Magsimal - 59. Primer Alüminyum Enjeksiyon Döküm Alaşımı RHEINFELDEN ALLOYS

Magsimal - 59 Primer Alüminyum Enjeksiyon Döküm Alaşımı RHEINFELDEN ALLOYS

Magsimal Telkari hafifliğe rağmen son derece dayanıklı Narin, uzun süre formunu, hatlarını ve dayanımını muhafaza etmek zorunda olan döküm parçalarına uygun bir alaşım. İyi kaynak yapılabilme, yüksek dayanıklılık ve neredeyse sınırsız kullanım olanakları. Çok yüksek korozyon mukavemeti; hatta deniz suyuna bile. Yusufçukların narin kanat yapısından esinlenilerek tasarlanan parçalar için: Çok ince, elastiki, buna rağmen son derece dayanıklı ve sağlam kanatları bu zarif böceğe şaşırtıcı bir uçuş performansı sağlar.

Magsimal -59 Primer Alüminyum Enjeksiyon Döküm Alaşımı İçerik Sayfa Özellikler 4 Özet olarak mekanik ve fiziksel özellikler 5 Uygulama örnekleri 6 Kimyasal bileşim ve iç yapı 15 Mekanik özellikler 16 Döküm durumunda (F) mekanik özellikler 16 Suni yaşlandırmadan (T5) sonraki mekanik özellikler 17 Tavlamadan (0) sonraki mekanik özellikler 18 Yorulma dayanımı 19 Korozyon direnci 19 Üretim ve tasarım önerileri 20 Ergitme 20 Döküm 20 Kaynak 21 Perçinleme 21 Yüzey modifikasyonu 21 Tasarım 21 Alüminyum enjeksiyon dökümde hedef basamakları 22 Külçe sevkiyatı 22 Magsimal-59 enjeksiyon döküm parçaları üretiminde dökümhane için öneriler 23 İletişim 24 Bir bakışta Magsimal-59 AlMg5Si2Mn tipi bu enjeksiyon döküm alaşımı otomotiv uygulamalarında gittikçe daha fazla önem kazanmaktadır. Bu alaşım gurubu döküm durumunda yüksek sünekliğe bağlı olarak fevkalade bir akma dayanımına sahiptir. Bir kaza halinde çarpışmadan doğan enerjiyi sönümleme özelliği çok iyidir. Yorulma dayanımı alışılagelmiş enjeksiyon döküm alaşımlarına göre daha yüksektir. Bu nedenle Magsimal-59 alaşımının kullanıldığı uygulamalar, emniyet kemeri, direksiyon iskeleti, çapraz kiriş, motosiklet jantı ve direksiyonu, suspansiyon çatalı ve diğer şasi parçaları gibi yüksek performans isteyen emniyet parçalarını içermektedir. Önemli bir nokta ise mekanik özelliklerin cidar kalınlığına bağlı olarak değiştiğidir. Cidar kalınlığından doğan bu özelliği telafi etmek için istisnai olarak parçaya, mukavemet, veya yüksek süneklik veren ısıl işlem yapmak mümkündür. Özel olarak geliştirilen bu ısıl işlemler, suni yaşlandırma ve kabarcık oluşumunun hemen altındaki sıcaklıklarda yapılan tavlamadır. Su verme işlemi yoktur ve soğuma hava ile yapıldığı için parçalarda çarpılma görülmez. Magsimal-59, primer aluminyum kullanılarak üretildiği için yüksek bir analitik saflık gösterir. Bu da alaşıma, boyanmamış şasi parçalarında bile kullanılabilecek şekilde mükemmel bir korozyon direnci sağlar. 3

Özellikler Kullanım alanları Mimari, otomobil, uçak sanayii, ev aletleri, klima cihazları, otomotiv, gıda endüstrisi, makina sanayii, optik, mobilya, gemi yapımı, kimya sanayii. Karakteristik özellikler İnce cidar kalınlıklarında çok iyi mekanik ve dinamik özelliklere sahip iyi dökülebilir bir enjeksiyon döküm alaşımı. Kaynak için çok uygun. Korozyon direnci mükemmel. Perçin yapılabilir. Fevkalade parlatma, polisaj yapılabilme ve iyi işlenebilirlik. Soğuk şekil verilebilen birleştirme teknikleri için gerekli süneklik. İnce cidarlı ve büyük ebatlı parçalara uygunluk. Dökülmüş haliyle kullanım. Alaşım tanımı Kimyasal: AlMg5Si2Mn Nümerik: 51 500 Kimyasal bileşim (ağırlık yüzdesi) [%] Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Be min. 1,8 0,5 5,0 max. 2,6 0,20 0,03 0,8 6,0 0,07 0,20 0,004 Cidar kalınlığına göre mekanik özellikler 350 14 300 R p0,2 R m A 12 250 10 Mukavemet [ MPa] 200 150 8 6 Uzama [%] 100 4 50 2 0 0 5 10 15 20 Cidar kalınlığı [mm] 0 4

