Alüminyum simgesi Al,gümüş renkte sünek bir metaldir. Alüminyum’un Atom numarası 13 tür. Doğada genellikle boksit cevheri halinde yer almaktadır.
Alüminyum üretiminin en önemli hammaddesi olan Boksit minerali %30-60 alüminyum oksit içerir. Bayer Prosesine göre elde edilen alüminanın elektrolizi ile sıvı alüminyum üretilmektedir (birincil alüminyum).Yaklaşık 4 ton boksitten 2 ton alümina elde edilmekte, bundan da 1 ton metal alüminyum üretilebilmektedir.
Alüminyum oksidasyona karşı üstün direnci ile pek çeşitli kullanım alanlarına sahiptir. Bu direncin temelinde pasivasyon özelliği bulunmaktadır. Endüstrinin pek çok kolunda milyonlarca farklı ürünün yapımında kullanılmakta olup dünya ekonomisi içinde çok önemli bir yeri vardır. Alüminyumdan üretilmiş yapısal bileşenler uzay ve havacılık sanayii için vazgeçilmezdir. Hafiflik ve yüksek dayanım özellikleri gerektiren taşımacılık ve inşaat sanayiinde geniş kullanım alanı bulur.
Korozyona dayanıklı ve zehirlenme tehlikesi yaratmadıklarından ilaç sanayinde ve gıda maddelerinde koruma maddesi olarak kullanılmaktadır.
- Alüminyum hafif metaldir
- Alüminyumun iletkenlik kabiliyeti yüksektir, ısı ve elektriği bakır kadar iyi iletir. Alüminyumun güzel görünümü, anodik oksidasyon gibi uygulamalar ile uzun müddet korunabilir.
- Alüminyum elastik bir malzemedir. Bu nedenle ani darbelere karşı dayanıklıdır. Ayrıca, dayanıklığı düşük sıcaklıklarda azalmaz. (Çeliklerin, düşük sıcaklıklarda ani darbelere karşı mukavemeti azalır)
- Alüminyum, işlenmesi kolay bir metaldir
Ana metali alüminyum olan alaşımlara “Alüminyum Alaşımları” olarak adlandırılır. Alüminyum alaşımları bakır, çinko, silisyum, mağnezyum, manganez, demir,nikel, titan,lityum vb. elementleri ilave edilerek oluşturulur.ısıl işlemlere elverişli olmaları ve bazı kimyasal etkilere karşı dayanıklı olmalarıdır. Alüminyum alaşımları döküme elverişlidir. Aynı zamanda, dövme, çekme ve haddeleme ile biçimlendirilen alüminyum alaşımları da hazırlanmaktadır.
Kullanma yerlerinin özelliklerine göre çok değişik alüminyum alaşımları hazırlanmaktadır.Döküm yoluyla hazırlanan alaşımlar bu gruba girer.
Dökümde küçük çatlaklar oluşturur. % 10 oranına kadar katılır. İkili alüminyum çinko alaşımları ucuzdur; ancak sıcak gevreklik özelliğinden ötürü fazla kullanılmazlar.
Hazırlanmaları ve dökümleri kolaydır. Yeterli bir ısı iletkenliği ve iyi ısı dayanımı vardır. İşlenebilirlik özelliği iyi akışkanlıkları silisyumlu alaşımlardan daha azdır
Alaşım daha çok kuma 2. alaşım ise hem kuma hemde kokil kalıba dökülür. Bu alaşımlar piston ve motor kulakları yapımında kullanılır
Bu alaşımlar en önemli alüminyum alaşımlarıdır. Silisyumun özgül ağırlığı alüminyumunkinden düşük olduğu için alüminyum silisyum alaşımlarının özgül ağırlığı düşüktür. % 11,6 silisyumlu alaşım bir ötektik mikroyapı verir. Akıcılığı iyidir. Soğukta dayanımı iyi, sıcakta düşüktür.
Silisyum alüminyumun genleşme katsayısını düşürür, sertliğini artırır. Uçak ve otomobil endüstrisinde ve genleşme katsayısının düşük olmasından dolayı pistonların yapımında geniş ölçüde kullanılır
Mağnezyum % 3-12 oranında katılır. Isıl işlem uygulanmadan kullanılırlar. Korozyon dayanımları yüksek olduğundan gemilerde boru bağlantı parçaları olarak kullanılır. Çabuk oksitlendiği için döküm işlemi oldukça zordur.
Alüminyum döküm alaşımlarının dokusu kabadır ve homojen değildir.Homojenliği sağlamak ve dokuyu inceltmek için ısıl işlem uygulanır. Bu alaşımlar temelde Al-Cu-Mg alaşımlarıdır. Ancak bu alaşımlar 150 ºC sıcaklığın üzerinde dayanımlarını yitirirler. Bundan dolayı yeni alaşım geliştirilerek % 4 bakır-%1,5 magnezyuma ilave olarak % 2 nikel kulanılmıştır.Bu alaşımın özelliği, yüksek sıcaklıklarda dayanımının fazla olmasıdır. Sıcak işlenebildiğinden dövülmüş ve preslenmiş uçak pistonları için kullanılır. Çil dökümlerin yapıları çok incedir. % 1 Cu, % 0,9 Ni, % 0,1 Mg, % 1 Fe, % 0,2 Ti, % 2,5 Si içeren alüminyum alaşımları çözündürme ısıl işlemi gerektirmeden 155 – 170 ºC’ de yaşlandırılabilmektedir. % 10 Cu, % 0,15-0,35 Mg, % 0,7 F. % 12 Si, % 1 Mg, % 1 Cu, % 2,5 Ni ısıl işlem uygulanabilen alaşımlara örnek gösterilebilir.
Alüminyum silisyum alaşımlarında % 0,01 sodyum ilavesi ile modifikasyon bir başka ifadeyle inceltme işlemi yapılır. Aynı amaçla stronsyum da kullanılmaktadır.
Alüminyum titanyum bor ön alaşımları (Al-Ti-B) sıvı alüminyuma ilave edilerek tane inceltme işlemi gerçekleştirilir. Mekanik özelliklerin gelişmesini sağlar.
Akıcılık ve çekme önemli döküm özelliklerindendir.
Sıvı metal kalıp boşluğunu tam olarak doldurması akıcılık olarak adlandırılır. Akıcılığı aşağıdaki faktörler etkiler. - Metalin bileşimi ve sıcaklığı – Dökülen parçanın konstrüksiyonu – Kalıbın özellikleri – Kalıp ile sıvı metalin temas durumu – Döküm şartları Akıcılık özelliği spiral deneyi ile ölçülür. Saf alüminyumun akıcılığı azdır. Alaşımlarda meydana gelen alümina sıvı metalin yüzeyinde zar şeklinde bir kabuk oluşturur. Bu da sıvı metalin akıcılık özelliğini azaltır.
Çekme,dökülen parçanın hacminin küçülmesidir. Alüminyumda çekme daha fazladır. Alaşım elementleri ilave edilerek çekme azaltılır. Çöküntü, çatlama ve çarpıklıklar döküm hatası olarak ortaya çıkar. Özgül ağırlığının(yoğunluğunun) düşüklüğünden dolayı besleme zorluğu oluşur.Sıvı metal sıcaklığı arttıkça çekme daha çok artar
Kaynak : Metal Dünyası Dergisi
Prof. Dr. Ahmet ARAN - İTÜ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