AA5052/2024 alaşımlarının sürtünme karıştırma kaynağı yöntemiyle birleştirilebilirliğinin araştırılması / Investigation of the joinabilitiy of AA5052/2024 alloys by friction stir welding method

(1)

T.C.

FIRAT ÜN VERS TES FEN B L MLER ENST TÜSÜ

AA5052/2024 ALA IMLARININ SÜRTÜNME KARI TIRMA

KAYNA I YÖNTEM YLE B RLE T R LEB L RL

N N

ARA TIRILMASI

Levent TANRIÖVER

Tez Yöneticisi

Doç. Dr. Ahmet HASÇALIK

YÜKSEK L SANS TEZ

MAK NE E T M ANAB L M DALI

(2)

(3)

T.C.

FIRAT ÜN VERS TES FEN B L MLER ENST TÜSÜ

AA5052/2024 ALA IMLARININ SÜRTÜNME KARI TIRMA

KAYNA I YÖNTEM YLE B RLE T R LEB L RL

N N

ARA TIRLMASI

Levent TANRIÖVER

Yüksek Lisans Tezi Makine E itimi Anabilim Dalı

Bu tez, .../.../.2008 tarihinde a a ıda belirtilen jüri tarafından oybirli i /oyçoklu u ile ba arılı / ba arısız olarak de erlendirilmi tir.

Danı man: Doç. Dr. Ahmet HASÇALIK Üye:

Üye: Üye:

Bu tezin kabulü, Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu’nun .../.../... tarih ve ... sayılı kararıyla onaylanmı tır.

(4)

TE EKKÜR

Bu çalı mamda bana yol gösteren ve yardımlarını esirgemeyen ba ta tez danı manım sayın Doç. Dr. Ahmet HASÇALIK’ a, sayın Doç. Dr. Niyazi ÖZDEM R’ e, sayın Yrd. Doç. Dr. Vedat SAVA ’ a, deneysel çalı maların her a amasında deste ini ve yardımını gördü üm sevgili arkada ım Ö r. Gör. Ula ÇAYDA ’ a, alüminyumların temini için yakın ilgi gösteren letme Müdürü akir PARLAK’ a (Seydi ehir Alüminyum A. .), çekme deneylerinin yapılmasını sa layan ve çekme deneylerinin yapılmasında yardımcı olan sayın Emrah AKÇAY’ a, sayın Metin AKTA ’ a, sayın brahim ERSOY’ a ve sayın Erdal GED K’ e (Noksel Çelik Boru Fabrikası) ve sertlik ölçümlerinin yapılması için yardımını esirgemeyen Kalite Kontrol Daire Ba kanı sayın Hülya ÖZDEM R’ e ve Metalürji Mühendisi Yusuf KÜBRA’ ya (Sakarya Vagon Fabrikası), her zaman yanımda olan ve yardımlarını esirgemeyen sayın Dr. Asım BALBAY’ a (Gazi Anadolu Teknik Lisesi, Teknik Lise ve Endüstri Meslek Lisesi), sayın Cemal KURNAZ sayın Tuncay PEK ve sayın Erdal OPAK’ a (Hendek Anadolu Kalkınma Vakfı ATL ve EML), a abeyim Astsb. Bçv . sayın smail TANRIÖVER’ e (Eski ehir 1. Ana jet üs komutanlı ı) ve yanımda oldu unu bildi im ismini yazmadı ım herkese te ekkürlerimi sunarım. Ayrıca hayat boyunca maddi manevi katkılarını esirgemeyen kızım Zeynep Sude TANRIÖVER ve sevgili e im Nesrin TANRIÖVER’ e te ekkür ederim.

(5)

Ç NDEK LER Sayfa No TE EKKÜR……….IV Ç NDEK LER………..V EK LLER L STES ………..VII TABLOLAR L STES ………..VIII ÖZET………IX ABSTRACT……….XI

1. G R ……….1

2. L TERATÜR ARA TIRMASI……….3

3. ALÜM NYUM ve ALA IMLARI... 6

3.1. Alüminyumun Genel Özellikleri... 6

2.2 Alüminyumun Ala ımlarının Sınıflandırılması... 7

3.2.1. Dövme Alüminyum Ala ımları... 8

3.2.1.1. 1xxx Serisi Alüminyum Ala ımlar... 13

3.2.1. Döküm Alüminyum Ala ımları... 16

4. SÜRTÜNME KARI TIRMA KAYNAK YÖNTEM ... 18

5. METALLER N YORULMASI………22

5.1.Yorulma Mekanizması... 22

5.1.1. Çatla ın Olu ması... 24

5.1.2. Çatla ın ilerlemesi ... 27

5.1.3. Kırılma ... 29

5.2. Kaynaklı Parçaların Yorulması... 31

5.3. Yorulma Deneyi le lgili Terimler... 32

5.4. S-N Diyagramları... 33

5.6. Yorulma Test Numuneleri ... 37

5.6.1. Dairesel Kesitli Numuneler... 38

5.6.2. Dikdörtgen Kesitli Numuneler... 38

5.7. Yorulmaya Etki Eden Faktörler ... 40

5.7.1. Parça Biçiminin Etkisi ... 40

5.7.2. Parça Büyüklü ünün Etkisi... 41

5.7.3.Yüzey leme... 42

5.7.4 Korozif Ortamın Etkisi... 43

5.7.5. Metalürjik Faktörlerin Etkisi... 44

5.7.6. Sıcaklı ın Yorulma Üzerine Etkisi ... 45

5.7.7. Zorlama Alanı Etkisi... 46

5.7.8. Gerilme Gradyanının Etkisi ... 47

5.7.9. Metal Veya Ala ımın So ukta lenmesi... 49

5.7.10. Frekansın Etkisi... 50

5.7.11. malat Yöntemlerinin Etkisi... 50

6. DENEYSEL ÇALI MALAR ... 52

6.1. Çalı manın Amacı... 52

6.2. Kaynak Parametrelerinin Belirlenmesi ... 52

6.3. Karı tırıcı Uçların Hazırlanması ... 53

(6)

7. DENEY SONUÇLARI ve TARTI MA ... 59

7.1. Metalografik nceleme Sonuçları... 59

7.1.1. Makro nceleme Sonuçları ... 59

7.1.2. Mikroyapı nceleme Sonuçları... 60

7.2. Mikro Sertlik Ölçüm Sonuçları... 63

7.3. Mekanik Test Sonuçları ... 66

7.3.1. Çekme Deneyi Sonuçları ... 66

7.3.2. Yorulma Deneyi Sonuçları... 69

7.3.2.1. Kırık Yüzey nceleme Sonuçları... 71

8. GENEL SONUÇLAR ve ÖNER LER... 77

8.1. Genel Sonuçlar... 77

8.2. Öneriler ... 78

(7)

EK LLER L STES Sayfa No ekil 4.1. Sürtünme karı tırma tekni i. a)Dönen kalemin arka yüzü b)Kaynak arka yüzü

c)Omuz d)Kaynak ön yüzü e)Birle im hattı f)Dönen kalemin ön yüzü g)SKK ucu ... 18

ekil 4.2. Karı tırma uç profil örnekleri ... 19

ekil 4.3. Sürtünme karı tırma kayna ında kaynak bölgesinde olu an içyapının ematik görünümü. A: ısının tesiri altındaki bölge (ITAB), B: termodinamik olarak etkilenen bölge (TEB), C: dinamik olarak yeniden kristalle en bölge (DKB)... 20

ekil 5.1 Kayma bantlarının ematik görünü ü . ... 23

ekil 5.2 Tane içi ve taneler arası kırılma... 30

ekil 5.3 Konik – çanak kırılmasının olu umu... 31

ekil 5.4 Yorulma deneyi ile ilgili gerilme- zaman çevrimi... 32

ekil 5.5. Sabit genle meli ve sinusoidal yükleme için S-N e rileri . ... 35

ekil 5.6 ASTM E –466’ya göre eksenel gerilmeli yorulma deneyi numunesi ekilleri... 39

ekil 5.7. Yorulma deney numuneleri ... 41

ekil 5.8. Isı ve yükleme sayısına ba lı olarak çizilen S-N e risi ... 46

ekil 6.1. Deneylerde kullanılan uçların teknik resmi (a), uç açıları (b) ve imalatı (c)... 53

ekil 6.2. Kaynak plakalarının hazırlanması. ... 54

ekil 6.3. Kaynak i leminin uygulanması... 55

ekil 6.4. Çekme numunesinin teknik resmi (a) ve i lenmi hali (b). ... 56

ekil 6.5. Yorulma numunesinin teknik resmi... 56

ekil 6.6. Yorulma deney düzene inin ve numunenin ba lantısı a)Üstten görünüm b) ematik görünüm ... 57

ekil 7.1. Kaynaklı ba lantıların diki yüzeylerinin görüntüleri. ... 59

ekil 7.2. Sürtünme karı tırma kayna ı uygulanan alüminyum ala ımın mikroyapısı. A: Dinamik olarak yeniden kristalle en bölge (DKB), B: Termomekanik etkilenen bölge (TEB) C:, Isıdan etkilenen bölge (IEB), D: Esas malzeme... 60

ekil 7.3. Esas malzemelerden alınan mikroyapı görüntüleri... 60

ekil 7.4. lerleme hızının mikroyapı üzerindeki etkisi (Devir sayısı:1120d/dk) ... 61

ekil 7.5. Devir sayısının mikroyapı üzerindeki etkisi ( lerleme hızı:160mm/dk)... 62

ekil 7.6. Kaynaklı bölgelerde olu an so an halkaları. ... 62

ekil 7.7. TEB bölgesinde olu an deformasyon bantları ve tane yönlenmeleri... 63

ekil 7.8. S1 – S3 numunelerin mikrosertlik grafikler. ... 64

ekil 7.9. SKK kayna ında olu an bölgeler. ... 64

ekil 7.12. S1 – S3 numunelerinin çekme testi sonrası kopma görüntüleri... 66

ekil 7.13. S1 – S3 numunelerin gerilmesi-uzama grafikleri. ... 67

ekil 7.16. S1 – S3 numunelerine ait S/N diyagramları. ... 69

ekil 7.19 S1 numunenin kırık yüzey SEM görüntüsü... 72

ekil 7.20. S2 numunenin kırık yüzey SEM görüntüsü... 72

(8)

