Kaynak imalat sektöründe alüminyumun büyümesi ve birçok uygulama için çeliğe mükemmel bir alternatif olarak kabul görmesiyle birlikte, alüminyum projeleri geliştirenlerin bu malzeme grubuyla daha fazla آشنا olmaları gerekliliği artmaktadır. Alüminyumu tam olarak anlamak için, öncelikle alüminyum tanımlama/belirtme sistemi, mevcut birçok alüminyum alaşımı ve bunların özellikleriyle tanışmak tavsiye edilir.

Alüminyum Alaşımı Sertlik ve Tanımlama Sistemi- Kuzey Amerika'da, Alüminyum Birliği (The Aluminum Association Inc.) alüminyum alaşımlarının tahsisi ve tescilinden sorumludur. Şu anda Alüminyum Birliği'ne kayıtlı 400'den fazla işlenmiş alüminyum ve işlenmiş alüminyum alaşımı ile döküm ve külçe formunda 200'den fazla alüminyum alaşımı bulunmaktadır. Bu kayıtlı alaşımların tümünün kimyasal bileşim sınırları Alüminyum Birliği'nin ilgili mevzuatında yer almaktadır.Turkuaz Kitap"Dövme Alüminyum ve Dövme Alüminyum Alaşımları için Uluslararası Alaşım Tanımlamaları ve Kimyasal Bileşim Sınırları" başlıklı belgede ve bunların içindePembe Kitap"Döküm ve Külçe Formundaki Alüminyum Alaşımları için Tanımlamalar ve Kimyasal Bileşim Sınırları" başlıklı yayınlar, kaynak mühendisi için kaynak prosedürleri geliştirirken ve kimyanın çatlak hassasiyetiyle ilişkisinin dikkate alınması gerektiğinde son derece faydalı olabilir.

Alüminyum alaşımları, malzemenin ısıl ve mekanik işlemlere verdiği tepki ve alüminyum alaşımına eklenen ana alaşım elementi gibi özelliklerine bağlı olarak çeşitli gruplara ayrılabilir. Alüminyum alaşımları için kullanılan numaralandırma/tanımlama sistemini ele aldığımızda, yukarıdaki özellikler belirlenir. Dövme ve dökme alüminyumların farklı tanımlama sistemleri vardır. Dövme alüminyumlar 4 haneli bir sistem kullanırken, döküm alüminyumlar 3 haneli ve 1 ondalık basamaklı bir sisteme sahiptir.

Dövme Alaşım Tanımlama Sistemi- Öncelikle 4 haneli dövme alüminyum alaşım tanımlama sistemini ele alacağız. İlk hane (Xxxx) alüminyum alaşımına eklenen ana alaşım elementini belirtir ve genellikle alüminyum alaşım serilerini tanımlamak için kullanılır, yani 1000 serisi, 2000 serisi, 3000 serisi, 8000 serisine kadar (bkz. tablo 1).

ikinci tek basamaklı (xXxx), 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 serisine ait olduğunu, 1 sayısı ise 1. alaşım olduğunu gösterir.^stOrijinal 5083 alaşımında yapılan bir değişikliktir ve 83 rakamı onu 5xxx serisinde tanımlar.

Bu alaşım numaralandırma sisteminin tek istisnası, 1xxx serisi alüminyum alaşımlarıdır (saf alüminyumlar); bu durumda son 2 rakam, %99'un üzerindeki minimum alüminyum yüzdesini gösterir, yani Alaşım 13.(50)(%99,50 minimum alüminyum).

DÖVME ALÜMİNYUM ALAŞIM TANIMLAMA SİSTEMİ

Tablo 1

Dökme Alaşım Tanımı- Döküm alaşım tanımlama sistemi, xxx.x (örneğin 356.0) şeklinde 3 basamaklı artı ondalıklı bir tanımlamaya dayanmaktadır. İlk basamak (Xxx.x) alüminyum alaşımına eklenen ana alaşım elementini belirtir (bkz. tablo 2).

