Alüminyum Al ve Alaşımları Alüminyum tabiatta en çok bulunan elementlerden biridir ve mühendislik yapılarında çelikten sonra en çok kullanılan metaldir. Alüminyumun yoğunluğu (2,71 g/cm 3 ),çeliğin yoğunluğunun (7,83 g/cm 3 ) üçte biri kadardır. Bazı alüminyum alaşımlarının akma sınırı değerleri 500 MPa değerini geçmektedir ki bu değer pek çok çelik türünün akma sınırı değerlerinin üzerindedir. Alüminyum alaşımları bu özelliklerinden dolayı, özellikle hafiflik istenen uygulamalarda sıklıkla kullanılmaktadırlar. Bazı malzemelere ait spesifik çekme mukavemeti değerleri (Can,2006) Malzeme Alüminyum Alaşımı (AlZn6MgCu) Spesifik Çekme Mukavemeti [(N/mm 2 )/(gr/cm 3 )] 170-220 Magnezyum Alaşımları 41-160 Titanyum Alaşımları 38-290 Çelik HX 180 (NiMoCo) Alaşımı 159-200 Alüminyumun elektrik ve ısı iletkenliği, bakıra göre daha azdır. Fakat spesifik elektrikiletkenliği (elektrik iletkenliği/yoğunluk) ve spesifik ısı iletkenliği (ısı iletkenliği/yoğunluk) değerleri karşılaştırıldığında bakırdan daha iyi olduğu görülür. Bundan dolayı, hava elektrik hatlarında alüminyum alaşımları kullanılır. Ayrıca alüminyumun fiyatı da bakıra göre daha düşüktür. Korozif ortamlarda alüminyumun yüzeyi bir oksit tabakası ile kaplanarak, alüminyumun korozyona dayanıklılığını sağlar. Bu özelliğinden dolayı alüminyum pek çok korozif ortamda kullanılabilir. Alüminyum alaşımlarının içindeki diğer elementler alüminyum ile galvanik pil oluşturmaya uygun olduklarından dolayı, korozyon açısından alüminyumun mümkün olduğu kadar saf olarak kullanılması tavsiye edilir. Fakat mekanik özelliklerindeki dayanım düşüklüğü (zayıflık) nedeniyle uygulamalarda saf Al kullanımı yaygın değildir. Alüminyumun, sıcak ve soğuk şekillendirilebilme kabiliyeti iyidir. Ekstrüzyon yöntemiyle çok karışık geometrik yapıya sahip alüminyum profiller üretilebilir. Kalınlığı bir kaç mikrona ulaşılabilen folyalar üretilerek paketlemede işlemlerinde kullanılabilir. Gıda endüstrisinde kullanılan paketleme folyaları saf alüminyumdan yapılır. Alüminyum, elektrolitik olarak oksitlendirilerek değişik renklerde üretilebilir. Eloksal denilen bu işlem ile hem korozyona dayanıklı, hem de değişik renklerde mimaride kullanılan profiller üretilerek pencere, kapı vb. yapımında kullanılabilmektedir. Bazı durumlarda sertliği ve dayanımı yüksek alüminyum alaşımlarının üstü saf alüminyum ile kaplanarak korozyon özellikleri iyileştirilebilmektedir (Can, 2006). Al Alaşımları ve Sınıflandırılması Alüminyum alaşımlarının mekanik, fiziksel ve kimyasal özellikleri alaşım elementlerine ve mikro yapısına bağlı olarak değişir. Alüminyuma katılan en önemli alaşım elementleri bakir, mangan, silisyum, magnezyum ve çinkodur. Alüminyum alaşımlar dövme ve döküm alaşımlar olarak iki gruba ayrılır. Dövme alaşımlarının, plastik deformasyon kabiliyeti iyi olup kolayca şekillendirilebilirler. Alüminyum dövme ve döküm alaşımlarının büyük bir kısmına ısıl işlem uygulanabilmektedir. Amerikan alüminyum birliğine göre, alüminyum dövme alaşımlar dört harfle sınıflandırılmaktadır. Bu sınıflandırma şu şekildedir: 1XXX: Saf alüminyum. Genellikle elektrik ve kimya endüstrisinde kullanılmaktadır. 2XXX: Al-Cu alaşıimlar. Esas alaşım elementi bakırdır. Başta magnezyum olmak üzere diğer alaşım elementleri de bulunabilir, yüksek mukavemet istenen havacılık sektöründe yaygın bir şekilde 41
