Alüminyum ve Alaşımları

1.Giriş: Neden Alüminyum?

Alüminyum; 2,70 g/cm³ yoğunluğu (çeliğin ~üçte biri), doğal oksit filmi sayesindeki korozyon direnci, yüksek ısıl/elektriksel iletkenliği ve teorik olarak sınırsız geri dönüştürülebilirliğiyle demir dışı metallerin açık ara en çok üretilenidir. Saf hâlde yumuşaktır (R_m ≈ 90 MPa); ancak alaşımlama ve ısıl işlemle 700 MPa üzerine çıkan dayanımlara ulaşılır — bu da onu "hafif ama güçlü" arayan her sektörün ana malzemesi yapar.

• Özgül mukavemet: 7075-T6'nın dayanım/ağırlık oranı birçok yapı çeliğini geçer.
• Enerji ekonomisi: Geri dönüşüm, birincil üretime göre ~%95 daha az enerji ister.
• İşlenebilirlik: Dökülebilir, dövülebilir, ekstrüde edilebilir, haddelenebilir ve kolay talaş kaldırılır.

2.Alaşım Serileri

2.1 Dövme (işlem) alaşımları — EN 573 / AA gösterimi

2.2 Döküm alaşımları — EN 1706

Döküm tarafının bel kemiği Al-Si sistemidir: Si akıcılığı artırır, katılaşma büzülmesini azaltır. Başlıca temsilciler; EN AC-42100 (AlSi7Mg0,3 / A356) — ısıl işlemli yapısal döküm standardı, EN AC-46000 (AlSi9Cu3) — basınçlı dökümün iş atı, EN AC-44300 (AlSi12) — ötektik, ince kesit dolumu. Cu içeren döküm alaşımları dayanımı artırır ancak korozyon direncini düşürür.

3.Temper Gösterimleri (EN 515)

4.Çökelme Sertleşmesi: T6'nın Metalurjisi

Isıl işlemle sertleşen serilerin (2xxx, 6xxx, 7xxx ve Al-Si-Mg dökümler) dayanım kaynağı, dislokasyon hareketini kesen nano boyutlu çökeltilerdir. Üç adımlı klasik reçete:

1. Çözeltiye alma: Alaşım, tek faz bölgesine ısıtılır (örn. 6082 için ~530 °C); alaşım elementleri katı çözeltiye alınır.
2. Su verme: Hızlı soğutma, aşırı doymuş katı çözeltiyi (SSSS) oda sıcaklığına "dondurur". Kritik adımdır: yavaş soğuma, çökeltilerin tane sınırlarında kabaca oluşup dayanımı ve korozyon direncini düşürmesine yol açar.
3. Yaşlandırma: Ilımlı sıcaklıkta (150–200 °C) bekletme; çökelti dizisi ilerler (6xxx için: SSSS → GP bölgeleri → β″ → β′ → β-Mg₂Si). En etkili engel, kafesle uyumlu ara fazlardır (β″).

5.Ergiyik Kalitesi: Alüminyumun İki Düşmanı

5.1 Hidrojen

Sıvı alüminyum, nemden gelen hidrojeni kolayca çözer; katılaşmada çözünürlük ~20 kat düşer ve fazla hidrojen gaz porozitesi olarak yapıda kalır. Önlem: döner gaz giderme (rotary degassing, inert gazla), kuru şarj/takım, ölçüm için vakum altında katılaştırma testi (RPT) ve yoğunluk endeksi takibi.

5.2 Oksit filmleri (bifilm)

Serbest yüzey her an oksitlenir; türbülanslı transfer ve dolum, bu filmleri ergiyik içine katlayarak çift oksit filmi (bifilm) hâlinde gömer. Bifilmler; porozite çekirdeği, yorulma çatlağı başlangıcı ve süneklik kaybının başlıca sorumlusudur. Önlem: sakin transfer (< 0,5 m/s), alttan dolum, köpük seramik filtre (CFF), bekletme ve temiz pota pratiği.

5.3 Yapı iyileştirme

• Tane inceltme: Al-Ti-B (TiB₂) master alaşımıyla eş eksenli ince tane; besleme ve süneklik iyileşir.
• Modifikasyon: Al-Si ötektiğindeki iğnesel Si'yi Sr (veya Na) ilavesiyle lifsi hâle çevirme; tokluk belirgin artar.
• SDAS kontrolü: Dendrit kol aralığı soğuma hızının parmak izidir; kritik dökümlerde spesifikasyona bağlanır.