DÖKME ALÜMİNYUM ALAŞIM TANIMLAMA SİSTEMİ

Tablo 2

ikinci ve üçüncü rakamlar (xXX.x) ile başlayan sayılar, serideki belirli bir alaşımı tanımlamak için verilen keyfi sayılardır. Ondalık noktadan sonra gelen sayı, alaşımın döküm (.0) veya külçe (.1 veya .2) olduğunu gösterir. Büyük harf ön eki, belirli bir alaşımda yapılan bir değişikliği belirtir.
Örnek: Alaşım – A356.0 büyük A (Axxx.x) alaşım 356.0'ın bir modifikasyonunu gösterir. 3 sayısı (A)3xx.x) silikon artı bakır ve/veya magnezyum serisine ait olduğunu gösterir. 56 in (Ax)56.0) 3xx.x serisi içindeki alaşımı tanımlar ve .0 (Axxx.0) işareti, bunun külçe değil, nihai şekilli döküm olduğunu gösterir.

Alüminyum Isıl İşlem Derecelendirme Sistemi -Farklı alüminyum alaşım serilerini ele aldığımızda, özelliklerinde ve dolayısıyla uygulamalarında önemli farklılıklar olduğunu göreceğiz. Tanımlama sistemini anladıktan sonra, öncelikle yukarıda bahsedilen seriler içinde birbirinden tamamen farklı iki alüminyum türü olduğunu kabul etmeliyiz. Bunlar, Isıl İşlem Görebilen Alüminyum alaşımları (ısı eklenmesiyle 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 işlem görmez ve yalnızca gerilme sertleştirmesine tabi tutulabilir. 2xxx, 6xxx ve 7xxx serisi dövme alüminyum alaşımları ısıl işlem görebilir ve 4xxx serisi hem ısıl işlem görebilen hem de ısıl işlem görmeyen alaşımlardan oluşur. 2xx.x, 3xx.x, 4xx.x ve 7xx.x serisi döküm alaşımları ısıl işlem görebilir. Gerilme sertleştirmesi genellikle dökümlere uygulanmaz.

Isıl işlem görebilen alaşımlar, en yaygın ısıl işlemler olan Çözelti Isıl İşlemi ve Yapay Yaşlandırma yoluyla optimum mekanik özelliklerini kazanırlar. Çözelti Isıl İşlemi, alaşımı yüksek bir sıcaklığa (yaklaşık 990 °F) ısıtarak alaşım elementlerini veya bileşiklerini çözeltiye geçirme işlemidir. Bunu takiben, genellikle suda soğutma yapılarak oda sıcaklığında aşırı doymuş bir çözelti elde edilir. Çözelti ısıl işleminden sonra genellikle yaşlandırma işlemi uygulanır. Yaşlandırma, istenen özellikleri elde etmek için aşırı doymuş bir çözeltiden elementlerin veya bileşiklerin bir kısmının çökelmesidir.

Isıl işlem görmeyen alaşımlar, gerilme sertleşmesi yoluyla optimum mekanik özelliklerini kazanırlar. Gerilme sertleşmesi, soğuk işlem uygulaması yoluyla mukavemeti artırma yöntemidir.T6, 6063-T4, 5052-H32, 5083-H112.

TEMEL SICAKLIK SINIFLANDIRMALARI

Tablo 3

Temel sertlik derecesi tanımına ek olarak, iki alt kategori daha bulunmaktadır; bunlardan biri "H" Sertliği - Gerilme Sertleşmesi, diğeri ise "T" Sertliği - Isıl İşlem Görmüş sertliği tanımlarını ele almaktadır.

