zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak
iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı
duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa
kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir
İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar
oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek
deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi
ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak
deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll
edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki
deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek
giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle
kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir
Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu
operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik
eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan
47
ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı
tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC
lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-
eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır
Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri
yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının
geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir
Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)
uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]
K = ru
u
r
r =
2r
2r
0r i
0 i
s
s
(49)
432 Derin Ccedilekme Hataları
Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri
ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha
oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri
bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla
parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna
rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme
problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve
kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki
grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]
Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın
tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta
buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar
olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]
Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına
uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul
uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı
olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur
ve hatadan bahsedilmektedir
48
4321 Kulaklanma
Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin
ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen
kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti
ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir
Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse
de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne
goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz
edilmektedir [516]
a) 00 90
0 Kulaklanma
b) 450 Kulaklanma
Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim
kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik
karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında
goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml
tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve
miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve
buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]
Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir
sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki
anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem
basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak
anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik
yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]
Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak
uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi
gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise
kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından
uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey
anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin
bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir
49
Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n
m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır
diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon
sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek
ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil
değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini
artırdığını savunmaktadırlar [25]
Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)
ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde
∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel
nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde
ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr
teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak
prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır
Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]
50
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml
Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra
oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi
portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile
uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de
etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya
ccedilıkmaktadır [5]
Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı
olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara
yol accedilmaktadır [23]
Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu
deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak
bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların
uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]
Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda
yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey
puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]
4323 Luumlders Ccedilizgileri
Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders
ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey
puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon
meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin
maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde
ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek
yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir
dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan
gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde
ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği
istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]
51
4324 Looper Ccedilizgileri
Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin
ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak
tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan
deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı
duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav
esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde
uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki
kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize
olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı
duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]
4325 Kırışmalar
Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması
kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası
mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya
malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı
ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]
4326 Ccedilatlamalar
Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik
yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme
oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması
sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama
işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu
tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan
bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol
accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli
malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]
Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen
kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı
koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya
ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme
konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]
52
Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da
goumlruumllmektedir
Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]
a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma
d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)
Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme
433 Gererek Şekillendirme Hataları
Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş
kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr
bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten
ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında
gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme
işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir
Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında
goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek
kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki
boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı
araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan
53
deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla
ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına
rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde
goumlruumlluumlr [21]
44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)
441 Genel Bilgi
Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten
(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım
alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil
bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin
başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]
1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine
yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme
kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve
aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır
deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen
bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler
Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]
Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi
iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel
54
olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki
ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil
421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı
metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki
şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir
Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]
Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına
(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir
Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih
edilmektedir
55
Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme
sınır diyagramı [28]
Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz
ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya
konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır
Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt
okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır
diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar
guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul
edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten
bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır
Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu
kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml
olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve
kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar
Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0
boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme
işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0
boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı
test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test
tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her
iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve
Şekillendirme Sınır Diyagramı
56
sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna
varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır
a) Duumlzlemsel test metodları
b) Duumlzlem-dışı test metodları
Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme
eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır
Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk
karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini
bulmuşlardır
Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır
a Zımbada germe
b Duumlzlemde germe
c Hidrolik şişirme
Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı
kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme
oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar
oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri
oumllccediluumllerek tespit edilir
Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir
zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada
germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır
diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler
Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir
Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede
kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun
başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon
dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon
sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum
deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve
deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek
şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu
57
gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh
hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle
elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]
Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha
geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi
canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme
sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum
muumlkemmeldir
Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı
deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin
şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği
ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı
kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi
kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu
goumlruumllmuumlştuumlr
Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve
malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil
olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli
deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği
ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve
duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde
edilmektedir
Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların
şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve
162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini
yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan
malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan
Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin
yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe
işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]
58
Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]
Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının
şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm
ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102
mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır
Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba
yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit
ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]
Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba
yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]
59
Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının
yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)
5052
0
50
100
150
200
250
300
350
400
SERT 260 290 320 350 375 400 425 450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
5182
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
SERT
220
240
260
290
320
350
375
400
425
450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]
Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş
malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve
şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen
hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha
iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]
60
442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi
Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde
edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki
tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta
şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı
boumllgeleri goumlstermektedir
Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla
vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en
kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik
doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı
derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi
derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta
boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr
4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları
Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil
değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik
youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde
iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her
iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir
Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal
yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine
etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır
Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
61
Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması
sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne
yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya
değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur
Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı
olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan
sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu
elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş
ccediloumlzelti ile yıkanır
Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal
şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı
metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu
gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile
sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk
şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet
verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca
tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal
istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve
deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması
sağlanır
Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının
birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir
Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas
etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips
62
şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile
goumlsterilir
Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen
dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk
kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]
A B
C D
E F
63
4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml
Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki
elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)
A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe
Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]
Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ
yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere
sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye
kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik
olarak tespit edilirler (Şekil 430)
Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm
duumlzeneği [28]
Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk
değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips
a) b
64
formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları
hesaplanır
MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(410)
Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(411)
MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]
Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile
plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu
gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye
kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin
boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu
daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep
aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir
Minimum
Eksen
Maksimum
Eksen
65
45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği
Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift
eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında
tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek
incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil
değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en
kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil
değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli
yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı
Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı
anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla
kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil
değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]
Zdd
d
(412)
gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme
oranının
(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin
başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
nZd (413)
Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill
anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana
ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen
tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin
kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini
66
goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi
genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır
Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]
4512 Boumllgesel kararsızlık
Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil
değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı
amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı
(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini
kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon
sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir
Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere
edilir
Zd
d
(414)
Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil
değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
= nZ (415)
Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın
bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır
67
Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması
gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil
425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir
Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe
şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill
boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu
boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz
4521 Kararsızlığa dayalı kriter
İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme
yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu
yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı
yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda
malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin
boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter
Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma
arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki
sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği
kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal
şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını
accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme
gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln
bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil
değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil
verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori
buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı
uygulanması guumlccediltuumlr
McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden
tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre
inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme
68
deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın
mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak
homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel
kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir
Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya
goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde
oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin
inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon
boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir
Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir
(1+α)σ12=Kcr (416)
Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile
ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma
kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır
Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın
meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik
gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini
goumlstermektedir
f
0
1 Cd (417)
Şekil-13
Haddelemeden sonra
tabakalar
69
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler
Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter
Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve
5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal
kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan
testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -
Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659
Alaşım
5052
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -
Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182
Alaşım
52 Kullanılan Cihazlar
Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak
amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri
metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan
numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers
ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir
Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık
mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM
E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test
edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler
ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test
cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test
duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal
grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo
marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme
70
sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri
JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve
inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır
521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği
Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme
test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas
alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode
goumlsterilmektedir
Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]
Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
71
Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar
ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise
50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)
Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
53 Deneylerin Yapılışı
Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan
numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir
(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak
metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm
mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel
koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses
sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve
R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin
bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır
diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın
sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin
yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile
kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme
cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum
ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel
ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
72
numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS
yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır
531 Metalografik İnceleme
Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme
rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite
alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile
parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm
yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm
yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki
yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu
tespit edilmiştir
a)
b)
Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)
a) 5052 b) 5182
73
Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182
alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası
daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode
goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik
yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir
a)
b)
Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182
Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen
mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine
yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur
74
a)
b)
Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182
İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini
belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır
Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar
elde edilmiştir
75
a)
b)
Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane
yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu
sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış
yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin
artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182
alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden
başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca
76
değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma
farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl
işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden
kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları
incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin
350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410
0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda
tavlanmasına karar verilmiştir [29]
Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki
mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir
a) b)
Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
a) b)
Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
77
5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken
kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede
kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti
Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri
hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin
alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir
Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir
Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla
dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle
meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı
izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri
Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir
78
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25 30
Uzama ()
Mu
kavem
et
(MP
a) 5182
5052
Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri
1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış
numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
verilmiştir
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
350C4sa
tavlı0
1040 9157 19833 2054 027 068
9022 19683 2307 027 060
1035 9097 19785 1767 027 061
9251 20047 1777 027 059
350C4sa
tavlı45 1035
8612 19053 2245 027 068
8774 19273 2414 027 067
8628 19178 2353 027 059
8662 19010 2142 027 065
350C4sa 90
1045 8755 18750 2216 027 060
8712 18723 2117 027 058
1050 8865 18876 2235 027 059
8875 18917 2118 027 054
79
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
410C4sa
tavlı0
1030 16502 29525 2255 026 060
1030 16222 29266 2108 026 061
1035 16080 29483 2256 027 060
1040 16021 29217 2331 026 059
410C4sa
tavlı45
1040 15588 28651 2529 027 108
1040 15505 28759 2458 027 112
1040 15408 28890 2385 028 116
1045 15379 28617 2449 027 122
1040 16036 28817 2138 026 093
1035 16052 29175 2383 025 108
1040 16082 29183 2418 026 098
410C4sa
tavlı90
1045 16366 29412 1997 026 073
1045 15965 28992 2166 026 066
1040 16086 29246 2223 026 073
1045 16053 29110 1867 027 080
Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum
miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila
44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum
alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik
accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir
fark tespit edilememiştir
Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n
değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır
4
n2nnn 45900 (51)
Burada
n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri
5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde
edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm
80
kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna
getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin
n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak
hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark
goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n
değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform
şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir
Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin
kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu
belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik
bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey
anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde
farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey
anizotropi katsayısının ortalaması
4
R2RRR 45900 (52)
şeklinde tanımlanır
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır
R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir
[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin
bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi
katsayısı (ΔR)
2
R2RRR 45900 (53)
bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden
hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de
bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur
81
Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi
katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm
kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları
[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode
karşılaştırma amacı ile verilmiştir
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri
sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney
sonuccedillarının [30] karşılaştırılması
Mg a
(MPa) ccedil
(MPa)
Uzama
(ort)
R0
(ort) R45
(ort) R90
(ort) R ΔR
5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005
5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042
5182-
DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030
5754-
DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026
Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında
5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir
İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı
malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı
malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir
malzemedir diyebiliriz
Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri
(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu
malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması
anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha
az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle
derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını
goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha
homojen olarak plastik deformasyona uğrar
82
Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)
miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve
duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma
davranışının arttığı goumlruumllmektedir
İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha
doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC
ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile
doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop
bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş
5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik
doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir
malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine
sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki
malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında
450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir
Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC
tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı
malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil
512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin
ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır
-042-030
-005
-026
087
069063062
-06
-04
-02
0
02
04
06
08
1
5052 5754-DC 5182-DC 5182
Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182
aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum
alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması
R
R
83
533 Erichsen Derinliği Tesbiti
Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini
tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki
numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve
bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve
deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden
ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları
ALAŞIM Sıkıştırma
Kuvveti (kN)
Bilya Ccedilapı
(mm)
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
Genel
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
5052 10 10
94
asymp 95 95
95
5182 10 10
95
asymp 97 97
98
Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri
94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir
Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde
bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine
sahip olduğu soumlylenebilir
84
534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları
ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak
grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar
destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine
tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen
dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir
Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel
ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları
a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)
Numune1 34 100 5 150
Numune2 34 100 10 150
Numune3 34 100 15 150
Numune4 34 100 30 150
Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk
eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen
deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir
ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli
numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye
birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir
c
a
b
d c
b) a)
85
Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik
şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle
yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı
geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir
a)
b)
Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052
Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup
100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise
65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan
86
70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri
verilmektedir
a)
b)
Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052
Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre
hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak
goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında
ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile
sınır eğrileri elde edilmiştir
87
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme
noktasıdır
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
88
Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182
alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte
verilmiştir
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
5052 5182
Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır
Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme
işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır
diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma
boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları
karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre
kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri
5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil
etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden
daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli
boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda
elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme
performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır
89
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 0 10 20 30 40
e2
e1
5182TRC 5182DC
Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme
Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182
alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda
goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182
alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli
eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen
ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi
ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı
goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra
germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri
goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp
geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir
90
535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi
Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma
karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik
intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma
yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma
yuumlzeyleri goumlsterilmektedir
Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)
Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)
91
Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik
goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde
youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden
suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila
goumlruumllmektedir
Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)
Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)
92
İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi
yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek
ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır
(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına
rastlanmıştır
a) b)
c) d)
e)
Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X
93
Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2
Silisyum Ka1 Demir Ka1
94
Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum
Ka1_2
Silisyum
Ka1 Demir Ka1
95
Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası
Aluumlminyum
Magnezyum Silisyum
Oksijen Demir
96
6 GENEL SONUCcedilLAR
Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki
aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin
incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir
1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme
mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum
alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha
yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından
incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir
2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı
segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı
segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan
ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir
3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen
ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer
almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen
aynıdır
4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon
sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr
5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında
5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının
Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir
6 Uumlccedil youmlnluuml (0045
0 90
0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen
R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450
youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak
şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı
97
malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği
(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk
olduğu ( R =062) tespit edilmiştir
7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri
arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182
alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir
8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize
eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma
yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg
inkluumlzyonlarına rastlanmıştır
9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları
Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha
yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin
daha iyi olduğu tespit edilmiştir
98
KAYNAKLAR
[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve
Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul
[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum
Products JOM 21-25
[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys
Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123
[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve
5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans
Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin
ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine
etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya
[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum
[7] httpwwwforesightproductionscom
[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications
Edimet Brescia
[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM
[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent
No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom
[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[12] httpwwwfosecocom
[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul
[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology
99
[15] Vangala P Smith D Duvvuri R Romanowski CA 1992 The Influence of
Casting Gauge on the Hunter Roll Casting Process Melt Spinning and
Strip Casting
[16] Kayalı ES Ensari C 1995 Metallere Plastik Şekil Verme İlke ve
Uygulamaları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi Bilim Teknik
Yayınevi İstanbul
[17] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (I)
Aluminium 670 ndash 675
[18] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (II)
Aluminium 701 ndash 709
[19] ASM Speciality Handbook Aluminum and Aluminum Alloys Fabrication and
Finishing of Aluminum Alloys ASM International 231 ndash 246
[20] Sheet Metal Working Presentation Internet Search Results
[21] Okumuş E 2000 Saccedil Şekillendirme Hataları Hasar Analizi Yuumlksek Lisans
Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi İstanbul
[22] Gibson GC Smith H 1964 The principles of aluminium rolling The
British Aluminium Company Limited Bainsford Falkirk
Stirlingshire
[23] Dieter GE 1981 Mechanical Metallurgy Mc Graw-Hill Tokyo
[24] Birol Y Duumlndar M Romanowski CA 2002 Twin-Roll Cast 5000 Series
Aluminum Sheet For Automotive Applications
[25] Ccedilimenoğlu H Kayalı Es 1984 aluumlminyum Alaşımlarının
Şekillendirilebilirliğini Etkileyen Faktoumlrler II Uluslararası
Aluumlminyum Sanayii Kongresi Seydişehir
[26] Yazıcı E 1987 Aluumlminyumda tane boyutunun deformasyon davranışına etkisi
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[27] Unknown Forming Limit Diagrams and Failure Mechanism for Low and High
Carbon Steels Middle East Technical University
[28] Manthey DW The Need for Surface Strain Measurement Metal forming
Magazine Metalforming Online
100
[29] Duumlndar M 2001 5000 Serisi Laboratuar Ccedilalışmaları Assan Aluumlminyum
[30] Slamova M 2002 Continuous casting technologies for production of
aluminium alloy sheets for transportation applications Research
Report
[31] Haberfield AB Boyles MW 1973 Laboratory Determined Forming Limit
Diagrams Sheet Metal Industries 400 ndash 405
[32] Lectroetch Metal Marking Systems Originators of Electrochemical Marking
Catalog 696 httpwwwlectroetchcom
101
EKA
Tablo A1 5052 ve 5182 alaşımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm değerleri
5052 5182
Maks BŞD Min BŞD Maks BŞD Min BŞD
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2075471698 -1886792453 1886792453 0
1698113208 -1886792453 1698113208 -1886792453
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2075471698 -3773584906 2075471698 -1886792453
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -3773584906 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -3773584906
2452830189 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2264150943 2264150943 2452830189 2641509434
2452830189 2452830189 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2311320755 2311320755 2754716981 2641509434
2830188679 1698113208 2528301887 1698113208
2830188679 1698113208 2679245283 1698113208
2830188679 1698113208 2641509434 1698113208
2830188679 1320754717 2452830189 1698113208
2830188679 1509433962 2641509434 1509433962
2830188679 1698113208 2452830189 1698113208
2264150943 1698113208
2641509434 1698113208
2641509434 2075471698
2641509434 1698113208
102
OumlZGECcedilMİŞ
15 Eyluumll 1975 yılında Karabuumlkrsquode doğdu İlk ve orta tahsili aynı ilde tamamladıktan
sonra lise tahsilini İstanbulrsquoda tamamladı 1993 yılında İTUuml Kimya-Metalurji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliği boumlluumlmuumlnde bir yıl hazırlık
devresinden sonra lisans eğitimime başladı Lisans oumlğrenimini bitirdiği 1998
senesinde hem İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğirsquonde
hem de ASSAN Aluumlminyumrsquoda ccedilalışmaya başladı 2002 yılında askere gidip
geldikten sonra aynı firmada Levha Değerlendirme Youmlneticisi olarak goumlrev
yapmaktadır
iii
İCcedilİNDEKİLER
KISALTMALAR v
TABLO LĠSTESĠ vi
ġEKĠL LĠSTESĠ vii
SEMBOL LĠSTESĠ ix
OumlZET x
SUMMARY xii
1 GİRİŞ 1
11 GiriĢ ve CcedilalıĢmanın Amacı 1
2 ALUumlMİNYUMUN TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ 3
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi 3
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri 5
23 Aluumlminyum Uumlretimi 9
3 SUumlREKLİ LEVHA DOumlKUumlM TEKNİĞİ 15
31 Genel Bilgi 15
32 Temel Proses Elemanları 20
321 ErgimiĢ Metal Beslenmesi 20
322 Doumlkuumlm Merdane Sistemi 21
323 Doumlkuumlm Boumllgesi 22
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi 22
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı 23
34 KatılaĢma Mekanizması 25
35 Doumlkuumlm Hataları 25
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK 26
41 Genel Bilgi 26
42 ġekillendirme CcedileĢitleri 28
421 Derin Ccedilekme 28
422 Buumlkme 32
423 Gererek ġekil Verme 34
424 Soğuk Haddeleme 36
425 Diğer ġekillendirme CcedileĢitleri 43
43 ġekillendirme Hataları 46
431 Eğme Hataları 46
432 Derin Ccedilekme Hataları 47
4321 Kulaklanma 48
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml 50
4323 Luumlder Ccedilizgileri 50
4324 Looper Ccedilizgileri 51
4325 KırıĢmalar 51
iv
4326 Ccedilatlamalar 51
433 Gererek ġekillendirme Hataları 52
44 ġekillendirme Sınır Diyagramları 53
441 Genel Bilgi 53
442 ġSDrsquonin Ccedilizilmesi 60
4421 Ağ dokusu (Grid Patern) OluĢturma Metodları 60
4422 ġekillendirme Sonrası Grid Oumllccediluumlmuuml 63
45 ġSDrsquode Kırılma Mekaniği 65
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 65
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı 65
4512 Boumllgesel Karasızlık 66
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 67
4521 Kararsızlığa dayalı kriter 67
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter 67
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR 69
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler 69
52 Kullanılan Cihazlar 69
521 Hidrolik ġiĢirme Test Duumlzeneği 70
53 Deneylerin YapılıĢı 71
531 Metalografik Ġnceleme 71
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti 77
533 Erichsen Derinliği Tesbiti 83
534 ġekillendirme Sınır Diyagramları Sonuccedilları 84
535 Kırılma Yuumlzeylerinin SEMrsquode Ġncelenmesi 90
6 GENEL SONUCcedilLAR 96
KAYNAKLAR 98
EKLER 101
EK A Tablo A1 5052 ve 5182 alaĢımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm
değerleri 101
OumlZGECcedilMİŞ 102
v
KISALTMALAR
TRC Ġkiz Merdane Doumlkuumlm Teknolojisi
HF Hidroflorik Asit
ŞSD ġekillendirme Sınır Diyagramı
SEM Taramalı Elektron Mikroskobu
EDS Enerji Saccedilınım Spektrometresi
AA Amerikan Aluumlminyum Birliği
DIN Alman Standartlar Enstituumlsuuml
ASTM Amerikan Malzeme ve Test Derneği
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
MHS Merkez Hattı Segregasyonu
RADAR Radio Detection and Ranging
MPa Mega Pascal
N Newton
ABD Amerika BirleĢik Devletleri
DC Direkt (Geleneksel) Doumlkuumlm
vi
TABLO LİSTESİ
Sayfa No
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması
80
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları
82
Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83
vii
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 21
Şekil 22
Şekil 23
Şekil 31
Şekil 32
Şekil 33
Şekil 34
Şekil 35
Şekil 41
Şekil 42
Şekil 43
Şekil 44
Şekil 45
Şekil 46
Şekil 47
Şekil 48
Şekil 49
Şekil 410
Şekil 411
Şekil 412
Şekil 413
Şekil 414
Şekil 415
Şekil 416
Şekil 417
Şekil 418
Şekil 419
Şekil 420
Şekil 421
Şekil 422
Şekil 423
Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi
Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri
Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının
tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı
Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml
Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması
TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması
TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği
TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi
Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek
Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme
durumu
Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik
goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi
Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi
Merdane bombelerinin goumlsterimi
2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde
a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi
2rsquoli Grup Hadde
3rsquoluuml grup Hadde
Haddeleme teorisi goumlsterimi
Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri
Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi
Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0
alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı
Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme
tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi
∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu
Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler
Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede
sınır deformasyonlar
ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır
eğrisi
Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı
228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen
Ģekillendirme diyagramı
11
11
14
15
16
20
21
22
28
29
32
36
37
38
38
39
39
40
40
40
41
42
43
44
45
49
52
53
54
55
58
viii
Şekil 424
Şekil 425
Şekil 426
Şekil 427
Şekil 428
Şekil 429
Şekil 430
Şekil 431
Şekil 432
Şekil 51
Şekil 52
Şekil 53
Şekil 54
Şekil 55
Şekil 56
Şekil 57
Şekil 58
Şekil 59
Şekil 510
Şekil 511
Şekil 512
Şekil 513
Şekil 514
Şekil 515
Şekil 516
Şekil 517
Şekil 518
Şekil 519
Şekil 520
Şekil 521
Şekil 522
Şekil 523
Şekil 524
Şekil 525
Şekil 526
Şekil 527
2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe
yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi
5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme
davranıĢları
Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Ağ yapısı oumlrnekleri
Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları
a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik
ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği
ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması
gereken eksenler
Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri
Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği
Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro
fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml
Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde
edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182
1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri
1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile
doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm
youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının
anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması
a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile
birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm
5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı
5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı
TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının
ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması
5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum
alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım
haritası
58
59
60
61
62 63
63
64
66
70
70
71
72
73
74
75
76
76
77
78
82
84
85
86
87
87
88
89
90
90
91
91
92
93
94
95
ix
SEMBOL LİSTESİ
Al Aluumlminyum
Mg Magnezyum
Si Silisyum
Zn Ccedilinko
Mn Mangan
Be Berilyum
Ti Titanyum
μ Mikron 0C Derece Celcius
Tm Ergime Sıcaklığı
dak Dakika
sa h Saat
MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme
MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme
kV Kilovolt
σccedil Ccedilekme Mukavemeti
σa Akma Mukavemeti
e Muumlhendislik Uzama
n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml
R Anizotropi Katsayısı
ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı
R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı
K Malzeme Mukavemet Katsayısı
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
x
ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ
5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ
OumlZET
Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden
bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem
kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk
kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde
edilmektedir
Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak
suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer
firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt
olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum
uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm
kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına
sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha
kalitesi uumlzerinde etkilidir
CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm
kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu
5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir
Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası
mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır
Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0
accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa
e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin
ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler
incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir
xi
Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)
alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir
Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde
kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı
goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında
ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir
Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna
rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince
tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki
alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier
etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden
kaynaklanmaktadır
Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır
Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052
alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit
edilmiĢtir
Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek
kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182
alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına
rastlanmıĢtır
Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052
alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir
xii
DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182
ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING
METHOD
SUMMARY
Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum
industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering
discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker
less time and cost
Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which
name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies
improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce
aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to
aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow
solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition
casting thickness speed and tip distance
In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were
produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After
casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at
final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by
continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain
hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water
and very high toughness
For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to
understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the
tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to
determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen
xiii
test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the
fracture surface of the tensile specimens were examined
From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium
alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening
exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy
values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately
no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the
direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain
aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close
each other At the metallographic examinations it was observed that these two
aluminium alloys have center-line segregation At the same time after
homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as
fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope
examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed
ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces
Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic
bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that
5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy
1
1 GİRİŞ
İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807
yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır
İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry
Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında
konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile
ağırlamaktaydı [1]
Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek
guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının
demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya
tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan
bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif
metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha
hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı
iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı
dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak
işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır
Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve
uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına
gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu
duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi
iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim
ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]
İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma
doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer
2
taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve
kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı
goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının
geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada
ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk
lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur
Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)
teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm
kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC
metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar
Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır
İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha
doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum
levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere
sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]
Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum
alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme
Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır
3
2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi
Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler
nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir
Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek
duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv
sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması
aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır
1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-
aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre
Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825
yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum
kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir
[1]
1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400
DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak
uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir
1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T
Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak
kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent
almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente
goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması
Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu
firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir
1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde
4
(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden
uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya
baĢlanmıĢtır
Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları
1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)
1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)
1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı
1893 Sanat Eserlerinde kullanımı
1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi
1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi
1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi
1909 Bira kutularında kullanımı
1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi
1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi
1919 Konserve kutularında kullanımı
1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması
1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı
1931 Suumlt kapaklarında kullanımı
1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması
1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı
1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu
tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz
sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali
5
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri
Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri
buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf
aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde
kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını
sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit
tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı
olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu
nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde
saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan
saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir
Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride
kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır
Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere
sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak
yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak
100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri
aĢağıdaki gibidir
- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo
tuumlr Kuumltlesi
demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve
otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol
oynamaktadır
- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu
istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler
geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle
mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok
yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır
Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr
Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit
olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin
ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği
19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar
6
ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir
alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı
fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo
21rsquode verilmiĢtir
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]
Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg
Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174
Isıl Ġletkenlik (calcm2cm
0C) 052 019 092 027 037
Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10
-6 240 119 167 330 257
Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651
Uzama () 43 48 50
Sertlik (BHN) 19 70 25
- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de
onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve
besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda
kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında
ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla
oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel
nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler
bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı
metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu
durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır
- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda
enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol
accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay
paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır
- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi
iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde
gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın
olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens
civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın
7
yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila
kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar
- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile
aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında
kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve
aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar
- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden
dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum
krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu
metallerin uumlretiminde kullanılır
- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha
ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)
doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme
operasyonlarına tabi tutulabilir
- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak
perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da
yaygındır
- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama
gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama
veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal
elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir
Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada
daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve
mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon
direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten
zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve
duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel
atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı
bulmasını sağlamıĢtır
- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre
buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin
diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere
8
goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer
metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek
olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp
aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir
Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve
alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]
Sektoumlr Oumlnemli kulanım
yerleri Alternatif olduğu malzeme
UlaĢım
Radyatoumlrler Bakırpirinccedil
Motor parccedilaları Doumlkme demir
Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar
UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum
Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler
Trenler Yolcu ve yuumlk
vagonları
Ccedilelik
Deniz
araccedilları
Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik
ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik
Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka
Ambalaj
MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler
Konserve kutuları Tenekecam
Aerosol kutuları Teneke
Folyo Plastikkağıt
Kapaklar Plastikteneke
Elektrik
Ġletkenler
Bakır
Baralar
Transformatoumlr ve
jeneratoumlr
Telefon kablosu
Makine
Yataklar Doumlkuumlm malzemeler
Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik
Hidrolik sistemler
Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik
Tuumlketim
malları
Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır
Diğer
uygulama
Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik
Ziraat aletleri Ccedilelik
Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik
9
Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki
Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]
1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı
2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı
3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı
4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li
AlaĢımları
23 Aluumlminyum Uumlretimi
Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım
accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem
accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer
(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme
goumlstermiĢtir
Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)
sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini
teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle
doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat
demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan
boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım
goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır
En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena
Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum
enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir
Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan
olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum
boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit
(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri
Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir
10
Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit
gibsit oumlrnek olarak verilebilir
Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses
ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten
aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin
Hall-Heroult Prosesirsquo dir
Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit
cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir
Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden
ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile
karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek
sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon
ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve
doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum
oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde
elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan
aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti
oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir
Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)
kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile
karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu
gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım
uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının
altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur
(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından
yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve
hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir
Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1
ton aluumlminyum elde edilir
11
Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]
Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin
uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk
zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji
sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en
modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar
duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr
Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum
(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne
doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı
uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en
alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm
prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik
oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma
etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları
oumlzetlenmektedir
Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]
12
ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm
tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm
tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer
suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett
Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından
yapılmıĢtır
Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil
ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri
esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo
olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden
değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu
oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi
diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını
sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre
120 oranında enerji gerektirmektedir
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]
BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)
TİTANYUM 126000 52000 74000
MAGNEZYUM 90000 2000 88000
DEMİR 4300 1000 3300
BAKIR 13500 1700 11800
ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000
Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken
buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını
1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana
enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki
ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr
1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim
miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir
13
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri
(1000 ton) [8]
YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990
AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911
DOĞU
UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425
KUZEY
AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683
LATĠN AMERĠKA
- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730
ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180
OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492
AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601
TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022
Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim
miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere
paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının
geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu
accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin
hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda
birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa
uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları
goumlsterilmektedir
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum
uumlretimleri (1000 ton) [8]
YIL 1950 1970 1980 1985 1990
1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL
BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540
İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201
İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350
HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145
FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215
İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79
Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve
alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode
goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını
oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme
14
(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır
2580
2100
2064
980
709
645
922
Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme
Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar
Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım
alanına goumlre dağılımı [8]
Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken
GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi
Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya
baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki
kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin
kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler
yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve
BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği
goumlruumllmektedir
Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum
tuumlketimleri (kg) [8]
YIL 1960 1970 1980 1985 1990
JAPONYA 2 112 204 206 309
ALMANYA 72 137 220 238 301
ABD 108 204 258 265 269
ĠTALYA 29 75 141 146 209
FRANSA 49 89 136 123 177
ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111
15
3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ
31 Genel Bilgi
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde
standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk
defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi
desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı
heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan
uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm
teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin
ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter
Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir
Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm
makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan
tipik yerleşim goumlruumllmektedir
Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]
16
Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması
verilmektedir
Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması
Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali
oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak
tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine
belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım
hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken
numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin
ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir
Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır
Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon
deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni
metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından
absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum
alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici
flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz
taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler
Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar
kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal
iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık
kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği
kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve
kolay temizlenebilirliktir [11]
Seramik
Filtre
Gaz Giderme
Uumlntesi
Doumlkuumlm
Makinası
Ergitme Fırını Tutma
Fırını
Tandiş
Ccedilektirme
Merdaneleri
Makas Sarıcı
Akış Youmlnuuml
Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme
17
Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları
alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik
olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum
alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler
(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)
ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası
oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe
gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer
youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses
katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo
uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme
işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve
uumlretim maliyetleri azalır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm
sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan
bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik
mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler
(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki
artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]
Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk
hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm
iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim
aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara
yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi
konularda araştırma yapılmaktadır [11]
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı
bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı
iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek
verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve
yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler
18
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki
ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve
filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin
merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik
malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp
goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı
iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği
ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da
bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle
ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını
sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln
akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle
sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir
mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın
yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm
merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin
yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su
bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]
Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi
merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri
ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini
oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha
uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve
operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya
ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi
merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen
aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı
uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak
verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir
Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir
Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir
19
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]
1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199
1200 1230 1235 1345
3003 3004 3005 3006 3105
5005 5010 5034 5050 5052 5056
5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356
5454 5456 5457 5652 5657
6063
7072
8010 8011 8111 8014
Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane
ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak
veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)
kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane
ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma
kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma
kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın
paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin
etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane
ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı
boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip
tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir
Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm
hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini
artırmaktadır
20
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]
Parametre Etkisi
Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı
Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Merdane Yuumlzey Durumu
Yapışma ile ayırma kuvveti artar
32 Temel Proses Elemanları
Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi
merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir
321 Ergimiş metal beslenmesi
Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik
olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden
kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle
temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]
Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]
21
322 Doumlkuumlm merdane sistemi
Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem
de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin
sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır
Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml
koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu
Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller
(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne
bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal
bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller
geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]
Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]
Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan
ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile
bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller
mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik
mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır
Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik
oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar
termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun
katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir
bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan
malzemelerdir [11]
22
323 Doumlkuumlm boumllgesi
Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm
tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır
Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken
Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa
inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre
olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede
gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi
katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu
olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel
modeller geliştirilmiştir
Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi
suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı
kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi
uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu
parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve
ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle
sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal
temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası
ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda
pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen
23
termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun
şeccedililmelidir
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak
haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı
geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların
mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve
deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik
partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum
levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı
(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin
tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada
kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin
bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek
olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda
bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır
Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da
hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]
5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil
yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları
incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki
ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı
magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav
esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4
Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe
ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur
Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme
eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur
24
005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında
bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet
verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin
oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin
doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek
Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si
bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği
beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir
rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli
değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok
nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn
bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve
suumlnekliğini duumlşuumlruumlr
Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu
goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-
Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak
dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin
bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]
Kimyasal
formuumll
Kristal
yapı
Yoğunluk
(gcm3)
Ergime veya peritectic
sıcaklığı (OC)
(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451
(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)
(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462
25
34 Katılaşma mekanizması
Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci
aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak
katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve
levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve
yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise
metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar
ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır
Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik
partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde
yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane
yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda
enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur
35 Doumlkuumlm hataları
Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır
Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu
tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı
izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında
tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]
26
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
41 Genel Bilgi
Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde
şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile
birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil
eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir
[5]
Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma
uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım
şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır
Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem
değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır
Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform
olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila
geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve
deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce
daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak
goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]
Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)
Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve
işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun
bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2
f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı
buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)
27
f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu
deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)
şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]
Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli
bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların
hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya
benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda
oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir
duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir
Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini
getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki
bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde
karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer
etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun
seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba
tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir
Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan
sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve
presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla
değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme
mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında
bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan
kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin
şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi
gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme
işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu
malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte
kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir
28
42 Şekillendirme Ccedileşitleri
421 Derin Ccedilekme
Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi
olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler
goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla
bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]
Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline
ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma
kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek
kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır
Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp
yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı
kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin
ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]
Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır
Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde
edilmesidir
Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]
Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır
Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı
(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]
29
DCcedilOS D0Dz max (42)
Yukarıdaki eşitlikte
D0 Maksimum taslak ccedilapı
Dz Zımba ccedilapı
İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu
oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu
belirtilmektedir [26]
Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı
gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır
Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]
Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca
zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık
bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki
eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal
olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi
D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel
olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır
Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır
Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar
olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma
işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile
kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir
miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme
30
gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış
olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz
kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini
azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli
oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması
istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk
tutulmalıdır
Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana
gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme
kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana
kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı
plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca
suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının
yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem
ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme
kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına
doğru başlamaktadır [516]
Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına
uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir
Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu
boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim
şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik
şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar
oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir
Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak
disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin
ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba
ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik
sınırı vardır
Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan
tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]
RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)
31
Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme
parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı
yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden
etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde
ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak
verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen
derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da
aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme
kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini
ortaya ccedilıkarmaktadır
Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi
mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir
Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan
sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma
eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile
ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı
teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama
dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen
diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90
ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin
ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit
edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır
Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından
yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler
Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda
suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve
geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık
uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum
alaşımlarıdır [19]
Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil
vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz
konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon
sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir
32
Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta
sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve
Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]
422 Buumlkme
Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal
şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz
haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet
uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz
borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme
youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde
kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları
kullanılır
Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip
aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar
aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-
otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri
ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından
istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur
Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan
1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem
goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum
alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme
33
esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi
tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir
metod aşağıda verilmiştir
- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi
- Isıl işlem ve soğutma
- Nihai şeklinde buumlkme
Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa
soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde
paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde
uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız
taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız
915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup
genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme
işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri
kullanılır [19]
Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı
soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır
Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış
yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon
ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin
oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma
olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit
daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak
Rb = h 1r
1
r lt 02 iccedilin (44)
Rb = h ( 2
2
rr2
r1
r ge 02 iccedilin (45)
eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden
buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik
gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin
34
kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise
elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda
malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma
yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir
Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak
hesaplanabilir [21]
Pb = b
ccedil2
W
hb (46)
Pb= 2
tan
2hR2
hb b
b
a
(47)
Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme
kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı
malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir
Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen
aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay
parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi
uumlretimlerde kullanılmaktadır
423 Gererek Şekil Verme
Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler
Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca
bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin
gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen
oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır
Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri
goumlsterilmektedir
35
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik
oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]
Alaşım
Ccedilekme Mukavemeti
(MPa) (a)
Akma Mukavemeti
(MPa) (b)
Şekillendirme Aralığı
(c = a - b)
Uzama
(50 mm)
Gerilebilirlik Oranı
7075-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
331 138 193 19 100
2024-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
317 124 193 20 98
2024-T3 441 303 138 18 95
6061-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
241 145 96 22 90
7075-0 221 97 124 17 80
2024-0 186 76 110 19 80
6061-0 124 55 69 22 75
3003-0 110 41 69 30 75
1100-0 90 35 55 35 70
7075-T6 524 462 62 11 10
Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi
biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG
derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de
incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)
arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]
GBO = hG IG (48)
Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen
yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır
Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde
bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk
36
tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk
suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]
Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında
panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır
Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber
kullanılırlar
424 Haddeleme
Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak
isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir
Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken
merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine
goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin
haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır
Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık
yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde
duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln
ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun
mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı
malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar
Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel
prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu
merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile
kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir
Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm
2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr
37
Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı
uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı
azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu
buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın
ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml
yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil
yuumlkselir
Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]
Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan
kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı
merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır
Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar
kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler
kullanılarak elde edilebilir
Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters
youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki
metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle
birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında
da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise
deride iz bırakmaya başlar
Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya
zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki
merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila
38
goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar
pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz
olması sağlanır (Şekil 47)
Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]
Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]
Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane
denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)
merdane denir (Şekil 48)
39
Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]
Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde
abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr
Bombe iki şekilde elde edilir
1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)
2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)
Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu
da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı
kullanılarak kontrol edilir
Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde
goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo
yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)
Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]
Pozitif Bombe Negatif Bombe
a) b) c)
40
Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı
merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile
rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ
kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş
merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4
katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek
merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir
Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi
(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri
yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş
merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6
katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da
kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı
oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)
Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]
Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak
Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)
Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve
sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-
grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir
Şekil 411 2‟li Grup Hadde
[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde
[22]
a) b)
41
Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile
sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin
haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme
kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen
tavlama işlemi ile kaldırılabilir
Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer
değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara
goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına
ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık
kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir
Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına
giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)
Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]
Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak
zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması
anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse
haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane
hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda
haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla
girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında
42
ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu
noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu
noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya
ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar
Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil
silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı
kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı
beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve
uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki
metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar
sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete
tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok
dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket
ederek fıccedilı şeklini oluşturur
Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş
merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı
akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)
Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]
Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki
kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla
ezme verir
Metal merdanelerden
hızlı
Metal merdanelerden
yavaş
Kısıtlı Akış
Boumllgeleri
43
Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki
etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da
dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış
boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını
belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı
Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği
biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile
sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste
binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin
daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve
merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla
suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha
fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme
yapılamaz
Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]
425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri
Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde
geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme
ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme
patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik
şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla
şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak
verilebilir [19]
44
Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı
bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum
alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de
birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi
Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA
Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme
ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde
kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik
ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği
uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar
otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil
416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır
Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka
stop lambasının yatağının yapımı [19]
Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi
aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen
ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de
dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum
45
alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden
tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı
iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme
vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme
şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı
suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması
esasına dayanır (Şekil 417)
Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi
[19]
Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların
şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın
temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve
hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında
yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte
şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde
kullanılmaktadır
Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay
araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji
46
şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla
şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır
Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji
şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu
olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra
işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve
duumlşuumlk maliyet elde edilir
43 Şekillendirme Hataları
431 Eğme Hataları
Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme
ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız
eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım
ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği
boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki
deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka
zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak
iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı
duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa
kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir
İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar
oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek
deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi
ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak
deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll
edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki
deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek
giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle
kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir
Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu
operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik
eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan
47
ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı
tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC
lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-
eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır
Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri
yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının
geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir
Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)
uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]
K = ru
u
r
r =
2r
2r
0r i
0 i
s
s
(49)
432 Derin Ccedilekme Hataları
Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri
ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha
oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri
bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla
parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna
rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme
problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve
kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki
grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]
Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın
tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta
buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar
olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]
Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına
uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul
uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı
olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur
ve hatadan bahsedilmektedir
48
4321 Kulaklanma
Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin
ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen
kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti
ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir
Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse
de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne
goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz
edilmektedir [516]
a) 00 90
0 Kulaklanma
b) 450 Kulaklanma
Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim
kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik
karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında
goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml
tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve
miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve
buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]
Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir
sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki
anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem
basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak
anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik
yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]
Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak
uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi
gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise
kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından
uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey
anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin
bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir
49
Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n
m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır
diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon
sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek
ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil
değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini
artırdığını savunmaktadırlar [25]
Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)
ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde
∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel
nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde
ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr
teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak
prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır
Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]
50
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml
Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra
oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi
portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile
uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de
etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya
ccedilıkmaktadır [5]
Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı
olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara
yol accedilmaktadır [23]
Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu
deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak
bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların
uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]
Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda
yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey
puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]
4323 Luumlders Ccedilizgileri
Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders
ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey
puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon
meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin
maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde
ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek
yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir
dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan
gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde
ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği
istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]
51
4324 Looper Ccedilizgileri
Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin
ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak
tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan
deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı
duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav
esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde
uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki
kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize
olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı
duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]
4325 Kırışmalar
Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması
kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası
mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya
malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı
ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]
4326 Ccedilatlamalar
Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik
yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme
oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması
sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama
işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu
tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan
bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol
accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli
malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]
Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen
kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı
koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya
ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme
konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]
52
Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da
goumlruumllmektedir
Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]
a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma
d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)
Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme
433 Gererek Şekillendirme Hataları
Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş
kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr
bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten
ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında
gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme
işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir
Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında
goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek
kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki
boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı
araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan
53
deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla
ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına
rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde
goumlruumlluumlr [21]
44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)
441 Genel Bilgi
Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten
(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım
alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil
bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin
başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]
1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine
yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme
kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve
aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır
deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen
bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler
Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]
Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi
iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel
54
olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki
ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil
421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı
metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki
şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir
Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]
Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına
(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir
Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih
edilmektedir
55
Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme
sınır diyagramı [28]
Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz
ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya
konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır
Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt
okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır
diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar
guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul
edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten
bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır
Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu
kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml
olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve
kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar
Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0
boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme
işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0
boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı
test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test
tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her
iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve
Şekillendirme Sınır Diyagramı
56
sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna
varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır
a) Duumlzlemsel test metodları
b) Duumlzlem-dışı test metodları
Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme
eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır
Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk
karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini
bulmuşlardır
Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır
a Zımbada germe
b Duumlzlemde germe
c Hidrolik şişirme
Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı
kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme
oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar
oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri
oumllccediluumllerek tespit edilir
Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir
zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada
germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır
diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler
Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir
Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede
kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun
başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon
dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon
sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum
deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve
deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek
şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu
57
gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh
hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle
elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]
Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha
geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi
canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme
sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum
muumlkemmeldir
Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı
deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin
şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği
ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı
kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi
kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu
goumlruumllmuumlştuumlr
Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve
malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil
olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli
deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği
ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve
duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde
edilmektedir
Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların
şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve
162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini
yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan
malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan
Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin
yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe
işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]
58
Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]
Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının
şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm
ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102
mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır
Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba
yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit
ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]
Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba
yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]
59
Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının
yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)
5052
0
50
100
150
200
250
300
350
400
SERT 260 290 320 350 375 400 425 450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
5182
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
SERT
220
240
260
290
320
350
375
400
425
450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]
Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş
malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve
şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen
hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha
iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]
60
442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi
Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde
edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki
tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta
şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı
boumllgeleri goumlstermektedir
Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla
vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en
kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik
doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı
derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi
derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta
boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr
4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları
Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil
değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik
youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde
iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her
iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir
Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal
yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine
etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır
Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
61
Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması
sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne
yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya
değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur
Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı
olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan
sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu
elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş
ccediloumlzelti ile yıkanır
Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal
şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı
metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu
gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile
sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk
şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet
verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca
tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal
istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve
deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması
sağlanır
Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının
birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir
Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas
etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips
62
şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile
goumlsterilir
Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen
dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk
kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]
A B
C D
E F
63
4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml
Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki
elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)
A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe
Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]
Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ
yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere
sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye
kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik
olarak tespit edilirler (Şekil 430)
Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm
duumlzeneği [28]
Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk
değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips
a) b
64
formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları
hesaplanır
MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(410)
Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(411)
MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]
Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile
plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu
gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye
kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin
boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu
daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep
aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir
Minimum
Eksen
Maksimum
Eksen
65
45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği
Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift
eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında
tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek
incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil
değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en
kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil
değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli
yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı
Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı
anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla
kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil
değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]
Zdd
d
(412)
gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme
oranının
(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin
başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
nZd (413)
Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill
anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana
ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen
tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin
kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini
66
goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi
genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır
Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]
4512 Boumllgesel kararsızlık
Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil
değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı
amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı
(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini
kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon
sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir
Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere
edilir
Zd
d
(414)
Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil
değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
= nZ (415)
Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın
bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır
67
Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması
gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil
425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir
Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe
şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill
boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu
boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz
4521 Kararsızlığa dayalı kriter
İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme
yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu
yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı
yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda
malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin
boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter
Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma
arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki
sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği
kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal
şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını
accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme
gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln
bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil
değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil
verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori
buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı
uygulanması guumlccediltuumlr
McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden
tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre
inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme
68
deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın
mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak
homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel
kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir
Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya
goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde
oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin
inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon
boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir
Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir
(1+α)σ12=Kcr (416)
Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile
ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma
kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır
Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın
meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik
gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini
goumlstermektedir
f
0
1 Cd (417)
Şekil-13
Haddelemeden sonra
tabakalar
69
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler
Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter
Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve
5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal
kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan
testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -
Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659
Alaşım
5052
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -
Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182
Alaşım
52 Kullanılan Cihazlar
Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak
amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri
metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan
numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers
ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir
Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık
mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM
E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test
edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler
ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test
cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test
duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal
grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo
marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme
70
sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri
JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve
inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır
521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği
Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme
test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas
alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode
goumlsterilmektedir
Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]
Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
71
Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar
ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise
50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)
Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
53 Deneylerin Yapılışı
Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan
numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir
(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak
metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm
mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel
koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses
sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve
R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin
bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır
diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın
sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin
yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile
kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme
cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum
ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel
ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
72
numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS
yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır
531 Metalografik İnceleme
Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme
rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite
alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile
parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm
yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm
yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki
yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu
tespit edilmiştir
a)
b)
Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)
a) 5052 b) 5182
73
Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182
alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası
daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode
goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik
yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir
a)
b)
Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182
Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen
mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine
yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur
74
a)
b)
Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182
İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini
belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır
Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar
elde edilmiştir
75
a)
b)
Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane
yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu
sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış
yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin
artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182
alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden
başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca
76
değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma
farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl
işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden
kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları
incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin
350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410
0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda
tavlanmasına karar verilmiştir [29]
Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki
mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir
a) b)
Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
a) b)
Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
77
5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken
kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede
kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti
Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri
hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin
alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir
Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir
Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla
dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle
meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı
izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri
Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir
78
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25 30
Uzama ()
Mu
kavem
et
(MP
a) 5182
5052
Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri
1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış
numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
verilmiştir
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
350C4sa
tavlı0
1040 9157 19833 2054 027 068
9022 19683 2307 027 060
1035 9097 19785 1767 027 061
9251 20047 1777 027 059
350C4sa
tavlı45 1035
8612 19053 2245 027 068
8774 19273 2414 027 067
8628 19178 2353 027 059
8662 19010 2142 027 065
350C4sa 90
1045 8755 18750 2216 027 060
8712 18723 2117 027 058
1050 8865 18876 2235 027 059
8875 18917 2118 027 054
79
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
410C4sa
tavlı0
1030 16502 29525 2255 026 060
1030 16222 29266 2108 026 061
1035 16080 29483 2256 027 060
1040 16021 29217 2331 026 059
410C4sa
tavlı45
1040 15588 28651 2529 027 108
1040 15505 28759 2458 027 112
1040 15408 28890 2385 028 116
1045 15379 28617 2449 027 122
1040 16036 28817 2138 026 093
1035 16052 29175 2383 025 108
1040 16082 29183 2418 026 098
410C4sa
tavlı90
1045 16366 29412 1997 026 073
1045 15965 28992 2166 026 066
1040 16086 29246 2223 026 073
1045 16053 29110 1867 027 080
Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum
miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila
44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum
alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik
accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir
fark tespit edilememiştir
Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n
değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır
4
n2nnn 45900 (51)
Burada
n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri
5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde
edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm
80
kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna
getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin
n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak
hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark
goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n
değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform
şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir
Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin
kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu
belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik
bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey
anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde
farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey
anizotropi katsayısının ortalaması
4
R2RRR 45900 (52)
şeklinde tanımlanır
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır
R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir
[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin
bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi
katsayısı (ΔR)
2
R2RRR 45900 (53)
bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden
hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de
bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur
81
Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi
katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm
kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları
[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode
karşılaştırma amacı ile verilmiştir
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri
sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney
sonuccedillarının [30] karşılaştırılması
Mg a
(MPa) ccedil
(MPa)
Uzama
(ort)
R0
(ort) R45
(ort) R90
(ort) R ΔR
5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005
5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042
5182-
DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030
5754-
DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026
Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında
5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir
İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı
malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı
malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir
malzemedir diyebiliriz
Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri
(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu
malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması
anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha
az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle
derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını
goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha
homojen olarak plastik deformasyona uğrar
82
Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)
miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve
duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma
davranışının arttığı goumlruumllmektedir
İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha
doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC
ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile
doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop
bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş
5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik
doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir
malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine
sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki
malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında
450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir
Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC
tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı
malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil
512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin
ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır
-042-030
-005
-026
087
069063062
-06
-04
-02
0
02
04
06
08
1
5052 5754-DC 5182-DC 5182
Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182
aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum
alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması
R
R
83
533 Erichsen Derinliği Tesbiti
Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini
tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki
numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve
bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve
deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden
ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları
ALAŞIM Sıkıştırma
Kuvveti (kN)
Bilya Ccedilapı
(mm)
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
Genel
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
5052 10 10
94
asymp 95 95
95
5182 10 10
95
asymp 97 97
98
Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri
94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir
Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde
bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine
sahip olduğu soumlylenebilir
84
534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları
ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak
grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar
destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine
tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen
dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir
Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel
ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları
a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)
Numune1 34 100 5 150
Numune2 34 100 10 150
Numune3 34 100 15 150
Numune4 34 100 30 150
Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk
eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen
deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir
ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli
numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye
birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir
c
a
b
d c
b) a)
85
Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik
şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle
yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı
geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir
a)
b)
Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052
Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup
100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise
65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan
86
70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri
verilmektedir
a)
b)
Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052
Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre
hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak
goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında
ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile
sınır eğrileri elde edilmiştir
87
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme
noktasıdır
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
88
Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182
alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte
verilmiştir
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
5052 5182
Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır
Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme
işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır
diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma
boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları
karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre
kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri
5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil
etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden
daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli
boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda
elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme
performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır
89
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 0 10 20 30 40
e2
e1
5182TRC 5182DC
Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme
Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182
alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda
goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182
alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli
eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen
ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi
ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı
goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra
germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri
goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp
geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir
90
535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi
Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma
karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik
intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma
yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma
yuumlzeyleri goumlsterilmektedir
Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)
Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)
91
Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik
goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde
youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden
suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila
goumlruumllmektedir
Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)
Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)
92
İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi
yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek
ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır
(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına
rastlanmıştır
a) b)
c) d)
e)
Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X
93
Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2
Silisyum Ka1 Demir Ka1
94
Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum
Ka1_2
Silisyum
Ka1 Demir Ka1
95
Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası
Aluumlminyum
Magnezyum Silisyum
Oksijen Demir
96
6 GENEL SONUCcedilLAR
Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki
aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin
incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir
1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme
mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum
alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha
yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından
incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir
2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı
segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı
segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan
ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir
3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen
ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer
almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen
aynıdır
4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon
sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr
5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında
5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının
Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir
6 Uumlccedil youmlnluuml (0045
0 90
0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen
R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450
youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak
şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı
97
malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği
(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk
olduğu ( R =062) tespit edilmiştir
7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri
arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182
alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir
8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize
eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma
yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg
inkluumlzyonlarına rastlanmıştır
9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları
Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha
yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin
daha iyi olduğu tespit edilmiştir
98
KAYNAKLAR
[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve
Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul
[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum
Products JOM 21-25
[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys
Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123
[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve
5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans
Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin
ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine
etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya
[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum
[7] httpwwwforesightproductionscom
[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications
Edimet Brescia
[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM
[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent
No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom
[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[12] httpwwwfosecocom
[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul
[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology
99
[15] Vangala P Smith D Duvvuri R Romanowski CA 1992 The Influence of
Casting Gauge on the Hunter Roll Casting Process Melt Spinning and
Strip Casting
[16] Kayalı ES Ensari C 1995 Metallere Plastik Şekil Verme İlke ve
Uygulamaları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi Bilim Teknik
Yayınevi İstanbul
[17] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (I)
Aluminium 670 ndash 675
[18] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (II)
Aluminium 701 ndash 709
[19] ASM Speciality Handbook Aluminum and Aluminum Alloys Fabrication and
Finishing of Aluminum Alloys ASM International 231 ndash 246
[20] Sheet Metal Working Presentation Internet Search Results
[21] Okumuş E 2000 Saccedil Şekillendirme Hataları Hasar Analizi Yuumlksek Lisans
Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi İstanbul
[22] Gibson GC Smith H 1964 The principles of aluminium rolling The
British Aluminium Company Limited Bainsford Falkirk
Stirlingshire
[23] Dieter GE 1981 Mechanical Metallurgy Mc Graw-Hill Tokyo
[24] Birol Y Duumlndar M Romanowski CA 2002 Twin-Roll Cast 5000 Series
Aluminum Sheet For Automotive Applications
[25] Ccedilimenoğlu H Kayalı Es 1984 aluumlminyum Alaşımlarının
Şekillendirilebilirliğini Etkileyen Faktoumlrler II Uluslararası
Aluumlminyum Sanayii Kongresi Seydişehir
[26] Yazıcı E 1987 Aluumlminyumda tane boyutunun deformasyon davranışına etkisi
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[27] Unknown Forming Limit Diagrams and Failure Mechanism for Low and High
Carbon Steels Middle East Technical University
[28] Manthey DW The Need for Surface Strain Measurement Metal forming
Magazine Metalforming Online
100
[29] Duumlndar M 2001 5000 Serisi Laboratuar Ccedilalışmaları Assan Aluumlminyum
[30] Slamova M 2002 Continuous casting technologies for production of
aluminium alloy sheets for transportation applications Research
Report
[31] Haberfield AB Boyles MW 1973 Laboratory Determined Forming Limit
Diagrams Sheet Metal Industries 400 ndash 405
[32] Lectroetch Metal Marking Systems Originators of Electrochemical Marking
Catalog 696 httpwwwlectroetchcom
101
EKA
Tablo A1 5052 ve 5182 alaşımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm değerleri
5052 5182
Maks BŞD Min BŞD Maks BŞD Min BŞD
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2075471698 -1886792453 1886792453 0
1698113208 -1886792453 1698113208 -1886792453
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2075471698 -3773584906 2075471698 -1886792453
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -3773584906 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -3773584906
2452830189 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2264150943 2264150943 2452830189 2641509434
2452830189 2452830189 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2311320755 2311320755 2754716981 2641509434
2830188679 1698113208 2528301887 1698113208
2830188679 1698113208 2679245283 1698113208
2830188679 1698113208 2641509434 1698113208
2830188679 1320754717 2452830189 1698113208
2830188679 1509433962 2641509434 1509433962
2830188679 1698113208 2452830189 1698113208
2264150943 1698113208
2641509434 1698113208
2641509434 2075471698
2641509434 1698113208
102
OumlZGECcedilMİŞ
15 Eyluumll 1975 yılında Karabuumlkrsquode doğdu İlk ve orta tahsili aynı ilde tamamladıktan
sonra lise tahsilini İstanbulrsquoda tamamladı 1993 yılında İTUuml Kimya-Metalurji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliği boumlluumlmuumlnde bir yıl hazırlık
devresinden sonra lisans eğitimime başladı Lisans oumlğrenimini bitirdiği 1998
senesinde hem İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğirsquonde
hem de ASSAN Aluumlminyumrsquoda ccedilalışmaya başladı 2002 yılında askere gidip
geldikten sonra aynı firmada Levha Değerlendirme Youmlneticisi olarak goumlrev
yapmaktadır
iv
4326 Ccedilatlamalar 51
433 Gererek ġekillendirme Hataları 52
44 ġekillendirme Sınır Diyagramları 53
441 Genel Bilgi 53
442 ġSDrsquonin Ccedilizilmesi 60
4421 Ağ dokusu (Grid Patern) OluĢturma Metodları 60
4422 ġekillendirme Sonrası Grid Oumllccediluumlmuuml 63
45 ġSDrsquode Kırılma Mekaniği 65
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 65
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı 65
4512 Boumllgesel Karasızlık 66
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim ġekil DeğiĢtirme Boumllgesindeki Kırılma 67
4521 Kararsızlığa dayalı kriter 67
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter 67
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR 69
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler 69
52 Kullanılan Cihazlar 69
521 Hidrolik ġiĢirme Test Duumlzeneği 70
53 Deneylerin YapılıĢı 71
531 Metalografik Ġnceleme 71
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti 77
533 Erichsen Derinliği Tesbiti 83
534 ġekillendirme Sınır Diyagramları Sonuccedilları 84
535 Kırılma Yuumlzeylerinin SEMrsquode Ġncelenmesi 90
6 GENEL SONUCcedilLAR 96
KAYNAKLAR 98
EKLER 101
EK A Tablo A1 5052 ve 5182 alaĢımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm
değerleri 101
OumlZGECcedilMİŞ 102
v
KISALTMALAR
TRC Ġkiz Merdane Doumlkuumlm Teknolojisi
HF Hidroflorik Asit
ŞSD ġekillendirme Sınır Diyagramı
SEM Taramalı Elektron Mikroskobu
EDS Enerji Saccedilınım Spektrometresi
AA Amerikan Aluumlminyum Birliği
DIN Alman Standartlar Enstituumlsuuml
ASTM Amerikan Malzeme ve Test Derneği
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
MHS Merkez Hattı Segregasyonu
RADAR Radio Detection and Ranging
MPa Mega Pascal
N Newton
ABD Amerika BirleĢik Devletleri
DC Direkt (Geleneksel) Doumlkuumlm
vi
TABLO LİSTESİ
Sayfa No
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması
80
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları
82
Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83
vii
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 21
Şekil 22
Şekil 23
Şekil 31
Şekil 32
Şekil 33
Şekil 34
Şekil 35
Şekil 41
Şekil 42
Şekil 43
Şekil 44
Şekil 45
Şekil 46
Şekil 47
Şekil 48
Şekil 49
Şekil 410
Şekil 411
Şekil 412
Şekil 413
Şekil 414
Şekil 415
Şekil 416
Şekil 417
Şekil 418
Şekil 419
Şekil 420
Şekil 421
Şekil 422
Şekil 423
Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi
Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri
Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının
tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı
Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml
Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması
TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması
TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği
TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi
Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek
Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme
durumu
Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik
goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi
Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi
Merdane bombelerinin goumlsterimi
2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde
a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi
2rsquoli Grup Hadde
3rsquoluuml grup Hadde
Haddeleme teorisi goumlsterimi
Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri
Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi
Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0
alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı
Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme
tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi
∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu
Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler
Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede
sınır deformasyonlar
ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır
eğrisi
Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı
228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen
Ģekillendirme diyagramı
11
11
14
15
16
20
21
22
28
29
32
36
37
38
38
39
39
40
40
40
41
42
43
44
45
49
52
53
54
55
58
viii
Şekil 424
Şekil 425
Şekil 426
Şekil 427
Şekil 428
Şekil 429
Şekil 430
Şekil 431
Şekil 432
Şekil 51
Şekil 52
Şekil 53
Şekil 54
Şekil 55
Şekil 56
Şekil 57
Şekil 58
Şekil 59
Şekil 510
Şekil 511
Şekil 512
Şekil 513
Şekil 514
Şekil 515
Şekil 516
Şekil 517
Şekil 518
Şekil 519
Şekil 520
Şekil 521
Şekil 522
Şekil 523
Şekil 524
Şekil 525
Şekil 526
Şekil 527
2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe
yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi
5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme
davranıĢları
Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Ağ yapısı oumlrnekleri
Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları
a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik
ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği
ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması
gereken eksenler
Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri
Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği
Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro
fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml
Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde
edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182
1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri
1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile
doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm
youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının
anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması
a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile
birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm
5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı
5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı
TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının
ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması
5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum
alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım
haritası
58
59
60
61
62 63
63
64
66
70
70
71
72
73
74
75
76
76
77
78
82
84
85
86
87
87
88
89
90
90
91
91
92
93
94
95
ix
SEMBOL LİSTESİ
Al Aluumlminyum
Mg Magnezyum
Si Silisyum
Zn Ccedilinko
Mn Mangan
Be Berilyum
Ti Titanyum
μ Mikron 0C Derece Celcius
Tm Ergime Sıcaklığı
dak Dakika
sa h Saat
MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme
MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme
kV Kilovolt
σccedil Ccedilekme Mukavemeti
σa Akma Mukavemeti
e Muumlhendislik Uzama
n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml
R Anizotropi Katsayısı
ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı
R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı
K Malzeme Mukavemet Katsayısı
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
x
ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ
5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ
OumlZET
Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden
bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem
kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk
kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde
edilmektedir
Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak
suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer
firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt
olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum
uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm
kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına
sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha
kalitesi uumlzerinde etkilidir
CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm
kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu
5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir
Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası
mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır
Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0
accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa
e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin
ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler
incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir
xi
Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)
alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir
Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde
kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı
goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında
ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir
Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna
rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince
tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki
alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier
etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden
kaynaklanmaktadır
Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır
Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052
alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit
edilmiĢtir
Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek
kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182
alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına
rastlanmıĢtır
Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052
alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir
xii
DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182
ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING
METHOD
SUMMARY
Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum
industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering
discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker
less time and cost
Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which
name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies
improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce
aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to
aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow
solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition
casting thickness speed and tip distance
In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were
produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After
casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at
final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by
continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain
hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water
and very high toughness
For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to
understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the
tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to
determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen
xiii
test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the
fracture surface of the tensile specimens were examined
From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium
alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening
exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy
values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately
no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the
direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain
aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close
each other At the metallographic examinations it was observed that these two
aluminium alloys have center-line segregation At the same time after
homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as
fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope
examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed
ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces
Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic
bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that
5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy
1
1 GİRİŞ
İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807
yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır
İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry
Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında
konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile
ağırlamaktaydı [1]
Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek
guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının
demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya
tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan
bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif
metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha
hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı
iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı
dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak
işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır
Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve
uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına
gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu
duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi
iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim
ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]
İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma
doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer
2
taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve
kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı
goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının
geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada
ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk
lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur
Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)
teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm
kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC
metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar
Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır
İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha
doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum
levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere
sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]
Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum
alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme
Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır
3
2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi
Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler
nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir
Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek
duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv
sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması
aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır
1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-
aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre
Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825
yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum
kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir
[1]
1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400
DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak
uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir
1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T
Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak
kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent
almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente
goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması
Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu
firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir
1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde
4
(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden
uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya
baĢlanmıĢtır
Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları
1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)
1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)
1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı
1893 Sanat Eserlerinde kullanımı
1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi
1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi
1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi
1909 Bira kutularında kullanımı
1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi
1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi
1919 Konserve kutularında kullanımı
1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması
1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı
1931 Suumlt kapaklarında kullanımı
1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması
1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı
1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu
tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz
sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali
5
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri
Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri
buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf
aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde
kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını
sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit
tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı
olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu
nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde
saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan
saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir
Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride
kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır
Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere
sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak
yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak
100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri
aĢağıdaki gibidir
- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo
tuumlr Kuumltlesi
demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve
otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol
oynamaktadır
- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu
istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler
geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle
mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok
yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır
Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr
Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit
olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin
ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği
19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar
6
ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir
alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı
fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo
21rsquode verilmiĢtir
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]
Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg
Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174
Isıl Ġletkenlik (calcm2cm
0C) 052 019 092 027 037
Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10
-6 240 119 167 330 257
Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651
Uzama () 43 48 50
Sertlik (BHN) 19 70 25
- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de
onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve
besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda
kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında
ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla
oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel
nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler
bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı
metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu
durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır
- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda
enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol
accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay
paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır
- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi
iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde
gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın
olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens
civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın
7
yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila
kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar
- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile
aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında
kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve
aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar
- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden
dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum
krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu
metallerin uumlretiminde kullanılır
- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha
ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)
doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme
operasyonlarına tabi tutulabilir
- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak
perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da
yaygındır
- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama
gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama
veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal
elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir
Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada
daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve
mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon
direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten
zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve
duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel
atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı
bulmasını sağlamıĢtır
- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre
buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin
diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere
8
goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer
metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek
olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp
aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir
Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve
alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]
Sektoumlr Oumlnemli kulanım
yerleri Alternatif olduğu malzeme
UlaĢım
Radyatoumlrler Bakırpirinccedil
Motor parccedilaları Doumlkme demir
Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar
UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum
Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler
Trenler Yolcu ve yuumlk
vagonları
Ccedilelik
Deniz
araccedilları
Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik
ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik
Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka
Ambalaj
MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler
Konserve kutuları Tenekecam
Aerosol kutuları Teneke
Folyo Plastikkağıt
Kapaklar Plastikteneke
Elektrik
Ġletkenler
Bakır
Baralar
Transformatoumlr ve
jeneratoumlr
Telefon kablosu
Makine
Yataklar Doumlkuumlm malzemeler
Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik
Hidrolik sistemler
Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik
Tuumlketim
malları
Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır
Diğer
uygulama
Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik
Ziraat aletleri Ccedilelik
Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik
9
Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki
Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]
1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı
2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı
3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı
4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li
AlaĢımları
23 Aluumlminyum Uumlretimi
Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım
accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem
accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer
(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme
goumlstermiĢtir
Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)
sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini
teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle
doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat
demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan
boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım
goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır
En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena
Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum
enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir
Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan
olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum
boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit
(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri
Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir
10
Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit
gibsit oumlrnek olarak verilebilir
Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses
ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten
aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin
Hall-Heroult Prosesirsquo dir
Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit
cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir
Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden
ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile
karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek
sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon
ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve
doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum
oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde
elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan
aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti
oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir
Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)
kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile
karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu
gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım
uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının
altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur
(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından
yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve
hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir
Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1
ton aluumlminyum elde edilir
11
Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]
Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin
uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk
zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji
sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en
modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar
duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr
Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum
(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne
doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı
uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en
alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm
prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik
oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma
etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları
oumlzetlenmektedir
Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]
12
ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm
tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm
tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer
suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett
Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından
yapılmıĢtır
Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil
ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri
esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo
olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden
değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu
oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi
diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını
sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre
120 oranında enerji gerektirmektedir
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]
BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)
TİTANYUM 126000 52000 74000
MAGNEZYUM 90000 2000 88000
DEMİR 4300 1000 3300
BAKIR 13500 1700 11800
ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000
Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken
buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını
1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana
enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki
ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr
1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim
miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir
13
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri
(1000 ton) [8]
YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990
AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911
DOĞU
UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425
KUZEY
AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683
LATĠN AMERĠKA
- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730
ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180
OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492
AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601
TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022
Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim
miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere
paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının
geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu
accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin
hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda
birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa
uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları
goumlsterilmektedir
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum
uumlretimleri (1000 ton) [8]
YIL 1950 1970 1980 1985 1990
1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL
BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540
İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201
İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350
HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145
FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215
İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79
Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve
alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode
goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını
oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme
14
(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır
2580
2100
2064
980
709
645
922
Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme
Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar
Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım
alanına goumlre dağılımı [8]
Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken
GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi
Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya
baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki
kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin
kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler
yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve
BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği
goumlruumllmektedir
Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum
tuumlketimleri (kg) [8]
YIL 1960 1970 1980 1985 1990
JAPONYA 2 112 204 206 309
ALMANYA 72 137 220 238 301
ABD 108 204 258 265 269
ĠTALYA 29 75 141 146 209
FRANSA 49 89 136 123 177
ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111
15
3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ
31 Genel Bilgi
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde
standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk
defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi
desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı
heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan
uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm
teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin
ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter
Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir
Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm
makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan
tipik yerleşim goumlruumllmektedir
Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]
16
Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması
verilmektedir
Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması
Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali
oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak
tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine
belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım
hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken
numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin
ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir
Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır
Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon
deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni
metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından
absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum
alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici
flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz
taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler
Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar
kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal
iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık
kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği
kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve
kolay temizlenebilirliktir [11]
Seramik
Filtre
Gaz Giderme
Uumlntesi
Doumlkuumlm
Makinası
Ergitme Fırını Tutma
Fırını
Tandiş
Ccedilektirme
Merdaneleri
Makas Sarıcı
Akış Youmlnuuml
Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme
17
Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları
alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik
olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum
alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler
(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)
ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası
oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe
gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer
youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses
katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo
uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme
işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve
uumlretim maliyetleri azalır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm
sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan
bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik
mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler
(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki
artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]
Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk
hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm
iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim
aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara
yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi
konularda araştırma yapılmaktadır [11]
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı
bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı
iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek
verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve
yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler
18
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki
ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve
filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin
merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik
malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp
goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı
iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği
ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da
bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle
ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını
sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln
akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle
sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir
mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın
yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm
merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin
yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su
bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]
Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi
merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri
ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini
oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha
uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve
operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya
ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi
merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen
aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı
uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak
verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir
Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir
Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir
19
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]
1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199
1200 1230 1235 1345
3003 3004 3005 3006 3105
5005 5010 5034 5050 5052 5056
5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356
5454 5456 5457 5652 5657
6063
7072
8010 8011 8111 8014
Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane
ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak
veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)
kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane
ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma
kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma
kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın
paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin
etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane
ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı
boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip
tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir
Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm
hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini
artırmaktadır
20
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]
Parametre Etkisi
Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı
Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Merdane Yuumlzey Durumu
Yapışma ile ayırma kuvveti artar
32 Temel Proses Elemanları
Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi
merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir
321 Ergimiş metal beslenmesi
Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik
olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden
kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle
temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]
Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]
21
322 Doumlkuumlm merdane sistemi
Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem
de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin
sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır
Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml
koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu
Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller
(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne
bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal
bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller
geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]
Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]
Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan
ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile
bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller
mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik
mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır
Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik
oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar
termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun
katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir
bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan
malzemelerdir [11]
22
323 Doumlkuumlm boumllgesi
Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm
tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır
Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken
Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa
inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre
olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede
gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi
katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu
olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel
modeller geliştirilmiştir
Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi
suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı
kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi
uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu
parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve
ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle
sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal
temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası
ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda
pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen
23
termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun
şeccedililmelidir
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak
haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı
geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların
mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve
deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik
partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum
levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı
(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin
tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada
kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin
bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek
olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda
bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır
Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da
hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]
5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil
yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları
incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki
ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı
magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav
esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4
Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe
ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur
Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme
eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur
24
005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında
bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet
verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin
oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin
doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek
Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si
bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği
beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir
rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli
değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok
nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn
bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve
suumlnekliğini duumlşuumlruumlr
Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu
goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-
Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak
dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin
bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]
Kimyasal
formuumll
Kristal
yapı
Yoğunluk
(gcm3)
Ergime veya peritectic
sıcaklığı (OC)
(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451
(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)
(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462
25
34 Katılaşma mekanizması
Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci
aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak
katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve
levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve
yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise
metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar
ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır
Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik
partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde
yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane
yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda
enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur
35 Doumlkuumlm hataları
Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır
Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu
tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı
izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında
tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]
26
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
41 Genel Bilgi
Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde
şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile
birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil
eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir
[5]
Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma
uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım
şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır
Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem
değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır
Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform
olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila
geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve
deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce
daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak
goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]
Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)
Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve
işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun
bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2
f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı
buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)
27
f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu
deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)
şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]
Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli
bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların
hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya
benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda
oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir
duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir
Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini
getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki
bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde
karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer
etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun
seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba
tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir
Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan
sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve
presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla
değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme
mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında
bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan
kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin
şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi
gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme
işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu
malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte
kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir
28
42 Şekillendirme Ccedileşitleri
421 Derin Ccedilekme
Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi
olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler
goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla
bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]
Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline
ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma
kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek
kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır
Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp
yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı
kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin
ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]
Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır
Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde
edilmesidir
Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]
Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır
Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı
(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]
29
DCcedilOS D0Dz max (42)
Yukarıdaki eşitlikte
D0 Maksimum taslak ccedilapı
Dz Zımba ccedilapı
İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu
oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu
belirtilmektedir [26]
Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı
gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır
Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]
Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca
zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık
bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki
eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal
olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi
D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel
olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır
Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır
Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar
olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma
işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile
kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir
miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme
30
gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış
olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz
kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini
azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli
oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması
istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk
tutulmalıdır
Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana
gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme
kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana
kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı
plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca
suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının
yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem
ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme
kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına
doğru başlamaktadır [516]
Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına
uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir
Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu
boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim
şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik
şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar
oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir
Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak
disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin
ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba
ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik
sınırı vardır
Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan
tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]
RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)
31
Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme
parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı
yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden
etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde
ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak
verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen
derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da
aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme
kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini
ortaya ccedilıkarmaktadır
Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi
mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir
Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan
sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma
eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile
ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı
teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama
dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen
diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90
ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin
ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit
edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır
Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından
yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler
Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda
suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve
geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık
uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum
alaşımlarıdır [19]
Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil
vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz
konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon
sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir
32
Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta
sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve
Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]
422 Buumlkme
Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal
şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz
haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet
uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz
borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme
youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde
kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları
kullanılır
Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip
aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar
aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-
otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri
ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından
istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur
Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan
1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem
goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum
alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme
33
esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi
tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir
metod aşağıda verilmiştir
- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi
- Isıl işlem ve soğutma
- Nihai şeklinde buumlkme
Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa
soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde
paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde
uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız
taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız
915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup
genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme
işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri
kullanılır [19]
Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı
soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır
Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış
yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon
ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin
oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma
olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit
daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak
Rb = h 1r
1
r lt 02 iccedilin (44)
Rb = h ( 2
2
rr2
r1
r ge 02 iccedilin (45)
eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden
buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik
gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin
34
kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise
elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda
malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma
yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir
Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak
hesaplanabilir [21]
Pb = b
ccedil2
W
hb (46)
Pb= 2
tan
2hR2
hb b
b
a
(47)
Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme
kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı
malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir
Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen
aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay
parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi
uumlretimlerde kullanılmaktadır
423 Gererek Şekil Verme
Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler
Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca
bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin
gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen
oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır
Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri
goumlsterilmektedir
35
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik
oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]
Alaşım
Ccedilekme Mukavemeti
(MPa) (a)
Akma Mukavemeti
(MPa) (b)
Şekillendirme Aralığı
(c = a - b)
Uzama
(50 mm)
Gerilebilirlik Oranı
7075-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
331 138 193 19 100
2024-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
317 124 193 20 98
2024-T3 441 303 138 18 95
6061-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
241 145 96 22 90
7075-0 221 97 124 17 80
2024-0 186 76 110 19 80
6061-0 124 55 69 22 75
3003-0 110 41 69 30 75
1100-0 90 35 55 35 70
7075-T6 524 462 62 11 10
Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi
biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG
derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de
incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)
arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]
GBO = hG IG (48)
Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen
yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır
Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde
bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk
36
tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk
suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]
Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında
panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır
Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber
kullanılırlar
424 Haddeleme
Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak
isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir
Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken
merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine
goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin
haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır
Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık
yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde
duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln
ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun
mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı
malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar
Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel
prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu
merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile
kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir
Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm
2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr
37
Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı
uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı
azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu
buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın
ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml
yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil
yuumlkselir
Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]
Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan
kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı
merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır
Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar
kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler
kullanılarak elde edilebilir
Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters
youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki
metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle
birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında
da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise
deride iz bırakmaya başlar
Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya
zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki
merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila
38
goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar
pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz
olması sağlanır (Şekil 47)
Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]
Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]
Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane
denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)
merdane denir (Şekil 48)
39
Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]
Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde
abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr
Bombe iki şekilde elde edilir
1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)
2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)
Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu
da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı
kullanılarak kontrol edilir
Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde
goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo
yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)
Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]
Pozitif Bombe Negatif Bombe
a) b) c)
40
Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı
merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile
rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ
kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş
merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4
katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek
merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir
Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi
(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri
yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş
merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6
katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da
kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı
oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)
Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]
Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak
Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)
Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve
sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-
grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir
Şekil 411 2‟li Grup Hadde
[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde
[22]
a) b)
41
Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile
sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin
haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme
kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen
tavlama işlemi ile kaldırılabilir
Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer
değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara
goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına
ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık
kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir
Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına
giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)
Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]
Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak
zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması
anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse
haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane
hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda
haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla
girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında
42
ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu
noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu
noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya
ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar
Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil
silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı
kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı
beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve
uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki
metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar
sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete
tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok
dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket
ederek fıccedilı şeklini oluşturur
Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş
merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı
akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)
Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]
Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki
kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla
ezme verir
Metal merdanelerden
hızlı
Metal merdanelerden
yavaş
Kısıtlı Akış
Boumllgeleri
43
Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki
etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da
dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış
boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını
belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı
Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği
biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile
sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste
binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin
daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve
merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla
suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha
fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme
yapılamaz
Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]
425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri
Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde
geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme
ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme
patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik
şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla
şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak
verilebilir [19]
44
Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı
bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum
alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de
birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi
Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA
Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme
ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde
kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik
ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği
uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar
otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil
416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır
Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka
stop lambasının yatağının yapımı [19]
Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi
aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen
ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de
dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum
45
alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden
tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı
iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme
vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme
şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı
suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması
esasına dayanır (Şekil 417)
Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi
[19]
Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların
şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın
temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve
hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında
yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte
şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde
kullanılmaktadır
Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay
araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji
46
şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla
şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır
Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji
şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu
olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra
işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve
duumlşuumlk maliyet elde edilir
43 Şekillendirme Hataları
431 Eğme Hataları
Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme
ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız
eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım
ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği
boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki
deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka
zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak
iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı
duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa
kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir
İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar
oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek
deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi
ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak
deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll
edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki
deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek
giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle
kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir
Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu
operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik
eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan
47
ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı
tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC
lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-
eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır
Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri
yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının
geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir
Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)
uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]
K = ru
u
r
r =
2r
2r
0r i
0 i
s
s
(49)
432 Derin Ccedilekme Hataları
Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri
ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha
oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri
bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla
parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna
rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme
problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve
kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki
grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]
Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın
tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta
buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar
olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]
Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına
uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul
uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı
olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur
ve hatadan bahsedilmektedir
48
4321 Kulaklanma
Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin
ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen
kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti
ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir
Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse
de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne
goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz
edilmektedir [516]
a) 00 90
0 Kulaklanma
b) 450 Kulaklanma
Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim
kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik
karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında
goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml
tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve
miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve
buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]
Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir
sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki
anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem
basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak
anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik
yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]
Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak
uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi
gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise
kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından
uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey
anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin
bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir
49
Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n
m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır
diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon
sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek
ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil
değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini
artırdığını savunmaktadırlar [25]
Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)
ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde
∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel
nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde
ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr
teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak
prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır
Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]
50
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml
Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra
oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi
portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile
uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de
etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya
ccedilıkmaktadır [5]
Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı
olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara
yol accedilmaktadır [23]
Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu
deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak
bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların
uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]
Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda
yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey
puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]
4323 Luumlders Ccedilizgileri
Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders
ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey
puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon
meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin
maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde
ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek
yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir
dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan
gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde
ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği
istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]
51
4324 Looper Ccedilizgileri
Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin
ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak
tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan
deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı
duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav
esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde
uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki
kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize
olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı
duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]
4325 Kırışmalar
Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması
kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası
mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya
malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı
ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]
4326 Ccedilatlamalar
Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik
yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme
oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması
sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama
işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu
tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan
bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol
accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli
malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]
Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen
kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı
koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya
ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme
konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]
52
Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da
goumlruumllmektedir
Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]
a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma
d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)
Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme
433 Gererek Şekillendirme Hataları
Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş
kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr
bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten
ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında
gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme
işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir
Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında
goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek
kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki
boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı
araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan
53
deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla
ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına
rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde
goumlruumlluumlr [21]
44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)
441 Genel Bilgi
Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten
(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım
alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil
bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin
başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]
1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine
yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme
kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve
aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır
deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen
bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler
Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]
Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi
iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel
54
olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki
ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil
421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı
metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki
şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir
Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]
Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına
(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir
Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih
edilmektedir
55
Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme
sınır diyagramı [28]
Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz
ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya
konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır
Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt
okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır
diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar
guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul
edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten
bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır
Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu
kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml
olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve
kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar
Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0
boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme
işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0
boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı
test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test
tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her
iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve
Şekillendirme Sınır Diyagramı
56
sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna
varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır
a) Duumlzlemsel test metodları
b) Duumlzlem-dışı test metodları
Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme
eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır
Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk
karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini
bulmuşlardır
Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır
a Zımbada germe
b Duumlzlemde germe
c Hidrolik şişirme
Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı
kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme
oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar
oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri
oumllccediluumllerek tespit edilir
Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir
zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada
germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır
diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler
Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir
Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede
kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun
başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon
dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon
sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum
deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve
deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek
şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu
57
gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh
hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle
elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]
Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha
geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi
canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme
sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum
muumlkemmeldir
Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı
deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin
şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği
ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı
kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi
kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu
goumlruumllmuumlştuumlr
Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve
malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil
olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli
deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği
ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve
duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde
edilmektedir
Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların
şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve
162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini
yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan
malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan
Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin
yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe
işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]
58
Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]
Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının
şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm
ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102
mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır
Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba
yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit
ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]
Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba
yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]
59
Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının
yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)
5052
0
50
100
150
200
250
300
350
400
SERT 260 290 320 350 375 400 425 450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
5182
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
SERT
220
240
260
290
320
350
375
400
425
450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]
Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş
malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve
şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen
hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha
iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]
60
442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi
Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde
edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki
tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta
şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı
boumllgeleri goumlstermektedir
Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla
vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en
kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik
doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı
derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi
derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta
boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr
4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları
Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil
değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik
youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde
iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her
iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir
Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal
yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine
etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır
Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
61
Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması
sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne
yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya
değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur
Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı
olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan
sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu
elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş
ccediloumlzelti ile yıkanır
Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal
şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı
metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu
gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile
sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk
şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet
verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca
tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal
istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve
deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması
sağlanır
Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının
birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir
Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas
etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips
62
şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile
goumlsterilir
Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen
dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk
kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]
A B
C D
E F
63
4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml
Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki
elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)
A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe
Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]
Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ
yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere
sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye
kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik
olarak tespit edilirler (Şekil 430)
Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm
duumlzeneği [28]
Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk
değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips
a) b
64
formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları
hesaplanır
MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(410)
Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(411)
MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]
Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile
plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu
gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye
kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin
boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu
daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep
aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir
Minimum
Eksen
Maksimum
Eksen
65
45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği
Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift
eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında
tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek
incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil
değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en
kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil
değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli
yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı
Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı
anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla
kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil
değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]
Zdd
d
(412)
gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme
oranının
(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin
başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
nZd (413)
Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill
anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana
ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen
tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin
kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini
66
goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi
genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır
Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]
4512 Boumllgesel kararsızlık
Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil
değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı
amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı
(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini
kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon
sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir
Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere
edilir
Zd
d
(414)
Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil
değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
= nZ (415)
Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın
bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır
67
Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması
gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil
425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir
Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe
şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill
boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu
boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz
4521 Kararsızlığa dayalı kriter
İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme
yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu
yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı
yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda
malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin
boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter
Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma
arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki
sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği
kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal
şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını
accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme
gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln
bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil
değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil
verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori
buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı
uygulanması guumlccediltuumlr
McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden
tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre
inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme
68
deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın
mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak
homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel
kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir
Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya
goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde
oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin
inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon
boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir
Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir
(1+α)σ12=Kcr (416)
Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile
ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma
kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır
Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın
meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik
gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini
goumlstermektedir
f
0
1 Cd (417)
Şekil-13
Haddelemeden sonra
tabakalar
69
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler
Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter
Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve
5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal
kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan
testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -
Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659
Alaşım
5052
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -
Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182
Alaşım
52 Kullanılan Cihazlar
Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak
amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri
metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan
numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers
ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir
Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık
mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM
E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test
edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler
ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test
cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test
duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal
grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo
marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme
70
sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri
JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve
inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır
521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği
Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme
test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas
alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode
goumlsterilmektedir
Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]
Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
71
Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar
ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise
50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)
Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
53 Deneylerin Yapılışı
Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan
numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir
(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak
metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm
mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel
koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses
sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve
R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin
bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır
diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın
sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin
yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile
kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme
cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum
ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel
ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
72
numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS
yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır
531 Metalografik İnceleme
Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme
rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite
alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile
parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm
yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm
yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki
yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu
tespit edilmiştir
a)
b)
Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)
a) 5052 b) 5182
73
Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182
alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası
daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode
goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik
yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir
a)
b)
Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182
Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen
mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine
yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur
74
a)
b)
Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182
İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini
belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır
Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar
elde edilmiştir
75
a)
b)
Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane
yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu
sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış
yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin
artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182
alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden
başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca
76
değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma
farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl
işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden
kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları
incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin
350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410
0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda
tavlanmasına karar verilmiştir [29]
Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki
mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir
a) b)
Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
a) b)
Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
77
5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken
kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede
kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti
Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri
hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin
alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir
Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir
Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla
dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle
meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı
izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri
Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir
78
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25 30
Uzama ()
Mu
kavem
et
(MP
a) 5182
5052
Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri
1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış
numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
verilmiştir
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
350C4sa
tavlı0
1040 9157 19833 2054 027 068
9022 19683 2307 027 060
1035 9097 19785 1767 027 061
9251 20047 1777 027 059
350C4sa
tavlı45 1035
8612 19053 2245 027 068
8774 19273 2414 027 067
8628 19178 2353 027 059
8662 19010 2142 027 065
350C4sa 90
1045 8755 18750 2216 027 060
8712 18723 2117 027 058
1050 8865 18876 2235 027 059
8875 18917 2118 027 054
79
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
410C4sa
tavlı0
1030 16502 29525 2255 026 060
1030 16222 29266 2108 026 061
1035 16080 29483 2256 027 060
1040 16021 29217 2331 026 059
410C4sa
tavlı45
1040 15588 28651 2529 027 108
1040 15505 28759 2458 027 112
1040 15408 28890 2385 028 116
1045 15379 28617 2449 027 122
1040 16036 28817 2138 026 093
1035 16052 29175 2383 025 108
1040 16082 29183 2418 026 098
410C4sa
tavlı90
1045 16366 29412 1997 026 073
1045 15965 28992 2166 026 066
1040 16086 29246 2223 026 073
1045 16053 29110 1867 027 080
Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum
miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila
44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum
alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik
accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir
fark tespit edilememiştir
Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n
değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır
4
n2nnn 45900 (51)
Burada
n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri
5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde
edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm
80
kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna
getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin
n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak
hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark
goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n
değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform
şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir
Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin
kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu
belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik
bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey
anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde
farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey
anizotropi katsayısının ortalaması
4
R2RRR 45900 (52)
şeklinde tanımlanır
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır
R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir
[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin
bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi
katsayısı (ΔR)
2
R2RRR 45900 (53)
bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden
hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de
bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur
81
Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi
katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm
kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları
[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode
karşılaştırma amacı ile verilmiştir
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri
sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney
sonuccedillarının [30] karşılaştırılması
Mg a
(MPa) ccedil
(MPa)
Uzama
(ort)
R0
(ort) R45
(ort) R90
(ort) R ΔR
5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005
5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042
5182-
DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030
5754-
DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026
Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında
5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir
İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı
malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı
malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir
malzemedir diyebiliriz
Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri
(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu
malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması
anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha
az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle
derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını
goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha
homojen olarak plastik deformasyona uğrar
82
Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)
miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve
duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma
davranışının arttığı goumlruumllmektedir
İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha
doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC
ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile
doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop
bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş
5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik
doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir
malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine
sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki
malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında
450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir
Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC
tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı
malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil
512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin
ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır
-042-030
-005
-026
087
069063062
-06
-04
-02
0
02
04
06
08
1
5052 5754-DC 5182-DC 5182
Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182
aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum
alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması
R
R
83
533 Erichsen Derinliği Tesbiti
Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini
tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki
numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve
bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve
deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden
ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları
ALAŞIM Sıkıştırma
Kuvveti (kN)
Bilya Ccedilapı
(mm)
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
Genel
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
5052 10 10
94
asymp 95 95
95
5182 10 10
95
asymp 97 97
98
Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri
94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir
Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde
bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine
sahip olduğu soumlylenebilir
84
534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları
ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak
grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar
destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine
tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen
dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir
Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel
ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları
a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)
Numune1 34 100 5 150
Numune2 34 100 10 150
Numune3 34 100 15 150
Numune4 34 100 30 150
Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk
eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen
deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir
ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli
numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye
birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir
c
a
b
d c
b) a)
85
Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik
şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle
yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı
geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir
a)
b)
Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052
Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup
100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise
65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan
86
70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri
verilmektedir
a)
b)
Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052
Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre
hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak
goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında
ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile
sınır eğrileri elde edilmiştir
87
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme
noktasıdır
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
88
Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182
alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte
verilmiştir
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
5052 5182
Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır
Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme
işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır
diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma
boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları
karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre
kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri
5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil
etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden
daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli
boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda
elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme
performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır
89
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 0 10 20 30 40
e2
e1
5182TRC 5182DC
Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme
Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182
alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda
goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182
alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli
eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen
ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi
ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı
goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra
germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri
goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp
geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir
90
535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi
Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma
karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik
intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma
yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma
yuumlzeyleri goumlsterilmektedir
Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)
Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)
91
Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik
goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde
youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden
suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila
goumlruumllmektedir
Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)
Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)
92
İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi
yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek
ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır
(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına
rastlanmıştır
a) b)
c) d)
e)
Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X
93
Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2
Silisyum Ka1 Demir Ka1
94
Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum
Ka1_2
Silisyum
Ka1 Demir Ka1
95
Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası
Aluumlminyum
Magnezyum Silisyum
Oksijen Demir
96
6 GENEL SONUCcedilLAR
Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki
aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin
incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir
1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme
mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum
alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha
yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından
incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir
2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı
segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı
segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan
ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir
3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen
ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer
almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen
aynıdır
4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon
sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr
5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında
5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının
Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir
6 Uumlccedil youmlnluuml (0045
0 90
0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen
R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450
youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak
şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı
97
malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği
(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk
olduğu ( R =062) tespit edilmiştir
7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri
arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182
alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir
8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize
eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma
yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg
inkluumlzyonlarına rastlanmıştır
9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları
Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha
yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin
daha iyi olduğu tespit edilmiştir
98
KAYNAKLAR
[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve
Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul
[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum
Products JOM 21-25
[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys
Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123
[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve
5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans
Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin
ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine
etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya
[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum
[7] httpwwwforesightproductionscom
[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications
Edimet Brescia
[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM
[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent
No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom
[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[12] httpwwwfosecocom
[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul
[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology
99
[15] Vangala P Smith D Duvvuri R Romanowski CA 1992 The Influence of
Casting Gauge on the Hunter Roll Casting Process Melt Spinning and
Strip Casting
[16] Kayalı ES Ensari C 1995 Metallere Plastik Şekil Verme İlke ve
Uygulamaları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi Bilim Teknik
Yayınevi İstanbul
[17] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (I)
Aluminium 670 ndash 675
[18] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (II)
Aluminium 701 ndash 709
[19] ASM Speciality Handbook Aluminum and Aluminum Alloys Fabrication and
Finishing of Aluminum Alloys ASM International 231 ndash 246
[20] Sheet Metal Working Presentation Internet Search Results
[21] Okumuş E 2000 Saccedil Şekillendirme Hataları Hasar Analizi Yuumlksek Lisans
Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi İstanbul
[22] Gibson GC Smith H 1964 The principles of aluminium rolling The
British Aluminium Company Limited Bainsford Falkirk
Stirlingshire
[23] Dieter GE 1981 Mechanical Metallurgy Mc Graw-Hill Tokyo
[24] Birol Y Duumlndar M Romanowski CA 2002 Twin-Roll Cast 5000 Series
Aluminum Sheet For Automotive Applications
[25] Ccedilimenoğlu H Kayalı Es 1984 aluumlminyum Alaşımlarının
Şekillendirilebilirliğini Etkileyen Faktoumlrler II Uluslararası
Aluumlminyum Sanayii Kongresi Seydişehir
[26] Yazıcı E 1987 Aluumlminyumda tane boyutunun deformasyon davranışına etkisi
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[27] Unknown Forming Limit Diagrams and Failure Mechanism for Low and High
Carbon Steels Middle East Technical University
[28] Manthey DW The Need for Surface Strain Measurement Metal forming
Magazine Metalforming Online
100
[29] Duumlndar M 2001 5000 Serisi Laboratuar Ccedilalışmaları Assan Aluumlminyum
[30] Slamova M 2002 Continuous casting technologies for production of
aluminium alloy sheets for transportation applications Research
Report
[31] Haberfield AB Boyles MW 1973 Laboratory Determined Forming Limit
Diagrams Sheet Metal Industries 400 ndash 405
[32] Lectroetch Metal Marking Systems Originators of Electrochemical Marking
Catalog 696 httpwwwlectroetchcom
101
EKA
Tablo A1 5052 ve 5182 alaşımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm değerleri
5052 5182
Maks BŞD Min BŞD Maks BŞD Min BŞD
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2075471698 -1886792453 1886792453 0
1698113208 -1886792453 1698113208 -1886792453
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2075471698 -3773584906 2075471698 -1886792453
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -3773584906 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -3773584906
2452830189 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2264150943 2264150943 2452830189 2641509434
2452830189 2452830189 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2311320755 2311320755 2754716981 2641509434
2830188679 1698113208 2528301887 1698113208
2830188679 1698113208 2679245283 1698113208
2830188679 1698113208 2641509434 1698113208
2830188679 1320754717 2452830189 1698113208
2830188679 1509433962 2641509434 1509433962
2830188679 1698113208 2452830189 1698113208
2264150943 1698113208
2641509434 1698113208
2641509434 2075471698
2641509434 1698113208
102
OumlZGECcedilMİŞ
15 Eyluumll 1975 yılında Karabuumlkrsquode doğdu İlk ve orta tahsili aynı ilde tamamladıktan
sonra lise tahsilini İstanbulrsquoda tamamladı 1993 yılında İTUuml Kimya-Metalurji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliği boumlluumlmuumlnde bir yıl hazırlık
devresinden sonra lisans eğitimime başladı Lisans oumlğrenimini bitirdiği 1998
senesinde hem İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğirsquonde
hem de ASSAN Aluumlminyumrsquoda ccedilalışmaya başladı 2002 yılında askere gidip
geldikten sonra aynı firmada Levha Değerlendirme Youmlneticisi olarak goumlrev
yapmaktadır
v
KISALTMALAR
TRC Ġkiz Merdane Doumlkuumlm Teknolojisi
HF Hidroflorik Asit
ŞSD ġekillendirme Sınır Diyagramı
SEM Taramalı Elektron Mikroskobu
EDS Enerji Saccedilınım Spektrometresi
AA Amerikan Aluumlminyum Birliği
DIN Alman Standartlar Enstituumlsuuml
ASTM Amerikan Malzeme ve Test Derneği
TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml
MHS Merkez Hattı Segregasyonu
RADAR Radio Detection and Ranging
MPa Mega Pascal
N Newton
ABD Amerika BirleĢik Devletleri
DC Direkt (Geleneksel) Doumlkuumlm
vi
TABLO LİSTESİ
Sayfa No
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması
80
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları
82
Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83
vii
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 21
Şekil 22
Şekil 23
Şekil 31
Şekil 32
Şekil 33
Şekil 34
Şekil 35
Şekil 41
Şekil 42
Şekil 43
Şekil 44
Şekil 45
Şekil 46
Şekil 47
Şekil 48
Şekil 49
Şekil 410
Şekil 411
Şekil 412
Şekil 413
Şekil 414
Şekil 415
Şekil 416
Şekil 417
Şekil 418
Şekil 419
Şekil 420
Şekil 421
Şekil 422
Şekil 423
Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi
Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri
Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının
tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı
Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml
Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması
TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması
TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği
TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi
Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek
Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme
durumu
Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik
goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi
Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi
Merdane bombelerinin goumlsterimi
2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde
a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi
2rsquoli Grup Hadde
3rsquoluuml grup Hadde
Haddeleme teorisi goumlsterimi
Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri
Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi
Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0
alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı
Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme
tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi
∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu
Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler
Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede
sınır deformasyonlar
ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır
eğrisi
Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı
228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen
Ģekillendirme diyagramı
11
11
14
15
16
20
21
22
28
29
32
36
37
38
38
39
39
40
40
40
41
42
43
44
45
49
52
53
54
55
58
viii
Şekil 424
Şekil 425
Şekil 426
Şekil 427
Şekil 428
Şekil 429
Şekil 430
Şekil 431
Şekil 432
Şekil 51
Şekil 52
Şekil 53
Şekil 54
Şekil 55
Şekil 56
Şekil 57
Şekil 58
Şekil 59
Şekil 510
Şekil 511
Şekil 512
Şekil 513
Şekil 514
Şekil 515
Şekil 516
Şekil 517
Şekil 518
Şekil 519
Şekil 520
Şekil 521
Şekil 522
Şekil 523
Şekil 524
Şekil 525
Şekil 526
Şekil 527
2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe
yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi
5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme
davranıĢları
Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Ağ yapısı oumlrnekleri
Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları
a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik
ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği
ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması
gereken eksenler
Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri
Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği
Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro
fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml
Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde
edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182
1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri
1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile
doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm
youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının
anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması
a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile
birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm
5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı
5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı
TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının
ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması
5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum
alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım
haritası
58
59
60
61
62 63
63
64
66
70
70
71
72
73
74
75
76
76
77
78
82
84
85
86
87
87
88
89
90
90
91
91
92
93
94
95
ix
SEMBOL LİSTESİ
Al Aluumlminyum
Mg Magnezyum
Si Silisyum
Zn Ccedilinko
Mn Mangan
Be Berilyum
Ti Titanyum
μ Mikron 0C Derece Celcius
Tm Ergime Sıcaklığı
dak Dakika
sa h Saat
MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme
MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme
kV Kilovolt
σccedil Ccedilekme Mukavemeti
σa Akma Mukavemeti
e Muumlhendislik Uzama
n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml
R Anizotropi Katsayısı
ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı
R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı
K Malzeme Mukavemet Katsayısı
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
x
ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ
5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ
OumlZET
Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden
bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem
kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk
kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde
edilmektedir
Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak
suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer
firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt
olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum
uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm
kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına
sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha
kalitesi uumlzerinde etkilidir
CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm
kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu
5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir
Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası
mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır
Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0
accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa
e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin
ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler
incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir
xi
Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)
alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir
Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde
kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı
goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında
ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir
Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna
rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince
tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki
alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier
etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden
kaynaklanmaktadır
Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır
Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052
alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit
edilmiĢtir
Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek
kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182
alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına
rastlanmıĢtır
Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052
alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir
xii
DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182
ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING
METHOD
SUMMARY
Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum
industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering
discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker
less time and cost
Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which
name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies
improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce
aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to
aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow
solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition
casting thickness speed and tip distance
In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were
produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After
casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at
final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by
continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain
hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water
and very high toughness
For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to
understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the
tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to
determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen
xiii
test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the
fracture surface of the tensile specimens were examined
From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium
alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening
exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy
values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately
no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the
direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain
aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close
each other At the metallographic examinations it was observed that these two
aluminium alloys have center-line segregation At the same time after
homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as
fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope
examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed
ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces
Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic
bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that
5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy
1
1 GİRİŞ
İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807
yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır
İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry
Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında
konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile
ağırlamaktaydı [1]
Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek
guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının
demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya
tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan
bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif
metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha
hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı
iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı
dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak
işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır
Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve
uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına
gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu
duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi
iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim
ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]
İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma
doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer
2
taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve
kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı
goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının
geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada
ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk
lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur
Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)
teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm
kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC
metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar
Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır
İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha
doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum
levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere
sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]
Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum
alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme
Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır
3
2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi
Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler
nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir
Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek
duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv
sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması
aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır
1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-
aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre
Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825
yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum
kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir
[1]
1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400
DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak
uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir
1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T
Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak
kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent
almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente
goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması
Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu
firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir
1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde
4
(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden
uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya
baĢlanmıĢtır
Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları
1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)
1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)
1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı
1893 Sanat Eserlerinde kullanımı
1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi
1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi
1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi
1909 Bira kutularında kullanımı
1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi
1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi
1919 Konserve kutularında kullanımı
1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması
1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı
1931 Suumlt kapaklarında kullanımı
1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması
1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı
1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu
tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz
sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali
5
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri
Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri
buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf
aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde
kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını
sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit
tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı
olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu
nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde
saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan
saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir
Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride
kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır
Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere
sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak
yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak
100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri
aĢağıdaki gibidir
- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo
tuumlr Kuumltlesi
demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve
otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol
oynamaktadır
- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu
istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler
geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle
mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok
yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır
Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr
Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit
olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin
ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği
19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar
6
ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir
alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı
fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo
21rsquode verilmiĢtir
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]
Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg
Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174
Isıl Ġletkenlik (calcm2cm
0C) 052 019 092 027 037
Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10
-6 240 119 167 330 257
Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651
Uzama () 43 48 50
Sertlik (BHN) 19 70 25
- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de
onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve
besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda
kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında
ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla
oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel
nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler
bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı
metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu
durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır
- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda
enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol
accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay
paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır
- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi
iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde
gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın
olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens
civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın
7
yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila
kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar
- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile
aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında
kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve
aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar
- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden
dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum
krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu
metallerin uumlretiminde kullanılır
- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha
ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)
doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme
operasyonlarına tabi tutulabilir
- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak
perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da
yaygındır
- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama
gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama
veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal
elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir
Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada
daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve
mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon
direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten
zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve
duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel
atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı
bulmasını sağlamıĢtır
- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre
buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin
diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere
8
goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer
metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek
olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp
aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir
Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve
alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]
Sektoumlr Oumlnemli kulanım
yerleri Alternatif olduğu malzeme
UlaĢım
Radyatoumlrler Bakırpirinccedil
Motor parccedilaları Doumlkme demir
Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar
UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum
Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler
Trenler Yolcu ve yuumlk
vagonları
Ccedilelik
Deniz
araccedilları
Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik
ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik
Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka
Ambalaj
MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler
Konserve kutuları Tenekecam
Aerosol kutuları Teneke
Folyo Plastikkağıt
Kapaklar Plastikteneke
Elektrik
Ġletkenler
Bakır
Baralar
Transformatoumlr ve
jeneratoumlr
Telefon kablosu
Makine
Yataklar Doumlkuumlm malzemeler
Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik
Hidrolik sistemler
Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik
Tuumlketim
malları
Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır
Diğer
uygulama
Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik
Ziraat aletleri Ccedilelik
Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik
9
Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki
Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]
1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı
2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı
3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı
4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li
AlaĢımları
23 Aluumlminyum Uumlretimi
Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım
accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem
accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer
(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme
goumlstermiĢtir
Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)
sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini
teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle
doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat
demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan
boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım
goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır
En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena
Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum
enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir
Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan
olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum
boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit
(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri
Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir
10
Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit
gibsit oumlrnek olarak verilebilir
Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses
ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten
aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin
Hall-Heroult Prosesirsquo dir
Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit
cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir
Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden
ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile
karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek
sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon
ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve
doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum
oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde
elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan
aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti
oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir
Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)
kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile
karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu
gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım
uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının
altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur
(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından
yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve
hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir
Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1
ton aluumlminyum elde edilir
11
Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]
Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin
uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk
zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji
sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en
modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar
duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr
Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum
(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne
doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı
uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en
alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm
prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik
oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma
etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları
oumlzetlenmektedir
Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]
12
ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm
tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm
tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer
suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett
Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından
yapılmıĢtır
Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil
ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri
esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo
olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden
değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu
oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi
diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını
sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre
120 oranında enerji gerektirmektedir
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]
BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)
TİTANYUM 126000 52000 74000
MAGNEZYUM 90000 2000 88000
DEMİR 4300 1000 3300
BAKIR 13500 1700 11800
ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000
Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken
buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını
1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana
enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki
ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr
1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim
miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir
13
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri
(1000 ton) [8]
YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990
AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911
DOĞU
UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425
KUZEY
AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683
LATĠN AMERĠKA
- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730
ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180
OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492
AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601
TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022
Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim
miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere
paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının
geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu
accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin
hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda
birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa
uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları
goumlsterilmektedir
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum
uumlretimleri (1000 ton) [8]
YIL 1950 1970 1980 1985 1990
1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL
BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540
İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201
İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350
HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145
FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215
İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79
Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve
alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode
goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını
oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme
14
(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır
2580
2100
2064
980
709
645
922
Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme
Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar
Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım
alanına goumlre dağılımı [8]
Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken
GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi
Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya
baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki
kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin
kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler
yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve
BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği
goumlruumllmektedir
Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum
tuumlketimleri (kg) [8]
YIL 1960 1970 1980 1985 1990
JAPONYA 2 112 204 206 309
ALMANYA 72 137 220 238 301
ABD 108 204 258 265 269
ĠTALYA 29 75 141 146 209
FRANSA 49 89 136 123 177
ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111
15
3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ
31 Genel Bilgi
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde
standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk
defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi
desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı
heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan
uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm
teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin
ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter
Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir
Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm
makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan
tipik yerleşim goumlruumllmektedir
Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]
16
Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması
verilmektedir
Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması
Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali
oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak
tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine
belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım
hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken
numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin
ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir
Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır
Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon
deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni
metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından
absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum
alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici
flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz
taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler
Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar
kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal
iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık
kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği
kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve
kolay temizlenebilirliktir [11]
Seramik
Filtre
Gaz Giderme
Uumlntesi
Doumlkuumlm
Makinası
Ergitme Fırını Tutma
Fırını
Tandiş
Ccedilektirme
Merdaneleri
Makas Sarıcı
Akış Youmlnuuml
Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme
17
Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları
alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik
olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum
alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler
(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)
ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası
oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe
gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer
youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses
katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo
uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme
işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve
uumlretim maliyetleri azalır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm
sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan
bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik
mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler
(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki
artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]
Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk
hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm
iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim
aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara
yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi
konularda araştırma yapılmaktadır [11]
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı
bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı
iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek
verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve
yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler
18
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki
ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve
filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin
merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik
malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp
goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı
iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği
ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da
bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle
ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını
sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln
akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle
sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir
mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın
yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm
merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin
yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su
bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]
Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi
merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri
ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini
oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha
uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve
operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya
ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi
merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen
aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı
uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak
verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir
Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir
Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir
19
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]
1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199
1200 1230 1235 1345
3003 3004 3005 3006 3105
5005 5010 5034 5050 5052 5056
5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356
5454 5456 5457 5652 5657
6063
7072
8010 8011 8111 8014
Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane
ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak
veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)
kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane
ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma
kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma
kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın
paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin
etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane
ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı
boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip
tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir
Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm
hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini
artırmaktadır
20
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]
Parametre Etkisi
Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı
Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Merdane Yuumlzey Durumu
Yapışma ile ayırma kuvveti artar
32 Temel Proses Elemanları
Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi
merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir
321 Ergimiş metal beslenmesi
Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik
olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden
kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle
temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]
Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]
21
322 Doumlkuumlm merdane sistemi
Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem
de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin
sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır
Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml
koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu
Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller
(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne
bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal
bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller
geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]
Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]
Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan
ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile
bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller
mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik
mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır
Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik
oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar
termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun
katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir
bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan
malzemelerdir [11]
22
323 Doumlkuumlm boumllgesi
Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm
tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır
Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken
Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa
inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre
olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede
gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi
katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu
olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel
modeller geliştirilmiştir
Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi
suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı
kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi
uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu
parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve
ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle
sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal
temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası
ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda
pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen
23
termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun
şeccedililmelidir
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak
haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı
geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların
mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve
deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik
partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum
levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı
(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin
tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada
kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin
bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek
olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda
bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır
Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da
hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]
5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil
yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları
incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki
ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı
magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav
esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4
Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe
ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur
Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme
eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur
24
005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında
bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet
verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin
oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin
doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek
Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si
bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği
beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir
rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli
değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok
nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn
bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve
suumlnekliğini duumlşuumlruumlr
Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu
goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-
Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak
dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin
bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]
Kimyasal
formuumll
Kristal
yapı
Yoğunluk
(gcm3)
Ergime veya peritectic
sıcaklığı (OC)
(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451
(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)
(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462
25
34 Katılaşma mekanizması
Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci
aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak
katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve
levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve
yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise
metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar
ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır
Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik
partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde
yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane
yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda
enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur
35 Doumlkuumlm hataları
Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır
Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu
tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı
izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında
tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]
26
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
41 Genel Bilgi
Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde
şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile
birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil
eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir
[5]
Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma
uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım
şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır
Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem
değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır
Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform
olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila
geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve
deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce
daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak
goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]
Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)
Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve
işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun
bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2
f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı
buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)
27
f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu
deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)
şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]
Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli
bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların
hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya
benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda
oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir
duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir
Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini
getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki
bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde
karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer
etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun
seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba
tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir
Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan
sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve
presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla
değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme
mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında
bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan
kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin
şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi
gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme
işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu
malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte
kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir
28
42 Şekillendirme Ccedileşitleri
421 Derin Ccedilekme
Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi
olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler
goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla
bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]
Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline
ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma
kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek
kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır
Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp
yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı
kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin
ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]
Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır
Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde
edilmesidir
Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]
Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır
Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı
(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]
29
DCcedilOS D0Dz max (42)
Yukarıdaki eşitlikte
D0 Maksimum taslak ccedilapı
Dz Zımba ccedilapı
İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu
oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu
belirtilmektedir [26]
Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı
gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır
Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]
Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca
zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık
bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki
eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal
olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi
D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel
olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır
Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır
Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar
olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma
işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile
kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir
miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme
30
gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış
olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz
kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini
azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli
oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması
istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk
tutulmalıdır
Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana
gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme
kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana
kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı
plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca
suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının
yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem
ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme
kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına
doğru başlamaktadır [516]
Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına
uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir
Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu
boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim
şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik
şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar
oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir
Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak
disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin
ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba
ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik
sınırı vardır
Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan
tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]
RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)
31
Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme
parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı
yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden
etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde
ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak
verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen
derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da
aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme
kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini
ortaya ccedilıkarmaktadır
Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi
mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir
Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan
sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma
eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile
ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı
teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama
dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen
diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90
ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin
ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit
edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır
Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından
yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler
Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda
suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve
geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık
uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum
alaşımlarıdır [19]
Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil
vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz
konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon
sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir
32
Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta
sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve
Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]
422 Buumlkme
Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal
şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz
haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet
uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz
borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme
youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde
kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları
kullanılır
Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip
aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar
aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-
otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri
ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından
istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur
Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan
1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem
goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum
alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme
33
esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi
tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir
metod aşağıda verilmiştir
- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi
- Isıl işlem ve soğutma
- Nihai şeklinde buumlkme
Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa
soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde
paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde
uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız
taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız
915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup
genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme
işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri
kullanılır [19]
Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı
soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır
Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış
yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon
ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin
oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma
olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit
daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak
Rb = h 1r
1
r lt 02 iccedilin (44)
Rb = h ( 2
2
rr2
r1
r ge 02 iccedilin (45)
eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden
buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik
gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin
34
kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise
elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda
malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma
yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir
Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak
hesaplanabilir [21]
Pb = b
ccedil2
W
hb (46)
Pb= 2
tan
2hR2
hb b
b
a
(47)
Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme
kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı
malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir
Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen
aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay
parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi
uumlretimlerde kullanılmaktadır
423 Gererek Şekil Verme
Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler
Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca
bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin
gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen
oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır
Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri
goumlsterilmektedir
35
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik
oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]
Alaşım
Ccedilekme Mukavemeti
(MPa) (a)
Akma Mukavemeti
(MPa) (b)
Şekillendirme Aralığı
(c = a - b)
Uzama
(50 mm)
Gerilebilirlik Oranı
7075-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
331 138 193 19 100
2024-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
317 124 193 20 98
2024-T3 441 303 138 18 95
6061-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
241 145 96 22 90
7075-0 221 97 124 17 80
2024-0 186 76 110 19 80
6061-0 124 55 69 22 75
3003-0 110 41 69 30 75
1100-0 90 35 55 35 70
7075-T6 524 462 62 11 10
Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi
biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG
derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de
incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)
arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]
GBO = hG IG (48)
Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen
yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır
Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde
bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk
36
tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk
suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]
Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında
panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır
Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber
kullanılırlar
424 Haddeleme
Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak
isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir
Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken
merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine
goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin
haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır
Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık
yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde
duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln
ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun
mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı
malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar
Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel
prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu
merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile
kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir
Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm
2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr
37
Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı
uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı
azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu
buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın
ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml
yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil
yuumlkselir
Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]
Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan
kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı
merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır
Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar
kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler
kullanılarak elde edilebilir
Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters
youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki
metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle
birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında
da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise
deride iz bırakmaya başlar
Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya
zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki
merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila
38
goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar
pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz
olması sağlanır (Şekil 47)
Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]
Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]
Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane
denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)
merdane denir (Şekil 48)
39
Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]
Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde
abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr
Bombe iki şekilde elde edilir
1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)
2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)
Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu
da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı
kullanılarak kontrol edilir
Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde
goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo
yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)
Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]
Pozitif Bombe Negatif Bombe
a) b) c)
40
Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı
merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile
rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ
kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş
merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4
katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek
merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir
Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi
(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri
yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş
merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6
katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da
kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı
oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)
Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]
Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak
Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)
Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve
sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-
grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir
Şekil 411 2‟li Grup Hadde
[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde
[22]
a) b)
41
Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile
sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin
haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme
kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen
tavlama işlemi ile kaldırılabilir
Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer
değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara
goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına
ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık
kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir
Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına
giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)
Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]
Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak
zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması
anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse
haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane
hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda
haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla
girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında
42
ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu
noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu
noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya
ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar
Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil
silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı
kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı
beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve
uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki
metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar
sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete
tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok
dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket
ederek fıccedilı şeklini oluşturur
Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş
merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı
akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)
Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]
Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki
kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla
ezme verir
Metal merdanelerden
hızlı
Metal merdanelerden
yavaş
Kısıtlı Akış
Boumllgeleri
43
Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki
etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da
dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış
boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını
belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı
Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği
biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile
sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste
binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin
daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve
merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla
suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha
fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme
yapılamaz
Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]
425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri
Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde
geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme
ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme
patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik
şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla
şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak
verilebilir [19]
44
Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı
bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum
alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de
birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi
Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA
Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme
ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde
kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik
ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği
uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar
otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil
416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır
Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka
stop lambasının yatağının yapımı [19]
Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi
aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen
ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de
dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum
45
alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden
tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı
iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme
vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme
şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı
suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması
esasına dayanır (Şekil 417)
Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi
[19]
Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların
şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın
temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve
hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında
yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte
şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde
kullanılmaktadır
Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay
araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji
46
şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla
şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır
Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji
şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu
olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra
işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve
duumlşuumlk maliyet elde edilir
43 Şekillendirme Hataları
431 Eğme Hataları
Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme
ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız
eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım
ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği
boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki
deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka
zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak
iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı
duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa
kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir
İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar
oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek
deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi
ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak
deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll
edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki
deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek
giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle
kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir
Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu
operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik
eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan
47
ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı
tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC
lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-
eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır
Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri
yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının
geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir
Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)
uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]
K = ru
u
r
r =
2r
2r
0r i
0 i
s
s
(49)
432 Derin Ccedilekme Hataları
Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri
ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha
oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri
bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla
parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna
rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme
problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve
kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki
grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]
Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın
tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta
buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar
olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]
Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına
uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul
uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı
olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur
ve hatadan bahsedilmektedir
48
4321 Kulaklanma
Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin
ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen
kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti
ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir
Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse
de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne
goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz
edilmektedir [516]
a) 00 90
0 Kulaklanma
b) 450 Kulaklanma
Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim
kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik
karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında
goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml
tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve
miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve
buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]
Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir
sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki
anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem
basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak
anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik
yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]
Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak
uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi
gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise
kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından
uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey
anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin
bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir
49
Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n
m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır
diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon
sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek
ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil
değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini
artırdığını savunmaktadırlar [25]
Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)
ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde
∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel
nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde
ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr
teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak
prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır
Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]
50
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml
Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra
oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi
portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile
uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de
etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya
ccedilıkmaktadır [5]
Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı
olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara
yol accedilmaktadır [23]
Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu
deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak
bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların
uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]
Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda
yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey
puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]
4323 Luumlders Ccedilizgileri
Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders
ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey
puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon
meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin
maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde
ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek
yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir
dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan
gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde
ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği
istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]
51
4324 Looper Ccedilizgileri
Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin
ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak
tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan
deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı
duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav
esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde
uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki
kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize
olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı
duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]
4325 Kırışmalar
Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması
kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası
mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya
malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı
ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]
4326 Ccedilatlamalar
Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik
yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme
oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması
sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama
işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu
tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan
bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol
accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli
malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]
Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen
kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı
koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya
ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme
konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]
52
Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da
goumlruumllmektedir
Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]
a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma
d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)
Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme
433 Gererek Şekillendirme Hataları
Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş
kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr
bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten
ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında
gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme
işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir
Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında
goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek
kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki
boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı
araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan
53
deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla
ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına
rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde
goumlruumlluumlr [21]
44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)
441 Genel Bilgi
Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten
(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım
alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil
bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin
başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]
1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine
yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme
kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve
aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır
deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen
bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler
Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]
Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi
iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel
54
olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki
ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil
421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı
metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki
şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir
Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]
Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına
(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir
Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih
edilmektedir
55
Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme
sınır diyagramı [28]
Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz
ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya
konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır
Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt
okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır
diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar
guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul
edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten
bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır
Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu
kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml
olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve
kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar
Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0
boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme
işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0
boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı
test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test
tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her
iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve
Şekillendirme Sınır Diyagramı
56
sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna
varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır
a) Duumlzlemsel test metodları
b) Duumlzlem-dışı test metodları
Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme
eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır
Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk
karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini
bulmuşlardır
Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır
a Zımbada germe
b Duumlzlemde germe
c Hidrolik şişirme
Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı
kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme
oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar
oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri
oumllccediluumllerek tespit edilir
Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir
zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada
germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır
diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler
Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir
Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede
kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun
başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon
dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon
sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum
deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve
deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek
şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu
57
gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh
hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle
elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]
Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha
geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi
canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme
sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum
muumlkemmeldir
Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı
deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin
şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği
ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı
kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi
kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu
goumlruumllmuumlştuumlr
Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve
malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil
olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli
deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği
ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve
duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde
edilmektedir
Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların
şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve
162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini
yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan
malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan
Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin
yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe
işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]
58
Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]
Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının
şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm
ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102
mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır
Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba
yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit
ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]
Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba
yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]
59
Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının
yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)
5052
0
50
100
150
200
250
300
350
400
SERT 260 290 320 350 375 400 425 450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
5182
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
SERT
220
240
260
290
320
350
375
400
425
450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]
Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş
malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve
şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen
hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha
iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]
60
442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi
Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde
edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki
tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta
şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı
boumllgeleri goumlstermektedir
Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla
vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en
kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik
doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı
derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi
derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta
boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr
4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları
Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil
değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik
youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde
iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her
iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir
Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal
yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine
etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır
Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
61
Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması
sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne
yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya
değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur
Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı
olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan
sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu
elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş
ccediloumlzelti ile yıkanır
Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal
şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı
metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu
gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile
sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk
şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet
verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca
tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal
istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve
deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması
sağlanır
Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının
birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir
Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas
etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips
62
şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile
goumlsterilir
Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen
dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk
kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]
A B
C D
E F
63
4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml
Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki
elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)
A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe
Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]
Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ
yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere
sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye
kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik
olarak tespit edilirler (Şekil 430)
Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm
duumlzeneği [28]
Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk
değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips
a) b
64
formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları
hesaplanır
MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(410)
Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(411)
MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]
Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile
plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu
gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye
kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin
boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu
daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep
aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir
Minimum
Eksen
Maksimum
Eksen
65
45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği
Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift
eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında
tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek
incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil
değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en
kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil
değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli
yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı
Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı
anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla
kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil
değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]
Zdd
d
(412)
gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme
oranının
(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin
başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
nZd (413)
Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill
anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana
ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen
tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin
kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini
66
goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi
genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır
Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]
4512 Boumllgesel kararsızlık
Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil
değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı
amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı
(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini
kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon
sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir
Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere
edilir
Zd
d
(414)
Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil
değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
= nZ (415)
Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın
bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır
67
Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması
gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil
425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir
Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe
şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill
boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu
boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz
4521 Kararsızlığa dayalı kriter
İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme
yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu
yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı
yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda
malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin
boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter
Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma
arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki
sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği
kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal
şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını
accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme
gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln
bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil
değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil
verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori
buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı
uygulanması guumlccediltuumlr
McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden
tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre
inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme
68
deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın
mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak
homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel
kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir
Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya
goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde
oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin
inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon
boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir
Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir
(1+α)σ12=Kcr (416)
Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile
ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma
kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır
Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın
meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik
gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini
goumlstermektedir
f
0
1 Cd (417)
Şekil-13
Haddelemeden sonra
tabakalar
69
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler
Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter
Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve
5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal
kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan
testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -
Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659
Alaşım
5052
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -
Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182
Alaşım
52 Kullanılan Cihazlar
Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak
amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri
metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan
numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers
ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir
Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık
mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM
E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test
edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler
ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test
cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test
duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal
grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo
marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme
70
sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri
JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve
inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır
521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği
Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme
test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas
alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode
goumlsterilmektedir
Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]
Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
71
Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar
ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise
50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)
Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
53 Deneylerin Yapılışı
Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan
numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir
(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak
metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm
mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel
koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses
sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve
R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin
bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır
diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın
sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin
yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile
kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme
cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum
ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel
ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
72
numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS
yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır
531 Metalografik İnceleme
Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme
rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite
alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile
parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm
yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm
yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki
yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu
tespit edilmiştir
a)
b)
Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)
a) 5052 b) 5182
73
Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182
alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası
daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode
goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik
yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir
a)
b)
Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182
Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen
mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine
yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur
74
a)
b)
Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182
İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini
belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır
Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar
elde edilmiştir
75
a)
b)
Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane
yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu
sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış
yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin
artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182
alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden
başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca
76
değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma
farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl
işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden
kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları
incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin
350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410
0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda
tavlanmasına karar verilmiştir [29]
Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki
mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir
a) b)
Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
a) b)
Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
77
5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken
kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede
kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti
Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri
hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin
alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir
Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir
Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla
dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle
meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı
izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri
Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir
78
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25 30
Uzama ()
Mu
kavem
et
(MP
a) 5182
5052
Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri
1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış
numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
verilmiştir
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
350C4sa
tavlı0
1040 9157 19833 2054 027 068
9022 19683 2307 027 060
1035 9097 19785 1767 027 061
9251 20047 1777 027 059
350C4sa
tavlı45 1035
8612 19053 2245 027 068
8774 19273 2414 027 067
8628 19178 2353 027 059
8662 19010 2142 027 065
350C4sa 90
1045 8755 18750 2216 027 060
8712 18723 2117 027 058
1050 8865 18876 2235 027 059
8875 18917 2118 027 054
79
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
410C4sa
tavlı0
1030 16502 29525 2255 026 060
1030 16222 29266 2108 026 061
1035 16080 29483 2256 027 060
1040 16021 29217 2331 026 059
410C4sa
tavlı45
1040 15588 28651 2529 027 108
1040 15505 28759 2458 027 112
1040 15408 28890 2385 028 116
1045 15379 28617 2449 027 122
1040 16036 28817 2138 026 093
1035 16052 29175 2383 025 108
1040 16082 29183 2418 026 098
410C4sa
tavlı90
1045 16366 29412 1997 026 073
1045 15965 28992 2166 026 066
1040 16086 29246 2223 026 073
1045 16053 29110 1867 027 080
Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum
miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila
44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum
alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik
accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir
fark tespit edilememiştir
Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n
değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır
4
n2nnn 45900 (51)
Burada
n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri
5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde
edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm
80
kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna
getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin
n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak
hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark
goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n
değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform
şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir
Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin
kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu
belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik
bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey
anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde
farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey
anizotropi katsayısının ortalaması
4
R2RRR 45900 (52)
şeklinde tanımlanır
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır
R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir
[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin
bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi
katsayısı (ΔR)
2
R2RRR 45900 (53)
bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden
hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de
bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur
81
Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi
katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm
kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları
[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode
karşılaştırma amacı ile verilmiştir
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri
sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney
sonuccedillarının [30] karşılaştırılması
Mg a
(MPa) ccedil
(MPa)
Uzama
(ort)
R0
(ort) R45
(ort) R90
(ort) R ΔR
5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005
5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042
5182-
DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030
5754-
DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026
Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında
5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir
İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı
malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı
malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir
malzemedir diyebiliriz
Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri
(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu
malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması
anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha
az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle
derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını
goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha
homojen olarak plastik deformasyona uğrar
82
Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)
miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve
duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma
davranışının arttığı goumlruumllmektedir
İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha
doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC
ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile
doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop
bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş
5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik
doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir
malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine
sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki
malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında
450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir
Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC
tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı
malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil
512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin
ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır
-042-030
-005
-026
087
069063062
-06
-04
-02
0
02
04
06
08
1
5052 5754-DC 5182-DC 5182
Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182
aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum
alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması
R
R
83
533 Erichsen Derinliği Tesbiti
Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini
tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki
numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve
bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve
deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden
ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları
ALAŞIM Sıkıştırma
Kuvveti (kN)
Bilya Ccedilapı
(mm)
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
Genel
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
5052 10 10
94
asymp 95 95
95
5182 10 10
95
asymp 97 97
98
Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri
94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir
Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde
bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine
sahip olduğu soumlylenebilir
84
534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları
ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak
grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar
destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine
tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen
dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir
Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel
ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları
a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)
Numune1 34 100 5 150
Numune2 34 100 10 150
Numune3 34 100 15 150
Numune4 34 100 30 150
Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk
eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen
deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir
ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli
numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye
birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir
c
a
b
d c
b) a)
85
Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik
şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle
yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı
geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir
a)
b)
Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052
Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup
100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise
65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan
86
70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri
verilmektedir
a)
b)
Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052
Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre
hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak
goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında
ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile
sınır eğrileri elde edilmiştir
87
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme
noktasıdır
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
88
Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182
alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte
verilmiştir
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
5052 5182
Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır
Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme
işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır
diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma
boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları
karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre
kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri
5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil
etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden
daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli
boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda
elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme
performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır
89
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 0 10 20 30 40
e2
e1
5182TRC 5182DC
Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme
Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182
alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda
goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182
alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli
eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen
ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi
ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı
goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra
germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri
goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp
geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir
90
535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi
Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma
karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik
intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma
yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma
yuumlzeyleri goumlsterilmektedir
Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)
Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)
91
Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik
goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde
youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden
suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila
goumlruumllmektedir
Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)
Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)
92
İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi
yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek
ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır
(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına
rastlanmıştır
a) b)
c) d)
e)
Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X
93
Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2
Silisyum Ka1 Demir Ka1
94
Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum
Ka1_2
Silisyum
Ka1 Demir Ka1
95
Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası
Aluumlminyum
Magnezyum Silisyum
Oksijen Demir
96
6 GENEL SONUCcedilLAR
Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki
aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin
incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir
1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme
mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum
alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha
yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından
incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir
2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı
segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı
segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan
ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir
3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen
ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer
almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen
aynıdır
4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon
sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr
5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında
5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının
Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir
6 Uumlccedil youmlnluuml (0045
0 90
0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen
R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450
youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak
şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı
97
malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği
(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk
olduğu ( R =062) tespit edilmiştir
7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri
arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182
alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir
8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize
eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma
yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg
inkluumlzyonlarına rastlanmıştır
9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları
Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha
yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin
daha iyi olduğu tespit edilmiştir
98
KAYNAKLAR
[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve
Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul
[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum
Products JOM 21-25
[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys
Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123
[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve
5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans
Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin
ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine
etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya
[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum
[7] httpwwwforesightproductionscom
[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications
Edimet Brescia
[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM
[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent
No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom
[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[12] httpwwwfosecocom
[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul
[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology
99
[15] Vangala P Smith D Duvvuri R Romanowski CA 1992 The Influence of
Casting Gauge on the Hunter Roll Casting Process Melt Spinning and
Strip Casting
[16] Kayalı ES Ensari C 1995 Metallere Plastik Şekil Verme İlke ve
Uygulamaları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi Bilim Teknik
Yayınevi İstanbul
[17] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (I)
Aluminium 670 ndash 675
[18] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (II)
Aluminium 701 ndash 709
[19] ASM Speciality Handbook Aluminum and Aluminum Alloys Fabrication and
Finishing of Aluminum Alloys ASM International 231 ndash 246
[20] Sheet Metal Working Presentation Internet Search Results
[21] Okumuş E 2000 Saccedil Şekillendirme Hataları Hasar Analizi Yuumlksek Lisans
Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi İstanbul
[22] Gibson GC Smith H 1964 The principles of aluminium rolling The
British Aluminium Company Limited Bainsford Falkirk
Stirlingshire
[23] Dieter GE 1981 Mechanical Metallurgy Mc Graw-Hill Tokyo
[24] Birol Y Duumlndar M Romanowski CA 2002 Twin-Roll Cast 5000 Series
Aluminum Sheet For Automotive Applications
[25] Ccedilimenoğlu H Kayalı Es 1984 aluumlminyum Alaşımlarının
Şekillendirilebilirliğini Etkileyen Faktoumlrler II Uluslararası
Aluumlminyum Sanayii Kongresi Seydişehir
[26] Yazıcı E 1987 Aluumlminyumda tane boyutunun deformasyon davranışına etkisi
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[27] Unknown Forming Limit Diagrams and Failure Mechanism for Low and High
Carbon Steels Middle East Technical University
[28] Manthey DW The Need for Surface Strain Measurement Metal forming
Magazine Metalforming Online
100
[29] Duumlndar M 2001 5000 Serisi Laboratuar Ccedilalışmaları Assan Aluumlminyum
[30] Slamova M 2002 Continuous casting technologies for production of
aluminium alloy sheets for transportation applications Research
Report
[31] Haberfield AB Boyles MW 1973 Laboratory Determined Forming Limit
Diagrams Sheet Metal Industries 400 ndash 405
[32] Lectroetch Metal Marking Systems Originators of Electrochemical Marking
Catalog 696 httpwwwlectroetchcom
101
EKA
Tablo A1 5052 ve 5182 alaşımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm değerleri
5052 5182
Maks BŞD Min BŞD Maks BŞD Min BŞD
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2075471698 -1886792453 1886792453 0
1698113208 -1886792453 1698113208 -1886792453
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2075471698 -3773584906 2075471698 -1886792453
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -3773584906 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -3773584906
2452830189 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2264150943 2264150943 2452830189 2641509434
2452830189 2452830189 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2311320755 2311320755 2754716981 2641509434
2830188679 1698113208 2528301887 1698113208
2830188679 1698113208 2679245283 1698113208
2830188679 1698113208 2641509434 1698113208
2830188679 1320754717 2452830189 1698113208
2830188679 1509433962 2641509434 1509433962
2830188679 1698113208 2452830189 1698113208
2264150943 1698113208
2641509434 1698113208
2641509434 2075471698
2641509434 1698113208
102
OumlZGECcedilMİŞ
15 Eyluumll 1975 yılında Karabuumlkrsquode doğdu İlk ve orta tahsili aynı ilde tamamladıktan
sonra lise tahsilini İstanbulrsquoda tamamladı 1993 yılında İTUuml Kimya-Metalurji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliği boumlluumlmuumlnde bir yıl hazırlık
devresinden sonra lisans eğitimime başladı Lisans oumlğrenimini bitirdiği 1998
senesinde hem İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğirsquonde
hem de ASSAN Aluumlminyumrsquoda ccedilalışmaya başladı 2002 yılında askere gidip
geldikten sonra aynı firmada Levha Değerlendirme Youmlneticisi olarak goumlrev
yapmaktadır
vi
TABLO LİSTESİ
Sayfa No
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karşılaştırılması 6
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları 8
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaşımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliş biccedilimleri 9
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri 12
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretimleri (1000 ton) 13
Tablo 27 Enduumlstrileşmiş uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kişi başına aluumlminyum tuumlketimleri (kg) 14
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları 19
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler 20
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları 24
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
mekanik oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları 35
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları 69
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 77
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4h tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde
(0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler 78
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 DC verileri ile karşılaştırması
80
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen derinliği oumllccediluumlm test sonuccedilları
82
Tablo 56 Ccedilekme testi numune ebatları 83
vii
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 21
Şekil 22
Şekil 23
Şekil 31
Şekil 32
Şekil 33
Şekil 34
Şekil 35
Şekil 41
Şekil 42
Şekil 43
Şekil 44
Şekil 45
Şekil 46
Şekil 47
Şekil 48
Şekil 49
Şekil 410
Şekil 411
Şekil 412
Şekil 413
Şekil 414
Şekil 415
Şekil 416
Şekil 417
Şekil 418
Şekil 419
Şekil 420
Şekil 421
Şekil 422
Şekil 423
Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi
Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri
Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının
tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı
Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml
Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması
TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması
TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği
TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi
Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek
Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme
durumu
Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik
goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi
Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi
Merdane bombelerinin goumlsterimi
2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde
a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi
2rsquoli Grup Hadde
3rsquoluuml grup Hadde
Haddeleme teorisi goumlsterimi
Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri
Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi
Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0
alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı
Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme
tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi
∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu
Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler
Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede
sınır deformasyonlar
ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır
eğrisi
Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı
228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen
Ģekillendirme diyagramı
11
11
14
15
16
20
21
22
28
29
32
36
37
38
38
39
39
40
40
40
41
42
43
44
45
49
52
53
54
55
58
viii
Şekil 424
Şekil 425
Şekil 426
Şekil 427
Şekil 428
Şekil 429
Şekil 430
Şekil 431
Şekil 432
Şekil 51
Şekil 52
Şekil 53
Şekil 54
Şekil 55
Şekil 56
Şekil 57
Şekil 58
Şekil 59
Şekil 510
Şekil 511
Şekil 512
Şekil 513
Şekil 514
Şekil 515
Şekil 516
Şekil 517
Şekil 518
Şekil 519
Şekil 520
Şekil 521
Şekil 522
Şekil 523
Şekil 524
Şekil 525
Şekil 526
Şekil 527
2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe
yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi
5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme
davranıĢları
Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Ağ yapısı oumlrnekleri
Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları
a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik
ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği
ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması
gereken eksenler
Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri
Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği
Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro
fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml
Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde
edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182
1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri
1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile
doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm
youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının
anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması
a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile
birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm
5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı
5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı
TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının
ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması
5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum
alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım
haritası
58
59
60
61
62 63
63
64
66
70
70
71
72
73
74
75
76
76
77
78
82
84
85
86
87
87
88
89
90
90
91
91
92
93
94
95
ix
SEMBOL LİSTESİ
Al Aluumlminyum
Mg Magnezyum
Si Silisyum
Zn Ccedilinko
Mn Mangan
Be Berilyum
Ti Titanyum
μ Mikron 0C Derece Celcius
Tm Ergime Sıcaklığı
dak Dakika
sa h Saat
MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme
MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme
kV Kilovolt
σccedil Ccedilekme Mukavemeti
σa Akma Mukavemeti
e Muumlhendislik Uzama
n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml
R Anizotropi Katsayısı
ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı
R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı
K Malzeme Mukavemet Katsayısı
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
x
ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ
5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ
OumlZET
Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden
bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem
kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk
kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde
edilmektedir
Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak
suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer
firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt
olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum
uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm
kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına
sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha
kalitesi uumlzerinde etkilidir
CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm
kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu
5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir
Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası
mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır
Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0
accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa
e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin
ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler
incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir
xi
Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)
alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir
Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde
kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı
goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında
ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir
Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna
rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince
tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki
alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier
etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden
kaynaklanmaktadır
Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır
Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052
alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit
edilmiĢtir
Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek
kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182
alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına
rastlanmıĢtır
Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052
alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir
xii
DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182
ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING
METHOD
SUMMARY
Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum
industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering
discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker
less time and cost
Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which
name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies
improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce
aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to
aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow
solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition
casting thickness speed and tip distance
In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were
produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After
casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at
final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by
continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain
hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water
and very high toughness
For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to
understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the
tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to
determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen
xiii
test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the
fracture surface of the tensile specimens were examined
From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium
alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening
exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy
values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately
no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the
direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain
aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close
each other At the metallographic examinations it was observed that these two
aluminium alloys have center-line segregation At the same time after
homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as
fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope
examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed
ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces
Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic
bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that
5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy
1
1 GİRİŞ
İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807
yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır
İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry
Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında
konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile
ağırlamaktaydı [1]
Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek
guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının
demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya
tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan
bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif
metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha
hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı
iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı
dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak
işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır
Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve
uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına
gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu
duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi
iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim
ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]
İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma
doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer
2
taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve
kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı
goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının
geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada
ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk
lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur
Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)
teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm
kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC
metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar
Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır
İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha
doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum
levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere
sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]
Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum
alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme
Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır
3
2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi
Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler
nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir
Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek
duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv
sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması
aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır
1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-
aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre
Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825
yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum
kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir
[1]
1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400
DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak
uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir
1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T
Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak
kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent
almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente
goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması
Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu
firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir
1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde
4
(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden
uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya
baĢlanmıĢtır
Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları
1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)
1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)
1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı
1893 Sanat Eserlerinde kullanımı
1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi
1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi
1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi
1909 Bira kutularında kullanımı
1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi
1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi
1919 Konserve kutularında kullanımı
1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması
1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı
1931 Suumlt kapaklarında kullanımı
1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması
1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı
1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu
tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz
sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali
5
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri
Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri
buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf
aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde
kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını
sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit
tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı
olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu
nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde
saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan
saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir
Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride
kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır
Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere
sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak
yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak
100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri
aĢağıdaki gibidir
- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo
tuumlr Kuumltlesi
demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve
otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol
oynamaktadır
- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu
istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler
geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle
mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok
yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır
Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr
Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit
olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin
ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği
19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar
6
ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir
alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı
fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo
21rsquode verilmiĢtir
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]
Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg
Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174
Isıl Ġletkenlik (calcm2cm
0C) 052 019 092 027 037
Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10
-6 240 119 167 330 257
Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651
Uzama () 43 48 50
Sertlik (BHN) 19 70 25
- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de
onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve
besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda
kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında
ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla
oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel
nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler
bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı
metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu
durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır
- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda
enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol
accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay
paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır
- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi
iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde
gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın
olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens
civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın
7
yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila
kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar
- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile
aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında
kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve
aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar
- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden
dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum
krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu
metallerin uumlretiminde kullanılır
- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha
ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)
doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme
operasyonlarına tabi tutulabilir
- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak
perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da
yaygındır
- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama
gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama
veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal
elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir
Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada
daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve
mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon
direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten
zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve
duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel
atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı
bulmasını sağlamıĢtır
- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre
buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin
diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere
8
goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer
metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek
olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp
aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir
Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve
alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]
Sektoumlr Oumlnemli kulanım
yerleri Alternatif olduğu malzeme
UlaĢım
Radyatoumlrler Bakırpirinccedil
Motor parccedilaları Doumlkme demir
Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar
UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum
Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler
Trenler Yolcu ve yuumlk
vagonları
Ccedilelik
Deniz
araccedilları
Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik
ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik
Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka
Ambalaj
MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler
Konserve kutuları Tenekecam
Aerosol kutuları Teneke
Folyo Plastikkağıt
Kapaklar Plastikteneke
Elektrik
Ġletkenler
Bakır
Baralar
Transformatoumlr ve
jeneratoumlr
Telefon kablosu
Makine
Yataklar Doumlkuumlm malzemeler
Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik
Hidrolik sistemler
Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik
Tuumlketim
malları
Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır
Diğer
uygulama
Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik
Ziraat aletleri Ccedilelik
Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik
9
Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki
Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]
1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı
2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı
3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı
4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li
AlaĢımları
23 Aluumlminyum Uumlretimi
Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım
accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem
accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer
(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme
goumlstermiĢtir
Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)
sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini
teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle
doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat
demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan
boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım
goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır
En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena
Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum
enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir
Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan
olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum
boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit
(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri
Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir
10
Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit
gibsit oumlrnek olarak verilebilir
Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses
ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten
aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin
Hall-Heroult Prosesirsquo dir
Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit
cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir
Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden
ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile
karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek
sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon
ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve
doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum
oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde
elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan
aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti
oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir
Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)
kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile
karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu
gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım
uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının
altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur
(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından
yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve
hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir
Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1
ton aluumlminyum elde edilir
11
Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]
Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin
uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk
zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji
sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en
modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar
duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr
Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum
(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne
doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı
uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en
alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm
prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik
oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma
etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları
oumlzetlenmektedir
Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]
12
ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm
tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm
tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer
suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett
Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından
yapılmıĢtır
Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil
ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri
esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo
olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden
değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu
oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi
diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını
sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre
120 oranında enerji gerektirmektedir
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]
BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)
TİTANYUM 126000 52000 74000
MAGNEZYUM 90000 2000 88000
DEMİR 4300 1000 3300
BAKIR 13500 1700 11800
ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000
Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken
buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını
1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana
enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki
ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr
1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim
miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir
13
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri
(1000 ton) [8]
YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990
AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911
DOĞU
UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425
KUZEY
AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683
LATĠN AMERĠKA
- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730
ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180
OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492
AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601
TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022
Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim
miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere
paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının
geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu
accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin
hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda
birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa
uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları
goumlsterilmektedir
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum
uumlretimleri (1000 ton) [8]
YIL 1950 1970 1980 1985 1990
1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL
BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540
İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201
İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350
HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145
FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215
İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79
Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve
alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode
goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını
oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme
14
(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır
2580
2100
2064
980
709
645
922
Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme
Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar
Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım
alanına goumlre dağılımı [8]
Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken
GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi
Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya
baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki
kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin
kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler
yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve
BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği
goumlruumllmektedir
Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum
tuumlketimleri (kg) [8]
YIL 1960 1970 1980 1985 1990
JAPONYA 2 112 204 206 309
ALMANYA 72 137 220 238 301
ABD 108 204 258 265 269
ĠTALYA 29 75 141 146 209
FRANSA 49 89 136 123 177
ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111
15
3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ
31 Genel Bilgi
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde
standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk
defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi
desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı
heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan
uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm
teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin
ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter
Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir
Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm
makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan
tipik yerleşim goumlruumllmektedir
Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]
16
Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması
verilmektedir
Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması
Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali
oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak
tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine
belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım
hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken
numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin
ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir
Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır
Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon
deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni
metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından
absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum
alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici
flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz
taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler
Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar
kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal
iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık
kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği
kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve
kolay temizlenebilirliktir [11]
Seramik
Filtre
Gaz Giderme
Uumlntesi
Doumlkuumlm
Makinası
Ergitme Fırını Tutma
Fırını
Tandiş
Ccedilektirme
Merdaneleri
Makas Sarıcı
Akış Youmlnuuml
Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme
17
Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları
alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik
olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum
alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler
(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)
ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası
oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe
gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer
youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses
katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo
uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme
işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve
uumlretim maliyetleri azalır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm
sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan
bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik
mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler
(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki
artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]
Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk
hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm
iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim
aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara
yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi
konularda araştırma yapılmaktadır [11]
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı
bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı
iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek
verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve
yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler
18
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki
ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve
filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin
merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik
malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp
goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı
iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği
ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da
bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle
ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını
sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln
akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle
sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir
mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın
yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm
merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin
yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su
bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]
Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi
merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri
ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini
oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha
uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve
operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya
ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi
merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen
aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı
uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak
verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir
Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir
Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir
19
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]
1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199
1200 1230 1235 1345
3003 3004 3005 3006 3105
5005 5010 5034 5050 5052 5056
5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356
5454 5456 5457 5652 5657
6063
7072
8010 8011 8111 8014
Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane
ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak
veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)
kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane
ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma
kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma
kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın
paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin
etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane
ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı
boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip
tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir
Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm
hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini
artırmaktadır
20
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]
Parametre Etkisi
Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı
Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Merdane Yuumlzey Durumu
Yapışma ile ayırma kuvveti artar
32 Temel Proses Elemanları
Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi
merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir
321 Ergimiş metal beslenmesi
Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik
olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden
kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle
temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]
Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]
21
322 Doumlkuumlm merdane sistemi
Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem
de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin
sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır
Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml
koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu
Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller
(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne
bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal
bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller
geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]
Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]
Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan
ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile
bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller
mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik
mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır
Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik
oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar
termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun
katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir
bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan
malzemelerdir [11]
22
323 Doumlkuumlm boumllgesi
Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm
tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır
Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken
Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa
inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre
olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede
gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi
katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu
olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel
modeller geliştirilmiştir
Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi
suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı
kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi
uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu
parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve
ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle
sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal
temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası
ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda
pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen
23
termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun
şeccedililmelidir
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak
haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı
geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların
mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve
deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik
partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum
levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı
(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin
tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada
kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin
bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek
olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda
bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır
Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da
hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]
5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil
yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları
incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki
ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı
magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav
esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4
Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe
ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur
Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme
eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur
24
005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında
bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet
verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin
oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin
doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek
Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si
bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği
beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir
rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli
değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok
nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn
bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve
suumlnekliğini duumlşuumlruumlr
Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu
goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-
Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak
dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin
bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]
Kimyasal
formuumll
Kristal
yapı
Yoğunluk
(gcm3)
Ergime veya peritectic
sıcaklığı (OC)
(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451
(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)
(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462
25
34 Katılaşma mekanizması
Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci
aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak
katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve
levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve
yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise
metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar
ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır
Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik
partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde
yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane
yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda
enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur
35 Doumlkuumlm hataları
Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır
Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu
tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı
izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında
tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]
26
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
41 Genel Bilgi
Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde
şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile
birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil
eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir
[5]
Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma
uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım
şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır
Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem
değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır
Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform
olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila
geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve
deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce
daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak
goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]
Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)
Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve
işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun
bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2
f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı
buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)
27
f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu
deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)
şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]
Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli
bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların
hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya
benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda
oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir
duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir
Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini
getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki
bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde
karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer
etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun
seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba
tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir
Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan
sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve
presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla
değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme
mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında
bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan
kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin
şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi
gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme
işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu
malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte
kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir
28
42 Şekillendirme Ccedileşitleri
421 Derin Ccedilekme
Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi
olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler
goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla
bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]
Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline
ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma
kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek
kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır
Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp
yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı
kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin
ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]
Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır
Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde
edilmesidir
Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]
Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır
Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı
(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]
29
DCcedilOS D0Dz max (42)
Yukarıdaki eşitlikte
D0 Maksimum taslak ccedilapı
Dz Zımba ccedilapı
İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu
oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu
belirtilmektedir [26]
Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı
gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır
Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]
Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca
zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık
bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki
eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal
olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi
D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel
olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır
Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır
Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar
olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma
işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile
kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir
miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme
30
gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış
olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz
kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini
azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli
oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması
istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk
tutulmalıdır
Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana
gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme
kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana
kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı
plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca
suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının
yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem
ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme
kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına
doğru başlamaktadır [516]
Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına
uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir
Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu
boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim
şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik
şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar
oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir
Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak
disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin
ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba
ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik
sınırı vardır
Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan
tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]
RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)
31
Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme
parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı
yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden
etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde
ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak
verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen
derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da
aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme
kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini
ortaya ccedilıkarmaktadır
Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi
mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir
Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan
sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma
eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile
ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı
teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama
dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen
diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90
ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin
ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit
edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır
Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından
yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler
Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda
suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve
geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık
uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum
alaşımlarıdır [19]
Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil
vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz
konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon
sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir
32
Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta
sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve
Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]
422 Buumlkme
Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal
şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz
haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet
uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz
borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme
youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde
kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları
kullanılır
Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip
aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar
aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-
otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri
ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından
istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur
Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan
1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem
goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum
alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme
33
esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi
tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir
metod aşağıda verilmiştir
- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi
- Isıl işlem ve soğutma
- Nihai şeklinde buumlkme
Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa
soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde
paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde
uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız
taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız
915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup
genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme
işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri
kullanılır [19]
Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı
soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır
Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış
yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon
ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin
oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma
olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit
daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak
Rb = h 1r
1
r lt 02 iccedilin (44)
Rb = h ( 2
2
rr2
r1
r ge 02 iccedilin (45)
eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden
buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik
gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin
34
kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise
elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda
malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma
yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir
Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak
hesaplanabilir [21]
Pb = b
ccedil2
W
hb (46)
Pb= 2
tan
2hR2
hb b
b
a
(47)
Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme
kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı
malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir
Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen
aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay
parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi
uumlretimlerde kullanılmaktadır
423 Gererek Şekil Verme
Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler
Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca
bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin
gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen
oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır
Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri
goumlsterilmektedir
35
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik
oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]
Alaşım
Ccedilekme Mukavemeti
(MPa) (a)
Akma Mukavemeti
(MPa) (b)
Şekillendirme Aralığı
(c = a - b)
Uzama
(50 mm)
Gerilebilirlik Oranı
7075-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
331 138 193 19 100
2024-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
317 124 193 20 98
2024-T3 441 303 138 18 95
6061-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
241 145 96 22 90
7075-0 221 97 124 17 80
2024-0 186 76 110 19 80
6061-0 124 55 69 22 75
3003-0 110 41 69 30 75
1100-0 90 35 55 35 70
7075-T6 524 462 62 11 10
Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi
biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG
derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de
incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)
arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]
GBO = hG IG (48)
Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen
yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır
Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde
bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk
36
tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk
suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]
Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında
panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır
Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber
kullanılırlar
424 Haddeleme
Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak
isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir
Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken
merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine
goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin
haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır
Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık
yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde
duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln
ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun
mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı
malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar
Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel
prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu
merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile
kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir
Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm
2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr
37
Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı
uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı
azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu
buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın
ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml
yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil
yuumlkselir
Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]
Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan
kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı
merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır
Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar
kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler
kullanılarak elde edilebilir
Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters
youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki
metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle
birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında
da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise
deride iz bırakmaya başlar
Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya
zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki
merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila
38
goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar
pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz
olması sağlanır (Şekil 47)
Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]
Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]
Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane
denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)
merdane denir (Şekil 48)
39
Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]
Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde
abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr
Bombe iki şekilde elde edilir
1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)
2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)
Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu
da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı
kullanılarak kontrol edilir
Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde
goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo
yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)
Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]
Pozitif Bombe Negatif Bombe
a) b) c)
40
Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı
merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile
rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ
kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş
merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4
katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek
merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir
Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi
(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri
yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş
merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6
katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da
kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı
oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)
Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]
Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak
Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)
Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve
sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-
grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir
Şekil 411 2‟li Grup Hadde
[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde
[22]
a) b)
41
Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile
sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin
haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme
kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen
tavlama işlemi ile kaldırılabilir
Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer
değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara
goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına
ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık
kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir
Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına
giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)
Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]
Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak
zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması
anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse
haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane
hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda
haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla
girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında
42
ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu
noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu
noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya
ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar
Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil
silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı
kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı
beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve
uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki
metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar
sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete
tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok
dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket
ederek fıccedilı şeklini oluşturur
Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş
merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı
akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)
Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]
Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki
kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla
ezme verir
Metal merdanelerden
hızlı
Metal merdanelerden
yavaş
Kısıtlı Akış
Boumllgeleri
43
Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki
etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da
dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış
boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını
belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı
Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği
biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile
sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste
binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin
daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve
merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla
suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha
fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme
yapılamaz
Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]
425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri
Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde
geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme
ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme
patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik
şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla
şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak
verilebilir [19]
44
Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı
bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum
alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de
birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi
Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA
Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme
ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde
kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik
ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği
uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar
otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil
416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır
Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka
stop lambasının yatağının yapımı [19]
Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi
aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen
ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de
dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum
45
alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden
tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı
iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme
vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme
şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı
suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması
esasına dayanır (Şekil 417)
Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi
[19]
Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların
şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın
temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve
hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında
yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte
şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde
kullanılmaktadır
Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay
araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji
46
şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla
şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır
Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji
şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu
olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra
işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve
duumlşuumlk maliyet elde edilir
43 Şekillendirme Hataları
431 Eğme Hataları
Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme
ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız
eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım
ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği
boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki
deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka
zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak
iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı
duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa
kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir
İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar
oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek
deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi
ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak
deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll
edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki
deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek
giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle
kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir
Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu
operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik
eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan
47
ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı
tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC
lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-
eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır
Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri
yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının
geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir
Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)
uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]
K = ru
u
r
r =
2r
2r
0r i
0 i
s
s
(49)
432 Derin Ccedilekme Hataları
Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri
ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha
oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri
bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla
parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna
rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme
problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve
kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki
grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]
Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın
tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta
buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar
olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]
Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına
uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul
uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı
olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur
ve hatadan bahsedilmektedir
48
4321 Kulaklanma
Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin
ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen
kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti
ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir
Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse
de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne
goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz
edilmektedir [516]
a) 00 90
0 Kulaklanma
b) 450 Kulaklanma
Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim
kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik
karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında
goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml
tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve
miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve
buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]
Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir
sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki
anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem
basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak
anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik
yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]
Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak
uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi
gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise
kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından
uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey
anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin
bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir
49
Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n
m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır
diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon
sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek
ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil
değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini
artırdığını savunmaktadırlar [25]
Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)
ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde
∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel
nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde
ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr
teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak
prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır
Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]
50
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml
Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra
oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi
portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile
uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de
etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya
ccedilıkmaktadır [5]
Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı
olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara
yol accedilmaktadır [23]
Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu
deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak
bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların
uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]
Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda
yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey
puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]
4323 Luumlders Ccedilizgileri
Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders
ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey
puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon
meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin
maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde
ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek
yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir
dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan
gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde
ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği
istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]
51
4324 Looper Ccedilizgileri
Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin
ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak
tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan
deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı
duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav
esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde
uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki
kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize
olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı
duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]
4325 Kırışmalar
Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması
kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası
mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya
malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı
ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]
4326 Ccedilatlamalar
Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik
yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme
oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması
sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama
işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu
tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan
bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol
accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli
malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]
Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen
kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı
koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya
ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme
konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]
52
Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da
goumlruumllmektedir
Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]
a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma
d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)
Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme
433 Gererek Şekillendirme Hataları
Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş
kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr
bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten
ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında
gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme
işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir
Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında
goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek
kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki
boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı
araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan
53
deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla
ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına
rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde
goumlruumlluumlr [21]
44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)
441 Genel Bilgi
Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten
(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım
alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil
bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin
başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]
1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine
yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme
kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve
aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır
deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen
bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler
Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]
Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi
iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel
54
olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki
ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil
421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı
metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki
şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir
Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]
Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına
(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir
Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih
edilmektedir
55
Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme
sınır diyagramı [28]
Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz
ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya
konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır
Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt
okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır
diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar
guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul
edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten
bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır
Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu
kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml
olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve
kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar
Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0
boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme
işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0
boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı
test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test
tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her
iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve
Şekillendirme Sınır Diyagramı
56
sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna
varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır
a) Duumlzlemsel test metodları
b) Duumlzlem-dışı test metodları
Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme
eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır
Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk
karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini
bulmuşlardır
Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır
a Zımbada germe
b Duumlzlemde germe
c Hidrolik şişirme
Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı
kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme
oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar
oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri
oumllccediluumllerek tespit edilir
Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir
zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada
germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır
diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler
Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir
Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede
kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun
başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon
dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon
sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum
deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve
deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek
şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu
57
gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh
hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle
elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]
Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha
geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi
canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme
sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum
muumlkemmeldir
Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı
deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin
şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği
ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı
kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi
kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu
goumlruumllmuumlştuumlr
Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve
malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil
olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli
deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği
ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve
duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde
edilmektedir
Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların
şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve
162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini
yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan
malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan
Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin
yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe
işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]
58
Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]
Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının
şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm
ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102
mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır
Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba
yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit
ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]
Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba
yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]
59
Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının
yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)
5052
0
50
100
150
200
250
300
350
400
SERT 260 290 320 350 375 400 425 450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
5182
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
SERT
220
240
260
290
320
350
375
400
425
450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]
Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş
malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve
şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen
hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha
iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]
60
442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi
Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde
edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki
tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta
şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı
boumllgeleri goumlstermektedir
Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla
vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en
kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik
doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı
derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi
derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta
boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr
4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları
Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil
değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik
youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde
iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her
iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir
Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal
yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine
etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır
Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
61
Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması
sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne
yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya
değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur
Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı
olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan
sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu
elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş
ccediloumlzelti ile yıkanır
Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal
şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı
metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu
gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile
sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk
şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet
verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca
tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal
istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve
deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması
sağlanır
Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının
birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir
Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas
etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips
62
şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile
goumlsterilir
Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen
dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk
kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]
A B
C D
E F
63
4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml
Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki
elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)
A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe
Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]
Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ
yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere
sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye
kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik
olarak tespit edilirler (Şekil 430)
Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm
duumlzeneği [28]
Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk
değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips
a) b
64
formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları
hesaplanır
MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(410)
Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(411)
MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]
Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile
plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu
gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye
kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin
boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu
daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep
aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir
Minimum
Eksen
Maksimum
Eksen
65
45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği
Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift
eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında
tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek
incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil
değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en
kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil
değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli
yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı
Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı
anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla
kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil
değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]
Zdd
d
(412)
gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme
oranının
(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin
başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
nZd (413)
Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill
anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana
ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen
tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin
kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini
66
goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi
genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır
Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]
4512 Boumllgesel kararsızlık
Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil
değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı
amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı
(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini
kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon
sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir
Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere
edilir
Zd
d
(414)
Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil
değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
= nZ (415)
Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın
bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır
67
Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması
gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil
425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir
Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe
şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill
boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu
boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz
4521 Kararsızlığa dayalı kriter
İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme
yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu
yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı
yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda
malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin
boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter
Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma
arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki
sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği
kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal
şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını
accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme
gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln
bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil
değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil
verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori
buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı
uygulanması guumlccediltuumlr
McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden
tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre
inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme
68
deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın
mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak
homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel
kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir
Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya
goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde
oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin
inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon
boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir
Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir
(1+α)σ12=Kcr (416)
Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile
ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma
kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır
Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın
meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik
gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini
goumlstermektedir
f
0
1 Cd (417)
Şekil-13
Haddelemeden sonra
tabakalar
69
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler
Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter
Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve
5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal
kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan
testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -
Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659
Alaşım
5052
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -
Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182
Alaşım
52 Kullanılan Cihazlar
Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak
amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri
metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan
numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers
ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir
Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık
mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM
E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test
edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler
ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test
cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test
duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal
grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo
marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme
70
sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri
JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve
inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır
521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği
Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme
test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas
alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode
goumlsterilmektedir
Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]
Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
71
Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar
ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise
50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)
Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
53 Deneylerin Yapılışı
Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan
numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir
(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak
metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm
mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel
koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses
sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve
R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin
bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır
diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın
sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin
yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile
kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme
cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum
ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel
ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
72
numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS
yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır
531 Metalografik İnceleme
Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme
rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite
alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile
parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm
yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm
yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki
yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu
tespit edilmiştir
a)
b)
Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)
a) 5052 b) 5182
73
Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182
alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası
daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode
goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik
yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir
a)
b)
Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182
Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen
mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine
yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur
74
a)
b)
Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182
İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini
belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır
Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar
elde edilmiştir
75
a)
b)
Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane
yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu
sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış
yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin
artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182
alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden
başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca
76
değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma
farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl
işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden
kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları
incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin
350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410
0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda
tavlanmasına karar verilmiştir [29]
Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki
mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir
a) b)
Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
a) b)
Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
77
5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken
kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede
kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti
Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri
hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin
alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir
Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir
Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla
dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle
meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı
izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri
Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir
78
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25 30
Uzama ()
Mu
kavem
et
(MP
a) 5182
5052
Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri
1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış
numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
verilmiştir
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
350C4sa
tavlı0
1040 9157 19833 2054 027 068
9022 19683 2307 027 060
1035 9097 19785 1767 027 061
9251 20047 1777 027 059
350C4sa
tavlı45 1035
8612 19053 2245 027 068
8774 19273 2414 027 067
8628 19178 2353 027 059
8662 19010 2142 027 065
350C4sa 90
1045 8755 18750 2216 027 060
8712 18723 2117 027 058
1050 8865 18876 2235 027 059
8875 18917 2118 027 054
79
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
410C4sa
tavlı0
1030 16502 29525 2255 026 060
1030 16222 29266 2108 026 061
1035 16080 29483 2256 027 060
1040 16021 29217 2331 026 059
410C4sa
tavlı45
1040 15588 28651 2529 027 108
1040 15505 28759 2458 027 112
1040 15408 28890 2385 028 116
1045 15379 28617 2449 027 122
1040 16036 28817 2138 026 093
1035 16052 29175 2383 025 108
1040 16082 29183 2418 026 098
410C4sa
tavlı90
1045 16366 29412 1997 026 073
1045 15965 28992 2166 026 066
1040 16086 29246 2223 026 073
1045 16053 29110 1867 027 080
Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum
miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila
44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum
alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik
accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir
fark tespit edilememiştir
Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n
değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır
4
n2nnn 45900 (51)
Burada
n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri
5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde
edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm
80
kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna
getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin
n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak
hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark
goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n
değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform
şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir
Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin
kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu
belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik
bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey
anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde
farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey
anizotropi katsayısının ortalaması
4
R2RRR 45900 (52)
şeklinde tanımlanır
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır
R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir
[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin
bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi
katsayısı (ΔR)
2
R2RRR 45900 (53)
bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden
hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de
bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur
81
Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi
katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm
kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları
[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode
karşılaştırma amacı ile verilmiştir
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri
sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney
sonuccedillarının [30] karşılaştırılması
Mg a
(MPa) ccedil
(MPa)
Uzama
(ort)
R0
(ort) R45
(ort) R90
(ort) R ΔR
5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005
5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042
5182-
DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030
5754-
DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026
Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında
5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir
İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı
malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı
malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir
malzemedir diyebiliriz
Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri
(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu
malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması
anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha
az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle
derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını
goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha
homojen olarak plastik deformasyona uğrar
82
Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)
miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve
duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma
davranışının arttığı goumlruumllmektedir
İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha
doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC
ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile
doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop
bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş
5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik
doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir
malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine
sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki
malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında
450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir
Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC
tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı
malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil
512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin
ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır
-042-030
-005
-026
087
069063062
-06
-04
-02
0
02
04
06
08
1
5052 5754-DC 5182-DC 5182
Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182
aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum
alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması
R
R
83
533 Erichsen Derinliği Tesbiti
Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini
tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki
numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve
bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve
deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden
ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları
ALAŞIM Sıkıştırma
Kuvveti (kN)
Bilya Ccedilapı
(mm)
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
Genel
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
5052 10 10
94
asymp 95 95
95
5182 10 10
95
asymp 97 97
98
Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri
94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir
Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde
bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine
sahip olduğu soumlylenebilir
84
534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları
ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak
grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar
destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine
tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen
dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir
Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel
ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları
a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)
Numune1 34 100 5 150
Numune2 34 100 10 150
Numune3 34 100 15 150
Numune4 34 100 30 150
Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk
eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen
deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir
ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli
numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye
birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir
c
a
b
d c
b) a)
85
Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik
şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle
yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı
geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir
a)
b)
Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052
Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup
100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise
65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan
86
70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri
verilmektedir
a)
b)
Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052
Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre
hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak
goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında
ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile
sınır eğrileri elde edilmiştir
87
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme
noktasıdır
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
88
Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182
alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte
verilmiştir
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
5052 5182
Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır
Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme
işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır
diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma
boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları
karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre
kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri
5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil
etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden
daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli
boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda
elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme
performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır
89
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 0 10 20 30 40
e2
e1
5182TRC 5182DC
Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme
Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182
alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda
goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182
alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli
eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen
ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi
ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı
goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra
germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri
goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp
geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir
90
535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi
Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma
karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik
intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma
yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma
yuumlzeyleri goumlsterilmektedir
Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)
Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)
91
Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik
goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde
youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden
suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila
goumlruumllmektedir
Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)
Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)
92
İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi
yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek
ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır
(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına
rastlanmıştır
a) b)
c) d)
e)
Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X
93
Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2
Silisyum Ka1 Demir Ka1
94
Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum
Ka1_2
Silisyum
Ka1 Demir Ka1
95
Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası
Aluumlminyum
Magnezyum Silisyum
Oksijen Demir
96
6 GENEL SONUCcedilLAR
Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki
aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin
incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir
1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme
mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum
alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha
yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından
incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir
2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı
segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı
segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan
ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir
3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen
ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer
almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen
aynıdır
4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon
sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr
5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında
5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının
Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir
6 Uumlccedil youmlnluuml (0045
0 90
0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen
R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450
youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak
şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı
97
malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği
(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk
olduğu ( R =062) tespit edilmiştir
7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri
arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182
alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir
8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize
eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma
yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg
inkluumlzyonlarına rastlanmıştır
9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları
Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha
yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin
daha iyi olduğu tespit edilmiştir
98
KAYNAKLAR
[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve
Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul
[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum
Products JOM 21-25
[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys
Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123
[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve
5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans
Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin
ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine
etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya
[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum
[7] httpwwwforesightproductionscom
[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications
Edimet Brescia
[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM
[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent
No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom
[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[12] httpwwwfosecocom
[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul
[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology
99
[15] Vangala P Smith D Duvvuri R Romanowski CA 1992 The Influence of
Casting Gauge on the Hunter Roll Casting Process Melt Spinning and
Strip Casting
[16] Kayalı ES Ensari C 1995 Metallere Plastik Şekil Verme İlke ve
Uygulamaları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi Bilim Teknik
Yayınevi İstanbul
[17] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (I)
Aluminium 670 ndash 675
[18] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (II)
Aluminium 701 ndash 709
[19] ASM Speciality Handbook Aluminum and Aluminum Alloys Fabrication and
Finishing of Aluminum Alloys ASM International 231 ndash 246
[20] Sheet Metal Working Presentation Internet Search Results
[21] Okumuş E 2000 Saccedil Şekillendirme Hataları Hasar Analizi Yuumlksek Lisans
Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi İstanbul
[22] Gibson GC Smith H 1964 The principles of aluminium rolling The
British Aluminium Company Limited Bainsford Falkirk
Stirlingshire
[23] Dieter GE 1981 Mechanical Metallurgy Mc Graw-Hill Tokyo
[24] Birol Y Duumlndar M Romanowski CA 2002 Twin-Roll Cast 5000 Series
Aluminum Sheet For Automotive Applications
[25] Ccedilimenoğlu H Kayalı Es 1984 aluumlminyum Alaşımlarının
Şekillendirilebilirliğini Etkileyen Faktoumlrler II Uluslararası
Aluumlminyum Sanayii Kongresi Seydişehir
[26] Yazıcı E 1987 Aluumlminyumda tane boyutunun deformasyon davranışına etkisi
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[27] Unknown Forming Limit Diagrams and Failure Mechanism for Low and High
Carbon Steels Middle East Technical University
[28] Manthey DW The Need for Surface Strain Measurement Metal forming
Magazine Metalforming Online
100
[29] Duumlndar M 2001 5000 Serisi Laboratuar Ccedilalışmaları Assan Aluumlminyum
[30] Slamova M 2002 Continuous casting technologies for production of
aluminium alloy sheets for transportation applications Research
Report
[31] Haberfield AB Boyles MW 1973 Laboratory Determined Forming Limit
Diagrams Sheet Metal Industries 400 ndash 405
[32] Lectroetch Metal Marking Systems Originators of Electrochemical Marking
Catalog 696 httpwwwlectroetchcom
101
EKA
Tablo A1 5052 ve 5182 alaşımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm değerleri
5052 5182
Maks BŞD Min BŞD Maks BŞD Min BŞD
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2075471698 -1886792453 1886792453 0
1698113208 -1886792453 1698113208 -1886792453
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2075471698 -3773584906 2075471698 -1886792453
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -3773584906 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -3773584906
2452830189 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2264150943 2264150943 2452830189 2641509434
2452830189 2452830189 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2311320755 2311320755 2754716981 2641509434
2830188679 1698113208 2528301887 1698113208
2830188679 1698113208 2679245283 1698113208
2830188679 1698113208 2641509434 1698113208
2830188679 1320754717 2452830189 1698113208
2830188679 1509433962 2641509434 1509433962
2830188679 1698113208 2452830189 1698113208
2264150943 1698113208
2641509434 1698113208
2641509434 2075471698
2641509434 1698113208
102
OumlZGECcedilMİŞ
15 Eyluumll 1975 yılında Karabuumlkrsquode doğdu İlk ve orta tahsili aynı ilde tamamladıktan
sonra lise tahsilini İstanbulrsquoda tamamladı 1993 yılında İTUuml Kimya-Metalurji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliği boumlluumlmuumlnde bir yıl hazırlık
devresinden sonra lisans eğitimime başladı Lisans oumlğrenimini bitirdiği 1998
senesinde hem İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğirsquonde
hem de ASSAN Aluumlminyumrsquoda ccedilalışmaya başladı 2002 yılında askere gidip
geldikten sonra aynı firmada Levha Değerlendirme Youmlneticisi olarak goumlrev
yapmaktadır
vii
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 21
Şekil 22
Şekil 23
Şekil 31
Şekil 32
Şekil 33
Şekil 34
Şekil 35
Şekil 41
Şekil 42
Şekil 43
Şekil 44
Şekil 45
Şekil 46
Şekil 47
Şekil 48
Şekil 49
Şekil 410
Şekil 411
Şekil 412
Şekil 413
Şekil 414
Şekil 415
Şekil 416
Şekil 417
Şekil 418
Şekil 419
Şekil 420
Şekil 421
Şekil 422
Şekil 423
Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi
Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri
Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının
tuumlketimlerinin nihai kulanım alanına goumlre dağılımı
Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml
Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı AkıĢ ġeması
TandiĢ ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi KatılaĢma Hattı AkıĢ ġeması
TRCrsquode kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği
TRCrsquode katılaĢma boumllgesinin Ģematik goumlsterimi
Derin ccedilekme iĢlemine ait Ģematik oumlrnek
Derin ccedilekme iĢlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme
durumu
Buumlkme iĢleminin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Gererek Ģekillendirmenin basit olarak Ģematik goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde temas yayının ve ezmenin sembolik
goumlsterimi
Haddeleme iĢleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi
Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi
Merdane bombelerinin goumlsterimi
2rsquoli hadde b) 4rsquoluuml hadde c) 6rsquolı hadde
a) 6rsquolı hadde b) Sendzimir haddesi
2rsquoli Grup Hadde
3rsquoluuml grup Hadde
Haddeleme teorisi goumlsterimi
Haddelemede kısıtlı akıĢ boumllgeleri
Kısıtlı akıĢ boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi
Kauccediluk diyafram iccedilinde bir Ģekillendirme iĢleminde 5457 H0
alaĢımlı otomobil arka stop lambasının yatağının yapımı
Suumlperplastik Ģekillendirme iccedilin uumlfleyerek Ģekillendirme
tekniğinin Ģematik goumlsteriliĢi
∆Rrsquoye bağlı olarak kulak oluĢumu
Derin ccedilekme iĢleminde karĢılaĢılan hatalara ait oumlrnekler
Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede
sınır deformasyonlar
ġekillendirme boĢluğu ilkesine goumlre tahmini Ģekillendirme sınır
eğrisi
Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin Ģekillendirme sınır diyagramı
228 mm kalınlıklı ETĠAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen
Ģekillendirme diyagramı
11
11
14
15
16
20
21
22
28
29
32
36
37
38
38
39
39
40
40
40
41
42
43
44
45
49
52
53
54
55
58
viii
Şekil 424
Şekil 425
Şekil 426
Şekil 427
Şekil 428
Şekil 429
Şekil 430
Şekil 431
Şekil 432
Şekil 51
Şekil 52
Şekil 53
Şekil 54
Şekil 55
Şekil 56
Şekil 57
Şekil 58
Şekil 59
Şekil 510
Şekil 511
Şekil 512
Şekil 513
Şekil 514
Şekil 515
Şekil 516
Şekil 517
Şekil 518
Şekil 519
Şekil 520
Şekil 521
Şekil 522
Şekil 523
Şekil 524
Şekil 525
Şekil 526
Şekil 527
2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe
yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi
5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme
davranıĢları
Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Ağ yapısı oumlrnekleri
Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları
a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik
ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği
ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması
gereken eksenler
Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri
Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği
Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro
fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml
Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde
edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182
1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri
1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile
doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm
youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının
anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması
a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile
birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm
5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı
5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı
TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının
ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması
5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum
alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım
haritası
58
59
60
61
62 63
63
64
66
70
70
71
72
73
74
75
76
76
77
78
82
84
85
86
87
87
88
89
90
90
91
91
92
93
94
95
ix
SEMBOL LİSTESİ
Al Aluumlminyum
Mg Magnezyum
Si Silisyum
Zn Ccedilinko
Mn Mangan
Be Berilyum
Ti Titanyum
μ Mikron 0C Derece Celcius
Tm Ergime Sıcaklığı
dak Dakika
sa h Saat
MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme
MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme
kV Kilovolt
σccedil Ccedilekme Mukavemeti
σa Akma Mukavemeti
e Muumlhendislik Uzama
n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml
R Anizotropi Katsayısı
ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı
R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı
K Malzeme Mukavemet Katsayısı
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
x
ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ
5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ
OumlZET
Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden
bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem
kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk
kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde
edilmektedir
Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak
suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer
firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt
olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum
uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm
kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına
sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha
kalitesi uumlzerinde etkilidir
CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm
kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu
5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir
Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası
mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır
Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0
accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa
e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin
ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler
incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir
xi
Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)
alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir
Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde
kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı
goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında
ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir
Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna
rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince
tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki
alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier
etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden
kaynaklanmaktadır
Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır
Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052
alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit
edilmiĢtir
Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek
kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182
alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına
rastlanmıĢtır
Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052
alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir
xii
DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182
ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING
METHOD
SUMMARY
Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum
industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering
discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker
less time and cost
Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which
name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies
improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce
aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to
aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow
solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition
casting thickness speed and tip distance
In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were
produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After
casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at
final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by
continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain
hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water
and very high toughness
For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to
understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the
tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to
determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen
xiii
test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the
fracture surface of the tensile specimens were examined
From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium
alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening
exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy
values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately
no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the
direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain
aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close
each other At the metallographic examinations it was observed that these two
aluminium alloys have center-line segregation At the same time after
homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as
fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope
examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed
ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces
Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic
bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that
5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy
1
1 GİRİŞ
İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807
yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır
İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry
Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında
konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile
ağırlamaktaydı [1]
Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek
guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının
demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya
tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan
bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif
metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha
hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı
iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı
dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak
işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır
Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve
uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına
gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu
duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi
iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim
ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]
İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma
doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer
2
taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve
kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı
goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının
geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada
ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk
lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur
Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)
teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm
kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC
metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar
Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır
İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha
doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum
levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere
sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]
Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum
alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme
Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır
3
2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi
Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler
nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir
Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek
duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv
sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması
aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır
1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-
aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre
Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825
yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum
kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir
[1]
1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400
DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak
uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir
1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T
Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak
kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent
almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente
goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması
Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu
firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir
1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde
4
(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden
uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya
baĢlanmıĢtır
Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları
1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)
1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)
1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı
1893 Sanat Eserlerinde kullanımı
1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi
1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi
1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi
1909 Bira kutularında kullanımı
1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi
1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi
1919 Konserve kutularında kullanımı
1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması
1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı
1931 Suumlt kapaklarında kullanımı
1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması
1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı
1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu
tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz
sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali
5
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri
Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri
buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf
aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde
kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını
sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit
tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı
olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu
nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde
saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan
saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir
Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride
kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır
Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere
sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak
yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak
100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri
aĢağıdaki gibidir
- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo
tuumlr Kuumltlesi
demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve
otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol
oynamaktadır
- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu
istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler
geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle
mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok
yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır
Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr
Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit
olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin
ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği
19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar
6
ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir
alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı
fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo
21rsquode verilmiĢtir
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]
Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg
Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174
Isıl Ġletkenlik (calcm2cm
0C) 052 019 092 027 037
Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10
-6 240 119 167 330 257
Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651
Uzama () 43 48 50
Sertlik (BHN) 19 70 25
- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de
onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve
besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda
kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında
ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla
oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel
nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler
bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı
metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu
durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır
- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda
enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol
accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay
paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır
- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi
iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde
gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın
olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens
civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın
7
yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila
kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar
- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile
aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında
kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve
aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar
- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden
dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum
krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu
metallerin uumlretiminde kullanılır
- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha
ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)
doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme
operasyonlarına tabi tutulabilir
- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak
perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da
yaygındır
- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama
gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama
veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal
elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir
Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada
daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve
mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon
direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten
zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve
duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel
atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı
bulmasını sağlamıĢtır
- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre
buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin
diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere
8
goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer
metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek
olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp
aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir
Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve
alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]
Sektoumlr Oumlnemli kulanım
yerleri Alternatif olduğu malzeme
UlaĢım
Radyatoumlrler Bakırpirinccedil
Motor parccedilaları Doumlkme demir
Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar
UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum
Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler
Trenler Yolcu ve yuumlk
vagonları
Ccedilelik
Deniz
araccedilları
Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik
ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik
Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka
Ambalaj
MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler
Konserve kutuları Tenekecam
Aerosol kutuları Teneke
Folyo Plastikkağıt
Kapaklar Plastikteneke
Elektrik
Ġletkenler
Bakır
Baralar
Transformatoumlr ve
jeneratoumlr
Telefon kablosu
Makine
Yataklar Doumlkuumlm malzemeler
Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik
Hidrolik sistemler
Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik
Tuumlketim
malları
Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır
Diğer
uygulama
Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik
Ziraat aletleri Ccedilelik
Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik
9
Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki
Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]
1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı
2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı
3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı
4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li
AlaĢımları
23 Aluumlminyum Uumlretimi
Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım
accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem
accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer
(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme
goumlstermiĢtir
Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)
sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini
teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle
doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat
demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan
boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım
goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır
En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena
Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum
enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir
Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan
olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum
boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit
(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri
Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir
10
Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit
gibsit oumlrnek olarak verilebilir
Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses
ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten
aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin
Hall-Heroult Prosesirsquo dir
Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit
cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir
Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden
ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile
karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek
sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon
ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve
doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum
oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde
elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan
aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti
oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir
Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)
kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile
karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu
gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım
uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının
altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur
(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından
yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve
hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir
Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1
ton aluumlminyum elde edilir
11
Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]
Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin
uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk
zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji
sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en
modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar
duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr
Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum
(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne
doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı
uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en
alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm
prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik
oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma
etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları
oumlzetlenmektedir
Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]
12
ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm
tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm
tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer
suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett
Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından
yapılmıĢtır
Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil
ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri
esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo
olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden
değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu
oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi
diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını
sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre
120 oranında enerji gerektirmektedir
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]
BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)
TİTANYUM 126000 52000 74000
MAGNEZYUM 90000 2000 88000
DEMİR 4300 1000 3300
BAKIR 13500 1700 11800
ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000
Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken
buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını
1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana
enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki
ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr
1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim
miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir
13
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri
(1000 ton) [8]
YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990
AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911
DOĞU
UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425
KUZEY
AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683
LATĠN AMERĠKA
- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730
ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180
OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492
AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601
TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022
Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim
miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere
paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının
geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu
accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin
hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda
birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa
uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları
goumlsterilmektedir
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum
uumlretimleri (1000 ton) [8]
YIL 1950 1970 1980 1985 1990
1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL
BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540
İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201
İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350
HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145
FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215
İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79
Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve
alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode
goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını
oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme
14
(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır
2580
2100
2064
980
709
645
922
Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme
Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar
Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım
alanına goumlre dağılımı [8]
Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken
GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi
Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya
baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki
kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin
kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler
yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve
BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği
goumlruumllmektedir
Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum
tuumlketimleri (kg) [8]
YIL 1960 1970 1980 1985 1990
JAPONYA 2 112 204 206 309
ALMANYA 72 137 220 238 301
ABD 108 204 258 265 269
ĠTALYA 29 75 141 146 209
FRANSA 49 89 136 123 177
ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111
15
3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ
31 Genel Bilgi
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde
standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk
defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi
desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı
heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan
uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm
teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin
ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter
Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir
Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm
makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan
tipik yerleşim goumlruumllmektedir
Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]
16
Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması
verilmektedir
Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması
Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali
oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak
tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine
belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım
hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken
numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin
ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir
Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır
Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon
deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni
metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından
absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum
alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici
flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz
taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler
Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar
kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal
iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık
kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği
kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve
kolay temizlenebilirliktir [11]
Seramik
Filtre
Gaz Giderme
Uumlntesi
Doumlkuumlm
Makinası
Ergitme Fırını Tutma
Fırını
Tandiş
Ccedilektirme
Merdaneleri
Makas Sarıcı
Akış Youmlnuuml
Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme
17
Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları
alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik
olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum
alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler
(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)
ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası
oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe
gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer
youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses
katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo
uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme
işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve
uumlretim maliyetleri azalır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm
sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan
bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik
mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler
(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki
artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]
Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk
hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm
iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim
aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara
yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi
konularda araştırma yapılmaktadır [11]
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı
bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı
iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek
verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve
yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler
18
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki
ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve
filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin
merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik
malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp
goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı
iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği
ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da
bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle
ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını
sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln
akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle
sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir
mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın
yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm
merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin
yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su
bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]
Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi
merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri
ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini
oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha
uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve
operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya
ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi
merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen
aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı
uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak
verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir
Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir
Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir
19
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]
1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199
1200 1230 1235 1345
3003 3004 3005 3006 3105
5005 5010 5034 5050 5052 5056
5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356
5454 5456 5457 5652 5657
6063
7072
8010 8011 8111 8014
Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane
ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak
veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)
kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane
ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma
kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma
kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın
paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin
etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane
ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı
boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip
tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir
Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm
hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini
artırmaktadır
20
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]
Parametre Etkisi
Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı
Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Merdane Yuumlzey Durumu
Yapışma ile ayırma kuvveti artar
32 Temel Proses Elemanları
Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi
merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir
321 Ergimiş metal beslenmesi
Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik
olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden
kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle
temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]
Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]
21
322 Doumlkuumlm merdane sistemi
Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem
de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin
sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır
Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml
koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu
Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller
(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne
bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal
bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller
geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]
Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]
Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan
ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile
bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller
mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik
mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır
Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik
oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar
termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun
katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir
bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan
malzemelerdir [11]
22
323 Doumlkuumlm boumllgesi
Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm
tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır
Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken
Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa
inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre
olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede
gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi
katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu
olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel
modeller geliştirilmiştir
Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi
suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı
kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi
uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu
parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve
ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle
sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal
temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası
ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda
pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen
23
termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun
şeccedililmelidir
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak
haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı
geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların
mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve
deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik
partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum
levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı
(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin
tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada
kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin
bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek
olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda
bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır
Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da
hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]
5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil
yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları
incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki
ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı
magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav
esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4
Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe
ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur
Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme
eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur
24
005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında
bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet
verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin
oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin
doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek
Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si
bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği
beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir
rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli
değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok
nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn
bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve
suumlnekliğini duumlşuumlruumlr
Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu
goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-
Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak
dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin
bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]
Kimyasal
formuumll
Kristal
yapı
Yoğunluk
(gcm3)
Ergime veya peritectic
sıcaklığı (OC)
(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451
(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)
(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462
25
34 Katılaşma mekanizması
Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci
aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak
katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve
levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve
yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise
metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar
ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır
Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik
partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde
yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane
yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda
enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur
35 Doumlkuumlm hataları
Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır
Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu
tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı
izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında
tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]
26
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
41 Genel Bilgi
Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde
şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile
birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil
eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir
[5]
Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma
uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım
şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır
Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem
değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır
Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform
olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila
geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve
deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce
daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak
goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]
Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)
Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve
işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun
bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2
f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı
buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)
27
f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu
deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)
şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]
Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli
bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların
hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya
benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda
oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir
duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir
Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini
getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki
bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde
karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer
etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun
seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba
tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir
Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan
sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve
presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla
değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme
mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında
bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan
kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin
şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi
gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme
işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu
malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte
kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir
28
42 Şekillendirme Ccedileşitleri
421 Derin Ccedilekme
Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi
olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler
goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla
bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]
Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline
ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma
kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek
kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır
Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp
yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı
kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin
ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]
Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır
Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde
edilmesidir
Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]
Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır
Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı
(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]
29
DCcedilOS D0Dz max (42)
Yukarıdaki eşitlikte
D0 Maksimum taslak ccedilapı
Dz Zımba ccedilapı
İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu
oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu
belirtilmektedir [26]
Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı
gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır
Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]
Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca
zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık
bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki
eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal
olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi
D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel
olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır
Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır
Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar
olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma
işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile
kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir
miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme
30
gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış
olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz
kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini
azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli
oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması
istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk
tutulmalıdır
Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana
gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme
kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana
kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı
plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca
suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının
yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem
ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme
kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına
doğru başlamaktadır [516]
Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına
uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir
Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu
boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim
şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik
şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar
oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir
Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak
disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin
ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba
ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik
sınırı vardır
Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan
tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]
RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)
31
Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme
parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı
yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden
etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde
ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak
verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen
derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da
aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme
kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini
ortaya ccedilıkarmaktadır
Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi
mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir
Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan
sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma
eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile
ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı
teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama
dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen
diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90
ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin
ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit
edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır
Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından
yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler
Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda
suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve
geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık
uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum
alaşımlarıdır [19]
Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil
vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz
konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon
sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir
32
Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta
sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve
Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]
422 Buumlkme
Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal
şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz
haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet
uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz
borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme
youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde
kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları
kullanılır
Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip
aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar
aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-
otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri
ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından
istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur
Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan
1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem
goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum
alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme
33
esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi
tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir
metod aşağıda verilmiştir
- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi
- Isıl işlem ve soğutma
- Nihai şeklinde buumlkme
Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa
soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde
paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde
uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız
taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız
915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup
genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme
işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri
kullanılır [19]
Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı
soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır
Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış
yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon
ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin
oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma
olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit
daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak
Rb = h 1r
1
r lt 02 iccedilin (44)
Rb = h ( 2
2
rr2
r1
r ge 02 iccedilin (45)
eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden
buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik
gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin
34
kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise
elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda
malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma
yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir
Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak
hesaplanabilir [21]
Pb = b
ccedil2
W
hb (46)
Pb= 2
tan
2hR2
hb b
b
a
(47)
Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme
kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı
malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir
Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen
aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay
parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi
uumlretimlerde kullanılmaktadır
423 Gererek Şekil Verme
Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler
Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca
bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin
gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen
oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır
Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri
goumlsterilmektedir
35
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik
oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]
Alaşım
Ccedilekme Mukavemeti
(MPa) (a)
Akma Mukavemeti
(MPa) (b)
Şekillendirme Aralığı
(c = a - b)
Uzama
(50 mm)
Gerilebilirlik Oranı
7075-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
331 138 193 19 100
2024-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
317 124 193 20 98
2024-T3 441 303 138 18 95
6061-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
241 145 96 22 90
7075-0 221 97 124 17 80
2024-0 186 76 110 19 80
6061-0 124 55 69 22 75
3003-0 110 41 69 30 75
1100-0 90 35 55 35 70
7075-T6 524 462 62 11 10
Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi
biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG
derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de
incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)
arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]
GBO = hG IG (48)
Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen
yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır
Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde
bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk
36
tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk
suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]
Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında
panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır
Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber
kullanılırlar
424 Haddeleme
Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak
isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir
Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken
merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine
goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin
haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır
Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık
yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde
duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln
ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun
mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı
malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar
Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel
prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu
merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile
kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir
Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm
2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr
37
Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı
uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı
azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu
buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın
ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml
yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil
yuumlkselir
Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]
Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan
kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı
merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır
Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar
kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler
kullanılarak elde edilebilir
Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters
youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki
metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle
birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında
da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise
deride iz bırakmaya başlar
Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya
zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki
merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila
38
goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar
pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz
olması sağlanır (Şekil 47)
Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]
Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]
Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane
denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)
merdane denir (Şekil 48)
39
Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]
Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde
abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr
Bombe iki şekilde elde edilir
1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)
2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)
Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu
da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı
kullanılarak kontrol edilir
Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde
goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo
yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)
Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]
Pozitif Bombe Negatif Bombe
a) b) c)
40
Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı
merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile
rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ
kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş
merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4
katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek
merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir
Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi
(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri
yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş
merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6
katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da
kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı
oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)
Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]
Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak
Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)
Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve
sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-
grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir
Şekil 411 2‟li Grup Hadde
[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde
[22]
a) b)
41
Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile
sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin
haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme
kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen
tavlama işlemi ile kaldırılabilir
Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer
değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara
goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına
ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık
kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir
Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına
giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)
Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]
Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak
zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması
anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse
haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane
hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda
haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla
girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında
42
ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu
noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu
noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya
ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar
Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil
silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı
kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı
beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve
uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki
metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar
sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete
tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok
dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket
ederek fıccedilı şeklini oluşturur
Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş
merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı
akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)
Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]
Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki
kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla
ezme verir
Metal merdanelerden
hızlı
Metal merdanelerden
yavaş
Kısıtlı Akış
Boumllgeleri
43
Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki
etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da
dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış
boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını
belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı
Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği
biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile
sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste
binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin
daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve
merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla
suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha
fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme
yapılamaz
Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]
425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri
Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde
geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme
ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme
patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik
şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla
şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak
verilebilir [19]
44
Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı
bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum
alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de
birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi
Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA
Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme
ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde
kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik
ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği
uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar
otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil
416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır
Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka
stop lambasının yatağının yapımı [19]
Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi
aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen
ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de
dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum
45
alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden
tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı
iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme
vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme
şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı
suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması
esasına dayanır (Şekil 417)
Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi
[19]
Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların
şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın
temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve
hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında
yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte
şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde
kullanılmaktadır
Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay
araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji
46
şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla
şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır
Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji
şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu
olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra
işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve
duumlşuumlk maliyet elde edilir
43 Şekillendirme Hataları
431 Eğme Hataları
Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme
ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız
eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım
ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği
boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki
deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka
zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak
iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı
duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa
kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir
İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar
oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek
deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi
ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak
deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll
edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki
deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek
giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle
kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir
Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu
operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik
eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan
47
ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı
tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC
lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-
eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır
Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri
yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının
geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir
Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)
uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]
K = ru
u
r
r =
2r
2r
0r i
0 i
s
s
(49)
432 Derin Ccedilekme Hataları
Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri
ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha
oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri
bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla
parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna
rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme
problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve
kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki
grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]
Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın
tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta
buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar
olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]
Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına
uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul
uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı
olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur
ve hatadan bahsedilmektedir
48
4321 Kulaklanma
Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin
ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen
kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti
ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir
Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse
de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne
goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz
edilmektedir [516]
a) 00 90
0 Kulaklanma
b) 450 Kulaklanma
Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim
kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik
karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında
goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml
tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve
miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve
buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]
Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir
sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki
anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem
basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak
anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik
yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]
Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak
uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi
gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise
kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından
uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey
anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin
bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir
49
Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n
m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır
diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon
sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek
ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil
değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini
artırdığını savunmaktadırlar [25]
Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)
ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde
∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel
nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde
ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr
teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak
prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır
Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]
50
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml
Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra
oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi
portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile
uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de
etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya
ccedilıkmaktadır [5]
Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı
olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara
yol accedilmaktadır [23]
Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu
deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak
bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların
uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]
Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda
yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey
puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]
4323 Luumlders Ccedilizgileri
Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders
ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey
puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon
meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin
maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde
ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek
yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir
dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan
gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde
ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği
istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]
51
4324 Looper Ccedilizgileri
Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin
ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak
tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan
deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı
duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav
esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde
uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki
kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize
olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı
duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]
4325 Kırışmalar
Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması
kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası
mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya
malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı
ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]
4326 Ccedilatlamalar
Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik
yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme
oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması
sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama
işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu
tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan
bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol
accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli
malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]
Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen
kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı
koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya
ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme
konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]
52
Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da
goumlruumllmektedir
Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]
a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma
d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)
Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme
433 Gererek Şekillendirme Hataları
Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş
kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr
bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten
ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında
gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme
işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir
Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında
goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek
kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki
boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı
araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan
53
deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla
ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına
rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde
goumlruumlluumlr [21]
44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)
441 Genel Bilgi
Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten
(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım
alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil
bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin
başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]
1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine
yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme
kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve
aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır
deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen
bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler
Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]
Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi
iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel
54
olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki
ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil
421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı
metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki
şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir
Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]
Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına
(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir
Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih
edilmektedir
55
Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme
sınır diyagramı [28]
Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz
ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya
konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır
Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt
okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır
diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar
guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul
edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten
bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır
Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu
kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml
olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve
kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar
Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0
boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme
işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0
boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı
test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test
tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her
iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve
Şekillendirme Sınır Diyagramı
56
sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna
varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır
a) Duumlzlemsel test metodları
b) Duumlzlem-dışı test metodları
Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme
eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır
Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk
karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini
bulmuşlardır
Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır
a Zımbada germe
b Duumlzlemde germe
c Hidrolik şişirme
Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı
kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme
oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar
oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri
oumllccediluumllerek tespit edilir
Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir
zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada
germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır
diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler
Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir
Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede
kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun
başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon
dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon
sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum
deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve
deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek
şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu
57
gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh
hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle
elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]
Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha
geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi
canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme
sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum
muumlkemmeldir
Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı
deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin
şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği
ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı
kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi
kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu
goumlruumllmuumlştuumlr
Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve
malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil
olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli
deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği
ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve
duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde
edilmektedir
Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların
şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve
162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini
yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan
malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan
Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin
yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe
işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]
58
Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]
Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının
şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm
ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102
mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır
Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba
yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit
ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]
Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba
yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]
59
Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının
yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)
5052
0
50
100
150
200
250
300
350
400
SERT 260 290 320 350 375 400 425 450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
5182
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
SERT
220
240
260
290
320
350
375
400
425
450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]
Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş
malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve
şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen
hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha
iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]
60
442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi
Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde
edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki
tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta
şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı
boumllgeleri goumlstermektedir
Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla
vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en
kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik
doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı
derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi
derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta
boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr
4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları
Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil
değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik
youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde
iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her
iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir
Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal
yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine
etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır
Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
61
Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması
sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne
yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya
değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur
Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı
olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan
sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu
elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş
ccediloumlzelti ile yıkanır
Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal
şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı
metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu
gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile
sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk
şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet
verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca
tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal
istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve
deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması
sağlanır
Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının
birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir
Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas
etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips
62
şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile
goumlsterilir
Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen
dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk
kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]
A B
C D
E F
63
4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml
Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki
elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)
A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe
Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]
Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ
yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere
sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye
kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik
olarak tespit edilirler (Şekil 430)
Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm
duumlzeneği [28]
Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk
değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips
a) b
64
formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları
hesaplanır
MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(410)
Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(411)
MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]
Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile
plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu
gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye
kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin
boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu
daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep
aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir
Minimum
Eksen
Maksimum
Eksen
65
45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği
Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift
eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında
tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek
incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil
değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en
kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil
değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli
yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı
Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı
anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla
kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil
değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]
Zdd
d
(412)
gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme
oranının
(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin
başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
nZd (413)
Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill
anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana
ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen
tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin
kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini
66
goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi
genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır
Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]
4512 Boumllgesel kararsızlık
Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil
değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı
amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı
(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini
kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon
sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir
Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere
edilir
Zd
d
(414)
Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil
değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
= nZ (415)
Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın
bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır
67
Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması
gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil
425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir
Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe
şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill
boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu
boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz
4521 Kararsızlığa dayalı kriter
İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme
yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu
yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı
yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda
malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin
boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter
Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma
arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki
sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği
kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal
şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını
accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme
gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln
bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil
değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil
verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori
buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı
uygulanması guumlccediltuumlr
McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden
tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre
inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme
68
deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın
mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak
homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel
kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir
Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya
goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde
oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin
inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon
boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir
Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir
(1+α)σ12=Kcr (416)
Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile
ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma
kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır
Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın
meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik
gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini
goumlstermektedir
f
0
1 Cd (417)
Şekil-13
Haddelemeden sonra
tabakalar
69
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler
Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter
Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve
5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal
kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan
testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -
Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659
Alaşım
5052
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -
Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182
Alaşım
52 Kullanılan Cihazlar
Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak
amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri
metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan
numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers
ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir
Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık
mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM
E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test
edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler
ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test
cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test
duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal
grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo
marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme
70
sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri
JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve
inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır
521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği
Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme
test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas
alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode
goumlsterilmektedir
Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]
Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
71
Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar
ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise
50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)
Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
53 Deneylerin Yapılışı
Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan
numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir
(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak
metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm
mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel
koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses
sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve
R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin
bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır
diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın
sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin
yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile
kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme
cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum
ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel
ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
72
numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS
yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır
531 Metalografik İnceleme
Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme
rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite
alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile
parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm
yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm
yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki
yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu
tespit edilmiştir
a)
b)
Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)
a) 5052 b) 5182
73
Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182
alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası
daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode
goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik
yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir
a)
b)
Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182
Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen
mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine
yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur
74
a)
b)
Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182
İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini
belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır
Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar
elde edilmiştir
75
a)
b)
Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane
yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu
sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış
yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin
artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182
alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden
başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca
76
değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma
farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl
işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden
kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları
incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin
350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410
0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda
tavlanmasına karar verilmiştir [29]
Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki
mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir
a) b)
Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
a) b)
Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
77
5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken
kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede
kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti
Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri
hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin
alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir
Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir
Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla
dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle
meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı
izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri
Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir
78
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25 30
Uzama ()
Mu
kavem
et
(MP
a) 5182
5052
Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri
1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış
numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
verilmiştir
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
350C4sa
tavlı0
1040 9157 19833 2054 027 068
9022 19683 2307 027 060
1035 9097 19785 1767 027 061
9251 20047 1777 027 059
350C4sa
tavlı45 1035
8612 19053 2245 027 068
8774 19273 2414 027 067
8628 19178 2353 027 059
8662 19010 2142 027 065
350C4sa 90
1045 8755 18750 2216 027 060
8712 18723 2117 027 058
1050 8865 18876 2235 027 059
8875 18917 2118 027 054
79
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
410C4sa
tavlı0
1030 16502 29525 2255 026 060
1030 16222 29266 2108 026 061
1035 16080 29483 2256 027 060
1040 16021 29217 2331 026 059
410C4sa
tavlı45
1040 15588 28651 2529 027 108
1040 15505 28759 2458 027 112
1040 15408 28890 2385 028 116
1045 15379 28617 2449 027 122
1040 16036 28817 2138 026 093
1035 16052 29175 2383 025 108
1040 16082 29183 2418 026 098
410C4sa
tavlı90
1045 16366 29412 1997 026 073
1045 15965 28992 2166 026 066
1040 16086 29246 2223 026 073
1045 16053 29110 1867 027 080
Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum
miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila
44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum
alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik
accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir
fark tespit edilememiştir
Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n
değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır
4
n2nnn 45900 (51)
Burada
n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri
5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde
edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm
80
kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna
getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin
n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak
hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark
goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n
değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform
şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir
Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin
kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu
belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik
bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey
anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde
farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey
anizotropi katsayısının ortalaması
4
R2RRR 45900 (52)
şeklinde tanımlanır
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır
R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir
[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin
bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi
katsayısı (ΔR)
2
R2RRR 45900 (53)
bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden
hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de
bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur
81
Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi
katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm
kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları
[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode
karşılaştırma amacı ile verilmiştir
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri
sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney
sonuccedillarının [30] karşılaştırılması
Mg a
(MPa) ccedil
(MPa)
Uzama
(ort)
R0
(ort) R45
(ort) R90
(ort) R ΔR
5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005
5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042
5182-
DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030
5754-
DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026
Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında
5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir
İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı
malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı
malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir
malzemedir diyebiliriz
Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri
(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu
malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması
anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha
az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle
derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını
goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha
homojen olarak plastik deformasyona uğrar
82
Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)
miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve
duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma
davranışının arttığı goumlruumllmektedir
İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha
doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC
ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile
doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop
bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş
5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik
doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir
malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine
sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki
malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında
450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir
Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC
tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı
malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil
512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin
ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır
-042-030
-005
-026
087
069063062
-06
-04
-02
0
02
04
06
08
1
5052 5754-DC 5182-DC 5182
Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182
aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum
alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması
R
R
83
533 Erichsen Derinliği Tesbiti
Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini
tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki
numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve
bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve
deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden
ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları
ALAŞIM Sıkıştırma
Kuvveti (kN)
Bilya Ccedilapı
(mm)
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
Genel
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
5052 10 10
94
asymp 95 95
95
5182 10 10
95
asymp 97 97
98
Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri
94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir
Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde
bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine
sahip olduğu soumlylenebilir
84
534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları
ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak
grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar
destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine
tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen
dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir
Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel
ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları
a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)
Numune1 34 100 5 150
Numune2 34 100 10 150
Numune3 34 100 15 150
Numune4 34 100 30 150
Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk
eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen
deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir
ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli
numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye
birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir
c
a
b
d c
b) a)
85
Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik
şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle
yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı
geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir
a)
b)
Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052
Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup
100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise
65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan
86
70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri
verilmektedir
a)
b)
Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052
Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre
hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak
goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında
ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile
sınır eğrileri elde edilmiştir
87
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme
noktasıdır
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
88
Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182
alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte
verilmiştir
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
5052 5182
Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır
Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme
işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır
diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma
boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları
karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre
kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri
5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil
etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden
daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli
boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda
elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme
performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır
89
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 0 10 20 30 40
e2
e1
5182TRC 5182DC
Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme
Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182
alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda
goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182
alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli
eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen
ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi
ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı
goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra
germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri
goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp
geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir
90
535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi
Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma
karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik
intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma
yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma
yuumlzeyleri goumlsterilmektedir
Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)
Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)
91
Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik
goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde
youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden
suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila
goumlruumllmektedir
Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)
Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)
92
İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi
yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek
ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır
(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına
rastlanmıştır
a) b)
c) d)
e)
Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X
93
Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2
Silisyum Ka1 Demir Ka1
94
Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum
Ka1_2
Silisyum
Ka1 Demir Ka1
95
Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası
Aluumlminyum
Magnezyum Silisyum
Oksijen Demir
96
6 GENEL SONUCcedilLAR
Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki
aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin
incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir
1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme
mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum
alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha
yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından
incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir
2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı
segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı
segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan
ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir
3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen
ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer
almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen
aynıdır
4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon
sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr
5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında
5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının
Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir
6 Uumlccedil youmlnluuml (0045
0 90
0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen
R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450
youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak
şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı
97
malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği
(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk
olduğu ( R =062) tespit edilmiştir
7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri
arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182
alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir
8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize
eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma
yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg
inkluumlzyonlarına rastlanmıştır
9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları
Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha
yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin
daha iyi olduğu tespit edilmiştir
98
KAYNAKLAR
[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve
Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul
[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum
Products JOM 21-25
[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys
Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123
[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve
5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans
Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin
ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine
etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya
[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum
[7] httpwwwforesightproductionscom
[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications
Edimet Brescia
[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM
[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent
No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom
[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[12] httpwwwfosecocom
[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul
[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology
99
[15] Vangala P Smith D Duvvuri R Romanowski CA 1992 The Influence of
Casting Gauge on the Hunter Roll Casting Process Melt Spinning and
Strip Casting
[16] Kayalı ES Ensari C 1995 Metallere Plastik Şekil Verme İlke ve
Uygulamaları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi Bilim Teknik
Yayınevi İstanbul
[17] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (I)
Aluminium 670 ndash 675
[18] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (II)
Aluminium 701 ndash 709
[19] ASM Speciality Handbook Aluminum and Aluminum Alloys Fabrication and
Finishing of Aluminum Alloys ASM International 231 ndash 246
[20] Sheet Metal Working Presentation Internet Search Results
[21] Okumuş E 2000 Saccedil Şekillendirme Hataları Hasar Analizi Yuumlksek Lisans
Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi İstanbul
[22] Gibson GC Smith H 1964 The principles of aluminium rolling The
British Aluminium Company Limited Bainsford Falkirk
Stirlingshire
[23] Dieter GE 1981 Mechanical Metallurgy Mc Graw-Hill Tokyo
[24] Birol Y Duumlndar M Romanowski CA 2002 Twin-Roll Cast 5000 Series
Aluminum Sheet For Automotive Applications
[25] Ccedilimenoğlu H Kayalı Es 1984 aluumlminyum Alaşımlarının
Şekillendirilebilirliğini Etkileyen Faktoumlrler II Uluslararası
Aluumlminyum Sanayii Kongresi Seydişehir
[26] Yazıcı E 1987 Aluumlminyumda tane boyutunun deformasyon davranışına etkisi
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[27] Unknown Forming Limit Diagrams and Failure Mechanism for Low and High
Carbon Steels Middle East Technical University
[28] Manthey DW The Need for Surface Strain Measurement Metal forming
Magazine Metalforming Online
100
[29] Duumlndar M 2001 5000 Serisi Laboratuar Ccedilalışmaları Assan Aluumlminyum
[30] Slamova M 2002 Continuous casting technologies for production of
aluminium alloy sheets for transportation applications Research
Report
[31] Haberfield AB Boyles MW 1973 Laboratory Determined Forming Limit
Diagrams Sheet Metal Industries 400 ndash 405
[32] Lectroetch Metal Marking Systems Originators of Electrochemical Marking
Catalog 696 httpwwwlectroetchcom
101
EKA
Tablo A1 5052 ve 5182 alaşımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm değerleri
5052 5182
Maks BŞD Min BŞD Maks BŞD Min BŞD
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2075471698 -1886792453 1886792453 0
1698113208 -1886792453 1698113208 -1886792453
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2075471698 -3773584906 2075471698 -1886792453
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -3773584906 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -3773584906
2452830189 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2264150943 2264150943 2452830189 2641509434
2452830189 2452830189 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2311320755 2311320755 2754716981 2641509434
2830188679 1698113208 2528301887 1698113208
2830188679 1698113208 2679245283 1698113208
2830188679 1698113208 2641509434 1698113208
2830188679 1320754717 2452830189 1698113208
2830188679 1509433962 2641509434 1509433962
2830188679 1698113208 2452830189 1698113208
2264150943 1698113208
2641509434 1698113208
2641509434 2075471698
2641509434 1698113208
102
OumlZGECcedilMİŞ
15 Eyluumll 1975 yılında Karabuumlkrsquode doğdu İlk ve orta tahsili aynı ilde tamamladıktan
sonra lise tahsilini İstanbulrsquoda tamamladı 1993 yılında İTUuml Kimya-Metalurji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliği boumlluumlmuumlnde bir yıl hazırlık
devresinden sonra lisans eğitimime başladı Lisans oumlğrenimini bitirdiği 1998
senesinde hem İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğirsquonde
hem de ASSAN Aluumlminyumrsquoda ccedilalışmaya başladı 2002 yılında askere gidip
geldikten sonra aynı firmada Levha Değerlendirme Youmlneticisi olarak goumlrev
yapmaktadır
viii
Şekil 424
Şekil 425
Şekil 426
Şekil 427
Şekil 428
Şekil 429
Şekil 430
Şekil 431
Şekil 432
Şekil 51
Şekil 52
Şekil 53
Şekil 54
Şekil 55
Şekil 56
Şekil 57
Şekil 58
Şekil 59
Şekil 510
Şekil 511
Şekil 512
Şekil 513
Şekil 514
Şekil 515
Şekil 516
Şekil 517
Şekil 518
Şekil 519
Şekil 520
Şekil 521
Şekil 522
Şekil 523
Şekil 524
Şekil 525
Şekil 526
Şekil 527
2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaĢımları kubbe
yuumlksekliğiZımba yarıccedilapı ndash mindeformasyon oranı eğrisi
5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımların yeniden kristalleĢme
davranıĢları
Fotokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Elektrokimyasal dağlama ile grid oluĢturma
Ağ yapısı oumlrnekleri
Yassı metal Ģekillendirme sonrası ağ yapıları
a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik
ağ yapısı oumllccediluumlm duumlzeneği
ġekillendirme sonrası oluĢan elips formları ve dikkate alınması
gereken eksenler
Ġzotrop malzemeler iccedilin Ģekillendirme kararsızlık seviyeleri
Hidrostatik ĢiĢirme kalıbı duumlzeneği
Hazırlanan hidrostatik ĢiĢirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
Hidrostatik ĢiĢirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmıĢ doumlkuumlm numunelerin makro
fotoğrafları (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml
Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Doumlkuumlm yapısının 450 8 sa homojen tavlanması sonucu elde
edilen tane yapısı a) 5052 b) 5182
1 mm kalınlığında 5052 alaĢımının 350 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
1 mm kalınlığında 5182 alaĢımının 410 4 sa tavlanması sonucu
elde edilen tane yapısı
DeğiĢik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
5052-5182 Genel Mukavemet-Uzama Eğrileri
1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile
doumlkuumllmuumlĢ 5052-5182 aluumlminyum alaĢımlarının ve klasik doumlkuumlm
youmlntemi ile doumlkuumllmuumlĢ 5182-5754 DC aluumlminyum alaĢımlarının
anizotropi oumlzelliklerinin karĢılaĢtırması
a) Ccedilekme Testi Numune Taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile
birbirini kesen dairesel ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 100 100 mm
Hidrolik ġiĢirme sonucu oluĢan ccedilatlama kalıp 70 100 mm
5052 ġekillendirme Sınır Diyagramı
5182 ġekillendirme Sınır Diyagramı
TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaĢımlarının
ġekillendirme Sınır Diyagramlarının karĢılaĢtırılması
5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum
alaĢımlarının ġekillendirme Sınır Diyagramları
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 kırılma yuumlzeyi
SEM ile ccedilekilmiĢ 5052 accedilılı kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi
5182 alaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
5182 kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
AlaĢımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım
haritası
58
59
60
61
62 63
63
64
66
70
70
71
72
73
74
75
76
76
77
78
82
84
85
86
87
87
88
89
90
90
91
91
92
93
94
95
ix
SEMBOL LİSTESİ
Al Aluumlminyum
Mg Magnezyum
Si Silisyum
Zn Ccedilinko
Mn Mangan
Be Berilyum
Ti Titanyum
μ Mikron 0C Derece Celcius
Tm Ergime Sıcaklığı
dak Dakika
sa h Saat
MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme
MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme
kV Kilovolt
σccedil Ccedilekme Mukavemeti
σa Akma Mukavemeti
e Muumlhendislik Uzama
n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml
R Anizotropi Katsayısı
ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı
R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı
K Malzeme Mukavemet Katsayısı
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
x
ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ
5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ
OumlZET
Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden
bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem
kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk
kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde
edilmektedir
Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak
suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer
firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt
olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum
uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm
kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına
sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha
kalitesi uumlzerinde etkilidir
CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm
kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu
5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir
Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası
mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır
Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0
accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa
e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin
ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler
incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir
xi
Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)
alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir
Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde
kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı
goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında
ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir
Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna
rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince
tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki
alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier
etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden
kaynaklanmaktadır
Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır
Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052
alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit
edilmiĢtir
Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek
kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182
alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına
rastlanmıĢtır
Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052
alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir
xii
DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182
ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING
METHOD
SUMMARY
Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum
industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering
discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker
less time and cost
Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which
name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies
improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce
aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to
aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow
solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition
casting thickness speed and tip distance
In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were
produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After
casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at
final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by
continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain
hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water
and very high toughness
For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to
understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the
tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to
determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen
xiii
test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the
fracture surface of the tensile specimens were examined
From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium
alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening
exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy
values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately
no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the
direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain
aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close
each other At the metallographic examinations it was observed that these two
aluminium alloys have center-line segregation At the same time after
homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as
fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope
examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed
ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces
Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic
bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that
5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy
1
1 GİRİŞ
İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807
yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır
İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry
Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında
konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile
ağırlamaktaydı [1]
Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek
guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının
demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya
tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan
bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif
metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha
hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı
iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı
dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak
işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır
Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve
uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına
gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu
duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi
iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim
ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]
İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma
doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer
2
taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve
kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı
goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının
geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada
ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk
lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur
Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)
teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm
kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC
metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar
Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır
İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha
doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum
levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere
sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]
Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum
alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme
Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır
3
2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi
Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler
nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir
Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek
duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv
sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması
aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır
1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-
aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre
Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825
yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum
kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir
[1]
1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400
DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak
uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir
1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T
Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak
kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent
almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente
goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması
Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu
firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir
1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde
4
(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden
uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya
baĢlanmıĢtır
Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları
1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)
1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)
1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı
1893 Sanat Eserlerinde kullanımı
1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi
1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi
1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi
1909 Bira kutularında kullanımı
1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi
1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi
1919 Konserve kutularında kullanımı
1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması
1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı
1931 Suumlt kapaklarında kullanımı
1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması
1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı
1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu
tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz
sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali
5
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri
Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri
buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf
aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde
kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını
sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit
tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı
olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu
nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde
saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan
saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir
Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride
kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır
Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere
sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak
yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak
100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri
aĢağıdaki gibidir
- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo
tuumlr Kuumltlesi
demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve
otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol
oynamaktadır
- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu
istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler
geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle
mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok
yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır
Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr
Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit
olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin
ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği
19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar
6
ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir
alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı
fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo
21rsquode verilmiĢtir
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]
Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg
Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174
Isıl Ġletkenlik (calcm2cm
0C) 052 019 092 027 037
Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10
-6 240 119 167 330 257
Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651
Uzama () 43 48 50
Sertlik (BHN) 19 70 25
- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de
onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve
besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda
kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında
ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla
oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel
nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler
bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı
metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu
durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır
- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda
enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol
accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay
paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır
- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi
iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde
gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın
olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens
civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın
7
yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila
kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar
- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile
aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında
kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve
aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar
- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden
dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum
krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu
metallerin uumlretiminde kullanılır
- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha
ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)
doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme
operasyonlarına tabi tutulabilir
- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak
perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da
yaygındır
- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama
gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama
veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal
elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir
Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada
daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve
mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon
direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten
zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve
duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel
atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı
bulmasını sağlamıĢtır
- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre
buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin
diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere
8
goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer
metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek
olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp
aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir
Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve
alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]
Sektoumlr Oumlnemli kulanım
yerleri Alternatif olduğu malzeme
UlaĢım
Radyatoumlrler Bakırpirinccedil
Motor parccedilaları Doumlkme demir
Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar
UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum
Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler
Trenler Yolcu ve yuumlk
vagonları
Ccedilelik
Deniz
araccedilları
Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik
ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik
Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka
Ambalaj
MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler
Konserve kutuları Tenekecam
Aerosol kutuları Teneke
Folyo Plastikkağıt
Kapaklar Plastikteneke
Elektrik
Ġletkenler
Bakır
Baralar
Transformatoumlr ve
jeneratoumlr
Telefon kablosu
Makine
Yataklar Doumlkuumlm malzemeler
Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik
Hidrolik sistemler
Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik
Tuumlketim
malları
Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır
Diğer
uygulama
Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik
Ziraat aletleri Ccedilelik
Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik
9
Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki
Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]
1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı
2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı
3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı
4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li
AlaĢımları
23 Aluumlminyum Uumlretimi
Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım
accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem
accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer
(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme
goumlstermiĢtir
Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)
sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini
teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle
doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat
demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan
boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım
goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır
En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena
Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum
enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir
Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan
olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum
boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit
(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri
Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir
10
Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit
gibsit oumlrnek olarak verilebilir
Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses
ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten
aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin
Hall-Heroult Prosesirsquo dir
Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit
cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir
Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden
ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile
karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek
sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon
ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve
doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum
oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde
elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan
aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti
oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir
Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)
kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile
karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu
gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım
uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının
altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur
(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından
yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve
hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir
Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1
ton aluumlminyum elde edilir
11
Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]
Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin
uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk
zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji
sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en
modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar
duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr
Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum
(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne
doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı
uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en
alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm
prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik
oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma
etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları
oumlzetlenmektedir
Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]
12
ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm
tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm
tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer
suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett
Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından
yapılmıĢtır
Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil
ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri
esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo
olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden
değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu
oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi
diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını
sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre
120 oranında enerji gerektirmektedir
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]
BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)
TİTANYUM 126000 52000 74000
MAGNEZYUM 90000 2000 88000
DEMİR 4300 1000 3300
BAKIR 13500 1700 11800
ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000
Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken
buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını
1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana
enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki
ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr
1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim
miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir
13
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri
(1000 ton) [8]
YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990
AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911
DOĞU
UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425
KUZEY
AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683
LATĠN AMERĠKA
- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730
ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180
OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492
AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601
TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022
Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim
miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere
paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının
geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu
accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin
hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda
birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa
uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları
goumlsterilmektedir
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum
uumlretimleri (1000 ton) [8]
YIL 1950 1970 1980 1985 1990
1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL
BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540
İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201
İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350
HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145
FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215
İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79
Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve
alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode
goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını
oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme
14
(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır
2580
2100
2064
980
709
645
922
Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme
Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar
Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım
alanına goumlre dağılımı [8]
Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken
GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi
Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya
baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki
kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin
kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler
yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve
BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği
goumlruumllmektedir
Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum
tuumlketimleri (kg) [8]
YIL 1960 1970 1980 1985 1990
JAPONYA 2 112 204 206 309
ALMANYA 72 137 220 238 301
ABD 108 204 258 265 269
ĠTALYA 29 75 141 146 209
FRANSA 49 89 136 123 177
ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111
15
3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ
31 Genel Bilgi
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde
standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk
defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi
desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı
heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan
uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm
teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin
ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter
Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir
Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm
makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan
tipik yerleşim goumlruumllmektedir
Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]
16
Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması
verilmektedir
Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması
Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali
oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak
tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine
belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım
hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken
numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin
ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir
Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır
Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon
deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni
metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından
absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum
alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici
flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz
taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler
Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar
kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal
iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık
kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği
kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve
kolay temizlenebilirliktir [11]
Seramik
Filtre
Gaz Giderme
Uumlntesi
Doumlkuumlm
Makinası
Ergitme Fırını Tutma
Fırını
Tandiş
Ccedilektirme
Merdaneleri
Makas Sarıcı
Akış Youmlnuuml
Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme
17
Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları
alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik
olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum
alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler
(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)
ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası
oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe
gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer
youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses
katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo
uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme
işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve
uumlretim maliyetleri azalır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm
sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan
bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik
mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler
(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki
artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]
Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk
hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm
iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim
aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara
yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi
konularda araştırma yapılmaktadır [11]
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı
bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı
iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek
verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve
yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler
18
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki
ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve
filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin
merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik
malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp
goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı
iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği
ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da
bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle
ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını
sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln
akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle
sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir
mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın
yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm
merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin
yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su
bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]
Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi
merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri
ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini
oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha
uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve
operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya
ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi
merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen
aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı
uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak
verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir
Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir
Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir
19
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]
1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199
1200 1230 1235 1345
3003 3004 3005 3006 3105
5005 5010 5034 5050 5052 5056
5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356
5454 5456 5457 5652 5657
6063
7072
8010 8011 8111 8014
Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane
ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak
veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)
kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane
ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma
kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma
kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın
paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin
etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane
ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı
boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip
tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir
Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm
hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini
artırmaktadır
20
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]
Parametre Etkisi
Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı
Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Merdane Yuumlzey Durumu
Yapışma ile ayırma kuvveti artar
32 Temel Proses Elemanları
Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi
merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir
321 Ergimiş metal beslenmesi
Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik
olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden
kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle
temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]
Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]
21
322 Doumlkuumlm merdane sistemi
Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem
de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin
sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır
Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml
koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu
Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller
(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne
bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal
bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller
geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]
Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]
Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan
ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile
bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller
mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik
mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır
Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik
oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar
termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun
katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir
bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan
malzemelerdir [11]
22
323 Doumlkuumlm boumllgesi
Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm
tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır
Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken
Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa
inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre
olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede
gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi
katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu
olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel
modeller geliştirilmiştir
Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi
suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı
kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi
uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu
parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve
ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle
sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal
temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası
ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda
pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen
23
termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun
şeccedililmelidir
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak
haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı
geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların
mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve
deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik
partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum
levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı
(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin
tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada
kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin
bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek
olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda
bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır
Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da
hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]
5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil
yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları
incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki
ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı
magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav
esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4
Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe
ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur
Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme
eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur
24
005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında
bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet
verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin
oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin
doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek
Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si
bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği
beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir
rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli
değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok
nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn
bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve
suumlnekliğini duumlşuumlruumlr
Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu
goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-
Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak
dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin
bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]
Kimyasal
formuumll
Kristal
yapı
Yoğunluk
(gcm3)
Ergime veya peritectic
sıcaklığı (OC)
(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451
(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)
(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462
25
34 Katılaşma mekanizması
Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci
aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak
katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve
levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve
yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise
metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar
ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır
Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik
partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde
yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane
yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda
enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur
35 Doumlkuumlm hataları
Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır
Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu
tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı
izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında
tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]
26
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
41 Genel Bilgi
Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde
şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile
birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil
eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir
[5]
Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma
uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım
şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır
Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem
değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır
Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform
olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila
geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve
deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce
daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak
goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]
Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)
Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve
işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun
bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2
f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı
buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)
27
f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu
deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)
şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]
Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli
bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların
hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya
benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda
oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir
duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir
Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini
getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki
bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde
karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer
etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun
seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba
tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir
Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan
sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve
presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla
değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme
mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında
bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan
kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin
şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi
gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme
işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu
malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte
kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir
28
42 Şekillendirme Ccedileşitleri
421 Derin Ccedilekme
Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi
olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler
goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla
bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]
Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline
ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma
kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek
kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır
Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp
yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı
kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin
ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]
Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır
Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde
edilmesidir
Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]
Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır
Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı
(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]
29
DCcedilOS D0Dz max (42)
Yukarıdaki eşitlikte
D0 Maksimum taslak ccedilapı
Dz Zımba ccedilapı
İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu
oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu
belirtilmektedir [26]
Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı
gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır
Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]
Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca
zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık
bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki
eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal
olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi
D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel
olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır
Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır
Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar
olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma
işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile
kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir
miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme
30
gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış
olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz
kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini
azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli
oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması
istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk
tutulmalıdır
Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana
gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme
kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana
kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı
plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca
suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının
yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem
ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme
kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına
doğru başlamaktadır [516]
Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına
uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir
Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu
boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim
şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik
şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar
oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir
Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak
disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin
ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba
ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik
sınırı vardır
Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan
tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]
RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)
31
Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme
parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı
yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden
etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde
ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak
verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen
derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da
aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme
kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini
ortaya ccedilıkarmaktadır
Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi
mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir
Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan
sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma
eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile
ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı
teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama
dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen
diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90
ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin
ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit
edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır
Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından
yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler
Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda
suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve
geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık
uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum
alaşımlarıdır [19]
Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil
vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz
konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon
sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir
32
Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta
sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve
Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]
422 Buumlkme
Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal
şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz
haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet
uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz
borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme
youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde
kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları
kullanılır
Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip
aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar
aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-
otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri
ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından
istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur
Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan
1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem
goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum
alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme
33
esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi
tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir
metod aşağıda verilmiştir
- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi
- Isıl işlem ve soğutma
- Nihai şeklinde buumlkme
Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa
soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde
paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde
uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız
taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız
915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup
genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme
işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri
kullanılır [19]
Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı
soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır
Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış
yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon
ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin
oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma
olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit
daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak
Rb = h 1r
1
r lt 02 iccedilin (44)
Rb = h ( 2
2
rr2
r1
r ge 02 iccedilin (45)
eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden
buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik
gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin
34
kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise
elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda
malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma
yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir
Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak
hesaplanabilir [21]
Pb = b
ccedil2
W
hb (46)
Pb= 2
tan
2hR2
hb b
b
a
(47)
Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme
kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı
malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir
Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen
aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay
parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi
uumlretimlerde kullanılmaktadır
423 Gererek Şekil Verme
Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler
Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca
bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin
gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen
oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır
Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri
goumlsterilmektedir
35
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik
oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]
Alaşım
Ccedilekme Mukavemeti
(MPa) (a)
Akma Mukavemeti
(MPa) (b)
Şekillendirme Aralığı
(c = a - b)
Uzama
(50 mm)
Gerilebilirlik Oranı
7075-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
331 138 193 19 100
2024-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
317 124 193 20 98
2024-T3 441 303 138 18 95
6061-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
241 145 96 22 90
7075-0 221 97 124 17 80
2024-0 186 76 110 19 80
6061-0 124 55 69 22 75
3003-0 110 41 69 30 75
1100-0 90 35 55 35 70
7075-T6 524 462 62 11 10
Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi
biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG
derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de
incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)
arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]
GBO = hG IG (48)
Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen
yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır
Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde
bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk
36
tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk
suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]
Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında
panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır
Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber
kullanılırlar
424 Haddeleme
Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak
isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir
Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken
merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine
goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin
haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır
Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık
yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde
duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln
ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun
mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı
malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar
Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel
prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu
merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile
kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir
Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm
2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr
37
Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı
uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı
azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu
buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın
ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml
yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil
yuumlkselir
Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]
Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan
kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı
merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır
Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar
kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler
kullanılarak elde edilebilir
Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters
youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki
metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle
birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında
da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise
deride iz bırakmaya başlar
Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya
zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki
merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila
38
goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar
pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz
olması sağlanır (Şekil 47)
Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]
Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]
Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane
denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)
merdane denir (Şekil 48)
39
Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]
Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde
abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr
Bombe iki şekilde elde edilir
1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)
2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)
Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu
da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı
kullanılarak kontrol edilir
Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde
goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo
yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)
Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]
Pozitif Bombe Negatif Bombe
a) b) c)
40
Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı
merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile
rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ
kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş
merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4
katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek
merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir
Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi
(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri
yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş
merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6
katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da
kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı
oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)
Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]
Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak
Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)
Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve
sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-
grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir
Şekil 411 2‟li Grup Hadde
[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde
[22]
a) b)
41
Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile
sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin
haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme
kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen
tavlama işlemi ile kaldırılabilir
Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer
değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara
goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına
ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık
kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir
Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına
giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)
Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]
Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak
zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması
anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse
haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane
hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda
haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla
girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında
42
ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu
noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu
noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya
ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar
Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil
silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı
kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı
beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve
uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki
metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar
sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete
tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok
dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket
ederek fıccedilı şeklini oluşturur
Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş
merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı
akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)
Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]
Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki
kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla
ezme verir
Metal merdanelerden
hızlı
Metal merdanelerden
yavaş
Kısıtlı Akış
Boumllgeleri
43
Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki
etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da
dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış
boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını
belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı
Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği
biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile
sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste
binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin
daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve
merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla
suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha
fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme
yapılamaz
Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]
425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri
Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde
geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme
ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme
patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik
şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla
şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak
verilebilir [19]
44
Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı
bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum
alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de
birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi
Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA
Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme
ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde
kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik
ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği
uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar
otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil
416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır
Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka
stop lambasının yatağının yapımı [19]
Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi
aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen
ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de
dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum
45
alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden
tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı
iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme
vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme
şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı
suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması
esasına dayanır (Şekil 417)
Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi
[19]
Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların
şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın
temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve
hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında
yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte
şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde
kullanılmaktadır
Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay
araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji
46
şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla
şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır
Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji
şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu
olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra
işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve
duumlşuumlk maliyet elde edilir
43 Şekillendirme Hataları
431 Eğme Hataları
Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme
ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız
eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım
ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği
boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki
deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka
zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak
iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı
duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa
kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir
İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar
oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek
deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi
ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak
deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll
edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki
deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek
giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle
kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir
Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu
operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik
eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan
47
ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı
tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC
lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-
eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır
Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri
yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının
geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir
Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)
uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]
K = ru
u
r
r =
2r
2r
0r i
0 i
s
s
(49)
432 Derin Ccedilekme Hataları
Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri
ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha
oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri
bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla
parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna
rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme
problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve
kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki
grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]
Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın
tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta
buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar
olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]
Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına
uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul
uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı
olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur
ve hatadan bahsedilmektedir
48
4321 Kulaklanma
Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin
ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen
kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti
ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir
Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse
de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne
goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz
edilmektedir [516]
a) 00 90
0 Kulaklanma
b) 450 Kulaklanma
Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim
kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik
karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında
goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml
tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve
miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve
buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]
Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir
sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki
anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem
basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak
anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik
yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]
Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak
uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi
gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise
kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından
uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey
anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin
bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir
49
Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n
m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır
diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon
sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek
ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil
değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini
artırdığını savunmaktadırlar [25]
Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)
ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde
∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel
nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde
ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr
teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak
prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır
Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]
50
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml
Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra
oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi
portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile
uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de
etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya
ccedilıkmaktadır [5]
Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı
olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara
yol accedilmaktadır [23]
Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu
deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak
bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların
uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]
Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda
yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey
puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]
4323 Luumlders Ccedilizgileri
Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders
ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey
puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon
meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin
maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde
ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek
yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir
dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan
gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde
ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği
istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]
51
4324 Looper Ccedilizgileri
Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin
ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak
tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan
deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı
duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav
esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde
uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki
kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize
olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı
duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]
4325 Kırışmalar
Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması
kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası
mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya
malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı
ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]
4326 Ccedilatlamalar
Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik
yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme
oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması
sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama
işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu
tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan
bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol
accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli
malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]
Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen
kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı
koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya
ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme
konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]
52
Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da
goumlruumllmektedir
Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]
a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma
d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)
Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme
433 Gererek Şekillendirme Hataları
Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş
kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr
bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten
ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında
gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme
işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir
Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında
goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek
kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki
boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı
araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan
53
deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla
ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına
rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde
goumlruumlluumlr [21]
44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)
441 Genel Bilgi
Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten
(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım
alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil
bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin
başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]
1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine
yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme
kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve
aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır
deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen
bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler
Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]
Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi
iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel
54
olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki
ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil
421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı
metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki
şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir
Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]
Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına
(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir
Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih
edilmektedir
55
Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme
sınır diyagramı [28]
Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz
ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya
konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır
Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt
okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır
diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar
guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul
edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten
bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır
Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu
kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml
olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve
kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar
Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0
boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme
işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0
boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı
test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test
tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her
iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve
Şekillendirme Sınır Diyagramı
56
sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna
varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır
a) Duumlzlemsel test metodları
b) Duumlzlem-dışı test metodları
Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme
eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır
Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk
karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini
bulmuşlardır
Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır
a Zımbada germe
b Duumlzlemde germe
c Hidrolik şişirme
Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı
kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme
oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar
oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri
oumllccediluumllerek tespit edilir
Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir
zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada
germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır
diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler
Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir
Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede
kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun
başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon
dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon
sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum
deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve
deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek
şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu
57
gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh
hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle
elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]
Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha
geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi
canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme
sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum
muumlkemmeldir
Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı
deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin
şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği
ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı
kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi
kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu
goumlruumllmuumlştuumlr
Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve
malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil
olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli
deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği
ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve
duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde
edilmektedir
Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların
şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve
162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini
yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan
malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan
Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin
yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe
işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]
58
Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]
Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının
şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm
ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102
mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır
Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba
yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit
ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]
Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba
yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]
59
Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının
yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)
5052
0
50
100
150
200
250
300
350
400
SERT 260 290 320 350 375 400 425 450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
5182
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
SERT
220
240
260
290
320
350
375
400
425
450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]
Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş
malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve
şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen
hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha
iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]
60
442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi
Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde
edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki
tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta
şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı
boumllgeleri goumlstermektedir
Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla
vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en
kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik
doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı
derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi
derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta
boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr
4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları
Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil
değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik
youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde
iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her
iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir
Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal
yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine
etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır
Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
61
Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması
sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne
yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya
değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur
Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı
olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan
sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu
elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş
ccediloumlzelti ile yıkanır
Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal
şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı
metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu
gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile
sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk
şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet
verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca
tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal
istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve
deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması
sağlanır
Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının
birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir
Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas
etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips
62
şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile
goumlsterilir
Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen
dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk
kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]
A B
C D
E F
63
4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml
Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki
elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)
A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe
Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]
Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ
yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere
sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye
kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik
olarak tespit edilirler (Şekil 430)
Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm
duumlzeneği [28]
Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk
değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips
a) b
64
formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları
hesaplanır
MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(410)
Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(411)
MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]
Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile
plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu
gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye
kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin
boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu
daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep
aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir
Minimum
Eksen
Maksimum
Eksen
65
45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği
Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift
eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında
tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek
incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil
değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en
kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil
değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli
yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı
Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı
anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla
kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil
değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]
Zdd
d
(412)
gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme
oranının
(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin
başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
nZd (413)
Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill
anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana
ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen
tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin
kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini
66
goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi
genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır
Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]
4512 Boumllgesel kararsızlık
Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil
değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı
amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı
(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini
kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon
sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir
Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere
edilir
Zd
d
(414)
Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil
değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
= nZ (415)
Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın
bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır
67
Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması
gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil
425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir
Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe
şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill
boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu
boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz
4521 Kararsızlığa dayalı kriter
İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme
yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu
yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı
yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda
malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin
boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter
Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma
arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki
sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği
kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal
şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını
accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme
gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln
bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil
değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil
verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori
buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı
uygulanması guumlccediltuumlr
McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden
tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre
inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme
68
deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın
mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak
homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel
kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir
Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya
goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde
oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin
inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon
boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir
Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir
(1+α)σ12=Kcr (416)
Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile
ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma
kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır
Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın
meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik
gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini
goumlstermektedir
f
0
1 Cd (417)
Şekil-13
Haddelemeden sonra
tabakalar
69
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler
Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter
Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve
5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal
kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan
testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -
Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659
Alaşım
5052
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -
Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182
Alaşım
52 Kullanılan Cihazlar
Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak
amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri
metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan
numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers
ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir
Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık
mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM
E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test
edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler
ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test
cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test
duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal
grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo
marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme
70
sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri
JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve
inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır
521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği
Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme
test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas
alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode
goumlsterilmektedir
Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]
Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
71
Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar
ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise
50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)
Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
53 Deneylerin Yapılışı
Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan
numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir
(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak
metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm
mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel
koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses
sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve
R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin
bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır
diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın
sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin
yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile
kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme
cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum
ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel
ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
72
numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS
yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır
531 Metalografik İnceleme
Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme
rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite
alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile
parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm
yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm
yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki
yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu
tespit edilmiştir
a)
b)
Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)
a) 5052 b) 5182
73
Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182
alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası
daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode
goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik
yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir
a)
b)
Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182
Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen
mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine
yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur
74
a)
b)
Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182
İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini
belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır
Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar
elde edilmiştir
75
a)
b)
Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane
yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu
sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış
yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin
artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182
alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden
başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca
76
değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma
farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl
işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden
kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları
incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin
350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410
0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda
tavlanmasına karar verilmiştir [29]
Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki
mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir
a) b)
Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
a) b)
Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
77
5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken
kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede
kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti
Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri
hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin
alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir
Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir
Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla
dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle
meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı
izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri
Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir
78
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25 30
Uzama ()
Mu
kavem
et
(MP
a) 5182
5052
Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri
1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış
numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
verilmiştir
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
350C4sa
tavlı0
1040 9157 19833 2054 027 068
9022 19683 2307 027 060
1035 9097 19785 1767 027 061
9251 20047 1777 027 059
350C4sa
tavlı45 1035
8612 19053 2245 027 068
8774 19273 2414 027 067
8628 19178 2353 027 059
8662 19010 2142 027 065
350C4sa 90
1045 8755 18750 2216 027 060
8712 18723 2117 027 058
1050 8865 18876 2235 027 059
8875 18917 2118 027 054
79
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
410C4sa
tavlı0
1030 16502 29525 2255 026 060
1030 16222 29266 2108 026 061
1035 16080 29483 2256 027 060
1040 16021 29217 2331 026 059
410C4sa
tavlı45
1040 15588 28651 2529 027 108
1040 15505 28759 2458 027 112
1040 15408 28890 2385 028 116
1045 15379 28617 2449 027 122
1040 16036 28817 2138 026 093
1035 16052 29175 2383 025 108
1040 16082 29183 2418 026 098
410C4sa
tavlı90
1045 16366 29412 1997 026 073
1045 15965 28992 2166 026 066
1040 16086 29246 2223 026 073
1045 16053 29110 1867 027 080
Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum
miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila
44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum
alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik
accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir
fark tespit edilememiştir
Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n
değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır
4
n2nnn 45900 (51)
Burada
n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri
5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde
edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm
80
kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna
getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin
n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak
hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark
goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n
değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform
şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir
Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin
kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu
belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik
bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey
anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde
farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey
anizotropi katsayısının ortalaması
4
R2RRR 45900 (52)
şeklinde tanımlanır
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır
R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir
[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin
bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi
katsayısı (ΔR)
2
R2RRR 45900 (53)
bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden
hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de
bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur
81
Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi
katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm
kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları
[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode
karşılaştırma amacı ile verilmiştir
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri
sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney
sonuccedillarının [30] karşılaştırılması
Mg a
(MPa) ccedil
(MPa)
Uzama
(ort)
R0
(ort) R45
(ort) R90
(ort) R ΔR
5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005
5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042
5182-
DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030
5754-
DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026
Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında
5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir
İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı
malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı
malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir
malzemedir diyebiliriz
Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri
(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu
malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması
anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha
az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle
derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını
goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha
homojen olarak plastik deformasyona uğrar
82
Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)
miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve
duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma
davranışının arttığı goumlruumllmektedir
İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha
doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC
ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile
doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop
bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş
5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik
doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir
malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine
sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki
malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında
450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir
Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC
tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı
malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil
512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin
ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır
-042-030
-005
-026
087
069063062
-06
-04
-02
0
02
04
06
08
1
5052 5754-DC 5182-DC 5182
Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182
aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum
alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması
R
R
83
533 Erichsen Derinliği Tesbiti
Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini
tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki
numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve
bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve
deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden
ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları
ALAŞIM Sıkıştırma
Kuvveti (kN)
Bilya Ccedilapı
(mm)
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
Genel
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
5052 10 10
94
asymp 95 95
95
5182 10 10
95
asymp 97 97
98
Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri
94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir
Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde
bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine
sahip olduğu soumlylenebilir
84
534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları
ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak
grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar
destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine
tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen
dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir
Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel
ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları
a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)
Numune1 34 100 5 150
Numune2 34 100 10 150
Numune3 34 100 15 150
Numune4 34 100 30 150
Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk
eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen
deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir
ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli
numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye
birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir
c
a
b
d c
b) a)
85
Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik
şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle
yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı
geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir
a)
b)
Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052
Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup
100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise
65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan
86
70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri
verilmektedir
a)
b)
Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052
Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre
hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak
goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında
ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile
sınır eğrileri elde edilmiştir
87
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme
noktasıdır
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
88
Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182
alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte
verilmiştir
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
5052 5182
Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır
Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme
işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır
diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma
boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları
karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre
kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri
5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil
etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden
daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli
boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda
elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme
performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır
89
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 0 10 20 30 40
e2
e1
5182TRC 5182DC
Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme
Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182
alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda
goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182
alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli
eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen
ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi
ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı
goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra
germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri
goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp
geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir
90
535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi
Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma
karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik
intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma
yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma
yuumlzeyleri goumlsterilmektedir
Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)
Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)
91
Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik
goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde
youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden
suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila
goumlruumllmektedir
Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)
Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)
92
İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi
yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek
ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır
(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına
rastlanmıştır
a) b)
c) d)
e)
Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X
93
Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2
Silisyum Ka1 Demir Ka1
94
Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum
Ka1_2
Silisyum
Ka1 Demir Ka1
95
Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası
Aluumlminyum
Magnezyum Silisyum
Oksijen Demir
96
6 GENEL SONUCcedilLAR
Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki
aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin
incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir
1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme
mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum
alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha
yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından
incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir
2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı
segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı
segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan
ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir
3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen
ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer
almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen
aynıdır
4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon
sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr
5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında
5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının
Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir
6 Uumlccedil youmlnluuml (0045
0 90
0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen
R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450
youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak
şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı
97
malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği
(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk
olduğu ( R =062) tespit edilmiştir
7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri
arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182
alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir
8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize
eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma
yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg
inkluumlzyonlarına rastlanmıştır
9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları
Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha
yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin
daha iyi olduğu tespit edilmiştir
98
KAYNAKLAR
[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve
Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul
[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum
Products JOM 21-25
[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys
Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123
[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve
5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans
Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin
ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine
etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya
[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum
[7] httpwwwforesightproductionscom
[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications
Edimet Brescia
[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM
[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent
No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom
[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[12] httpwwwfosecocom
[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul
[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology
99
[15] Vangala P Smith D Duvvuri R Romanowski CA 1992 The Influence of
Casting Gauge on the Hunter Roll Casting Process Melt Spinning and
Strip Casting
[16] Kayalı ES Ensari C 1995 Metallere Plastik Şekil Verme İlke ve
Uygulamaları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi Bilim Teknik
Yayınevi İstanbul
[17] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (I)
Aluminium 670 ndash 675
[18] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (II)
Aluminium 701 ndash 709
[19] ASM Speciality Handbook Aluminum and Aluminum Alloys Fabrication and
Finishing of Aluminum Alloys ASM International 231 ndash 246
[20] Sheet Metal Working Presentation Internet Search Results
[21] Okumuş E 2000 Saccedil Şekillendirme Hataları Hasar Analizi Yuumlksek Lisans
Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi İstanbul
[22] Gibson GC Smith H 1964 The principles of aluminium rolling The
British Aluminium Company Limited Bainsford Falkirk
Stirlingshire
[23] Dieter GE 1981 Mechanical Metallurgy Mc Graw-Hill Tokyo
[24] Birol Y Duumlndar M Romanowski CA 2002 Twin-Roll Cast 5000 Series
Aluminum Sheet For Automotive Applications
[25] Ccedilimenoğlu H Kayalı Es 1984 aluumlminyum Alaşımlarının
Şekillendirilebilirliğini Etkileyen Faktoumlrler II Uluslararası
Aluumlminyum Sanayii Kongresi Seydişehir
[26] Yazıcı E 1987 Aluumlminyumda tane boyutunun deformasyon davranışına etkisi
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[27] Unknown Forming Limit Diagrams and Failure Mechanism for Low and High
Carbon Steels Middle East Technical University
[28] Manthey DW The Need for Surface Strain Measurement Metal forming
Magazine Metalforming Online
100
[29] Duumlndar M 2001 5000 Serisi Laboratuar Ccedilalışmaları Assan Aluumlminyum
[30] Slamova M 2002 Continuous casting technologies for production of
aluminium alloy sheets for transportation applications Research
Report
[31] Haberfield AB Boyles MW 1973 Laboratory Determined Forming Limit
Diagrams Sheet Metal Industries 400 ndash 405
[32] Lectroetch Metal Marking Systems Originators of Electrochemical Marking
Catalog 696 httpwwwlectroetchcom
101
EKA
Tablo A1 5052 ve 5182 alaşımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm değerleri
5052 5182
Maks BŞD Min BŞD Maks BŞD Min BŞD
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2075471698 -1886792453 1886792453 0
1698113208 -1886792453 1698113208 -1886792453
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2075471698 -3773584906 2075471698 -1886792453
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -3773584906 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -3773584906
2452830189 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2264150943 2264150943 2452830189 2641509434
2452830189 2452830189 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2311320755 2311320755 2754716981 2641509434
2830188679 1698113208 2528301887 1698113208
2830188679 1698113208 2679245283 1698113208
2830188679 1698113208 2641509434 1698113208
2830188679 1320754717 2452830189 1698113208
2830188679 1509433962 2641509434 1509433962
2830188679 1698113208 2452830189 1698113208
2264150943 1698113208
2641509434 1698113208
2641509434 2075471698
2641509434 1698113208
102
OumlZGECcedilMİŞ
15 Eyluumll 1975 yılında Karabuumlkrsquode doğdu İlk ve orta tahsili aynı ilde tamamladıktan
sonra lise tahsilini İstanbulrsquoda tamamladı 1993 yılında İTUuml Kimya-Metalurji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliği boumlluumlmuumlnde bir yıl hazırlık
devresinden sonra lisans eğitimime başladı Lisans oumlğrenimini bitirdiği 1998
senesinde hem İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğirsquonde
hem de ASSAN Aluumlminyumrsquoda ccedilalışmaya başladı 2002 yılında askere gidip
geldikten sonra aynı firmada Levha Değerlendirme Youmlneticisi olarak goumlrev
yapmaktadır
ix
SEMBOL LİSTESİ
Al Aluumlminyum
Mg Magnezyum
Si Silisyum
Zn Ccedilinko
Mn Mangan
Be Berilyum
Ti Titanyum
μ Mikron 0C Derece Celcius
Tm Ergime Sıcaklığı
dak Dakika
sa h Saat
MakBŞD Maksimum Birim ġekil DeğiĢtirme
MinBŞD Minimum Birim ġekil DeğiĢtirme
kV Kilovolt
σccedil Ccedilekme Mukavemeti
σa Akma Mukavemeti
e Muumlhendislik Uzama
n Deformasyon sertleĢmesi uumlssuuml
R Anizotropi Katsayısı
ΔR Duumlzlemsel Anizotropi Katsayısı
R Ortalama Dikey Anizotropi Katsayısı
K Malzeme Mukavemet Katsayısı
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuumlne 45 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne 90 0 youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
x
ALUumlMİNYUM SUumlREKLİ DOumlKUumlM YOumlNTEMİ İLE UumlRETİLMİŞ
5052 ndash 5182 ALUumlMİNYUM ALAŞIMLARININ ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
KABİLİYETLERİNİN BELİRLENMESİ
OumlZET
Yassı metal aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan en oumlnemli yarı mamul uumlruumlnlerinden
bir tanesi olup yassı metal sac Ģekillendirme teknolojisi de bu sayede buumlyuumlk oumlnem
kazanmıĢtır Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle yassı levhalar daha duumlĢuumlk
kalınlıklarda uumlretilmekte bu sayede maliyette ve zamandan tasarruf elde
edilmektedir
Hunter Twin Roll Caster (TRC) su soğutmalı merdaneler arasına doumlkuumlm yapmak
suretiyle doumlkme demirdıĢı levha uumlretmektedir Bu teknoloji Fata-Hunter ve diğer
firmalar tarafından suumlrekli geliĢtirilmektedir Twin-roll casting teknolojisi direkt
olarak eriyik metalden 2 ndash 10 mm arasındaki kalınlıklarda yassı aluumlminyum
uumlretilmesine olanak sağlar Ġkiz merdane doumlkuumlm makinaları genellikle 5 mm
kalınlığında levha uumlretirler ve kullanılan doumlkuumlm alaĢımları dar bir katılaĢma aralığına
sahiptir Oumlzellikle alaĢım doumlkuumlm kalınlığı ve hız tip mesafesi gibi doumlkme levha
kalitesi uumlzerinde etkilidir
CcedilalıĢmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle 5 mm civarında doumlkuumllerek 1 mm
kalınlığa enduumlstriyel ortamda soğuk haddelenerek tavlanan yuumlksek magnezyumlu
5052 ndash 5182 alaĢımlarının Ģekillendirilebilirlik oumlzellikleri incelenmiĢtir
Her iki alaĢımında doumlkuumlm kalınlıklarında homojen tav oumlncesi ve sonrası
mikroyapılarını tespit edebilmek iccedilin doumlkuumlm youmlnuumlnde numuneler hazırlanmıĢtır
Uygulanan proses sonrası 0 45 90 0
accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa
e n r ΔR ve R değerleri bulunmuĢtur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin
ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiĢtir Kırılma yuumlzeyler
incelemeleri iccedilin ccedilekme sonrası kopan numunelerin kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
inkluumlzyon analizleri ise EDS analizleri ile goumlzlemlenmiĢtir
xi
Yapılan deneysel ccedilalıĢmalar sonucunda 5182 (44 Mg) alaĢımı 5052 (26 Mg)
alaĢımına goumlre daha yuumlksek mukavemet Erichsen R ve n değerleri goumlstermiĢtir
Duumlzlemsel anizotropi oumlzelliklerine goumlre 5182 alaĢımlı malzemenin 450 youmlnlerinde
kulaklanma goumlstereceği 5052 alaĢımının ise neredeyse hiccedil kulaklanma davranıĢı
goumlstermeyeceği tespit edilmiĢtir Suumlneklik accedilısından bakıldığında iki alaĢım arasında
ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiĢtir
Doumlkuumlm mikroyapıları incelendiğinde her iki yapıda da merkez hattı segregasyonuna
rastlanmıĢtır Homojen tavlanan numunelerin kesit yuumlzeylerinde dıĢ yuumlzeylerde ince
tane yapısı iccedil boumllgelere doğru daha kaba tane yapısına rastlanmıĢtır Her iki
alaĢımında doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen aynıdır
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaĢımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaĢlanması goumlruumllmuumlĢtuumlr Bu olay Portevin-LeChatelier
etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla dislokasyonların etkileĢiminden
kaynaklanmaktadır
Hidrolik ĢiĢirme ve ccedilentik ccedilekme testleri ile oluĢturulan ġekillendirme Sınır
Diyagramlarında 5182 alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinin 5052
alaĢımlı malzemenin Ģekillendirme sınır ccedilizgisinden daha yukarıda olduğu tespit
edilmiĢtir
Her iki alaĢımın ccedilekme numuneleri kırılma yuumlzeyleri incelendiğinde suumlnek
kırılmanın bir goumlstergesi olan oyuklu kırılma yuumlzeylerine rastlanmıĢtır 5182
alaĢımına yapılan ccedilizgisel elementel analizde Al-Fe-Mg-Si inkluumlzyonlarına
rastlanmıĢtır
Sonuccedil olarak Twin-roll casting metoduyla uumlretilen 5182 aluumlminyum alaĢımının 5052
alaĢımına goumlre daha iyi Ģekillenebilirlik oumlzelliklerine sahip olduğu tespit edilmiĢtir
xii
DETERMINATION OF FORMABILITY BEHAVIOURS OF 5052 AND 5182
ALUMINIUM ALLOYS PRODUCED BY CONTINUOUS CASTING
METHOD
SUMMARY
Sheet metal is one of the most important semi-finished products used in aluminum
industry and sheet metal forming technology is therefore in important engineering
discipline By using strip casting method aluminum sheets can be produced thicker
less time and cost
Non-ferrous sheet metal can be casted between two water-cooled roll system which
name is Hunter Twin Roll Caster (TRC) Fata-Hunter and the other companies
improve its capabilities from day by day Twin roll casting can be used to produce
aluminum sheet from 2 to 10 mm in thickness Twin-roll casters generally limited to
aluminum sheet about 5 mm thickness and the casting alloys with narrow
solidification ranges Sheet metal quality can be affected by alloy composition
casting thickness speed and tip distance
In this study two different types of 5xxx quality aluminum alloys (5052-5182) were
produced by twin roll casting method in the thickness of approximately 5 mm After
casting operation materials were cold rolled to 1 mm thickness and homogenised at
final gauge The formability of 5052 ndash 5182 quality aluminum alloys produced by
continuous casting method was investigated 5xxx series Al-Mg alloys are strain
hardenable and have moderately high strength corrosion resistance even at salt water
and very high toughness
For microstructural analysis samples were prepared from longitudinal direction to
understanding homogenisation behaviour at casting thickness After processing the
tensile test samples prepared from three different directions (0 45 90 0) used to
determine the mechanical properties (σccedil σa e n R ΔR ve R values) Erichsen
xiii
test was used to understand deep drawing behaviours By using SEM and EDS the
fracture surface of the tensile specimens were examined
From the mechanical test results it was determined that 5182 quality aluminium
alloy has higher strength Erichsen normal anisotrophy and strain hardening
exponent (n) values than 5052 quality aluminium alloy From the planar anisotrophy
values it was also determined that 5052 quality aluminium alloy has approximately
no earing behaviour whereas 5182 aluminium alloy has earing behaviour at the
direction of 450 At the tensile tests of the both aluminium alloys the dynamic strain
aging behaviour was observed The ductility values of these two alloys were close
each other At the metallographic examinations it was observed that these two
aluminium alloys have center-line segregation At the same time after
homogenisation of cast microstructures the grain structures changed from surface as
fine grains toward to center as coarse grains Scanning electron microscope
examinations of the fracture surfaces of the tensile specimens of both alloys showed
ductile fracture characteristics such as dimpled fracture surfaces
Forming limit diagrams of these two aluminium alloys were obtained from hydraulic
bulge and notched tensile tests to compare formability behaviours It is found that
5182 aluminium alloy has better formability than 5052 aluminium alloy
1
1 GİRİŞ
İnsanoğlunun varoluşundan beri uumlstuumlne bastığı topraklarda yatan beyaz altın 1807
yılında Sir Humpherey Davyrsquonin aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmesi ile aluumlminyum adı altında tarihteki yerini almıştır
İlk olarak 1825 yılında 1 Paris Duumlnya Sergisirsquonde Fransız araştırmacı Henry
Sainte-Clarie Deville tarafından insanların oumlnuumlne sunulmuştur Bunun sonucunda
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımlar atılmıştır Goumlsteriyi ve ihtişamı ccedilok seven 3 Napolyon sarayında
konuklarını o zamanlar altından daha değerli aluumlminyum yemek takımları ile
ağırlamaktaydı [1]
Aluumlminyumun cevherden folyoya olan seruumlveni ccedilok kısa bir suumlrede gelişerek
guumlnuumlmuumlzde ccedilok kullanılır hale gelmiştir Tuumlketimde aluumlminyum ve alaşımlarının
demir-ccedilelik ile mukayese edilecek duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya
tıp inşaat ve otomotiv sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan
bir şekilde kullanılması bu metalin oumlnemini guumln geccediltikccedile artırmaktadır Hafif
metal sınıfından olan aluumlminyumun bu oumlnemi yumuşak ve demirden uumlccedil kat daha
hafif mukavemetin ağırlığına oranının yuumlksek olması yuumlksek elektrik ve ısı
iletkenliğine sahip olması kolay işlenebilirliği korozyona dayanıklılığı
dekoratifliği soğuk ve sıcak olarak şekillendirilebilirliği talaşlı ve talaşsız olarak
işlenebilirliği gibi oumlzelliklere sahip olmasındandır
Aluumlminyum enduumlstrisi geccediltiğimiz 100 yıl iccedilerisinde sınırlı sayıda alaşım ve
uumlruumlnden ccedilok geniş bir uumlruumln yelpazesine sahip buumlyuumlk hacimli uumlretim miktarlarına
gelişim goumlstermiştir Guumlnuumlmuumlzde ABD aluumlminyum uumlretiminin 56 milyon tonu
duumlz hadde uumlruumlnuuml 17 milyon tonu ekstruumlzyon ve 24 milyon tonu ingot uumlretimi
iccedilermektedir Duumlnyanın suumlper guumlcuuml olarak nitelendirilen ABD bu gelişim
ccedilerccedilevesinde aluumlminyum geri doumlnuumlşuumlmuumlne de lokomotif olmuştur [2]
İşlenerek oluşturulan aluumlminyumun uumlruumlnleri kısa veya uzun bir faydalanma
doumlneminden sonra yani kullanılamaz hale geldiklerinde dahi ekonomik değer
2
taşımaktadırlar Bu sayede kazanılan aktivite kola kutularının konserve
kutularının tuumlplerin ccedilatıların kaportaların uccedilak goumlvdelerinin kapı
goumlvdelerininvb değişik kullanım alanlarına sahip aluumlminyum alaşımlarının
geri kazanılabilmesi ve tekrar uumlretilebilmesi sağlanmaktadır İşte bu noktada
ikincil aluumlminyum uumlretimi buumlyuumlk oumlnem kazanmaktadır Bu kolun da en buumlyuumlk
lokomotifi aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm makineleri olmuştur
Ccedilalışmada kullanılan aluumlminyum levhaların uumlretildiği Twin-roll casting (TRC)
teknolojisi direkt olarak sıvı metalden yaklaşık olarak duumlzguumln profilli 2 ndash 10 mm
kalınlığında aluumlminyum levha uumlretilebilmesini olanak sağlar Ticari TRC
metoduyla doumlkuumlm yapan doumlkuumlm makineleri 6 mm kalınlık civarında uumlretim yapar
Bu youmlntemde kullanılan doumlkuumlm alaşımları dar katılaşma aralığına sahip olmalıdır
İnce doumlkuumlm teknolojisi ccedilok yeni bir metot olduğundan suumlrekli olarak levha
doumlkuumlmuumlnde sorunlar yaşanabilmektedir TRC prosesiyle başarılı bir aluumlminyum
levha uumlretiminde amaccedil duumlşuumlk maliyetli uumlstuumln mekanik ve fiziksel oumlzelliklere
sahip suumlrekli yassı levha uumlretim prosesini geliştirmektir [34]
Bu ccedilalışmanın amacı TRC prosesiyle uumlretilmiş 5052 ve 5182 aluumlminyum
alaşımlarının şekillendirilebilirlik kabiliyetlerini belirlemek iccedilin Şekillendirme
Sınır Diyagramlarırsquonı (ŞSD) oluşturmaktır
3
2 ALUumlMİNYUM TARİHCcedilESİ GENEL OumlZELLİKLERİ VE UumlRETİMİ
21 Aluumlminyum Tarihccedilesi
Aluumlminyum yuumlzyılı aĢkın tarihi ve teknik oumlzelliklerinin getirdiği uumlstuumlnluumlkler
nedeniyle duumlnyada ve uumllkemizde giderek daha ccedilok kullanılır hale gelmiĢtir
Tuumlketimde aluumlminyum ve alaĢımlarının demir-ccedilelik ile mukayese edilecek
duruma gelmesi son yıllarda elektrik kimya tıp uccedilak inĢaat ve otomotiv
sanayinde ve bunların yan kollarında har geccedilen guumln artan bir Ģekilde kullanılması
aluumlminyumun oumlnemini guumlnden guumlne artırmaktadır
1807 yılında Sir Humpherey Davy aluumlminada oksijene bağlı bir metalin varlığını
tahmin etmiĢtir Aluumlminanın elektrolizinde demir katod kullanıldığı iccedilin demir-
aluumlminyum alaĢımı elde etmiĢ aluumlminyumu ayıramamıĢtır 1821 yılında MPierre
Berthier Guumlney Fransarsquoda Les Baux kasabasında boksit madenini bulmuĢtur 1825
yılında Danimarkalı fizikccedili Christian Oersted aluumlminyumu susuz aluumlminyum
kloruumlrden kalsiyum amalgamı ile reduumlkleyerek ilk metalik aluumlminyumu uumlretmiĢtir
[1]
1850 ndash 1860 yılları arasında Fransız araĢtırıcı Henry Sainte-Clarie Deville
3Napolyonrsquoun maddi desteği ile enduumlstriyel aluumlminyumun kazanılmasına temel
adımları atmıĢtır 200 ton aluumlminyum uumlreterek aluumlminyumun fiyatını 2400
DMrsquoden 25 DMrsquoye duumlĢuumlrmuumlĢtuumlr 1855 yılında Deville tarafından ilk olarak
uumlretilen aluumlminyum Parisrsquote bir fuarda teĢhir edilmiĢtir
1886 modern aluumlminyum enduumlstrisinin doğum yılı olmuĢtur Fransarsquoda Paul T
Heacuteroult ve Amerikarsquoda Charles Martin Hall birbirlerinden bağımsız olarak
kriyolitte ccediloumlzuumlnmuumlĢ aluumlminanın elektrolitik parccedilalanması ile ilgili patent
almıĢlardır Guumlnuumlmuumlzde buumltuumln cevherden aluumlminyum uumlreten tesisler bu patente
goumlre uumlretim yapmaktadırlar 1887-1988 yıllarında Heacuteroult Ġsviccedilre firması
Metallurgischen Gesellschaft ilk elektroliz tesisini kurmuĢtur Daha sonra bu
firma Alman Edison Gesellschaft (daha sonra AEG) firması ile birleĢmiĢtir
1887 ndash 1892 tarihleri arasında KJBayer kendi ismi ile anılan Bayer prosesinde
4
(aluumlmina uumlretimi) ilk patenti almıĢtır Aluumlminyum boksit cevherlerinden
uumlretiminin geliĢtirilmesinden sonra aluumlminyum hızla enduumlstride kullanılmaya
baĢlanmıĢtır
Aluumlminyumun baĢlıca ilk geliĢim adımları
1889 Mutfak eĢyalarında kullanımı (tencere ve tabak)
1891 Gemi ĠnĢaatında kullanımı (yatlarda)
1892 Havacılık Sektoumlruumlnde kullanımı
1893 Sanat Eserlerinde kullanımı
1890 Aluumlminyumun Sert Lehimi
1905 Aluumlminyum doumlkuumlmden ticari motor uumlretimi
1906 Yuumlksek mukavemetli sertleĢebilir Duraluumlmin (Al-Cu-Mg) keĢfi
1909 Bira kutularında kullanımı
1910 Bant haddeleme ile folyo uumlretimi
1918 SertleĢebilir korozyona karĢı Al-Mg-Si alaĢımlarının geliĢtirilmesi
1919 Konserve kutularında kullanımı
1920 Aluumlminyum boruların buumlyuumlk oumllccedilekte kullanılması
1928 Ġlk aluumlminyum tank (303 m3rsquoluumlk) imalatı
1931 Suumlt kapaklarında kullanımı
1933 Koumlpruuml ĠnĢaatında kullanılması
1951 Almanyarsquoda yaya koumlpruumlsuuml (6 t) inĢaatı
1960 ndash 2000 Motor blokları otomotiv jantları cephe giydirme diĢ macunu
tuumlpleri televizyon kuleleri roket komponentleri gaz taĢıma uumlniteleri doğalgaz
sıvılaĢtırma uumlniteleri zırh plakaları vb imali
5
22 Aluumlminyum Genel Oumlzellikleri
Aluumlminyum ve alaĢımlarının sağladığı uumlstuumln oumlzellikler sebebiyle tuumlketimleri
buumlyuumlk bir hızla artmakta ve her geccedilen guumln yeni kullanım alanları accedilılmaktadır Saf
aluumlminyum galvanik seride ccedilok aktif bir metal olmasına karĢın yuumlzeyinde
kolaylıkla oluĢan koruyucu oksit tabakası onun yaygın olarak kullanılmasını
sağlar Aluumlminyum oksitten (Al2O3) oluĢan bu geccedilirimsiz sert ve koruyucu oksit
tabakası aluumlminyumun korozyon direncini oumlnemli oumllccediluumlde arttırır Buna bağlı
olarak aluumlminyum saflaĢtırıldıkccedila korozyon direnci ve iletkenliği artar Bu
nedenle korozyona karĢı oldukccedila hassas olan aluumlminyum alaĢımları guumlnuumlmuumlzde
saf aluumlminyum giydirilmesi yoluyla korozyondan korunmaktadır Diğer yandan
saf aluumlminyum oldukccedila duumlĢuumlk olan mukavemeti soğuk iĢlemle arttırılabilmektedir
Buguumln aluumlminyum ve alaĢımları sahip olduğu oumlzellikleri itibariyle enduumlstride
kullanılan en oumlnemli yapı ve muumlhendislik malzemelerinden birisi halini almıĢtır
Saf halde yuumlksek ısı ve elektrik iletkenliği korozyon direnci gibi oumlzelliklere
sahipken alaĢımlama ile bu oumlzellikler ccedilok daha geniĢ bir spektruma yayılarak
yaygın bir kullanım alanına sahip olmuĢtur Buguumln enduumlstride geniĢ ccedilaplı olarak
100rsquo uumln uumlstuumlnde aluumlminyum alaĢımı kullanılmaktadır En oumlnemli oumlzellikleri
aĢağıdaki gibidir
- Hafifliği Saf aluumlminyumun oumlzguumll ağırlığı yaklaĢık 27 grcm3rsquo
tuumlr Kuumltlesi
demirin 35rsquoi bakırın ise 9rsquou kadardır Bu duumlĢuumlk ağırlık oumlzelliği baĢta uccedilak ve
otomobil enduumlstrisinde olmak uumlzere tuumlm taĢımacılık sanayinde oumlnemli bir rol
oynamaktadır
- Mekanik oumlzellikler CcedileĢitli aluumlminyum alaĢımlarının ısıl iĢlemleri sonucu
istenilen Ģekilde mukavemet tokluk sertlik ve diğer mekanik oumlzellikler
geliĢtirilebilir Oumlzellikle kuumlccediluumlk miktarlarda Mn Mg Si Cu Zn Ti ilavesiyle
mukavemeti daha da arttırılan aluumlminyum alaĢımlarında ısıl iĢlem ile buguumln ccedilok
yuumlksek ccedilekme mukavemeti değerlerine ulaĢılmıĢtır
Aluumlminyumun mekanik oumlzellikleri arasında en oumlnemli olan elastisite moduumlluumlduumlr
Aluumlminyumun elastisite moduumll değeri ccedileliğin elastisite moduumlluumlnuumln 13rsquouumlne eĢit
olduğundan ccedilelik yerine aluumlminyum kullanılmaya karar verildiğinde esnemenin
ccedileliğe goumlre 3 kat daha fazla olacağı goumlz oumlnuumlne alınmalıdır Aluumlminyumun sertliği
19-20 BHN değerinde olmakla birlikte alaĢımlarında ise 120 BHN değerine kadar
6
ccedilıkabilmektedir Ccedilekme dayanımı ise 90 MPa değerinden bazı yaĢlanabilir
alaĢımlarında 650 MPa değerine kadar ulaĢabilmektedir Aluumlminyumun bazı
fiziksel ve mekaniksel oumlzellikleri diğer metallerle karĢılaĢtırmalı olarak Tablo
21rsquode verilmiĢtir
Tablo 21 Aluumlminyumun fiziksel ve mekaniksel oumlzelliklerinin diğer metallerle karĢılaĢtırılması [5]
Oumlzellik Al Fe Cu Zn Mg
Oumlzguumll Ağırlık (gcm3) 270 787 894 710 174
Isıl Ġletkenlik (calcm2cm
0C) 052 019 092 027 037
Isıl GenleĢme (mmmm 0C)10
-6 240 119 167 330 257
Ergime Sıcaklığı (0C) 660 1585 1083 420 651
Uzama () 43 48 50
Sertlik (BHN) 19 70 25
- Korozif Oumlzellikler Aluumlminyum yaygın olarak kullanım nedenlerinden biri de
onun yuumlksek korozyon direncine sahip olmasıdır Bu oumlzelliği sebebiyle kimya ve
besin sanayinden inĢaat sanayine ve ev eĢyalarına kadar geniĢ bir alanda
kullanılmaktadır Aluumlminyum yuumlzeyler atmosferik korozyona maruz kaldığında
ccedilok ince (20-25 Adeg) goumlruumlnmez bir oksit tabakası oluĢur ve bu tabaka daha fazla
oksitlenmeyi oumlnler Aluumlminyumun bu oumlzelliği yuumlksek korozyon direncinin temel
nedeni olup birccedilok aside karĢıda aynı direnci goumlstermektedir Ancak bazı alkaliler
bu oksit tabakasını tahrip etme oumlzelliğine sahiptir Elektrolitik ortamlarda bazı
metallerle doğrudan temas etmesi sonucunda galvanik korozyon olabilir Bu
durumda boya ya da yalıtkan bant uygulaması yapılmalıdır
- Toksilojik reaksiyonlara girmemesi Zehirleyici olmama oumlzelliği gıda
enduumlstrisinde ya da mutfak malzemelerinde yaygın kullanım alanı bulmasına yol
accedilmıĢtır Bu oumlzelliği sayesinde yiyecek ve ilaccedil ambalajlanmasında sigara ccedilay
paketlenmesinde geniĢ ccedilaplı olarak kullanılır
- Isı ve elektrik iletkenliği Aluumlminyum ve alaĢımları ısı ve elektriği oldukccedila iyi
iletirler Yuumlksek ısıl iletkenliği (ccedileliğin 6 katı) ısıtmasoğutma enduumlstrilerinde
gıda kimya petrol havacılık sektoumlrlerinde aluumlminyum ısı değiĢtiricilerinin yaygın
olarak kullanımına yol accedilmıĢtır Ticari aluumlminyum elektrik iletkenliği 37 siemens
civarındadır Elektriksel iletkenliği bakırın 62rsquosi mertebesindedir Bakırın
7
yoğunluğu 89 aluumlminyumun ise 27 grcm3 olduğu duumlĢuumlnuumlluumlrse ağırlıkccedila
kıyaslandığında aluumlminyumun bakırdan daha iyi iletken olduğu ortaya ccedilıkar
- Yuumlksek ısı ve ıĢık yansıtması 80rsquoin uumlzerinde ıĢık yansıtma oumlzelliği ile
aydınlatmada yuumlksek ısı yansıtma oumlzelliği dolayısıyla da ccedilatı kaplamalarında
kullanılmaktadır Bu oumlzelliğin dolayı ıĢık reflektoumlrlerinin kaplanmasında ve
aynaların geri yansıtıcılığında kullanılırlar
- Metalotermik reaksiyonlarda kullanımı Aluumlminyum oksijene olan ilgisinden
dolayı diğer metallerin oksitlerini reduumlkler Bu oumlzelliği nedeniyle toz aluumlminyum
krom vanadyum baryum ve lityum gibi metal oksitleri reduumlkleyerek bu
metallerin uumlretiminde kullanılır
- Kolay Ģekillendirilebilirliği ve iĢlenebilirliği Kolayca doumlkuumllebilir kağıttan daha
ince Ģekilde haddelenebilir (folyo) ccedilekilebilir (tel ekstruumlzyon uumlruumlnleri profil)
doumlvuumllebilir Aluumlminyum kolayca ve hızlı bir Ģekilde tornalama frezeleme delme
operasyonlarına tabi tutulabilir
- Kaynaklanabilirliği Her tuumlrluuml birleĢtirme youmlntemi uygulanabilir (kaynak
perccedilinleme) Ayrıca havacılık ve otomotiv sektoumlruumlnde yapıĢtırma uygulamaları da
yaygındır
- Ccedilok geniĢ spektrumda yuumlzey iĢlemlerine tabi tutulması Koruyucu bir kaplama
gerektirmeyen durumlarda mekanik yuumlzey iĢlemleri olarak parlatma kumlama
veya fırccedilalama birccedilok durumda yeterlidir Koruyucu kaplama olarak kimyasal
elektrokimyasal boya uygulamaları ile eloksal ve elektrokaplamalar uygulanabilir
Uygulamaların buumlyuumlk ccediloğunluğunda yukarıda belirtilen oumlzelliklerden iki yada
daha fazlası bir araya gelerek belirleyici rol oynar Oumlrneğin hafifliği ve
mukavemeti uccedilak sanayinde raylı sistem taĢımacılık ekipmanlarında korozyon
direnci ve ısıl iletkenliği kimya ve petrol sanayinde bu oumlzelliklerine ilaveten
zehirli olamama oumlzelliği ile albenili goumlruumlnuumlmuuml atmosferik koĢullara dayanımı ve
duumlĢuumlk bakım maliyetleriyle inĢaat sektoumlruumlnde yuumlksek yansıtma muumlkemmel
atmosferik direnccedil ve hafifliği ile ccedilatı kaplamalarında yaygın kullanım alanı
bulmasını sağlamıĢtır
- DuumlĢuumlk maliyet Aluumlminyumun ekonomik youmlnden avantajı diğer metallere goumlre
buumlyuumlk bir hızla yuumlkselmektedir Bunun baĢlıca nedeni birim uumlnitesinin maliyetinin
diğer metallere goumlre daha ekonomik olmasıdır Aluumlminyumun diğer metallere
8
goumlre daha hafif olması doumlkuumlmde buumlyuumlk bir avantaj sağlar Aynı boyuttaki diğer
metallere goumlre daha fazla doumlkuumlm yapabilmek muumlmkuumlnduumlr Ayrıca ccedilok yuumlksek
olmayan ergime sıcaklığı doumlkuumlm sırasında daha az enerji harcanması ve kalıp
aĢındırması sebebiyle oumlnemli bir tercih nedenidir
Buumltuumln bu oumlzellikler goumlz oumlnuumlne alındığında aluumlminyum kullanım yerleri ve
alternatif olduğu malzemeler Tablo 22rsquode goumlsterilmiĢtir [6]
Tablo 22 Aluumlminyumun alternatif olduğu malzeme ve kullanım alanları [6]
Sektoumlr Oumlnemli kulanım
yerleri Alternatif olduğu malzeme
UlaĢım
Radyatoumlrler Bakırpirinccedil
Motor parccedilaları Doumlkme demir
Kaporta Siyah galvanizli veya kaplamalı saccedillar
UccedilakUzay Yapı elemanları Ccedilelikplastikmagnezyum
Uccedilak goumlvdesi Karbon elyaflı veya kompozit malzemeler
Trenler Yolcu ve yuumlk
vagonları
Ccedilelik
Deniz
araccedilları
Tekne goumlvdesi Ağaccedilcam elyafıccedilelik
ĠnĢaat Duvar kaplama Ağaccedilccedilelikplastik
Ccedilatı kaplama Ağaccedilgalvanizli ccedilelikPb plaka
Ambalaj
MeĢrubat kutuları Tenekeplastikcamkompozitler
Konserve kutuları Tenekecam
Aerosol kutuları Teneke
Folyo Plastikkağıt
Kapaklar Plastikteneke
Elektrik
Ġletkenler
Bakır
Baralar
Transformatoumlr ve
jeneratoumlr
Telefon kablosu
Makine
Yataklar Doumlkuumlm malzemeler
Isı eĢanjoumlrleri Bakırpaslanmaz ccedilelik
Hidrolik sistemler
Dayanıklı Buzdolabı Oumlzel ccedileliklerbakırplastik
Tuumlketim
malları
Klimalar Oumlzel ccedileliklerplastikbakır
Diğer
uygulama
Sulama boruları Doumlkme demirccedilelikplastik
Ziraat aletleri Ccedilelik
Kimyasal tesisler Paslanmaz ccedilelik
9
Aluumlminyum iccedilerdiği alaĢım elementlerine goumlre AA standardında aĢağıdaki
Tablo 23rsquode goumlsterildiği gibi adlandırılmaktadır
Tablo 23 Aluumlminyum ve alaĢımlarının AA standardına goumlre goumlsteriliĢ biccedilimleri [7]
1XXX min 99 saflıkta aluumlminyum 5XXX Al-Mg AlaĢımı
2XXX Al-Cu AlaĢımı 6XXX Al-Mg-Si AlaĢımı
3XXX Al-Mn AlaĢımı 7XXX Al-Zn-Mg AlaĢımı
4XXX Al-Si AlaĢımı 8XXX CcedileĢitli AlaĢımlar Oumlrn Al-Li
AlaĢımları
23 Aluumlminyum Uumlretimi
Bir yuumlzyıldan kısa bir zamanda aluumlminyum hem uumlretim hem de kullanım
accedilısından dikkate değer bir geliĢme goumlstermiĢ ve guumlnuumlmuumlz enduumlstrisi iccedilin oumlnem
accedilısından ccedilelikten sonra ikinci sırayı almıĢtır Aluumlminyum uumlretimi primer
(birincil) ve secondary (ikincil) aluumlminyum uumlretimi olarak iki boumlluumlmde geliĢme
goumlstermiĢtir
Aluumlminyum yeryuumlzuumlnuumln bileĢiminde oksijen ( 473) ve silisyumdan ( 277)
sonra en ccedilok bulunan uumlccediluumlncuuml element olarak duumlnya kabuğunun yaklaĢık 8rsquoini
teĢkil etmektedir Aluumlminyumun oksijene karĢı afinitesinin yuumlksekliği sebebiyle
doğada saf halde bulunmaz Bu nedenle aluumlminyum eldesi aluumlminyum silikat
demir oksit ve aluumlminyum silikat demir oksit ve aluumlminyum oksitten oluĢan
boksit (bauxite) cevherinden yapılır Boksit yeryuumlzuumlnde oldukccedila geniĢ bir yayılım
goumlsterir Ancak en geniĢ kaynaklar tropik ve alt tropik kuĢaklarda bulunmaktadır
En oumlnemli boksit kaynakları olarak guumlnuumlmuumlzde Avustralya Jamaika Guena
Endonezya Brezilya Ccedilin ve Rusyarsquodaki yataklar iĢlenmekte aluumlminyum
enduumlstrisinde kullanılan boksit cevherinin 80rsquoi bu kaynaklardan gelmektedir
Avruparsquodaki oumlnemli uumlreticiler Yunanistan Yugoslavya Fransa ve Macaristan
olarak duumlnya toplam uumlretiminin yaklaĢık 14rsquouumlnuuml oluĢturmaktadır Aluumlminyum
boksit iccedilinde ve kaynağın bulunduğu boumllgeye bağlı olarak mono-hidrat oksit
(Al2O3H2O) veya tri-hidrat oksit (Al2O33H2O) olarak bulunur Avrupa boksitleri
Avustralya ve tropik boumllgelerinden farklı olarak genellikle mono-hidrat tipindedir
10
Boksit cevherlerinin en sık rastlanan mineralleri Diaspor Boumlhmit Hidrargilit
gibsit oumlrnek olarak verilebilir
Aluumlminyum guumlnuumlmuumlzde hala ilk enduumlstriyel uumlretimin baĢlarında geliĢtirilen proses
ile boksitten uumlretilmektedir Bu metot iki farklı safhaya ayrılır birincisi boksitten
aluumlmina uumlretimi iccedilin Bayer Prosesi ikincisi ise bundan aluumlminyum uumlretimi iccedilin
Hall-Heroult Prosesirsquo dir
Guumlnuumlmuumlzde birincil aluumlminyum uumlretiminde yaygın olarak kullanılan boksit
cevheri yerkuumlre yuumlzeyinin kazınması ile ccedilıkartılır ve 5-30 arasında nem iccedilerir
Aluumlmina tesisleri genellikle boksit cevherlerinin yanına kurulur Madenden
ccedilıkarılan boksit cevheri oumlncelikle kırılır kurutulur ve sıvı kostik soda ile
karıĢtırılıp otoklav adı verilen basınccedillı tanklarla pompalanır Bu tanklarda yuumlksek
sıcaklık ve basınccedilta iĢleme tabi tutulur Daha sonra takip edilen yol filtrasyon
ccediloumlktuumlrme iĢlemleri sonucunda oluĢan erimeyen kalıntılar (kırmız ccedilamur) ayrılır ve
doumlner fırınlarda aluumlminyum hidroksitin kalsinasyonu ile aluumlmina (aluumlminyum
oksit) elde edilir Kalsinasyondan ccedilıkan aluumlmina (Al2O3) beyaz toz halinde
elektrolizhaneye pompalanır Beyaz bir toz goumlruumlnuumlmuumlndeki hammadde olan
aluumlmina ile birlikte kok zift karıĢımından oluĢan anot pasta ve elektroliti
oluĢturan kriyolit (Na3AlF6) elektroliz iĢleminin yapılacağı huumlcreye yuumlklenir
Aluumlminanın yuumlksek ergime sıcaklığından (20000Crsquonin biraz uumlzerinde)
kaynaklanan uumlretim guumlccedilluumlğuumlnuuml aĢmak iccedilin aluumlmina ergitilmiĢ kriyolit ile
karıĢtılarak ġekil 21rsquode goumlsterilen elektroliz huumlcrelerinde aluumlminyum reduumlksiyonu
gerccedilekleĢtirir Burada amaccedil aluumlminyumu oksijenden ayırmaktır DC akım
uygulandığında sıvı metal astarı negatif kutup (katod) olarak oluĢturulmuĢ fırının
altında toplanır Pozitif kutup (anod) ergimiĢ banyoya batırılan karbon bir bloktur
(genelde Soderberg elektrodları) ve etrafında accedilığa ccedilıkan oksijen tarafından
yavaĢccedila yakılır Karbon boumlyle yuumlksek sıcaklıklarda ergimiĢ banyo atağına ve
hatta sıvı aluumlminyum atağına doğal olarak direnccedil goumlsterebilen tek iletkendir
Genel olarak ağırlıkccedila 4 ton boksitten 2 ton aluumlmina ve 2 ton aluumlminadan da 1
ton aluumlminyum elde edilir
11
Şekil 21 Aluumlminyum Elektroliz Huumlcresi [148]
Birincil aluumlminyum uumlretiminde en oumlnemli faktoumlr yeteri kadar elektrik enerjisinin
uygun maliyette temin edilmesidir Aluumlminyum uumlretim teknolojisi geliĢtikccedile ilk
zamanlarda uumlretilen birincil aluumlminyumun her tonu iccedilin 42000 kwh olan enerji
sarfiyatı guumlnuumlmuumlzde ortalama 16500 kwh değerine duumlĢmuumlĢtuumlrBu değer en
modern teknoloji ile ccedilalıĢılan tesislerde 13000 kwht değerlerine kadar
duumlĢuumlruumllmuumlĢtuumlr
Yukarıda soumlzuuml edilen iĢlemler ile elde edilen aluumlminyum birincil aluumlminyum
(primary aluumlminium) olarak tanımlanır Aluumlminyum daha sonra yarı uumlruumln ve uumlruumlne
doumlnuumlĢtuumlruumllmek uumlzere gerekiyorsa alaĢımlandırılarak kuumllccedile (ingot) T-ingot yassı
uumlruumln ingotu veya ekstruumlzyon ingotu (billet) halinde doumlkuumlluumlr T-ingot ve slablar en
alıĢılmıĢ iĢlem formlarıdır ve genellikle bir yarı suumlrekli su soğutmalı doumlkuumlm
prosesiyle uumlretilir Bu prosesler mikrokristalin tane boyutunu optimum metalurjik
oumlzellikleri ve kimyasal kompozisyon homojenitesini sağlayacak hızlı soğuma
etkisini sağlarlar AĢağıdaki Ģemada birinci aluumlminyum uumlretim adımları
oumlzetlenmektedir
Şekil 22 Aluumlminyum yarı-suumlrekli doumlkuumlm teknikleri [9]
12
ġekil22 aluumlminyum ve aluumlminyum alaĢımlı ingotlar iccedilin yarı-suumlrekli doumlkuumlm
tekniklerini goumlstermektedir Yarı-suumlrekli doumlkuumlm tekniğinin yanında suumlrekli doumlkuumlm
tekniği de mevcuttur Genelde billet uumlretim sistemine adapte edilmiĢtir Diğer
suumlrekli doumlkuumlm uygulamaları ise Hunter-Douglass Hunter Eng Hazelett
Pechiney ve Alussuisse doumlkuumlm makinesi gibi birccedilok uumlretici firmalar tarafından
yapılmıĢtır
Elektroliz ile uumlretilen birincil metalden farklı olarak ikincil aluumlminyum (ikincil
ergitme) enduumlstrisinde ldquoyeni hurdardquo olarak adlandırılan ve uumlretim iĢlemleri
esnasında oluĢan ccedileĢitli atıkların yeniden ergitme yoluyla veya ldquoeski hurdardquo
olarak bilinen kullanım oumlmruumlnuuml yitirmiĢ aluumlminyum uumlruumlnlerinin yeniden
değerlendirilmesi ile elde edilir Aluumlminyum ccedilok kolayca geri kazanılabilir ve bu
oumlzelliğinin yuumlksek verimlilikte ve iyi dizayn edilmiĢ proseslerle doğru iĢlenmesi
diğer hafif metaller iccedilerisinde oumlnemli bir element olarak oumlne ccedilıkmasını
sağlamaktadır Tablo 24rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi birincil aluumlminyum uumlretimine goumlre
120 oranında enerji gerektirmektedir
Tablo 24 Bazı metallerin birincil ve ikincil uumlretimleri iccedilin termal enerji gereksinimleri [8]
BİRİNCİL (kwhton) İKİNCİL (kwhton) KAZANCcedil (kwhton)
TİTANYUM 126000 52000 74000
MAGNEZYUM 90000 2000 88000
DEMİR 4300 1000 3300
BAKIR 13500 1700 11800
ALUumlMİNYUM 52000 2000 50000
Duumlnyadaki birincil aluumlminyum yıllık uumlretimi 1920 yılında 200000 ton iken
buguumln 18 milyon tonlara doğru ilerlemektedir Aluumlminyum en hızlı sıccedilrayıĢını
1950 ndash 1970 yılları arasında gerccedilekleĢtirmiĢtir Bu hızlı ccedilıkıĢın ardından ana
enduumlstriyel pazarların doygunluğa ulaĢmasının sebep olduğu duumlnya genelindeki
ekonomik durum sebebiyle bu buumlyuumlme hızı duumlĢmuumlĢtuumlr
1950 yılından 1990 yılına kadar Duumlnyadaki birincil aluumlminyum uumlretim
miktarlarının kıta ve boumllgelere goumlre dağılımı Tablo 25rsquode goumlsterilmektedir
13
Tablo 25 Kıta ve boumllgelere goumlre 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil aluumlminyum uumlretimleri
(1000 ton) [8]
YIL 1950 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990
AVRUPA 246 3758 3724 3527 3585 3814 3641 3716 3750 3804 3913 3911
DOĞU
UumlLKELERĠ 219 3320 3276 3266 3309 3250 3309 3432 3530 3679 3650 3425
KUZEY
AMERĠKA 1012 5764 5648 4386 4484 5365 4825 4429 4947 5546 5656 5683
LATĠN AMERĠKA
- 776 744 756 906 1002 1121 1358 1440 1484 1626 1730
ASYA 30 1570 1319 1020 981 1184 1153 1066 950 1013 1135 1180
OKYANUSYA - 460 535 548 695 998 1095 1113 1276 1407 1501 1492
AFRĠKA - 437 483 501 424 413 473 552 572 597 605 601
TOPLAM 1507 16085 15729 14004 14384 16026 15617 15666 16465 17530 18086 18022
Yukarıdaki tablodan da goumlruumllebileceği gibi teknolojinin geliĢtiği boumllgelerde uumlretim
miktarları artıĢ goumlstermiĢtir Ġleriki yıllarda ekonomik ve enduumlstriyel geliĢimlere
paralel olarak miktar artıĢından ziyade yeni alaĢımların kullanım alanlarının
geniĢletilmesi sayesinde katma değer artıĢı daha buumlyuumlk oumlnem arz edecektir Bu
accedilıdan bakıldığında malzeme uzmanlarının 21yyrsquoda aluumlminyuma olan ilginin
hafif yapısal malzemelere olan ilginin artmasına paralellik goumlstereceği konusunda
birleĢmektedirler [8] Tablo 26rsquoda 1950 ndash 1990 yılları arasında Avrupa
uumllkelerinden bazılarının birincil ve ikincil aluumlminyum uumlretim miktarları
goumlsterilmektedir
Tablo 26 Bazı Avrupa uumllkelerinin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki birincil ve ikincil aluumlminyum
uumlretimleri (1000 ton) [8]
YIL 1950 1970 1980 1985 1990
1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL 1CİL 2CİL
BALMANYA 28 56 - 258 731 405 745 457 720 540
İNGİLTERE 30 81 - 201 374 150 275 122 290 201
İTALYA 37 15 - 154 271 266 224 282 232 350
HOLLANDA - 1 - 7 258 54 245 83 272 145
FRANSA 61 24 - 87 432 170 293 170 326 215
İSPANYA 2 - - 27 386 38 370 42 355 79
Birincil ve ikincil uumlretim sonrası enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve
alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kullanım alanına goumlre dağılımı ġekil 23rsquode
goumlsterilmektedir ĠnĢaat ulaĢım ve genel muumlhendislik enduumlstrisi pastanın 60rsquoını
oluĢturmaktadır Geriye kalan 40rsquolık dilimde de en oumlnemli payı paketleme
14
(ambalaj) sektoumlruuml almaktadır
2580
2100
2064
980
709
645
922
Taşımacılık Yapı amp İnşaat Genel Muumlhendislik Paketleme
Ev amp Ofis Malzemeleri Elektrik Muumlhendisliği Ccedileşitli Uygulamalar
Şekil 23 Enduumlstrisi geliĢmiĢ uumllkelerde aluumlminyum ve alaĢımlarının tuumlketimlerinin nihai kulanım
alanına goumlre dağılımı [8]
Eskiden beri suumlregelen değerlendirmelerde geliĢmiĢ uumllkeler değerlendirilirken
GSMHrsquonın yanında kiĢi baĢına duumlĢen ccedilelik tuumlketimleri de değerlendirilmekteydi
Aluumlminyumun kullanım alanının geliĢmesi ve kritik yerlerde kullanılmaya
baĢlanmasıyla aluumlminyum tuumlketimi ve ulusal ekonomik geliĢim arasında bir iliĢki
kurulmaya baĢlanmıĢtır Tablo 27rsquode geliĢmiĢ ekonomilere sahip bazı uumllkelerin
kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketimleri goumlsterilmektedir Gerekli incelemeler
yapıldığında teknolojinin beĢiği sayılan uumllkelerden ABD Japonya ve
BAlmanya kiĢi baĢına duumlĢen aluumlminyum tuumlketim miktarları ile baĢı ccedilektiği
goumlruumllmektedir
Tablo 27 EnduumlstrileĢmiĢ uumllkelerin 1950 ndash 1990 yılları arasındaki kiĢi baĢına aluumlminyum
tuumlketimleri (kg) [8]
YIL 1960 1970 1980 1985 1990
JAPONYA 2 112 204 206 309
ALMANYA 72 137 220 238 301
ABD 108 204 258 265 269
ĠTALYA 29 75 141 146 209
FRANSA 49 89 136 123 177
ĠNGĠLTERE 78 111 92 105 111
15
3 LEVHA DOKUumlM TEKNİĞİ
31 Genel Bilgi
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile aluumlminyum rulo uumlretimi aluumlminyum enduumlstrisinde
standart uygulama haline gelmeye başlamıştır Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ilk
defa 1846 yılında Sir Henry Bessemer tarafından tasarlanmıştır Sistemi
desteklemesi gereken teknolojiler yeterli olamadığından tekniğin uyandırdığı
heyecan kısa suumlrmuumlştuumlr Bir asırdan daha kısa bir zamanda gelişmekte olan
uumllkeler arasındaki rekabet daha şiddetli hale geldiğinde suumlrekli levha doumlkuumlm
teknolojisi enduumlstrileşmiş uumllkeler tarafından yeniden keşfedilmiştir Bu youmlntemin
ilk olarak ticari anlamda uygulanması 1950‟li yıllarda Amerikan Hunter
Engineering ve Fransız Pechiney şirketleri tarafından gerccedilekleştirilmiştir
Guumlnuumlmuumlzde 60‟ı Kuzey Amerika ve Avrupa‟da olmak uumlzere 180 kadar doumlkuumlm
makinesi uumlretim yapmaktadır Şekil 31 de aluumlminyum enduumlstrisinde kullanılan
tipik yerleşim goumlruumllmektedir
Şekil 31 Twin-Roll Caster detay goumlruumlntuumlsuuml [10]
16
Şekil 32‟de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan tesislerin akış şeması
verilmektedir
Şekil 32 Tipik bir Suumlrekli Doumlkuumlm Hattı Akış Şeması
Şekil 32‟ den de goumlruumllduumlğuuml gibi hammadde (hurda+ingot+slab) sıvı metali
oluşturmak iccedilin ergitme fırını beslenir Ergitme fırını sıvı metal oluşturularak
tutma fırınına transfer edilir Ergitme ve tutma fırınlarında sıvı metal iccedilerisine
belirli elementler ilave etmek suretiyle aluumlminyum alaşımı hazırlanır Alaşım
hazırlama işleminde sıvı metalin bileşimi en oumlnemlisidir Metal sıvı haldeyken
numune alınarak bileşim belirlenir ve aluumlminyum iccedilerisindeki elementlerin
ccediloumlzuumlnuumlrluumlkleri dikkate alınarak master alaşımları şeklinde ccediloumlzeltiye ilave edilir
Aluumlminyum iccedilerisinde istenmeyen bileşikleri alabilmek iccedilin flaks kullanılır
Flakslar inorganik oumlzellikte olup gaz giderme temizleme oksidasyon
deoksidasyon rafinasyon fonksiyonlarına sahiptir Flaks kullanımının ana nedeni
metalin ergimesi anında metal kayıplarını oumlnlemek gazların banyo tarafından
absorbe edilmesine karşı koymak ve metali temizlemektir Aluumlminyum
alaşımlarında doumlrt temel flaks tuumlruuml vardır Bunlar oumlrtuuml flaksları temizleyici
flakslar metal geri kazanım flaskları ve rafinasyon flakslarıdır Flakslar inert gaz
taşıyıcısı kullanılarak mekanik bir cihaz ile ergimiş metalin iccediline verilirler
Sıvı aluumlminyumu fırından doumlkuumlm makinesine goumltuumlrmek iccedilin refrakter yolluklar
kullanılır Refrakter malzemeden beklenen en oumlnemli oumlzellikler duumlşuumlk termal
iletkenlik iyi termal şok dayanımı operasyon sıcaklığında boyutsal kararlılık
kalınlık boyunca yuumlksek mekanik mukavemet muumlkemmel ıslatmama oumlzelliği
kolay montaj iccedilin duumlşuumlk ağırlık ergimiş aluumlminyumdan daha duumlşuumlk yoğunluk ve
kolay temizlenebilirliktir [11]
Seramik
Filtre
Gaz Giderme
Uumlntesi
Doumlkuumlm
Makinası
Ergitme Fırını Tutma
Fırını
Tandiş
Ccedilektirme
Merdaneleri
Makas Sarıcı
Akış Youmlnuuml
Tane kuumlccediluumlltuumlcuuml Besleme
17
Tutma fırınında yolluklarla sıvı metal ergimiş aluumlminyumdaki alkali safsızlıkları
alabilmek iccedilin gaz giderme uumlnitesine gelir Daha sonra metalik ve metalik
olmayan inkluumlzyonlar seramik filtrelerde sıvı metalden uzaklaştırılır Aluumlminyum
alaşımındaki inkluumlzyonlar oksitler (Al2O3 MgO) sipinel (Mg2AlO4) boritler
(TiB2VB2) karbuumlrler (TiCAl3C4) intermertalikler (MnAl3FeAl3) nitritler (AlN)
ve dış refrakter inkluumlzyonlarıdır Seramik filtre yuumlzeyinde bir kek tabakası
oluşarak 30 microm‟den buumlyuumlk partikuumlller yakalanır [12] Temizlenen metal tandişe
gelerek seviye kontrolu altında tip aracılığıyla doumlkuumlm makinesine ulaşır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin hem ekonomik hem de metalurjik accedilıdan diğer
youmlntemlere nazaran getirdiği bazı avantajlar vardır Soumlz konusu proses
katılaşmayı ve sıcak haddelemeyi tek bir operasyonla birleştirerek rulo
uumlrettiğinden geleneksel rulo uumlretiminde gerek duyulan ilave bir sıcak haddeleme
işlemine ya gerek kalmaz veya belirgin bir şekilde azalır Sonuccedil olarak enerji ve
uumlretim maliyetleri azalır
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği iccedilin gerekli yatırım maliyeti geleneksel ingot-doumlkuumlm
sıcak haddeleme prosesi iccedilin gerekenden ccedilok daha azdır Metalurjik accedilıdan
bakıldığında prosesteki yuumlksek katılaşma hızı levhaların saf bir metalurjik
mikroyapıya sahip olmasını sağlar Oluşan mikroyapı rafine dendritik huumlcreler
(5m civarında) ince intermetalik taneler (1m boyutunda) katı ccediloumlzuumlnuumlrluumlkteki
artış ve yarı kararlı fazın varlığı ile karakterize edilir [9]
Suumlrekli levha doumlkuumlm makinasının teorik olarak tahmin edilenden ccedilok daha duumlşuumlk
hızda ccedilalışması dezavantaj olarak goumlruumllebilir Teorik uumlretim limiti 496 kgsnm
iken pratikte bu değer ortalama 0248-0372 kgsnm civarındadır Bu uumlretim
aralığı arasındaki farkı azaltmak iccedilin besleme sisteminin gelişmiş tasarımı ara
yuumlzeydeki ısı transferinin iyileştirilmesi hadde kuvvetlerinin kontroluuml gibi
konularda araştırma yapılmaktadır [11]
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği katılaşma ve deformasyonun aynı anda ele alındığı
bir youmlntemdir Rulo uumlretimi iccedilin mevcut diğer prosesler yalnız katılaşmayı
iccedilermekte deformasyonu iccedilermemektedir Yalnız katılaşma teknikleri yuumlksek
verimlilik alaşım kısıtlaması olmayışı nispeten duumlşuumlk katılaşma oranları ve
yuumlzey hatalarına duyarlılık ile karakterize edilirler
18
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde bazı alaşımlarda belirli sıcaklık ve seviyedeki
ergimiş aluumlminyum doumlkuumlm makinesinde tandişe gelmeden oumlnce gaz giderme ve
filtrasyon işlemlerine tabi tutulur Tandiş metali doumlkuumlm makinesinin
merdanelerine veren ve tip olarak bilinen nozula bağlıdır Tip bir ccedileşit seramik
malzemeden oluşmakta ve doumlkuumllen levhanın genişliğini oluşturmada bir kalıp
goumlrevi goumlrmektedir Ergimiş metal birbirine ters youmlnde doumlnen iccedilten su soğutmalı
iki merdane arasındaki boşluğa beslenir Bu sebeple levha suumlrekli doumlkuumlm tekniği
ldquoİkiz Doumlkuumlm Merdane Doumlkuumlm Youmlntemirdquo (Twin-Roll Casting ndash TRC) olarak da
bilinir Doumlkuumlm merdanelerinin 150 accedilı yapması tandişteki metal seviyesiyle
ergimiş metalin tipten ccedilıkış basıncının arasındaki dengenin ayarlanmasını
sağlamaktadır Bu oumlzellik metalin tip nozulundan doumlkuumlm merdanelerine duumlzguumln
akışını sağlamaktadır Doumlkuumlm merdaneleri arasındaki mesafe hidrolik bir sistemle
sabit tutulmaktadır Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm merdanelerinin ekseni arasında belli bir
mesafe vardır Boumlyle bir proseste doumlkuumlm merdaneleri metali katılaştırmanın
yanında belli oranda sıcak haddelemede yaparlar Tip ccedilıkışıyla doumlkuumlm
merdanelerinin ekseni arasındaki mesafeye bdquotip ekseni‟ denir Merdanelerin
yuumlzeyine levhanın merdanelere yapışmasını oumlnlemek amacıyla suumlrekli olarak su
bazlı grafit veya boron nitrat puumlskuumlrtuumlluumlr [13]
Doumlkuumlm makinesinden ccedilıktıktan sonra levha rulo halinde sarılmadan oumlnce gergi
merdanelerinden ve makastan geccediler Normal operasyonda gergi merdaneleri
ccedilalıştırılmaz Ccediluumlnkuuml sarıcı doumlkuumllen levha uumlzerinde gerekli gergi kuvvetini
oluşturur Rulo istenilen boyuta geldiğinde gergi merdaneleri doumlkuumllen levha
uumlzerinde gergi kuvveti oluşturmak amacıyla ccedilalıştırılır levha makasla kesilir ve
operasyonun akışı etkilenmeden rulo sistemden alınır Kesilen uccedil sarıcıya
ulaştığında sarıcının yarattığı gergi kuvveti yeniden sağlanmış olur ve gergi
merdaneleri durdurulur Tablo 31‟ de suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilebilen
aluumlminyum alaşımları goumlruumllmektedir
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinin avantajları iyi yuumlzey kalitesi ince tane yapısı
uygun kalınlık ve profil dağılımı ve ilave sıcak haddeye gerek olmayışı olarak
verilebilir Dezavantajları ise duumlşuumlk verimlilik ve sınırlı alaşım kapasitesidir
Levha doumlkuumlm tekniği ile donma aralığı dar alaşımlar uumlretilebilmektedir
Alaşımların donma aralığı arttıkccedila verimlilikte azalma goumlruumllmektedir
19
Tablo 31 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ile uumlretilen aluumlminyum alaşımları [11]
1050 1060 1100 1145 1188 1190 1193 1199
1200 1230 1235 1345
3003 3004 3005 3006 3105
5005 5010 5034 5050 5052 5056
5083 5085 5086 5154 5182 5252 5254 5356
5454 5456 5457 5652 5657
6063
7072
8010 8011 8111 8014
Rulo profilinin bir sonraki haddeleme işlemine uygun olabilmesi iccedilin merdane
ayırma kuvveti tanımlanmış limitler iccedilinde kalmalıdır Yuumlk huumlcreleri kullanılarak
veya makinelerdeki hidrolik basınccedil oumllccediluumllerek ayırma kuvveti (seperating force)
kontrol edilir Deneysel oumllccediluumlmler rulo profilinin parabolik bileşiminin merdane
ayırma kuvveti ile direkt ilişkili olduğunu ortaya koymuştur Duumlşuumlk ayırma
kuvvetlerinde doumlkuumllmuumlş levha negatif profile sahip olurken yuumlksek ayırma
kuvvetlerinde levhada pozitif profil oluşmaktadır Bu sınırlar arasında levhanın
paralel olduğu değerler vardır Merdane ayırma kuvveti merdane eğriliğinin
etkisini ortadan kaldırabilir Tip ekseni ve doumlkuumlm hızı profili yalnız merdane
ayırma kuvveti değerini ani olarak değiştirerek etkileyebilir Rulo kalınlığı
boyunca meydana gelen parabolik olmayan yerel değişimlerin nedenleri koumltuuml tip
tasarımı su kanallarının bloke olması merdane şelinin zayıf desteğidir
Tablo32‟de merdane ayırma kuvvetini etkileyen faktoumlrler goumlruumllmektedir Doumlkuumlm
hızını arttırmak veya tip ekseni mesafesini azaltmak segregasyon oluşum riskini
artırmaktadır
20
Tablo 32 Merdane Ayırma Kuvvetini Etkileyen faktoumlrler [11]
Parametre Etkisi
Alaşım Malzeme akış gerilimi - Donma aralığı
Doumlkuumlm Hızı Doumlkuumlm hızı arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Tip Ekseni Tip ekseni mesafesi arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Sıcaklık Sıcaklık arttıkccedila ayırma kuvveti azalır
Rulo Genişliği Rulo genişliği arttıkccedila ayırma kuvveti artar
Merdane Yuumlzey Durumu
Yapışma ile ayırma kuvveti artar
32 Temel Proses Elemanları
Levha doumlkuumlm tekniğinde temel proses elemanları ergimiş metal beslenmesi
merdane sistemi doumlkuumlm boumllgesi ve hadderulo ara yuumlzeyidir
321 Ergimiş metal beslenmesi
Levha doumlkuumlm tekniğinde uygun ergimiş metal besleme sistemi seccediliminin kritik
olması uumlruumln kalitesini ve geometrisini doğrudan etkilenmesinden
kaynaklanmaktadır Şekil 33‟de İkiz merdane doumlkuumlm youmlnteminde merdanelerle
temas noktasının detay goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir [10]
Şekil 33 Tandiş ndash Tip ndash Doumlkuumlm Makinesi Katılaşma Hattı Akış Şeması [10]
21
322 Doumlkuumlm merdane sistemi
Levha doumlkuumlm tekniğinde merdaneler hem katılaşma iccedilin gerekli soğumayı hem
