Alüminyumun kaynak imalat endüstrisindeki büyümesi ve birçok uygulama için çeliğe mükemmel bir alternatif olarak kabul görmesiyle birlikte, alüminyum projeleri geliştirenlerin bu malzeme grubuna daha aşina olmaları yönündeki talepler artmaktadır. Alüminyumu tam olarak anlamak için, öncelikle alüminyum tanımlama/tanımlama sistemini, mevcut birçok alüminyum alaşımını ve özelliklerini öğrenmeniz önerilir.

Alüminyum Alaşım Temperleme ve Tanımlama Sistemi- Kuzey Amerika'da, alüminyum alaşımlarının tahsisi ve tescilinden Alüminyum Birliği Inc. sorumludur. Şu anda Alüminyum Birliği'ne kayıtlı 400'den fazla işlenmiş alüminyum ve işlenmiş alüminyum alaşımı ile 200'den fazla döküm ve külçe alüminyum alaşımı bulunmaktadır. Tüm bu kayıtlı alaşımların alaşım kimyasal bileşim sınırları, Alüminyum Birliği'ninTeal Kitabı“Dövme Alüminyum ve Dövme Alüminyum Alaşımları için Uluslararası Alaşım Tanımları ve Kimyasal Bileşim Sınırları” başlıklı vePembe Kitap"Döküm ve Külçe Halindeki Alüminyum Alaşımları için Tanımlamalar ve Kimyasal Bileşim Limitleri" başlıklı bu yayınlar, kaynak mühendisleri için kaynak prosedürleri geliştirirken ve kimyanın ve çatlak hassasiyetiyle ilişkisinin dikkate alınmasının önemli olduğu durumlarda son derece faydalı olabilir.

Alüminyum alaşımları, termal ve mekanik işleme tepki verme kabiliyeti ve alüminyum alaşımına eklenen birincil alaşım elementi gibi belirli malzeme özelliklerine göre çeşitli gruplara ayrılabilir. Alüminyum alaşımları için kullanılan numaralandırma/tanımlama sistemini ele aldığımızda, yukarıdaki özellikler ortaya çıkar. Dövme ve döküm alüminyumların farklı tanımlama sistemleri vardır. Dövme sistem 4 haneli bir sistemdir ve dökümler 3 haneli ve 1 ondalık basamaklı bir sisteme sahiptir.

Dövme Alaşım Tanımlama Sistemi- Öncelikle 4 haneli dövme alüminyum alaşımı tanımlama sistemini ele alacağız. İlk hane (Xxxx) alüminyum alaşımına eklenen ve genellikle alüminyum alaşım serilerini, yani 1000 serisi, 2000 serisi, 3000 serisi ve 8000 serisine kadar olan serileri tanımlamak için kullanılan başlıca alaşım elementini gösterir (bkz. Tablo 1).

İkinci tek haneli sayı (x)Xxx), 0'dan farklıysa, belirli alaşımın bir modifikasyonunu gösterir ve üçüncü ve dördüncü rakamlar (xx)XX) serideki belirli bir alaşımı tanımlamak için verilen keyfi sayılardır. Örnek: 5183 alaşımında, 5 sayısı magnezyum alaşım serisinden olduğunu, 1 ise 1. alaşım olduğunu gösterir.^stOrijinal alaşım 5083'e yapılan modifikasyondur ve 83 onu 5xxx serisinde tanımlar.

Bu alaşım numaralandırma sisteminin tek istisnası, son 2 hanenin %99'un üzerindeki minimum alüminyum yüzdesini, yani Alaşım 13'ü sağladığı 1xxx serisi alüminyum alaşımlarıdır (saf alüminyumlar).(50)(Minimum %99,50 alüminyum).

DÖVME ALÜMİNYUM ALAŞIMI TANIMLAMA SİSTEMİ

Tablo 1

Döküm Alaşım Tanımı- Döküm alaşımı tanımlama sistemi, 3 haneli artı ondalık gösterim xxx.x'e (yani 356.0) dayanmaktadır. İlk hane (Xxx.x) alüminyum alaşımına eklenen ana alaşım elementini gösterir (bkz. Tablo 2).