kullanılmaktadır. 3XXX: Al-Mn alaşımlar. Esas alaşım elementi mangandır. Boru, sıvı tanklar ve mimari uygulamalarda kullanılmaktadır. 4XXX: Al-Si alaşımları. Esas alaşım elementi silisyumdur. Termal genleşme katsayısı düşük, aşınma direnci ve korozyon dayanımı yüksek alaşımlardır. Kaynaklı yapılarda, levha üretiminde, otomobil parçalar üretiminde kullanılmaktadır. 5XXX: Al-Mg alaşımlar. Esas alaşım elementi magnezyumdur. Magnezyum oranı arttıkça sertlik ve mukavemet artar fakat süneklik azalır. Denizel korozyona karşı direnci yüksek olduğundan, bu ortamda çalışacak yapıların imalatında kullanılmaktadır. 6XXX: Al-Mg-Si alaşımlar. Esas alaşım elementleri magnezyum ve silisyumdur. Şekillendirilme kabiliyeti yüksek olan bu alaşımlar özellikle ekstrüzyon ile üretilen parçaların imalatında sıklıkla kullanılır. 7XXX: Al-Zn alaşımlar. Bakır esas alaşım elementi olup, magnezyum, krom ve zirkonyum ilave alaşım elementleridir. 7XXX serisi, alüminyum alaşımlarınn en yüksek mukavemete sahip olanıdır. Uçak parçalar yapımı ve diğer yüksek dayanım istenen yerlerde kullanılır. 8XXX: Al-Li alaşımlar: Esas alaşım elementi lityum olup, kalay eklentisi de yapılabilmektedir. Özellikle uçak ve uzay yapılarında kullanılmaya başlanan bu malzeme, iyi yorulma direnci ve iyi tokluk özelliklerine sahiptir. Fakat diğer Al alaşımlar ile karşılaştırıldığında üretim maliyetleri yüksektir. Dövme Alüminyum Alaşımlarının Sınıflandırılması 1XXX, 3XXX, 4XXX ve 5XXX serisi dövme alüminyum alaşımları ısıl işlem uygulanamayan alaşımlardır. Bu alaşımlar sadece şekil değiştirme yolu ile sertleştirilebilirler. 2XXX, 6XXX, 7XXX ve 8XXX serisi alaşımlar ise ısıl işlem ile sertleştirilebilmektedirler. Isıl işlem durumlarına göre dövme alaşımları (Daşcılar,2006). Amerikan Alüminyum Birliğinin dövme alaşımları için isimlendirme kriterleri gösterilmiştir 42
Döküm Alüminyum Alaşımlarının Sınıflandırılması 1XX.X: Saf alüminyum. 2XX.X: Esas alaşım elementi bakırdır. 3XX.X: Esas alaşım elementi silisyumdur. Bakır ve magnezyum gibi başka alaşım elementleri de bulunabilir. Sanayide kullanılan döküm alaşımlarının % 90'ı 3XX.X serisidir. 4XX.X: Esas alaşım elementi silisyumdur. 5XX.X: Esas alaşım elementi magnezyumdur. 6XX.X: Bu seri numarası kullanılmamaktadır. 7XX.X: Esas alaşım elementi çinkodur. 8XX.X: Esas alaşım elementi kalaydır (Güleç ve Aran 1995; Can, 2006) Çökelme Sertleşmesi Gösteren Alüminyum Alaşımları Al-Cu Alaşımı Al-Cu faz diyagramı incelendiğinde, Eriyikten ayrışan ve en azından ötektik yapı bileşeni niteliğinde olan Al 2 Cu ara fazı, malzemenin gevrekleşmesine yol açtığı için döküm tekniği bakımından ötektik bileşime yakın olması gereken Al-Cu alaşımlarının pratikte kullanılmasını engeller. Öte yandan katılaşma aralığının genişliği nedeniyle