Özet Olarak Mekanik ve Fiziksel Özellikler Çekme deneyi nümunelerinin cidar kalınlığına bağlı olarak döküm durumundaki (F) mekanik özellikler Döküm yöntemi Isıl işlem Cidar kalınlığı Akma dayanımı Çekme dayanımı Kırılma uzaması durumu mm Rp 0,2 [N/mm 2 ] Rm[N/mm 2 ] A [%] Enjeksiyon döküm F < 2 > 220 > 300 10 15 Enjeksiyon döküm F 2 4 160 220 310 340 12 18 Enjeksiyon döküm F 4 6 140 170 250 320 9 14 Enjeksiyon döküm F 6 12 120 145 220 260 8 12 Katkı elementlerinin döküme ve mekanik özelliklere etkisi Mükemmel korozyon direnci Yüksek akma mukavemeti Yüksek uzama [%] Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Be min. 1,8 0,5 5,0 max. 2,6 0,20 0,03 0,8 6,0 0,07 0,20 0,004 İntermetalik demir fazları yok Kalıba yapışmama Cürufun azaltılması Döküm durumundaki fiziksel özellikler Birim Geçerlilik aralığı Katılaşma aralığı 618 580 C Yoğunluk 2,65 kg/dm 3 20 C Elastisite modülü 70 80 GPa 20 C Doğrusal ısıl genleşme katsayısı 24 1/K 10-6 20 200 C Isıl iletkenlik 1,05 1,30 W/(K cm) 20 200 C Elektrik iletkenliği 14 16 M/(Ω mm 2 ) 20 C Yorulma dayanımı (r = 1) 4 mm cidar kalınlığı 100 MPa 10 6 devir Poisson sayısı 0,325 Diğer enjeksiyon döküm alaşımları ile karşılaştırma Magsimal-59 AlMg3Mn AlSi10Mg(Fe) Isıl işlem İstisnai olarak mümkün Hayır Evet Sıcak çatlamaya karşı hassasiyet Az Yüksek Hayır Yapışmaya yatkınlık Az Yüksek Az Cüruf oluşturmaya yatkınlık Orta Orta Az Kalıp ömrü % 90 % 70 % 100 Çekme, büzülme % 0,6 1,1 % 0,9 1,3 % 0,4 0,6 5

Uygulama Örnekleri Dört kapılı spor araba için kapı tasarımı Magsimal-59, basıldığı gibi 1140 x 690 x 155 mm, cidar kalınlığı 2 mm, ağırlık 4,1 kg Kapı iç parçaları / Ford Range Rover Magsimal-59, basıldığı gibi 1400 x 500 mm ila 1000 x 240 mm cidar kalınlığı 1,8 2,0 mm, ağırlık 2,0 2,2 kg Daha önceki modelin çelik saç kapısına göre burada toplam 40 kg luk bir ağırlık tasarrufu yapılmıştır. Ekstrüzyon profillerden, dövme parçalardan ve Magsimal-59 ile basılan enjeksiyon döküm parçalarından oluşan bu konstrüksiyonda, kaynak, yapıştırma, perçinleme ve civatalama gibi birleştirme teknikleri uygulanmaktadır. Dış konstrüksiyon, sıvama ve yapıştırmayla iç konstrüksiyona bağlanmaktadır. 6

Magsimal -59 [AlMg5Si2Mn] Suspansiyon çatalı / Porsche Cayenne Magsimal-59, basıldığı gibi 340 x 370 x 60 mm, cidar kalınlığı 6 mm, ağırlık 0,9 kg Bu parça yüksek dinamik yüklere açıktır ve bunun için de 4 ila 6 mm cidar kalınlıklarında Magsimal-59 ile tasarlanmıştır. Kalın boğum noktaları olmayan ya da az yükün olduğu kısımlardaki boğum noktaları Magsimal-59 kullanımına uymaktadır. Ön tekerlek suspansiyon dayanağı / BMW 5 ve 6 serileri Magsimal-59, basıldığı gibi 500 x 380 x 500 mm, ağırlık 2,3 kg, cidar kalınlığı 2,5 mm BMW 5 ve 6 serilerinin ön aksamındaki bu parça yüksek dinamik yüklere maruzdur. Çeşitli birleştirme teknikleri üstün malzeme kalitesini gerekli kılmakta ve sadece 2,5 mm lik cidar kalınlığı da burada kolaylaştırıcı bir rol oynamaktadır. 7

Uygulama Örnekleri Ön aks kirişi / Porsche Cayman 910 x 710 x 85 mm, cidar kalınlığı 3 6 mm, ağırlık 4,8 kg Bu kiriş, ısıl işlem yapılan çok daha ağır bir kokil döküm AlSiMg alaşımının yerini almıştır. İnce cidarlı bu hafif konstrüksiyonun üretimi, çözeltiye almadan yapılan bir ısıl işlemle ekonomik olmaktadır. Aksi takdirde çarpılma meydana gelmekte ve akabinde yapılan düzeltme operasyonu parçada tekrar gerilimlerin oluşmasına yol açmaktadır. Şanzıman köprüsü / Mercedes Benz S-Sınıfı 610 x 210 x 75 mm, ağırlık 2,3 kg, cidar kalınlığı 4 mm Yüksek statik yük altında yüksek dinamik yükler ve buna ek olarak arabanın alt tarafında olduğu için korozyona açık olma durumu bu parçadan istenenleri özetlemektedir. İşlenmiş iki deliğe preslenen vibrasyon sönümleme elemanlarıyla parça üzerindeki yük plakaya geçer. Bu yüksek yüklere rağmen 200 C derecede yapılan bir ısıl işlemle akma mukavemeti 190 Mpa nın üzerine çıkarılabildiği için cidar kalınlığı 4 ila 5 mm arasında tutulabilmiştir. 8