H Temperinin Alt Bölümleri – Gerilme Sertleştirilmiş

H harfinden sonra gelen ilk rakam temel bir işlemi gösterir:
H1– Sadece gerilme ile sertleştirilmiş olanlar.
H2– Gerilme sertleştirmesi yapılmış ve kısmen tavlanmış.
H3– Gerilme Sertleştirme ve Stabilizasyon İşlemi Görmüştür.
H4– Gerilme ile sertleştirilmiş ve verniklenmiş veya boyanmış.

H'den sonraki ikinci rakam, gerilme sertleşmesinin derecesini gösterir:
HX2– Quarter Hard HX4– Yarı Sert HX6– Üçte Dört Oranı Zor
HX8– Tam Sert HX9– Ekstra Zor

Isıl İşlem Görmüş T Temperinin Alt Bölümleri

T1- Ekstrüzyon gibi yüksek sıcaklıkta şekillendirme işleminden sonra soğuyarak doğal olarak yaşlanmış hali.
T2- Yüksek sıcaklıkta şekillendirme işleminden sonra soğutularak işlenmiş ve ardından doğal olarak yaşlandırılmıştır.
T3- Çözelti ısıl işlemine tabi tutulmuş, soğuk işlem görmüş ve doğal olarak yaşlandırılmıştır.
T4- Çözelti ısıl işlemine tabi tutulmuş ve doğal olarak yaşlandırılmıştır.
T5- Yüksek sıcaklıkta şekillendirme işleminden sonra soğutularak yapay olarak yaşlandırılmıştır.
T6- Çözelti ısıl işlemine tabi tutulmuş ve yapay olarak yaşlandırılmıştır.
T7- Çözelti ısıl işlemine tabi tutulmuş ve stabilize edilmiş (aşırı yaşlandırılmış).
T8- Çözelti ısıl işlemine tabi tutulmuş, soğuk işlem görmüş ve yapay olarak yaşlandırılmıştır.
T9- Çözelti ısıl işlemine tabi tutulmuş, yapay olarak yaşlandırılmış ve soğuk işlem görmüştür.
T10- Yüksek sıcaklıkta şekillendirme işleminden sonra soğutularak işlenmiş ve ardından yapay olarak yaşlandırılmıştır.

Ek rakamlar stres azalmasını gösterir.
Örnekler:
TX51veya TXX51– Esneme hareketleriyle stres azaltılır.
TX52veya TXX52– Sıkıştırma yoluyla giderilen gerilim.

Alüminyum Alaşımları ve Özellikleri- Yedi farklı alüminyum alaşım serisini ele aldığımızda, aralarındaki farkları ve kullanım alanlarını, özelliklerini daha iyi anlayabiliriz.

1xxx Serisi Alaşımlar– (ısıl işlem görmez – nihai çekme dayanımı 10 ila 27 ksi) Bu seri, en az %99,0 alüminyum içermesi gerektiği için genellikle saf alüminyum serisi olarak adlandırılır. Kaynaklanabilirler. Bununla birlikte, dar erime aralıkları nedeniyle, kabul edilebilir kaynak prosedürleri üretmek için belirli hususlar gerektirirler. İmalat için düşünüldüğünde, bu alaşımlar öncelikle özel kimyasal tanklar ve borular gibi üstün korozyon dirençleri veya bara uygulamaları gibi mükemmel elektriksel iletkenlikleri nedeniyle seçilir. Bu alaşımların mekanik özellikleri nispeten zayıftır ve genel yapısal uygulamalar için nadiren düşünülürler. Bu baz alaşımlar, uygulama ve performans gereksinimlerine bağlı olarak genellikle eşleşen dolgu malzemesi veya 4xxx dolgu alaşımları ile kaynaklanır.