yapısal aşırı soğuma dikkate alınarak teknik Al-Cu alaşımlarının bileşimindeki bakır miktarı %4.5 ile sınırlandırılmıştır. Al-Cu faz diyagramı incelendiğinde ötektik sıcaklığın altında bakırın alüminyum kafesindeki çözünürlüğü azaldığından, çökelme sertleşmesi için gerekli ön koşullardan biri yerine gelmiş olur. Malzemeyi gevrekleştirmeden dayanım artışı sağlayan çökelme sertleştirmesi ilk kez Al-Cu alaşımlarında bulunmuştur. Al-Mg-Si Alaşımı Al-Mg-Zn Alaşımı çökelme sertleşmesi gösterirler. 43
Çökelme Sertleştirmesi Yaşlanama sertleşmesi ısıl işlemi faz diyagramı Çökeltilerin türü, dağılımı, miktarı,ortalama çapı ve sayısı ile malzemenin dayanım değeri değişir.malzemenin dayanımı aşağıdaki formülle verilebilir.. Re H ~ sabit x G / λ Re H :akma dayanımı, G:kayma modülü, λ:çökeltiler arası mesafe Alüminyum Alaşımlarında Isıl İşlem Uygulamaları Alüminyum alaşımlarına yapılan ısıl işlemler değişik şekillerde uygulanabilir ve uygulanan işlem TX sembolleri ile alaşım numarasının yanına yazılır. Bu işlemler şu şekilde ifade edilmektedir: O: Tavlanmiş, F : Üretildiği gibi, H: Sertleştirilmiş, T: Isıl işleme tabi tutulmuş T1: Sıcak şekillendirme işleminden sonra soğutulmuş ve tabii yaşlanmaya bırakılmış. T2: Sıcak şekillendirme işleminden sonra soğutulmuş, soğuk şekillendirilmiş ve tabii yaşlanmaya bırakılmış. T3: Çözeltiye alma işlemi yapılmış, soğuk şekillendirilmiş ve tabii yaşlanmaya bırakılmış. T4: Çözeltiye alma işlemi yapılmış ve tabii yaşlanmaya bırakılmış. T5: Sıcak şekillendirme işleminden sonra soğutulmuş ve suni yaşlandırma yapılmış. T6: Çözeltiye alma işlemi yapılmış ve suni yaşlandırma yapılmış. T7: Çözeltiye alma işlemi yapılmış ve aşırı yaşlandırma yapılmış. T8: Çözeltiye alma işlemi yapılmış, soğuk şekillendirilmiş ve suni yaşlandırma yapılmış. T9: Çözeltiye alma işlemi yapılmış, suni yaşlandırma yapılmis ve soğuk şekillendirilmiş. T10: Sıcak şekillendirme işleminden sonra soğutulmuş, soğuk şekillendirilmiş ve suni yaşlandırma yapılmış (Can,2006). 44
Alüminyum ve Alaşımlarının Korozyonu Düşük özgül ağırlık, elektrik ve ısıyı iyi iletebilme, yeterli sayılabilecek mekanik dayanım ve iyi plastik şekillendirilme kabiliyetine sahip olan alüminyum, değişik korozif ortamlarda kullanılabilmektedir. Özellikle korozyon dayanımının arandığı durumlarda, alüminyumun saflığının % 99,5 un altında olmaması gereklidir. Fakat genellikle alüminyumun mekanik özelliklerini geliştirebilmek için alaşımlama yapıldığından dolayı, alüminyum alaşımlarının korozyon direnci, saf alüminyumdan daha düşüktür. Çizelge de bazı alüminyum alaşımlarının farklı korozyon ortamlarındaki durumları gösterilmiştir (Topbaş,1993). Alüminyum ve bazı alaşımlarının farklı korozyon ortamlarındaki durumları Alüminyumun birçok korozif ortama karşı gösterdiği direnç, mevcut koşullara bağlı olarak yüzeyinde oluşan, amorf veya kristalin alüminyum oksit tabakasından dolayıdır. Atmosferde oluşan yüzey filmi daha çok amorftur, su ve su buharı içerisinde ise daha çok kristalin yapıda yüzey filmi oluşur. Oluşan tabaka ne kadar homojen ise, aynı koşullarda korozyon dayanımı da o kadar iyidir. Alüminyum malzemeler, atmosfer içerisinde korozyona oldukça dayanıklıdırlar. Endüstri atmosferinde (SO2, kir, toz) ve deniz atmosferinde otuz yıl sonrası korozif etki sonucu, alüminyum malzemedeki dayanım azalması, yaklaşık % 9-13 kadardır. 45
