SÜREKLİ DÖKÜM YÖNTEMİYLE ÜRETİLEN ALÜMİNYUM LEVHALARDA SMUT MİKTARININ TESPİTİ VE AZALTILMASI

Transkript

1 SÜREKLİ DÖKÜM YÖNTEMİYLE ÜRETİLEN ALÜMİNYUM LEVHALARDA SMUT MİKTARININ TESPİTİ VE AZALTILMASI Toygan SÖNMEZ*, Erhan EĞĠLMEZ**, Emin YILMAZ*** *Teknik Alüminyum San. A.ġ, Çorlu Tekirdağ/Türkiye **Teknik Alüminyum San. A.ġ, Çorlu Tekirdağ/Türkiye ***Teknik Alüminyum San. A.ġ, Çorlu Tekirdağ/Türkiye ÖZET Bu çalıģmada, çift merdane sürekli döküm yöntemiyle üretilmiģ ve soğuk haddelenmiģ alüminyum levha yüzeyinde smut oluģumuna bazı üretim parametrelerinin etkisi incelenmiģtir. ÇalıĢmada döküm prosesinin etkisinin ayrılarak sonraki proseslerin etkisi irdelenmek istendiğinden aynı döküm hattından aynı parametrelerle dökülen rulolar denemelerde kullanılmıģtır. AA 1050 alaģımında dökülmüģ ve 2 mm e haddelenmiģ levhalarda, soğuk hadde pas sayısının, merdane çapının ve pürüzlülüğünün smut üzerindeki etkisinin belirlenmesi amaçlanmıģtır. Çorlu ve Avcılar fabrikasında üretilen rulolar her iki fabrikanın yıkama-gerdirme hattından geçirilerek smut miktarları kıyaslanmıģ ve yıkama hattının smut giderme etkinliği gözlemlenmiģtir Anahtar Kelimeler: Smut, sürekli üretim yöntemi, yüzey pürüzlülüğü INVESTIGATION AND DEVELOPMENT OF SMUT LEVELS ON ALUMINUM SHEETS VIA CONTINUOUS CASTING METHOD ABSTRACT In this study, twin rolled continuous casted and cold rolled aluminum sheets were produced in order to investigate the production parameters influencing on smut formation behaviours. Study is aimed to get the effects on processes after casting line, so coils which were used in experiments were casted at same casting line. The pass number of cold rolling, roll diameter and roughness are the parameters to determine the impact of smut for AA 1050 aluminum alloys were manufactured and rolled to 2 mm sheets. Coils were processed on both tension leveler-degreasing line of Çorlu and Avcılar plants to compare the smut levels, so smut removal efficiency of degreasing line was observed. Keywords: Smut, continuous casting method,, surface roughness GİRİŞ Derin çekme veya haddeleme gibi soğuk metal Ģekil vermede, sürtünme en önemli rolü oynar. Yüksek sürtünme, malzeme yüzeyine aģırı yükleme ve hasar vermesine yol açar. Haddelemede yağlayıcılar kullanılarak merdane ile alüminyum yüzey arasındaki sürtünme seviyesini düģürüp malzeme yüzeyi korumak amaçlanır. Bundan dolayı, soğuk haddeleme sırasında alüminyum yüzeyinde oluģan oksit tabakasının kırılması olayı önemlidir [1]. Haddelemede her pas malzemenin yüzeyinde çok çarpıcı değiģim gözlenir. Bu değiģim,