6.Üretim Yolları

• Döküm: Kum, kokil, alçak/yüksek basınçlı döküm (bkz. SAE Teknik Yayınları No.1).
• Dövme: 6082/7075 yapısal parçalar; fiber yapı avantajı (bkz. No.2).
• Ekstrüzyon: Alüminyumun imza prosesi. Isıtılmış biyet, kalıptan geçirilerek profil hâline getirilir; 6xxx serisi "ekstrüzyon alaşımları"dır. Press-quench + T5/T6 ile tek hatta profil + mukavemet elde edilir. Karmaşık çok boşluklu kesitler başka hiçbir yöntemle bu maliyete üretilemez.
• Haddeleme: Levha/folyo; otomotiv gövde sacları (5xxx iç, 6xxx dış panel).
• Birleştirme: MIG/TIG kaynağı (5xxx-6xxx iyi; 2xxx/7075 çatlamaya eğilimli), sürtünme karıştırma kaynağı (FSW), yapıştırma ve mekanik bağlantılar.

7.Korozyon Davranışı ve Yüzey İşlemleri

• Doğal pasiflik: 2–4 nm Al₂O₃ filmi nötr ortamda mükemmel koruma sağlar; kuvvetli asit/baz ortamında bozulur.
• Çukurcuk korozyonu: Klorürlü ortamların tipik hasarı; alaşım temizliği (özellikle Fe içeriği) belirleyicidir.
• Galvanik korozyon: Al, çoğu metale göre anottur; çelik/bakır ile doğrudan temas yalıtılmalıdır.
• Taneler arası korozyon / SCC: Yanlış ısıl işlem görmüş 2xxx ve 7xxx'te risk; 7075'te T73 aşırı yaşlandırması SCC direnci için geliştirilmiştir.
• Yüzey işlemleri: Anodizasyon (dekoratif ve sert anodik), kromat yerini alan Cr(VI)'sız dönüşüm kaplamaları, toz boya öncesi pretretman.

8.Sık Karşılaşılan Sorunlar: Tanı ve Önleme

9.Kalite Kontrol ve Standartlar

• Kimyasal analiz: Optik emisyon spektrometresi; EN 573 (dövme) / EN 1706 (döküm) aralıkları.
• Mekanik testler: EN ISO 6892-1 çekme, sertlik (HBW); temper doğrulama.
• İç yapı: RT/BT ile porozite değerlendirme, mikroyapıda SDAS ve modifikasyon derecesi, dövme/ekstrüzyonda makro dağlama.
• Ergiyik kontrol: RPT/yoğunluk endeksi, K-mold, termal analiz (tane inceltme ve modifikasyon etkinliği).
• Başlıca standartlar: EN 573, EN 515, EN 1706, EN 755 (ekstrüzyon), EN 485 (levha), EN 12258 (terimler).

10.Güncel Eğilimler

Taşıtların elektrifikasyonu alüminyum talebini büyütüyor: batarya kasaları (ekstrüzyon + FSW), mega-casting ile tek parça gövde bölümleri ve ısıl işlemsiz (self-hardening) döküm alaşımları öne çıkıyor. Diğer başlıklar: yüksek geri dönüşüm içerikli "yeşil alüminyum", Sc/Zr mikroalaşımlama, eklemeli imalat için AlSi10Mg ve yeni nesil yüksek dayanımlı toz alaşımları.

11.Yararlanılan Temel Kaynaklar

1. Polmear, I., StJohn, D., Nie, J.-F., Qian, M., Light Alloys: Metallurgy of the Light Metals, 5. baskı, Butterworth-Heinemann, 2017.
2. ASM International, ASM Handbook Vol. 2: Properties and Selection — Nonferrous Alloys, 1990.
3. Kaufman, J.G., Rooy, E.L., Aluminum Alloy Castings, ASM International, 2004.
4. Totten, G.E., MacKenzie, D.S. (ed.), Handbook of Aluminum Vol. 1, Marcel Dekker, 2003.
5. Campbell, J., Castings — The New Metallurgy of Cast Metals, 2. baskı, Butterworth-Heinemann, 2003.
6. İlgili standartlar: EN 573, EN 515, EN 1706, EN 755, EN 485, EN ISO 6892-1.