DÖKME ALÜMİNYUM ALAŞIM TANIMLAMA SİSTEMİ

Tablo 2

İkinci ve üçüncü basamak (x)XX.x), serideki belirli bir alaşımı tanımlamak için verilen keyfi sayılardır. Ondalık noktadan sonraki sayı, alaşımın döküm (.0) veya külçe (.1 veya .2) olup olmadığını gösterir. Büyük harfli ön ek, belirli bir alaşımda yapılan bir değişikliği gösterir.
Örnek: Alaşım – A356.0 büyük A (Axxx.x), 356.0 alaşımının bir modifikasyonunu gösterir. 3 sayısı (A3xx.x) silikon artı bakır ve/veya magnezyum serisinden olduğunu gösterir. 56 inç (Ax)56.0) 3xx.x serisindeki alaşımı tanımlar ve .0 (Axxx.0) bunun külçe değil, son şekil dökümü olduğunu gösterir.

Alüminyum Temper Tanımlama Sistemi -Farklı alüminyum alaşım serilerini ele alırsak, özelliklerinde ve buna bağlı olarak uygulamalarında önemli farklılıklar olduğunu görürüz. Tanımlama sistemini anladıktan sonra, fark edilmesi gereken ilk nokta, yukarıda belirtilen seri içinde iki farklı alüminyum türü olduğudur. Bunlar, Isıl İşlem Görebilen Alüminyum alaşımları (ısı ilavesiyle mukavemet kazanabilenler) ve Isıl İşlem Görmeyen Alüminyum alaşımlarıdır. Bu ayrım, ark kaynağının bu iki malzeme türü üzerindeki etkilerini değerlendirirken özellikle önemlidir.

1xxx, 3xxx ve 5xxx serisi dövme alüminyum alaşımları ısıl işleme tabi tutulmaz ve yalnızca gerinim sertleştirmesi yapılabilir. 2xxx, 6xxx ve 7xxx serisi dövme alüminyum alaşımları ısıl işleme tabi tutulurken, 4xxx serisi hem ısıl işleme tabi tutulabilen hem de ısıl işleme tabi tutulamayan alaşımlardan oluşur. 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x ve 7xx.x serisi döküm alaşımları ısıl işleme tabi tutulur. Gerinim sertleştirmesi genellikle dökümlere uygulanmaz.

Isıl işlem uygulanabilen alaşımlar, optimum mekanik özelliklerini bir ısıl işlem süreciyle elde eder. En yaygın ısıl işlemler Çözelti Isıl İşlemi ve Yapay Yaşlandırmadır. Çözelti Isıl İşlemi, alaşım elementlerini veya bileşiklerini çözeltiye almak için alaşımın yüksek bir sıcaklığa (yaklaşık 990°F) ısıtılması işlemidir. Bunu, oda sıcaklığında aşırı doymuş bir çözelti elde etmek için genellikle suda söndürme işlemi izler. Çözelti ısıl işlemini genellikle yaşlandırma takip eder. Yaşlandırma, istenen özellikleri elde etmek için aşırı doymuş bir çözeltiden elementlerin veya bileşiklerin bir kısmının çökeltilmesidir.

Isıl işleme tabi tutulmayan alaşımlar, optimum mekanik özelliklerini Gerinim Sertleştirmesi ile elde ederler. Gerinim sertleştirmesi, soğuk işleme uygulanarak mukavemeti artırma yöntemidir. T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

TEMEL TAM TAMLAMA TANIMLARI

Tablo 3

Temel temper tanımlamasının yanı sıra, biri “H” Temper – Gerinim Sertleştirmesi, diğeri “T” Temper – Isıl İşlem Tanımlaması olmak üzere iki alt bölüm kategorisi vardır.

