Alüminyum, dünyada en bol bulunan metaldir ve yer kabuğunun %8'ini oluşturan en yaygın üçüncü elementtir. Alüminyumun çok yönlülüğü, onu çelikten sonra en yaygın kullanılan metal haline getirir.

Alüminyum Üretimi

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

Yıllık Alüminyum Talebi

Dünya çapında alüminyum talebi yılda 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 caziptir. 1 ton yeni alüminyum üretmek için 14.000 kWh enerji gerekir. Buna karşılık, bir ton alüminyumu yeniden eritip geri dönüştürmek için bunun yalnızca %5'i yeterlidir. İşlenmemiş ve geri dönüştürülmüş alüminyum alaşımları arasında kalite farkı yoktur.

Alüminyumun Uygulamaları

SafalüminyumYumuşak, sünek, korozyona dayanıklı ve yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir. Folyo ve iletken kablolarda yaygın olarak kullanılır, ancak diğer uygulamalar için gereken daha yüksek mukavemeti sağlamak için diğer elementlerle alaşımlanması gerekir. Alüminyum, çelikten daha 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, yapı malzemelerinden ince ambalaj folyolarına kadar uzanmaktadır.

Alaşım Tanımları

Alüminyum genellikle bakır, çinko, magnezyum, silisyum, manganez ve lityum ile alaşımlanır. Ayrıca az miktarda krom, titanyum, zirkonyum, kurşun, bizmut ve nikel de eklenir ve demir her zaman az miktarda bulunur.

300'den fazla dövme alaşımı bulunmaktadır ve bunlardan 50'si yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar genellikle ABD'de ortaya çıkan ve günümüzde evrensel olarak kabul gören dört haneli bir sistemle tanımlanır. Tablo 1, dövme alaşımlar için sistemi açıklamaktadır. Döküm alaşımları da benzer adlandırmalara sahiptir ve beş haneli bir sistem kullanır.

Tablo 1.Dövme alüminyum alaşımlarının tanımları.

1XXX olarak adlandırılan alaşımsız dövme alüminyum alaşımları için, son iki hane metalin saflığını temsil eder. Alüminyum saflığı en yakın %0,01'e kadar ifade edildiğinde, ondalık noktadan sonraki son iki haneye eşdeğerdir. İkinci hane, safsızlık limitlerindeki değişiklikleri gösterir. İkinci hane sıfırsa, doğal safsızlık limitlerine sahip alaşımsız alüminyumu, 1'den 9'a kadar olan rakamlar ise bireysel safsızlıkları veya alaşım elementlerini gösterir.

2XXX ile 8XXX grupları için, son iki hane gruptaki farklı alüminyum alaşımlarını belirtir. İkinci hane alaşım değişikliklerini gösterir. Sıfır rakamı orijinal alaşımı, 1 ile 9 arasındaki tam sayılar ise ardışık alaşım değişikliklerini gösterir.

Alüminyumun Fiziksel Özellikleri

Alüminyumun Yoğunluğu

Alüminyum, çelik veya bakırın yaklaşık üçte biri yoğunluğa sahip olduğundan, piyasada bulunan en hafif metallerden biridir. Elde edilen yüksek mukavemet/ağırlık oranı, onu özellikle ulaştırma sektörleri için daha fazla yük kapasitesi veya yakıt tasarrufu sağlayan önemli bir yapı malzemesi haline getirir.

Alüminyumun Gücü

Saf alüminyum yüksek bir çekme mukavemetine sahip değildir. Ancak manganez, silisyum, bakır ve magnezyum gibi alaşım elementlerinin eklenmesi, alüminyumun mukavemet özelliklerini artırabilir ve belirli uygulamalara uygun özelliklere sahip bir alaşım üretebilir.

AlüminyumSoğuk ortamlara oldukça uygundur. Çelikten daha avantajlıdır çünkü çekme dayanımı, sıcaklık düştükçe artarken tokluğunu korur. Öte yandan çelik, düşük sıcaklıklarda kırılgan hale gelir.

Alüminyumun Korozyon Direnci

Alüminyum havaya maruz kaldığında, yüzeyinde neredeyse anında bir alüminyum oksit tabakası oluşur. Bu tabaka korozyona karşı mükemmel bir dirence sahiptir. Çoğu aside karşı oldukça dirençlidir, ancak alkalilere karşı daha az dirençlidir.