Magsimal -59 [AlMg5Si2Mn] Emniyet kemeri makaraları, Saab, Daimler-Benz ø-56 x 55 mm, ağırlık 0,066 kg Kaza anında bir mekanizma ile makara ve dolayısıyla emniyet kemeri sabitlenerek gergin tutulur. Malzeme burada kırılganlık değil süneklik göstermelidir. Dökümde vakum kullanılarak parçanın kalitesi yükseltilebilmektedir. Navigasyon ekran çerçevesi ince cidarlı ve hafif, dekoratif krom kaplama, bir kaza veya darbe durumunda yüksek uzama. Direksiyon iskeleti, VW New Beetle ø-370 x 125 mm, ağırlık 0,85 kg Direksiyon kolonları bir kaza anında kırılmayıp keskin kenar, köşe veya kırık oluşturmadan kolon plakasına kadar deforme olmalıdırlar. Çöl iklimlerinde ön cam arkasında oluşan muhtemel sıcaklıkların simule edildiği testlerle bu parçaların stabilitesi mercek altına alınmaktadır. 9

Uygulama Örnekleri Spor arabalar için suspansiyon kulesi 590 x 450 x 340 mm, cidar kalınlığı 3 mm, ağırlık 3,0 kg Arka çapraz kiriş 1080 x 370 x 150 mm, cidar kalınlığı 4 mm, ağırlık 6,5 kg 10

Magsimal -59 [AlMg5Si2Mn] Yatak plakası W12, VW Phaeton ağırlık 3,0 4,2 kg Pencere çerçevesi için boğumlar Magsimal-59, basıldığı gibi kaynak yapılabilir, uzunluk 510 mm ye kadar, ağırlık 0,20 0,35 kg Yağ karteri 440 x 310 x 180 mm, cidar kalınlığı 2,2 mm, ağırlık 3,0 kg 11

Uygulama Örnekleri Cabriolar için kapatma mafsal plakası 600 x 350 x 280 mm, cidar kalınlığı 2 ila 5 mm, ağırlık 3,2 kg Cabriolar için kapatma kolu 740 x 130 x 125 mm, cidar kalınlığı 2 ila 5 mm, ağırlık 1,3 kg Cabriolar için kapatma mekanizması ara plakası 230 x 220 x 130 mm, cidar kalınlığı 2 ila 5 mm, ağırlık 0,85 kg 12

Magsimal -59 [AlMg5Si2Mn] Ayaklık plakası, BMW R 1150 RT motosikleti, 690 170 100 mm, ağırlık 1,1 kg, kromat kaplama veya boyama, yüksek akma mukavemeti istenilen bir parça. Kayak ayakkabısı bağlantı parçaları 76 x 23 x 18 mm, ağırlık 20 gm Ray kapakçığı yüzey polisaj yapılmış, 34 x 15 x 13 mm, ağırlık 6 gm Kayak bağlama parçaları polisaj yapılmış, 77 x 69 x 53 mm, ağırlık 150 gm 13

Uygulama örnekleri Stabilizatör çubuğu için tutucu köprü / BMW 5 serisi 135 x 90 x 50 mm, ağırlık 0,18 kg Stabilizatör çubuğu için tutucu köprü / BMW 7 serisi 130 x 85 x 45 mm, ağırlık 0,20 kg Bu parçalarda sadece Magsimal-59 daha önce kullanılan aluminyum dövme parçanın yerini alabildi ve böylelikle de %10 civarında bir ağırlık tasarrufu sağlandı. Kompresör taşıyıcı / Porsche Cayenne Magsimal-59, basıldığı gibi 330 x 230 x 75 mm, ağırlık 0,45 kg Bu ince taşıyıcı lastik hava kompresörünü sabitlemektedir. Yüksek dinamik yük ve çatallı tasarım, enjeksiyon döküm kalıbında birden fazla yolluk girişini ve sıkça yerleştirilen hava ceplerini gerekli kılmaktadır. Motosiklet jantı / MZ Magsimal-59, basıldığı gibi ø 460 x 180 mm, ağırlık 6,4 kg Ağırlık tasarrufu nedeniyle konvansiyonel alüminyum jantlarına göre daha az kütle ile motosikletin daha dinamik bir sürüşü söz konusudur. Bu jant, iki simetrik parça olarak basılmakta, gerekli genişlikte işlenerek elektron demeti yöntemiyle kaynak yapılıp birleştirildikten sonra boyanmaktadır. 14