Alüminyum malzeme ve imalat çeliğinin karşılaştırmalı atmosferlerde korozyon durumu Alüminyum ve alaşımlarında oluşan korozyon türleri farklı olabilmektedir. Eğer asit ve bazların etkisinde özel bir durum yoksa tahribat homojen olarak gelişir ve oksit tabakasında eşit kalınlıkta azalma olur. Klorür iyonlar içeren çözeltilerde, çukurcuk korozyonu meydana gelir. Oksit tabakasının tam olarak oluşmadığı ya da gözeneklerin mevcut olması halinde de, bölgesel tahribata rastlanılabilir. Çökelme kabiliyetli alaşımlarda, daha çok interkristalin (taneler arası) korozyon görülür. Tane sınırlarında yığılma yapan çökelmeler, tane yüzeyi üzerine nazaran genellikle soy olmayan potansiyele sahiptir ve bundan dolayı, buralardan çözülme olur. Alüminyum-bakır alaşımlarındaki çökelmeler matrise nazaran daha soy olduğu için, kati çözeltinin tane sınır bölgesinde bakir azalması üzerine, interkristalin korozyon meydana gelir. Isıl işlem yapılırsa, çökelmelerin olumsuz etkisi daha az olur. Alüminyum malzemelerin korozyon şartlar, anodik olarak oksidasyonla (anoksirleme, eloksal yapma ile) doğal korumadaki oksit tabakasının kalınlığı 10 µm ile 30 µm değerine arttırılarak, iyileştirilebilir. Bunun için, eloksal yapılacak parçalar, daha çok sülfirik asitli elektrolitik içerisinde doğru akım altında işlem görürler. Anot olarak bağlanan parçalarda meydana gelen oksijen, alüminyumla reaksiyon yapar ve oksit tabakası teşekkül ettirilir. Anoksirleme işlemi, yalnızca kimyasal dayanımı iyileştirmez, ayrıca oksit tabakasının yüksek sertliğinden dolayı, aşınma direncini de yükseltir(topbaş, 1993; Temel,2001). Al-Mg alaşımlar alkali ve tuz içeren korozyon ortamlarına karşı saf alüminyumdan daha dayanıklıdır. Fakat bu her durumda geçerli değildir. Artan magnezyum miktarıyla birlikte, interkristalin korozyona ve gerilim çatlağı korozyonuna eğilim artar. Özellikle % 5 'den fazla Mg içeren alaşımlarda bu durum oluşabildiğinden, bugün teknikte kullanılan alaşımlarda magnezyumun üst sınır % 5,5 (AlMg 5) kadardır. interkristalin korozyonun sebebi, tane sınır çökelmesidir (ß- fazı). Bu durum, düşürülmüş magnezyum miktarında, mangan (% 1 'e kadar) ilavesiyle dengelenebilir. AlMg4,5Mn gibi alaşımlar, öncelikle gemi yapımında ve özellikle çatı kaplamalarında kullanılır. Mangan ilavesi sonucunda, klorür iyonu içeren ortamlara karşı korozyon direnci artar. Alüminyum-mangan alaşımlar da, doğal sertlikteki alüminyum malzemelerdir. % 0,8-1,5 mangan içeren alaşımlarının korozyon dayanımı ve işlenebilirliği, arı alüminyum gibidir. Fakat daha yüksek mekanik dayanıma sahiptirler. Çökelmeyle sertleşebilir alaşımlarından olan Al-Cu-Mg alaşımlar ( % 2,8-4,8 Cu ve % 0,4-1,8 Mg), yüksek dayanımları nedeniyle taşıt ve uçak yapımında kullanılırlar. Korozyon