2.4. Alüminyum Alaşımları
2.4.3. Alüminyum alaşımlarının kullanım alanları
Alüminyum hem dövme hem de dökme halde bulunabilir. Dövme alaşımlar, sıcak ve soğuk haddelenmiş sac, levha, çubuk, tel ve folyodan oluşur. En yaygın kullanılan dört döküm yöntemi; kum döküm, kayıp mum dökümü, çelik kalıba döküm ve pres dökümdür.
Bazı alaşımlar ve bu alaşımların ürün halleri ve uygulamaları Tablo 2.4'te listelenmiştir (Mathers, 2002).
Tablo 2.4: Alüminyum alaşımlarının ürün halleri ve kullanım alanları.
Alüminyum Alaşımı Ürün Hali Kullanım Alanı
Saf Alüminyum Folyo, haddelenmiş levha, ekstrüzyon
Ambalaj ve folyo, çatı kaplama, kaplama, düşük mukavemetli korozyona dayanıklı kaplar ve tanklar
2xxx Serisi (Al-Cu) Haddelenmiş levha ve
plaka, ekstrüzyon, dövme Yüksek gerilimli parçalar, havacılık ve uzay ürünleri, ağır iş dövme parçaları, ağır yük taşıt tekerlekleri, silindir kafaları, pistonlar
3xxx Serisi (Al-Mn) Haddelenmiş levha ve
plaka, ekstrüzyon, dövme Paketleme, çatı kaplama ve kaplama, kimyasal variller ve tanklar, proses ve gıda işleme ekipmanları
4xxx Serisi (Al-Si) Tel, döküm Dolgu metalleri, silindir kafaları, motor blokları, valf gövdeleri, mimari amaçlar 5xxx Serisi (Al-Mg) Haddelenmiş levha ve
plaka, ekstrüzyon, dövme, tüp ve boru
Kaplama, gemi gövdeleri ve üst güvertesi, yapısal boru ve boru elemanları, gemiler ve tanklar, taşıtlar, vagonlar, mimari amaçlar
6xxx Serisi (Al-Si-Mg) Haddelenmiş levha ve plaka, ekstrüzyon, dövme, tüp ve boru
Yüksek mukavemetli yapı elemanları, taşıtlar, vagonlar, denizcilikte boru ve boru uygulamaları, mimari uygulamalar.
7xxx Serisi (Al-Mg-Zn) Haddelenmiş levha ve
plaka, ekstrüzyon, dövme, Yüksek mukavemetli yapısal elemanlar, ağır iş uçakları için dövme parçalar, askeri köprüler, zırh plakası, ağır yük taşıtı ve vagon
Alüminyumun yoğun kullanıldığı otomotiv endüstrisine detaylı bakmak faydalı olacaktır.
Otomotiv endüstrisinin hızlı gelişmesine paralel olarak alüminyum alaşımlarının kullanımı da giderek artmaktadır. Bunun en önemli nedenleri; alüminyumun hafif olması yanında mukavemetinin fazla olması, şekil verilebilirliğinin kolay olması ve korozyon dayanımının yüksek olmasıdır. Otomotiv sektöründe en önemli konu olan yakıt tasarrufu için hafif malzeme seçiminin gerekliliği alüminyum alaşımlarını bu alan için ideal malzemeler yapmıştır. Çeliğe göre alüminyumun yaklaşık üç kat daha hafif olması, daha az yakıt tüketimine ve daha az çevre zararına yol açacaktır. Bir otomobilde kullanılan parçaların tamamının geri kazanılabildiği düşünüldüğünde, geri dönüşüm oranının diğer metallere göre çok yüksek olması ve yüksek hurda değeri ile alüminyum bir adım ne
çıkmaktadır. Bunun yanında otomobillere uygulanan çok sayıdaki çarpışma testine göre, alüminyum kullanımıyla otomobilin enerji absorbe etme karakteristikleri iyileştirilebilmektedir. Alüminyumun otomobiller için sağladığı avantajlardan biri de araca kazandırdığı yapısal stabilitedir. Bütün bu özelliklerinin yanında alüminyum malzeme, korozyona karşı dayanıklıdır ve boya veya yüzey kaplaması olmasa bile olsa sudan ve yol tuzlarından etkilenmez. Bazı plastik malzemelerde olduğu gibi çok sıcak, çok soğuk veya UV ışınlarının etkisiyle yapısal değişim göstermez (Başer, 2012;
Yıldırım, 2006).
Günümüzde bir otomobil çok fazla ve çeşitli alüminyum parçalar içermektedir.