Kimyasal Bileşim ve İç Yapı [%] Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Be Diğer toplam min. 1,8 0,5 5,0 max. 2,6 0,20 0,03 0,8 6,0 0,07 0,20 0,004 0,2 Tablo 1: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, kimyasal bileşim Tablo 1 de, Magsimal-59 alaşımının kimyasal bileşimi verilmiştir. Yukarıdaki silisyum oranını içeren AlMg alaşımlarında %40-50 (yüzey yüzdesi) ötektik söz konusudur. Bu özellik Magsimal-59 u iyi iç beslemesi olan ve mükemmel dökülebilen bir alaşım haline getirir. Mg 2 Si bileşimi temel alındığında magnezyumun çokça olduğunu görüyoruz. Bu önemlidir, çünkü korozyona karşı direnç açısından bakıldığında yapıda serbest silisyumun olmaması gerekir. Fazladan magnezyum ayrıca yüksek akma dayanımı sağlamaktadır. Kalsiyum ve sodyum elementleri, dökümün sıcak çatlağa yatkınlıklığını olumsuz etkiledikleri için düşük tutulmak zorundadırlar. Fosfor da aynı şekilde Al-Mg 2 Si-ötektiğinin oluşmasını ve dolayısiyle de sünekliği olumsuz etkilediği için düşük tutulmalıdır. %2 den fazla Mg içeren Al-Mg tipi alaşım ergiyikleri özellikle yüksek sıcaklıkta uzun süre ocakta kaldıkları zaman cüruf oluşturmaya meyillidirler. Bu durumda karnıbahar gibi ve zor temizlenen cüruf oluşumları söz konusudur. Bunun için alaşıma berilyum katılmaktadır. Berilyum,oksit tabakasını sıklaştırır ve dışarıya daha az oksitlenebilecek aluminyum ve magnezyum sızmasını sağlar. Sıcaklık [ C] 640 630 620 610 600 590 580 570 560 550 [ C] T G = 657,1 T Lu = 618,9 T Lo = 619,8 dt L = 0,9 T Su = 594,0 T So = 594,3 dt S = 0,3 540 0 2,5 5,0 7,5 Süre [min] Reaksiyonlar 618 C Likidus α alüminyum 594 C Likidus Mg 2 Si + Al 6 Mn veya Al 15 (Mn,Fe) 3 Si 2 594 C 580 C Tesbit edilmedi Grafik 1: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, Quick-Cup-potasında termik analiz Enjeksiyon döküm yapısında çok hızlı bir soğumada homojen bir α-fazı dağılımı görülür. Resim 1 deki açık renk parçacıklar Al 6 Mn fazıdır. Manganezin varlığıyla kalıba yapışma önlenmektedir. α-dendritlerinin etrafında α-alüminyum ve Mg 2 Si den oluşan ötektik dağılımı görülmektedir. Büyük fazlar yoktur ve ötektik de ince ve küreseldir. Dolayısıyle de burada oldukça sünek bir yapı söz konusudur. Magsimal-59 un termik analizi grafik 1 de görülmektedir. Sıcaklık eğrisi bir Quick-Cup potada (Croning kumu) kaydedilmiştir. Likidus sıcaklığı yaklaşık 618, solidus sıcaklığı da yaklaşık 594 C derecededir. 592 C derecede bir durma noktası görülmektedir. Bu noktada Al-Mg 2 Si-ötektiği katılaşmaktadır. Resim 1: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, REM fotoğrafı 15

Mekanik Özellikler Döküm durumunda (F) mekanik özellikler Döküm durumundaki Magsimal-59 un mekanik özellikleri her hangi bir ısıl işlemi gereksiz kılacak şekilde mükemmeldir ve aşağıdaki avantajlar söz konusudur: Enerji tasarrufu Kalıcı deformasyon yok Büyük ebatlarda parça dökümü Düşük maliyetle birden fazla parçanın entegrasyonu. Dayanım [ MPa] 320 240 160 80 R p0,2 = 178 MPa R m = 313 MPa A = 20,6 % Magsimal-59 un mekanik özellikleri cidar kalınlığına ve katılaşma koşullarına bağlıdır. Grafik 2 de Magsimal-59 ile basılmış 3 mm kalınlığındaki bir plakanın döküm durumundaki dayanım ve uzama eğrisi görülmektedir. 0 0 5 10 15 20 Kırılma uzaması A [%] Grafik 2: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn alaşımının döküm durumundaki dayanım ve uzama eğrisi; nümune cidar kalınlığı 3 mm Tablo 2 de mekanik özellikler cidar kalınlığına bağlı olarak verilmiştir. Enjeksiyon döküm parçalarından alınan nümuneler, ayrı basılan plakalardan alınan nümunelerle karşılaştırıldığında döküm parçalarından alınan nümunelerden elde edilen değerlerde dağılım aralığının daha geniş olduğu görülmektedir. Normalde yolluk girişi bölgesinden elde edilen nümune değerleri, girişe uzak bölgelerden elde edilen nümune değerlerinden daha iyidir. Bu nedenle döküm parçasında nümunenin alınacağı en uygun yeri bulmak zordur ve önceden dökümcü ve tasarımcı arasında tanımlanmalıdır. Ayrıca çekme nümunesi ölçüleri ile döküm parçasından istenilen mekanik özellik değerlerinin de karşılıklı olarak önceden kararlaştırılmasında yarar vardır. Cidar kalınlığı [mm] R p0,2 [MPa] R m [MPa] A [%] < 2 > 220 > 300 10 15 2 4 160 220 310 340 12 18 4 6 140 170 250 320 9 14 6 12 120 145 220 260 8 12 Tablo 2: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn alaşımı ile basılmış çekme deneyi nümuneleri; cidar kalınlığına bağlı olarak döküm durumundaki mekanik özellikler 16