dayanımları, bir çok alüminyum alaşımında daha düşüktür. Deniz suyuna karşı dayanıklığı garanti edilemez. Homojenleştirme sıcaklığından çok hızlı soğutulur (en az 400 C/s hizda) ve ardından yaşlandırma yapılırsa korozyon dayanımı arttırılabilir. Yavaş soğutma ve yaşlandırma yapıldığında meydana gelen çökelmeler, interkristalin korozyona ve gerilim çatlağı korozyonuna sebep olurlar. Orta dayanımlı, sertleşebilir Al-Mg-Si alaşımları (% 0,4-3,5 Mg ve % 0,3-1,5 Si), iyi şekillendirilebilirliği nedeniyle yaygın kullanılırlar. Al-Cu-Mg alaşımlarıyla karşılaştırıldığında interkristalin korozyona karşı daha dirençli olduğu görülmektedir. Deniz suyuna karşı dayanımı iyidir. Gemi yapımı dışında, tekstil ve gıda maddeleri endüstrisinde, aparat yapımında ve benzeri yerlerde kullanılır. Fe ve Cu miktarı, korozyon oluşumuna yönelik etki yaptığından, genellikle % 0,5 (Fe) ve % 0,1 (Cu) miktarlarının geçilmesine izin verilmez. Mn ve Cr ilavesiyle, Fe ve Cu elementlerinin olumsuz etkisi azaltılabilir. Al-Zn-Mg alaşımları, orta dayanımlı ve çökelmeyle sertleştirilebilir konstrüksiyon malzemeleridir. Al-Cu-Mg alaşımlarına nazaran daha iyi korozyon dayanımı gösterirler, fakat korozyon dayanımı Al-Mg ve Al-Mg-Si alaşımlarına nazaran daha azdır. Atmosferik koşullarda, alaşımı koruyan siyah kaplama tabakası oluşur. Buna karşılık, su buharı Al-Zn-Mg alaşımlarında şiddetli korozyona neden olur. Ayrıca, gerilim çatlağı korozyonuna da eğilimi vardır. Korozyona duyarlılık, yükselen Mg ve Zn miktarıyla artar. Genel olarak, gerilim çatlağı korozyonunu önlemek için, toplam alaşım miktarının % 5-6 'yı aşmaması gerekir. Daha yüksek alaşım miktarlarında, % 0,1-0,15 krom ilavesi, gerilim çatlağı korozyonunu azaltır. Al-Zn-Mg-Cu alaşımları yüksek dayanımlı, sertleşebilir alaşımlardır. Al-Cu-Mg alaşımlarında olduğu gibi öncelikli olarak mekanik özelliklerinden dolayı kullanılırlar. Kullanım yerlerine örnek olarak, madencilik sektörü, uçak ve makine imalatı verilebilir. Sıcak sertleştirilmiş halde 500 MPa dayanım değeri elde edilir. Al-Zn-Mg alaşımlarında olduğu gibi, % 0,1-0,3 krom ilavesi, gerilme çatlağı korozyonuna karşı eğilimi azaltır. 46
OTOMOTİV ENDÜSTRİSİNDE ALÜMİNYUM VE ALÜMİNYUM ALAŞIMLARI Alüminyum 1800'lü yıllarda keşfedilmiş olmasına karşın gelişmiş bir üretim süreci bulunması ise 1870'li yıllarda gerçekleşmiştir. Buna rağmen alüminyum, her yıl diğer demir dışı metallerin toplamından hacimsel olarak daha fazla üretilmektedir. Alüminyum, dünya üzerinde en çok bulunan 3. elementtir. Günden güne kaynakları azalmakta olan dünyamızda %8 oranında bulunan alüminyumun, yapısal özellikleri de dikkate alınarak alüminyum alaşımları halinde yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Alüminyum ve otomotiv endüstrileri, en yaygın hafif metalin, taşıtlarda kullanımında ortak bir tarihe sahiptirler. Bu ortak tarihin sonucunda günümüzde ortalama bir otomobil çok çeşitli alüminyum parçalar içermektedir. Bunların başında döküm yöntemiyle üretilen silindir kafaları, dişli kutuları, jantları; levha ve ekstrüzyon yöntemiyle