ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN ESASI

Transkript

1 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN ESASI Alüminyum ile ısıl işlem sonucunda sertleşen alüminyum alaşımları arasında farklılık vardır. alüminyum tavlandıktan sonra mukavemetini bir miktar kaybeder ve yalnız soğuk şekil değiştirme neticesinde sertleşir. Buna karşılık sertleşen alüminyum alaşımları, belirli sıcaklıklarda belli zaman bekletilerek mukavemeti ve sertliği yükseltilebilir. Bu bekletmeye yaşlandırma ve bu olaya da yaşlanma/çökelme sertleşmesi denir. 1

2 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN ESASI Yaşlandırma belirli sıcaklıkta yapılırsa suni yaşlandırma oda sıcaklığında yapılırsa doğal yaşlandırma adını alır. 2

3 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN ESASI Bir alüminyum alaşımının ısıl işlemle sertleştirilmesi 4 kademede incelenir 1. Önceden belirlenen bir sıcaklığa kadar ısıtma. 2. Belirlenen bir sürede bu sıcaklıkta bekletme. 3. Düşük bir sıcaklığa hızla su verme. 4. Su vermeye takiben, önceden belirlenmiş bir sıcaklıkta bir süre bekletme ve sonrası yavaş soğutma. 3

4 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN ESASI. 4

5 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARINDA ÇÖKELME SERTLEŞMESİ MEKANİZMASI. 5

6 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARINDA ÇÖKELME SERTLEŞMESİ MEKANİZMASI 6

7 . 7

8 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN GÖSTERİLİŞİ. 8

9 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN GÖSTERİLİŞİ. 9

10 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN GÖSTERİLİŞİ. 10

11 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN GÖSTERİLİŞİ. 11

12 ÇÖZELTİYE ALMA İŞLEMİ Çözeltiye alma işlemi de kendi arasında da belirli kademeleri çerir. 1. Önceden Belirlenen Bir Sıcaklığa Kadar Isıtma 2. Belirli Bir Süre Bekletme 3. Su Verme 4. Suni yaşlandırma işlemi 12

13 Önceden Belirlenen Bir Sıcaklığa Kadar Isıtma Bu işlemin amacı düşük sıcaklıklarda alüminyum içindeki etkisi az, buna karşılık yüksek sıcaklıklarda fazla olan alaşım elemanlarının etkisini, alaşımı yüksek sıcaklıklara çıkarmak suretiyle artırmaktadır. 13

14 Önceden Belirlenen Bir Sıcaklığa Kadar Isıtma A) Bu işlemin yapıldığı sıcaklık hassasiyetle seçilmelidir. Çünkü çözünebilen elemanlar alüminyum içinde katı ergiyik halinde kalmalıdır. Çok düşük sıcaklıklarda yeterli mukavemet elde edilemeyeceği gibi çok yüksek sıcaklıklarda çözünebilen elemanların ergime tehlikesi mevcuttur. 14

15 Önceden Belirlenen Bir Sıcaklığa Kadar Isıtma Bu nedenle mevcut alaşım elemanlarının içinde en düşük ergime sıcaklığına sahip olan elementin ergime sıcaklığının altında bir sıcaklık derecesi seçilmelidir. Bu alaşımlarda küçük bir sıcaklık artışı malzemenin ergimesine sebep olur. 15

16 Önceden Belirlenen Bir Sıcaklığa Kadar Isıtma Isıtma hızı çok önemlidir. Genellikle orta hızlı bir ısıtma tavsiye edilir. Şayet yavaş ısıtma uygulanırsa, çözünebilen elemanların difüzyonu fazla olur. Aynı zamanda büyük tanelerin oluşma eğilimi gösterir. Malzeme soğuk şekil değiştirmeye tabi tutulmuş ise tane büyümesine, engel olmak için ısıtma hızı yeter derecede yüksek olmalıdır 16