TABLOLAR L STES Sayfa No

Tablo 3.1. Alüminyum 1xxx serisinin içerdi i element oranları... 13

Tablo 5.1. Çekme mukavemetine göre yorulma mukavemeti... 49

Tablo 6.1. Deneylerde kullanılan parametreler ve seviyeleri………..53

Tablo 6.1. Deneylerde kullanılan Al ala ımlarının kimyasal bile imleri (%). ... 54

(9)

ÖZET Yüksek Lisans Tezi

AA5052/2024 ALA IMLARININ SÜRTÜNME KARI TIRMA KAYNA I

YÖNTEM YLE B RLE T R LEB L RL N N ARA TIRILMASI

Levent TANRIÖVER Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine E itimi Anabilim Dalı

2008, Sayfa: 82

Alüminyum ve ala ımları, sahip oldukları dü ük yo unluk, yüksek korozyon direnci ve mukavemet gibi özelliklerinden dolayı özelikle havacılık, uzay ve savunma sanayisi gibi alanlarda yaygın kullanılan malzemelerdir. Bu malzemelerin geleneksel kaynak yöntemleri ile birle tirilmeli önemli problemler do urmaktadır. Geleneksel ergitmeli kaynak yöntemlerinde curuf kalıntısı, tünel, gözeneklik, makro düzeyde iç gerilmeler gibi kaynak hataları olu mak da bu da, elde edilen ba lantıların mukavemetlerini önemli derecede dü ürmektedir. Bu sebeple, farklı özelliklere sahip ala ımların birle tirilmesinde, yeni ve alternatif bir katı hal kaynak yöntemi olan Sürtünme Karı tırma Kayna ı (SKK) sahip oldu u birçok avantajdan dolayı tercihli hale gelmi tir. Bu yöntemde ergitme olayının olmayı ı, kaynak esnasında olu an gerilmeleri en aza indirgemekte, ve di er yöntemlere nazaran çok daha az kaynak hatası olu masına yol açmaktadır.

Bu çalı mada, farklı özelliklere sahip ve ticari temin edilmi AA2024 ila AA5052 alüminyum ala ımları, SKK yöntemi ile birle tirilmi tir. Kaynaklı birle tirmelerde, karı tırıcı ucun devir sayısı ve kaynak ilerleme hızı olmak üzere iki farklı parametre, ilgili literatür ı ı ında belirli aralıklarda de i tirilerek, farklı mekanik ve mikroyapı özelliklerine sahip ba lantılar elde edilmi tir. Bütün deneylerde, üçgen piramit profiline sahip bir karı tırıcı uç kullanılmı tır. Elde edilen kaynaklı ba lantıların kaynak bölgeleri optik mikroskopta incelenmi tir. Daha sonra ba lantılara çekme ve yorulma olmak üzere iki farklı mekanik test uygulanmı tır. Yorulma testleri sonucu kırılan numunelerin kırık yüzeyleri taramalı elektron mikroskobu (SEM)’nda incelenmi tir. Sonuç olarak, yapılan kaynaklı birle tirmelerin mukavemetlerinin kaynak parametreleri ile farklılıklar gösterdi i ve uygun parametre seçimi ile kaynak dayanımının arttırılabilece i belirlenmi tir.

Bu çalı ma sekiz bölümden olu maktadır. Birinci bölümde konuya giri yapılmı , ikinci bölümde güncel literatürden örnekler verilerek yapılan çalı manın amacı vurgulanmı tır.

(10)

Üçüncü bölümde alüminyum ve ala ımları, dördüncü bölümde ise SKK yöntemi tanıtılmı tır. Be inci bölümde metallerin yorulması ile ilgili bilgi verilmi , altıncı bölümde deneysel çalı manın yöntemi ve deneylere hazırlık a amaları ele alınmı tır. Yedinci bölümde deneylerde bulunan veriler de erlendirilerek tartı ılmı , sekizinci ve son bölümde ise çalı ma sonunda elde edilen genel sonuçlar ve öneriler verilmi tir.

Anahtar Kelimeler: Sürtünme karı tırma kayna ı, mikroyapı, yorulma testi, mekaniksel özellikler.

(11)

ABSTRACT Master Thesis

INVESTIGATION OF THE JOINABILITIY OF AA5052/2024 ALLOYS BY FRICTION STIR WELDING METHOD

Levent TANRIÖVER Firat University

Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Mechanical Education

2008, Page:82

Aluminium and its alloys have found wide application areas such as aircraft, aerospace and defence industries because of their inherent properties like a strength – to – weight ratio and high corrosion resistance and strength. It is difficult to join these alloys by conventional fusion welding processes. The slag waste, tunnel, porosities and macro inner stresses are the common problems and these defects decrease the strength of welded couples. Thus, it is now preferential to use of Friction Stir Welding (FSW) process, a new and alternative solid state welding method, to join dissimilar different alloys. Many welding defects including stresses can be minimised due to the no melting is occurred.

In this study, different commercial AA2024 and AA5052 aluminum alloys have been welded by FSW process. The rotational speed of stirrer and feed rate parameters were changed in a certain interval according to the literature to explore their effects on mechanical and microstructural properties of welded couples. A triangular pyramid stirrer was used in all experiments. The welding zones were investigated under optical microscopy. The tensile and fatigue tests were employed to study to determine the mechanical properties of welded alloys. The fracture surface of fatigue specimens were examined under Scanning Electron Microscope (SEM). As a result, it is concluded that the mechanical properties of welded couples could be improved by selecting suitable welding parameters.

This study consists of eight chapters. In the first chapter, the subject was introduced. In the second chapter the place of study in the literature was investigated and the aim was pointed out. In the third chapter, the aluminum and its alloys and in the fourth chapter the FSW process was presented. In the fifth chapter, the fatigue behaviors of metals were presented. In the sixth chapter, the method of experimental study and the preparation phases were presented. In the seventh chapter, the experimental results were given and discussed in details. In the eight and final chapter, the general results and recommendations were given.

(12)

1. G R

Günümüzde geli en teknoloji ile birlikte, farklı malzemelerin birle tirilerek kullanılması gereksinimi ortaya çıkmı tır. ki farklı ala ımdaki metal malzemenin birle tirilmesinde en uygun ve yaygın olarak kullanılan yöntem kaynaklı birle tirmedir. Kaynak i lemi sonrasında, kaynak bölgesinin özelliklerinin, birle tirilen farklı ala ımlardaki metallerin özelliklerinden, do al olarak farklıdır ve bu önemli sorunları da gündeme getirmi tir. Kullanılan birçok de i ik kaynak yöntemleri bulunmaktadır ve bu yöntemlerden, ergitme kaynak yönteminin kullanılması, bu sorunları daha da artırmaktadır. Kaynak sonrası olu an ba lantı, birle tirilen her iki malzemenin özelliklerinden farklılık gösterir. Bununla birlikte, birle tirilecek malzemelerin birbirinden farklı ala ımlar olması, hatta bunların çok sayıda bile enden olu ması sonucunda, öngörülebilmesi imkânsız problemlerle kar ıla ılmaktadır.

Ergitme kaynak yöntemlerinin cüruf kalıntısı, porozite gibi kaynak hatalarına açık bir yöntem olması ve so uma nedeni ile makro düzeyde iç gerilmelerin olu ması, bu yöntemlerin önemli dezavantajları olup, kayna ın mukavemetini dü ürmektedir. Bu sebeple farklı bile imdeki malzemelerin birle tirilmesinde e er boyutları ve ekilleri müsaade ediyorsa, bir ergitme olayının olmaması ya da sınırlı olması, çok daha az kaynak hatası içermesi ve minimum kaynak sonrası iç gerilmelere sahip olması nedenleriyle katı hal kaynak yöntemleri, ergitme kaynak yöntemine büyük üstünlük sa lamaktadır[1].

Alüminyum ve ala ımları yüksek mukavemet özellikleri, hafiflikleri, iyi ısıl ve elektrik iletkenlikleri, korozyon dirençleri nedeniyle gıda, kimya, otomotiv, savunma sanayi, havacılık [2] ve gemi in a endüstrileri gibi birçok alanda, oldukça geni bir alanda kullanılmaktadır. Alüminyum 2024-T3 ala ımı uçak gövdesi yapı elemanı olarak kullanıldı ında, kaynak ba lantılarında olu acak çatla ın yayılması, yorulmadaki yüksek gerilimin azalması ve uç noktalardaki zararı minimum düzeyde indirmesi nedeniyle tercih edilir [3]. Ancak bu kadar geni bir kullanım alanı olan alüminyum ala ımlarının, ergitme kaynak yöntemiyle birle tirilmesi, yüksek ısı girdisi nedeniyle mümkün de ildir. Alüminyum ve ala ımlarının birle tirilmesinde katı hal kaynak yönteminin kullanılması zorunluluk haline gelmektedir. Katı-hal kaynak yöntemi Welding Institute (TWI) tarafından 1991’de geli tirilmi ve günümüzde giderek kullanımı artan kaynak yöntemi olmu tur[4, 5]. Sürtünme karı tırma kayna ının (SKK) geli tirilmesi ile plaka eklindeki parçaların birle tirilmesiyle kullanım alanı geni lemi tir. Koruyucu gaz, dolgu elemanı gibi bazı kaynak elemanı kullanılmaması, daha az çarpılma, dü ük artık gerilim, kaynak kusurlarının az olması ve geleneksel gaz-metal-ark kaynak yöntemlerinin hepsinden daha iyi olması avantajları olarak sayılabilir [6, 7]. Kaynak kusurlarını azaltması ve kaynaktaki üretim maliyetini dü ürmesi, roketlerin yakıt tankında [8], demir yolu

(13)

Herhangi bir bo luk, çatlak veya deformasyon meydana gelmeksizin güvenli bir kaynak yapmanın çok zor oldu u birçok malzemeyi kaynaklamayı basitle tirmi tir. Birçok sanayi kurulu u bu tekni i üretimlerinde kullanmak için pilot çalı malar yürütmektedir.

Çe itli mühendislik tasarımlarında birçok makine parçası, kullanım artlarında de i en ve tekrarlanan gerilmelerin bile ik etkisi altında çalı ır. Çalı ma esnasında yükler düzensiz veya periyodik de i imler gösterebilir. Bu artlar altında çalı an makine parçaları çekme ve akma mukavemetlerinin altında kırılabilir. Yorulma adı verilen bu olay ilk olarak 1829 yılında demir zincirleri üzerinde tekrarlı yüklerin etkisini ara tıran W.A.S. Alber tarafından incelenmi tir.