imal edilen radyatörler, tamponlar, koltuk rayları, yan çarpma çubukları vs. gelmektedir. Bu parçaların bir araçtaki ortalama ağırlığı 100 kg civarındadır (Toplam ağırlığın %10'u).Her 100 kg ağırlık azaltışında 100 km'de 0,6 litre daha az yakıt tüketilmektedir. Daha az yakıt tüketimi aynı zamanda daha düşük egzoz emisyon değeri ve çalışma maliyeti demektir Alüminyum emniyet, konfor ve güvenilirlikten ödün vermeden ağırlık azalımı için anahtar bir malzemedir. Düşük özgül ağırlığı ve yüksek mukavemeti sayesinde alüminyumun yaygın olarak kullanımı orta sınıf bir otomobilde yaklaşık 300 kg ağırlık azaltışı sağlayabilir. Bu oran, aracın toplam ağırlığının %30'una denk gelmektedir. Geri dönüşüm dikkate alındığında alüminyum diğer tüm malzemelerden daha verimlidir. Alüminyum kalitesinden bir şey kaybetmeden tekrar geri dönüştürülebilir. Yüksek hurda değeri, geri dönüşümü ve tekrar kullanımını garanti etmektedir. Otomotiv sektöründe kullanılan alüminyumun %95'i toplanarak geri dönüştürülmektedir. Bu malzemelerin hurda değeri normal değerlerinin %50 sinin üzerindedir. Hafiflik özelliğinin yanında alüminyum malzeme, boyasız veya kaplamasız olsa bile sudan ve yol tuzlarından kaynaklanan korozyona karşı dayanıklıdır. Görsel olmayan parçalarda çelik için gerekli olan ve ilave maliyet getiren galvanizleme, kaplama veya boyama alüminyum için gerekli olmayabilir. Alüminyum, boyanın çizilmesi veya kalkması durumunda çelik gibi paslanmaz, korozyona dirençlidir. Bazı plastik malzemeler gibi çöl sıcağı, kuzey soğuğu veya UV ışınlarının etkisi sonucunda özellikleri zayıflayarak kırılganlaşmaz. TAŞITLARDA KULLANILAN ALÜMİNYUM ESASLI PARÇALARIN ŞEKİLLENDİRME YÖNTEMİNE GÖRE DEĞERLENDİRİLMESİ ÇİZELGE 1 ve 2 de taşıtlarda yaygın olarak kullanılan alüminyum parçaların şekillendirme yöntemlerine göre sınıflandırılması gösterilmektedir. 47
Çizelge 1 Çizelge 2 TAŞITLARDA ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ KULLANIMI Al ve alaşımları; döküm, levha ve profil halinde taşıt yapımında bir çok parça imalatında kullanılmaktadır. Otomobillerde kullanılan döküm alüminyum alaşımı parçalar bir otomobilin: değişik kutuları, motor sistemi, çerçeve ve bağlantı elemanları, fren sistemi, enjeksiyon sistemi gibi temel gruplarında kullanılır. Çizelge 3'te taşıtlarda yaygın olarak kullanılan alüminyum döküm parçalar ve bunların üretildiği alaşımlar gösterilmektedir. Otomobillerde alüminyum döküm parçaların en çok kullanıldığı alanlar; motor, vites ve aks sistemleridir. 1998 yılında, bir otomobilde döküm alüminyum kullanımı 70 kg olmuştur. Bunun 32 kg kadarı motor aksamında, 31 kg kadarı hareket ve jant sisteminde kullanılmıştır. 48
2008 yılında bir otomobilde 120 kg alüminyum kullanılması ve bu miktarın 45 kg kadarı motor ve vites, 32 kg kadarı ise jant ve hareket sisteminde olması hedeflenmektedir. Alüminyum döküm yöntemiyle üretilen bazı otomobil parçaları Alüminyum döküm yöntemiyle üretilen bazı otomobil parçaları a)yağ karteri, b) su pompası kutusu, c) debriyaj kutusu, d) otomatik vites kutusu 49