Suni yaşlandırmadan (T5) sonraki mekanik özellikler Cidar kalınlığının artmasıyla akma dayanımı da azalır ve kokil döküm değerlerine yaklaşır. Kısmen de olsa yüksek cidar kalınlığının olduğu uygulamalar vardır ve parçadan istenilen sertlik değerlerine ulaşılamıyabilir. Böyle durumlarda mekanik özellik değerleri T5 ısıl işlemle yükseltilebilir. Grafik 3 te bu durum görülmektedir. Akma dayanımı R p0,2 [MPa] R 300 250 200 150 100 50 3 mm cidar kalınlığı 6 mm cidar kalınlığı Suni yaşlandırmada dayanım değerlerini artırmak için enjeksiyon döküm parçasının kalıptan alındıktan hemen sonra suda soğutulması gerekmektedir. Parçayı kalıptan çıktıktan sonra hava ile soğutmak aynı etkiyi göstermez. Mekanik değerlerin değişimi grafik 3 ve 4 te gösterilmiştir. 60 dakikalık bir suni yaşlandırmadan sonra kararlı bir durumun ortaya çıktığı görülmektedir. 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Suni yaşlandırma süresi [min.] Grafik 3: Suni yaşlandırmanın (250 C) fonksiyonu olarak akma dayanımı Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, kalıptan çıktıktan sonra suda soğutma 20 6 mm lik bir cidar kalınlığı ile 200 MPa lık bir 16 akma dayanımına ulaşılabilir. 3 mm lik nümunelerde daha yüksek değerlere ulaşılmaktadır. 14 Bu davranışın, değişik cidar kalınlıklarına sahip enjeksiyon döküm parçaları için de geçerli 12 olduğu varsayılırsa, T5 ısıl işlemden sonra söz konusu cidar kalınlıklarındaki parçalardaki mukavemet değerlerinin de çok farklı olmaması gerekir. Uzama A [%] 10 8 3 mm cidar kalınlığı 6 4 2 6 mm cidar kalınlığı 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Suni yaşlandırma süresi [min.] Grafik 4: Suni yaşlandırmanın (250 C) fonksiyonu olarak uzama; Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, kalıptan çıktıktan sonra suda soğutma 17

Tavlamadan (O) sonraki mekanik özellikler Uzama, cidar kalınlığına çok bağlı olduğu için değişik olabilir. 250 C derecede 60 dakikalık bir tavlamadan sonra 3 mm kalınlığındaki nümuneler hala %10 luk, 6 mm lik plakalar da hala %4 lük uzama değerlerine sahiptirler. Normal olarak civatalama veya boğum noktaları gibi yüksek cidar kalınlıklarının olduğu bölgelerde mukavemet değerleri ön plandadır. Alaşımın, parçanın kalın olduğu bölgelerdeki bu davranışı ikincildir, fakat tasarımcı tarafından göz önünde bulundurulmasında yarar vardır. Akma dayanımı R p0,2 [MPa] 300 250 250 C 200 350 C 150 380 C 100 50 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tavlama süresi [min] Tavlama ile yüksek cidar kalınlığı olan bölgelerdeki mukavemet artırılabilir. 350 C derecedeki bir tavlamada akma dayanımı, başlangıç değerine bağlı olarak 130 ila 150 MPa değerlerine kadar düşmekte, uzama da çok artmaktadır. Döküm durumunda istenilenin elde edilemediği durumlarda yüksek süneklik böylelikle artırılabilir. 3 mm lik bir cidar kalınlığı için mukavemet ve uzama değerleri grafik 5 ve 6 da görülmektedir. Grafik 5: Değişik tavlama sıcaklıklarında akma dayanımı, Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, 3 mm cidar kalınlığı Uzama A [%] 24 20 16 12 8 380 C 350 C 250 C 4 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Tavlama süresi [min] Grafik 6: Değişik tavlama sıcaklıklarında uzama, Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, 3 mm cidar kalınlığı 18

Yorulma dayanımı Yorulma dayanımı tasarımcı için önemli bir indikatördür ve enjeksiyon döküm parçalarının katılaşma koşullarına, döküm hatalarına ve yüzey 200 180 160 Dayanım oranı r = -1 Cidar kalınlığı 4 mm % 5, % 50, % 95 Kırılma olasılığı oluşumuna bağlıdır. Bu nedenle ölçüm sonuçla- 140 rının bire bir karşılaştırması ancak sınırlı şekilde mümkündür. Grafik 7 de Magsimal-59 un yorulma dayanımı r = -1 değeri için gösterilmektedir. Bu, ortadaki gerilimin sıfır olması demektir. Ölçüm, 4 mm kalınlığındaki enjeksiyon döküm plakaları ve yüksek frekans puls jeneratörü (yak- Dayanım [MPa] 120 100 80 60 40 % 95 % 50 %5 laşık 110 Hz) ile yapılmıştır. 20 Eğriler değişik kırılma olasılıklarını yansıtmaktadır. Normal olarak hesaplamalarda her zaman %5 ten hareket edilir. Eğrilere bakınca, döküm durumunda 100 MPa yüksekliğinde bir yorulma dayanımı görmekteyiz. 0 10 5 10 6 10 7 10 8 Yük sayısı [n] Grafik 7: Döküm durumunda Magsimal-59, AlMg5Si2Mn Wöhler eğrisi Korozyon direnci AlMg alaşımları genelde korozyona karşı çok dayanıklıdır ve bu nedenle de normal olarak deniz suyunun söz konusu olduğu ortamlarda da kul- 200 20 C Korozyon altında lanılırlar. Bu alaşım gurubu emniyet parçalarında da bir seçenektir ve bu nedenle de gerilim çatlağı 150 korozyonuna yatkınlık test edilmiştir. Bunun için nümunelere akma mukavemetinin %75 i kadar bir yükle 35 g/l-nacl çözeltisinde 30 günlük bir daldırma testi (ASTM G 47-90) uygulanmıştır. Testten sonra mukavemetin düşmemiş olması gerekir. Yorulma davranışı ile ilgili olarak normal ve korozif atmosferde çeşitli malzemelerin karşılaştırılması grafik 8 da gösterilmiştir. Burada, korozyon etkisi Gerilim dalga boyu [MPa] 100 50 3 2 1 altında Magsimal-59 un T6 ısıl işlem yapılmış AlSi7Mg0,3 alaşımından daha iyi olduğu gözlen- 40 mektedir. 1 Enjeksiyon döküm AIMg5Si2Mn 1 2 30 2 Thixo-Döküm AISi7Mg0,3 T6 3 Saç AIMg0,6Si0,8 T6 3 20 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 Yük sayısı [n] Grafik 8: Korozyonun alüminyum alaşımlarının yorulma özelliklerine etkisi (Kaynak: Haldenwanger, Werkstoffvielfalt im Automobil, Febr. 20) 19