19. Yüzyılın ortalarında demiryolu sistemlerinin hızlı geli meye ba lamasıyla, demir yolu makaslarındaki yorulma kırılmalarının, tekrarlı yüklerin etkileri ile ortaya çıktı ı sonucuna varılmı ve sık kar ıla ılan bir problem olmu tur. Teknolojinin ilerlemesi ile 20. yüzyılın ba larında, yüksek hızlı makineler, yüksek hızlı türbinlerin kullanılması ve havacılık endüstrisinin geli mesiyle yorulma problemlerini anlamak ve önlemler geli tirmek için çalı malar hızla artmı tır. Günümüzde yorulma problemlerini anlamak ve çözebilmek için birçok çalı ma yapılmaktadır.

Sürtünme karı tırma kayna ının önemli özelliklerinden bir tanesi sürtünme karı tırma kaynak yapısının yorulma performansının tahmin edilememesidir. Son yıllarda, çalı malar sürtünme karı tırma kaynak birle tirmesinin yorulma özellikleri[7] ve sürtmenin içindeki SKK i lemin optimizesi ile ilgilidir[11,12]. Birçok ko ul altında, uygun olmayan kaynak parametreleri kullanıldı ında, özellikle geleneksel tahribatsız muayene yöntemlerindeki kaynak içi kusuru gibi, kusurlu kaynak yapma ihtimali olsa da, üstün kaynak kalitesi bulunmu tur. Bu nedenle, SKK nın uygulanmasındaki güvenirli ini artırmak için, di er yorulma performans kusurlarının etkileri ara tırılması zorunludur. Bu çalı mada, SKK’nın yorulma özellikleri, mekanik özellikleri ve kaynak bölgesinin sertlik de i imi incelenmi tir.

(14)

2. L TERATÜR ARA TIRMASI

Son yıllarda alüminyum ve ala ımlarının SKK ile birle tirilmesi amacıyla birçok çalı ma yapılmı tır. Bu çalı malardan bazıları a a ıda kısaca verilmi tir.

Salem ve arkada ları, malzemenin süper plastiklik özelli ini incelemek üzere SKK yöntemini kullanarak haddelenmi AA 2095 alüminyum ala ımının birle tirmesini yapmı lardır. Kaynak sonrası mikro yapıyı optik ve TEM mikroskobuyla incelemi ler ve numunenin süper plastiklik davranı ını ana malzeme ile kar ıla tırıp, malzemenin kaynaktan sonra süper plastiklik özelli ini kaybetti ini bildirmi lerdir [13].

Külekçi ve ık, ticari TS – EN AW – 2014 (AlCu4SiMg) alüminyum ala ımını SKK

yöntemi ve MIG kaynaklı birle tirme yöntemleriyle birle tirmi lerdir. Çalı malarında, 450 d/d sabit devir ve 150 mm/dak ilerleme kullanmı lar, i lem sonrasında numunelere çentik darbe ve e me deneyleri uygulamı ladır. Sonuç olarak SKK yöntemiyle yapılan birle tirmenin mekanik olarak MIG kayna ına göre 2 kat mukavemetli oldu unu tespit etmi lerdir [14].

ık ve Kayaba , yapmı oldukları çalı mada 1050 alüminyum ala ımı levhaları sürtünme karı tırma kaynak yöntemiyle alın pozisyonunda birle tirmi ve ba lantının mekanik özelliklerini incelemi tir. Kaynak ilerleme hızı sabit iken, karı tırıcı ucun devrinin artmasıyla, malzemeye ısı girdisinin arttı ı ve malzemede sertlik ve çekme dayanımının dü tü ünü tespit etmi lerdir. Karı tırıcı uç devri artarken, ilerleme hızı da artırıldı ında; malzemeye giren ısı miktarı azaldı ı için, malzemenin mekanik özelliklerinde bir artı oldu u bildirmi lerdir [15].

Kurt ve arkada ları, SKK’ında kaynak hızının birle tirmeye etkilerini ara tırmı tır. 5x50x150 mm ebatlarındaki Al plaka 800 dev/dak dönen AISI1050 çelik malzemeden helisel ekilli uç ile birle tirilmesi yapılmı tır. Kaynak ilerleme hızı 6.25, 10, 16 ve 20 mm/dak olarak uygulamı lardır. Al malzemelerin SKK yöntemi ile ba arılı bir ekilde birle tirildi ini belirtmi lerdir. SKK ile birle tirilen numunelerin kaynak diki i dı ından ve toparlanma bölgesi ile ITAB arasından koptu unu bildirmi lerdir. Kaynak ilerleme hızına ba lı olarak kopma mukavemetinin az da olsa arttı ını açıklamı lardır. Kaynak ilerleme hızının artmasıyla da malzeme yüzeyinde meydana gelen ondülelerin (kenar çapa ı) azaldı ını bildirmi lerdir [16].

Yutaka ve arkada ları, 1050 Al ala ımı ve AZ31 Mg ala ımının birle tirilmesini sürtünme karı tırma kaynak yöntemi ile yapmı lardır. Sürtünme karı tırma ucunun devrini 2450 dev/dk ve ilerleme miktarını 1.5 mm/sn seçmi ler ve uç ile i parçası arasında 30_{’lik bir açı}

kullanarak saat ibresi tersi yönünde karı tırma yapmı lardır. Çalı malarının sonucunda, kaynak bölgesinde oldukça yüksek miktarda Al12Mg17 intermetalik bile i inin olu tu unu ve kaynak

(15)

Zhu ve di erleri, yapmı oldukları çalı mada 300 dev/dk ve 500 dev/dk olmak üzere iki farklı uç devri seçerek 304 paslanmaz çeli in SKK yöntemiyle birle tirilmeleri anında olu an sıcaklık ve artık gerilmeleri sonlu elemanlar yöntemiyle çözmü lerdir [18].

Sato ve di erleri, 5052 Al ala ımını SKK yöntemiyle birle tirmi lerdir. Kaynak i lemi sonrasında, kaynak bölgesinde da lama i lemi yaparak yayılmalı elektron mikroskobu ile yerel olarak bölgeyi incelemi ler ve izlenen yolun lineer olmadı ını (zikzak eklinde oldu unu) tespit etmi ler ve kaynak diki i üzerinde Al2O3 partiküllerinin olu tu unu gözlemlemi lerdir

[19].

Boz ve Kurt yapmı oldukları çalı mada 1000 d/d devir ve 200 mm/dak sabit ilerleme parametrelerinde karı tırıcı uç profilini de i tirerek Al 1080 alüminyum ala ımını SKK yöntemiyle birle tirmi lerdir. Çalı malarında kare kesitli, 0.85 mm, 1.10 mm, 1.40 mm ve 2mm adımlı vidalı uçlar kullanmı lardır. lem sonrasında kaynak bölgesinde rekristalizasyon bölgesi, yeniden katıla mı bölge ve esas malzeme olmak üzere üç farklı bölgenin olu tu unu tespit etmi ler ve mekanik testler neticesinde en mukavemetli birle menin küçük adımlı vidalı uçta, en mukavemetsiz birle menin ise kare kesitli uçta gerçekle ti ini belirtmi lerdir [20].

Ouyang ve arkada ları, 6061-T4 alüminyum ala ımını sürtünme karı tırma kaynak yöntemiyle bakırla birle tirmi ve sıcaklık da ılımı ile mikro yapı dönü ümlerini incelemi lerdir. SKK ile birle tirilen farklı ala ımların, mekanik karı ma bölgesinde CuAl2,

CuAl, ve Cu9Al4 gibi intermetalik bile iklerin yanı sıra az miktarda –Al ve bakır içersinde

doymu katı Al çözeltisi bulundu unu belirtmi lerdir. Al 6061-T4 tarafındaki sıcaklı ın 580 0_C

oldu unu ve bunun Al-Cu ötektik noktasının üzerinde oldu unu, bu sıcaklı ın kaynak metali ve karı tırıcı elemanın uç kısmının ara yüzeyinde daha yüksek oldu unun sanıldı ını belirtmi lerdir[21].

Zhao ve arkada ları, 2014 Al ala ımının SKK yönteminde uç geometrisinin birle tirme ve mekanik özellikler üzerindeki etkisini ara tırmı lardır. Uç profili olarak konik, vidalı konik, silindirik ve vidalı silindirik uçlar kullanılmı tır. Mikro yapı ve mekanik testler sonucunda vidalı konik ucun en iyi birle tirmeyi yaptı ını, kusursuz bir kaynak diki i sa ladı ını, kaynak metal tanelerinin çok iyi oldu unu ve çökelme da ılımlarının dengeli oldu unu bildirmi lerdir [22].

Zhou ve arkada ları, 4 mm kalınlı ındaki 2024-T3 Al ala ımlarının SK kaynak yöntemiyle birle tirerek, yönteminin temel kusurlarının yorulma özellikleri üzerindeki etkisini ara tırmı lardır. Yorulma deneyleri 100 kN yük kapasitesi olan yüksek frekanslı deney cihazında, sinüs yük-zaman fonksiyonu gerilim oranı R ( min/ max) 0,1 ayarlanmı ve salınım

frekansı 85–90 Hz aralı ında olacak ekilde uygulanmı lardır. 2024-T3 Al sürtünme karı tırma kaynak ba lantısının mikro yapısını, temel malzeme içinde sıcaklıktan etkilenen bölge (ITAB),

(16)

termo-mekaniksel etki bölgesi (TEB) ve kaynak madeni (Nugget) olarak dört bölümde incelemi ler. lerleme tarafındaki sınır, yana çekilen taraftan daha belirgin oldu unu, alt yüzeye dikey yakla ık 0,31-0,33 mm. uzunlukta açıkça belli siyah bir çizgi bulundu unu bildirmi lerdir. Bu siyah çizgiden temel kusur gibi söz edilebilece ini ve optik mikroskop deneyi için X-ray yöntemi haricindeki tahribatsız yöntemle tespit edilemedi ini belirtmi lerdir. Temel kusurlar, 4 mm. kalınlıkla (yapılan) SK kayna ının yorulma performansı üzerinde açık bir etkisi oldu unu belirtmi lerdir. Kusurlu SK kayna ının yorulma ömrü, serbest kusurlu kaynaktan 33–80 süre daha kısa oldu unu ve yorulma karakteristik de erleri 2x106_çevrimde,

kusurlu kaynak için 120,6 MPa dan 54,7 MPa’ a dü ürdü ünü tespit etmi lerdir. Temel kusurlar kolayca yorulma çatla ına sebep oldu unu, böylece SK kayna ının çatlak ba lama süresini büyük oranda kısaldı ını bildirmi lerdir. Temel kusurlar içermesine ra men, aynı ko ulda SK kaynaklarının füzyonu için çok yüksek ihtiyaçlara cevap verebilen gerçekten iyi bir yorulma özelliklerine sahip oldu unu ve literatürdeki gerçek de erlere yakın bir sonuç bulduklarını belirtmi lerdir. SKK’nda, her yerde kabul edilen kalitede güvenli olmadı ını ve uluslar arasında birle tirilerek geli tirilmesine ve uluslar arası standartlara ula tırılmasına ihtiyaç oldu unu belirtmi lerdir [23].

