ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN ESASI
Alüminyum ile ısıl işlem sonucunda sertleşen alüminyum alaşımları arasında farklılık vardır.
alüminyum tavlandıktan sonra mukavemetini bir
miktar kaybeder ve yalnız soğuk şekil
değiştirme neticesinde sertleşir. Buna karşılık
sertleşen alüminyum alaşımları, belirli
sıcaklıklarda belli zaman bekletilerek
mukavemeti ve sertliği yükseltilebilir. Bu
bekletmeye yaşlandırma ve bu olaya da
yaşlanma/çökelme sertleşmesi denir.
Yaşlandırma belirli sıcaklıkta yapılırsa suni yaşlandırma oda sıcaklığında yapılırsa doğal yaşlandırma adını alır.
ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ
ISIL İŞLEMLERİNİN ESASI
Bir alüminyum alaşımının ısıl işlemle sertleştirilmesi 4 kademede incelenir
1. Önceden belirlenen bir sıcaklığa kadar ısıtma.
2. Belirlenen bir sürede bu sıcaklıkta bekletme.
3. Düşük bir sıcaklığa hızla su verme.
4. Su vermeye takiben, önceden belirlenmiş bir sıcaklıkta bir süre bekletme ve sonrası yavaş
ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ
ISIL İŞLEMLERİNİN ESASI
.
ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ
ISIL İŞLEMLERİNİN ESASI
ALÜMİNYUM ALAŞIMLARINDA ÇÖKELME SERTLEŞMESİ MEKANİZMASI
.
ALÜMİNYUM ALAŞIMLARINDA ÇÖKELME SERTLEŞMESİ MEKANİZMASI
.
ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN GÖSTERİLİŞİ
.
ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN GÖSTERİLİŞİ
.
ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN GÖSTERİLİŞİ
.
ALÜMİNYUM ALAŞIMLARININ ISIL İŞLEMLERİNİN GÖSTERİLİŞİ
.
ÇÖZELTİYE ALMA İŞLEMİ
Çözeltiye alma işlemi de kendi arasında da belirli kademeleri çerir.
1. Önceden Belirlenen Bir Sıcaklığa Kadar Isıtma 2. Belirli Bir Süre Bekletme
3. Su Verme
4. Suni yaşlandırma işlemi
Önceden Belirlenen Bir Sıcaklığa Kadar Isıtma
Bu işlemin amacı düşük sıcaklıklarda
alüminyum içindeki etkisi az, buna
karşılık yüksek sıcaklıklarda fazla olan
alaşım elemanlarının etkisini, alaşımı
yüksek sıcaklıklara çıkarmak suretiyle
artırmaktadır.
A) Bu işlemin yapıldığı sıcaklık hassasiyetle seçilmelidir. Çünkü çözünebilen elemanlar alüminyum içinde katı ergiyik halinde kalmalıdır. Çok düşük sıcaklıklarda yeterli mukavemet elde edilemeyeceği gibi çok yüksek sıcaklıklarda çözünebilen elemanların ergime tehlikesi mevcuttur.
Önceden Belirlenen Bir
Sıcaklığa Kadar Isıtma
Bu nedenle mevcut alaşım elemanlarının içinde en düşük ergime sıcaklığına sahip olan elementin ergime sıcaklığının altında bir sıcaklık derecesi seçilmelidir. Bu alaşımlarda küçük bir sıcaklık artışı malzemenin ergimesine sebep olur.