2xxx Serisi Alaşımlar– (ısıl işlem görebilir – 27 ila 62 ksi arasında nihai çekme dayanımına sahip) Bunlar alüminyum/bakır alaşımlarıdır (bakır ilaveleri %0,7 ila %6,8 arasında değişir) ve genellikle havacılık ve uçak uygulamalarında kullanılan yüksek mukavemetli, yüksek performanslı alaşımlardır. Geniş bir sıcaklık aralığında mükemmel mukavemete sahiptirler. Bu alaşımların bazıları, sıcak çatlama ve gerilim korozyonu çatlamasına karşı hassasiyetleri nedeniyle ark kaynak işlemleriyle kaynaklanamaz olarak kabul edilir; ancak diğerleri doğru kaynak prosedürleriyle çok başarılı bir şekilde ark kaynağıyla kaynaklanabilir. Bu ana malzemeler genellikle performanslarına uygun olarak tasarlanmış yüksek mukavemetli 2xxx serisi dolgu alaşımlarıyla kaynaklanır, ancak uygulama ve servis gereksinimlerine bağlı olarak bazen silikon veya silikon ve bakır içeren 4xxx serisi dolgularla da kaynaklanabilir.

3xxx Serisi Alaşımlar– (Isıl işlem görmez – nihai çekme dayanımı 16 ila 41 ksi) Bunlar alüminyum/manganez alaşımlarıdır (manganez ilaveleri %0,05 ila %1,8 arasında değişir) ve orta derecede mukavemete, iyi korozyon direncine, iyi şekillendirilebilirliğe sahiptirler ve yüksek sıcaklıklarda kullanıma uygundurlar. İlk kullanım alanlarından biri tencere ve tavalardı ve günümüzde araçlarda ve enerji santrallerinde ısı eşanjörlerinin ana bileşenidirler. Bununla birlikte, orta derecede mukavemetleri, yapısal uygulamalar için değerlendirilmelerini genellikle engeller. Bu temel alaşımlar, özel kimyalarına ve belirli uygulama ve hizmet gereksinimlerine bağlı olarak 1xxx, 4xxx ve 5xxx serisi dolgu alaşımlarıyla kaynaklanır.

4xxx Serisi Alaşımlar– (Isıl işlem görebilen ve ısıl işlem görmeyen – 25 ila 55 ksi nihai çekme dayanımına sahip) Bunlar alüminyum/silikon alaşımlarıdır (silikon ilaveleri %0,6 ila %21,5 arasında değişir) ve hem ısıl işlem görebilen hem de ısıl işlem görmeyen alaşımları içeren tek seridir. Silikon, alüminyuma eklendiğinde erime noktasını düşürür ve erimiş haldeyken akışkanlığını artırır. Bu özellikler, hem füzyon kaynağı hem de lehimleme için kullanılan dolgu malzemeleri için arzu edilen özelliklerdir. Sonuç olarak, bu alaşım serisi ağırlıklı olarak dolgu malzemesi olarak bulunur. Silikon, alüminyumda tek başına ısıl işlem görmez; ancak, bu silikon alaşımlarının birçoğu, çözelti ısıl işlemine olumlu yanıt verme yeteneği sağlayan magnezyum veya bakır ilavelerine sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Tipik olarak, bu ısıl işlem görebilen dolgu alaşımları, yalnızca kaynaklı bir bileşenin kaynak sonrası ısıl işlemlere tabi tutulması gerektiğinde kullanılır.