(17)

3. ALÜM NYUM ve ALA IMLARI 3.1. Alüminyumun Genel Özellikleri

Metallerin geli me sürecinde, alüminyum kadar önemli rol oynayan az sayıda metal bulunur. Alüminyum 1800’lü yılların ba ında ke fedilen bir metal olmasına kar ın, kendine has özellikleri ile çok eski ça lardan beri bilinen, a aç, bakır, demir ve çelik gibi birçok malzemeden daha çok önem kazanmı ve daha çok miktarda kullanım alanına sahip olmayı ba armı tır.

Alüminyum yeryüzünde de oksijen ve silisten sonra en bol bulunan maddelerden biridir. Metal olarak silisyumdan sonra yeryüzünde en bol bulunan metaldir. Alüminyum 1820 yılında ke fedilen ve yeryüzünde %8 oranında bulunan bir metaldir. Dolayısıyla hammaddelerden Alüminyum üretimi dünyadaki bugünkü tüketim hızına göre 1000 yıl yetecek kadardır. Alüminyumun yeryüzündeki en önemli hammadde bile i i boksittir (Al2O3xH2O).

Alüminyumun sembolü Al, atom a ırlı ı 27 gr/mol, yo unlu u ise 2.7 gr/cm3_{dür. Erime noktası}

660 o_{C, kaynama noktası ise 2300}o_{C’dir. Termal iletkenli i (K), 2.37 W/cm/k (25}o_C’de),

elektrik iletkenli i %64,94 ACS (Saf alüminyum ve 25 o_{C sıcaklık için) dır. Alüminyum sert,}

hafif a ırlıklı ve korozyona dayanıklı, dü ük yo unluklu bir metaldir. Alüminyum çelikten 1/3 oranında daha hafiftir. Alüminyum yüzeyinde olu an alüminyum oksit; neme, sıcaklı a ve di er kimyasallara kar ı alüminyum malzemelerin daha dayanıklı olmasını sa lar. Alüminyum magnetik ve yanıcı olmayan elektronik sanayinde geni olarak kullanılan bir metaldir [24].

Alüminyum, hava artlarına, yiyecek maddelerine ve günlük ya amda kullanılan pek çok sıvı ve gazlara kar ı dayanıklıdır. Alüminyum’un yansıtma kabiliyeti yüksektir. Gümü i beyaz renginin bu özelli e olan katkısı ile beraber gerek iç gerekse dı mimarî için cazibeli bir görünüme sahiptir. Alüminyumun bu güzel görünümü, anodik oksidasyon (eloksal), lâke maddeleri vs. gibi uygulamalar ile uzun müddet korunabilir. Hatta, birçok uygulamada tabii oksit tabakası bile yeterli olur. Çe itli alüminyum ala ımlarının mukavemeti, normal yapı çeli inin mukavemetine denk veya daha yüksektir. Elastik bir malzemedir. Bu nedenle ani darbelere kar ı dayanıklıdır. Ayrıca, dayanırlı ı dü ük sıcaklıklarda azalmaz. (Çeliklerin, dü ük sıcaklıklarda ani darbelere kar ı mukavemeti azalır.) lenmesi kolay bir metaldir. Öyle ki, kalınlı ı I/100 mm. den daha ince olan folyo veya tel haline getirilebilir. Isı ve elektri i bakır kadar iyi iletir.-Alüminyum’a ekil vermek için döküm, dövme, haddeleme, presleme, ekstrüzyon, çekme gibi tüm metotlar uygulanabilir.

(18)

2.2 Alüminyumun Ala ımlarının Sınıflandırılması

Yer kabu unda en çok bulunan ikinci metalsel element olan ve günümüz endüstrisinde çelikten sonra en fazla kullanılan alüminyum ve alüminyum ala ımları; hafif olmaları, iyi ısıl ve elektrik iletkenlikleri, artırılabilen mukavemet özelikleri ve korozyona kar ı dirençleri nedeniyle mühendis ve tasarımcılar için günümüzde önemli bir malzeme konumundadır. Özellikle son yıllarda, enerji tasarrufuna dönük çalı malar, daha az yakıt harcayan hafif ve ekonomik ta ıtların üretimini gündeme getirmi ve alüminyum ala ımları, otomobillerde, otobüslerde, trenlerde, deniz ta ıtları yapımında öncelikli olarak tercih edilen metalsel malzemeler olmu tur. Esasında bu ala ımlar, uzun yıllardır havacılık endüstrisinde kullanılmakta olan malzemelerdir ve artırılmı mukavemet ve darbe özelikleri sayesinde savunma sanayinde de kullanıma girmi lerdir

Alüminyum ve alüminyum ala ımları, günlük ya antımıza kadar girmi ve ya amımızın ayrılmaz bir endüstriyel malzemesi konumuna gelmi tir. 19. yy.da yeni tür metal ala ımları arayı ı içinde olan bilim adamları, alüminyumun eldesiyle yeni bir metal türünün ortaya çıkmasının birçok problemi çözebilece ini dü ünmü lerdir. Az miktarlarda üretimi için oldukça pahalı olan, fazla enerji tüketen alüminyum, altından daha de erli bir metal konumuna gelmi tir. Günümüzde alüminyum ve alüminyum ala ımları, gıda, kimya, otomotiv ve gemi yapım, ta ıt yapım, uçak yapım endüstrisi, makine ve cihaz yapımı ile mimari alanda ve in aat sektöründe geni kullanım alanına sahiptirler ve birçok özelikleri nedeniyle mühendis ve tasarımcılar için tercih edilen malzemeler konumuna gelmi lerdir. Alüminyumun ilk ticari uygulamaları, ayna çerçeveleri ve tepsilerde görülmü ; ana ürün olarak pazara sunulmu , zaman içinde kullanımıyla do rudan veya dolaylı olarak her yönüyle modern hayatta çe itli uygulama alanları bulmu tur[25,26]. Çelikten sonra günümüz endüstrisinde, en fazla kullanılan metalsel malzeme olan ve yer kabu unda en çok bulunan, ikinci elementtir. Mühendislik uygulamalarında ekonomikli iyle ön plana çıkan, bir metal olan alüminyum ve alüminyum ala ımları; hafiflikleri, iyi ısıl ve elektrik iletkenlikleri, artırılmı mukavemet özelikleri ve korozyona kar ı dirençleri nedeniyle mühendis ve tasarımcılar için tercih edilen malzemeler konumuna gelmi tir. Alüminyum, endüstriyel malzemeler içinde son ke fedilen metallerden biridir ve bu ala ımların kullanım alanının yaygınla masında savunma, otomotiv ve havacılık endüstrisinin büyük bir katkısı olmu tur[25,26,27].

Alüminyumun en önemli özelikleri olarak; özgül a ırlı ının dü ük olması, elektri i ve ısıyı çok iyi bir ekilde iletmesi, çok yumu ak ve sünek olması ile bazı ala ımlarının çökelme yolu ile sertle tirilebilmesi sayılabilir.

(19)

Alüminyumun ergime sıcaklı ı dü ük, buna kar ın kendini çekmesi çok fazladır, bu bakımdan döküm yolu ile ekillendirme için saf alüminyum yerine, alüminyum ala ımları tercih edilir.

Alüminyum saflık derecesine göre sınıflandırılır. Mekanik özelikleri, içeri indeki Si, Fe, Ti, Cu ve Zn gibi elementlerin etkisi ile yükselmesine kar ın kimyasal maddelere kar ı olan direnci azalır; mekanik özelikler alüminyuma uygulanan ekil verme i lemine ba lı olarak ta büyük ölçüde de i ir.

Alüminyum % 99.0- 99.5- 99.8- 99.99 safiyet derecelerinde üretilir; % 99.99 saflıktaki alüminyum yüksek nitelikte saf alüminyum olarak tanımlanır ve burada fiziksel ve mekanik özelikler belirli bir ekilde kendini gösterir. Bu alüminyum yumu aktır ve kolay i lenebilir, ısı ve elektri i iyi iletir, ı ı ı iyi yansıtır ve korozyona kar ı oldukça dirençlidir.

Alüminyum yarı mamul veya mamuller üretildikten sonra belirli fiziksel özelliklere sahip olmaları için bazı i lemlerden geçirilirler.

Endüstride kullanılan alüminyum ala ımları; dövme ve döküm alüminyum ala ımları olarak üretilmektedir. Özellikle dövme alüminyum ve alüminyum ala ımlarının ısıl i lem uygulanamayan (so uk ekil de i tirme sertle tirmeli) ve ısıl i lem uygulanabilen (çökelme sertle tirmeli) birçok türü ta ıt yapım endüstrisinde (otomobil, raylı ta ıt, zırhlı ta ıt vb.), uçak ve uzay araçları yapım ve gemi yapım endüstrisinde geni uygulama alanı bulmaktadır. Bunlar; 2xxx, 5xxx, 6xxx ve 7xxx serisi alüminyum ala ımlarıdır.

Alüminyum ala ımları, ala ım elementlerinin çok farklı etkileri dolayısı ile birbirinden çok farklı özelliklere sahiptirler ve bunlar genellikle dövme ve dökme alüminyum ala ımları olmak üzere iki ana gruba ayrılırlar.

3.2.1. Dövme Alüminyum Ala ımları

Bu türe giren ala ımlar Cu, Mg, Mn, Si ve Ni gibi elementler içerirler; ço u kez önce sürekli döküm yöntemi ile blok biçiminde elde edildikten sonra, homojenle tirme tavı uygulanır, haddeleme veya ekstrüzyon ile biçimlendirilirler. Döküm yapısındayken tane sınırlarında olu an sürekli gevrek fazlar, ekillendirme sırasında parçalanır ve ana kütleye da ılır ve böylece ala ım so uk ekillendirmeye uygun duruma geçer[28].