Önceden Belirlenen Bir
Sıcaklığa Kadar Isıtma
Isıtma hızı çok önemlidir. Genellikle orta hızlı bir ısıtma tavsiye edilir. Şayet yavaş ısıtma uygulanırsa, çözünebilen elemanların difüzyonu fazla olur. Aynı zamanda büyük tanelerin oluşma eğilimi gösterir. Malzeme soğuk şekil değiştirmeye tabi tutulmuş ise tane büyümesine, engel olmak için ısıtma hızı yeter derecede yüksek olmalıdır
Önceden Belirlenen Bir
Sıcaklığa Kadar Isıtma
Belirli Bir Süre Bekletme
Bunun yanında bekletme süresi de büyük
önem taşımaktadır. Bekletme süresi,
malzemenin çıkarıldığı sıcaklığa, tavlama
şekline, malzemenin cinsine ve buna benzer
faktörlere bağlı olarak değişir. Uzun bir süre
bekletme tane büyümesine, difüzyonun
artmasına ve renk dönüşümüne neden olur.
Belirli Bir Süre Bekletme
Sıcaklıkta bekletme süresinin
ölçülmesine, malzemenin en soğuk
kısmının istenilen minimum sıcaklık
değerine varıldığında başlanır. Tablolar
bu esasa göre tesbit edilir.
Bekletme süresi alaşımın cinsine bağlı olarak, ince parçalarda 10 dakikadan başlar ve kalın parçalarda 12 saate kadar çıkar. Kalın parçalar için itibari olarak kesitteki kalınlığın her 1,5 cm‟si için 1 saat bekleme süresi kabul edilir.
Belirli Bir Süre
Bekletme
Bekletme süresi bütün çözünebilen elemanların katı ergiyik haline geçebilmelerini sağlayacak kadar uzun seçilir. Kısaltılmış bir bekleme süresinin etkileri kötü olduğu gibi fazla bekletmede de oksidasyon tehlikesi artar .
Belirli Bir Süre
Bekletme
.
Belirli Bir Süre
Bekletme
.
Belirli Bir Süre
Bekletme
Su Verme
Çözünebilen elemanların katı ergiyik
haline geçmelerinden sonra yeniden
çökelmelerine engel olmak veya
geciktirmek amacıyla malzemeye su
vermek gerekir. Üç farklı su verme
metodu mevcuttur. Bu üç metot, istenen
özelliklere ve gösterdikleri kolaylıklara
Soğuk Suda Su Verme
Alaşımlara soğuk su banyolarında su verilir. Sıcaklık değişimi 100C geçmemesi için yeterli hacimde su bulundurulmamalıdır. Böyle bir su verme şekli çok etkilidir .
Su Verme
Sıcak Suda Su Verme
Büyük ve kalın kesitli dökme parçalara 75-900 C‟de hatta kaynar suda su verilir. Bu tip su verme, distorsiyonu minimum kılar ve eşit olmayan sıcaklık dağılışından doğan çatlama tehlikesi önlenmiş olur. Su vermede kullanılan suyun sıcaklığı malzemenin korozyon mukavemetine büyük ölçüde etki eder. Dövme alaşımlarda, bu tip su verme yöntemi kullanılır. Kalın kesitli parçaların korozyon mukavemeti ince kesitli
Su Verme
Püskürterek Su Verme
Yüksek hızla su püskürtülerek su verme yöntemi, levhalar ve geniş yüzeyli parçalara tatbik edilir. Bu tip su verme distorsiyonu azaltır ve su vermeden dolayı olan çatlamayı önler. 2017 ve 2024 alaşımları için korozyon mukavemetini azalttığından kullanılmaz.
Su Verme
1. Kısa sürede bekletme veya düşük sıcaklıkta tavlama
2. Fırından su banyosuna geç nakletme 3. Yavaş su verme
4. Aşırı ısıtma
5. Yüksek sıcaklıkta oksitlenme .
DÜŞÜK MUKAVEMET
VE SEBEPLERİ
Bu korozyon tuzlu atmosferde uzun süre bekletmekten ileri gelir. Tanelerarası korozyon, çekme mukavemetini ve yüzde uzamayı düşürür.
Taneler Arası Korozyon
Aşırı Tavlama
Ötektik ergimesi, tane sınırı ergimesine
sebep olur, mukavemeti azaltır .