2 kalınlık azalması, yağlayıcı film kalınlığı, hız, haddeleme basıncı, sıcaklık gibi parametrelerin yanı sıra pürüzlülüğü de bağlıdır [2]. Alüminyum, havada maruz kaldığında yüzeyi aniden oksitlenmektedir. Yüzeyde oluģan bu alüminyum oksit tabakası, haddelenirken küçük parçacıklara kırılmakta ve haddelemedeki ezme ile birlikte smut denilen alüminyum yüzeyinde kirlilik oluģmaktadır [1]. Smut, alüminyum uygulama alanlarında sınırlamalara yol açtığından, smutın minimize edilmesi ve yıkama gerdirmede giderilmesi gerekmektedir. Bu çalıģmada, soğuk hadde pas sayısı, merdane çapı ve pürüzlülüğü smut oluģumunu etkileyen değiģkenler olarak belirlenmiģ ve 2 mm kalınlığındaki AA 1050 alaģımı için bu parametrelerin smut üzerindeki etkisinin belirlenmesi amaçlanmıģtır. Ayrıca, yıkama gerdirme iģleminin, yüzeyden smutın giderme verimine etkisi incelenmiģtir. DENEYSEL ÇALIŞMALAR Teknik Alüminyum San. A.ġ, I. tesisinde sürekli üretim yöntemiyle 6,5 mm kalınlığında dökülen AA 1050 alaģımlı rulolar, I. ve II. tesisinde tüm pasları haddelenirken merdane yüzey pürüzlülüğü birbirinden 0,56 ± 0,02 Ra farklı olacak Ģekilde proses edilmiģtir. Her iki farklı pürüzlülüğe sahip soğuk hadde iģ merdanesi ile 2 ve 3 pasta farklı ezme oranlarıyla 2 mm nihai kalınlığa indirilmiģ ve smut miktarı ġekil 1 deki Teknek yüzey temizleyici el merdanesi aparatı ile belirlenmiģtir. Şekil 1. Teknek yüzey temizleyici el merdanesi aparatı Pürüzlülük değerinde değiģim olmaması için hazırlanan merdaneler ilk olarak bu çalıģma için kullanılmıģtır. Haddelemeden önce rulo sıcaklığının 40ºC nin altında olması sağlanmıģtır. Malzeme nihai üretim makinelerinde proses edilmeden önce ilgili makine temizlenerek hattan gelecek kirlilik etkisi ortadan kaldırılmıģtır. ġekil 1 de görülen temizleme aparatı yardımıyla hattın açıcı tarafından her rulonun baģ, orta ve sonundan malzemenin operatör, merkez ve tahrik tarafından smut testi yapılmıģtır. Her ölçüm, aynı kiģi tarafından ve alüminyum yüzeyinden 20cm boyunda olacak Ģekilde alınmıģtır. Nikon SMZ 745T Stereo Mikroskop ile her smut numunesinin 50X büyütmeli makro görüntüleri çekilmiģtir. II. tesiste (düģük iģ merdanesi çapı) yüksek pürüzlülükte merdane ile 3 pas haddelenmiģ malzemelerin baģ kısmından sırasıyla operatör, merkez ve tahrik tarafından ġekil 2 de 50X büyütmeli ġekil 3 te ise dijital fotoğraf makinesiyle makro görüntüleri verilmektedir.

3 Şekil 2. II. tesiste yüksek pürüzlülükte merdane ile 3 pas haddelenmiģ malzemelerin sırasıyla rulonun baģ kısmından sırasıyla operatör, merkez ve tahrik tarafından 50X büyütmeli makro görüntüleri

4 Şekil 3. II. tesiste yüksek pürüzlülükte merdane ile 3 pas haddelenmiģ malzemelerin sırasıyla rulonun baģ kısmından sırasıyla operatör, merkez ve tahrik tarafından dijital fotoğraf makinesi ile makro görüntüleri Yukarıdaki 50X büyütmeli ve dijital fotoğraf makinesi ile elde edilen görüntüler incelendiğinde aynı pürüzlülük ve pas sayısına sahip numunelerin operatör, merkez ve tahrik taraftan alınan numunelerin aynı smut seviyesine smutın hem renk hem de yoğunluğunun birbirine çok benzer olduğu görülmüģtür. Hem I. hem de II. tesiste yapılan smut testlerinin tümünde operatör, merkez ve tahrik tarafından aynı sonuçlar elde edildiğinden rulonun baģ, orta ve sonunu temsilen merkezden alınan test sonuçları karģılaģtırılmıģtır. ġekil 4 te II. tesiste yüksek pürüzlülükte merdane ile 3 pas haddelenmiģ malzemelerin merkezinden sırasıyla baģ, orta ve sonunda 50X büyütmeli makro görüntüleri verilmektedir.