Üretim ve Tasarım Önerileri Ergitme Magsimal-59 un Al-Mg2Si ötektiği için uzun süreli özel bir tane inceltmesi vardır. Ötektiğin incelik derecesi döküm parçasının uzama ve mukavemetine yön verir (Resim 2 ve 3). Alaşım üretimindeki özel bir ergitme tekniği özellikle AlMg alaşımlarına özgü olan oksit oluşumunu çok azaltır. Böylelikle ergiyik yüzeyinde ve pota tabanında hemen hemen hiç oksit aglomerasyonları oluşmaz. Bilindiği gibi alaşım içindeki oksitler uzamayı oldukça düşürmektedir. Dökümhanede külçelerin çabucak ergitilmesi halinde sadece rotorla gaz alma yapılırsa ergiyik için yukarıdaki avantajlar geçerlidir. Ergitme tuzları, tane inceltme, modifikasyon, fosfor, alkali ve toprak alkali maddeleri kullanıldığında ve ergiyiğe yabancı metaller katıldığında bu avantajlar kaybolur. Tabii ki bu Al-Mg 2 Si-ötektiğinin de olumsuz etkilenmesine yolaçar. Ergiyik sıcaklığı 770 C derecenin üzerinde olmamalıdır. Isıl konveksiyonla ergiyiği hareket halinde tutan ocaklar, oksit-ergiyik reaksiyonları ve segregasyon nedeniyle ergiyik üzerinde bir tabaka oluşumunu önlerler. Bu, ergiyik hareketinin rotorla veya ocak tabanından temizleme gazı verilmesi suretiyle hareket halinde tutulduğu ocaklar için de geçerlidir. Ergiyik hareketinin olmadığı kapaktan ısıt-malı ocaklar ve üretime bağlı doldurmalar olmaksızın uzun süreli ara vermeler AlSi alaşımlarında problem yaratırlar. Magsimal-59 da dahil olmak üzere tüm alüminyum ergiyikleri, sıcağa dayanıklı ocak malzemesinin %85 inin kilden, yani Al 2 O 3 ten oluşması halinde bununla reaksiyona girmezler. Son zamanlardaki yeni ısıya dayanıklı ocak malzemesi karışımları sızmayı ve istenmeyen reaksiyonları önler. Yolluk gibi geri dönüşüm malzemesinin tekrar ergitilmesi problem teşkil etmez. Her halükarda diğer alaşımların geri dönüşüm malzemesi ile karışmamasına dikkat etmek lazımdır. Bu malzemenin kullanılmasının mekanik özelliklere etkisi olumsuz olabilir. Geri dönüşüm malzemesi kullanıldığında ergiyiğin rotor vasıtasıyla argon veya azot vererek oksit inkluzyonları ve oxit tabakalarından temizlenmesi zorunluluktur. Yoksa bunların zamanla proseste çoğalmasıyla döküm parçası özelliklerine etkisi olumsuz olur. Bu arada oluşan cürufun metal oranı, Magsimal-59 a uygun bir ergiyik tuzu ile azaltılabilir. Aynı şekilde ergiyik hareketinin olmadığı kapaktan ısıtmalı ve bir kaç bölmeli ocaklarda cüruf oluşumunu azalmak için ergiyik yüzeyinin Magsimal-59 a uygun bir tuzla kaplanması yarar sağlıyabilir. Döküm Magsimal-59 un ötektik sıcaklığı, böylelikle de döküm sıcaklığı AlSi10Mg(Fe) alaşımınkinden yaklaşık 20 C derece daha fazladır. Kalıp kullanım süresi hesaplanırken, soğutmanın sadece kalıp yüzeyine püskürtme suyla yapılması durumunda yukarıdaki noktanın dikkate alınması gerekir. Eşanjör yoluyla ve su ile soğutulan kalıpların ömrü daha uzun olur. Yüksek manganez oranı sadece kalıba yapışmayı önlemez, ısıl dayanım ve dolayısıyla alaşımın şekil stabilitesini de arttırır. Bunun için yüksek büzülmeye rağmen silisyum oranının da katkısıyla döküm parçaları kalıptan kolayca çıkarılabilir. Buna rağmen kalıplardaki çıkma açıları 1,5 dereceden fazla olmalıdır. Kabaca söylemek gerekirse Magsimal-59, 8 mm cidar kalınlığına kadar iyi dökülebilir. 2 mm cidar kalınlığından itibaren de kalıba yapışma olmaz. Kalıp ayırma yağı konsantrasyonunun AlSi alaşımlarıyla karşılaştırıldığında %30 ila %50 daha fazla olması yararlıdır. Normalde piyasada kullanılan kalıp ayırma yağları kullanılabilir. Kaynak yapılmaya uygun döküm istenilmesi halinde bu proses ve alaşıma uygun bir yağın kullanılması gereklidir. 5 0 µ m 5 0 µ m Resim 2: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn deki ince Al-Mg 2 Si ötektiği 20 Resim 3: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn deki büyük taneli Al-Mg 2 Si ötektiği

