Alüminyum, dünyanın en bol bulunan metalidir ve yeryüzü kabuğunun %8'ini oluşturan üçüncü en yaygın elementtir. Alüminyumun çok yönlülüğü, onu çelikten sonra en yaygın kullanılan metal yapmaktadır.

Alüminyum Üretimi

Alüminyum, boksit mineralinden elde edilir. Boksit, Bayer Prosesi yoluyla alüminyum okside (alümina) dönüştürülür. Daha sonra alümina, elektrolitik hücreler ve Hall-Heroult Prosesi kullanılarak alüminyum metaline dönüştürülür.

Alüminyumun Yıllık Talebi

Dünya genelinde yıllık alüminyum talebi yaklaşık 29 milyon tondur. Bunun yaklaşık 22 milyon tonu yeni alüminyum, 7 milyon tonu ise geri dönüştürülmüş alüminyum hurdasıdır. Geri dönüştürülmüş alüminyum kullanımı ekonomik ve çevresel açıdan oldukça caziptir. 1 ton yeni alüminyum üretmek için 14.000 kWh enerji gerekirken, 1 ton alüminyumu eritip geri dönüştürmek için bunun sadece %5'i yeterlidir. Yeni ve geri dönüştürülmüş alüminyum alaşımları arasında kalite açısından hiçbir fark yoktur.

Alüminyumun Uygulamaları

SafalüminyumYumuşak, esnek, korozyona dayanıklı ve yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir. Folyo ve iletken kablolar için yaygın olarak kullanılır, ancak diğer uygulamalar için gereken daha yüksek mukavemeti sağlamak için diğer elementlerle alaşımlanması gereklidir. Alüminyum, çeliğe göre üstün bir mukavemet/ağırlık oranına sahip en hafif mühendislik metallerinden biridir.

Alüminyum, mukavemet, hafiflik, korozyon direnci, geri dönüştürülebilirlik ve şekillendirilebilirlik gibi avantajlı özelliklerinin çeşitli kombinasyonlarından yararlanılarak, giderek artan sayıda uygulamada kullanılmaktadır. Bu ürün yelpazesi, yapısal malzemelerden ince ambalaj folyolarına kadar uzanmaktadır.

Alaşım Tanımları

Alüminyum en yaygın olarak bakır, çinko, magnezyum, silisyum, manganez ve lityum ile alaşımlanır. Ayrıca az miktarda krom, titanyum, zirkonyum, kurşun, bizmut ve nikel ilaveleri de yapılır ve demir her zaman küçük miktarlarda bulunur.

300'den fazla dövme alaşımı bulunmakta olup, bunların 50'si yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar genellikle ABD'de ortaya çıkan ve artık evrensel olarak kabul edilen dört haneli bir sistemle tanımlanır. Tablo 1, dövme alaşımları için kullanılan sistemi açıklamaktadır. Dökme alaşımlar benzer tanımlamalara sahiptir ve beş haneli bir sistem kullanır.

Tablo 1.Dövme alüminyum alaşımları için kullanılan tanımlamalar.

1XXX olarak belirtilen alaşımsız dövme alüminyum alaşımlarında, son iki rakam metalin saflığını temsil eder. Bunlar, alüminyum saflığı en yakın 0,01 yüzdeye yuvarlandığında ondalık noktadan sonraki son iki rakama eşdeğerdir. İkinci rakam, safsızlık sınırlarında yapılan değişiklikleri gösterir. İkinci rakam sıfır ise, doğal safsızlık sınırlarına sahip alaşımsız alüminyumu; 1 ile 9 arası ise, bireysel safsızlıkları veya alaşım elementlerini gösterir.

2XXX ile 8XXX arasındaki gruplar için, son iki rakam gruptaki farklı alüminyum alaşımlarını tanımlar. İkinci rakam alaşım modifikasyonlarını gösterir. İkinci rakamın sıfır olması orijinal alaşımı, 1 ile 9 arasındaki tam sayılar ise ardışık alaşım modifikasyonlarını gösterir.

Alüminyumun Fiziksel Özellikleri

Alüminyumun Yoğunluğu

Alüminyumun yoğunluğu, çelik veya bakırın yoğunluğunun yaklaşık üçte biri kadardır; bu da onu piyasada bulunan en hafif metallerden biri yapar. Ortaya çıkan yüksek mukavemet/ağırlık oranı, özellikle ulaşım sektörlerinde artan yük taşıma kapasitesi veya yakıt tasarrufu sağlaması açısından onu önemli bir yapı malzemesi haline getirir.

Alüminyumun Mukavemeti

Saf alüminyum yüksek çekme dayanımına sahip değildir. Bununla birlikte, manganez, silisyum, bakır ve magnezyum gibi alaşım elementlerinin eklenmesi, alüminyumun dayanım özelliklerini artırabilir ve belirli uygulamalara uygun özelliklere sahip bir alaşım üretebilir.

AlüminyumSoğuk ortamlara oldukça uygundur. Çekme dayanımının sıcaklık düştükçe artması ve tokluğunu koruması, çeliğe göre avantajıdır. Çelik ise düşük sıcaklıklarda kırılgan hale gelir.

Alüminyumun Korozyona Direnci

Hava ile temas ettiğinde, alüminyum yüzeyinde neredeyse anında bir alüminyum oksit tabakası oluşur. Bu tabaka korozyona karşı mükemmel direnç gösterir. Çoğu aside karşı oldukça dayanıklıdır, ancak alkalilere karşı daha az dirençlidir.