5 Şekil 4. II. tesiste fabrikasında yüksek pürüzlülükte merdane ile 3 pas haddelenmiģ malzemelerin sırasıyla rulonun merkez tarafından baģ, orta ve sonundan 50X büyütmeli makro görüntüleri ġekil 4 deki görüntüler değerlendirildiğinde malzemenin baģında smut miktarı az iken, rulonun ortasında smut miktarı en yoğun olarak görülmektedir. Rulo sonuna doğru ise smut yoğunluğu azalmaktadır. Diğer tüm rulolarda da smut miktarı en fazla olduğundan rulonun ortasından alınan smut testleri referans alınacaktır. ġekil 5 ve 6 da görüldüğü gibi hem I. hem de II. tesiste aynı pas sayısında yüksek pürüzlülükte yapılan çalıģmalar düģük pürüzlülüktekine göre smut miktarı daha fazla çıkmıģtır. (d) Şekil 5. II. tesiste yüksek pürüzlülük ve yüksek pas sayısı 50X büyütmeli düģük pürüzlülük ve yüksek pas sayısı 50X büyütmeli yüksek pürüzlülük ve yüksek pas sayısı dijital fotoğraf makinesi ile (d) düģük pürüzlülük ve yüksek pas sayısına sahip numunelerin dijital fotoğraf makinesi ile rulonun ortasından malzemenin merkez görüntüleri

6 (d) Şekil 6. I. tesiste yüksek pürüzlülük ve yüksek pas sayısı 50X büyütmeli düģük pürüzlülük ve yüksek pas sayısı 50X büyütmeli yüksek pürüzlülük ve yüksek pas sayısı dijital fotoğraf makinesi ile (d) düģük pürüzlülük ve yüksek pas sayısına sahip numunelerin dijital fotoğraf makinesi ile rulonun ortasından malzemenin merkez görüntüler ġekil 7 de I. tesiste yüksek pürüzlülükteki merdane ile 3 pas haddelenmiģ malzemelerin merkez tarafından sırasıyla baģ, orta ve sonunda 50X büyütmeli makro görüntüleri gösterilmektedir.

7 Şekil 7. I. tesiste yüksek pürüzlülükteki merdane ile 3 pas haddelenmiģ malzemelerin merkez tarafından sırasıyla baģ, orta ve sonunda 50X büyütmeli makro görüntüleri. ġekil 4 ve 7 de I. ve II. tesiste yüksek pürüzlülükteki merdane ile yüksek pas sayısında çekilen tüm malzemeler smut miktarı açısından kıyaslandığında II. tesisteki smut miktarı I. tesistekine göre daha fazla olduğu anlaģılmaktadır. Aynı Ģekilde I. tesiste yüksek pürüzlülükte düģük pas görmüģ malzemelerin smut miktarı II. tesistekine göre daha iyidir. ġekil 8 de de görüldüğü gibi her iki fabrikada düģük pürüzlülükteki malzemelerde de gözlemlenmiģtir. DüĢük pürüzlülükteki merdane ile 2 ve 3 pas çekilen malzemelerde I. tesisteki smut miktarı II. tesistekine oranla daha fazladır. Şekil 8. DüĢük pürüzlülükteki merdane ile düģük pas (2 pas) haddelenmiģ rulo orasındaki malzemelerin merkez tarafından I. tesiste II. tesisteki 50X büyütmeli makro görüntüleri. ġekil 9 da görüldüğü gibi I. tesiste aynı pürüzlülükteki merdane ile çekilen malzemelerde yüksek pas sayısı görmüģ malzeme düģük pas sayısı görmüģ malzemeye göre smut açısından daha olumsuz sonuç elde edilmiģtir.

