Alüminyumun Özellikleri
Yoğunluğu 2,7 olan hafif maden. Aynı hacimde demirden üç kat daha hafiftir. 660 derecede erir.
Alüminyum, boksit denilen bir maden filizinden çıkartılır. Boksit adı, 1821’de bu filizin ilk bulunduğu yerin adından gelir (Fransa’da Provence iline bağlı Baux [Bo] köyü). Boksit, içinde biraz demir bulunduğu için kırmızı, daha doğrusu pas rengindedir.
Boksitten elektroliz adı verilen bir yöntemle alüminyum elde edilir; bu yöntem çok fazla elektriğe ihtiyaç gösterir; bir ton alüminyum elde etmek için 17 000 kw/saat elektrik gerekir. Bu nedenle alüminyum özellikle A.B.D., Kanada, S.S.C.B., Japonya ve Fransa gibi önemli elektrik kaynaklarına sahip ülkelerde üretilir.
Alüminyum üretimi hızla gelişmektedir: 1945’ten beri hemen hemen her 8 yılda bir üretim iki katına çıkar.
Alüminyum, demirden sonra en çok kullanılan madendir, çünkü sanayi açısından pek ilgi çekici özelliklere sahiptir: hafiftir, ısıyı ve elektriği iyi iletir, atmosfer aşındırmasına karsı dayanıklıdır. Bununla birlikte, saf alüminyum birçok yerde kullanılamayacak kadar yumuşak olduğundan, «hafif alaşımlar» denilen birçok alaşımda, silisyum ile, magnezyum ile, bakır ile karıştırılır. Hafif oldukları için bu alaşımlar hafif malzemeyi gerektiren her yerde, özellikle uçak ve otomobil yapımında çok kullanılır (kullanılan alaşıma Dür alimin denir)
Alüminyumdan en fazla otomobil yapımında yararlanılır; hafif olduğu için piston, karterler ve karoserlerde, iletken olduğu için blok silindir ve üst kapaklarda, süsleme amacıyla far ve ayna çerçevelerinde, kapı kollan v.b. yerlerde çok kullanılır. Alüminyum veya hafif alaşımlar bina yapımında, elektrikli araçlarda, kap-kacak yapımında v.b. yerlerde kullanılır. Alüminyum oksit başka doğal kimyasal elementlerle karıştırılınca safir ve yakuta dönüşür. Aynı oksit, toz haline getirilirse zımpara olur; bu da yüzeyleri aşındırarak düzlemeğe yarar.
Alüminyum ve Alaşımları :
Alüminyum tabiatta bi çok bileşik halinde bulunmakla beraber alüminyum üretiminde kullanılan cevher Boksit’tir. Boksit &65 Al2 O3, %28 Fe2 , O3, %7 Si O2 ve %12-13 H2O ‘dan oluşur. Daha küçük miktarda Al2 O3 içeren boksit, refrakter malzeme yapımında kullanılır. Alüminyum üretiminde iki safha vardır. Alümina eldesi (Al2 O3) ve alüminadan Alüminyum metali elde etme, Yurdumuzda Alüminyum Seydişehir’deki Etibank alüminyum Tesislerinde üretilmektedir.
Alüminyumun Özellikleri :
Alüminyum çok düşük yoğunluklu (2,7 g/cm) hafif bir metaldir, yoğunluğu çeliğin yoğunluğunun yaklaşık üçte biridir. Ergime sıcaklığı 680 oC ve parlak gümüş renklidir. Yüzeyinde oluşan oksit filmi sayesinde korozyona karşı dirençlidir. Ancak bakır ile teması halinde Elektro kimyasal korozyona uğrayabilir. Bakırdan sonra elektriği en iyi ileten metaldir. Elektrik iletkenliği bakırın üçte ikisi mertebesindedir. Aynı zamanda ısıyı da iyi iletir. Çelikten beş kere daha iyi ısı iletir. Çok yumuşak ve sünek olduğu için soğuk şekil alma kabiliyeti iyidir. Ancak talaş kaldırılarak işlenmesi zordur.Talaşı kırılgan yapmak için içine kuruşun alaşım elemanı olarak katılabilir. Saf halde iken dayanımı oldukça düşüktür. Ancak alaşımları konstrüksiyonlarda kullanılabilir. Young modülü çeliğin değerlerinden üç kere düşüktür. Alüminyumun kendini çekmesi oldukça yüksektir(%6,6). Bundan dolayı dökümü yapılmak istenirse alaşımlarından istifade etmek gerekir. Sertliği 25-40 BSD değerindedir. Isıl genleşme katsayısı çelikten iki kere büyüktür.
Yukarıda bahsedilen özelliklerin izafi olması alaşımların bu özelliklerin karşılaştırmasını yapmakta geliştirilen bir kavram vardır. Mekanik ve fiziksel özelliklerin yoğunluğa oranı şeklinde tariflenir. Bu sebepten mesela özgül elektrik iletkenliği, özgül çekme dayanımı gibi tabirler getirilmiştir.
Elektrik İletkenliği
Özgül Elektrik İletkenliği = ——————————-
Yoğunluk
Çekme Dayanımı
Özgül Çekme Dayanımı = ——————————
Yoğunluk
Young Modülü
Özgül Young Modülü = ——————————-
Yoğunluk
Alüminyumun özgül elektrik iletkenliği bakırın özgül elektrik iletkenliğinden daha iyidir. Bakırın yoğunluğu alüminyumun yoğunluğunun yaklaşık üç katıdır. Benzer tarzda diğer özellikleri de karşılaştırmak mümkündür.