Dövme alüminyum ala ımlarının simgelendirilmesi ve standartla tırılmaları ilk olarak sistematik biçimde 1954 yılında Alüminyum Birli i tarafından gerçekle tirilmi tir. Çe itli ülkelerin ulusal standartlarında farklı simgelendirme ile tanımlanan dövme alüminyum ve alüminyum ala ımlarının simgelendirilmesi ve kimyasal bile imleri EN 573-3: 1995’te

(20)

tanımlanmı tır. Ülkemizde de TS EN 412/Ocak 1987 “Biçimlenebilen Alüminyum ve Alüminyum Ala ımları- Kimyasal Bile imi” olarak standartla tırılmı lardır. Bu konudaki TS EN standardı hazırlık a amasındadır.

De i ik serilerdeki alüminyum ala ımlarının karakteristiklerinde dikkate alınacak farklılıklar bulunmaktadır ve bunlar ala ımların uygulama alanlarında farklılıklar yaratmaktadır. Önceden bahsedilen seriler içinde iki belirgin farklı alüminyum türü oldu unu kabul edilmektedir. Bunlar ısıl i leme tabi tutulabilen ve bu sayede mukavemetleri artırılabilen alüminyum ala ımları ve ısıl i leme tabi tutulamayan alüminyum ala ımlarıdır. Ark kayna ı uygulamalarının bu iki tür ala ım serisi üzerindeki etkileri göz önünde tutuldu unda bu fark özellikle önemlidir

EN 573’e göre standart gösterimleri verilen alüminyum ve alüminyum ala ımları içinde en çok kullanılan ala ımlar 1xxx, 2xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx ve 7xxx serisi ala ımlardır. 1xxx, 3xxx ve 5xxx serisi dövme alüminyum ala ımları ısıl i lem uygulanamayan türlerdir ve bunlar yalnızca ekil de i imiyle sertle tirilebilirler. 2xxx, 6xxx ve 7xxx serisi dövme alüminyum ala ımları ise ısıl i leme tabi tutulabilirler. 4xxx serisi hem ısıl i leme tabi tutulabilir hem de ısıl i leme tabi tutulamaz ala ımlar içerir[26].

Isıl i leme tabi tutulabilir ala ımlar, en yüksek mekanik özeliklerini en genel olarak çözeltiye alma ısıl i lemi ile kazanırlar. Çözeltiye alma ısıl i leminde ala ım, çözelti içine ala ım elementleri veya bile ik katmak için yakla ık 530°C‘ye kadar ısıtılır, arkasından hızlı so utma gelir, bu i lem; oda sıcaklı ında a ırı doymu çözelti sa lamak için genelde su içinde yapılır. Genellikle bunu, ya landırma ısıl i lemi takip eder. Ya landırma; istenen akma özelikleri için, a ırı doymu çözeltiden bir miktar element veya bile i in çökeltilmesidir. Burada, çökelme sonucunda tanelerin içinde, ı ık mikroskobu ile seçilemeyen çok ufak zerreler olu ur. Bu submikroskobik zerreler kafeste kaymayı önler böylece ala ım sertle ir, akma ve çekme mukavemeti yükselir.

Isıl i leme tabi tutulamayan ala ımlar en yüksek mekanik özeliklerini, sertlik ve mukavemeti artırma yöntemi olan so uk ekil de i tirme sertle tirmesi ile kazanırlar. Bu yöntem ülkemizde hala geçerlidir.

Alüminyum’a çe itli özellikler vermesi için çe itli metaller karı tırılır. lave edilen metallere göre sınıflandırma yapılır. Bir ala ım 4 rakamdan olu an notasyon ile tanımlanır. Birinci rakam, alüminyum ilâve edilen esas metali gösterir. A.B.D normlarına göre;

(21)

3XXX : Manganezli alüminyum ala ımı 4XXX : Silisyum’lu alüminyum ala ımı 5XXX : Magnezyum’lu alüminyum ala ımı

6XXX : Silisyum ve magnezyum’lu alüminyum ala ımı 7XXX : Çinko’lu alüminyum ala ımı

8XXX :Demir ve Silisyum’lu alüminyum ala ımı

9XXX :Yeni bulunan ala ımlar (Örnek: Lityum’lu ala ımlar)

Döküm veya biçimlendirilmek suretiyle elde edilen, Alüminyum ve alüminyum ala ımlarının ısıl i lem durumları, 6061-T6, 6063-T4, 5052-H32 ve 5083-H112 ala ımlarının gösteriminde oldu u gibi ala ım numaralama sistemini ısıl i lemle bir tire ile birle tiren, serilerin harflerini ala ım gösterim numarasının takip etti i sistemdir ve bu gösterim tüm standartlarda aynıdır.

Esasen 4 tür ısıl i lem göstergesi kullanılmaktadır. Bunlardan (O) tavlı ; (F) fabrikasyondan sonraki hali ; (H) rekristallizasyon sıcaklı ının altındaki sıcaklıklarda yapılan plastik ekillendirme sonucu sertlik ve mukavemetin artı ı (T) ısıl i lem halini göstermektedir. (W) solüsyona alma ısıl i lemlerinden sonraki kalıcı olmayan yapıyı göstermekle beraber, ayet zamanı verilmi ise o takdirde belirli bir ısıl i lem ifade edilmi olmaktadır.

Çe itli ısıl i lemlerin niteliklerine ait açıklamalar a a ıda verilmi tir. F: Fabrikasyondan sonraki hali (üretildi i gibi)

Bu hal; Mukavemet veya sertli ini de i tirmek amacıyla hiçbir ilave i lem yapılmaksızın, imâl edildikten sonraki fiziksel yapısını belirtmektedir. Biçimlendirilen alüminyum ala ımlarının mekanik özelliklerinin hiçbir garantisi yoktur. Döküm hali için, örne in 43-F i areti kullanılmaktadır.

0: Tavlı, rekristallize olmu hali:

Biçimlendirilebilen alüminyum ala ımlarının en yumu ak halidir.

H: Genellikle, yassı ürünler (levha/sac) için kullanılan bir notasyondur. So uk biçimlendirme (Rekristallizasyon sıcaklı ının altında yapılan plastik ekillendirme) sonucu ve kısmi bir yumu ama elde etmek üzere ilave ısıl i lemin yapılıp yapılmamasına ra men biçimlendirilebilen alüminyum ala ımlarında elde edilen mukavemet ve sertlik artı ını ifade eder.

(22)

(H) dan sonra ekseriya iki veya daha fazla rakam vardır. lk rakam, esas i lemleri ifade eder. Daha sonraki rakamlar, plastik ekillendirme sınırları içindeki nihai fiziksel özelliklerini belirtir.

Bu rakamların ifade etti i özellikler a a ıda belirtilmi tir:

H 1: Plastik ekillendirme sınırları içinde sadece ekil verilmi tir. kinci rakam, yapılan so uk i lemi ifade etmektedir. öyle ki; 8 rakamı eri ilebilen en sert hali ifade eder. Böylece (H18) Bu sonucu gösterir. En sert ile yumu ak arasındaki orta sertlik (H14) eklinde ifade edilir. Aynı ekilde dörtte bir sertlik ise (H12) eklinde belirtilir.

Üçüncü rakam, ekseriya ayrı özellikleri belirtmek için kullanılır.

öyle ki ; (H141), (H14) sa ladı ı aynı minimum özellikleri vermekle beraber maksimum de erler standart de erlere daha çok yakındır. Üçüncü rakam, (H14) den daha farklı de erleri ifade etmekle beraber (H13) veya (H15) in yerine kaim olacak ölçüde de ildir. Çok sert özellikler, üçüncü rakam olsun veya olmasın, ikinci rakam olarak (9) kullanıldı ı zamanı belirtilirler. (H112) i areti “kontrollü” olarak, F-ısıl i lem halinin garanti edilmi mekanik özelliklerini gösterir.

H 2: Plastik ekillendirmeden sonra kısmi tav halini ifade eder. Ala ımın plastik ekil alma sonucu belirli bir mukavemet ve sertlik sa ladıktan sonra kısmen tav yapılarak bu de erlerin istenen sınırlar içine indirilmesi demektir. Bu durum, ilk rakamın 2 olarak yazılması ile belirtilir. stenen kalıcı mukavemet ve sertlik (H1) de oldu u gibi ikinci rakam ile belirtilir. Örne in: H28 tam sert, H24 yarı sert’i ifade eder. Oda sıcaklı ında ya lanma yumu aması sa layan ala ımların H2 hali H3 ün fiziksel özelli ine e it olmaktadır. Di er ala ımlar bahis konusu oldu unda, H2 hali yakla ık olarak H1’in fiziksel özelliklerine e it olmakla beraber, uzama kat sayısı biraz daha fazladır.

H 3: Plastik ekillendirme ve bilahare stabilizasyon hali. Magnezyum ihtiva eden alüminyum ala ımları dü ük sıcaklıklarda ısıtılmak suretiyle stabilize edilerek mukavemetleri biraz azaltılırken onların ekil alma özellikleri artırılmaktadır. Bu i lem yapılmaz ise, bahis konusu de i iklik oda sıcaklı ında çok uzun sürede meydana gelir. Bu i lem (H) dan sonraki üçüncü rakam ile ifade edilmektedir. Plastik ekillendirme i lemi de (H) dan sonraki iki veya ilk rakam ile ifade edilir.

W: Solüsyona alma ısıl i leminden sonraki kalıcı olmayan yapıyı ifade eder. Bu hal do al ya lanmadan (natural aging) ötürü, ya lanma süresinin verilmesi ile belirtilmi olur. Örne in 2024 W (1/2 saat), 7075 W (2 ay) vb.

(23)

I: F,O,H halleri dı ında, yapıda stabilizasyon sa lanması amacıyla uygulanan ısıl i lemleri belirtmektedir. Bu harf plastik ekillendirme yapılsın veya yapılmasın yapının stabil hale gelmesi için uygulanacak ısıl i lemi ifade eder. T harfinden sonra 2’den 9’a kadar rakam eklenebilir. Bu rakamlar uygulanacak belli ba lı i lemleri gösterirler. 6061-T6 rumuzu alındı ında, bahis konusu ala ım için esas i lem’e ilave olarak de i ik özellikleri sa layacak ekilde ayrı i lemlerin uygulanması istendi inde bu esas rumuza ilaveler yapılmaktadır. öyle ki; 6061-T62’de oldu u gibi.