8 Şekil 9. I. tesiste yüksek pürüzlülükte merdane ile 3 pas 2 pas haddelenmiģ malzemelerin rulo ortası ve merkez tarafından 50X büyütmeli makro görüntüleri. II. tesiste de I. tesiste olduğu gibi aynı pürüzlülükteki merdane ile çekilen yüksek pas sayısı görmüģ malzeme düģük pas sayısı görmüģ malzemeye göre smut açısından daha olumsuz olmasının yanı sıra aynı pas sayısı görmüģ malzemelerde yüksek pürüzlülükteki merdane ile çekilmiģ malzemeler düģük pürüzlülüktekine göre smut miktarı daha fazladır. ġekil 10 ve 11 de II. tesiste malzemenin smut miktarı en fazla olduğu için düģük ve yüksek pürüzlülükte ve 2 veya 3 pas görmüģ ruloların ortasında malzemenin merkezinden 50X büyütmeli ve dijital fotoğraf makinesiyle görüntüler alınmıģtır. AĢağıdaki resimler birbirleriyle kıyaslandığında pürüzlülük ve pas sayısı arttıkça smut miktarı arttığı tespit edilmiģtir. (d)

9 Şekil 10. II. tesiste yüksek pürüzlülükte merdane ile 3 pas görmüģ yüksek pürüzlülükte merdane ile 2 pas görmüģ düģük pürüzlülükte merdane ile 3 pas görmüģ (d) düģük pürüzlülükte merdane ile 2 pas görmüģ malzemelerin 50X büyütmeli makro görüntüleri (d) Şekil 11. II. tesiste Yüksek pürüzlülükte merdane ile 3 pas görmüģ Yüksek pürüzlülükte merdane ile 2 pas görmüģ düģük pürüzlülükte merdane ile 3 pas görmüģ (d) düģük pürüzlülük merdane ile 2 pas görmüģ malzemelerin dijital fotoğraf makinesiyle çekilmiģ fotoğrafları. I. tesiste ise aynı pas sayısı ile çekilmiģ malzemeler kıyaslandığında yüksek pas sayısı görmüģ malzemeler için yüksek pürüzlülükteki merdane ile çekilmiģ olanlar smut açısından daha kötü iken; düģük pas sayısı için kıyaslama yapıldığında düģük pürüzlülük merdane ile çekilmiģ olan malzemelerde smut açısından daha kötü sonuç elde edilmiģtir. Bunun nedeni olarak smut miktarındaki bir baģka parametrenin hadde hızı olduğu düģünülmektedir. ġekil 12 ve 13 de I. tesiste sırasıyla 3 pas görmüģ yüksek ve düģük pürüzlülükte merdane ile ve 2 pas görmüģ düģük ve yüksek pürüzlüğündeki merdane ile çekilmiģ malzemelerin 50X büyütmeli ve dijital fotoğraf makinesiyle çekilmiģ makro fotğrafları gösterilmektedir.

10 (d) Şekil 12. I. tesiste 3 pas görmüģ yüksek pürüzlülükteki 3 pas görmüģ düģük pürüzlülükteki merdane ile ve 2 pas görmüģ düģük pürüzlülükteki merdane ile (d) 2 pas görmüģ yüksek pürüzlülükteki merdane ile çekilmiģ malzemelerin 50X büyütmeli makro fotoğrafları.

11 (d) Şekil 13. I. tesiste 3 pas görmüģ yüksek pürüzlülükteki 3 pas görmüģ düģük pürüzlülükteki merdane ile ve 2 pas görmüģ düģük pürüzlülükteki merdane ile (d) 2 pas görmüģ yüksek pürüzlülükteki merdane ile çekilmiģ malzemelerin dijital fotoğraf makinesiyle çekilmiģ görüntüleri Her rulo yıkama gerdirme hattına alınmıģ ve hat hızı 60 m/dak olacak Ģekilde proses edilmiģtir. Malzeme baģ ve sonundan sarıcı tarafta operatör, merkez ve tahrik kısımdan smut testi yapılmıģtır. Her iki fabrikanın da smut miktarı en yüksek olan yüksek pürüzlülük merdanesiyle yüksek pas sayısına sahip malzemeler yıkama gerdirme hattından sonra I. tesisteki malzemenin yüzeyinden smutın daha iyi uzaklaģtırıldığı değerlendirilebilir ancak I. tesisteki malzeme haddeleme sonrası II. tesisteki malzemeye göre smut miktarı daha düģüktür. ġekil 14 ve 15 te yüksek pürüzlülük merdanesi ile yüksek pas sayısı görmüģ malzemelerin I. ve II. tesiste yıkama sonrası farkları görülmektedir. Şekil 14. Yüksek pürüzlülük merdanesi ile yüksek pas sayısı görmüģ malzemelerin merkezinden I. tesiste II. tesiste yıkama sonrası smut miktarını gösteren 50X büyütmeli görüntü