Kullanılma Yerleri : Mutfak eşyaları, ev eşyaları, bina kaplamaları, elektrik iletkenleri, kimya ve gıda sanayiindeki kaplar, havacılıkta, motor parça ve gövde dökümünde, kapı pencere yapımında vb. yerlerde kullanılır.
Alüminyum Alaşımları :
Bundan beklenen, yapılan alaşım ilavesi bu metalin sünekliğini ve korozyon direncini bozmadan düşük olan akma ve çekme mukavemetlerinin yükseltilmesine sebep olmaktır. Başlıca ilave elemanları mangan, Silisyum, Magnezyum, Çinko, Bakırdır. Yüksek oranda bulunan söz konusu alaşım elemanlarıyla alüminyum, metaller arası bileşikler oluşturur. Bunlar sert ve kırılgandır. Böylece sertlik ve mukavemetle artış olurken, şekillendirilebilme kabiliyeti düşer.
Sıvı alüminyum başta hidrojen olmak üzere gazları çözme eğilimi fazla olduğundan 800 0C ‘ın üstünde uzun süre ergitme yapılmamalıdır.
Alüminyum alaşımlarını yapılan işleme bağlı olarak iki gruba ayırmak mümkündür.
a. Mukavemeti ve Sertliği Deformasyonla Artırılan Alaşımlar: İstenilen mukavemet ve sertlik deformasyon oranıyla kontrol edilebilir. Gerektiğinde tavlama ile yumuşatılabilir. En önemli ısıl işlemle sertleştirilemeyen alüminyum alaşımlarında %10-13 Si bulunur. Bu dökümü kolaylaştırmakta ve basınca dayanıklı dökümün elde edilebilmesini sağlar. Bu alaşımlar dişli kutuları, uçaklar, otomobil dökümleri gibi yerlerde kullanılırlar. Korozyon dirençleri iyidir. Ancak deniz şartlarında alüminyum-magnezyum alaşımı kadar korozyona direnç gösteremezler.
b. Isıl İşleme Tabi Tutulabilen Alaşımlar : Bunlarda geçici olarak sağlanan yumuşaklık süresinde yüksek oranda deformasyona tabi tutulabilir ve sonra istenilen mukavemete ve sertlik değerine ısıl işlemle ulaşılabilir.
Bunlarda geçici olarak sağlanan yumuşaklık süresinde yüksek oranda deformasyona tabi tutulabilir ve sonra istenilen mukavemete ve sertlik değerine ısıl işlemle ulaşılabilir.
Burada yaşlanma olayı ile malzemenin sertlik ve mukavemeti artırılır. Suni ve tabii yaşlanma işlemi uygulanabilir. Tabii yaşlanma 100 gün kadar sürerken, suni yaşlanma 0,24 saatte tamamlanır.
Çökeltme sertleşmesi olarak ta isimlendirilen yaşlanmanı oluşabilmesi için denge diyagramlarında katı fazda çözünürlük oranının sıcaklıkla artması gereklidir (Şekil. 22). Böyle bir sistemde x kompozisyona sahip alaşım α bölgesine ısıtılır. Bu arada bir müddet tutulursa – solisyona alma işlemi- ve hızlı soğutularak oda sıcaklığının üstünde bir sıcaklıkta bir süre bekletilirse alaşımın sertliği ve mukavemetinin arttığı tespit edilmiştir. Eğer hızlı soğutmadan sonra oda sıcaklığında bekletme yapılırsa bu tabii yaşlandırma işlemi olarak adlandırılır.
Yaşlandırma ve sertleştirilebilen alüminyum alaşımlarına en iyi örnek Al – %4 Cu alaşımıdır. Şekil 22. de gösterilen alüminyum bakır ikili denge diyagramının alüminyumca zengin bölgesi incelenirse alüminyum içinde bakırın erime oranının sıcaklıkla arttığı görülür. Eğer X kompozisyonlu alaşım To sıcaklığına ısıtılırsa çok miktarda bakır alüminyum içinde erir. Bu sıcaklıktan eğer alaşım hızlı olarak soğutulursa -su ile soğutulabilir- daha sonra CuAl2 bileşiği çökelecektir. Zira çökelme zaman ve sıcaklığa bağlı bir düfüzyon işlemidir. To sıcaklığından hızlı soğutulan alaşımın yapısı oda sıcaklığında aşırı doymuş katı eriyiktir ve dengesizdir. Belirli bir süre sonra Cu Al2 çökelmesi görülmeye başlanacaktır. Bu ise dayanımda önemli bir artış meydana getirirken sünekliğinde düşüş görülür. Söz konusu çökelme işlemi düşük sıcaklıkta bekletmekle hızlandırılabilir. Bu sıcaklıkta -120-200 0C- belli bir süre bekletmekle işlem daha kısa sürede tamamlanmaktadır. Ancak burada bekletme süresi önem kazanır. Şekil. 23 suni yaşlandırma işlemi olarak adlandırılan bu işlemi şematize etmektedir. Eğer yaşlandırma sıcaklığında uzun süre bekletilirse çökelen iki fazın bir araya toplanması söz konusu olur. bu ise mukavemet ve sertlikte düşüş demektir. Bu tür alaşımlara istenilen şekil verilir ve sonra yaşlandırılarak sertleştirilir.