TAŞITLARDA ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ KULLANIMI MOTOR PARÇALARI Motor otomobillerdeki en agir ünitelerden birisidir. Bu sebeple alüminyum kullanımı ile çok büyük miktarlarda ağırlık tasarrufu potansiyeline sahiptir. Birçok motor alüminyum motor kapağına sahiptir ve bazılarının motor bloklar da alüminyumdur (şekil 1). Motor parçalar genellikle basınçlı dökümle üretilirler ve bu parçalar kutulara göre daha yüksek mukavemet gerektirirler. Motor aksamında bulunan diğer metalik parçalar mekanik sıkıştırma yöntemi ile yerleştirilirler. Dizel motorlarda alüminyum kullanımı daha azdır. Çünkü bu motorlar benzin motorlarına göre daha yüksek mukavemet gerektirirler. Ayrıca dizel motorlarda gürültü çok önemli bir problemdir. 1995 yılından beri BMW, 6 silindirli motorların yeni versiyonlarını üretmektedir. Dört valf tekniği, bu 6 silindirli benzinli motorların (silindir hacmi 2-2.8 litre) bir yeni jenerasyonudur. Alüminyum motorlarda silindir basıncı dışında silindir krank karteri de hafif metal alaşımlarından üretilmektedir. BMW 6 silindirli motorlar 158 kg civarındadır. Bu motorun ağırlığı diğer malzemelerden yapılmış olanlara göre 31 kg daha hafiftir. Yalnızca silindir krank karterinde 20 kg ağırlık tasarrufu yapılmaktadır. Dört silindirli motorlar uzun zamandan beri İtalya ve İngiltere de alüminyumdan üretilirken, son yıllarda Japonya'ya da sıçramıştır. Bu güne kadar Alman otomobil üreticileri bu tip motorlarda dökme demiri tercih ederken, Porsche 911'de silindir krank karterinde ötektik üstü alüminyum döküm alaşımını denemişlerdir. 1995 yılından beri Ford Fiesta'da 4 silindirli motorların tamamen alüminyum olması aluminyum karşıtı fikirleri değiştirilmiştir. Bu motorlar 1.25 litre silindir hacminde motorlardır (55 kw güç). Bunların motor bloğu özel kum döküm prosesi ile üretilmektedir. Bu tip motorlarla birlikte tüm seri için bir start noktası oluşmuştur. Gelecekte silindir hacminin 1.4 ve 1.7 litreye çıkarılması hedeflenmektedir. Bu motorların motor bloğu ve silindir kapağı Almanya'da döküm yöntemi ile üretilmektedir. Kompleks döküm parçalan için kum döküm yöntemi kullanılmaktadır. Maça üretiminde maça paketleme sistemi tercih edilmektedir. Tek parçalardan oluşmuş komple kum kalıp, soğuk kutu yöntemi ile kum maçalar otomatik ve sürekli bir dökümle üretilirler. Maça paketleme sistemi ile garantili ve yüksek ölçü hassasiyetli, uygun maliyetli yüksek kaliteli alüminyum döküm parçalar üretilebilmektedir. Gelecekte silindir hacminin 1.4 ve 1.7 litreye çıkarılması hedeflenmektedir. Bu motorların motor bloğu ve silindir kapağı Almanya'da döküm yöntemi ile üretilmektedir. Kompleks döküm parçalan için kum döküm yöntemi kullanılmaktadır. Maça üretiminde maça paketleme sistemi tercih edilmektedir. Tek parçalardan oluşmuş komple kum kalıp, soğuk kutu yöntemi ile kum maçalar otomatik ve sürekli bir işlemle üretilirler. Maça paketleme sistemi ile garantili ve yüksek ölçü hassasiyetli, uygun maliyetli yüksek kaliteli alüminyum döküm parçalar üretilebilmektedir. Şekil 1 Yüksek oranda alüminyum kullanılarak üretilmiş yüksek performanslı bir motor 50