Kaynak Magsimal-59 parçaları AlMg4,5MnZr kaynak katkı malzemesi kullanılarak WIG ve elektron demeti yöntemleriyle kaynak yapılabilir. Isıl etkilenme bölgesinde mukavemet özellikleri uzamanın tersine az etkilenmektedir. SG-AlSi5 kaynak katkı malzemesi kullanılması halinde uzama değerleri daha çok düşmektedir. Tasarımcı, kaynak için öngörülen yerleri parçanın az yük alan kısmına koymalıdır. Aşağıdaki mekanik özellikler, ısıl etkilenme bölgesinde mukavemet değerlerinin uzamanın tersine az etkilendiğini göstermektedir. Resim 4: İyi bir feder tasarımına örnek. Resim 5: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn için boğumların olmadığı iyi bir tasarım örneği Tasarım Çok ince tasarlanmış federler, onların istenmiyen bir şekilde katı olmasına neden olur. Oluşabilecek deformasyon kısmi olarak federin sonunda yani duvardadır. Feder kalınlığı duvar kalınlığına uygun olmalıdır. Magsimal-59 ile iyi tasarıma örnekler: Boğum veya düğüm noktalarını, karşı taraftaki duvarda döküm çöküntüleri oluşmasını önlemek için kaldırmak gerekir. Katılaşma sırasındaki yüksek hacim büzülmesi boğumlarda çöküntüler oluşturur. Duvar kalınlığı Rp0, Rm A 4 mm [MPa] [MPa] [%] Kaynak yapılmamış 165 287 17 Kaynak yapılmış * 148 246 6 * Elle kaynak, MIG yöntemi, katkı malzemesi AlMg4,5Mn Son zamanlarda geliştirilen kalıp ayırma yağları AlMg alaşımlarının dökümü esnasında malzemenin akışıyla parçanın kalıptan çıkışını kolaylaştırır. Bunun dışında parçanın kaynak yapılabilme özelliğine de olumlu etkileri vardır. Resim 6: Karga bacaklarına örnek Perçinleme Yüzey modifikasyonu Çeşitli malzemelerden ince cidarlı parçaları, Magsimal-59 a hem yaş ve toz boya, Magsimal-59 ile basılan enjeksiyon hem de polisaj ve eloksal yapılabilir. döküm parçaları ile birleştirmek için perçin Polisajda yüzey parlaklığında hafif mavi yöntemi çok uygundur. Birleştirme için bir renk oluşur. Eloksalde de silisyum oldukça sık kullanılan bir yol da yapıştırma oranı nedeniyle tipik bir gri tonun oluştuğu ve perçin kombinasyonudur. göz önünde bulundurulmalıdır. Dekoratif amaçlar için yüzeyin bir krom tabakası ile kaplanması veya parlatılması önerilir. İç radyuslardaki kalınlıklar da çöküntü oluşturur. Bunlar karga bacaklarıyla azaltılabilir. Orta çizgi döküm boşlukları bazı durumlarda çok uzun olabilirler. Fakat bunlar ortada oldukları için parçanın mukavemetine kayda değer bir etkileri olmaz. Önemli olan, bu döküm boşluklarının yüksek yükün olduğu yüzey bölgesine bağlantılarının olmamasıdır. Perçin için tasarlanan parçalarda cidar kalınlığı gerekli şekil alma kabiliyeti için 3 mm yi aşmamalıdır. 21

Aluminyum Enjeksiyon Dökümde Hedef Basamakları Hedef Basamakları Ölçü Hafif ve ince Yüksek akma dayanımı Sıvama Perçin Yüksek dinamik yük Kaynak Kuru piston yağlayıcıları Kalıp ayırıcının en aza indirilmesi Modern kalıp yağları Çözeltiye alma Kalıp ayırıcı Kontrollu ergiyik taşınması Birinci faz az türbülanslı Ergiyik temizliği Ergiyik Gerekli enjeksiyon döküm üretim adımları AlSi9Cu3 ( Fe ) ve diğerleri AlSi12 ( Fe ) ve diğerleri Magsimal-59 AlSi10Mg ( Fe ) Silafont-36 T5 Mg > 0,3 % Silafont-36 Castasil-37 AlSi9 Vakum < 50 hpa Va k u m Çil blok ile hava tahliyesi Hava ceplerinin etkili şekilde yerleştirilmesi (Simulasyon) Silafont-36 Magsimal-59 Castasil-37 AlSi9 Magsimal-59 Castasil-37 Silafont-36 Castasil-37 Magsimal-59 Silafont-36 Castasil-37 Hava Uygun enjeksiyon döküm alaşımları Resim 7: Gerekli alaşımlar ve üretim prosesi aşamalarıyla enjeksiyon dökümün 8 hedef basamağı Külçe sevkiyatı Yeni RHEINFELDEN Üretim Sistemi devreye girdikten sonra bütün alaşımlarımız RHEINFELDEN-Külçeleri şeklinde sevkedilmeye başlanmıştır. Bu külçe şekli uzun yıllardan sonra HSG-külçelerinin yerini almış ve onların sahip olduğu avantajları muhafaza etmiştir. Kimyasal bileşim: Sevkiyat belgeleri şarjın ortalaması alınmış kimyasal analizini de içermektedir. Balyaların işaretlenmesi: Her külçe balyasında alaşımın marka adını veya alaşım tanımını, dahili malzeme numarasını ve balya ağırlığını içeren bir etiket vardır. İstek üzerine balyanın renkli kodlaması da mümkündür. Şarj numarası yılın son iki rakamından ve bir üretim numarasından oluşmaktadır. Etikete ayrıca makina ile okunabilecek barkod kodlaması da basılabilir. Sevkiyata hazır 13 sıralı külçe balyası Külçelerin tek tek numaralanması Rheinfelden-Külçesi 22