1. Fırında ısıtılmanın homojen olmaması nedeniyle, parça yüzeyinin çeşitli noktalarının farklı sıcaklıklarda bulunması
2. Isıtma periyodu esnasında parçanın iyi yerleştirilmemiş olması
3. Çok sert bir su verme ortamı
FAZLA DEFORMASYON
VE SEBEPLERİ
1. Aşırı tavlama
2. Yüksek sıcaklıkta oksitlenme
3. Su vermeden sonra fazla sertleşme 4. Hatalı işleme.
% UZAMANIN DÜŞÜK OLMASI
VE SEBEPLERİ:
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
50 60 70 80 90 100 110
Hardness [HBN]
150 °C 180 °C 200 °C
Ayrıntılı incelemeler yaşlanma sertleşmesini şu şekilde açıklamaktadır: Aşırı doymuş atomlar belli kristal düzlemleri boyunca toplanma eğilimi gösterirler. Bu ergiyikteki Cu atomlarını toplanması (eriyen atomlar) diğer taraftan Cu yoğunluğunu azaltır, daha az aşırı doymuş ve dolayısıyla daha kararlı bir kristal yapısı oluşturur.
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
Bu durumdaki bakır atomları henüz fark edilecek bir faz yapmamışlardır. Dislokasyon hareketinin bu düzensiz alanlardan geçmesi zordur. Bu sebeple metal sertleşir dolayısıyla gerilmeler altında deformasyona daha dayanıklı olur. Bölgesel toplama olayı uzun süre devam ederse hakiki bir çökelme ve aşırı yaşlanma veya yumuşama olur.
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
Aşırı doymuş bir katı fazdan zaman ve sıcaklığın etkisi ile yani bir fazın meydana gelmesi olayına teknolojide
“yaşlanma olayı” denilmektedir. Bu durum katı-hal reaksiyonları vasıtasıyla gerçekleştirilebilir. Aslında esas olarak yaşlanma olayı da bir katı-hal reaksiyonudur.
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
Yaşlanma Teorisi
Yaşlanma olayını izah eden bir çok teori ortaya atılmış olmasına rağmen bunlardan en tutarlısı 1935 yılında Wassermann ve Weert tarafından ortaya atılmıştır.
Bu iki araştırmacı teorilerini Al-Cu alaşımını X-ışını ile inceledikten sonra ortaya atmışlardır. Bu incelemelerde Wasserman ve Weert Al-Cu denge diyagramından görülen fazı ya da CuAl2’a benzeyen bir faz belirlediler
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
Çok küçük partiküllerden ibaret olan bu faz aynı fazı gibi fakat, matriks ile fazı arasında bir kompozisyondaydı. Bu faza geçiş fazı (geçiş latisi) adını verip ile gösterdiler.Yaptıkları açıklamada da dengeli çökeltinin ancak bu geçiş latisinin gelişip büyümesi ile meydana geldiğini belirttiler
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
1938‟de Preston ve Guinier birbirlerinden habersiz olarak transmisyon latis çökelmesinin bir önceki kademesini buldular. Diffüze olmuş değişmelerin matriks bölgesinde olduğunu gösterdiler. Çözünen atomlar, çözücü atomlardan boyut yönünden önemli miktarda farklı ise matriks latisi distarsiona uğrar. Fakat yeni ve kesin olmayan kristal yapıları bu kademede de zenginleşen bölgelerde birleşemez. Bu bölgelerde “BUINIER- PRESTON” ya da “GP” zonu denir
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
Şekil 14. Eriyen atomun eriten kafesinde yarattığı kafes distorsiyonu. Uyumsuz bir çökelti, kendisini kuşatan matrisin kristal yapısı ile ilişkili değildir (a). Çökelti ve
Yaşlanma Sertleşmesini Doğuran Sebepler
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
Bir malzemenin yaşlanabilmesi için alaşım denge diyagramında aşağıdaki durumlardan birinin bulunması gerekmektedir
1. Denge diyagramından yatık bir soludüs bulunmalıdır.
2. Kritik sıcaklık altında katı ergiyik karışım aralığı olmalıdır.
3. Yüksek sıcaklıklarda eriyen ara fazlı katı ergiyik olmalıdır.
4. Çöken faz ile matriks arasında bir koheransın yani latis benzerliğinin bulunması gerekir.