Alüminyumun Isı İletkenliği

Alüminyumun ısı iletkenliği çeliğe göre yaklaşık üç kat daha fazladır. Bu özellik, alüminyumu ısı eşanjörleri gibi hem soğutma hem de ısıtma uygulamaları için önemli bir malzeme haline getirir. Zehirli olmamasıyla birlikte bu özelliği, alüminyumun pişirme kaplarında ve mutfak eşyalarında yaygın olarak kullanılmasını sağlar.

Alüminyumun Elektrik İletkenliği

Bakırla birlikte alüminyum da elektrik iletkeni olarak kullanılabilecek kadar yüksek bir elektrik iletkenliğine sahiptir. Yaygın olarak kullanılan iletken alaşımın (1350) iletkenliği tavlanmış bakırın iletkenliğinin yalnızca yaklaşık %62'si kadar olsa da, ağırlığı sadece üçte bir oranındadır ve bu nedenle aynı ağırlıktaki bakırla karşılaştırıldığında iki kat daha fazla elektrik iletebilir.

Alüminyumun Yansıtıcılığı

Alüminyum, UV'den kızılötesine kadar radyasyon enerjisini mükemmel bir şekilde yansıtır. Yaklaşık %80'lik görünür ışık yansıtma özelliği, aydınlatma armatürlerinde yaygın olarak kullanılmasını sağlar. Aynı yansıtma özellikleri, alüminyumun diğer malzemelerde de kullanılmasını mümkün kılar.alüminyumYazın güneş ışınlarına karşı koruma sağlarken, kışın da ısı kaybını önlemek için ideal bir yalıtım malzemesidir.

Tablo 2.Alüminyumun özellikleri.

Alüminyumun Mekanik Özellikleri

Alüminyum, kırılmadan ciddi şekilde deforme edilebilir. Bu özelliği sayesinde alüminyum, haddeleme, ekstrüzyon, çekme, işleme ve diğer mekanik işlemlerle şekillendirilebilir. Ayrıca yüksek toleransla döküm de yapılabilir.

Alaşımlama, soğuk işleme ve ısıl işlem gibi yöntemler, alüminyumun özelliklerini şekillendirmek için kullanılabilir.

Saf alüminyumun çekme dayanımı yaklaşık 90 MPa'dır, ancak bu değer bazı ısıl işlem görebilen alaşımlar için 690 MPa'nın üzerine çıkarılabilir.

Alüminyum Standartları

Eski BS1470 standardı, dokuz adet EN standardı ile değiştirilmiştir. EN standartları Tablo 4'te verilmiştir.

Tablo 4.Alüminyum için EN standartları

EN standartları, eski BS1470 standardından aşağıdaki alanlarda farklılık göstermektedir:

• Kimyasal bileşimler değişmeden kalır.
• Alaşım numaralandırma sistemi – değişmedi.
• Isıl işlem görebilen alaşımlar için temper tanımlamaları artık daha geniş bir özel temper yelpazesini kapsamaktadır. Standart dışı uygulamalar için T'den sonra dört basamağa kadar rakamlar kullanılmaya başlanmıştır (örneğin T6151).
• Isıl işlem görmeyen alaşımlar için temper tanımlamaları – mevcut temperler değişmeden kalmıştır, ancak temperler artık nasıl oluşturuldukları açısından daha kapsamlı bir şekilde tanımlanmıştır. Yumuşak (O) temper artık H111'dir ve ara temper H112 tanıtılmıştır. 5251 alaşımı için temperler artık H32/H34/H36/H38 (H22/H24, vb. eşdeğeri) olarak gösterilmektedir. H19/H22 ve H24 artık ayrı olarak gösterilmektedir.
• Mekanik özellikler – önceki değerlere benzer kalmıştır. Test sertifikalarında artık %0,2 Akma Gerilimi belirtilmelidir.
• Toleranslar çeşitli derecelerde sıkılaştırılmıştır.
  

  Alüminyumun Isıl İşlemi

  Alüminyum alaşımlarına çeşitli ısıl işlemler uygulanabilir:

  • Homojenizasyon – dökümden sonra ısıtma yoluyla ayrışmanın giderilmesi.
  • Tavlama – sertleşme gösteren alaşımları (1XXX, 3XXX ve 5XXX) yumuşatmak için soğuk işlemden sonra kullanılır.
  • Çökeltme veya yaşlandırma sertleştirmesi (2XXX, 6XXX ve 7XXX alaşımları).
  • Çökeltme sertleştirme alaşımlarının yaşlandırma işleminden önce uygulanan çözelti ısıl işlemi.
  • Kaplamaların kürlenmesi için fırınlama
  • Isıl işlemden sonra, tanımlama numaralarına bir sonek eklenir.
  • F soneki "imal edilmiş" anlamına gelir.
  • O harfi "tavlanmış dövme ürünler" anlamına gelir.
  • T harfi, ürünün "ısıl işlemden geçirilmiş" olduğunu gösterir.
  • W harfi, malzemenin çözelti ısıl işlemine tabi tutulduğunu gösterir.
  • H harfi, ısıl işlem görmeyen, "soğuk işlenmiş" veya "gerilme sertleştirilmiş" alaşımları ifade eder.
  • Isıl işlem görmeyen alaşımlar 3XXX, 4XXX ve 5XXX gruplarındaki alaşımlardır.