Oda sıcaklı ında tabii ya lanma, esas ısıl i lemler yapılırken veya yapıldıktan sonra uygulanabilmektedir. Süre, metalürjik açıdan önem ta ıyorsa o zaman kontrol edilir. Fakat aksi halde belirtilmemi olur.

T: T notasyonu, ısıl i lem yapılarak elde edilen temperleri ifade eder. Isıl i lemlerinin de i ik türleri, a a ıdaki harf ve rakam göstergeleriyle ifade edilmektedir.

T1: Sıcak i lemden sonra so utulur ve do al ya lanma ile kararlı duruma getirilir. T2: Sıcak i lemden sonra so utulur, so uk i lemden geçirilir ve do al ya lanma ile kararlı duruma getirilir.

T3: Solüsyona alma ısıl i lemi uygulanır, so uk i lemden geçirilir ve do al ya lanma ile kararlı duruma getirilir.

T4: Solüsyona alma ısıl i leminden geçirilir, do al ya lanma ile kararlı duruma getirilir. T5: Sıcak i lemden sonra so utulur ve yapay ya lanma ile sertle tirilir (Termik ısıl i lemi)

T6: Solüsyona alma ısıl i leminden geçirilir ve yapay ya lanma ile sertle tirilir (Termik ısıl i lemi)

T7: Solüsyona alma ısıl i leminden geçirilir ve yapay a ırı ya lanma yapılır.(Termik ısıl i lemi)

T8: Solüsyona alma ısıl i leminden geçirilir, so uk i lemden geçirilir, ve yapay ya lanma yapılır (Termik ısıl i lemi)

T9: Solüsyona alma ısıl i leminden geçirilir, yapay ya lanma yapılır (termik ısıl i lemi) ve so uk i lemden geçirilir.

T10: Sıcak i lemden so utulur, so uk i lemden geçirilir ve yapay olarak ya landırılır (Termik ısıl i lemi).

(24)

3.2.1.1. 1xxx Serisi Alüminyum Ala ımlar

Bu ala ımları a ırlık itibarıyla en az % 99 alüminyum olan ve içerisinde silisyum ve demir de içerirler. % 0,12 bakır ilave edilerek dayanım artı ı sa lanabilir. Bu ala ımlar büyük oranda haddelenerek levha veya folyo haline getirilerek kullanılırlar. 1100 Ala ımının tavlanmı halde çekme mukavemeti 90 MPa’dır.

Bu alüminyumlar ya landırılamaz ve ısıl i lem uygulanamaz. çerdi i di er herhangi bir element a ırlık itibariyle Tablo 2.1’de belirtilen oranları geçmez.

Tablo 3.1. Alüminyum 1xxx serisinin içerdi i element oranları.

Element A ırlık itibariyle oranı (%)

Fe+Si ( demir+silisyum) Di er elementlerin her biri

1 0,1 (1) Di er elementler, örne in; Cr, Cu, Mg, Mn, Ni, Zn.

(2) Bakırın %0,1’den fazla fakat %0,2 veya daha az olması, içerdi i krom ve manganezin %0,05’i geçmemesi artıyla kabul edilir.

Ala ımlı alüminyumun içerdi i di er elementlerin en az biri veya demir ve silisyum birlikte alındı ında, a ırlık itibariyle yukarıdaki tabloda belirtilen orandan daha fazladır veya bu ala ım elementlerinin a ırlık itibariyle toplam miktarı % 1’den fazladır.

Ala ım elemanı olarak kullanılan bakırın, dökme alüminyum ala ımlarında tala kaldırma özelli ini geli tirirken korozyon direncini dü üren bir etkiye sahiptir.

Bu seri ala ımlar ya landırılabilir ve ısıl i lem uygulanabilir, birço una bakırın yanında magnezyum ve dü ük miktarda di er elementler eklenir. 2xxx serisi ala ımların birim a ırlık dayanımının yüksek olması gereken uçak sanayi gibi alanlarda kullanılır. Bu ala ımlar katı eriyik mukavamentlenmesi ve çökelti sertle mesiyle dayanım kazanırlar.

2014 Ala ımı :(% 4.5Cu - % 0.8Si - % 0.8Mn - % 0.4Mg) Yüksek mukavemetin ve bununla ilgili olarak iyi i lenebilirli in ve yüksek sertli in istendi i durumlarda kullanılır. Uçak teçhizatının yapımında geni olarak kullanılır.20ºC’deki yo unlu u 2.80 gr/cm³’tür. 260–480ºC

(25)

arasında sıcak çalı abilir. Tam tavlama için 412ºC’de 2–3 saat bekletilir. Sonra saatte10ºC’lik bir so uma hızıyla fırında so utulur.

Endüstriyel uygulama alanı bulabilmi en önemli ala ım 2024ala ımıdır. 2024-T6 ala ımı %4,5 bakır, %1,5 magnezyum ve % 0,6 mangan bulundurur ve çekme dayanımı 442 MPa’dır. Uçak yapısında, perçinlerde, karı ık ekilli elemanlarda kullanılır. 20ºC’deki yo unlu u 2.77 gr/cm³’tür Tam tavlamada 413ºC’de 2–3 saat bekletildikten sonra saate 10ºC’lik bir so uma hızıyla fırında so utulur.260–480ºC arasında sıcak çalı abilir.

Bu alüminyum ala ımları ısıl i lem uygulanamayan seri ala ımlardandır. Al-Si-Cu veya Al-Mg-Si döküm ala ımları biraz ya landırılabilir. Bu serinin en önemli ala ımı ise 3003’tür. Bu ala ım 1100 ala ımına % 1,25 mangan ilavesi ile olu turulur. 3003 ala ımının tavlanmı durumda çekme dayanımı 110 MPa’dır. Bu da demek oluyor ki mangan ilavesi dayanım artı ı sa lar. Bu serinin ala ımları iyi i lenebilirli in gerekti i yerlerde kullanılabilen genel amaçlı ala ımlardır.

Alüminyumun silisyumlu ala ımlarıdır. Bu serideki ala ımlar hem ısıl i leme tabi tutulabilir hem de ısıl i leme tabi tutulamaz ala ımlar içerir. E er magnezyum varsa ya landırılabilirler ve dökümle üretilen ala ımları ise ya landırılamazlar.

Isıl i lem uygulanamayan alüminyum ala ımlarının en önemlisidir. Bu serinin ala ım elementi olan magnezyum, katı eriyik mukavementlenmesini sa lar ve miktarı % 5’e kadar çıkabilir. Bu serinin endüstride kullanılan en önemli ala ımı 5052’dir. 5052 Ala ımı; (% 2.5Mg - % 0.25Cr) ortalama statik mukavemetin, iyi çalı abilirli in, yüksek yorulma mukavemetinin ve korozyona çok iyi bir direncin istendi i uygulamalarda kullanılır ve tavlanmı durumdaki çekme dayanımı 193 MPa’dır. Uça ın yakıt ve ya borularında, yakıt tanklarında kullanılır. 20ºC’deki yo unlu u 2.68 gr/cm³’tür. 260–510ºC arasında sıcak çalı abilir. 345ºC’de tavlanır. Bu sıcaklıkta tutmak gerekmez. Hemen so utulabilir.

Bu seri ala ımlar magnezyum (Mg) ve Silisyum (Si) ihtiva ederler. Isıl i lem uygulanabilen ve ya landırılabilen ve ala ımlardandır. Mg2Si intermetalik bile ikleri, çökelti

(26)

sertle tirilmesi ile dayanım artı ı sa lar. AlMgSi ala ımları içinde en yaygın kullanılanlar 6060, 6061 6063 ve AlMgSi0.5 ala ımlarıdır. 6061 Ala ımı %1,0 magnezyum, % 0,6 silisyum, %0,3 bakır ve %0,025 krom içerir Yüksek mukavemetin, i lenebilirli in, kaynak kabiliyetinin ve korozyona iyi bir direncin istendi i durumlarda kullanılır. Uçak ini merdivenleri gibi elemanlarında uygulama alanı vardır.20ºC’deki yo unlu u 2.70 gr/cm³’tür. Çıplak ve kaplı ala ım olarak kullanılır. 260–510ºC arasında sıcak çalı abilir. Tam tavlama 413ºC’de yapılır. Bu sıcaklıkta 2-3 saat bekletildikten sonra, saate 10ºC hızla fırında so utulur. 6061-T6 ala ımının çekme mukavemeti 290 MPa’dır. Bu seri otomotiv sektöründe genel amaçlı yapı elemanı olarak kullanılır.

Fe, Cu, Mn, Zn, gibi belirli sınırlar içinde farklı de erlerde olmaları, ala ımların kullanılma yerine göre farklı özelliklerde profil üretimini sa larlar. Demir (Fe) miktarı 0,20 % veya daha dü ük olan ala ımlarda, profil polisaj yapıldı ında parlak yüzey elde edilir. Fe miktarının bu de erden yüksek olması durumunda, profilin rengi grile meye ba lar, parlaklık donukla ır. Mat yüzey elde edilmesi için de Fe miktarı en az 0.18 % olmalıdır. Fe miktarı yükseldikçe o ölçüde rahat ve cazibeli mat yüzey elde edilir

Mg ve Si miktarlarının, profilin yapay ya landırma ısıl i lemi sonrası sertli inde büyük önemi vardır. Ancak, ısıl i lem sonrası maksimum sertlik temini için bu elementlerin üst sınırlarda olması ise, üretimin dü ük hız ile yapılmasını gerektirir. Çünkü kullanılan alüminyum kütük (billet) de aynı oranda serttir.