5. Çökelecek olan ikincil fazı oluşturacak olan geçiş
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
Yaşlanma sertleşmesini doğrudan asıl sebepleri şu iki madde altında toplanabilir.
• Çökelen gayet küçük tanecikler, tane içerisinde ve özellikle tane sınırlarında toplanıp, kaymaya ve deformasyona mani olmak için bir ağ teşkil ederler
• Matrikse nazaran daha küçük olan yeralan atomları basınç altındaki, bölgelere, daha büyük olan yer alan atomları ise gerilim altındaki bölgelere yayınarak farklı bir atmosfer yaratırlar. Bu yapı dislokasyonların hareketini önler
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
Yaşlanmaya Etki Eden Faktörler
A) Sıcaklık (Sıcaklık arttıkça yaşlanma süresi kısalır. Yani sıcaklık yaşlanma oranını artırır.)
B) Tane Sınırları (Çökelme tane sınırlarında olur.)
C) Bileşim
D) Soğuk İşlem (Soğuk işlem varlığı yaşlanma oranını arttırır.)
E) Zaman
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
SUNİ YAŞLANMA OLAYI
ALÜMİNYUM-SİLİSYUM ALAŞIMLARI
Alüminyum ile bir veya daha fazla metalin beraber ergitilmesi sonucu elde edilen alaşımlarda özellikler çeşitli yönlerden alüminyuma nazaran iyileşmiş olur. Bu özellikler; dökülebilirlik, mekanik mukavemet, kimyasal stabilite, işlenebilme, ısıl genleşme, ısıl iletkenlik, ısıya mukavemet olarak sıralanabilir
ALÜMİNYUM ALAŞIMLARI
SİLİSYUMUN ETKİSİ
Bakırdan sonra alüminyum alaşımlarında kullanılan en önemli alaşım elementi silisyumdur. Silisyum sıvı alüminyumun akışkanlığını arttırır. Silisyumun ilavesi ile alaşımın mukavemeti de artar. Magnezyum ile karıştırıldığında çekme mukavemeti çok yüksek değildir ve 13,6 – 15,4 kg/mm
2arasında değişir.
Al-Si ALAŞIMLARI
%5 Silisyumlu malzeme ince, karmaşık şekilli ve işlenebilme kabiliyeti az , korozyon direnci yüksek olan parçalarda kullanılmaktadır.
%5„den fazla silisyum içeren alaşımlarda ise iri köşeli olan silisyum kristallerinin oluşumu önlemek amacı ile sıvı halde sodyum ile karıştırıp modifiye edilmesi en önemli işlemdir.
%13 silisyumlu alaşımlarda ise korozyona karşı direnci ve termal şok direnci Al – Cu alaşımından daha fazla olduğundan denizcilik ve otomotiv endüstrisinde kullanılır.
Al-Si ALAŞIMLARI
Dövme alaşımlarında silisyumun olması ile suni yaşlandırmadan sonra mukavemet artışı sağlanabilir. %13 silisyum içeren alaşımlarda demir miktarı %1,5„a kadar ulaşabilir , bu da kırılgan ve iri kristal yapılı alaşım meydana getirmektedir. Diğer bir önemli özelliği ise ısı iletiminin Al – Si alaşımlarında düşük olmasıdır
Al-Si ALAŞIMLARI
Fiziksel özellikleri :
Atom numarası : 14
Atom Ağırlığı : 28,0855 Yoğunluk : 2,329 g/cm3 Molar Hacim : 10 cm3
Erime Noktası : 1410,0 °C
Kristal Yapısı : Kübik Yüzey Merkezli Bulunuş tarihi : 1823
Al-Si ALAŞIMLARI
Silisyum miktarı %7– 12 aralığında olan Al – Si alaşımları yüksek mukavemet gerektiren yüksek sıcaklıkta aşınma direnci istenen uygulamalarda kullanılır.