AKSLAR Alüminyumun akslarda kullanımı nispeten daha yenidir. Çok zor koşullarda işlev gören bu parçada alüminyum kullanımı yüksek mukavemet, hafiflik ve korozyona dayanım sağlamıştır. Bu uygulamalarda alüminyumun hafifliği aracın sadece genel performansı ve yakıt ekonomisini arttırmakla kalmamakta aynı zamanda titreşim ve gürültüyü de azaltmaktadır (Şekil 2). Şekil 2 Yüksek oranda alüminyum kullanılan bir otomobil arka aksı JANTLAR Alüminyum jantlar bir aracın yaylanmayan ağırlığın önemli ölçüde azaltarak yol tutuş ve hakimiyeti önemli ölçüde arttırır. Paslanmaya karşı hassas değillerdir. Alüminyum jantlar otomobillerde ilk olarak sadece estetik sebeplerle, seçime bağlı donanım olarak sunuldu. Günümüzde alüminyum jantlar birçok araçta standart donanımdır (Şekil 3). Şekil 3 Alüminyum döküm yöntemiyle üretilmiş bir otomobil jantı ALÜMİNYUM GÖVDE Alüminyum; mukavemet, hafiflik, dayanıklılık ve mükemmel çarpışma özellikleri ile uzun zamandır taşıt gövdelerinde kullanılmaktadır. Alüminyum özellikle tır, otobüs gibi ticari araç gövdelerinde ilk tercih edilen gövde malzemesi durumundadır. Örnek olarak: Amerika Birleşik Devletleri Posta Servisi'nin açmış olduğu kamyonet ihalesini 24 yıl gövde ömrü ile alüminyumdan üretilecek bir kamyonet kazanmıştır. Alüminyum gövde panelleri Son 15 yıl boyunca alüminyum gövde panelleri birçok yüksek adetle seri üretilen araçta kullanılmıştır. Alüminyumun orta sınıf bir sedan aracın kaputunda kullanımında %40-60 arası yani ortalama 11kg lık ağırlık kazanımı gerçekleşmektedir. Bu ağırlık kazanımı, son yıllarda araçları belirli bir ağırlık sınıfında 51
kalarak kilitlenmeyi önleyici fren sistemi ABS, hava yastığı gibi yeni özellikleri de ihtiva etmelerine imkân sağlamıştır [14]. Alüminyum gövde paneli uygulamalarında birçok farklı alüminyum alaşım kullanılabilmesine karşın birkaç alaşım bu uygulamalar için daha çekici konumdadır. Alüminyum gövde uygulamaları için üç farklı tip alaşım mevcuttur: Al-Cu alaşımları, Al-Mg alaşımları ve Al-Mg-Si alaşımları. Alüminyum ekstrüzyon gövde profilleri Alüminyumun bundan önce bahsedilen avantajlar ekstrüzyon profiller içinde aynı şekilde geçerlidir. Ekstrüzyon yöntemiyle üretilen alüminyum profiller otomotiv gövde yapılarında yoğun olarak kullanılmaktadırlar. Dünya otomotiv endüstrisi, alüminyum uzay kafes teknolojisi ile araç gövdesi üretiminde hızla ilerlemektedir. Uzay kafes metodunda alüminyum ekstrüzyon profiller direk olarak birleştirilerek kullanılabildiği gibi, döküm veya preste üretilmiş alüminyum parçalara dış panellerin bağlanması yöntemiyle de üretim yapılabilmektedir (Şekil 4). Alüminyum ekstrüzyon gövde profilleri için iki tip alaşım önerilmektedir: 6xxx (Al-Mg-Si) ve 7xxx (Al-Zn-Mg) serileri. Bunların dışındaki birçok alüminyum alaşımlar da ekstrüzyon yapılabilmektedir fakat üretilebilirlik ve performans özellikleri bakımından en iyi sonuçlar bu iki alaşım vermektedir. Şekil 4. Alüminyum çarpma kutusu ÇİZELGE 4 Alüminyum ekstrüzyon alaşımlarının mekanik özellikleri 52