H Temperinin Alt Bölümleri – Gerinim Sertleştirilmiş

H harfinden sonraki ilk rakam temel bir işlemi belirtir:
H1– Sadece Sertleştirilmiş.
H2– Sertleştirilmiş ve Kısmen Tavlanmış.
H3– Gerilimle Sertleştirilmiş ve Stabilize Edilmiştir.
H4– Sertleştirilmiş ve lake veya boyalı.

H harfinden sonraki ikinci rakam, sertleşme derecesini gösterir:
HX2– Çeyrek Sert HX4– Yarı Sert HX6– Üç Çeyrek Zor
HX8– Tam Sert HX9– Ekstra Sert

T Temperinin Alt Bölümleri – Isıl İşlem Görmüş

T1- Ekstrüzyon gibi yüksek sıcaklıkta şekillendirme işlemlerinden sonra soğutularak doğal olarak yaşlandırılmış.
T2- Yüksek sıcaklıkta şekillendirme işleminden sonra soğutulup, doğal olarak yaşlandırılan soğuk işlenmiş ürün.
T3- Çözeltiye alma ısıl işlemi uygulanmış, soğuk işlenmiş ve doğal yaşlandırılmıştır.
T4- Çözelti ısıl işlemi uygulanmış ve doğal olarak yaşlandırılmıştır.
T5- Yüksek sıcaklıkta şekillendirme işleminden sonra soğutularak yapay olarak yaşlandırılmış.
T6- Çözeltiye alma ısıl işlemi uygulanmış ve yapay yaşlandırılmıştır.
T7- Çözelti ısıl işlemine tabi tutulmuş ve stabilize edilmiştir (aşırı yaşlandırılmış).
T8- Çözeltiye alma ısıl işlemi uygulanmış, soğuk işlenmiş ve yapay yaşlandırılmış.
T9- Çözeltiye alma ısıl işlemi uygulanmış, yapay yaşlandırılmış ve soğuk işlenmiş.
T10- Yüksek sıcaklıkta şekillendirme işleminden sonra soğutulup, yapay olarak yaşlandırılan soğuk işlenmiş ürün.

Ek rakamlar stresten kurtulmayı ifade eder.
Örnekler:
TX51veya TXX51– Esneme ile stresten kurtulun.
TX52veya TXX52– Sıkıştırılarak stresten kurtulunur.

Alüminyum Alaşımları ve Özellikleri- Dövme alüminyum alaşımlarının yedi serisini ele aldığımızda, aralarındaki farkları takdir edecek, kullanım alanlarını ve özelliklerini anlayacağız.

1xxx Serisi Alaşımlar– (ısıl işleme tabi tutulmaz – 10 ila 27 ksi nihai çekme dayanımına sahip) Bu seri, minimum %99,0 alüminyum içermesi gerektiğinden genellikle saf alüminyum serisi olarak anılır. Kaynaklanabilirler. Ancak, dar erime aralıkları nedeniyle, kabul edilebilir kaynak prosedürleri üretmek için belirli hususlara dikkat edilmesi gerekir. Üretim için düşünüldüğünde, bu alaşımlar öncelikle özel kimyasal tanklar ve borularda olduğu gibi üstün korozyon dirençleri veya bara uygulamalarında olduğu gibi mükemmel elektrik iletkenlikleri nedeniyle seçilir. Bu alaşımların mekanik özellikleri nispeten zayıftır ve genel yapısal uygulamalar için nadiren dikkate alınırlar. Bu temel alaşımlar genellikle uygulama ve performans gereksinimlerine bağlı olarak uygun dolgu malzemesi veya 4xxx dolgu alaşımlarıyla kaynaklanır.