de haddelemeyi sağladığı iccedilin oumlnemli bileşenlerdir Ccedilelik doumlkuumlmuumlnde verimliliğin
sağlanması ve yuumlksek ısı transferi accedilısından merdane genellikle bakırdan yapılır
Bakır kabul edilebilirdir ccediluumlnkuuml ccedilelik enduumlstrisinde merdaneler duumlşuumlk yuumlkluuml
koşullarda ccedilalışırlar Aluumlminyum levha doumlkuumlmuumlnde zıt koşulların mevcut olduğu
Pechiney firması tarafından testlerle goumlsterilmiştir Bu testlere goumlre bakır şeller
(dış kabuk) uumlretimi ikiye katlamakta ancak yuumlksek moment ve ayırma guumlcuumlne
bağlı olarak ccedilabuk deforme olmaktadır Gerilim hesaplamaları ve kimyasal
bileşim değişimleri gibi problemler ccediloumlzuumllduumlkten sonra oumlzel alaşımlı ccedilelik şeller
geliştirilmiştir Şekil34‟ de şel ve kor diyagramı goumlruumllmektedir [14]
Şekil 34 TRC‟de kullanılan iccedilten su soğutmalı merdane oumlrneği [11 14]
Şelin birinci goumlrevi ergimiş aluumlminyumun katılaşabilmesini sağlamak iccedilin ondan
ısıyı almaktır Doumlkuumlm makinesinin verimliliği ısı transfer kapasitesi ile
bağlantılıdır ve şel malzemesi iccedilin birinci şart iyi termal iletkenliktir Şeller
mekanik kaynaklı gerilimlere maruz kaldığından kullanılan malzeme mekanik
mukavemet tokluk ve termal yorulmaya karşı yuumlksek dirence sahip olmalıdır
Bakır şeller ccedilelik şellerin iki katı verimlilik sağlarlar ancak onların mekanik
oumlzellikleri yeterli şel oumlmruuml sağlayamamaktadır Buna karşılık suumlper alaşımlar
termal ccedilatlamaya karşı muumlkemmel dayanıma sahiptiler ancak aluumlminyumun
katılaşmasının normal doumlkuumlm hızında gerccedilekleşmesine izin vermezler Demir
bazlı alaşımlar ccedilelikler doumlkuumlm prosesinin gerektirdiği şartları en iyi karşılayan
malzemelerdir [11]
22
323 Doumlkuumlm boumllgesi
Bu boumllge katılaşmanın ve haddelemenin aynı anda olduğu boumllgedir Levha doumlkuumlm
tekniği Şekil 36‟ dan da goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilok basit bir prensibe dayanmaktadır
Ergimiş metal iccedilinden geccedilen su ile soğutulan merdaneler arasından geccedilerken
Katılaşmakta aynı zamanda merdanelerin haddeleme eylemiyle son kalınlığa
inmektedir Basit goumlruumlnmesine rağmen prosesi etkileyen birccedilok parametre
olduğundan ccedilok karmaşık fiziksel olaylar iccedilermektedir Ccedilok kısa suumlrede
gerccedilekleşen bu olayların en oumlnemlileri ergimiş metal sıvı akışı ısı transferi
katılaşma deformasyon merdaneler ve rulo arasındaki hava aralığı oluşumu
olarak verilebilir Bu kritik boumllge uumlzerinde değişik matematiksel ve fiziksel
modeller geliştirilmiştir
Şekil 35 TRC‟de katılaşma boumllgesinin şematik goumlsterimi [11]
324 Merdane Rulo Ara Yuumlzeyi
suumlrekli levha doumlkuumlm tekniği ergimiş metal merdane rulo ara yuumlzeyinde ısı
kaybederek katılaşmaya başlar Ara yuumlzeyin performansı levhanın kalitesi
uumlzerinde doğrudan etkisi olup birccedilok parametre tarafından etkilenmektedir Bu
parametreler kalıp malzemesi yuumlzey tekstuumlruuml atmosfer metalostatik basınccedil ve
ıslatma oumlzelikleridir Doumlkuumlm esnasında ergimiş metal giriş boyunca merdanelerle
sıkı bir ilişki iccedilinde olup ısı kayıpları yuumlksektir Merdanelerle ergimiş sıvı metal
temas etmesinin ardından katılaşma başlar Ancak yuumlzeyde oluşan oksit tabakası
ısı transferini azaltır Bunu takip eden boumllgede katılaşan levha sıcak ortamda
pozitif baskıya ve bir kez daha merdane yuumlzeyiyle temasa maruz kalır İstenen
23
termal performansı elde edebilmek iccedilin bu parametrelerin doğru kombinasyonun
şeccedililmelidir
33 Doumlkuumlm Mikroyapısı
Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğinde birbiri ardına oluşan katılaşma ve sıcak
haddeleme sonucu ortaya karakteristik bir mikroyapı ccedilıkar Bu mikroyapı
geleneksel DC ingot ve sıcak haddeleme youmlntemiyle uumlretilen levhaların
mikroyapısından farklıdır Suumlrekli levha doumlkuumlmuumlnde oluşan hızlı katılaşma ve
deformasyon sayesinde tane boyutu kuumlccediluumlk levhalar elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Geleneksel youmlntemle karşılaştırıldığında suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhadaki intermetalik
partikuumll boyutunda 80‟ lik bir kuumlccediluumllme vardır Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum
levhada inhomojen bir partikuumll dağılımı goumlruumllmektedir
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhanın doumlkuumlm makinesinde ccedilıktığındaki duumlşuumlk sıcaklığı
(ortalama 3000C) doumlkuumlm esnasında oluşan sıcak haddelemede malzemenin
tamamıyla yeniden kristalleşmesine izin vermez Bu ise suumlrekli doumlkuumllmuumlş levhada
kalıntı gerilmelerinin oluşmasına yol accedilar
Suumlrekli doumlkuumllmuumlş aluumlminyum levhanın kendine has mikroyapısı bu malzemenin
bazı kullanım alanlarında oumlzellikle tercih edilmesine neden olmaktadır Oumlrnek
olarak hard-disk uumlretimi verilebilir Hard-disklerin hafıza kapasitesi buumlyuumlk oranda
bilgilerin manyetik olarak yazılıp sonra da okunabileceği minimum alana bağlıdır
Bu alan manyetik kaplamanın kalınlığı ve duumlzguumlnluumlğuumlne bağlı olmakta bu da
hard-diskin yuumlzey kalitesi ile doğru orantı goumlstermektedir [15]
5000 serisi alaşımlarının tipik karakteristikleri suumlreksiz akma goumlstermeleri ve iccedil
yapılarında MHS bulundurmalarıdır 5000 serisi alaşımların mikroyapıları
incelendiğinde en oumlnemli element olan magnezyumun katı ccediloumlzeltideki
ccediloumlzuumlnuumlrluumlğuuml 2 dir ve bu miktar 720 0C da 14-15‟e yuumlkselir Bundan dolayı
magnezyumun buumlyuumlk boumlluumlmuuml ccediloumlzeltidedir ve dengedışı koşullarda veya tav
esnasında Mg5Al8 oluşur İccedilerikteki Si Mg2Si oluşumunu sağlar ve bu faz 3-4
Mg iccedileren alaşımlarda matriste ccediloumlzuumlnmez Duumlşuumlk magnezyumlu alaşımlardaki Fe
ve yuumlksek Si Fe2SiAl8 oluşumuna sebep olur
Magnezyumun refrakter malzemeleriyle olan yuumlksek reaksiyon ve oksitlenme
eğilimi ergimiş metale buumlyuumlk miktarlarda inkluumlzyonun girmesine sebep olur
24
005 mertebesindeki Be ilavesi bu oksidasyon azalır Fırın ortamında
bulunabilecek su buharı sıvı metalde yuumlksek miktarda H2 ccediloumlzuumlnmesine sebebiyet
verir Ccediloumlzuumlnmuumlş bu gaz ısıl işlemler esnasında dahi salıverilerek porozitelerin
oluşmasına sebep olur Duumlşuumlk Magnezyum (2-4) iccedilerikli malzemelerin
doumlkuumllebilirlik oumlzellikleri yuumlksek olanlara (7-12) kıyasla daha duumlşuumlktuumlr Yuumlksek
Magnezyum iccedilerikli alaşımlarda dahi mevcut oumltektikler nisbeten daha duumlşuumlktuumlr Si
bu oumlzellik iccedilin en idealidir ancak mekanik oumlzelliklerde de ciddi şekilde gevrekliği
beraberinde getirir Plastik deformasyon homojenizasyon işlemini hızlandıran bir
rol oynar Bundan dolayıda Mg‟nin segregasyonu malzeme oumlzelliklerinde oumlnemli
değişiklikler meydana getirmez Her ne kadar Si Fe ve Cr un segregasyonu ccedilok
nadiren gerccedilekleşse de buumlyuumlk boyutlara sahip primer Mg2Si veya Cr Fe ve Mn
bileşikleri oluşturabilirler Bu fazların varlığı malzemenin yorulma direncini ve
suumlnekliğini duumlşuumlruumlr
Mikroyapıda bulunan sınırlı miktardaki oumltektik yapı ve ısıl işlemler sonucu
goumlreceli olarak daha yuumlksek mukavemetlere sahip kaynaklar elde edilebilmesi Al-
Mg alaşımlarının kaynaklı yapılarda ccedilok sıklıkla kullanılmasını sağlar Ancak
dendritler arası boumllgede segregasyonun artmasına sebep olan elementlerin
bulunması kaynak boumllgesinin gevrekliğini ve kırılma eğilimini arttırır
Tablo 33 Al-Mg alaşımlarında oluşabilecek muhtemel denge fazları (P peritektik reaksiyon) [14]
Kimyasal
formuumll
Kristal
yapı
Yoğunluk
(gcm3)
Ergime veya peritectic
sıcaklığı (OC)
(Al-Mg) Al3Mg12 FCC 223 451
(Al-Mg) --- --- -- 390 (P)
(Mg-Al) Al12Mg17 BCC 206 462
25
34 Katılaşma mekanizması
Katılaşma mekanizması normal şartlar altında 3 aşamada gerccedilekleşir Birinci
aşama metal yuumlzeyinin merdanelere dokunması ile birlikte hızlı olarak
katılaşmasıdır İkinci aşamada levha merkezi yarı katı hale gelerek ccedilekilir ve
levha yuumlzeyi merdane ile temasını kaybeder Bu ise ısı transferinin duumlşmesine ve
yuumlzeyin intergranuumller olarak yeniden ergimesine yol accedilar Uumlccediluumlncuuml aşama da ise
metal merdanelere basınccedil uygulayacak kadar katılaşır Bu sayede ısı transferi artar
ve katılaşan metalden ısının buumlyuumlk bir boumlluumlmuuml alınır
Katılaşmanın ikinci aşamasında goumlruumllen yeniden ergime buumlyuumlk intermetalik
partikuumlller oluşturmanın yanında merdane yuumlzeyinde merdanenin her devrinde
yeniden ergimeyi başlatan lokalize bir oksit buumlyuumlmesine neden olur Merdane
yuumlzeyinde oluşan bu oksit alanları doumlkuumllen levha uumlzerinde kaba bir yapıda
enlemesine bantlar şeklinde dalgacıklar oluşturur
35 Doumlkuumlm hataları
Suumlrekli doumlkuumlm levha uumlretiminde bir takım doumlkuumlm hatalarına rastlanmaktadır
Bunlar metalin merdanelere yapışması ısı yolları merkez hattı segregasyonu
tipte yerel donma kenar donması gaz boşluğu eğrilik E bandı merdane ccedilatlağı
izleri besleme yetersizliği olarak verilebilir Buumltuumln bu hatalar kontrol altında
tutuldukları taktirde elimine veya minimize edilebilir [13]
26
4 ŞEKİLLENDİRİLEBİLİRLİK
41 Genel Bilgi
Uumlretilen metallerin 85‟i bir veya daha fazla deformasyon işleminde
şekillendirildikten sonra kullanılmaktadır Şekillendirilebilme mukavemet ile
birlikte yapısal eleman olarak kullanılan malzemelerin en oumlnemli oumlzelliğini teşkil
eder Bu şekillendirilebilme ccedilalışmalarının gereğini ve oumlnemini goumlstermektedir
[5]
Şekillendirilebilirlik bir malzemenin belirli bir youmlntemle belirli bir tasarıma
uygun olarak şekil alma yeteneği olarak tanımlanır Malzeme youmlntem ile tasarım
şekillendirilebilirlik karakteristiklerini belirleyen temel araccedillardır
Şekillendirilebilirlik gerilme deformasyon deformasyon hızı sıcaklık gibi işlem
değişkenlerine ve ikinci faz tanecikleri gibi malzeme değişkenlerine bağlıdır
Plastik deformasyona uğrayan bir malzemede gerilme ve deformasyonlar uumlniform
olmayıp bir noktadan diğerine değişkenlik goumlsterir Kalıp tasarımı oumln parccedila
geometrisi yağlama gibi işlem değişkenleri iş parccedilasındaki gerilme ve
deformasyon dağılımlarını belirler Bu değişkenlerin denetimiyle kırılmadan oumlnce
daha fazla deformasyon elde etmek muumlmkuumlnduumlr
Bu kavramlar şekillendirilebilirliğin iki fonksiyonun bağıntısı olarak
goumlsterilmesine yol accedilmıştır [5]
Şekillendirilebilirlik = f1(malzeme) x f2 (işlem) (41)
Bu bağıntıda f1 malzeme suumlnekliğinin bir fonksiyonu ve f2 işlemin belirlediği ve
işlem sırasında başlıca ikincil ccedilekme gerilmelerinden oluşan gerilme durumunun
bir fonksiyonudur Boumlylece f1 ve f2
f1 (inkluumlzyon şekli miktarı buumlyuumlkluumlğuuml ikinci faz taneciklerinin şekli miktarı
buumlyuumlkluumlğuuml tane boyutu vb)
27
f2 (uumlruumln geometrisi oumln parccedila geometrisi gerilme deformasyon durumu
deformasyon hızı sıcaklık yağlama vb)
şeklinde ifade edilebilir ve eşitlik (41) şekillendirilebilirliğin tarifini verir [5]
Şekillenebilir saclar dayanıklı tuumlketim malları ve otomotiv enduumlstrisinin oumlnemli
bir girdisini oluşturmaktadır Ancak şekillendirme sırasında kullanılan sacların
hepsi nihai uumlruumlne doumlnuumlştuumlruumllememekte ve belirli oranda malzeme yırtılma veya
benzer diğer nedenlerle hurdaya ayrılmaktadır İlgili standartlar belirli bir hurda
oranına izin vermekle birlikte zaman zaman hurda oranının kabul edilebilir
duumlzeyin ccedilok uumlstuumlne ccedilıktığı hatta bazı hallerde 50‟yi aşabildiği bilinmektedir
Şekillendirme işleminde karşılaşılan başarısızlık akla oumlnce malzeme kalitesini
getirmektedir Gerccedilekten de hurda oranındaki yuumlksekliğin malzemedeki
bozukluktan kaynaklandığı ileri suumlruumllebilir Ancak şekillendirme işleminde
karşılaşılan başarısızlık malzeme malzeme koumlkenli olabileceği gibi diğer
etkenlerden de kaynaklanabilir Presleme işlem parametresinin uygun
seccedililmemesi yağlama şartlarının uygun ya da yeterli olmaması yanlış kalıp zımba
tasarımı teker teker veya birlikte başarısızlığın nedeni olabilir
Şekillendirme işlemi bu karmaşıklığı iccedilinde değerlendirildiğinde karşılaşılan
sorunun gerccedilek kaynağını belirlemek zorlaşmaktadır Yağlama şartları ve
presleme işlem parametreleri muumlmkuumln olduğu sınırlar iccedilerisinde kolaylıkla
değiştirilebilmekte ancak bu sorunu ccediloumlzmediği zaman guumlndeme gelen malzeme
mi kalıp mı ikilemine bir yaklaşım goumlstermek kolay olmaktadır Kalıp tasarımında
bir değişikliğe gidebilmek iccedilin oumlnce karşılaşılan sorunun tasarımdan
kaynaklandığının belirlenmesi zorunludur Bunun iccedilin de malzemenin
şekillendirme sınır değerlerinin (şekillendirme diyagramlarının) bilinmesi
gereklidir Bu değerler bir malzeme oumlzelliği olarak belirlendiğinde şekillendirme
işlemi kolaylıkla değerlendirilebilmektedir Kısaca diyagram ait olduğu
malzemede neyin yapılıp neyin yapılmayacağını accedilıklıkla goumlstermekte
kullanıcıya uumlreteceği parccedila iccedilin yol goumlstermektedir
28
42 Şekillendirme Ccedileşitleri
421 Derin Ccedilekme
Derin ccedilekme işlemi yassı bir metalik saccediltan uumlccedil boyutlu bir kap elde etme youmlntemi
olarak tanımlanmaktadır Şekil 41‟de derin ccedilekme işlemini tanımlayan oumlrnekler
goumlruumllmektedir D0 ccedilapındaki metalik bir taslak Dz ccedilapında bir zımba yardımıyla
bir kalıbın iccediline ccedilekilerek uumlccedil boyutlu bir kap elde edilmektedir [16]
Derin ccedilekme işleminde malzeme radyal ccedilekme kuvvetleri ile kalıp iccediline
ccedilekilirken taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgesinde ccedilevresel basma
kuvvetleri oluşmaktadır Ccedilevresel basma kuvvetleri malzemenin buumlzuumllerek
kalınlaşmasına ve oumlnlem alınmaz ise malzemenin kırışmasına neden olmaktadır
Kırışma olayı taslağın kalıp iccediline henuumlz girmemiş boumllgelerinin uygun bir kalıp
yardımıyla sıkıştırılması sonucunda oumlnlenebilir [16] Şayet sıkıştırma kalıbı
kullanılmadan derin ccedilekme işlemi uygulanacak ise kırışmayı oumlnlemek iccedilin derin
ccedilekme oranı D0Dz = 105 değerinden kuumlccediluumlk olması tavsiye edilmektedir [5]
Derin ccedilekme işleminde D0Dz oranı derin ccedilekme oranı olarak tanımlanmaktadır
Bu şekillendirme işleminde ana amaccedil muumlmkuumln olduğu kadar derin kap elde
edilmesidir
Şekil 41 Derin ccedilekme işlemine ait şematik oumlrnek [16]
Derinliği artırmak amacıyla taslak ccedilapı sınırsız olarak artırılamamaktadır
Kullanılabilecek maksimum taslak ccedilapı Formuumll 42‟deki derin ccedilekme oranı sınırı
(DCcedilOS) ile belirlenmektedir [16]
29
DCcedilOS D0Dz max (42)
Yukarıdaki eşitlikte
D0 Maksimum taslak ccedilapı
Dz Zımba ccedilapı
İdeal şartlarda DCcedilOS nın maksimum teorik sınırı 27 olarak verilmektedir Bu
oranın aynı zamanda malzeme oumlzellikleri ve işlem şartlarına bağlı olduğu
belirtilmektedir [26]
Derin ccedilekme işleminde Şekil 42‟de goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme 3 ayrı boumllgede farklı
gerilme ve plastik şekil değişiminin etkisi altında bulunmaktadır
Şekil 42 Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerdeki gerilme durumu [5]
Zımbanın tabanına temas eden taslağın orta boumllgesi zımbanın ccedilevresi boyunca
zımbanın uumlstuumlne doğru buumlkuumllmektedir Buumlkuumllmeden dolayı bu boumllgede kalınlık
bir miktar azalmaktadır Zımbanın hareketinden dolayı parccedilanın tabanında iki
eksenli ccedilekme gerilmesi oluşmaktadır Taslağın dış ccedilevresi kalıp girişinde radyal
olarak kalıp iccediline ccedilekilmektedir Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile taslak ccedilevresi
D0 değerinden Dz değerine doğru azalmaktadır Boumlylece malzeme ccedilevresel
olarak basma radyal olarak ccedilekme gerilmelerinin etkisi altında kalmaktadır
Ayrıca sıkıştırma kalıbı da taslak duumlzlemine dik youmlnde basınccedil uygulamaktadır
Malzeme kalıp iccediline ccedilekildikccedile ccedilevresel buumlzuumllmeden dolayı kalınlığında artmalar
olmaktadır Malzeme kalıp yarıccedilapı uumlzerinden geccedilerken buumlkme ve doğrultma
işlemine maruz kalmaktadır Bu arada radyal ccedilekme kuvvetinin de etkisi ile
kalınlığı azalmaktadır Bu kalınlık azalması daha oumlnceki kalınlık artışını bir
miktar dengelemektedir Parccedilanın yan duvarında sadece ccedilift eksenli ccedilekme
30
gerilmesi soumlz konusudur Zımba ile kalıp arasındaki mesafe malzemenin artmış
olan kalınlığından az ise malzeme burada basınccedil altında uumltuumlleme işlemine maruz
kalmaktadır Genelde kalıp ile zımba arasındaki mesafe suumlrtuumlnme kuvvetlerini
azaltmak ve zımbanın aşınmasını oumlnlemek iccedilin malzeme kalınlığından belirli
oranlarda buumlyuumlk tutulmalıdır Sadece malzeme kalınlığının homojen olması
istenilen durumlarda soumlz konusu mesafe malzeme kalınlığından kuumlccediluumlk
tutulmalıdır
Derin ccedilekme işlemi esnasında farklı boumllgelerde kalınlık değişimleri de meydana
gelmektedir Derin ccedilekmede zımbanın uyguladığı kuvvet ideal şekil değiştirme
kuvveti suumlrtuumlnme kuvvetleri ve şayet varsa uumltuumlleme işlemi iccedilin harcanana
kuvvetlerin toplamına eşit olmaktadır Şekil değiştirme sertleşmesinden dolayı
plastik gerilme suumlrekli artacağından ideal şekil değiştirme kuvveti işlem boyunca
suumlrekli artacaktır Suumlrtuumlnme kuvvetlerinin buumlyuumlk bir kısmı sıkıştırma kalıbının
yuumlzeyinde oluşur Bu kuvvet bileşeni başlangıccedilta hızla artmaktadır İşlem
ilerledikccedile taslağın sıkıştırma kalıbı ile temas eden yuumlzeyi azaldığından suumlrtuumlnme
kuvvetleri de azalmaktadır Uumltuumlleme olayı da derin ccedilekme işleminin sonlarına
doğru başlamaktadır [516]
Derin ccedilekme kuvveti zımba yoluyla uumlretilecek parccedilanın tabanına
uygulanmaktadır Bu kuvvet dolaylı olarak yan duvarlara da iletilmektedir
Kırılma olayı zımba eğrilik yarıccedilapının hemen uumlstuumlnde goumlruumllmektedir Bu
boumllgede malzeme buumlkme veya radyal ccedilekmeye uğramadan sadece ccedilekme birim
şekil değişimine uğramaktadır Bu boumllgedeki şekil değiştirme duumlzlemsel plastik
şekil değiştirme tuumlruumlnde olup kalınlığın incelmesine neden olmaktadır Hasar
oumlnce boyun verme daha sonra da yırtılma şeklinde meydana gelmektedir
Derin ccedilekilebilirlik genellikle başlangıccediltaki taslak (derin ccedilekmede kullanılacak
disk) ccedilapının derin ccedilekilmiş kabın ccedilapına oranı ile ifade edilmektedir Derin
ccedilekilen kabın ccedilapı zımba ccedilapına ccedilok yakın olduğundan hesaplamalarda zımba
ccedilapının kullanımı oldukccedila yaygındır Her malzeme iccedilin bir derin ccedilekilebilirlik
sınırı vardır
Derin ccedilekme işlemlerinde deformasyon miktarının ifadesinde sıkccedila kullanılan
tanım ise Formuumll 43‟de verilen reduumlksiyon oranıdır [5]
RO = 1 ndash ( D0Dz )max (43)
31
Derin ccedilekilebilirlik metalin cins ve kalitesi levha kalınlığı gibi malzeme
parametreleri ile zımba ccedilapı kalıp ve zımbanın eğrilik ccedilapı derin ccedilekme hızı
yağlama baskı kuvvetleri kalıp-zımba accedilıklığı gibi işlem parametrelerinden
etkilenmektedir Derin ccedilekme işleminde en ideal şartların sağlanması halinde
ulaşılabilen maksimum reduumlksiyon oranı 60 ortalama değer ise 50 olarak
verilmektedir Malzeme ve diğer şartlarda bağlı olarak 16 ile 30 arasında değişen
derin ccedilekme oranı sınırı değeri aluumlminyum iccedilin maksimum 2‟dir [5] Bu da
aluumlminyumun az karbonlu ccedileliklere nazaran daha koumltuuml şekillendirilebilme
kabiliyetine sahip olduğunu ve uumlzerinde daha hassas ccedilalışmanın gerekliliğini
ortaya ccedilıkarmaktadır
Klasik ccedilekme deneylerinden elde edilen uzama ccedilekme ve akma dayanımı gibi
mekanik oumlzellikler yardımıyla şekillendirilebilirliğin tespiti muumlmkuumln değildir
Ancak deformasyon sertleşmesi uumlssuuml kalitatif bir yaklaşımda bulunmaya imkan
sağlayabilir Ccedilekilebilirliğin belirlenmesinde dikey anizotropiden yararlanma
eğilimi oldukccedila fazladır [17] Buguumln iccedilin ccedilelikte ortalama dikey anizotropi ile
ccedilekilebilirlik arasında guumlvenilirlik bir ilişki kurulmuşsa da aluumlminyum iccedilin bazı
teredduumltler mevcuttur [518] Bazı araştırmacılar derin ccedilekilebilirlik ile ortalama
dikey anizotropi arasında boumlyle bir bağıntının kurulmasını muumlmkuumln goumlrmezsen
diğer bir kısım araştırmacı ise burada esas alınacak anizotropi değeri (R0 R45 R90
ve R) uumlzerinde tartışmaktadırlar [5] Buumltuumln bunlara rağmen iyi derin
ccedilekilebilirliğin sağlandığı bir ortalama dikey anizotropi değeri aralığı tesbit
edilebilirse şekillendirilebilirlik ccedilalışmalarına oumlnemli oranda katkıda bulunacaktır
Birccedilok derin ccedilekme işleminde yuumlksek mukavemetli aluumlminyum alaşımlarından
yapılmış kalın ve geniş kesitli parccedilalar oda sıcaklıklarında şekillendirilebilirler
Ancak alaşımın yeniden kristalleşme sıcaklığının uumlzerindeki sıcaklıklarda
suumlnekliğin artması ve duumlşuumlk mukavemet sıcak ccedilekme youmlntemiyle oldukccedila kalın ve
geniş parccedilaların şekillendirilmesine olanak verir Sıcak ccedilekme işlemlerinin en sık
uygulandığı 5083 5086 5456 2024 2219 6061 7075 ve 7178 aluumlminyum
alaşımlarıdır [19]
Sıcak ccedilekme işlemleri iccedilin guumlccedilluuml presler ve bununla ilgili ekipmanlara ihtiyaccedil
vardır Derin ccedilekme sıcaklıkları 175 ndash 315 0C arasında değişkenlik goumlsterir Soumlz
konusu sıcaklıkta iş parccedilasına uygulanacak zamanın uzunluğu az deformasyon
sertleşmesi ile bazı boumllgelerde aşırı tane buumlyuumlmesinden kaccedilınarak kontrol edilir
32
Bu tip uygulamalarda yağlayıcı olarak grafit esaslı don yağı ve sert sarı sabun orta
sıcaklıklarda kullanılır 260 0C uumlzerindeki sıcaklıklarda yağlayıcılar grafit ve
Mo(SO3)2 iccedilermelidir [19]
422 Buumlkme
Buumlkme doumlnme ve kuvvetin bileşimi ile dikişsiz asimetrik şekillerin yassı metal
şekillendirmesinde kullanılan bir metottur En sık rastlanan uygulamalarda duumlz
haddelenmiş metal taslak yuvarlatılmış kuumlt bir parccedila ile doumlnen mandrele kuvvet
uygulanarak şekil verilir Ancak bu uygulamaların dışında kaynaklı veya dikişsiz
borularda bu youmlntemle şekillendirilebilir Aluumlminyum alaşımlarının buumlkme
youmlntemi ile şekillendirmesinde ccedilelik ve diğer metallerin şekillendirilmesinde
kullanılan otomatik buumlkme makineleri manuel torna tezgahları ve aynaları
kullanılır
Şekil 43 Buumlkme işleminin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Manuel buumlkme tornaları ve basit araccedillar 050 ndash 205 mm kalınlığına sahip
aluumlminyum taslakların şekillendirilmesi iccedilin uygulanır 64 mm kalınlığına kadar
aluumlminyum taslaklar oda sıcaklığında daha kalın ve buumlyuumlk parccedilalar yarı-
otomatikten tam otomatiğe kadar değişen oumlzel preslerde ve sıcak buumlkme işlemleri
ile buumlkuumllebilirler Buumlkme işlemlerinde kullanılacak aluumlminyum alaşımlarından
istenen oumlzellikler suumlneklik oldukccedila duumlşuumlk akma ndash ccedilekme mukavemet oranı duumlşuumlk
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml ve kuumlccediluumlk tane boyutudur
Buumlkme youmlntemiyle şekillendirmede duumlşuumlk ve orta mukavemetli alaşımlardan
1100 2219 3003 3004 5052 5086 ve 5154 yuumlksek mukavemetli ısıl işlem
goumlrebilir alaşımlardan 2014 2024 ve 6061 en sık kullanılan aluumlminyum
alaşımlarıdır Eğer ısıl işlem goumlrebilir alaşımlarda şekillendirme aşırı ise buumlkme
33
esnasında bu tip alaşımlar sık sık tavlanması veya sıcak buumlkme işlemine tabi
tutmak gerekir Isıl işlem goumlrebilir alaşımlarda buumlkme işlem iccedilin kullanılan bir
metod aşağıda verilmiştir
- Hemen hemen nihai şeklindeki tavlanmış taslağın buumlkuumllmesi
- Isıl işlem ve soğutma
- Nihai şeklinde buumlkme
Eğer ısıl işlem ve soğutma sonrası nihai şeklinde buumlkme işlemi yapılamazsa
soğutulmuş parccedilalar buzdolabına yerleştirilmeli veya kuru buz iccedilinde
paketlenmelidir ve buumlkuumlme kadar -20 0C‟de tutulmalıdır Buumlkme işleminde
uygulanacak proses hızları taslak ccedilapı ve zımba ccedilapı ile ilgilidir Oransal hız
taslak ccedilapının artması ile artmaktadır Aluumlminyum alaşımları iccedilin ortalama hız
915 mdak civarındadır Buumlkme işleminde az da olsa yağlama yapılmakta olup
genellikle don yağı balmumu vaksı ve petrol jeli kullanılır Sıcak buumlkme
işlemlerinde ise kerosen iccedilin koloidal grafit veya Mo(SO3)2 komponentleri
kullanılır [19]
Buumlkme işleminde malzemenin dış yuumlzeyinde germe iccedil yuumlzeyinde sıkıştırma olayı
soumlz konusudur Orta boumllgede suumlrekli ilk boyutunda kalan noumltr bir duumlzlem vardır
Belirli bir malzeme kalınlığı (h) iccedilin buumlkme yarıccedilapı (Rb) azaldıkccedila dış
yuumlzeyindeki ccedilekme birim şekil değişimi artar Dış yuumlzeyindeki aşırı deformasyon
ccedilatlamaya ve iri taneli malzemelerde portakal yuumlzeyi gibi puumlruumlzluuml bir yuumlzeyin
oluşumuna neden olur Buumlkme yarıccedilapının (Rb) tayininde sınırlayıcı koşul kırılma
olayıdır Minimum buumlkme yarıccedilapı (Rb) ccedilekme deneyinden elde edilen kesit
daralması (r = ΔAA0) değerine bağlı olarak
Rb = h 1r
1
r lt 02 iccedilin (44)
Rb = h ( 2
2
rr2
r1
r ge 02 iccedilin (45)
eşitliklerine goumlre seccedililir Noumltr duumlzlemde malzeme elastik davranış goumlsterdiğinden
buumlkme kuvveti malzemeye uygulandığı suumlrece noumltr duumlzlemde var olan elastik
gerilme kuvvet kalkınca yok olur Boumlylece buumlkuumllen parccedilada buumlkme kuvvetinin
34
kalkması ile geriye yaylanma goumlruumlluumlr Buumlkme miktarı az (Rbh oranı buumlyuumlk) ise
elastik boumllge daha yaygın geriye yaylanma olayı daha fazla olur Bu durumda
malzeme geriye yaylanma accedilısı kadar daha fazla buumlkuumllerek sınama yanılma
yoluyla geriye yaylanma olayı dengelenerek arzu edilen buumlkme accedilıları elde edilir
Buumlkme kuvveti (Pb) aşağıdaki iki bağlantının birisinde yaklaşık olarak
hesaplanabilir [21]
Pb = b
ccedil2
W
hb (46)
Pb= 2
tan
2hR2
hb b
b
a
(47)
Burada b buumlkuumllen parccedilanın buumlkme eksenine paralele olan boyutu h malzeme
kalınlığı Wb kalıp genişliği veya accedilıklığı Rb buumlkme yarıccedilapı αb buumlkme accedilısı
malzemenin σa akma mukavemeti ve σccedil ccedilekme mukavemetidir
Verilen buumltuumln bu bilgilerin ışığı altında buumlkme metodu ile şekillendirilen
aluumlminyum alaşımları pişirme kapları suumlt kutuları reflektoumlrler uccedilak ve uzay
parccedilaları mimari sektoumlr tank kafaları cadde ışıkları ccedilukur kapvb gibi
uumlretimlerde kullanılmaktadır
423 Gererek Şekil Verme
Tuumlm aluumlminyum alaşımlarının hemen hemen hepsi gererek şekillendirilebilirler
Gererek biccedilimlendirme işleminde metalik sac iki ucundan veya ccedilevresi boyunca
bağlanır Daha sonra biccedilimlendirme kalıbı saca doğru ilerleyerek malzemenin
gerilmesini ve kalıbın şeklini almasını sağlar Gererek şekillendirmede istenen
oumlzellikler yuumlksek uzama geniş şekillendirme aralığı tokluk ve ince tane yapısıdır
Tablo 41‟de gererek şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının
uzama ve şekillendirme aralığının gerilebilirlik oranı uumlzerindeki etkileri
goumlsterilmektedir
35
Tablo 41 Gererek Şekillendirmede en ccedilok kullanılan aluumlminyum alaşımlarının mekanik
oumlzellikleri ve gerilebilirlik oranları [19]
Alaşım
Ccedilekme Mukavemeti
(MPa) (a)
Akma Mukavemeti
(MPa) (b)
Şekillendirme Aralığı
(c = a - b)
Uzama
(50 mm)
Gerilebilirlik Oranı
7075-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
331 138 193 19 100
2024-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
317 124 193 20 98
2024-T3 441 303 138 18 95
6061-W (Isıl İşlem
goumlrduumlkten sonra havada soğutulmuş)
241 145 96 22 90
7075-0 221 97 124 17 80
2024-0 186 76 110 19 80
6061-0 124 55 69 22 75
3003-0 110 41 69 30 75
1100-0 90 35 55 35 70
7075-T6 524 462 62 11 10
Gererek şekillendirmede malzeme oumlzelliklerinin ve işlem koşullarının etkisi
biccedilimlendirilen parccedilanın kritik boylarına (silindirik parccedilalarda IG ccedilapına ve hG
derinliğine) bağlı olarak bulunan Gererek Biccedilimlendirme Oranı (GBO) ile de
incelenmektedir Malzemenin kalınlığı arttıkccedila tane boyutu kuumlccediluumllduumlkccedile
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) arttıkccedila deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml (m)
arttıkccedila GBO‟da artmaktadır [16]
GBO = hG IG (48)
Aluumlminyum alaşımlarının gererek şekillendirmesinde genellikle suda ccediloumlzuumlnebilen
yağlar kullanılır Bunlar kalsiyum esaslı gresler parafin ticari vakslardır
Şekillendirme esnasında aşırı yağ uygulandığı takdirde iş parccedilasının yuumlzeyinde
bukleler meydana gelebilir İş parccedilası ile kalıp arasına bazen plastik veya kauccediluk
36
tabaka konularak yağlama sağlanır Puumlruumlzsuumlz duumlz yuumlzeyli plastik kalıplar duumlşuumlk
suumlrtuumlnme katsayıları sebebiyle yağlama gerektirmeyebilirler [19]
Şekil 44 Gererek şekillendirmenin basit olarak şematik goumlsterimi [20]
Gererek şekillendirme metodu otomotiv mimari uccedilak sanayi ve uzay araccedillarında
panellerde pencerelerde motorlarda uccedilak goumlvdelerinin yapımında kullanılır
Gererek şekillendirme genellikle diğer şekillendirme youmlntemleri ile beraber
kullanılırlar
424 Haddeleme
Haddeleme malzemeyi eksenleri etrafında doumlnen ve merdane olarak
isimlendirilen iki silindir arasından geccedilirerek yapılan plastik şekil verme işlemidir
Haddeleme sırasında merdaneler aynı hızda ve birbirlerine zıt youmlnde doumlnerlerken
merdaneler arasından geccedilen malzeme istenen şekli alır Hadde uumlruumlnuumlnuumln cinsine
goumlre merdanelerin yuumlzeyi duumlz veya profilli olabilir Yassı metallerin
haddelenmesinde silindirik yuumlzeyli profiller kullanılır
Soğuk haddelemenin amacı blok halinde doumlkuumllmuumlş malzemeleri istenen kalınlık
yuumlzey kalitesi mekanik ve metalurjik oumlzellikleri ve maliyeti sağlayacak şekilde
duumlz plaka veya haddelenmiş uumlruumln haline getirmektir Malzemeye uygulanan oumln
ısıtma ve homojenleştirme prosesleri metalin iccedil yapısını değiştirmektedir Bunun
mukabili haddeleme işlemi ile malzemeye uygulanan deformasyon miktarı
malzemenin iccedilyapısında değişimleri meydana gelmesini sağlar
Haddeleme sıcak ve soğuk haddeleme olarak iki şekilde uygulanır ve temel
prensipleri aynıdır Metal bir ccedilift merdanenin arasındaki ldquoaralıkrdquo tan geccedilerken bu
merdanelerin uyguladığı basınccedil ile deformasyona uğrar ve incelir Basınccedil ile
kuvvet arasındaki farka dikkat edilmelidir Basınccedil birim alana duumlşen kuvvettir
Basınccedil (kgxcm2) veya (tonxm
2) gibi birimlerle veya başka birimlerle oumllccediluumlluumlr
37
Uygulanan basınccedil kuvvetin uygulandığı alana bağlıdır Bir ccedilift kar ayakkabısı
uumlzerindeki insanın ağırlığını geniş bir alana yayar Boumlylece kara yapılan baskı
azalacağından kara batılmaz Aynı prensiple eğer alan buumlyuumlk ise kuvvet bu
buumlyuumlk alana yayıldığından basınccedil azalır Sivri topuklu ayakkabı giyen bir bayanın
ağırlığının kuumlccediluumlk bir alanda toplanması ile ccedilok sert zeminlerde bile ccediloumlkuumlntuuml
yapabilir Aynı prensiple eğer alan kuumlccediluumlk ise kuvvet toplandığı iccedilin basınccedil
yuumlkselir
Şekil 45 Haddeleme işleminde temas yayının ve ezmenin sembolik goumlsterimi [22]
Bu yuumlzden merdaneler arasındaki metalin deformasyonu (ezme) uygulanan
kuvvete ve temas alanına bağlıdır Merdanelerin ve metalin birbirine temas alanı
merdanenin buumlyuumlkluumlğuumlne ve uygulanan ezme miktarına bağlıdır
Yuumlksek ezmeler uygulayabilmek iccedilin iccedilin temas yuumlzeyi muumlmkuumln olduğu kadar
kuumlccediluumlltuumllmeli ki maksimum basınccedil elde edilebilsin Bu da kuumlccediluumlk ccedilaplı merdaneler
kullanılarak elde edilebilir
Newton tarafından keşfedilen doğanın kanunlarından birisi ldquoher etkiye eşit ve ters
youmlnde bir tepki vardırrdquo kanunudur Bunun bir sonucu olarak şerit halindeki
metale baskı uygulayan merdaneler metal tarafından aynı oumllccediluumlde bir kuvvetle
birbirlerinden ayrılmağa zorlanırlar Bu tepki avuccedil iccedilersinde bir cisim sıkıldığında
da goumlruumllebilir Elimizdeki cisim bize tepkisini hissettirir Eğer bu cisim sert ise
deride iz bırakmaya başlar
Merdaneler haddeleme sırasında malzeme tarafından birbirlerinden ayrılmaya
zorlandıklarında hafifccedile duumlzleşirler ve eğilip buumlkuumlluumlrler Şekil 46‟daki
merdanelerin ortası kenarlarından daha kalın malzeme uumlreteceği accedilıkccedila
38
goumlruumllmektedir Bu durumu duumlzeltmek iccedilin merdaneler buumlkuumllme miktarı kadar
pozitif bombeli (dışbuumlkey) taşlanarak buumlkuumllduumlklerinde aralarındaki accedilıklığın duumlz
olması sağlanır (Şekil 47)
Şekil 46 Haddeleme işleminde esnasında merdanelerin buumlkuumllmesi [22]
Şekil 47 Pozitif bombe sonucu merdanelerin duumlzelmesi [22]
Ortası kalın kenarları ince olan merdaneye Pozitif bombeli (dışbuumlkey) merdane
denir Ortası ince kenarları kalın olan merdaneye Negatif bombeli (iccedilbuumlkey)
merdane denir (Şekil 48)
39
Şekil 48 Merdane bombelerinin goumlsterimi [22]
Eğrilme ve duumlzleşme goumlzle goumlruumllebilmeleri iccedilin şekillerde buumlyuumlk oumllccediluumlde
abartılmıştır Gerccedilekte ccedilap farkları mikron mertebelerinde olup ccedilok kuumlccediluumlktuumlr
Bombe iki şekilde elde edilir
1) Mekanik bombe (merdanelerin bombeli taşlanması)
2) Termal bombe (haddeleme sırasındaki ısı yuumlzuumlnden merdanelerin genleşmeleri)
Genleşme miktarı bu yuumlzden de ldquoduumlzguumlnluumlkrdquo sıcaklığın derecesine bağlıdır Bu
da haddeleme sırasında hem soğutma hem de yağlama amacıyla hadde yağı
kullanılarak kontrol edilir
Haddeler buumlnyelerinde bulundurdukları merdane sayısına goumlre değişik ccedileşitlerde
goumlruumllebilirler En basit hadde sadece 2 merdaneden oluşur ve buna ldquo2-high millrdquo
yani ldquo2 katlı hadderdquo denir (Şekil 49a)
Şekil 49 a) 2‟li hadde b) 4‟luuml hadde c) 6‟lı hadde [22]
Pozitif Bombe Negatif Bombe
a) b) c)
40
Daha oumlnceden de bahsedildiği uumlzere yuumlksek ezmeler yapabilmek iccedilin kuumlccediluumlk ccedilaplı
merdaneler kullanılması gerektiği belirtilmişti Merdane ccedilapları kuumlccediluumllduumlkccedile
rijitlikleri (buumlkuumllmezlikleri) azalır Bunun sonucunda mekanik bombe ve yağ
kontrolu ile duumlzeltilemeyecek kadar ccedilok buumlkuumlluumlrler Bu sorunu aşmak iccedilin iş
merdanelerinin arkalarına destek merdaneleri konularak ldquo4-high millrdquo yani ldquo4
katlı hadderdquo ortaya ccedilıkmıştır (Şekil 49b) Yuumlkuuml taşıyacak buumlyuumlk destek
merdaneleri olduğuna goumlre daha da kuumlccediluumlk ccedilaplı iş merdaneleri kullanılabilir
Bunun da bir limiti vardır ccediluumlnkuuml iş merdaneleri duumlşey duumlzlemde eğildikleri gibi
(ortası yukarıda kenarlar aşağıda) yatay duumlzlemde de eğilirler Destek merdaneleri
yatay duumlzlemdeki eğilmeyi oumlnleyemezler Bu nedenle bir sonraki adım her bir iş
merdanesine 2 adet destek merdanesi vermektir Buna da ldquo6-high millrdquo yani ldquo6
katlı hadderdquo denir (Şekil 49c) Bu sayede iş merdanelerinin ccedilapları daha da
kuumlccediluumlltuumllebilir ama yine de iş ve destek merdanelerinin birbirlerine oranlı
oumllccediluumllerinden dolayı bir limit vardır (Şekil 410a)
Şekil 410 a) 6‟lı hadde b) Sendzimir haddesi [22]
Daha kuumlccediluumlk destek merdaneleri kullanarak ama bunların sayısını artırarak
Sendzimir haddenin ana şekline ulaşılır (Şekil 410b)
Buraya kadar tarif edilen haddeler sadece bir grup merdaneden oluşuyorlar ve
sadece bir pas yapabiliyorlar Bunlar tek gruplu haddelerdir İlave gruplar ile 2li-
grup (Şekil 411) 3luuml-grup (Şekil 412) haddeler oluşturulabilir
Şekil 411 2‟li Grup Hadde
[22] Şekil 412 3‟luuml Grup Hadde
[22]
a) b)
41
Metaller ccedilatlamadan ccedilok fazla sıkıştırılabilirler Metaller sertleştikccedile
sıkıştırılmaları iccedilin gereken basınccedil artar Metal işlendikccedile (oumlrneğin
haddelendikccedile) sertliği artar Haddelemeyle oluşan bu sertleşme hem işleme
kolaylığı iccedilin hem de ccedilatlamayı oumlnlemek iccedilin isteğe goumlre tamamen veya kısmen
tavlama işlemi ile kaldırılabilir
Metal haddelenirken metal tabakalarının birbirleri uumlzerinden kayarak yer
değiştirmesi ile deformasyon sağlanır Dış tabakalar (alt ve uumlst) orta tabakalara
goumlre daha ccedilok haddelenerek daha ileri giderler Bir metal bloğunun kenarına
ccedilizgiler ccedilizilip tek youmlnde haddeledikten sonra bu ccedilizgiler incelendiğinde balık
kuyruğu biccedilimini aldıkları goumlruumllebilir
Metalin yuumlzeyi merdanenin yuumlzeyinde kaymaktadır Bu iş merdaneleri arasına
giren V hacmindeki metalin nasıl değiştiği incelenerek ispatlanabilir (Şekil 413)
Şekil 413 Haddeleme teorisi [22]
Metalin hacmi değişmediğine fakat kalınlığı azaldığına goumlre boyu uzamak
zorundadır Bu da merdanelerin arasından geccedilerken metal hızının artması
anlamına gelmektedir Eğer metal merdane hızı ile aynı hızda haddeye girerse
haddeden daha hızlı ccedilıkmak zorundadır (A Noktası) Bir başka deyişle merdane
hızı ile aynı hızda haddeden ccedilıkarsa (R Noktası) o zamanda daha duumlşuumlk hızda
haddeye girmiş olmalıdır (B Noktası) Pratikte metal haddeye daha duumlşuumlk hızla
girer (X Noktası) daha yuumlksek hızla ccedilıkar (Y Noktası) İki merdane arasında
42
ldquoNoumltr Nokta rdquo dediğimiz bir noktada da metal merdane ile aynı hızdadır Bu
noktadan(noumltr nokta) oumlnce metal merdaneye goumlre giriş tarafına doğru kayar bu
noktadan (noumltr nokta) sonra ccedilıkış tarafına doğru (Y-R) hızıyla kayar Bu kaymaya
ldquosuumlrtuumlnmerdquo karşı koyar
Suumlrtuumlnmenin metalin hareket eden tabakaları uumlzerindeki etkileri bazı ilginccedil
silindir basma deneyleriyle incelenmiştir Silindirlerin baskı altında uumlstten aşağı
kadar aynı şekilde şişerek yuumlksekliğinin azalıp ccedilapının duumlzguumln bir şekilde artacağı
beklenmekteydi Fakat silindirlerin fıccedilı şekli aldığı goumlruumllduuml Bunun sebebi alt ve
uumlstteki metal plakalar ile silindir arasındaki suumlrtuumlnmenin silindirin alt ve uumlstuumlndeki
metal tabakalarının dışarı doğru hareketini kısıtlamasındandır Bu tabakalar
sırasıyla bir sonraki tabakanın dışarı doğru hareketini kısıtlarlar fakat harekete
tamamıyla mani olamazlar Bu yuumlzden her tabaka bir oumlncekinden daha ccedilok
dışarıya doğru hareket eder ve tam ortadaki tabakalar dışarı doğru en fazla hareket
ederek fıccedilı şeklini oluşturur
Bu koşullar merdanenin metali sıkıştırması ve metal tabakalarının hareketleri iş
merdanelerinin arasındaki kıstırma boumllgesinde de olduğundan bu boumllgede kısıtlı
akış boumllgeleri de vardır (Şekil 14)
Şekil 414 Haddelemede kısıtlı akış boumllgeleri [22]
Yağlama puumlruumlzluumlluumlğuumln oluşturduğu suumlrtuumlnmeyi ortadan kaldırır Bunun iccedilindir ki
kalın malzeme işleyen haddede kaba merdane parlak merdaneden daha fazla
ezme verir
Metal merdanelerden
hızlı
Metal merdanelerden
yavaş
Kısıtlı Akış
Boumllgeleri
43
Merdaneler arasındaki metalin deformasyonu iccedilin gerekli basınccedil aşağıdaki
etmenlere bağlıdır Metalin sertliği kısıtlı akış boumllgelerinin buumlyuumlkluumlğuuml bu da
dolayısıyla metal ve merdanelerin temas yuumlzeyine bağlıdır kontrolluuml akış
boumllgeleri arasındaki mesafe ki bu serbest akışa bırakılan metalin miktarını
belirler iş merdanelerinin kıstırma boumllgesindeki yağlama miktarı
Herhangi bir haddede metalin daha fazla inceltilemeyeceği bir aşamaya gelineceği
biliniyor Bu durum iki etkenin birleşmesinden dolayıdır 1 Metal haddelendikccedile
sertleşir 2 Metal inceldikccedile kısıtlı akış boumllgeleri birbirlerine yaklaşarak uumlst uumlste
binerler (Şekil 15) Metalin deformasyona (incelmeye) direnmesini yenmek iccedilin
daha fazla baskı gerekir Baskı arttırıldıkccedila merdanelere binen yuumlk artar ve
merdaneler daha fazla duumlzleşirler Duumlzleşme temas yuumlzeyini dolayısıyla
suumlrtuumlnmeyi buumlyuumlterek baskı ihtiyacını arttırır Bu bir kısır doumlnguumlduumlr baskıyı daha
fazla arttırmak sadece merdane duumlzleşmesini arttırır ve daha fazla inceltme
yapılamaz
Şekil 415 Kısıtlı akış boumllgelerinin uumlst uumlste binmesi [22]
425 Diğer Şekillendirme Ccedileşitleri
Oumlnceki boumlluumlmlerde bahsedilen şekillendirme metotlarının yanında son guumlnlerde
geliştirilen ve uygulama alanları yeni yeni gelişen daha birccedilok şekillendirme
ccedileşitleri vardır Kauccediluk-yastıkla şekillendirme suumlperplastik şekillendirme
patlayıcı şekillendirme elektrohidrolik şekillendirme elektromanyetik
şekillendirme hidrolik şekillendirme ccedilekiccedille şekillendirme şahmerdanla
şekillendirme gofrajlama kıvırma presleyerek şekillendirme oumlrnek olarak
verilebilir [19]
44
Kauccediluk yastıkla şekillendirmede esnek bir diyafram veya kauccediluk-yastık ile katı
bir zımba arasında malzemenin nihai şekil alması esasına dayanır Aluumlminyum
alaşımları birccedilok teknikle şekil almakta olup kauccediluk yastıkla şekillendirmede de
birccedilok değişik proses vardır Bunlar Guerin prosesi Verson-Wheelon prosesi
Marform prosesi Hydroform prosesi SAAB prosesi Demarest prosesi ASEA
Quintus prosesidir Bu tekniklerde kullanılan aluumlminyum alaşımları derin ccedilekme
ve buumlkmede kullanılan alaşımlarla benzerlik goumlsterirler Kauccediluk yastık prosesinde
kullanılan kauccediluk yağlara ve şekillendirme yağlarına karşı iyi bir direnccedil sertlik
ccedilekme mukavemeti ve yansıma oumlzellikleri goumlstermelidir Bu şekillendirme tekniği
uccedilak sanayi yapı parccedilaları ve ışık reflektoumlrleri bina cepheleri kalıplar
otomobillerin arka stop lambasının yatağının yapımında kullanılmaktadır Şekil
416‟da bu tip bir imalatın şematik olarak goumlsterilişi yer almaktadır
Şekil 416 Kauccediluk diyafram iccedilinde bir şekillendirme işleminde 5457 H0 alaşımlı otomobil arka
stop lambasının yatağının yapımı [19]
Suumlperplastik davranış oumlzellikle yuumlksek mukavemetli 7475 gibi 7xxx serisi
aluumlminyum alaşımlarında goumlruumllmektedir Suumlperplastiklik iccedilin malzemeden istenen
ince ve kararlı tane yapısıdır Bu yapı aluumlminyum alaşımlarında hem statik hem de
dinamik yeniden kristalleşme ile başarılabilir Suumlperplastik aluumlminyum
45
alaşımlarının mikroyapıları ccedilift fazlı veya genellikle ccedilok az ikinci faz ihtiva eden
tek fazdan oluşmaktadır İkinci faz miktarı ince tane yapısının gelişim ve kararlığı
iccedilin gereklidir Suumlperplastik şekillendirme metodu uumlfleme ile şekillendirme
vakumla şekillendirme ısısal şekillendirme ve duumlfizyonla birleştirme
şekillendirmelerini de iccediline almaktadır Uumlfleyerek şekillendirmede gaz basıncı
suumlperplastik diyafram uumlzerine yuumlklenerek malzemenin kalıp inde şekil alması
esasına dayanır (Şekil 417)
Şekil 417 Suumlperplastik şekillendirme iccedilin uumlfleyerek şekillendirme tekniğinin şematik goumlsterilişi
[19]
Suumlperplastik şekillendirme esnasında iccedil yapıdaki mikro boşlukların
şekillendirilmesi birccedilok suumlperplastik aluumlminyum alaşımında sorundur Alaşımın
temizliği tane boyutu akış hızı deformasyon miktarı şekillendirme sıcaklığı ve
hidrostatik basınccedil boşlukları etkiler Boşluk oluşumu şekillendirme esnasında
yassı metalin arka tarafının uumlstuumlne basınccedil uygulanarak azaltılabilir Bu tipte
şekillendirilmiş aluumlminyum alaşımları oumlzellikle uccedilak enduumlstrisinde
kullanılmaktadır
Patlayıcı şekillendirme oumlzellikle aluumlminyum alaşımlarından yapılan uzay
araccedillarının parccedilalarının şekillendirilmesinde kullanılan bir yuumlksek enerji
46
şekillendirme youmlntemidir Genelde geleneksel bilinen metotlarla
şekillendirilemeyecek karmaşık şekilli parccedilaların şekillendirmede uygulanır
Elektrohidrolik ve elektromanyetik şekillendirme de bir ccedileşit yuumlksek enerji
şekillendirme youmlntemidir Her iki youmlntemde de şekillendirme enerji kontrollu
olduğundan boyutsal toleranslar ccedilok dar limitlerde tutulabildiği gibi ekstra
işlemler uygulanmayıp tek adımda yapılabildiğinden iyi bir yuumlzey kalitesi ve
duumlşuumlk maliyet elde edilir
43 Şekillendirme Hataları
431 Eğme Hataları
Eğme sırasında eğme ekseni boyunca oluşan gerilmelere neden olan teğet ccedilekme
ve basma gerilmelerinden oluşan 3 eksenli gerilmelerin sonucu olarak kırışıksız
eğme oluşur Yuumlksek deformasyon boumllgesindeki eğme eksenine paralel olan kısım
ndash direkt olarak zımbanın altında kalan kısım ndash eğim kısmının giriş derinliği
boyunca olan duumlzlem de sabit kalmaz Levha kenarlarına yakın kısımlardaki
deformasyonunu doğası gereği tabaka zımbadan oumlnce buumlkuumlluumlr Bu yuumlzden tabaka
zımba ile tuumlm giriş uzunluğu boyunca temas etmez ve tam bir temas oluşturmak
iccedilin boumllgesel baskı gereklidir Bu durumda baskı sırasında oluşan bu davranışı
duumlzeltmek iccedilin her ne kadar yarı kapalı kalıpta buumlkme bu kusuru azaltacak da olsa
kapalı kalıp buumlkme uygulamak gerekir
İş parccedilaları genel olarak kesme işlemiyle boyutlandırılırlar Kesilmiş kenarlar
oumlzellikle kenarlar etrafında genelde zayıf yuumlzey kalitesine ve oldukccedila yuumlksek
deformasyon sertleşmesine sahiptirler Eğer maksimum efektif kayma gerilmesi
ve maksimum eğme deformasyonu toplamı işlenen malzemenin ccedilatlak
deformasyonunu geccedilerse eğme yayının dış kenarları boyunca ccedilatlak teşekkuumll
edecektir Eğer boumlyle bir ccedilatlak tolere edilemezse kenar kısımlarındaki
deformasyon sertleşmesi eğme işlemi oumlncesinde tercihen haddelenerek
giderilebilir Ayrıca deformasyon sertleşmesinin tavlama işlemi ile giderilmesiyle
kenar ccedilatlağı tehlikesinin elimine edilebileceği bilinmektedir
Tabaka metaller genelde ekli ve kenar baskısı şeklinde eğilirler Bu
operasyonlarda parccedilanın uccedillarının arasındaki nihai accedilının 0ordm olduğu 180ordmC lik
eğme işlemi tatbik edilir İki tabakanın uccedillarının bir araya getirilmesi işlemi olan
47
ek işlemi daima sınırlı bir eğme iccedil ccedilapı iccedilerir Diğer yandan kenar baskısı
tabakanın kendi uumlzerine katlandığı boumlylece iccedil eğme accedilısı sıfıra yaklaştığı ve 180ordmC
lik eğme işlemlerinin en zor olandır İlk adım sınırlı bir ccedilaplı zımba iccedileren oumln-
eğme işlemidir Tipik oumln-eğme işlemi V-kalıp ve hava ile eğme veya katlamadır
Eğme işlemi sırasında goumlzlenen diğer bir hatada geriye yaylanma olayıdır Geri
yayınma oranının K (Eşitlik 49) işlem malzemesine ve iccedil eğme yarı ccedilapının
geriye yaylanma olayı sonra oluşan yarı ccedilapa oranına bağımlılığı goumlruumllmektedir
Saccedil kalınlığındaki değişim (DIN 1543 ve 1544‟ e goumlre ince saccedillar iccedilin 15-20)
uygun eğme yarıccedilapının artmasıyla K oranını oumlnemli oumllccediluumlde etkilemektedir [21]
K = ru
u
r
r =
2r
2r
0r i
0 i
s
s
(49)
432 Derin Ccedilekme Hataları
Uumlretim sahası oldukccedila geniş olan derin ccedilekme işleminde tezgah oumlzellikleri
ccedilalışma parametreleri kalıp ve zımba konstruumlksiyonu ile kullanılan levha
oumlzelliklerinin neden olduğu birccedilok problemle karşılaşılmaktadır Bu problemleri
bir tek nedene bağlamak ccediloğunlukla muumlmkuumln olmamaktadır Zira birden fazla
parametre hataların oluşumuna aynı anda katkıda bulunabilmektedir Buna
rağmen birinci derecede etkili olan nedenleri dikkate alarak derin ccedilekme
problemlerini teccedilhizat ve ccedilalışma parametrelerinden kaynaklanan problemler ve
kullanılan levha malzeme oumlzelliklerinden kaynaklanan problemler olmak uumlzere iki
grupta toplamak muumlmkuumlnduumlr [5]
Birinci grup derin ccedilekme hataları derin ccedilekme youmlntemiyle imal edilen kabın
tabanında veveya flanş kısmında ccedilatlak ve kopmalar uumlst kenar veya flanşta
buruşma yan yuumlzeylerde lokal incelmeler flanş veya goumlvdede radyal ccedilatlamalar
olarak karşımıza ccedilıkmaktadır [5]
Bu hatalar buumlyuumlk oumllccediluumlde kalıp ve zımba konstruumlksiyonu taslak kenarına
uygulanan baskı kuvveti derin ccedilekme hızı kalıp-zımba accedilıklığı yağlama mamul
uumlruumln ve boyutları reduumlksiyon oranı gibi tezgah ve işlem parametrelerine bağlı
olup inceleme kapsamına alınmamıştır Derin ccedilekme işleminde ccedilok sayıda kusur
ve hatadan bahsedilmektedir
48
4321 Kulaklanma
Sıkccedila karşılaşılan derin ccedilekme problemlerinden birisi olan kulaklanma derin
ccedilekilebilirlik ndash plastik anizotropi konusunda da belirtildiği gibi derin ccedilekilen
kabın ağız kısmının girinti ve ccedilıktılardan oluşan bir yapı goumlstermesidir Bu girinti
ve ccedilıkıntıların her biri kulak olarak isimlendirilmektedir
Derin ccedilekme sonunda iki doumlrt altı sekiz gibi değişik sayılarda kulak oluşabilse
de en ccedilok rastlanılan doumlrtluuml kulak oluşumudur [23] Kulakların hadde youmlnuumlne
goumlre pozisyonunu dikkate alınıdğında başlıca iki tip kulaklanmadan soumlz
edilmektedir [516]
a) 00 90
0 Kulaklanma
b) 450 Kulaklanma
Kulaklanmanın temel nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim
kademelerinde ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik
karakteridir Tekstuumlr oluşumu doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında
goumlruumllebilmekte ve kaynak prosese goumlre adlandırılmaktadır (hadde tekstuumlruuml
tavlama tekstuumlruuml vb) Malzeme yapısında meydana gelen tekstuumlruumln youmlnuuml ve
miktarı anizotropi derecesini buna bağlı olarak da kulaklanmanın pozisyon ve
buumlyuumlkluumlğuumlnuuml belirlemektedir [524]
Uumlretim suumlreci iccedilerisinde bir oumlnceki işlem basamağında oluşan yapı ve tekstuumlr bir
sonraki proseste oluşacak tekstuumlruuml etkilemektedir Bu nedenle son mamuldeki
anizotropiyi minimum duumlzeye indirebilmek iccedilin baştan itibaren her işlem
basamağını denetim altına almak ve bir sonraki işlem basamağında oluşacak
anizotropiyi azaltıcı veya değişik kademelerde birbirini yok eden tekstuumlrik
yapıların oluşmasını sağlayıcı tedbirler almak gerekmektedir [5]
Anizotropik oumlzellik nedeniyle taslağın belli youmlnlerde daha kolay deforme olarak
uzaması sonucu oluşan kulaklanma uumlruumlndemamulde aşırı kenar kesimi
gerektireceğinden uumlretim verimini de duumlşuumlrmektedir Daha aşırı hallerde ise
kulaklar arasındaki ccedilukur boumllgeler istenilen kap yuumlksekliğine ulaşamayacağından
uumlruumlnuumln hurdaya ayrılmasına yol accedilabilmektedir Kulaklanma ortalama dikey
anizotropi değerine bağlı olup kulak formunun da duumlzlemsel anizotropi değerinin
bir fonksiyonu olduğu bazı araştırmacılar tarafından tespit edilmiştir
49
Ccedilimenoğlu ve Kayalı (1984) aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilirliğini n
m r değerlerine goumlre incelemişler ve bu faktoumlrlerin şekillendirme sınır
diyagramları uumlzerindeki etkilerini araştırmışlardır Yuumlksek deformasyon
sertleşmesi uumlssuuml değeri yuumlksek deformasyon hızı duyarlılığı uumlssuuml ve yuumlksek
ortalama dikey anizotropi değerleri şekillendirme diyagramındaki uumlniform şekil
değiştirme değerlerini ve aluumlminyum alaşımlarının şekillendirilebilme kabiliyetini
artırdığını savunmaktadırlar [25]
Kulaklanmanın meydana gelip gelmeyeceği duumlzlemsel anizotropi katsayısı (∆R)
ile tespit edilir ∆R=0 iken kulaklanma olayı goumlruumllmez ∆Rlt0 ise 45˚ lik youmlnlerde
∆Rgt0ise 0˚ ve 90˚ lik youmlnlerde kulak oluşumu goumlruumlluumlr Kulaklanmanın temel
nedeni taslak olarak kullanılan levhanın ccedileşitli uumlretim işlemi kademelerinde
ortaya ccedilıkan tekstuumlr oluşumundan kaynaklanan anizotropik karakterdir Tekstuumlr
teşekkuumlluuml doumlkuumlmden başlayarak her uumlretim basamağında oluşabilmekte ve kaynak
prosese goumlre hadde tekstuumlruuml vb olarak adlandırılmaktadır
Şekil 418 ∆R‟ye bağlı olarak kulak oluşumu [5]
50
4322 Yuumlzey Puumlruumlzluumlluumlğuuml
Derin ccedilekme işlemine tabi tutulan malzemenin derin ccedilekme işleminden sonra
oumlzellikle fazla deformasyona uğrayan boumllgelerinde goumlruumllen yuumlzey puumlruumlzlenmesi
portakallanma olarak adlandırılmaktadır Portakal kabuğunu andıran goumlruumlntuumlsuuml ile
uumlruumlnuumln ticari değerini azaltması yanında malzemenin derin ccedilekilebilirliğini de
etkileyen bu hata kullanılan levhanın iri taneli olması nedeniyle ortaya
ccedilıkmaktadır [5]
Yuumlzeydeki tanelerin deformasyonu iccedil kısımlardaki taneler gibi kısıtlı
olmadığından iri taneler birbirinden bağımsız deforme olarak yuumlzeyde kabartılara
yol accedilmaktadır [23]
Goumlzle goumlruumllebilir derecede yuumlzey puumlruumlzluumlluumlğuumlne yol accedilabilecek tane boyutu
deformasyon miktarı alaşımın yapısı ve uumlruumln cinsine goumlre değişmektedir Ancak
bir genelleme yapmak gerekirse yuumlzey kalitesi accedilısından ccedilok hassas parccedilaların
uumlretilmesinde tane boyutunun en fazla 004 mm olması tavsiye edilmektedir [5]
Bazı araştırmacıların 1100 aluumlminyum uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalarda
yaklaşık 30 deformasyonda 80 mikron‟a kadar artan tane boyutu ile yuumlzey
puumlruumlzluumlluumlğuuml arttıktan sonra sabit kalma eğilimi goumlsterdiği goumlruumllmuumlştuumlr [26]
4323 Luumlders Ccedilizgileri
Genel olarak Al-Mg alaşımı levhaların derin ccedilekilmesinde karşılaşılan luumlders
ccedilizgileri tavlanmış levhalardaki akma uzaması ile oluşan bir tuumlr yuumlzey
puumlruumlzlenmesi şeklindedir Ccedilekme esnasında bazı boumllgelerde ccedilok az deformasyon
meydana gelirken tatbik edilen yuumlkle 450 accedilı yapan ve kesme gerilmelerinin
maksimum değere ulaştığı doğrultularda boumllgesel akma meydana gelerek yuumlzeyde
ccedilukurlaşmalar meydana gelmektedir Deformasyonun devam etmesi ile buumlyuumlyerek
yaygınlaşan bu ccedilukurlaşmalar derin ccedilekilen kabın yuumlzeyinde iskelete benzer bir
dağılım goumlsteren puumlruumlzluuml boumllgelerin oluşmasına yol accedilmaktadır Uygulanan
gerilmenin basma gerilmesi olması halinde puumlruumlzluuml alanlar ccedilıkıntılar şeklinde
ortaya ccedilıkmaktadır Ccedileşitli tipleri olan luumlder ccedilizgilerinin genel oumlzelliği
istenmeyen kaba ve puumlruumlzluuml bir yuumlzey oluşturmasıdır [5]
51
4324 Looper Ccedilizgileri
Derin ccedilekmede karşılaşılan yuumlzey hatalarından birisi olan looper ccedilizgileri derin
ccedilekilen kabın yuumlzeyinde oluşan halka (loop) biccedilimli izler olarak
tanımlanmaktadır Metal yapısındaki duumlzensizliklerin yol accediltığı uumlniform olmayan
deformasyon bu tuumlr bir yuumlzey hatasına yol accedilmaktadır Yaygın olan yapı
duumlzensizliklerinden birisi uzamış (ghost) tanelerdir Sıcak hadde veya ara tav
esnasında oluşan iri taneler daha sonraki haddeleme işleminde fiber şeklinde
uzamaktadır Son tavlama esnasında bu fiberler ya yaklaşık aynı oryantasyondaki
kuumlccediluumlk taneler kolonisi şeklinde yeniden kristalleşmekte ya da hiccedil kristalize
olmadan kalmaktadır Looper ccedilizgilerine neden olan diğer oumlnemli bir yapı
duumlzensizliği de oumlzellikle dendritik segregasyon tuumlruuml ingot segregasyonudur [5]
4325 Kırışmalar
Derin ccedilekme işleminde kırışma olayı sıkıştırma kuvvetinin yeterli olmaması
kalıp veya zımba eğrilik yarıccedilapının aşırı buumlyuumlk olması zımba ile kalıp arası
mesafenin gereğinden buumlyuumlk olması taslak ccedilapının gereğinden buumlyuumlk olması veya
malzemenin ccedilok ince olması hallerinde goumlruumllmektedir Uygun sıkıştırma basıncı
ve kalıp geometrisi ile kırışma olayı oumlnlenebilmektedir [16]
4326 Ccedilatlamalar
Metalik sacların derin ccedilekme işleminde ccedilatlama olayı genellikle zımba eğrilik
yarıccedilapının hemen uumlstuumlndeki boumllgede meydana gelmektedir Malzeme
oumlzelliklerinin zayıf olması zımba veya kalıp eğrilik yarıccedilapının kuumlccediluumlk olması
sıkıştırma basıncının yuumlksek olması derin ccedilekme oranının buumlyuumlk olması yağlama
işleminin uygun olmaması zımba ile kalıp arasındaki mesafenin kuumlccediluumlk olması bu
tuumlr bir hataya neden olmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti artırıcı rol oynayan
bu faktoumlrler malzemenin soumlz konusu kritik boumllgede incelerek kopmasına yol
accedilmaktadır Zımbanın uyguladığı kuvveti azaltacak oumlnlemler ve daha kaliteli
malzeme kullanımı bu hatayı oumlnleyecektir [16]
Derin ccedilekme işleminde ccedilatlama bazen ccedilatlağın dış ccedilevresinde veya elde edilen
kabın uumlst boumllgesinde goumlruumllmektedir Bu olay genellikle ccedilevresel basınca karşı
koyamayacak zayıf oumlzelliklere sahip malzemelerin derin ccedilekilmesinde ortaya
ccedilıkmaktadır Taslak ccedilevresindeki ccedilentik gibi hataların olması da gerilme
konsantrasyonuna neden olacağından ccedilatlamalar yol accedilabilmektedir [16]
52
Derin ccedilekme işlemlerinde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler Şekil 29‟da
goumlruumllmektedir
Şekil 419 Derin ccedilekme işleminde karşılaşılan hatalara ait oumlrnekler [5]
a Ccedilatlama b) Kulak oluşumu ve taslaktaki ccedilentiğin ccedilatlağa doumlnuumlşuumlmuuml c) Kırışma
d) Yığılma e) Yeniden derin ccedilekmede kap derinliğinin fazla oluşundan dolayı metal birikmesi f)
Yeniden derin ccedilekme işlemi iccedilin kap derinliğinin azlığı g) Duvar kalınlığındaki boumllgesel incelme
433 Gererek Şekillendirme Hataları
Gererek şekillendirmede germe ağızlarına yakın ve kalıpla henuumlz temas etmemiş
kısımlarda ccedilatlama goumlruumllebilir Bunun temel sebebi uygulanan aşırı yuumlktuumlr Bu tuumlr
bir ccedilatlak yalnızca iyi şekillendirilebilir malzemelerde goumlruumlluumlr Bunlara ilaveten
ccedilenelerin hareketinden dolayı ccedilene kenarlarından ve ccedilenenin iccedilindeki kısmında
gerilim konsantrasyonu mevcuttur Bu tuumlr ccedilatlaklar genelde gererek şekillendirme
işleminin sonuna doğru goumlruumlluumlr ve malzeme yinede kullanılabilir
Oluşabilecek diğer hatalar gererek şekillendirme kalıbının zirve noktasında
goumlruumlluumlr Gevrek malzemeler yalnızca kalıbın şeklini alabildiklerinden gevrek
kırılma nedeniyle koparlar Suumlnek malzemelerse daha sonra tepe noktasındaki
boyun vermeden dolayı koparlar Boyun verme nedeniyle oluşan bir hata kaynağı
araştırılırken şekillendirme limit diyagramları kullanılabilir Eğer gerekli olan
53
deformasyon ccedilok kuumlccediluumlkse malzemenin etrafı elastik deformasyonlarla
ccedilevrelenmiş boumllgesel akma boumllgelerinde goumlzle goumlruumllebilir kayma bantlarına
rastlanır Bu luumlders bandları ccedilok farklı akma noktasına sahip malzemelerde
goumlruumlluumlr [21]
44 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD)
441 Genel Bilgi
Şekillendirme sınır diyagramları (ŞSD) kavram olarak ortaya atıldığı tarihten
(Keler-Backofen 1966 Goodwin 1968) başlayarak enduumlstride yaygın bir kullanım
alanı bulmuştur Diyagram sadece karşılaşılan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde değil
bunun da oumltesinde etkin kalıp tasarım ve malzemenin etkin kullanımı iccedilin
başvurulan bir araccedil niteliği kazanmıştır [27]
1963‟de Keeler ve Backofen‟in ccedilift eksenli gerilen levhalarda buumlzuumllme uumlzerine
yaptığı ccedilalışma buguumln şekillendirme sınır diyagramı diye bilinen buumlzuumllme
kriterinin gelişmesine yol accedilmıştır [27] Bu araştırmacılar ccedilelik bakır pirinccedil ve
aluumlminyum gibi ccedileşitli malzemeleri zımba altında germişler ve elde edilen sınır
deformasyonların Şekil 420‟de goumlruumllduumlğuuml gibi ccedilift eksenlilik arttıkccedila yuumlkselen
bir eğilim goumlsterdiğini tespit ettiler
Şekil 420 Ccedilelik 1100 aluumlminyum ve 7030 pirinccedil iccedilin duumlzlemde germede sınır deformasyonlar [5]
Daha sonraları Goodwin yassı metal şekillendirmede kırılmanın anlaşılabilmesi
iccedilin ccedilok değerli ccedilalışmaları ile katkıda bulunmuştur Şekillendirme eğrisi deneysel
54
olup şekillendirilen metal yuumlzeyinde goumlruumllen kırılma veya boumllgesel incelmelerdeki
ilk yuumlzey deformasyonlarının sınır kombinasyonlarını accedilıklamaktadır Şekil
421‟de şekillendirme sınır eğrisi iccedilin tipik bir oumlrneği goumlstermektedir Eğri yassı
metalde şekillendirme esnasında meydana gelen buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk eksenlerdeki
şekillendirme boşluğu ilkesine dayanarak ccedilizilmiştir
Şekil 421 Şekillendirme boşluğu ilkesine goumlre tahmini şekillendirme sınır eğrisi [20]
Keeler-Goodwin Diyagramı olarak da bilinen şekillendirme sınır diyagramına
(ŞSD) oumlrnek olarak otomobil yan yuumlzeylerinde kullanılan SPRC35-R yuumlksek
mukavemetli ccedileliğin şekillendirme sınır diyagramı Şekil 423‟de goumlsterilmektedir
Bu tuumlr goumlsteriliş şekli hem araştırmacılar hem de uygulayıcılar tarafından tercih
edilmektedir
55
Şekil 422 Otomotiv sektoumlruumlnde kullanılan SPRC35-R yuumlksek mukavemetli ccedileliğin şekillendirme
sınır diyagramı [28]
Şekillendirme sınır diyagramlarının en oumlnemli goumlrevi fabrikada bir teşhis analiz
ve problem ccediloumlzme aracı olarak kullanılmasıdır Diyagramların uygulamaya
konulması ccedilalışılan parccedila uumlzerinde yapılacak gerilme analiziyle sağlanır
Kimyasal youmlntemlerle parccedilaya dağlanan daire ccedilizgiler deformasyonların direkt
okunmasını sağlarlar ve işi fevkalade kolaylaştırırlar Şekillendirme sınır
diyagramı belirli bir deformasyon oranı ve maksimum deformasyon iccedilin ne kadar
guumlvence payı olduğunu goumlsterir Guumlvence payı pek fazla değil ise bunu kabul
edilebilir bir risk duumlzeyine indirmekle maliyet duumlşuumlruumllebilir Pek kuumlccediluumlk ise zaten
bir problem mevcuttur ve burada amaccedil hatalı parccedila yuumlzdesini azaltmaktır
Şekillendirme diyagramının duumlşuumlk noktası duumlzlemsel deformasyonunu
kaccedilınılması her zaman muumlmkuumln olmasa bile istenmeyen bir deformasyon tuumlruuml
olarak simgeler Bu deformasyon tuumlruumlnden her iki youmlnde uzaklaşmak buumlzuumllme ve
kırılmadan oumlnce daha fazla deformasyon elde edilmesini sağlar
Şekillendirme Sınır Diyagramları‟nda araştırmacılardan Keeler 21 0
boumllgesinde ccedilalışmış ve daha sonra bulgularını yassı levha şekillendirme
işlemlerindeki uygulamalarda kullanarak yol goumlstericilik yapmıştır 21 0
boumllgesindeki ilk oumllccediluumlmleri ise Goodwin yapmıştır [27] Daha sonra Mellor farklı
test teknikleri hesaplayarak diyagramın sol tarafı (β = 21 0) iccedilin tuumlm test
tekniklerinin hemen hemen aynı sonucu verdiği sonucuna varmıştır Ancak her
iki birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu ccedilift eksenli germe boumllgesinde β gt 0 ve
Şekillendirme Sınır Diyagramı
56
sınır birim şekil değiştirmeler uygulanan test tekniklerine bağlı olduğu soncuna
varmıştır Mellor gosh ve Hecker test tekniklerini iki grup altında toplamıştır
a) Duumlzlemsel test metodları
b) Duumlzlem-dışı test metodları
Azrin ve Backofen duumlzlemsel test metotlarını uygulayıp birim şekil değiştirme
eğimini ve suumlrtuumlnme efektlerini elimine ederek birccedilok metalin Şekillendirme Sınır
Diyagramları‟nı accedilıklamışlardır Ccedilift eksenli germede Al ile soumlnduumlruumllmuumlş duumlşuumlk
karbonlu ccedilelik ve aluumlminyum levhalar iccedilin β‟nın artmasıyla eğrinin yuumlkseldiğini
bulmuşlardır
Şekillendirme sınır diyagramının elde edilmesinde temelde 3 tuumlr deney uygulanır
a Zımbada germe
b Duumlzlemde germe
c Hidrolik şişirme
Zımba ile germe de levha iki kalıp arasında kenarlarından sıkıca tutturulur ve yarı
kuumlresel rijit bir zımba uumlzerinde gerilir Belirgin goumlzle goumlruumllebilir bir buumlzuumllme
oluşunca buumlzuumllme boumllgesinde ve buumlzuumllmenin dışındaki boumllgede deformasyonlar
oumlnceden levha uumlzerine dağlanan kuumlccediluumlk ccedilaplı dairelerdeki ccedilap değişimleri
oumllccediluumllerek tespit edilir
Duumlzlem germede ise kenarlarından tutturulmuş levha iccedili kasnak gibi oyulmuş bir
zımba uumlzerinde zımba ile dokunma olmaksızın deforme edilir Boumlylece zımbada
germedeki suumlrtuumlnme ve eğme etkileri ortadan kalkar Şekillendirme sınır
diyagramları hidrolik şişirme deneyi ile elde edilebilirler
Zımbada germe ve hidrolik şişirme işlemlerinde ihtiyatlı davranmak gerekir
Bunun nedeni suumlrtuumlnme ve eğme etkilerinden dolayı (hidrolik şişirmede
kenarlarda deformasyonun serbest olmasından dolayı) malzemede deformasyonun
başlamasıyla birlikte deformasyon dağılımlarının oluşmasıdır Deformasyon
dağılımının oluşmasına karşın en fazla incelen boumllge zımbada deformasyon
sırasında kenarlara doğru yer değiştirir ve malzemenin ccedileşitli noktaları maksimum
deformasyona tabi olur Duumlzlem germede ise deformasyon uumlniformdur ve
deformasyon en buumlyuumlk hatada yoğunlaşır Boumlylece zımbada germe daha yuumlksek
şekillendirme sınır eğrileri verir Hidrolik şişirmede de zımbada germe olduğu
57
gibi geometrik engellerden yuumlzuumlnden buumlzuumllme oluşması sınırlandırılmıştır Gosh
hidrolik şişirme ile elde edilen şekillendirme diyagramlarının zımbada germeyle
elde edilenlerle hemen hemen aynı olduğunu goumlstermiştir [5]
Pratik youmlnden zımbada germede elde edilen şekillendirme diyagramları daha
geccedilerlidir Bu youmlntemle rijit kalıplarda yapılan levha zımbalama işlemi daha iyi
canlandırılır Laboratuvarda zımbada germe youmlntemiyle elde edilen Şekillendirme
sınır diyagramları ile gerccedilek işlemlerdeki sınır deformasyonlar arasında uyum
muumlkemmeldir
Levha şekillendirmede (Şekillendirme Sınır Diyagramları) ŞSD faydalı
deformasyonu belirler ŞSD‟nin yuumlksekliği ve genel şekli malzemenin
şekillendirilebilirlik duumlzeyinin bir goumlstergesidir Her ne kadar ŞSD‟nin yuumlksekliği
ve genel şekli ile malzemenin temel mekanik oumlzellikleri arasında tam bir bağıntı
kurulamamışsa da yuumlksek şekillendirilebilirlikte deformasyon sertleşmesi
kapasitesinin ve deformasyon hızı duyarlılığının son derece oumlnemli olduğu
goumlruumllmuumlştuumlr
Fabrikada problem teşhis analiz ve oumlnlemede yeni işlemlerin tasarımında ve
malzeme levha şekillendirilebilirliğini değerlendirmede fevkalade oumlnemli bir araccedil
olmasına karşın ŞSD gerccedilek bir malzeme oumlzelliği değildir ŞSD duumlzeyi ve şekli
deformasyon tuumlruumlnden (zımbada germe-duumlzlemde germe) deformasyonun izlediği
ccedilizgiden ve levha kalınlığından etkilenmektedir Dolayısıyla zımbada germe ve
duumlzlemde germe deneylerinden farklı Şekillendirme sınır diyagramları elde
edilmektedir
Oumlztuumlrk Orhaner ve Kalay (1988) Etial-52 aluumlminyum alaşımı levhaların
şekillendirilebilirliği uumlzerine yaptıkları deneysel ccedilalışmalar sonunda 228 mm ve
162 mm kalınlıktaki Etial-52 Al-Mg alaşımı levhaların incelmeye karşı direncini
yansıtan R değerinin duumlşuumlk ve dar aralıkta olduğunu bu nedenle ccedilalışılan
malzemenin derin ccedilekilebilme oumlzelliklerinin sınırlı olacağını diğer taraftan
Etial-52 Al-Mg alaşımı levhalarda deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerinin
yuumlksek olduğunu ve bu nedenle deneylerde kullanılan malzemenin germe
işlemlerine oumlzellikle uygun olacağını belirtmektedirler [5]
58
Şekil 423 228 mm kalınlıklı ETİAL-52 levha malzeme iccedilin belirlenen şekillendirme diyagramı [5]
Gosh (1975) 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 levha aluumlminyum alaşımlarının
şekillendirme diyagramlarını oluşturmaya ccedilalışmıştır Ccedilalışmalarında 1016 mm
ccedilapında kuumlresel zımba ile farklı genişliklerde (155 mm 127 mm 114 mm 102
mm) ve 155 mm uzunluktaki numunelere germe işlemi uygulanmıştır
Numunelerdeki maksimum ccediloumlkertme yuumlksekliği (kubbe yuumlksekliği)Zımba
yarıccedilapı oranı ile minimum deformasyon miktarı arasındaki değişimleri tespit
ederek Şekil 424‟deki gibi şekillendirme diyagramlarını elde etmiştir [5]
Şekil 424 2036-T4 5085-0 ve 5182-0 Aluumlminyum alaşımları iccedilin ccedilizilen kubbe yuumlksekliğiZımba
yarıccedilapı ndash minimum deformasyon oranı eğrileri [5]
59
Duumlndar (2001) suumlrekli doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllen 5052 ve 5182 alaşımlarının
yeniden kristalleşme davranışlarını incelemiştir (Şekil 425)
5052
0
50
100
150
200
250
300
350
400
SERT 260 290 320 350 375 400 425 450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
5182
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
SERT
220
240
260
290
320
350
375
400
425
450
Sıcaklık (0C)
Mu
kavem
et
(MP
a)
0
5
10
15
20
25
Akma Muk (MPa)
Ccedilekme Muk (MPa)
Uzama ()
Şekil 425 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımların yeniden kristalleşme davranışları [29]
Slamova (2002) 5182 ve 5754 alaşımlarının geleneksel youmlntemlerle doumlkuumllmuumlş
malzemelerini değişik prosesler altındaki anizotropik oumlzelliklerini ve
şekillendirme kabiliyetlerini incelemiştir 5182 ve 5754 alaşımlarının hemen
hemen aynı oumlzellikler goumlsterdiğini ancak 5182 alaşımının 5754‟e goumlre biraz daha
iyi şekillenebilir olduğunu belirtmiştir [30]
60
442 Şekillendirme Sınır Diyagramlarının Ccedilizilmesi
Şekillendirme sınır diyagramı değişik deformasyon ccedileşitleri iccedilin malzemede elde
edilebilecek en yuumlksek deformasyon miktarını goumlstermektedir Şekil 421‟deki
tipik Şekillendirme sınır diyagramı yer alan eğrinin alt boumllgesi ait olduğu saccedilta
şekillendirmenin muumlmkuumln uumlst boumllgesi ise şekillendirmenin muumlmkuumln olmadığı
boumllgeleri goumlstermektedir
Eğri sınır deformasyon miktarlarını yatay ve duumlşey eksenler yardımıyla
vermektedir Yatay eksen sac uumlzerinde sacın belirli bir boumllgesinde oluşan en
kuumlccediluumlk deformasyonu dikey eksen ise yine aynı boumllgede birinciye dik
doğrultuda oluşan buumlyuumlk deformasyonu goumlstermektedir Eğrinin sol tarafı
derin-ccedilekme boumllgesi sağ tarafı ise germe boumllgesini goumlsterir Dikey eksen ccedilevresi
derin ccedilekme ve germenin eşit ağırlıklı olduğu boumllgedir Goumlruumllduumlğuuml gibi bu orta
boumllgede şekillenebilirlik diğer boumllgelere oranla daha duumlşuumlktuumlr
4421 Ağ dokusu (grid patern) oluşturma metodları
Malzemenin uumlretim şartlarındaki davranışını inceleyebilmek iccedilin plastik şekil
değiştirme analizlerine gerek vardır Bu amaccedilla metalik sac yuumlzeyine değişik
youmlntemlerle dairelerden oluşan bir ağ (grid) ccedilizilir Dairesel ağ yapıları normalde
iki farklı yol ile yapılır Bunlar elektro kimyasallar veya fotokimyasallardır Her
iki proseste kendine has avantaj ve dezavantajlara sahiptir
Fotokimyasal dağlama ağ yapısı oluşturmada kesin bir metot olarak 1-Metal
yuumlzeylerin temizlenmesi 2-Işık direnci ile kaplama 3-UV ışıkları ile elimine
etme4-Geliştirme 5-Dağlama 6-Yuumlzey temizleme adımları uygulanır
Şekil 426 Fotokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
61
Elektrokimyasal dağlama metodu ccedilok ccedilabuk ve ağ yapılarının kolay uygulanması
sebebiyle en ccedilok tercih edilen metottur Elektrik şablon temizlenmiş taslak uumlstuumlne
yerleştirilir Elektrolit ile taslağın uumlstuumlndeki ped yerleştirilir Tahta blok (veya
değişik seramik malzeme blokları) meta şekilde goumlsterildiği gibi uumlstuumlne konur
Elektrottan taslağa 14 volt uygulanır Şablon boyut ve hat yoğunluğuna bağlı
olarak akım 15-200 amper arasında değişir Basınccedil elektrot uumlstuumlne uygulandıktan
sonra sıkıştırılır ve elekrolit şablona doğru hareket eder ve taslakla ağ dokusu
elektro kimyasal olarak dağlanır Taslağın dağlanmasından sonra noumltralize edilmiş
ccediloumlzelti ile yıkanır
Şekil 427 Elektrokimyasal dağlama ile grid oluşturma [31]
Ağ yapısı oluşturma ile deformasyon analizi ccedilok kullanılan bir metod olup metal
şekillendirmede yaşanan sorunların ccediloumlzuumlmuumlnde etkin olarak kullanılmıştır Yassı
metal şekillendirildiğinde metal yuumlzeyi farklı gerilimlere maruz kalır Bu
gerilmeler uniform olmayan deformasyonlarda parccedilanın şekillenmesi ile
sonuccedillanır Boumlylece yuumlksek deformasyon boumllgelerinde muumlmkuumln olduğunca kuumlccediluumlk
şekil değiştirmeler meydana gelecektir Bu kırışıklığa veya kırılmaya sebebiyet
verir Ağ yapısı oluşturma metodu ile yuumlksek deformasyon boumllgeleri kolayca
tanımlanabilir Şekillendirme prosesi oumlncesi ağ yapısı ile işaretlenen yassı metal
istenilen şekilde deforme edildikten sonra deformasyon dağılımı goumlzlenebilir ve
deformasyonun kritik boumllgeleri şekillendirme sınır diyagramı ile bulunması
sağlanır
Şekillendirme Sınır Diyagramlarının tespitinde yuvarlak ağ yapısı dokularının
birccedilok ccedileşidi kullanılmaktadır Ağ yapısı oumlrnekleri Şekil 428‟de goumlsterilmektedir
Oumlrnek olarak birbirine temas eden bir kare iccedilerisinde veya birbirine temas
etmeyen daireler verilebilir Deformasyon sonrası yuvarlak ağ yapıları elips
62
şekline doumlnuumlşuumlr Deformasyonların youmlnuuml elipssin buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk ekseni ile
goumlsterilir
Şekil 428 Ağ yapısı oumlrnekleri (A Kare iccedilinde tek dairesel ağ yapısı B Birbirine temas etmeyen
dairesel ağ yapısı C İccedili dolu dairesel ağ yapısı D Buumlyuumlk ccedilaplı dairesel ağ yapısı E Buumlyuumlk
kare iccedilinde dairesel ağ yapısı F Birbirini kesen dairesel ağ yapısı [32]
A B
C D
E F
63
4422 Şekillendirme sonrası grid oumllccediluumlmuuml
Yassı metal şekillendirildikten sonra işaretlenmiş daireler farklı boyutlardaki
elipslere doumlnuumlşeceklerdir (Şekil 429)
A) Tek Eksenli Germe B)Ccedilift Ekenli Germe
Şekil 429 Yassı metal şekillendirme sonrası ağ yapılarının aldığı oumlrnek formlar [27]
Şekil değiştiren ağ yapıları birim şekil değiştirme miktarlarını simgelediğinden ağ
yapılarının boyut oumllccediluumlmuuml Myler cetveli kullanarak portatif uygun buumlyuumltmelere
sahip skalalı araccedillarla veya son doumlnemlerde deformasyonun olduğu boumllgeye
kameralar yerleştirerek bilgisayar ortamında boyutlu modellemelerde otomatik
olarak tespit edilirler (Şekil 430)
Şekil 430 a) Elipslerin oumllccediluumlmuuml iccedilin Myler cetveli b) Kamera ile otomatik ağ yapısı oumllccediluumlm
duumlzeneği [28]
Diğer metod olan mikroskop altında maksimum ve minimumdaki uzunluk
değişimleri oumllccediluumllerek Formuumll 410 ve 411 yardımıyla Şekil 431‟de goumlruumllen elips
a) b
64
formları uumlzerinden maksimum ve minimum birim şekil değiştirme miktarları
hesaplanır
MaxBŞD = (Maksimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(410)
Min BŞD = (Minimum eksendeki uzunluk-orijinal daire ccedilapı)x100
(411)
MaxBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
MinBŞD = Maksimum Birim Şekil Değiştirme
Şekil 431 Şekillendirme sonrası oluşan elips formları ve dikkate alınması gereken eksenler [20]
Deney numunesinin boyutlarını değiştirerek ccedilekme germe şişirme deneyleri ile
plastik şekil değiştirme işlemi iccedilin farklı gerilme durumları oluşturulur Bu
gerilme şartları altında malzemede boyun verme veya ccedilatlama gerccedilekleşinceye
kadar plastik şekil değiştirme işlemi suumlrduumlruumlluumlr Deney sonrası değerlendirme iccedilin
boyun verme boumllgesindeki ccedilatlak boumllgesindeki veya ccedilatlağın bitişiğindeki komşu
daireler seccedililir Ancak bu seccedilim başlangıccedilta kesin yapılır ve tuumlm analizler iccedilin hep
aynı boumllgedeki daireler değerlendirilir
Minimum
Eksen
Maksimum
Eksen
65
45 Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda Kırılma Mekaniği
Levha şekillendirme işlemleri ccedilift eksenli gerilme (β=ε1ε2=12) olduğu ve ccedilift
eksenli gerilimde (β=1) olduğu durumlar arasında kalan boumllgenin altında
tanımlanır Kırılma kriteri incelendiğinde bu boumllge iki alt boumllgeye boumlluumlnerek
incelenmesi durumunda fayda vardır Bunlardan bir tanesi en kuumlccediluumlk birim şekil
değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesi ve diğer buumltuumln boumllgeler iccedilerisinde en
kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin pozitif olduğu βgt0 boumllgesidir [27]
451 Negatif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
En kuumlccediluumlk birim şekil değiştirmenin negatif olduğu β lt 0 boumllgesinde şekil
değiştirme sınırı plastik kararsızla kontrol edilir Plastik kararsızlığın iki şekli
yayılma boyun verme ve boumllgesel boyun verme olarak tanımlanır
4511 Yayılma (Difuumlzyon) kararsızlığı
Swift sertleşmeye yol accedilan birim şekil değiştirmedeki artışın yumuşamaya aynı
anda yol accedilan birim şekil değiştirme ile başarıldığı zaman deformasyonla
kararsızlığın başladığını iddia etmiştir Ana gerilmelerin bir fonksiyonu olan şekil
değiştirme seviyesi maksimuma doğru harekete geccediler [27]
Zdd
d
(412)
gerccedilek gerilme gerccedilek birim şekil değiştirme ve Zd uygulanan gerilme
oranının
(α = σ2 σ1) bir fonksiyonu olan kritik teğettir Bu yayılma boyun vermesinin
başlangıcındaki gerccedilek birim şekil değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
nZd (413)
Moore ve Wallace anizotrop malzemeler iccedilin yeni bir kriter geliştirmiştir Hill
anizotrop malzemeler iccedilin akma kriterini kullanarak sınır şekil değiştirmelerin ana
ve kritik eğimi hesaplamıştır Swift kriteri yayılma boyun vermesi meydana gelen
tuumlm yuumlklemelerde kesin şekil değiştirme seviyelerini tespit etmek iccedilin
kullanılabilir Şekil 432 izotrop malzemeler iccedilin şekillendirme seviyelerini
66
goumlstermektedir Her ne kadar şekillendirme işlemlerinde yayılma boyun vermesi
genellikle bir sınır meydana getirmese de swift kriteri oldukccedila nadiren uygulanır
Şekil 432 İzotrop malzemeler iccedilin şekillendirme kararsızlık seviyeleri [27]
4512 Boumllgesel kararsızlık
Hill boumllgesel kararsızlık kriterini levha şekillendirmedeki gerccedilek sınır şekil
değiştirmelerini vererek boumllgesel kararsızlık kriterini ortaya koymayı
amaccedillamıştır Kriter Swift‟in kriteri ile benzerdir Ancak Hill boumllgesel kararsızlığı
(oumlrneğin levhadaki boumllgesel incelme) duumlzlemsel gerilmede meydana geldiğini
kabul etmiştir Daha buumlyuumlk duumlzlemsel gerilmelerin sonucu olarak deformasyon
sertleşmesi meydana geldiğinde boumllgesel kararsızlığın arttığını goumlstermiştir
Duumlzlemsel gerilmede geometrik yumuşama miktarı ile ana gerilmeler (σ1) tolere
edilir
Zd
d
(414)
Z Zd ile aynı parametredir Boumllgesel kararsızlığın başlangıcındaki gerccedilek şekil
değiştirme aşağıdaki formuumllde verilmektedir
= nZ (415)
Hill‟in anizotropik akma kriterini baz alarak Venter ve Malherbe r0 r90 ve ρ‟nın
bir fonsiyonu olarak Z bdquoyi hesaplamışlardır
67
Boumllgesel boyun verme uzamanın sıfır olduğu levha duumlzleminde bir youmlnde olması
gerekir Boumlylece bu tip kararsızlık sadece ε2 le 0 olduğunda meydana gelir Şekil
425‟de izotrop malzemelerdeki boumllgesel kararsızlık kriteri goumlsterilmiştir
452 Pozitif En Kuumlccediluumlk Birim Şekil Değiştirme Boumllgesindeki Kırılma
Swift‟in yayılma kararsızlık kriteri iki eksenli germe işleminde uygulanabilir
Yayılma boyun vermesinin uumlzerindeki bir noktada iki eksenli germe
şekillendirme prosesi ccedilok uygun deformasyon aralığını nadiren tanımlar Hill
boumllgesel karasızlık kriteri ancak ε2 ge 0 ile sıfırdan artış ccedilizgisi olmadığı iccedilin bu
boumllgede kendi orijinal şeklinde uygulanamaz
4521 Kararsızlığa dayalı kriter
İki eksenli germedeki sınır birim şekil değiştirmenin oumlnceden tahmin edilme
yaklaşımı 1967 yılında Marciniak ve Kuczynski tarafından verilmiştir Bu
yaklaşım malzemedeki var olan eksikliklere yol accedilan boumllgesel kararsızlığa dayalı
yaklaşımdır β = 1‟den β = 0 meydana geldiği birim şekil değiştirme durumunda
malzemede eksikliklerin olduğunu ve bu nedenle şekil alma iccedilin bu eksikliklerin
boumllgesel boyun vermeye izin verdiğini iddia etmişlerdir [27]
4522 Suumlnek kırılmaya dayalı kriter
Embury ve arkadaşları şekil değiştirme işlemlerinde boyun verme ve kırılma
arasında bir rekabeti iccedilerdiğini iddia etmişlerdir Oumlzellikle yassı levhalardaki
sınırlı suumlneklik oumlzelliğinin ccedilift eksenli germede kırılmanın şekillendirilebilirliği
kontrol edilebileceğini duumlşuumlnmuumlşlerdir Sonuccedilta suumlnek kırılma kriteri yassı metal
şekillendirmede uygun olabilir Değişik kriterler metalin kırılma davranışını
accedilıklamaya ccedilalışmıştır Oumlrneğin maksimum ccedilekme gerilimi maksimum kesme
gerilimi maksimum hacimsel birim şekil değiştirme verilebilir Fakat buumltuumln
bunlar oumlzellikle suumlnek malzemeler iccedilin sınırlı seviyelerdedir Birim şekil
değiştirme-yayılma teorisini bulan Kaftanoğlu hidrolik şişirme ve gererek şekil
verme de kırılmanın oumlnceden tahmin edilebileceğini belirtmiştir Ancak bu teori
buumlyuumlk bilgisayar programı ve ccedilok fazla numerik analiz istediğinden dolayı
uygulanması guumlccediltuumlr
McClintock şekillendirme proseslerinde kırılma deformasyonlarının oumlnceden
tahmin edilebilmesi yaklaşımlarını ortaya koymuştur Bu yaklaşıma goumlre
inkluumlzyon şekli boyutu aralığı mikro boşluk buumlyuumlme hızı ve malzeme
68
deformasyon sertleşmesi seviyesi bilgileri gereklidir Mc Clintock kırılmanın
mikro boşluklar ve bunların oluşması iccedilin plastik işlemle bağlantılı olarak
homojen deformasyondan daha kuumlccediluumlk şekil değiştirmelerde kırılmanın boumllgesel
kayma ile meydana geldiğini belirtmiştir
Ghosh McClintock yaklaşımını yassı şekillendirmeye uygulamıştır Bu ccedilalışmaya
goumlre eğer bir sınır birim şekil değiştirme bir deformasyon boumllgesinde
oumllccediluumllebildiyse (ccedilekme testi) bu birim şekil değiştirme malzemenin
inkluumlzyonlarından kaynaklandığı bilgisini verir Boumlylece diğer deformasyon
boumllgeleri iccedilin kırılma birim şekil değiştirmesi (ccedilift eksenli germe) hesaplanabilir
Bu yaklaşıma goumlre kırılma aşağıdaki bağıntı ile verilir
(1+α)σ12=Kcr (416)
Kcr bir malzeme sabiti olup kayma bağlantılarının kritik olma olasılığı ile
ilintilidir ve ccedilekme testi ile tanımlanır Cockcroft ve Latham suumlnek kırılma
kriterinin gerilme ve birim şekil değiştirme bileşimi esasına goumlre ele almıştır
Buumlyuumlk ilk ccedilekme gerilmeleriyle oluşan plastik deformasyon sonucu kırılmanın
meydana geleceğini tahmin etmişlerdir En buumlyuumlk ccedilekme gerilmesi σ1 kritik
gerilme değerini C işaret eder C ccedilekme testi ile hesaplanabilen kırılma enerjini
goumlstermektedir
f
0
1 Cd (417)
Şekil-13
Haddelemeden sonra
tabakalar
69
5 DENEYSEL CcedilALIŞMALAR
51 Deneylerde Kullanılan Malzemeler
Bu ccedilalışmada aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm tekniği ile uumlretim yapan Fata-Hunter
Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş 5052 ve
5182 alaşımlı malzemeler kullanılmıştır Soumlz konusu malzemelerin kimyasal
kompozisyonunu belirlemek iccedilin ARL3460 marka spektrometrede yapılan
testlerde elde edilen sonuccedillar Tablo 51rsquode verilmiştir
Tablo 51 Deneyde kullanılan malzemelerin kimyasal kompozisyonları
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 025 04 01 01 28 015 - 035 01 - -
Numune 0151 0323 0038 0065 2561 0177 0051 002 9659
Alaşım
5052
Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al
Standart 02 035 015 020 - 050 40 - 50 01 025 01 -
Numune 0207 0344 0052 0361 4426 0156 0053 0019 94355182
Alaşım
52 Kullanılan Cihazlar
Malzemeleri haddelemek iccedilin Achenbach soğuk hadde makinası ve tavlamak
amacıyla enduumlstriyel ısıl işlem fırınları kullanılmıştır Doumlkuumlm numuneleri
metalografik numune hazırlama ekipmanları ile hazırlanmış ve bakalite alınan
numuneler koloidal silika ile parlatılmıştır Makro inceleme numuneleri Barkers
ccediloumlzeltisi ile dağlanmış Olympus SZ-ET Stereo mikroskobu ile incelenmiştir
Mikro incelemeler ise 05 HF ccediloumlzeltisiyle dağlanmış ve Olympus PME3 ışık
mikroskobu ile incelenmiştir Mekanik oumlzellik değerlerini belirlemek iccedilin ASTM
E 646 standartlarına goumlre hazırlanan numuneler Zwick Z050 ccedilekme cihazında test
edilmiştir Ccedilekme testi cihazında ccedilekme hızı 10 mmdak olacak şekilde numuneler
ccedilekilmiştir Erichsen testi iccedilin manuel işleyen bilya ccedilapı 10 mm olan Erichsen test
cihazı kullanılmıştır Hidrolik şişirme testleri oumlzel olarak hazırlanan test
duumlzeneğinde yapılmıştır Yuumlzeyde ağ yapısını oluşturmak iccedilin elektrokimyasal
grid dağlama cihazı ve deney sonrası dairelerin boyutlarını oumllccedilmek iccedilin Mitutoyo
marka portatif skalalı buumlyuumltme cihazı kullanılmıştır Deneyde hidrolik şişirme
70
sonucu ccedilatlayan numuneler ve ccedilekme test sonucunda elde edilen kırık yuumlzeyleri
JEOL JSL 5600LV marka taramalı elektron mikroskobunda incelenmiş ve
inkluumlzyon analizleri EDSrsquode yapılmıştır
521 Hidrolik Şişirme Test Duumlzeneği
Şekillendirme sınır diyagramlarının sağ tarafının belirlenmesi iccedilin hidrolik şişirme
test duumlzeneği Assan Aluumlminyum firmasında Şekil 51rsquodeki şematik duumlzen esas
alınarak hazırlanmıştır Kurulan hidrolik şişirme duumlzeneği Şekil 52rsquode
goumlsterilmektedir
Şekil 51 Hidrostatik şişirme kalıbı duumlzeneği [29]
Şekil 52 Hazırlanan hidrostatik şişirme test duumlzeneği ve yağlama yuvası
71
Hazırlanan duumlzenekte hidrolik yağ olarak Mobil 314 yağı ve 100 Barrsquoa kadar
ayarlanabilir basınccedillı valf kullanılmıştır Ccedilelikten yapılan kalıp geometrileri ise
50 100 70 100 ve 100 100 eliptik ve dairesel formdadır (Şekil 53)
Şekil 53 Hidrostatik şişirme testinde kullanılan kalıp fotoğrafları
53 Deneylerin Yapılışı
Suumlrekli doumlkuumlm youmlntemiyle uumlretilmiş 5052-5182 alaşımlarından alınan
numunelerin spektral analizi yapılarak kimyasal kompozisyonları belirlenmiştir
(Tablo 51) Doumlkuumlm yapılarını tespit etmek amacıyla soğuk bakalite alınarak
metalografik hazırlama sonrasında optik ve stereo mikroskopta doumlkuumlm
mikroyapıları incelenmiştir 5 mm kalınlığındaki malzemeler enduumlstriyel
koşullarda 1 mmrsquoye haddelenerek nihai olarak tavlanmıştır Uygulanan proses
sonrası 0 45 90 0 accedilılı ccedilekme numuneleri hazırlanarak σccedil σa e n R ΔR ve
R değerleri bulunmuştur Erichsen test duumlzeneği yardımıyla derin ccedilekilebilirliğin
bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri tespit edilmiştir Şekillendirme sınır
diyagramlarının sol tarafı iccedilin değişik ebatlarda ccedilekme numuneleri ve diyagramın
sağ tarafı iccedilin hidrolik şişirme testi numuneleri hazırlanmıştır Numunelerin
yuumlzeyi elektrokimyasal dağlama youmlntemiyle birbirini kesen dairesel ağ yapıları ile
kaplanmıştır (Şekil 428f) Yapılan testlerin sonucunda portatif skalalı buumlyuumltme
cihazı ile ağ yapısını oluşturan daire boyutlarını tespit etmek suretiyle maksimum
ve minimum birim şekil değiştirmeler hesaplanmıştır Elde edilen veriler Excel
ortamında grafiğe doumlkuumllerek 5052 ve 5182 ŞSD ccedilizilmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
72
numunelerin ccedilatlama sonrası kırık yuumlzeyleri SEMrsquode incelenmiş ve EDS
yardımıyla ccedilizgisel ve boumllgesel element analizi yapılmıştır
531 Metalografik İnceleme
Makroyapı karakterizasyonu amacıyla 5 mm kalınlığında doumlkuumllmuumlş doumlkme
rulolardan alınan numuneler doumlkuumlm youmlnuumlne paralel youmlnlerde soğuk bakalite
alınmıştır Mekanik zımparalama işlemi sonrasında numuneler koloidal silika ile
parlatılarak Barkers ccediloumlzeltisinde dağlanmıştır Dağlanmış numunelerin doumlkuumlm
yapıları mikroskopta incelenmiştir İlk olarak mekanik parlatma yapılmış doumlkuumlm
yapıları makro olarak incelenmiştir 10X buumlyuumltmelerde ccedilekilen Şekil 54rsquodeki
yapılar incelendiğinde merkez hattı segregasyonun her iki alaşımda da var olduğu
tespit edilmiştir
a)
b)
Şekil 54 Doumlkuumlm youmlnuumlne paralel hazırlanmış doumlkuumlm numunelerin makro fotoğrafları (10X)
a) 5052 b) 5182
73
Şekil 54arsquoda goumlruumllen 5052 alaşımının MHSrsquou daha iğnemsi yapıda olup 5182
alaşımının MHSrsquou daha kaba ve kolonsaldır Aynı numunelerin dağlama sonrası
daha buumlyuumlk buumlyuumltmelerde ccedilekilen makroyapı goumlruumlntuumlleri Şekil 55rsquode
goumlruumllmektedir Bu goumlruumlntuumllerde intermetalik partikuumlllerin oluşturduğu dendritik
yapılar daha rahat goumlzlenebilmektedir
a)
b)
Şekil 55 Doumlkuumlm yapısının MHS kesit goumlruumlnuumlmuuml (500X) a) 5052 b) 5182
Mekanik parlatma sonrası yuumlzeylerin dağlanması sonucu Şekil 56rsquoda goumlruumllen
mikroyapılar ortaya ccedilıkmıştır 5052 ve 5182 alaşımlarının tane yapısı birbirine
yakın olsa da iki yapıda da yarı-homojen bir tane dağılımı soumlz konusudur
74
a)
b)
Şekil 56 Doumlkuumlm numunelerinin tane yapısı (100X) a) 5052 b) 5182
İncelenen alaşımlarda homojenleştirme ısıl işleinin mikroyapıya etkisini
belirlemek iccedilin doumlkuumlm kalınlığındaki malzemeler 450 0Crsquode 8 sa tavlanmışlardır
Numune hazırlama ve dağlama işlemlerinden sonra Şekil 57rsquodeki mikroyapılar
elde edilmiştir
75
a)
b)
Şekil 57 Doumlkuumlm yapısının 450 0C 8 saat homojenleştirme tavlaması sonucu elde edilen tane
yapısı (10X) a) 5052 b) 5182
Her iki alaşımın tane yapısı ve dağılımda ccedilok ciddi farklar olmamasına rağmen bu
sıcaklıklarda tanelerin kabalaştığı goumlruumllmektedir İki yapının da kritik oumlzelliği dış
yuumlzeylerdeki tanelerin daha ince olması ve merkeze doğru kaba tanelerin
artmasıdır Ancak 5052 alaşımında dıştaki ince tanelerin yoğunluğu 5182
alaşımına goumlre daha fazladır Bu goumlruumlntuumller yeniden kristalleşmenin dış yuumlzeyden
başlayarak iccedileriye doğru geliştiğini goumlstermektedir Yapının kesit boyunca
76
değişmesinin sebebi proses gereği iccedil ve dış yuumlzeyde oluşan soğuma
farklılıklarındandır Bu sebeple nihai kalınlıkta tavlanacak olan bu alaşımların ısıl
işlem koşullarının belirlenmesinde daha oumlnceden bu alaşımlara yapılan yeniden
kristalleşme sıcaklığı belirleme deneylerinden faydalanılmış ve davranışları
incelenerek nihai malzeme 5052 alaşımı iccedilin
350 0Crsquode 4 saat 5182 alaşımı iccedilin 410
0Crsquode 4 saat enduumlstriyel fırınlarda
tavlanmasına karar verilmiştir [29]
Her iki alaşımda 1 mm kalınlığa haddelenip ilgili sıcaklılarda tavlandıktan sonraki
mikroyapıları Şekil 58 ve Şekil 59rsquoda goumlsterilmektedir
a) b)
Şekil 58 1 mm kalınlığında 5052 alaşımının 350 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
a) b)
Şekil 59 1 mm kalınlığında 5182 alaşımının 410 4 sa tavlanması sonucu elde edilen tane yapısı
(100X) a) Merkez b) Kenar
77
5052 alaşımlı numunede orta boumllgelerde 10-30 μm boyutunda taneler mevcut iken
kenarlarda 200 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır 5182 alaşımlı numunede
kenar ve ortada homojen dağılmış 30-50 μm boyutlarında tanelere rastlanmıştır
532 Mekanik Oumlzelliklerin Tesbiti
Mekanik Oumlzelliklerin tesbiti amacıyla 0 45 90 youmlnlerinde ccedilekme numuneleri
hazırlanarak ccedilekme testine tabi tutulmuştur Levha uumlzerinden numunelerin
alındığı boumllgeler Şekil 510rsquoda goumlruumllmektedir
Şekil 510 Değişik youmlnlerde hazırlanan ccedilekme testi numunesi
Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon sırasında
dinamik deformasyon yaşlanmasını belirten zig-zaglı ccedilekme eğrisi elde edilmiştir
Bu olay Portevin-LeChatelier etkisi olarak bilinen ccediloumlkelti atomlarıyla
dislokasyonların etkileşiminden kaynaklanan deformasyon yaşlanması nedeniyle
meydana gelmektedir Ayrıca ccedilekme numuneleri yuumlzeyinde ccedilapraz kayma bandı
izleri diğer adıyla Luumlders bantları goumlzlemlenmiştir 5052 ve 5182 alaşımlı
malzemelerin ccedilekme deneyi ile elde edilen (mukavemet-uzama) eğrileri
Şekil 511rsquode goumlruumllmektedir
78
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25 30
Uzama ()
Mu
kavem
et
(MP
a) 5182
5052
Şekil 511 5052-5182 Kalite aluumlminyum alaşımlarının (Mukavemet-Uzama) Eğrileri
1 mm kalınlıklı nihai tavlı malzemelerden 045900 youmlnlerinde hazırlanmış
numunelere yapılan ccedilekme testi sonuccedilları aşağıdaki Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
verilmiştir
Tablo 52 5052 aluumlminyum alaşımının (350C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
350C4sa
tavlı0
1040 9157 19833 2054 027 068
9022 19683 2307 027 060
1035 9097 19785 1767 027 061
9251 20047 1777 027 059
350C4sa
tavlı45 1035
8612 19053 2245 027 068
8774 19273 2414 027 067
8628 19178 2353 027 059
8662 19010 2142 027 065
350C4sa 90
1045 8755 18750 2216 027 060
8712 18723 2117 027 058
1050 8865 18876 2235 027 059
8875 18917 2118 027 054
79
Tablo 53 5182 aluumlminyum alaşımının (410C4saat tav) sonucu ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90)
yapılan ccedilekme testleri sonucu elde edilen mekanik oumlzellikler
Konduumlsyon
Numune Youmlnuuml
Kalınlık
(mm) a
(MPa)
ccedil
(MPa)
Uzama n R
410C4sa
tavlı0
1030 16502 29525 2255 026 060
1030 16222 29266 2108 026 061
1035 16080 29483 2256 027 060
1040 16021 29217 2331 026 059
410C4sa
tavlı45
1040 15588 28651 2529 027 108
1040 15505 28759 2458 027 112
1040 15408 28890 2385 028 116
1045 15379 28617 2449 027 122
1040 16036 28817 2138 026 093
1035 16052 29175 2383 025 108
1040 16082 29183 2418 026 098
410C4sa
tavlı90
1045 16366 29412 1997 026 073
1045 15965 28992 2166 026 066
1040 16086 29246 2223 026 073
1045 16053 29110 1867 027 080
Tablo 52 ve Tablo 53rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi malzeme yapısındaki magnezyum
miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila
44 Mg) aluumlminyum alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum
alaşımlarına goumlre daha yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik
accedilısından incelendiğinde iki alaşımın suumlneklikleri ( uzama) arasında belirgin bir
fark tespit edilememiştir
Hadde youmlnuumlnde hadde youmlnuumlne dik doğrultuda ve hadde youmlnuuml ile 450 doğrultudaki
deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerlerini farklılıklar goumlstermesi nedeni ile n
değerlerinin ortalaması aşağıdaki denkleme goumlre hesaplanmıştır
4
n2nnn 45900 (51)
Burada
n0 Hadde youmlnuumlndeki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
n90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
Yapılan deneylerde elde edilen deformasyon sertleşmesi uumlssuuml (n) değerleri
5-18 uzama arasında Zwick Z050 tarafından otomatik olarak hesaplanarak elde
edilen değerlerdir Fata-Hunter Speed Caster lisanslı doumlkuumlm makinalarında 5 mm
80
kalınlığında doumlkuumllerek 1 mm kalınlığa haddelenmiş ve H0 konduumlsyonuna
getirilmiş 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin deformasyon sertleşmesi uumlssuuml
değerlerinin ortalaması alındığında Tablo 52rsquoye goumlre 5052 alaşımlı malzemenin
n değeri 027 Tablo 53rsquoe goumlre 5182 alaşımlı malzemenin n değeri 026 olarak
hesaplanmıştır Her iki alaşımın ortalama n değerleri arasında ccedilok az bir fark
goumlruumllmektedir Az bir fark olmasına rağmen 5052 alaşımlı malzemenin n
değerinin daha buumlyuumlk olması bu alaşımın 5182 alaşımlı malzemeye goumlre uniform
şekillenebilirliğinin biraz daha yuumlksek olduğunu goumlstermektedir
Derin ccedilekme işlemlerinde kullanılan anizotropi katsayısı (R) malzemenin
kalınlığındaki deformasyonun genişlikteki deformasyondan az veya ccedilok olduğunu
belirtir ve R ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak isimlendirilir İzotropik
bir malzemede R =1rsquo dir Yassı malzemeden numunenin alındığı youmlne goumlre dikey
anizotropi katsayısının değeri değişebilir Bu nedenle yassı malzeme yuumlzeyinde
farklı youmlnlerde oumllccediluumllen R değerlerinin ortalamasını almak gerekir Dikey
anizotropi katsayısının ortalaması
4
R2RRR 45900 (52)
şeklinde tanımlanır
R0 Hadde youmlnuumlndeki anizotropi katsayısı
R45 Hadde youmlnuuml ile 450 accedilık yapan doğrultudaki anizotropi katsayısı
R90 Hadde youmlnuumlne dik 900 accedilı yapan doğrultudaki anizotropi katsayısıdır
R değerinin derin ccedilekme derinliği ile orantılı olduğu literatuumlrde belirtilmektedir
[1623] Sacın duumlzlemindeki R değerlerindeki değişme duumlzlemsel anizotropinin
bir oumllccediluumlsuuml olarak ifade edilmektedir Bu değişmeyi veren duumlzlemsel anizotropi
katsayısı (ΔR)
2
R2RRR 45900 (53)
bağıntısı ile verilir İzotropik bir malzemede ΔR=0 ve R =1rsquodir Denklem 53rsquoden
hesaplanan duumlzlemsel anizotropi katsayısı ΔR ne 0 ise daha oumlnceki boumlluumlmlerde de
bahsedildiği uumlzere şekillendirilen uumlruumlnde kulaklanma olur
81
Denklem 52 ve Denklem 53rsquoden faydalanılarak Tablo 52 ve Tablo 53rsquode
belirtilen verilerle ortalama dikey anizotropi katsayıları ve duumlzlemsel anizotropi
katsayıları hesaplanmıştır Klasik doumlkuumlm youmlntemi (DC) ile uumlretilmiş 1 mm
kalınlığındaki 5182 ve 5754 kalite aluumlminyum alaşımlarının literatuumlr sonuccedilları
[30] bu ccedilalışmada incelenen alaşımlarının sonuccedilları ile birlikte Tablo 54rsquode
karşılaştırma amacı ile verilmiştir
Tablo 54 5052-5182 aluumlminyum alaşımlarının ccedileşitli youmlnlerde (0-45-90) yapılan ccedilekme testleri
sonucu elde edilen mekanik oumlzellikleri ve anizotropi katsayıları ve 5182-5754 alaşımlarının deney
sonuccedillarının [30] karşılaştırılması
Mg a
(MPa) ccedil
(MPa)
Uzama
(ort)
R0
(ort) R45
(ort) R90
(ort) R ΔR
5052 256 913 1984 2145 062 065 058 062 -005
5182 443 1621 2937 2264 060 108 073 087 -042
5182-
DC 412 130 280 255 053 084 054 069 -030
5754-
DC 291 94 2187 247 049 076 051 063 -026
Ortalama dikey anizotropi katsayısı olarak bilinen R değerlerine bakıldığında
5052 alaşımlı malzemede bu değer 062 5182 alaşımlı malzemede ise 087rsquodir
İdeal izotrop bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde 5182 alaşımlı
malzemenin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile 5052 alaşımlı
malzemeye goumlre daha izotrop aynı zamanda daha iyi derin ccedilekilebilir bir
malzemedir diyebiliriz
Deneyde kullanılan 5052 ve 5182 alaşımlarının duumlzlemsel anizotropi değerleri
(ΔR) karşılaştırıldığında 5182 alaşımlı malzemenin ΔR değerinin -042 olması bu
malzemenin derin ccedilekme sırasında 450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanması
anlamına gelmektedir ΔR değeri 0rsquoa yakın olan malzemelerde kulaklanma daha
az goumlruumlleceğinden 5052 alaşımlı malzemenin ΔR değeri -005 olması sebebiyle
derin ccedilekme esnasında hemen hemen hiccedil kulaklanma olmayacağını
goumlstermektedir Yani 5052 alaşımlı malzeme 5182 alaşımlı malzemeye goumlre daha
homojen olarak plastik deformasyona uğrar
82
Literatuumlrde yapılan ccedilalışmalarla karşılaştırıldığında [530] Mg ( Ağırlıkccedila)
miktarı arttıkccedila mukavemet değerlerinin ortalama dikey anizotropi değerinin ve
duumlzlemsel anizotropi değerinin arttığı ve buna bağlı olarak kulaklanma
davranışının arttığı goumlruumllmektedir
İki farklı youmlntemle klasik doumlkuumlm (DC) ve ikiz merdane tekniği (TRC) ile levha
doumlkuumlm youmlntemleri ile doumlkuumllmuumlş olan 5182 alaşımları karşılaştırıldığında ise TRC
ile doumlkuumllmuumlş 5182 malzemesinin R değeri 087 ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile
doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesinin R değeri 069 olarak bulunmuştur İdeal izotrop
bir malzemede R =1 olduğu duumlşuumlnuumllduumlğuumlnde ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş
5182 malzemesinin R değeri 1rsquoe daha yakın bir değerde olması sebebi ile klasik
doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-DC malzemesine goumlre daha izotrop bir
malzemedir Duumlzlemsel anizotropi değerleri karşılaştırıldığında -030 değerine
sahip 5182-DC alaşımı daha az kulaklanma davranışı goumlsterecektir Her iki
malzemenin de ΔR değeri 0rsquodan kuumlccediluumlk olması sebebiyle derin ccedilekme sırasında
450rsquolik accedilı yapan youmlnde kulaklanma davranışı goumlstereceklerdir
Şekil 512rsquode deneyde kullanılan TRC tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 5052-5182 ve DC
tekniğiyle doumlkuumllmuumlş 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5754 ve 5182 alaşımlı
malzemelerinin anizotropi katsayılarının karşılaştırılması goumlruumllmektedirŞekil
512rsquode goumlruumllduumlğuuml gibi alaşımların magnezyum miktarı arttıkccedila derin
ccedilekilebilirliği artmakta ancak 45 0 youmlnuumlndeki kulaklanma da artmaktadır
-042-030
-005
-026
087
069063062
-06
-04
-02
0
02
04
06
08
1
5052 5754-DC 5182-DC 5182
Şekil 512 1 mm kalınlık H0 konduumlsyonundaki ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5052-5182
aluumlminyum alaşımlarının ve klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182-5754 DC aluumlminyum
alaşımlarının anizotropi oumlzelliklerinin karşılaştırması
R
R
83
533 Erichsen Derinliği Tesbiti
Erichsen testi sac ve bantların derin ccedilekilmesindeki şekil değiştirme kabiliyetini
tespit etmek amacıyla yapılmaktadır 70 mm genişlikte ve 300 mm boyundaki
numuneler Assan Aluumlminyumrsquoda bulunan Erichsen test cihazında test edilmiş ve
bir numune uumlzerinde 3 deney yapılmıştır Uumlccedil oumllccediluumlmuumln ortalaması alınmış ve
deney uumlccedil kez tekrarlanmıştır Oumllccedilme hassasiyeti 01 mm olan goumlstergeden
ccediloumlkertme derinliği yani Erichsen derinlikleri tespit edilmiştir
Tablo 55 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin Erichsen deneyleri sonuccedilları
ALAŞIM Sıkıştırma
Kuvveti (kN)
Bilya Ccedilapı
(mm)
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
Genel
Ortalama
Erichsen
Derinliği
(mm)
5052 10 10
94
asymp 95 95
95
5182 10 10
95
asymp 97 97
98
Erichsen test sonuccedillarına goumlre 5052-5182 alaşımlarının Erichsen değerleri
94 ndash 98 arasında değişkenlik goumlstermekte aralarında buumlyuumlk fark goumlruumllmemiştir
Ancak minimum ve maksimum değerler arasındaki 04 mmrsquolik fark goumlz oumlnuumlnde
bulundurulduğunda 5182 alaşımlı malzemenin daha iyi derin ccedilekme oumlzelliklerine
sahip olduğu soumlylenebilir
84
534 Şekillendirme Sınır Diyagramları (ŞSD) Sonuccedilları
ŞSDrsquonin sol tarafını oluşturabilmek iccedilin Tablo 56rsquodaki ebatlarda hazırlanarak
grid ağ yapısı oluşturulan ccedilekme numuneleri Zwick Z050 marka bilgisayar
destekli uumlniversal ccedilekme cihazında 10 mmdak deney hızında ccedilekme işlemine
tabi tutulmuşlardır Yuumlzeyin elektrokimyasal youmlntemle dağlanan birbirini kesen
dairesel ağ yapılı ccedilekme numunesi oumlrneği Şekil 513rsquode verilmiştir
Şekil 513 a) Ccedilekme testi numune taslağı b) Yuumlzeyi elektrodağlama ile birbirini kesen dairesel
ağ dokusu yuumlzeyli ccedilekme numunesi
Tablo 56 Ccedilentikli ccedilekme testi numune ebatları
a (mm) b (mm) c (mm) d (mm)
Numune1 34 100 5 150
Numune2 34 100 10 150
Numune3 34 100 15 150
Numune4 34 100 30 150
Ccedilatlama boumllgesindeki dairelerin deformasyon sonrası buumlyuumlk ve kuumlccediluumlk
eksenlerinin portatif skalalı buumlyuumltme cihazı ile yapılan oumllccediluumlmlerden elde edilen
deney sonuccedilları EkA TabloA1rsquode verilmiştir
ŞSDrsquonin sağ tarafını oluşturabilmek iccedilin 300 x 300 mm ebatlarında kare kesitli
numuneler hazırlanmış ve yine aynı elektrokimyasal dağlama metodu ile yuumlzeye
birbirini kesen dairesel gridler yerleştirilmiştir
c
a
b
d c
b) a)
85
Daha oumlnceden bahsedilen 50 100 70 100 ve 100 100 ebatlı geometrik
şekillerden 50 100 mm geometrisi suumlrekli yırtılmalar meydana gelmesi sebebiyle
yapılamamıştır Şekil 514rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan 100 100 ebatlı
geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri verilmektedir
a)
b)
Şekil 514 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 100 100 mm a) 5182 b)5052
Hidrolik şişirme test duumlzeneğinde metal yuumlzeyine uygulanan basınccedil sabit olup
100 Barrsquodır 5182 alaşımları genel olarak 80 Bar civarında 5052 alaşımları ise
65 Bar civarında patlamıştır Şekil 515rsquode hidrolik şişirme testi sonucu oluşan
86
70 100 ebatlı geometrik şekilli numunelerde oluşan ccedilatlama yuumlzey goumlruumlntuumlleri
verilmektedir
a)
b)
Şekil 515 Hidrolik şişirme test sonucu oluşan ccedilatlama kalıp 70 100 mm a) 5182 b)5052
Her iki kalıpta da 5052 alaşımlı malzemelerde 5182 alaşımlı malzemelere goumlre
hidrolik şişirme testi sonucu oluşan ccedilatlamalar daha geniş ve buumlyuumlk olarak
goumlzlenmiştir Yapılan deney sonuccedillarına goumlre elde edilen verilerle excel ortamında
ccedilizilen Şekillendirme Sınır Diyagramlarırsquonda noktaların elle birleştirilmesi ile
sınır eğrileri elde edilmiştir
87
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 516 5052 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekil 516rsquode TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 350 0C 4 saat tavlanan 5052 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 15 değerinde kesmektedir bu nokta duumlzlemsel birim şekil değiştirme
noktasıdır
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
Şekil 517 5182 Şekillendirme Sınır Diyagramı (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
88
Şekil 517rsquode ise TRC youmlntemi ile 5 mm kalınlığında doumlkuumlluumlp 1 mm kalınlığa
haddelendikten sonra 410 0C 4 saat tavlanan 5182 alaşımının Şekillendirme
Sınır Diyagramı goumlruumllmektedir Eğri maksimum birim şekil değiştirme
eksenini 20 değerinde kesmektedir TRC ile doumlkuumllen 5052 ve 5182
alaşımlarının ŞSDrsquoları karşılaştırma amacı ile Şekil 516rsquoda birlikte
verilmiştir
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 -5 0 5 10 15 20 25 30
e2
e1
5052 5182
Şekil 518 TRC ile uumlretilen 5052 ve 5182 aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme Sınır
Diyagramlarının karşılaştırılması (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
Şekillendirme sınır diyagramında eğrinin altında kalan boumllge şekillendirme
işleminin guumlvenli olarak yapılabildiği ve uumlstuumlnde kalan alan şekillendirme sınır
diyagramının emniyetsiz olarak adlandırılan ccedilatlamanın oluşacağı ccedilalışma
boumllgesini ifade etmektedir İki malzemenin şekillenebilme performansları
karşılaştırıldığında bu emniyetli boumllgenin buumlyuumlkluumlğuuml ve birbirine goumlre
kıyaslanması goumlz oumlnuumlnde bulundurulmaktadır Şekil 518rsquode kırmızı renkli eğri
5052 alaşımının ŞSDrsquonı yeşil renkli eğri ise 5182 alaşımının ŞSDrsquonı temsil
etmektedir Eğriler karşılaştırıldığında kırmızı renkli eğri yeşil renkli eğriden
daha aşağıdadır Bu durum 5182 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquonın emniyetli
boumllgesini daha buumlyuumlk ve yukarıda olduğunu goumlstermektedir Deneyler sonucunda
elde edilen iki eğriye goumlre 5182 alaşımlı malzemenin şekillendirme
performansının 5052 alaşımlı malzemeye goumlre daha iyi olduğu anlaşılmaktadır
89
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-10 0 10 20 30 40
e2
e1
5182TRC 5182DC
Şekil 519 5182-TRC ve 5182-DC [30] ile uumlretilen aluumlminyum alaşımlarının Şekillendirme
Sınır Diyagramları (Malzeme kalınlığı = 1 mm)
İki farklı youmlntemle doumlkuumllmuumlş olan (TRC ve DC) 1 mm H0 konduumlsyonundaki 5182
alaşımının karşılaştırmalı Şekillendirme Sınır Diyagramları Şekil 519rsquoda
goumlsterilmiştir Yeşil renkli eğri ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquonı mavi renkli eğri klasik doumlkuumlm youmlntemi ile doumlkuumllmuumlş 5182
alaşımının ŞSDrsquonı temsil etmektedir ŞSD eğrileri karşılaştırıldığında mavi renkli
eğri yeşil renkli eğriden daha aşağıdadır Buna goumlre yeşil renkle temsil edilen
ikiz merdane tekniği ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzeme klasik doumlkuumlm youmlntemi
ile doumlkuumllmuumlş 5182 alaşımlı malzemeden daha iyi şekillendirilebilme performansı
goumlsterecektir ŞSDrsquolarının kesiştiği şeklin sağ tarafında belirli bir noktadan sonra
germe işlemlerinde 5182 DC alaşımlarının daha iyi şekillendirme oumlzellikleri
goumlstereceği soumlylenebilir Ancak bu sonucun doğrulanması iccedilin farklı kalıp
geometrilerinde hidrolik şişirme testi sayısını artırmak gerekir
90
535 Kırılma Yuumlzeylerinin İncelenmesi
Yapılan ccedilekme deneyleri sonuccedillarında elde edilen kırılma yuumlzeyleri SEMrsquode
incelendiğinde 5052 ve 5182 alaşımlarında hemen hemen aynı kırılma
karakteristikleri goumlzlenmiştir Buumltuumln incelemelerde 5000 serisi alaşımlarının tipik
intermetalik form yapıları ve suumlnek kırılmayı karakterize eden oyuklu kırılma
yuumlzeyi goumlzlenmiştir Şekil 520 ve 521rsquode 5052 alaşımlı malzemenin accedilılı kırılma
yuumlzeyleri goumlsterilmektedir
Şekil 520 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (700X)
Şekil 521 5052 alaşımının SEM ile ccedilekilmiş accedilılı kırılma yuumlzeyi (270X)
91
Şekil 522rsquode 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde youmlnuumlne dik
goumlruumlntuumlsuuml Şekil 523rsquode yine aynı malzemenin kırılma yuumlzeyinin hadde
youmlnuumlne paralel goumlruumlntuumlsuuml verilmektedir Suumlnek kırılma yuumlzeylerini temsil eden
suumlngerimsi yapı ve oyuklu kırılma yuumlzeyi Şekil 522 ve 523rsquode accedilıkccedila
goumlruumllmektedir
Şekil 522 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne dik kırılma yuumlzeyi (400X)
Şekil 523 5182 alaşımlı malzemenin hadde youmlnuumlne paralel kırılma yuumlzeyi (400X)
92
İnkluumlzyon araştırmaları iccedilin 5182 alaşımlı malzeme ele alınarak ccedilekme testi
yapılmış kopmanın meydana geldiği boumllgelerde kırılma yuumlzeyleri incelenerek
ccedilizgisel elementel analiz ve elementel dağılım haritası ccedilıkartılmıştır
(Şekil 524-27) Yapılan incelemelerde Al-Fe-Si-Mg inkluumlzyonlarına
rastlanmıştır
a) b)
c) d)
e)
Şekil 524 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyi SEM goumlruumlntuumlleri
a) 160X b) 170X c) 250X d) 430X e) 1100X
93
Şekil 525 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-1
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum Ka1_2
Silisyum Ka1 Demir Ka1
94
Şekil 526 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde ccedilizgisel element analizi-2
Aluumlminyum Ka1 Magnezyum
Ka1_2
Silisyum
Ka1 Demir Ka1
95
Şekil 527 5182 alaşımlı malzemenin kırılma yuumlzeyinde elementel dağılım haritası
Aluumlminyum
Magnezyum Silisyum
Oksijen Demir
96
6 GENEL SONUCcedilLAR
Aluumlminyum suumlrekli doumlkuumlm teknolojisi ile uumlretilmiş 5052 ve 5182 standartlarındaki
aluumlminyum alaşımlarının metalografik ve şekillendirilebilirlik kabiliyetlerinin
incelendiği bu ccedilalışmada aşağıdaki genel sonuccedillar tespit edilmiştir
1 Malzeme yapısındaki magnezyum miktarı arttıkccedila akma ve ccedilekme
mukavemeti artmaktadır Yani 5182 (Ağırlıkccedila 44 Mg) aluumlminyum
alaşımları 5052 (Ağırlıkccedila 26 Mg) aluumlminyum alaşımlarına goumlre daha
yuumlksek mukavemet değerlerine sahiptir Suumlneklik accedilısından
incelendiğinde iki alaşım arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark tespit edilememiştir
2 Doumlkuumlm yapıları incelendiğinde her iki alaşımda da merkez hattı
segregasyonuna rastlanmaktadır Ancak 5182 alaşımlarındaki merkez hattı
segregasyonu 5052 alaşımlarında goumlruumllen merkez hattı segregasyonundan
ccedilok daha yoğun ve geniş bir ağ yapısı iccedilermektedir
3 Doumlkuumlm mikroyapılarına goumlre yuumlzey boumllgesinde youmlnlenme goumlstermeyen
ince bir tane yapısı hemen altında ise youmlnlenmiş ve uzamış tane yapısı yer
almaktadır Her iki alaşımında da doumlkuumlm tane yapıları hemen hemen
aynıdır
4 Yapılan ccedilekme deneylerinde her iki alaşımda da plastik deformasyon
sırasında dinamik deformasyon yaşlanması goumlruumllmuumlştuumlr
5 Derin ccedilekilebilirliğin bir oumllccediluumlsuuml olan Erichsen değerleri karşılaştırıldığında
5182 alaşımının ortalama Erichsen derinliği (97 mm) 5052 alaşımının
Erichsen derinliğine (95 mm) goumlre daha yuumlksektir
6 Uumlccedil youmlnluuml (0045
0 90
0) olarak yapılan ccedilekme testi sonuccedillarından elde edilen
R ve ΔR değerleri incelendiğinde 5182 alaşımlı malzemenin 450
youmlnlerinde kulaklanma (ΔR=-042) davranışı goumlstereceği ancak
şekillenebilirliğinin daha yuumlksek olduğu ( R =08) 5052 alaşımlı
97
malzemenin neredeyse hiccedil kulaklanma davranışı goumlstermeyeceği
(ΔR=-005) ancak şekillenebilirliğinin 5182 alaşımına goumlre daha duumlşuumlk
olduğu ( R =062) tespit edilmiştir
7 Deformasyon sertleşmesi uumlssuuml değerleri (n) incelendiğinde n değerleri
arasında ccedilok az bir fark olduğu 5052 alaşımının n değerinin 027 5182
alaşımının ise 026 olduğu tespit edilmiştir
8 Yapılan incelemelerde her iki alaşımda da suumlnek kırılmayı karakterize
eden oyuklu kırılma yuumlzeyleri goumlzlenmiştir 5182 alaşımının kırılma
yuumlzeylerinde yapılan ccedilizgisel elementel analizlerde Al-Fe-Si-Mg
inkluumlzyonlarına rastlanmıştır
9 5052 ve 5182 alaşımlı malzemelerin şekillenebilme performansları
Şekillendirme Sınır Diyagramları ile belirlenmiştir 5182 alaşımlı
malzemenin ŞSDrsquoı 5052 alaşımlı malzemenin ŞSDrsquoına goumlre daha
yukarıda olması itibariyle 5182 alaşımının şekillenebilme kabiliyetinin
daha iyi olduğu tespit edilmiştir
98
KAYNAKLAR
[1] Altmışoğlu A 1995 Alaşımlar Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji ve
Malzeme Muumlhendisliği Fakuumlltesi İstanbul
[2] Robert E Sanders Jr February 2001 Technology Innovation in Aluminum
Products JOM 21-25
[3] Yun M Lokyer S Hunt JD 2000 Twin Roll Casting of Aluminum Alloys
Materials Science amp Engineering A Elsevier Science SA 116 -123
[4] Okumuş E 2003 Suumlrekli levha doumlkuumlm tekniğiyle uumlretilmiş 1XXX 3XXX ve
5XXX alaşımlı levhaların mikroyapı karakterizasyonu Yuumlksek Lisans
Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[5] Delikanlı K 1992 Soğuk Haddelenmiş Teknik aluumlminyumun derin
ccedilekilmesinde tavlama suumlresi ve sıcaklığının şekillendirme kabiliyetine
etkileri Doktara Tezi Selccediluk Uumlni Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Konya
[6] TALSAD Yayınları 1995 Tuumlrkiyersquode ve Duumlnyarsquoda Aluumlminyum
[7] httpwwwforesightproductionscom
[8] Conserva M Donzelli G Trippodo R 1992 Aluminum and Its Applications
Edimet Brescia
[9] Li BQ 1995 Producing Thin Strips By TRC JOM
[10] Romonovski CA Thin Gauge Roll Csting Method United States Patent
No 5518064 httpwwwwomplexpatentsibmcom
[11] Kavaklıoğlu B 1999 Aluumlminyum Levha Uumlretiminde Proses Optimizasyonu
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[12] httpwwwfosecocom
[13] Oumlzden E 1994 Assan Aluumlminyum Suumlrekli Doumlkuumlm Eğitim Notları İstanbul
[14] Moser CJ Continuous Casting Hunter Technology
99
[15] Vangala P Smith D Duvvuri R Romanowski CA 1992 The Influence of
Casting Gauge on the Hunter Roll Casting Process Melt Spinning and
Strip Casting
[16] Kayalı ES Ensari C 1995 Metallere Plastik Şekil Verme İlke ve
Uygulamaları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi Bilim Teknik
Yayınevi İstanbul
[17] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (I)
Aluminium 670 ndash 675
[18] Fakenstein HP 1982 Formability of Aluminium Sheet Alloys (II)
Aluminium 701 ndash 709
[19] ASM Speciality Handbook Aluminum and Aluminum Alloys Fabrication and
Finishing of Aluminum Alloys ASM International 231 ndash 246
[20] Sheet Metal Working Presentation Internet Search Results
[21] Okumuş E 2000 Saccedil Şekillendirme Hataları Hasar Analizi Yuumlksek Lisans
Ders Notları İTUuml Kimya - Metalurji Fakuumlltesi İstanbul
[22] Gibson GC Smith H 1964 The principles of aluminium rolling The
British Aluminium Company Limited Bainsford Falkirk
Stirlingshire
[23] Dieter GE 1981 Mechanical Metallurgy Mc Graw-Hill Tokyo
[24] Birol Y Duumlndar M Romanowski CA 2002 Twin-Roll Cast 5000 Series
Aluminum Sheet For Automotive Applications
[25] Ccedilimenoğlu H Kayalı Es 1984 aluumlminyum Alaşımlarının
Şekillendirilebilirliğini Etkileyen Faktoumlrler II Uluslararası
Aluumlminyum Sanayii Kongresi Seydişehir
[26] Yazıcı E 1987 Aluumlminyumda tane boyutunun deformasyon davranışına etkisi
Yuumlksek Lisans Tezi İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml İstanbul
[27] Unknown Forming Limit Diagrams and Failure Mechanism for Low and High
Carbon Steels Middle East Technical University
[28] Manthey DW The Need for Surface Strain Measurement Metal forming
Magazine Metalforming Online
100
[29] Duumlndar M 2001 5000 Serisi Laboratuar Ccedilalışmaları Assan Aluumlminyum
[30] Slamova M 2002 Continuous casting technologies for production of
aluminium alloy sheets for transportation applications Research
Report
[31] Haberfield AB Boyles MW 1973 Laboratory Determined Forming Limit
Diagrams Sheet Metal Industries 400 ndash 405
[32] Lectroetch Metal Marking Systems Originators of Electrochemical Marking
Catalog 696 httpwwwlectroetchcom
101
EKA
Tablo A1 5052 ve 5182 alaşımlarının test sonuccedillarına goumlre gridlerin oumllccediluumlm değerleri
5052 5182
Maks BŞD Min BŞD Maks BŞD Min BŞD
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2075471698 -1886792453 1886792453 0
1698113208 -1886792453 1698113208 -1886792453
1698113208 -1886792453 1698113208 0
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2075471698 -3773584906 2075471698 -1886792453
2452830189 -3773584906 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2075471698 -1886792453
2830188679 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -3773584906 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -3773584906
2452830189 -5660377358 2641509434 -3773584906
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2830188679 -5660377358 2830188679 -5660377358
2264150943 2264150943 2452830189 2641509434
2452830189 2452830189 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2264150943 2264150943 2641509434 2641509434
2311320755 2311320755 2754716981 2641509434
2830188679 1698113208 2528301887 1698113208
2830188679 1698113208 2679245283 1698113208
2830188679 1698113208 2641509434 1698113208
2830188679 1320754717 2452830189 1698113208
2830188679 1509433962 2641509434 1509433962
2830188679 1698113208 2452830189 1698113208
2264150943 1698113208
2641509434 1698113208
2641509434 2075471698
2641509434 1698113208
102
OumlZGECcedilMİŞ
15 Eyluumll 1975 yılında Karabuumlkrsquode doğdu İlk ve orta tahsili aynı ilde tamamladıktan
sonra lise tahsilini İstanbulrsquoda tamamladı 1993 yılında İTUuml Kimya-Metalurji
Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliği boumlluumlmuumlnde bir yıl hazırlık
devresinden sonra lisans eğitimime başladı Lisans oumlğrenimini bitirdiği 1998
senesinde hem İTUuml Fen Bilimleri Enstituumlsuuml Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğirsquonde
hem de ASSAN Aluumlminyumrsquoda ccedilalışmaya başladı 2002 yılında askere gidip
geldikten sonra aynı firmada Levha Değerlendirme Youmlneticisi olarak goumlrev
yapmaktadır