Magsimal -59 [AlMg5Si2Mn] Magsimal -59 enjeksiyon döküm parçaları üretiminde dökümhane için öneriler 1 Külçelerin ergitilmesi Magnezyum yanması, gaz alımı ve ergiyik oksidasyonunun az olması için yüksek performanslı bir ocakta mümkün olduğu kadar çabuk ergitin. Önceden ısıtılmış külçeleri ve geri dönüşüm malzemesini azar azar ilave edin; aksi takdirde segregasyon veya ayrışma olur. Kil oranı yüksek malzemesi olan ocak kullanın. Ergiyik tarafından fosfor ve sodyum alımını engelleyin. 2 Tuzla muamele Yasak! Ergiyiğe böylelikle sodyum girmesi tehlikesi olabilir. 3 Magnezyum yanması Her ergitmede yaklaşık % 0,1 yanma olur. Normal olarak magnezyum ilavesine gerek yok. Mg oranının %5 in oldukça altına düştüğü durumlarda azami olarak %0,5 saf magnezyum katın. 4 Cüruf alma Ergitmeden sonra gerekli. 5 Ergitmeden sonraki sıcaklık 6 Döküm ocağındaki sıcaklık En çok 780 C derece (Sıcaklık kontrolu!). 650 C derecenin altına düşmemeli ve ergiyiğin hareketi sağlanmalı: Isıl konveksiyonla Gaz alma rotoruyla Ergiyiğin durgun olması halinde kapak ısıtmalı derin ocak kullanmayın. Isıya dayanıklı ocak malzemesindeki kil oranının yüksek olmasına dikkat edin. 7 Gaz alma ve ergiyiğin temizlenmesi Rotorla etkili şekilde ve hızlı olarak gaz verin: 500 600 U / min, 7 10 l / min argon veya azot, 6 10 dakika. İnce delikli rotor başlığıyla gaz alma süresi biraz daha uzun olur. Ergiyiğin soğumamasına dikkat edin. Azot açığa çıkaran gaz alma tabletlerine dikkat edin. Bunların çoğu durumda olumsuz etkisi vardır. Ergiyiğe sodyum verirler, bu da parçadaki uzamanın düşmesi demektir. 8 Cüruf alma Gaz aldıktan hemen sonra yapın. Cüruftaki metal oranı ancak gaz alma sırasında kullanılan ve Magsimal alaşımları için özel olarak geliştirilmiş sodyum içermeyen tuzlarla azaltılabilir. 9 Tane inceltme Yasak! 10 Modifikasyon Yasak! Aksi takdirde parçada erişilebilecek uzama ciddi şekilde düşer. 11 Döküm sıcaklığı (Referans değer) 690 730 C derece. Enjeksiyon döküm parçasının geometrisi, büyüklüğü ve cidar kalınlığına göre değişir. 12 Kalıp sıcaklığı 160 220 C derece. 13 Kalıptan aldıktan sonra parçaların soğuk suya daldırılması Parçaların hemen soğuk suya daldırılması akma dayanımını düşürür, uzamayı da artırır. 14 Isıl işlem Normal durumlarda yapılmaz (Bak madde 15). 15 Suni yaşlandırma ve tavlama Sadece istisnai durumlarda suni yaşlandırma ve çözeltiye almadan tavlama yapılabilir: Suni yaşlandırma (T5): Gerektiğinde 250 C dereceye ve 90 dakikaya kadar. Akma mukavemeti artar, uzama düşer. Çözeltiye almadan tavlama (O): Gerektiğinde 320 C ila 380 C derece arası ve 90 dakikaya kadar. Akma mukavemeti düşer, uzama artar. 23

RHEINFELDEN ALLOYS GmbH & Co. KG Türkiye Temsilciliği Bir Aluminium Rheinfelden gurubu kuruluşu IPS-VISION Satış ve müşteri danışmanlığı Friedrichstrasse 80 D-79618 Rheinfelden Turhan Topaçoğulları Tel. +49.7623.93-490 Tel: +49-(0)7623-62 144 Fax +49.7623.93-546 Cep: +49-(0)176-60 80 81 80 alloys@rheinfelden-alloys.eu www.rheinfelden-alloy.eu t.topac@ips-vision.com.tr www.ips-vision.com.tr