5xxx Serisi Alaşımlar– (Isıl işlem görmez – nihai çekme dayanımı 18 ila 51 ksi) Bunlar alüminyum/magnezyum alaşımlarıdır (magnezyum ilaveleri %0,2 ila %6,2 arasında değişir) ve ısıl işlem görmez alaşımlar arasında en yüksek dayanıma sahiptirler. Ayrıca, bu alaşım serisi kolayca kaynaklanabilir ve bu nedenlerle gemi yapımı, ulaşım, basınçlı kaplar, köprüler ve binalar gibi çok çeşitli uygulamalarda kullanılırlar. Magnezyum esaslı alaşımlar genellikle, esas malzemenin magnezyum içeriği ve kaynaklı parçanın uygulama ve servis koşulları dikkate alınarak seçilen dolgu alaşımlarıyla kaynaklanır. Bu serideki %3,0'dan fazla magnezyum içeren alaşımlar, hassasiyet potansiyeli ve ardından gerilme korozyonu çatlamasına yatkınlıkları nedeniyle 150°F'nin üzerindeki yüksek sıcaklık servisleri için önerilmez. Yaklaşık %2,5'ten az magnezyum içeren esas alaşımlar genellikle 5xxx veya 4xxx serisi dolgu alaşımlarıyla başarılı bir şekilde kaynaklanır. 5052 ana alaşımı, genellikle 4xxx serisi dolgu alaşımı ile kaynak yapılabilecek maksimum magnezyum içeriğine sahip ana alaşım olarak kabul edilir. Ötektik erime ve buna bağlı olarak kaynak sonrası mekanik özelliklerin zayıf olmasıyla ilgili sorunlar nedeniyle, daha yüksek miktarda magnezyum içeren bu alaşım serisindeki malzemelerin 4xxx serisi dolgu alaşımlarıyla kaynaklanması önerilmez. Daha yüksek magnezyum içeriğine sahip ana malzemeler yalnızca, genellikle ana alaşım bileşimine uyan 5xxx dolgu alaşımlarıyla kaynaklanır.

6XXX Serisi Alaşımlar– (Isıl işlem görebilir – 18 ila 58 ksi nihai çekme dayanımına sahip) Bunlar alüminyum/magnezyum-silikon alaşımlarıdır (yaklaşık %1,0 magnezyum ve silikon ilavesi) ve kaynak imalat endüstrisinde yaygın olarak bulunur, ağırlıklı olarak ekstrüzyon şeklinde kullanılır ve birçok yapısal bileşene dahil edilir. Alüminyuma magnezyum ve silikon ilavesi, bu malzemeye daha iyi mukavemet için çözelti ısıl işlemine tabi tutulabilme özelliği kazandıran bir magnezyum-silisit bileşiği üretir. Bu alaşımlar doğal olarak katılaşma çatlamasına duyarlıdır ve bu nedenle kendiliğinden (dolgu malzemesi olmadan) ark kaynağı yapılmamalıdır. Ark kaynağı işlemi sırasında yeterli miktarda dolgu malzemesi eklenmesi, ana malzemenin seyreltilmesini sağlamak ve böylece sıcak çatlama sorununu önlemek için gereklidir. Uygulama ve servis gereksinimlerine bağlı olarak hem 4xxx hem de 5xxx dolgu malzemeleriyle kaynaklanırlar.

7XXX Serisi Alaşımlar– (ısıl işlem görebilir – nihai çekme dayanımı 32 ila 88 ksi) Bunlar alüminyum/çinko alaşımlarıdır (çinko ilaveleri %0,8 ila %12,0 arasında değişir) ve en yüksek mukavemetli 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 alaşımları ve genellikle başarılı bir şekilde ark kaynağı yapılan diğer alaşımları içerir. Bu seride yaygın olarak kaynak yapılan alaşımlar, örneğin 7005, çoğunlukla 5xxx serisi dolgu alaşımlarıyla kaynaklanır.

Özet- Günümüz alüminyum alaşımları, çeşitli temperleriyle birlikte, geniş ve çok yönlü bir imalat malzemesi yelpazesi oluşturmaktadır. Optimum ürün tasarımı ve başarılı kaynak prosedürü geliştirme için, mevcut birçok alaşım arasındaki farklılıkları ve bunların çeşitli performans ve kaynaklanabilirlik özelliklerini anlamak önemlidir. Bu farklı alaşımlar için ark kaynak prosedürleri geliştirilirken, kaynak yapılacak spesifik alaşıma dikkat edilmelidir. Alüminyumun ark kaynağının zor olmadığı, "sadece farklı olduğu" sıklıkla söylenir. Bu farklılıkları anlamanın önemli bir parçasının, çeşitli alaşımları, özelliklerini ve tanımlama sistemlerini tanımak olduğuna inanıyorum.