2xxx Serisi Alaşımlar– (ısıl işleme tabi tutulabilir – 27 ila 62 ksi nihai çekme dayanımına sahip) bunlar alüminyum/bakır alaşımlarıdır (%0,7 ila %6,8 arasında bakır ilavesi içerir) ve havacılık ve uçak uygulamalarında sıklıkla kullanılan yüksek mukavemetli, yüksek performanslı alaşımlardır. Geniş bir sıcaklık aralığında mükemmel mukavemete sahiptirler. Bu alaşımların bazıları, sıcak çatlama ve gerilim korozyon çatlamasına karşı hassas olmaları nedeniyle ark kaynağı işlemleriyle kaynaklanamaz olarak kabul edilir; ancak diğerleri doğru kaynak prosedürleriyle çok başarılı bir şekilde ark kaynağı yapılabilir. Bu temel malzemeler genellikle performanslarına uyacak şekilde tasarlanmış yüksek mukavemetli 2xxx serisi dolgu alaşımlarıyla kaynaklanır, ancak bazen uygulama ve servis gereksinimlerine bağlı olarak silikon veya silikon ve bakır içeren 4xxx serisi dolgu alaşımlarıyla kaynaklanabilir.

3xxx Serisi Alaşımlar– (ısıl işleme tabi tutulmaz – 16 ila 41 ksi nihai çekme dayanımına sahiptir) Bunlar alüminyum/manganez alaşımlarıdır (%0,05 ila %1,8 arasında manganez ilavesi içerir), orta mukavemetlidir, iyi korozyon direncine, iyi şekillendirilebilirliğe sahiptir ve yüksek sıcaklıklarda kullanıma uygundur. İlk kullanımlarından biri tencere ve tavalardı ve günümüzde araçlar ve enerji santrallerindeki ısı eşanjörlerinin ana bileşenidirler. Ancak orta mukavemetleri, genellikle yapısal uygulamalar için değerlendirilmelerini engeller. Bu temel alaşımlar, özel kimyalarına ve belirli uygulama ve servis gereksinimlerine bağlı olarak 1xxx, 4xxx ve 5xxx serisi dolgu alaşımlarıyla kaynaklanır.

4xxx Serisi Alaşımlar– (ısıl işleme tabi tutulabilen ve tutulamayan – 25 ila 55 ksi nihai çekme dayanımı) Bunlar alüminyum / silikon alaşımlarıdır (%0,6 ila 21,5 arasında değişen silikon ilaveleri) ve hem ısıl işleme tabi tutulabilen hem de tutulamayan alaşımlar içeren tek seridir. Silisyum, alüminyuma eklendiğinde erime noktasını düşürür ve erimiş haldeyken akışkanlığını artırır. Bu özellikler hem füzyon kaynağı hem de lehimleme için kullanılan dolgu malzemeleri için arzu edilir. Sonuç olarak, bu alaşım serisi ağırlıklı olarak dolgu malzemesi olarak bulunur. Silisyum, alüminyumda bağımsız olarak ısıl işleme tabi tutulamaz; ancak, bu silikon alaşımlarının bir kısmı, onlara çözelti ısıl işlemine olumlu yanıt verme yeteneği sağlayan magnezyum veya bakır ilavelerine sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Tipik olarak, bu ısıl işleme tabi tutulabilen dolgu alaşımları, yalnızca kaynaklı bir bileşenin kaynak sonrası termal işlemlere tabi tutulacağı zaman kullanılır.

5xxx Serisi Alaşımlar– (ısıl işlem uygulanmaz – 18 ila 51 ksi nihai çekme dayanımına sahip) Bunlar alüminyum / magnezyum alaşımlarıdır (%0,2 ila %6,2 arasında değişen magnezyum ilaveleri) ve ısıl işlem uygulanmayan alaşımların en yüksek mukavemetine sahiptir. Ayrıca, bu alaşım serisi kolayca kaynaklanabilir ve bu nedenlerden dolayı gemi yapımı, ulaştırma, basınçlı kaplar, köprüler ve binalar gibi çok çeşitli uygulamalarda kullanılırlar. Magnezyum esaslı alaşımlar genellikle, esas malzemenin magnezyum içeriği ve kaynaklanan bileşenin uygulama ve servis koşulları dikkate alınarak seçilen dolgu alaşımlarıyla kaynaklanır. %3,0'dan fazla magnezyum içeren bu serideki alaşımlar, hassasiyet potansiyelleri ve sonrasında gelen gerilim korozyon çatlağına yatkınlıkları nedeniyle 150°F'nin üzerindeki yüksek sıcaklıklarda kullanım için önerilmez. Yaklaşık %2,5'ten az magnezyum içeren taban alaşımları genellikle 5xxx veya 4xxx serisi dolgu alaşımlarıyla başarıyla kaynaklanır. 5052 temel alaşımı, genellikle 4xxx serisi dolgu alaşımıyla kaynaklanabilen maksimum magnezyum içerikli temel alaşım olarak kabul edilir. Ötektik erimeyle ilişkili sorunlar ve kaynak sonrası zayıf mekanik özellikler nedeniyle, daha yüksek miktarda magnezyum içeren bu alaşım serisindeki malzemelerin 4xxx serisi dolgularla kaynaklanması önerilmez. Daha yüksek magnezyum içerikli temel malzemeler, genellikle temel alaşım bileşimiyle eşleşen 5xxx dolgu alaşımlarıyla kaynaklanır.