Mekanik özellikler, alaşımın bileşiminden çok silisyum içeren fazın şekli ve dağılımına bağlıdır. Küçük ve yuvarlak primer faz (veya ötektik yapı) yüksek mukavemet ve süneklik verir.
İğne şeklindeki silisyumlu faz çekme mukavemeti arttırmakla beraber süneklik, darbe ve yorulma mukavemetini düşürür.
Al-Si ALAŞIMLARI
Silisyum ilavesi ile akışkanlık ve korozyon direnci artar.
Tane küçültme ve modifikasyon işlemleri ile iyi işlenebilme sağlanabilir.
Ayrıca sıcak yırtılma eğilimini azaltır.
Silisyum ve bakır beraberce alaşımlandırma amacı ile kullanılabilir
Al-Si ALAŞIMLARI
Bu amaçla geliştirilen %6 Si, %5 Cu alaşımının kaynak kabiliyeti iyidir. %9 Si , %4 Cu alaşımı ise sızdırmazlık isteyen yerlerde tercih edilirler.
Al – Si alaşımlarında da Fe ve Mg varsa süneklik düşer.
Bu alaşım sisteminde musaade edilen empürite element yüzdeleri %0,5 Zn, % 0,6 Cu , %1,3 Fe , %0,3 Mg dır.
Silisyum , alaşım hazırlamada Al - %13 – 22 Si ön alaşımı şeklinde ilave edilir. Özel bazı piston alaşımları
%25 „e varan silisyum içerirler.
Al-Si ALAŞIMLARI
Alaşım Elementi Olarak Silisyum
Alüminyum döküm alaşımlarında ana alaşım elementlerinin başında silisyum gelir. Silisyum alüminyuma alaşımlama ile getirdiği etkiler şu şekilde sıralanabilir.
•Ergimiş metalin akışkanlığını yükseltir. Çok karmaşık ve birbirine nazaran çok farklı kesitleri olan parçalarda daha iyi metal akışını ve iyi dolmayı sağlar
•Dış büzülmeyi azaltır.
•Dökümün mukavemetli olmasını sağlar.
•Magnezyumla beraber Alüminyumu alaşımladıkları zaman elde edilen alaşımın ısıl işlenebilme olanağı vardır.
•Isıl genleşme katsayısını küçültür.
•Sertliği arttırır. İşlenebilme özelliğini alüminyuma göre zorlaştırır.
•Kaynak olabilme yeteneğini artırır.
•Katılaşma büzülmesini azaltır.
•Elektrik iletkenliğini azaltır.
•Sünekliliği plastik şekil değiştirmeyi azaltır. Kırılganlık yaratır.
Al- Si ALAŞIMLARI
Al-Si ALAŞIMLARINDA KATILAŞMA MEKANİZMALARI
Alüminyum silisyum alaşımları genel olarak döküm alaşımı olarak kullanılan alaşımlardır. Alüminyum – silisyum denge diyagramına bakıldığında alüminyum – silisyum ötektiğinin yaklaşık %12 Si olduğu görülmektedir.
Ötektik bileşimin altında silisyum içeren alüminyum alaşımları ötektikaltı (hipoötektik) bu bileşimin üzerinde silisyum içerenler ise ötektiküstü (hiperötektik) alaşımlar olarak adlandırılmaktadır
Al-Si ALAŞIMLARI
Al-Si ALAŞIMLARI
Al-Si ALAŞIMLARI
Şekil 14. Değişik oranlarda Si içeren Al-Si alaşımlarının mikroyapıları