Bu seri ala ımlar ısıl i lem uygulanabilen ve ya landırılabilen ala ımlardandır. Ala ım elemanı olarak magnezyum (Mg) ve Çinko (Zn) içerir ve temel çökelti MgZn2 intermetalik bile i inden olu ur. Çinkonun ve magnezyumun alüminyum içerisinde yüksek çözünebilirli i yüksek yo unluklu çözeltilerin olu masını, bu da dayanımın oldukça yükselmesini sa lar. Bu serinin en önemli ala ımı 7075 tir. Ve bu ala ım % 5,6 çinko, %2,5 magnezyum, %1,6 bakır, ve %0,25 krom ihtiva eder. Yüksek mukavemetin ve korozyona iyi bir direncin gerekti i durumlarda kullanılır. Uçak yapı elemanlarının büyük bir kısmı 7075 ala ımından yapılır. 20ºC’deki yo unlu u 2.80 gr/cm³ ’tür. Rijitide modülü 14927 N/cm²’dır. Poisson oranı 0.33’tür. Kesme gerilmesi mukavemeti, çekme gerilmesi mukavemetinin yakla ık %55’dir. 260–455ºC arasında sıcak çalı abilir. Tam tavlama 413ºC’de 2–3 saat bekletmeye yapılır. Sonra havada so utulur. E er malzeme kullanılmadan önce bir süre depolanacaksa, 232ºC’de yeni bir ısıtmaya tabi tutulmalıdır. 7075-T6 ala ımının çekme dayanımı 504 MPa’dır. Bu seri yüksek dayanımın gerekli oldu u yerlerde kendisine uygulama alanı bulur.

(27)

7079 Ala ımı (%4.3Zn - %3.3Mg - %0.6Cu - %0.2Mn - %0.2Cr) yüksek mukavemetli ve a ır bölümlerde kullanılır. Uçak yapı elemanlarında uygulama alanı vardır. Yo unlu u 20ºC’de 2.74 gr/cm³’tür. Tam tavlama,413ºC’de 2–3 saat bekletilerek yapılır. Havada so utulur. Havada so utma, e er 232ºC de 6 saatlik bir stabilizasyon tavlamasınca izleniyorsa, tatmin edicidir.

7178 Ala ımı:(%6.8Zn - %2.7Mg - %2.0Cu - %0.3Cr) 20ºC’deki yo unlu u 2.82 gr/cm³’tür. Kesme mukavemeti, çekme mukavemetinin yakla ık 0.55 katıdır.260–455ºC arasında sıcak çalı abilir. 413ºC’de 2–3 saat bekletilerek tam tavlamaya tabi tutulur. E er sonradan 232ºC’de 6 saat tutulmak suretiyle bir stabilizasyon i lemine tabi tutulursa, havada so utma yeterlidir.

Demir ve Silisyum’lu alüminyum ala ımlarıdır. Dökme alüminyumun Sn’li ala ımları ya landırılabilir.

Alüminyumun Lityum gibi elementlerle yaptı ı yeni bulunan ala ımlarını ifade eden seridir.

3.2.1. Döküm Alüminyum Ala ımları

Bu tür ala ımların büyük ço unlu u silisyum içerir; %11.7Si içeren ala ım ötektik bile imde oldu undan çok üstün döküm özeliklerine sahiptir. Bu ala ımın korozyona direnci ve kaynak kabiliyeti de oldukça iyidir. Döküm alüminyum ala ımlarına bir miktar bakır katılması, tala kaldırma özeliklerini geli tirir, buna kar ın, korozyon direncinde azalmaya neden olur.

Döküm alüminyum ala ımlarına silisyumdan ba ka magnezyum katılarak çökelme yolu ile sertle tirilebilen ve deniz suyunun korozif etkilerine dirençli ala ımlar elde edilir.

Günümüzde, alüminyum ve alüminyum ala ımları dü ük yo unlukları, yüksek mukavemetleri, iyi korozyon dirençleri ve uygun kaynak kabiliyetleri nedeniyle çeliklerden sonra en çok kullanılan metalsel malzemelerdir. Alüminyum ve alüminyum ala ımları, eklenen ala ım elementlerinin etkisiyle mekanik özelikleri ve korozyon dirençleri de i ti inden dolayı saflık derecesine göre sınıflandırılırlar.

(28)

Alüminyuma eklenen ala ım elementleri, ala ımın mekanik özeliklerini de i tirebildi i gibi ısıl i lem ve kaynak kabiliyetini de önemli ölçüde etkiler. Bu açıdan, dünyada öncelikle Alüminyum Birli i tarafından sınıflandırılması yapılan alüminyum ve alüminyum ala ımları Avrupa Birli i tarafından da Avrupa Standartları bazında sınıflandırılmı lardır. Bu standartlar, DIN standartlarındaki gösterimden tamamen farklı olup büyük ölçüde Amerikan Standartlarına yakınlık göstermektedir. Ülkemizde, bu konudaki standartlar, henüz hazırlanmamı tır. Bu açıdan, bu sektörlerde çalı an mühendis ve teknik elemanların özellikle yeni Avrupa Standartlarına göre gösterimleri bilmelerinde yarar vardır.

Her iki grup için, tatbik edilen i lemleri tanımlamak amacı ile kullanılan notasyonlar mevcuttur.

(29)

4. SÜRTÜNME KARI TIRMA KAYNAK YÖNTEM

SKK, Kaynak Enstitüsü tarafından 1991 yılında geli tirilen katı hal kaynak yöntemidir. Günümüze kadar yapılmı olan birçok çalı mada da Al ve ala ımların birle tirilmesinde farklı ve üstün bir kaynak yöntemi oldu unu yapılan çalı malar göstermi tir. Günümüzde de halen giderek kullanımı artan bir kaynak yöntemidir. Koruyucu gaz, dolgu elemanı kullanılmaması, ısı girdisine ba lı gerilme ve çarpılma, çatlak, gözenek olu umu gibi bazı kaynak kusurlarını azaltması ve kaynaktaki üretim maliyetini dü ürmesi SKK yönteminin uygulanma alanlarını geni lemesi sa lamı tır. Bu yöntem, etki elemanı olmadan direkt uygulanabildi i için roketlerin yakıt tankında, demir yolu araçlarında, hızlı tren ve a larında uygulanmaktadır.

SKK yönteminde, alüminyum ala ımı plakalar alın alına, bindirme ve kö e birle tirme türlerinde; özellikle yatay oluk pozisyonunda kaynak edilebilmekte ve ergitme esaslı yöntemlere göre önemli üstünlükler göstermektedir. Sürtünme karı tırma kayna ı, alüminyum ala ımlarının düz ve bindirmeli kayna ı için yeni ve ba arılı bir kaynak tekni idir[29]. SKK i lemin temel ilkesi ekil 4.1’de gösterilmi tir.

ekil 4.1. Sürtünme karı tırma tekni i. a)Dönen kalemin arka yüzü b)Kaynak arka yüzü c)Omuz

d)Kaynak ön yüzü e)Birle im hattı f)Dönen kalemin ön yüzü g)SKK ucu [4]

SKK i leminde kullanılarak tükenmeyen (yanmayan) yüksek hızda dönen silindirik uç, i parçasının birle tirilecek olan kenarın bir ucundan içine daldırılır. Bu ekilde kaynak edilen i parçası ve ba lantı çizgi boyunca dönen ucun sürtünme sonucu ısı ortaya çıkar ve plastik deformasyon olu ur. SKK konusunda önemli oldu u için SKK ergimedi i ve yeniden biçimlenmedi i için önemlidir. Kaynak sonucu meydana gelen, temel mekaniksel özellikler açısından görülen birkaç avantaj, daha az çarpılma, dü ük artık gerilim ve kaynak kusurlarını azaltması geleneksel gaz-metal-ark kaynak yöntemlerinin hepsinden daha iyi olmasıdır[6, 7].

(30)

Kaynak yapılacak parçadan daha sert bir malzemeden üretilmi sürtünme karı tırma aparatının dönen ucu özel olarak tasarlanır. stenilen birle tirmenin özelli ine uygun olarak ekil 4.2 de görüldü ü gibi oval, iki kenarlı, üçgen, kare veya daha farklı çokgen profillerde piramit eklinde, vidalı, konik vidalı gibi farklı ekillerde tasarlanan uçlar ile uygulanmaktadır.

ekil 4.2. Karı tırma uç profil örnekleri

SKK kayna ında karı tırıcı uç profilinin dizaynı, kaynak bölgesindeki metal akı ını dolayısıyla kaynakta olu an bölgelerin boyutu ve eklini belirler. Dolayısıyla karı tırıcı geometrisi mekanik davranı lar üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Karı tırma ucunun boyu kısa seçilirse, karı tırma yeterince derinlikte olu maz. Uzun olursa alt kısımda ısı etkisiyle yayılma gerçekle ir. Uygun kaynak için, karı tırma ucunun boyu birle tirilen plaka kalınlı ında bir miktar kısa olmalıdır. Karı tırma ucunun üst kısmının çapı, uç çapının yakla ık dört kat daha büyük olur ve bu kısım omuz olarak adlandırılır. Omuz, karı tırma bölgesinde sürtünerek kaynak bölgesinin ısıtarak, hamur kıvamına gelmesini de sa lamak için tasarlanmı tır. Omuzun üst kısmı ise pens ile ba lanabilmesi ve yüklenme sırasında kaymaması için kademeli olarak yapılmı tır ( ekil 4.2).

Kaynak i lemi yüksek devirle dönen sürtünme karı tırma ucunun birle tirme bölgesinde sürtünme sonucu ortaya çıkan ısı, kaynak malzemelerinin eriyik hale getirilmesi ve basınç altında, kaynak hamurunun so utulması prensibine dayanır. Alın alına yapılan bir SK kayna ında, birle tirilecek parçaların temas yüzeyleri olu acak kaynak metalinin yapısında kusur olu maması için temizlenir. Birle tirilen parçalar temas yüzeylerinde bo luk kalmayacak ve birbiri üzerine baskı uygulayacak ekilde ba lanır. Karı tırma ucu birle tirme bölgesinin içerisine daldırıldı ında geni çaplı omuz olarak belirtilen büyük çaplı kısım, birle tirilecek

(31)

sa lamanın yanı sıra, yumu ayan bölgeye daldırılan karı tırma ucu kaynak metalinin olu masını sa lar. Isıl olarak yumu ayan metal karı tırıcı uça do ru giderek daralan ancak üst yüzeyde omuz ile temas eden daha geni bir görünüm arz eder. Karı tırıcı uçtan omuza kadar olan bölgedeki kombine sürtünme ısısı, gömülmü olan karı tırıcının çevresi ile malzeme üst yüzeyi ve omuzun temas etti i temas yüzeyinde yumu amı bir metal olu turur. Karı tırıcı uç çevresinde malzeme akı ı, karı tırıcı uç arkasında ise malzeme ile dönen uç arasında izafi bir dönü meydana gelmektedir. Sürtünme karı tırma kayna ı, kendi kendine olu an bir birle tirme tekni idir. Birle en malzeme do al katı faz haldedir ve ergime kayna ı hataları içermez. Bu yöntemde tüketilen bir dolgu malzemesi, koruyucu gaz ve kenarların hazırlanması gerekmez[4,10]. Kaynak bölgesinde olu an içyapı ekil 4.3’de ematik olarak gösterildi i gibi üç farklı bölgeden olu maktadır. Bu bölgeler dinamik olarak yeniden kristalle en bölge (DKB) termomekanik olarak etkilenen bölge (TEB) ve sıvı hal kaynak yöntemlerinde oldu u gibi ısının tesiri altındaki bölge (ITAB) olarak adlandırılmaktadır [5, 11].

ekil 4.3. Sürtünme karı tırma kayna ında kaynak bölgesinde olu an içyapının ematik görünümü. A:

ısının tesiri altındaki bölge (ITAB), B: termodinamik olarak etkilenen bölge (TEB), C: dinamik olarak yeniden kristalle en bölge (DKB)[5].