17 Belirli Bir Süre Bekletme Bunun yanında bekletme süresi de büyük önem taşımaktadır. Bekletme süresi, malzemenin çıkarıldığı sıcaklığa, tavlama şekline, malzemenin cinsine ve buna benzer faktörlere bağlı olarak değişir. Uzun bir süre bekletme tane büyümesine, difüzyonun artmasına ve renk dönüşümüne neden olur. 17

18 Belirli Bir Süre Bekletme Sıcaklıkta bekletme süresinin ölçülmesine, malzemenin en soğuk kısmının istenilen minimum sıcaklık değerine varıldığında başlanır. Tablolar bu esasa göre tesbit edilir. 18

19 Belirli Bir Süre Bekletme Bekletme süresi alaşımın cinsine bağlı olarak, ince parçalarda 10 dakikadan başlar ve kalın parçalarda 12 saate kadar çıkar. Kalın parçalar için itibari olarak kesitteki kalınlığın her 1,5 cm si için 1 saat bekleme süresi kabul edilir. 19

20 Belirli Bir Süre Bekletme Bekletme süresi bütün çözünebilen elemanların katı ergiyik haline geçebilmelerini sağlayacak kadar uzun seçilir. Kısaltılmış bir bekleme süresinin etkileri kötü olduğu gibi fazla bekletmede de oksidasyon tehlikesi artar. 20

21 Belirli Bir Süre Bekletme. 21

22 Belirli Bir Süre Bekletme. 22

23 23

24 24

25 Su Verme Çözünebilen elemanların katı ergiyik haline geçmelerinden sonra yeniden çökelmelerine engel olmak veya geciktirmek amacıyla malzemeye su vermek gerekir. Üç farklı su verme metodu mevcuttur. Bu üç metot, istenen özelliklere ve gösterdikleri kolaylıklara göre kullanılır. 25

26 Su Verme Soğuk Suda Su Verme Alaşımlara soğuk su banyolarında su verilir. Sıcaklık değişimi 100C geçmemesi için yeterli hacimde su bulundurulmamalıdır. Böyle bir su verme şekli çok etkilidir. 26

27 Su Verme Sıcak Suda Su Verme Büyük ve kalın kesitli dökme parçalara C de hatta kaynar suda su verilir. Bu tip su verme, distorsiyonu minimum kılar ve eşit olmayan sıcaklık dağılışından doğan çatlama tehlikesi önlenmiş olur. Su vermede kullanılan suyun sıcaklığı malzemenin korozyon mukavemetine büyük ölçüde etki eder. Dövme alaşımlarda, bu tip su verme yöntemi kullanılır. Kalın kesitli parçaların korozyon mukavemeti ince kesitli parçalarda olduğu kadar kritik değildir.. 27

28 Su Verme Püskürterek Su Verme Yüksek hızla su püskürtülerek su verme yöntemi, levhalar ve geniş yüzeyli parçalara tatbik edilir. Bu tip su verme distorsiyonu azaltır ve su vermeden dolayı olan çatlamayı önler ve 2024 alaşımları için korozyon mukavemetini azalttığından kullanılmaz. 28

29 DÜŞÜK MUKAVEMET VE SEBEPLERİ 1. Kısa sürede bekletme veya düşük sıcaklıkta tavlama 2. Fırından su banyosuna geç nakletme 3. Yavaş su verme 4. Aşırı ısıtma 5. Yüksek sıcaklıkta oksitlenme. 29

30 Taneler Arası Korozyon Bu korozyon tuzlu atmosferde uzun süre bekletmekten ileri gelir. Tanelerarası korozyon, çekme mukavemetini ve yüzde uzamayı düşürür. 30

31 Aşırı Tavlama Ötektik ergimesi, tane sınırı ergimesine sebep olur, mukavemeti azaltır. 31

32 FAZLA DEFORMASYON VE SEBEPLERİ 1. Fırında ısıtılmanın homojen olmaması nedeniyle, parça yüzeyinin çeşitli noktalarının farklı sıcaklıklarda bulunması 2. Isıtma periyodu esnasında parçanın iyi yerleştirilmemiş olması 3. Çok sert bir su verme ortamı kullanılması. 32