12 Şekil 15. Yüksek pürüzlülük merdanesi ile yüksek pas sayısı görmüģ malzemelerin merkezinden I. tesiste II. tesiste yıkama sonrası smut miktarını gösteren 50X büyütmeli görüntü Bir rulo ise sadece smut giderme verimini tespit edebilmek için yıkama gerdirme hattına kadar I. tesiste proses edilmiģ ve ortadan ikiye bölünerek her iki fabrikanın yıkama gerdirme hattında smut testi uygulanmıģtır. Her iki fabrikanın yıkama banyosu bu rulolar çekilmeden önce yeniden kurulmuģtur. Fakat çalıģma koģulları olarak (deterjan konsantrasyonu, tank sıcaklıkları) aynı tutulmamıģ olup hattın standart yıkama koģullarında iģlem yapılmıģtır. Bu rulonun kullanılmasındaki amaç, I. ve II. tesisteki yıkama hattının standart yıkama koģullarında smut giderme etkinliği gözlemlemektir. ġekil 16 da görüldüğü gibi her iki fabrikanın da genel olarak çok benzer smut giderme etkinliği olmasına rağmen II. tesisin yıkama performansı biraz daha iyidir. Şekil 16. Smut giderme etkinliğini belirlemek için yüksek pürüzlülük merdanesi ile düģük pas görmüģ malzemelerin I. tesiste II. tesisteki yıkama sonucu 50X büyütmeli görüntüsü SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME I. ve II. tesisin smut miktarına merdane pürüzlülüğünün ve pas sayısının etkisi belirlenmiģtir. Bu iki parametre haricinde hat hızı, haddelenen malzeme sıcaklığı ve hadde ekstrüzyon değiģtirilerek de çalıģmalar yapılması faydalı olabilir. Her iki fabrikada aynı pas sayısı için yüksek pürüzlülükte yapılan çalıģmaların sonucu elde edilen smut düģük pürüzlülüktekine göre daha fazladır. Yüksek pürüzlülükteki koģullarda I.

13 ve II. tesis karģılaģtırıldığında II. tesisteki smut miktarı I. tesistekine göre daha fazla olduğu anlaģılmaktadır. DüĢük pürüzlülükte pas sayısı sabit tutulduğunda düģük ve yüksek pas sayısında II. tesisin sonucu nispeten daha iyidir. Yüksek veya düģük pürüzlülükteki merdane ile 2 ve 3 pas çekilen durumları kıyaslarsak her iki tesis için yüksek pas sayısında düģük pas sayısına göre daha çok smut görülmüģtür. Her iki fabrikanın yıkama gerdirme hattında smut giderme performansı karģılaģtırıldığında ise genel olarak çok benzer sonuçlar elde edilmesine rağmen hat hızı her iki tesiste sabit tutulduğunda II. tesis yıkamanın performansının biraz daha iyi olduğu belirlenmiģtir. KAYNAKLAR [1] H.R. Le, M.P.F. Sutcliffe, P.Z. Wang, G.T. Burstein, Surface Oxide Fracture In Cold Aluminium Rolling, Acta Materialia, 52, , [2] L. GjØnnes, Development of Surface Topography During Cold Rolling of Twin Roll Cast Aluminium, Wear, 192, , 1996.