Alüminyumun Isıl İletkenliği

Alüminyumun ısı iletkenliği çeliğinkinden yaklaşık üç kat daha fazladır. Bu, alüminyumu ısı eşanjörleri gibi hem soğutma hem de ısıtma uygulamaları için önemli bir malzeme haline getirir. Toksik olmamasıyla birlikte bu özelliği, alüminyumun pişirme kapları ve mutfak eşyalarında yaygın olarak kullanıldığı anlamına gelir.

Alüminyumun Elektriksel İletkenliği

Bakırla birlikte alüminyum, elektrik iletkeni olarak kullanılmaya yetecek kadar yüksek bir elektrik iletkenliğine sahiptir. Yaygın olarak kullanılan iletken alaşımın (1350) iletkenliği tavlanmış bakırın yalnızca yaklaşık %62'si kadar olsa da, ağırlığı yalnızca üçte biri kadardır ve bu nedenle aynı ağırlıktaki bakıra kıyasla iki kat daha fazla elektrik iletebilir.

Alüminyumun Yansıtıcılığı

UV'den kızılötesine kadar, alüminyum mükemmel bir radyant enerji yansıtıcısıdır. Yaklaşık %80'lik görünür ışık yansıtma oranı, aydınlatma armatürlerinde yaygın olarak kullanıldığı anlamına gelir. Aynı yansıtma özellikleri,alüminyumYazın güneş ışınlarından korunmak için, kışın ise ısı kaybına karşı yalıtım sağlamak için ideal bir yalıtım malzemesidir.

Tablo 2.Alüminyumun özellikleri.

Alüminyumun Mekanik Özellikleri

Alüminyum, herhangi bir arızaya yol açmadan ciddi şekilde deforme edilebilir. Bu sayede alüminyum, haddeleme, ekstrüzyon, çekme, işleme ve diğer mekanik işlemlerle şekillendirilebilir. Ayrıca yüksek toleranslı döküm de yapılabilir.

Alüminyumun özelliklerini özelleştirmek için alaşımlama, soğuk işleme ve ısıl işlem uygulanabilir.

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

Alüminyum Standartları

Eski BS1470 standardının yerini dokuz EN standardı almıştır. EN standartları Tablo 4'te verilmiştir.

Tablo 4.Alüminyum için EN standartları

EN standartları, eski standart olan BS1470'den aşağıdaki alanlarda farklılık göstermektedir:

• Kimyasal bileşimleri – değişmemiş.
• Alaşım numaralandırma sistemi – değişmedi.
• Isıl işlem uygulanabilen alaşımlar için temper tanımlamaları artık daha geniş bir özel temper aralığını kapsamaktadır. Standart dışı uygulamalar için T harfinden sonra dört haneye kadar tanımlamalar kullanılmaktadır (örneğin T6151).
• Isıl işlem uygulanamayan 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 eklenmiştir. 5251 alaşımı için temperler artık H32/H34/H36/H38 (H22/H24 vb. ile eşdeğer) olarak gösterilmektedir. H19/H22 ve H24 artık ayrı ayrı gösterilmektedir.
• Mekanik özellikler – önceki rakamlarla aynı seviyede. Test sertifikalarında artık %0,2 Deney Gerilimi belirtilmek zorunda.
• Toleranslar çeşitli derecelerde daraltılmıştır.
  

  Alüminyumun Isıl İşlemi

  Alüminyum alaşımlarına çeşitli ısıl işlemler uygulanabilir:

  • Homojenizasyon – Dökümden sonra ısıtma yoluyla segregasyonun giderilmesi.
  • Tavlama – Soğuk işlemden sonra sertleşen alaşımları (1XXX, 3XXX ve 5XXX) yumuşatmak için kullanılır.
  • Çökelme veya yaşlandırma sertleştirmesi (alaşımlar 2XXX, 6XXX ve 7XXX).
  • Çökelme sertleştirme alaşımlarının yaşlandırma öncesi çözelti ısıl işlemi.
  • Kaplamaların kürlenmesi için fırınlama
  • Isıl işlemden sonra tanımlama numaralarına bir ek eklenir.
  • F eki “uydurulmuş olarak” anlamına gelir.
  • O, “tavlanmış işlenmiş ürünler” anlamına gelir.
  • T, “ısıl işleme tabi tutulmuş” anlamına gelir.
  • W, malzemenin çözeltiye alınarak ısıl işleme tabi tutulduğu anlamına gelir.
  • H, “soğuk işlenmiş” veya “gerinim sertleştirilmiş” ısıl işleme tabi tutulamayan alaşımları ifade eder.
  • Isıl işleme tabi tutulamayan alaşımlar 3XXX, 4XXX ve 5XXX gruplarındaki alaşımlardır.