33 % UZAMANIN DÜŞÜK OLMASI VE SEBEPLERİ: 1. Aşırı tavlama 2. Yüksek sıcaklıkta oksitlenme 3. Su vermeden sonra fazla sertleşme 4. Hatalı işleme. 33

34 SUNİ YAŞLANMA OLAYI 34

35 SUNİ YAŞLANMA OLAYI 35

36 SUNİ YAŞLANMA OLAYI 36

37 Hardness [HBN] SUNİ YAŞLANMA OLAYI C 180 C 200 C Aging time [hour] 37

38 SUNİ YAŞLANMA OLAYI Ayrıntılı incelemeler yaşlanma sertleşmesini şu şekilde açıklamaktadır: Aşırı doymuş atomlar belli kristal düzlemleri boyunca toplanma eğilimi gösterirler. Bu ergiyikteki Cu atomlarını toplanması (eriyen atomlar) diğer taraftan Cu yoğunluğunu azaltır, daha az aşırı doymuş ve dolayısıyla daha kararlı bir kristal yapısı oluşturur. 38

39 SUNİ YAŞLANMA OLAYI Bu durumdaki bakır atomları henüz fark edilecek bir faz yapmamışlardır. Dislokasyon hareketinin bu düzensiz alanlardan geçmesi zordur. Bu sebeple metal sertleşir dolayısıyla gerilmeler altında deformasyona daha dayanıklı olur. Bölgesel toplama olayı uzun süre devam ederse hakiki bir çökelme ve aşırı yaşlanma veya yumuşama olur. 39

40 SUNİ YAŞLANMA OLAYI Aşırı doymuş bir katı fazdan zaman ve sıcaklığın etkisi ile yani bir fazın meydana gelmesi olayına teknolojide yaşlanma olayı denilmektedir. Bu durum katı-hal reaksiyonları vasıtasıyla gerçekleştirilebilir. Aslında esas olarak yaşlanma olayı da bir katı-hal reaksiyonudur. 40

41 SUNİ YAŞLANMA OLAYI Yaşlanma Teorisi Yaşlanma olayını izah eden bir çok teori ortaya atılmış olmasına rağmen bunlardan en tutarlısı 1935 yılında Wassermann ve Weert tarafından ortaya atılmıştır. Bu iki araştırmacı teorilerini Al-Cu alaşımını X-ışını ile inceledikten sonra ortaya atmışlardır. Bu incelemelerde Wasserman ve Weert Al-Cu denge diyagramından görülen fazı ya da CuAl 2 a benzeyen bir faz belirlediler 41

42 SUNİ YAŞLANMA OLAYI Çok küçük partiküllerden ibaret olan bu faz aynı fazı gibi fakat, matriks ile fazı arasında bir kompozisyondaydı. Bu faza geçiş fazı (geçiş latisi) adını verip ile gösterdiler.yaptıkları açıklamada da dengeli çökeltinin ancak bu geçiş latisinin gelişip büyümesi ile meydana geldiğini belirttiler 42

43 SUNİ YAŞLANMA OLAYI 1938 de Preston ve Guinier birbirlerinden habersiz olarak transmisyon latis çökelmesinin bir önceki kademesini buldular. Diffüze olmuş değişmelerin matriks bölgesinde olduğunu gösterdiler. Çözünen atomlar, çözücü atomlardan boyut yönünden önemli miktarda farklı ise matriks latisi distarsiona uğrar. Fakat yeni ve kesin olmayan kristal yapıları bu kademede de zenginleşen bölgelerde birleşemez. Bu bölgelerde BUINIER- PRESTON ya da GP zonu denir 43

44 SUNİ YAŞLANMA OLAYI Şekil 14. Eriyen atomun eriten kafesinde yarattığı kafes distorsiyonu. Uyumsuz bir çökelti, kendisini kuşatan matrisin kristal yapısı ile ilişkili değildir (a). Çökelti ve matrisin kristal yapıları arasında sürekli bir ilişki olduğunda uyumlu bir çökelti oluşur (b). 44