Alüminyum kum, pres ve sabit kalıp dökümleri motor yapımında kritik öneme sahiptir;
motor blokları, pistonlar, silindir kafaları, emme manifoldları, dişli kutuları, karterler, karbüratörler, şanzıman gövdeleri ve külbütör kolları kullanılan bileşenlerdir. Fren vanaları ve fren kaliperleri, otomobil tasarımı açısından önemli birçok diğer bileşenden bazılarıdır. Dökme alüminyum jantlar oldukça popülerdir. Alüminyum ekstrüze ve levha ürünlerden ürünleri; kaportalar, bagaj tabanları, parlak kaplamalar, hava girişleri, tamponlar, radyatörler, koltuk rayları, yan çarpma çubukları için kullanılır. Dövme alüminyum alaşımlı jantlar ise birinci sınıf bir seçenektir. Bu parçaların ortalama ağırlığı 100 kg’dır ve bir aracın toplam ağırlığının yaklaşık %10’unu karşılamaktadır. Bir otomobil her 100 kg’lık ağırlık azalmasıyla 100 km’de 0,6 litre yakıt tasarrufu sağlamaktadır (Başer, 2012; Rooy, 1990).
Otomotiv endüstrisinde en çok kullanılan alüminyum alaşımları 5xxx ve 6xxx serileridir.
5xxx ve 6xxx serisi sac alaşımları arasındaki arz dengesi, 6xxx alaşımlarına doğru gittikçe artmaktadır. Üretilen 6xxx alaşımlarının %80'ni, araba üreticileri tarafından satın alınmaktadır. 5xxx serisi alaşımlar mükemmel mukavemet/ağırlık oranına, şekillendirilebilirlik özelliklerine ve tam geri dönüşüm özelliğine sahipken, 6xxx serisi çok yönlü, ısıl işlem yapılabilir, yüksek oranda şekillendirilebilir ve iyi kaynaklanabilir oldukları için daha üstündürler.
6016A alaşımı, aşırı silisyum içeriğine sahiptir ve Avrupa'da ağırlıklı olarak araçlardaki dış paneller için kullanılmaktadır. Alaşım metali olarak bakır (ağırlıkça %0,5 ila 0,9) içeren 6111 alaşımı, 6016A'dan daha yüksek mukavemete sahiptir, ancak korozyona daha az dayanıklıdır. Jaguar ve Land Rover tarafından geliştirilen ve alüminyumun yoğun
olarak kullanıldığı modellerde tercih edilir (bu alaşım ABD'de daha yaygındır).
6016A’nın mukavemeti daha düşüktür ancak 6111'den daha şekillendirilebilir bir alaşımdır.
6451 alaşımı, hem 6111 hem de 6016A'nın özelliklerini birleştirir (ağırlıkça <%0,4 bakır). Bu alaşım hem dış kaplama hem de yapısal uygulamalar için yüksek mukavemet gereksinimlerine göre özel olarak tasarlanmış ve optimize edilmiş ısıl işlem yapılabilir, dengeli bir alaşımdır. T6 durumunda mükemmel mukavemete sahiptir, yaklaşık 350 MPa'lık mukavemet sağlar, bu da şasi ve çapraz eleman gibi yapısal uygulamalar için bu alaşımı ideal yapar.
Geri dönüşüm özellikleri sayesinde 6181A daha yakın zamanda otomotiv elemanı olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu alaşım çoğunlukla iyi şekillendirilebilirlik ve yüksek mukavemet gerektiren 0,9-1,0 mm ölçülerindeki dış paneller için kullanılır.
Alcoa’nın dış paneller için tercih ettiği alaşım, ilk olarak 1996'da 6111’in mukavemeti ve 6016A’nın şekillendirilebilirliğinin bir araya getirildiği 6022'dir. Bununla birlikte, 6022 az oranda bakır (ağırlıkça < %0,11) ve demir (ağırlıkça < %0,20) içeren alaşımdır, bu da hurda alüminyumdan üretilmesini zorlaştırır.
Araba direksiyon mafsallarında kullanılan 6061, 383 MPa’lık çekme gerilmesi ve
%10,7'lik uzamaya sahiptir. Alaşım, az miktarda zirkonyum, çinko ve bakır eklenerek optimize edilmiştir.
Yüksek magnezyum içeriğine sahip bir başka alaşım olan AlMg5Mn (5182), korozyon direnci ve yüksek şekillendirilebilirlik sunar ve iç panellerde yüksek mukavemet ve karmaşık baskılara uygunluğu nedeniyle kullanılır. Bunun kardeş alaşımı 5754 üstün yüzey kalitesi sunar ve yapısal plaka uygulamalarında kullanılır (Djukanovic, 2019).