6XXX Serisi Alaşımlar– (ısıl işleme tabi tutulabilir – 18 ila 58 ksi nihai çekme dayanımı) Bunlar alüminyum / magnezyum - silikon alaşımlarıdır (%1,0 civarında magnezyum ve silikon ilavesi) ve kaynak imalat endüstrisinde yaygın olarak bulunur, ağırlıklı olarak ekstrüzyon formunda kullanılır ve birçok yapısal bileşene dahil edilir. Alüminyuma magnezyum ve silikon eklenmesi, bu malzemeye gelişmiş mukavemet için çözeltiye alma ısıl işlemine tabi tutulma yeteneğini kazandıran bir magnezyum-silis bileşiği üretir. Bu alaşımlar doğal olarak katılaşma çatlağına karşı hassastır ve bu nedenle otojen ark kaynağı (dolgu malzemesi olmadan) yapılmamalıdır. Ark kaynağı işlemi sırasında yeterli miktarda dolgu malzemesinin eklenmesi, temel malzemenin seyreltilmesini sağlayarak sıcak çatlama sorununu önlemek için önemlidir. Uygulama ve servis gereksinimlerine bağlı olarak hem 4xxx hem de 5xxx dolgu malzemeleri ile kaynaklanırlar.

7XXX Serisi Alaşımlar– (ısıl işleme tabi tutulabilir – 32 ila 88 ksi nihai çekme dayanımına sahip) Bunlar alüminyum/çinko alaşımlarıdır (%0,8 ila %12,0 arasında değişen çinko ilaveleri) ve en yüksek dayanımlı alüminyum alaşımlarından bazılarını oluştururlar. Bu alaşımlar genellikle uçak, uzay ve rekabetçi spor ekipmanları gibi yüksek performanslı uygulamalarda kullanılır. 2xxx serisi alaşımlar gibi, bu seri de ark kaynağı için uygun olmayan adaylar olarak kabul edilen alaşımları ve genellikle başarıyla ark kaynağı yapılan diğer alaşımları içerir. Bu serideki yaygın olarak kaynak yapılan alaşımlar, örneğin 7005, ağırlıklı olarak 5xxx serisi dolgu alaşımlarıyla kaynaklanır.

Özet- Günümüz alüminyum alaşımları, çeşitli temperlemeleriyle birlikte, geniş ve çok yönlü bir imalat malzemesi yelpazesini oluşturur. Optimum ürün tasarımı ve başarılı bir kaynak prosedürü geliştirme için, mevcut birçok alaşım arasındaki farkları ve bunların çeşitli performans ve kaynaklanabilirlik özelliklerini anlamak önemlidir. Bu farklı alaşımlar için ark kaynağı prosedürleri geliştirilirken, kaynaklanacak alaşıma özel dikkat gösterilmelidir. Alüminyumun ark kaynağının zor olmadığı, "sadece farklı" olduğu sıklıkla söylenir. Bu farklılıkları anlamanın önemli bir kısmının, çeşitli alaşımları, özelliklerini ve tanımlama sistemlerini tanımak olduğuna inanıyorum.