45 SUNİ YAŞLANMA OLAYI Yaşlanma Sertleşmesini Doğuran Sebepler 45

46 SUNİ YAŞLANMA OLAYI Bir malzemenin yaşlanabilmesi için alaşım denge diyagramında aşağıdaki durumlardan birinin bulunması gerekmektedir 1. Denge diyagramından bulunmalıdır. yatık bir soludüs 2. Kritik sıcaklık altında katı ergiyik karışım aralığı olmalıdır. 3. Yüksek sıcaklıklarda eriyen ara fazlı katı ergiyik olmalıdır. 4. Çöken faz ile matriks arasında bir koheransın yani latis benzerliğinin bulunması gerekir. 5. Çökelecek olan ikincil fazı oluşturacak olan geçiş latisinin meydana gelmesi gerekmektedir 46

47 SUNİ YAŞLANMA OLAYI Yaşlanma sertleşmesini doğrudan asıl sebepleri şu iki madde altında toplanabilir. Çökelen gayet küçük tanecikler, tane içerisinde ve özellikle tane sınırlarında toplanıp, kaymaya ve deformasyona mani olmak için bir ağ teşkil ederler Matrikse nazaran daha küçük olan yeralan atomları basınç altındaki, bölgelere, daha büyük olan yer alan atomları ise gerilim altındaki bölgelere yayınarak farklı bir atmosfer yaratırlar. Bu yapı dislokasyonların hareketini önler 47

48 SUNİ YAŞLANMA OLAYI Yaşlanmaya Etki Eden Faktörler A) Sıcaklık (Sıcaklık arttıkça yaşlanma süresi kısalır. Yani sıcaklık yaşlanma oranını artırır.) B) Tane Sınırları (Çökelme tane sınırlarında olur.) C) Bileşim D) Soğuk İşlem (Soğuk işlem varlığı yaşlanma oranını arttırır.) E) Zaman 48

49 SUNİ YAŞLANMA OLAYI Şekil 16 Yaşlanmanın malzemenin mikro yapısına etkisi. 49

50 ALÜMİNYUM ALAŞIMLARI ALÜMİNYUM-SİLİSYUM ALAŞIMLARI Alüminyum ile bir veya daha fazla metalin beraber ergitilmesi sonucu elde edilen alaşımlarda özellikler çeşitli yönlerden alüminyuma nazaran iyileşmiş olur. Bu özellikler; dökülebilirlik, mekanik mukavemet, kimyasal stabilite, işlenebilme, ısıl genleşme, ısıl iletkenlik, ısıya mukavemet olarak sıralanabilir 50

51 Al-Si ALAŞIMLARI SİLİSYUMUN ETKİSİ Bakırdan sonra alüminyum alaşımlarında kullanılan en önemli alaşım elementi silisyumdur. Silisyum sıvı alüminyumun akışkanlığını arttırır. Silisyumun ilavesi ile alaşımın mukavemeti de artar. Magnezyum ile karıştırıldığında çekme mukavemeti çok yüksek değildir ve 13,6 15,4 kg/mm 2 arasında değişir. 51

52 Al-Si ALAŞIMLARI %5 Silisyumlu malzeme ince, karmaşık şekilli ve işlenebilme kabiliyeti az, korozyon direnci yüksek olan parçalarda kullanılmaktadır. %5 den fazla silisyum içeren alaşımlarda ise iri köşeli olan silisyum kristallerinin oluşumu önlemek amacı ile sıvı halde sodyum ile karıştırıp modifiye edilmesi en önemli işlemdir. %13 silisyumlu alaşımlarda ise korozyona karşı direnci ve termal şok direnci Al Cu alaşımından daha fazla olduğundan denizcilik ve otomotiv endüstrisinde kullanılır. 52

53 Al-Si ALAŞIMLARI Dövme alaşımlarında silisyumun olması ile suni yaşlandırmadan sonra mukavemet artışı sağlanabilir. %13 silisyum içeren alaşımlarda demir miktarı %1,5 a kadar ulaşabilir, bu da kırılgan ve iri kristal yapılı alaşım meydana getirmektedir. Diğer bir önemli özelliği ise ısı iletiminin Al Si alaşımlarında düşük olmasıdır 53