Al-ala ımları ergitmeli kaynak yöntemleriyle kaynak edilmesi güç malzemelerdir. Bu ala ımlar bazı istisnalar hariç (7075 ala ımı gibi) ticari olarak ark kayna ı ile birle tirilmektedirler. Fakat ergitmeli kaynak yöntemleri (ark, lazer, ve elektron kayna ı) gibi bilinen kaynak yöntemleri ile kaynaklarında çe itli sorunlar bulunmaktadır[5].

Ergitmeli kaynak yöntemleri ile Al-ala ımlarının (özelikle ya landırma sertle tirilmesi yapılmı olanların) kayna ında yüksek miktarlarda çatlak ve porozite (gaz bo lu u) olu umu gibi problemler mevcuttur. Al-ala ımlarının kayna ı esnasında çatlak olu umunun nedeni, bu ala ımların katıla ma sıcaklık aralıklarının geni olması ve ısıl genle me katsayılarının yüksek olmasıdır. Ark kayna ında yüksek ısı girdisi, bu malzemelerin ısıl genle melerinin yüksek

(32)

olması ve katıla ma sıcaklık aralıklarının geni olması sonucu özellikle çatlamaya daha duyarlı ya landırma sertle tirmesi yapılmı alüminyum ala ımlarının (AA) kaynak diki inde çatlak olu umuna neden olur. Ark kayna ındaki yüksek ısı girdisi, ayrıca ITAB’ da tane sınırlarında dü ük ergime dereceli fazların olu umuna ve bu bölgede de çatlamaya yol açabilir. Gözenek olu umunun nedeni ise Alüminyumun sıvı halde hidrojen çözünürlü ünün katı haldekinden çok daha yüksek olmasıdır. Vakum ortamında yapılan elektron ı ın kaynak yöntemi gözenek açısından en avantajlı ergitmeli kaynak yöntemidir[5]. Fakat yüksek sıcaklıkların söz konusu oldu u elektron ı ın kayna ı vakum ortamında yapıldı ı için dü ük buharla ma sıcaklı ına sahip ala ım elementleri içeren Al-ala ımlarında kaynak diki inde ala ım elementi kaybı dolayısıyla mukavemet dü ü ü problem olabilmektedir[5,8,30]. Al-ala ımlarının ark kayna ında kar ıla ılan di er bir güçlük bu ala ımların ısı iletkenlik katsayılarının yüksek olması nedeniyle ısının kaynak bölgesine çok hızlı bir ekilde uygulanması zorunlulu udur. Ala ımlarının lazer ısısını yansıtması sıvı hal kaynak yöntemlerinden lazer kayna ında dikkate alınması gereken di er bir husustur. Al-ala ımlarının özellikle ya landırma sertle tirmesine tabi tutulmu türlerin sıvı hal kaynak yöntemleri ile birle tirilmelerinde kar ıla ılan bir ba ka sorun kaynak diki inde sertle tirici çökeltilerin çözünmesi ve tane sınırı segregasyonu sonucu ITAB’ de a ırı ya lanma sonucu sertlik ve mukavemetin dü mesidir. Bu durum kaynak yapılan esas malzeme ile kaynak bölgesinde mekanik uyumsuzlu a ve kaynak bölgesinde mukavemet dü ü üne sebep olmaktadır[5].

SKK yönteminin AA da kullanılabilirli i üzerine çok sayıda ara tırma yapılmı tır. Bu ara tırma sonuçları söz konusu yöntemin gerek ya landırma sertle tirmesi yapılmı gerekse ya landırma sertle tirmesi yapılamayan (1xxx ve 5xxx serileri gibi ısıl i leme duyarlı olmayan) Al ala ımlarında ba arıyla kullanılabilece ini göstermektedir[7,31]. Hatta geleneksel kaynak yöntemleri ile kayna ı çok güç olan 7075 ala ımı bile bu yöntem ile ba arılı bir ekilde birle tirilmi ve elde edilen birle tirmeler oldukça iyi mekanik özellikler göstermektedir[5].

(33)

5. METALLER N YORULMASI

Birçok makine parçası ve yapı elmanı, kullanım esnasında tekrarlı yükler ve titre imler altında çalı maktadır. Tekrarlı yükler altında çalı an mekanik parçalarda, gerilmeler parçanın statik dayanımından küçük olmasına ra men belirli bir tekrar sayısı sonunda genellikle yüzeylerinde bir çatlama ve bunu takip eden kopma olayı görülür. Yorulma adı verilen bu olay ilk olarak 1829 yılında, demir zincirleri üzerinde bazı tekrarlı yükler uygulanarak, denemeler yapan W.A.S. Alber tarafından incelenmi tir.

Teknoloji ça ı olan 20. Yüzyılın ba larında, yüksek hızlı makinalar, türbinlerin kullanması ve havacılık endüstrisinin geli mesiyle yorulma problemlerini anlamak için çalı maların önemi giderek artmı tır. Son olarak kırılma mekani i fikri, farklı yorulma artıyla kar ıla an bir dizayncıya faydalı pratik yeni bir yorulma ömür tahmini için temel olması kadar, çatlak yayılma davranı ının anla ılmasında da önemli bir katkı sa lamı tır[32].

Kırılma yüzeyleri makroskobik ölçüde genellikle çekme gerilmesinin do rultusuna diktir. Bir yorulma deformasyonu, kesit yükü ta ıyabilecek kadar büyük olmadı ı zaman, parçaların sünek bir davranı la kırıldı ı yerde olu ur. Yani parlatma etkisinden dolayı malzemenin pürüzlü olan bölgesinde çatlak ilerledi i için genellikle kırılma yüzeyinin olu ması gibi tanımlanabilir[33].

Yorulma olayına, parçaya sadece dı ardan uygulanan mekanik kuvvetler de il, ısıl genle meler ve büzülmelerden do an ısıl gerilmelerde neden olmaktadır. Yorulma olayında çatlak genellikle yüzeydeki bir pürüzde, bir çentikte, bir kılcal çatlakta veya ani kesit de i imlerinin oldu u yerde ba lar.

Yorulma bozulmasının olu ması için üç temel faktör gerekir; 1. Yeteri derecede yüksek bir maksimum çekme gerilmesi,

2. Uygulanan gerilmenin oldukça geni bir de erde de i imi ve dalgalanması, 3. Uygulanan gerilmenin yeteri kadar büyük tekrar sayısında etkimesi,

Bu ana faktörlerin yanında; yüzey kalitesi, korozyon, sıcaklık, a ırı yükleme, kalıcı iç gerilmeler, bile ik gerilmeler, gerilim konsantrasyonu, frekans, mikro yapı gibi birçok yan faktörler sayılabilir.

5.1.Yorulma Mekanizması

Yorulma olayı sonunda cisimde kırılmanın ne ekilde meydana geldi i açıklamak için çok sayıda ara tırma yapılmı tır. Bu ara tırmalar daha önceki yorulma deneyleri ile birlikte cisimlerin içyapısının da muayene edilmesiyle gerçekle tirilmi tir. Özellikle son yıllarda elektron mikroskoplarında elde edilen büyük geli meler sayesinde içyapı muayenesi tekni inde kaydedilen ilerlemeler bu ara tırmalarda önemli sonuçlara varılmasını sa lamı tır. Ayrıca

(34)

yorulmu numunelerin mekanik ve fiziksel özelliklerinde ne tür de i meler oldu u da bu çalı malarda ele alınmı tır. Böylelikle de i ik yollardan pek çok sayıda pek çok ara tırmalar yürütülmü olmasına ra men yorulmada her hali açıklayan genel bir kırılma teorisini olu turmak mümkün olmamı tır. Bununla beraber bu konuda yapılan çalı malar yorulmada kırılmanın ne gibi safhalar a ıldıktan sonra olu tu unu bize kesin denilebilecek bir ekilde ortaya koymaktadır[34].

Yorulma mekanizmaları ile ilgili ba lıca teoriler unlardır:

Gough’a göre; Metal çevrimsel gerginlik altında aynı yönlü ve tek eksenli gerginlikte oldu u gibi aynı kristalografik yönlerde kayar.

Yalnız tek eksenli kayma, yapının her yerinde görülürken, yorulmada bazı tanelerde kayma hatları görülmez. Kayma hatları genellikle ilk birkaç bin çevrimde ortaya çıkar. Çevrim sayısı arttıkça, kayma bantları da artar. Fakat kayma bantlarının sayısı, çevrim sayısı ile do ru orantılı de ildir. Birçok metalde kayma, bir doygunluk de erine ula ır. Bu, daha çok a ır kayma bölgelerinde görülür. te çatlaklar genellikle ba langıçta kayma bandına paralel olan a ır deformasyon bölgelerinde akı ır. Çatlaklar yorulma sınırının altındaki gerilmelerde olu mu tur. Yani; yorulma esnasında kaymanın olu ması, çatla ın olu aca ı anlamına gelmez. Yorulma testi bir yerde kesilip yüzey elektro parlatma ile parlatıldı ı zaman bile yok olmayan inatçı kayma bantları embiryonik yorulma çatlaklarıdır. Bu tür bantla toplam yorulma ömrünün %5’inden sonra görülür. Bu bantlara küçük çekme gerilmesi uygulanmasıyla bantlar geni çatlaklara dönü ür[35].

Wood’un mikro deformasyon teorisi:

a)Statik deformasyon b) ç çekme c) Dı a çekme Demirli metallerde her Yüzeyde çentik olu turan kayma bandı

zaman görülür kayma bandı ekstrüzyona yol açar

ekil 5.1 Kayma bantlarının ematik görünü ü [36].