54 Al-Si ALAŞIMLARI Fiziksel özellikleri : Atom numarası : 14 Atom Ağırlığı : 28,0855 Yoğunluk : 2,329 g/cm3 Molar Hacim : 10 cm3 Erime Noktası : 1410,0 C Kristal Yapısı : Kübik Yüzey Merkezli Bulunuş tarihi :

55 Al-Si ALAŞIMLARI Silisyum miktarı %7 12 aralığında olan Al Si alaşımları yüksek mukavemet gerektiren yüksek sıcaklıkta aşınma direnci istenen uygulamalarda kullanılır. Mekanik özellikler, alaşımın bileşiminden çok silisyum içeren fazın şekli ve dağılımına bağlıdır. Küçük ve yuvarlak primer faz (veya ötektik yapı) yüksek mukavemet ve süneklik verir. İğne şeklindeki silisyumlu faz çekme mukavemeti arttırmakla beraber süneklik, darbe ve yorulma mukavemetini düşürür. 55

56 Al-Si ALAŞIMLARI Silisyum ilavesi ile akışkanlık ve korozyon direnci artar. Tane küçültme ve modifikasyon işlemleri ile iyi işlenebilme sağlanabilir. Ayrıca sıcak yırtılma eğilimini azaltır. Silisyum ve bakır beraberce alaşımlandırma amacı ile kullanılabilir 56

57 Al-Si ALAŞIMLARI Bu amaçla geliştirilen %6 Si, %5 Cu alaşımının kaynak kabiliyeti iyidir. %9 Si, %4 Cu alaşımı ise sızdırmazlık isteyen yerlerde tercih edilirler. Al Si alaşımlarında da Fe ve Mg varsa süneklik düşer. Bu alaşım sisteminde musaade edilen empürite element yüzdeleri %0,5 Zn, % 0,6 Cu, %1,3 Fe, %0,3 Mg dır. Silisyum, alaşım hazırlamada Al - %13 22 Si ön alaşımı şeklinde ilave edilir. Özel bazı piston alaşımları %25 e varan silisyum içerirler. 57

58 Al-Si ALAŞIMLARI Alaşım Elementi Olarak Silisyum Alüminyum döküm alaşımlarında ana alaşım elementlerinin başında silisyum gelir. Silisyum alüminyuma alaşımlama ile getirdiği etkiler şu şekilde sıralanabilir. Ergimiş metalin akışkanlığını yükseltir. Çok karmaşık ve birbirine nazaran çok farklı kesitleri olan parçalarda daha iyi metal akışını ve iyi dolmayı sağlar Dış büzülmeyi azaltır. Dökümün mukavemetli olmasını sağlar. Magnezyumla beraber Alüminyumu alaşımladıkları zaman elde edilen alaşımın ısıl işlenebilme olanağı vardır. Isıl genleşme katsayısını küçültür. Sertliği arttırır. İşlenebilme özelliğini alüminyuma göre zorlaştırır. Kaynak olabilme yeteneğini artırır. Katılaşma büzülmesini azaltır. Elektrik iletkenliğini azaltır. Sünekliliği plastik şekil değiştirmeyi azaltır. Kırılganlık yaratır. 58

59 Al-Si ALAŞIMLARI Al-Si ALAŞIMLARINDA KATILAŞMA MEKANİZMALARI Alüminyum silisyum alaşımları genel olarak döküm alaşımı olarak kullanılan alaşımlardır. Alüminyum silisyum denge diyagramına bakıldığında alüminyum silisyum ötektiğinin yaklaşık %12 Si olduğu görülmektedir. Ötektik bileşimin altında silisyum içeren alüminyum alaşımları ötektikaltı (hipoötektik) bu bileşimin üzerinde silisyum içerenler ise ötektiküstü (hiperötektik) alaşımlar olarak adlandırılmaktadır 59

60 Al-Si ALAŞIMLARI 60

61 Al-Si ALAŞIMLARI Şekil 14. Değişik oranlarda Si içeren Al-Si alaşımlarının mikroyapıları 61